特种气体系统工程技术标准 GB50646-2020
4.4 硅烷工艺系统
4.4.1 硅烷工艺系统的设计应根据下列因素确定：
1 硅烷站的规模；
2 硅烷的物理化学性质；
2 硅烷的物理化学性质；
3 当地硅烷供应的充装、运输状况；
4 用户对硅烷纯度、压力和负荷变化的要求。
4 用户对硅烷纯度、压力和负荷变化的要求。
4.4.2 硅烷输送系统应设有硅烷容器、气体面板、阀门箱及连接管道。
4.4.3 硅烷气体面板应包括减压过滤、吹扫、排气、安全控制的功能。
4.4.4 硅烷系统必须采用独立的惰性气源进行吹扫。
4.4.5 硅烷阀门箱设置除应符合本标准第4.2.6条的规定外，还应配置惰性气体吹扫装置、气体泄漏探测器和紫外红外火焰探测器。
4.4.6 硅烷系统的排气装置的设置应符合下列规定：
1 硅烷系统的排气管不得接入排风系统；
2 排气管应采用惰性气体连续吹扫，吹扫气体流速不得小于0.3m/s。
2 排气管应采用惰性气体连续吹扫，吹扫气体流速不得小于0.3m/s。
4.4.7 硅烷连接管道钢瓶侧应设置常闭式紧急切断阀，硅烷站的安全出口应设置手动紧急切断按钮，至少有一个手动紧急切断按钮与输送装置的距离不应小于4.6m。
4.4.8 硅烷系统阀门、附件的设置应符合下列规定：
1 硅烷输送系统应采用金属材质的波纹管阀、隔膜阀、调压阀；
2 硅烷输送系统应根据流量配置不同直径的限流孔板：
2 硅烷输送系统应根据流量配置不同直径的限流孔板：
3 硅烷系统应配置过流开关、紧急切断阀，调压阀的加热装置应根据流量核算确定。
条文说明
4.4.1 硅烷在半导体、太阳能光伏电池、平板显示器、化合物半导体、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2。
表2 硅烷的主要物理化学性质
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(大鼠，4h吸人)，工作场所最高允许浓度为5ppm。
4.4.2 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、气体面板或气柜、阀门分配箱以及相应的连接管道等，为此，做了本条规定。
4.4.3 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。
4.4.2 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、气体面板或气柜、阀门分配箱以及相应的连接管道等，为此，做了本条规定。
4.4.3 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。
图2 硅烷面板示意图
4.4.4 本条为强制性条文，必须严格执行。本条规定了硅烷系统必须采用独立的惰性气源进行吹扫，目的是为了防止硅烷本质气体对吹扫气体的污染。美国国家标准学会标准《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》ANSI/CGA-G13-2015第15.2条(专用吹扫气源)也做了规定：用于在气源位置吹扫硅烷输送系统管道和部件的吹扫气体应由专用的惰性气体供应来源提供(图3)。
图3 惰性气体吹扫示意图
4.4.5 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，本条规定硅烷阀门分配箱应设置气体泄漏探测器和紫外、红外火焰探测器。
4.4.6 本条对硅烷系统的排气装置的设置做了规定。
1 为防止硅烷气体在排风系统内引发着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火灾事故，本款规定硅烷的放空不得排人排风系统。若排气中硅烷浓度较高(如高于0.34%时)通常采用燃烧式尾气处理装置处理后排人大气。
2 为了稀释硅烷用惰性氮气对排放管道连续吹扫，防止大气中的氧气进人硅烷系统，本款规定放空管道吹扫氮气最低流速在0.3m/s。《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》ANSI/CGA G.13-2015第14.5.1条也做了规定。该条内容摘要如下：
14.5.1 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，尾气系统应连续吹扫，在尾气管线内的最少吹扫速度不得小于1ft/s(0.3m/s)。
4.4.7 本条为强制性条文，必须严格执行。从安全操作的角度出发，为了在硅烷站发生安全事故时，操作人员能够进行远距离操作，减少事故对操作人员的伤害，本条规定硅烷连接管道钢瓶侧应设置常闭式紧急切断阀，硅烷站的安全出口至少应设置一个手动紧急切断按钮，该手动紧急切断按钮与输送装置的距离不应小于4.6m，硅烷站每个安全出口应设置手动紧急切断按钮，从电子工厂硅烷站的实际情况看，4.6m是一个较为合适的距离。典型大宗硅烷站布置见图4。美国国家标准学会标准《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》ANSI/CGAG-13-2015 第6.4.1.1条(远程布置手动切断阀)和第6.4.3条(气瓶系统的布置)，图4的内容也做了规定，现摘录如下：
6.4.1.1 远程 布 置 手 动切断阀按照01.2.3最少设置一个远程 布 置 手 动切断阀，切断控制阀位置与气体控制源和工艺气体盘控制系统不少于15ft( 4.6m)，切断控制的启动将直接切断气源处(气瓶或猪尾巴管的ESO)的气体流动，并隔离气源和输送系统，另外的远程布置手动切断控制阀(ESO)布置在保护区域的每一个出口。
4.4.6 本条对硅烷系统的排气装置的设置做了规定。
1 为防止硅烷气体在排风系统内引发着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火灾事故，本款规定硅烷的放空不得排人排风系统。若排气中硅烷浓度较高(如高于0.34%时)通常采用燃烧式尾气处理装置处理后排人大气。
2 为了稀释硅烷用惰性氮气对排放管道连续吹扫，防止大气中的氧气进人硅烷系统，本款规定放空管道吹扫氮气最低流速在0.3m/s。《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》ANSI/CGA G.13-2015第14.5.1条也做了规定。该条内容摘要如下：
14.5.1 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，尾气系统应连续吹扫，在尾气管线内的最少吹扫速度不得小于1ft/s(0.3m/s)。
4.4.7 本条为强制性条文，必须严格执行。从安全操作的角度出发，为了在硅烷站发生安全事故时，操作人员能够进行远距离操作，减少事故对操作人员的伤害，本条规定硅烷连接管道钢瓶侧应设置常闭式紧急切断阀，硅烷站的安全出口至少应设置一个手动紧急切断按钮，该手动紧急切断按钮与输送装置的距离不应小于4.6m，硅烷站每个安全出口应设置手动紧急切断按钮，从电子工厂硅烷站的实际情况看，4.6m是一个较为合适的距离。典型大宗硅烷站布置见图4。美国国家标准学会标准《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》ANSI/CGAG-13-2015 第6.4.1.1条(远程布置手动切断阀)和第6.4.3条(气瓶系统的布置)，图4的内容也做了规定，现摘录如下：
6.4.1.1 远程 布 置 手 动切断阀按照01.2.3最少设置一个远程 布 置 手 动切断阀，切断控制阀位置与气体控制源和工艺气体盘控制系统不少于15ft( 4.6m)，切断控制的启动将直接切断气源处(气瓶或猪尾巴管的ESO)的气体流动，并隔离气源和输送系统，另外的远程布置手动切断控制阀(ESO)布置在保护区域的每一个出口。
图4 典型大宗硅烷站布置图
4.4.8 本条对硅烷系统阀门、附件的设置做出了规定。
1 由于硅烷气体暴露在大气中会发生自燃，同时为保证硅烷气体的纯度，接触的管道及附件应具有化学稳定性，本款规定了硅烷输送系统应采用金属材质的波纹管阀、隔膜阀、调压阀。
2 为了防止管路断裂造成的硅烷大量泄漏，通常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。
3 为了在硅烷泄漏状态下切断管路，本款规定了硅烷输送系统应配置过流开关(EFS) ，并与紧急切断阀门联锁。由于硅烷的焦耳-汤姆孙效应非常明显，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。美国国家标准学会标准《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》ANSI/CGAG-13-2015 第10.2.4条(限流孔板)。该条内容摘录如下：
10.2.4.1 非大宗气源应配置直径小于0.25mm 的限流孔板(RFO)。
10.2.4.2 大宗气源应配置直径小于3.175mm 的限流孔板(RFO)。
1 由于硅烷气体暴露在大气中会发生自燃，同时为保证硅烷气体的纯度，接触的管道及附件应具有化学稳定性，本款规定了硅烷输送系统应采用金属材质的波纹管阀、隔膜阀、调压阀。
2 为了防止管路断裂造成的硅烷大量泄漏，通常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。
3 为了在硅烷泄漏状态下切断管路，本款规定了硅烷输送系统应配置过流开关(EFS) ，并与紧急切断阀门联锁。由于硅烷的焦耳-汤姆孙效应非常明显，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。美国国家标准学会标准《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》ANSI/CGAG-13-2015 第10.2.4条(限流孔板)。该条内容摘录如下：
10.2.4.1 非大宗气源应配置直径小于0.25mm 的限流孔板(RFO)。
10.2.4.2 大宗气源应配置直径小于3.175mm 的限流孔板(RFO)。
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