多晶硅工艺管道设计探讨

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1、多晶硅工艺管道设计探讨：多晶硅装置中工艺管道的压力管道类别判定；工艺管道的设计要点；工艺过程危险、有害因素分析。关键词：多晶硅;压力管道;设计。0前言　　多晶硅生产工艺流程的主要工艺包括，三氯氢硅合成、四氯化硅的热氢化（有的采用冷氢化），精馏，还原，尾气回收，还有一些小的主项，制氢、氯化氢合成、废气废液的处理、硅棒的整理等等。主要的工艺介质是硅粉、氯气、三氯氢硅、四氯化硅、氢气、二氯硅烷。　　1.多晶硅工艺介质的特性　　多晶硅生产过程中主要危险、有害介质为氯气、氢气、三氯氢硅、氯化氢、四氯化硅。危险特性总结如表1.　　表1主要危险

2、、有害介质特性　　序号介质危险类别危险特性　　1氯气乙类黄绿色，有刺激性气味。有剧毒，1L空气中最多可允许含氯气0.001mg，超过这个量就会引起人体中毒。相对密度2.49，比空气重。爆炸极限11%~94.5%（在H2中）。　　2氢气甲类氢气是无色并且密度比空气小的气体；与空气混合能形成爆炸性混合物爆炸极限为4.0%-74.2%。　　3氯化氢乙类氯化氢是无色而有刺激性气味的气体。纯盐酸为无色液体，强腐蚀性。对眼和呼吸道粘膜有强烈的刺激作用　　4三氯氢硅甲B类三氯硅烷在常温常压下为具有刺激性恶臭易流动易挥发的无色透明液体。熔点(10

3、1.325kPa)：-134℃；沸点(101.325kPa)：31.8℃；液体密度(0℃)：1350kg/m3；相对密度(气体，空气=1)：4.7；蒸气压(-16.4℃)：13.3kPa；(14.5℃)：53.3kPa；燃点：-27.8℃；自燃点：104.4℃；闪点：-14℃；爆炸极限：6.9～70%；毒性级别：3；易燃性级别：4。　　5四氯化硅甲B类无色透明发烟液体，易流动，易挥发，具有难闻的窒息性气体。熔点-70℃，沸点57.6℃，相对密度1.483(20℃),折射率1.412(20℃).遇水时水解成硅酸和氯化氢。蒸汽对呼吸道

4、有刺激，严重者可引起化学性肺炎或肺水肿，对皮肤有腐蚀性；中度毒性III。　　　　2.多晶硅工艺管道的压力管道类别判定　　在《压力管道安全技术监察规程一工业管道》适用范围内管道按照设计压力、设计温度、　　介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性划分为GC1、GC2、GC3三个等级。划分标准为：　　（1）GC1级　　符合下列条件之一的工业管道为GC1级：　　a输送GB5044-85《职业接触毒物危害程度分类》中规定的毒性为极度危害介质的管道；　　b甲乙类可燃气体或甲类液体，且设计压力P≥4.0MPa的管道；　　c可燃流体、有毒流体且设计压力P

5、≥4.0MPa，设计温度T≥400℃的管道；　　d流体且设计压力P≥10MPa。　　（2）GC2级　　除GC3级管道外，介质毒性危害程度、火灾危险性、设计压力和设计温度小于GC1的管道。　　（3）GC3级　　输送无毒、非可燃流体介质，设计压力小于或等于1.0MPa，且设计温度大于-20℃但小于185℃的管道。　　按GB5044—85《职业性接触毒物危害程度分级》的规定，确定一种介质是否为极度危害毒物的　　指标有：　　(1)急性毒性：吸入，LC50,mg/m3<200；经皮,LD50,mg/kg

6、25。　　(2)急性中毒发病状况生产中易发生中毒，后果严重。　　(3)慢性中毒患病状况：患病率高(≥5％)。　　(4)慢性中毒后果：脱离接触后，继续进展或不能治愈。　　(5)致癌性人体致癌物。　　(6)最高容许浓度：<0.1mg／m3　　本文针对改良西门子法的多晶硅工艺进行探讨，该工艺的提纯、还原等各工艺设计压力均小于4.0MPa，再结合介质特性和《职业性接触毒物危害程度分级》的规定，可以判定氯气和氯化氢管道为GC1级，其他管道为GC2级。　　3多晶硅工艺管道的设计要点　　3.1管道设计压力和设计温度的确定　　正确地确定管道设计压

7、力和温度，是做好压力管道设计工作的基础。管道的设计压力，应不低于正常操作时由内压(或外压)与温度构成的最苛刻条件下的压力。管道的设计温度，应不低于正常操作时由压力和温度构成的最苛刻条件下的材料温度。　　3.2管道材料的选用　　管道材料的选用必须依据管道的使用条件(设计压力、设计温度、流体类别)、经济性、耐蚀性、材料的焊接及加工等性能，同时应符合规范所提出的材料韧性要求及其它管规。例如：输送液氯管道的设计中。依据《压力容器压力管道设计许可规则)，输送GB5044—85《职业接触毒物危害程度分级》中规定的毒性程度为极度危害介质、高度危

8、害气体介质和工作温度高于标准沸点的高度危害液体介质的管道类别为GC1级。氯属于高度危害介质。此时，常用的碳素结构钢不得用于液氯管道。污水管道设计中，由于污水中含有氯化氢水溶液呈酸性，污水管道应选择耐酸性好的钢衬四氟管道。尾气管道设计中，由于反应后的