5.1 硅烷站工艺系统

5.1.1 硅烷在半导体、太阳能光伏电池、平板显示器、发光二级管、光纤预制棒等电子工程制造领域广泛应用。硅烷的主要物化性质见表4。
    硅烷在空气中的燃烧范围为1.37%~96%。空气中硅烷浓度在1.37%~4.5%时，遇外界火源时，会产生爆燃，速度可达5m/s；当空气中硅烷浓度超过4.5%，处于亚稳定状态，会发生延迟自燃性；浓度越高，延迟时间越短，这种延迟自燃性会导致爆燃甚至爆轰。
    硅烷的首要危害是它的自燃性，毒性为次要危害。硅烷的半致死浓度(LC50)为9600ppm(白鼠，4小时吸入)，工作场所最高允许浓度为5ppm。
5.1.2 硅烷属于自燃性气体，自燃温度为-50℃，燃烧热44,370kJ/kg(1kg硅烷相当于10kgTNT当量)。硅烷按化学当量与空气混合时(硅烷占9.51%)，局限空间（定容）环境下硅烷的爆燃产生的压力是10.21atm，而爆炸情况下19.81atm。如此强大的压力冲击波，会对周围的人员和建筑物带来灾难性的损失。因此硅烷气体站房应首选开放式建筑物，但是考虑环境温度太低，会影响硅烷的汽化，因此规范规定：硅烷站应根据工艺要求、当地气候状况、硅烷设备状况选择采用封闭式、开敞式或露天形式进行布置。
5.1.3 硅烷输送系统是指从硅烷气瓶至生产工艺设备用气处的管路系统，为确保生产安全和避免硅烷气泄漏至房间，目前，电子工厂的硅烷系统均设有硅烷容器、气体面板、阀门分配箱以及相应的连接管道等，为此，作了此条规定。
5.1.4 从工程实际情况看，典型的硅烷气体面板主要包括减压过滤、吹扫/排放、安全控制等功能。典型的硅烷面板示意图见图2。 5.1.5 在硅烷系统启用、维修前后，均需要用惰性气体吹扫。为防止硅烷本质气体对催扫气体的污染，规定硅烷采用独立的惰性气体钢瓶进行吹扫，不得采用公用管道的惰性气体吹扫。 5.1.6 鉴于硅烷的而物理化学性质和安全运行的要求，硅烷阀门分配箱(VMB)用于把主管道分成多个支路进行供气。阀门分配箱支路在打开前后，均需要使用惰性气体进行吹扫。考虑硅烷的自燃性质，规定硅烷阀门分配箱应设置气体泄漏探测器和火焰探测器。
5.1.7 为防止硅烷气体在排风系统内引发作火和爆炸或可能与排风系统中的相关物质发生化学反应引发作火事故，为此规定硅烷的放空不得排入排风系统，应直接排到大气，若排气中硅烷浓度较高（如高于0.34%时）宜采用燃烧式尾气处理装置处理后排入大气。为了稀释用惰性氮气对排防管道连续吹扫。放空管道吹扫氮气最低流速在0.3m/s。本条规定主要是参考美国ANSI/CGAG-13-2006《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》的14.5.1条的内容制定的。该条内容摘要如下：为防止大气中的氧气通过尾气处理装置的尾气管线进入硅烷系统，尾气系统必须连续吹扫，在尾气管线内的最少吹扫速度不得小于1英尺/秒（0.3米/秒）。
5.1.8 从安全操作的角度出发，规定钢瓶出口应设置常闭式紧急切断阀，且至少有一个紧急切断按钮距离气源不低于4.6m，每个气站入口外应设置手动紧急切断按钮，本条规定主要是参考美国ANSI/CGAG-13-2006《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》的6.4.4条：气瓶系统的布置，图3的内容。
5.1.9 由于硅烷气体暴露在大气中会发生自燃，所以不能使用带垫片的阀门，本条规定硅烷输送系统应采用金属膜片的波纹管阀、隔膜阀、调压阀。为了防止管路断裂造成的硅烷大量泄漏，规定大宗气源应配置直径小于3.175mm的限流孔板(RFO)，小钢瓶应配置直径小于0.25mm的限流孔板。输送系统应配置过流开关(EFS)，并与紧急切断阀门连锁。由于硅烷的焦耳-汤姆森效应非常明显，对于大流量输送系统，调压阀会出现结霜现象，严重时会造成膜片变脆，无法调节压力。可通过对气体进行加热来解决。该条规定主要是参考美国ANSI/CGAG-13-2006《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》的10.2.4条：限流孔板。该条内容摘录如下：10.2.4.1条：非大宗气源应配置直径小于0.25mm的限流孔板(RFO)；10.2.4.2条：大宗气源应配置直径小于3.175mm的限流孔板(RFO)。