高純氨裝卸管路問題的探討

沈欽賜(聯(lián)氨精密氣體(廈門)有限公司，福建 廈門 361101)

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電子行業(yè)和半導(dǎo)體行業(yè)逐漸興起，對(duì)于各種高純度的氣體特別是電子特氣的需求越來越大。高純氨在近十年中蓬勃發(fā)展，逐漸從最初的國(guó)外進(jìn)口走向了大規(guī)模本土化生產(chǎn)。價(jià)格也是大幅度下降，從最初的進(jìn)口價(jià)格120 元/kg左右，到現(xiàn)在的10 元/kg 左右。高純氨的主要用戶是半導(dǎo)體、太陽能、LED 等信息和電子技術(shù)制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。高純氨等電子特氣本土化的成功也從另外一個(gè)角度印證了，只要中國(guó)人做的行業(yè)都會(huì)做成“白菜價(jià)”，一方面對(duì)來自于國(guó)外的同類技術(shù)和產(chǎn)品產(chǎn)生顯著的擠出效應(yīng)，避免中國(guó)在該領(lǐng)域被別人卡住脖子。同時(shí)大大緩解了下游廠家的生產(chǎn)成本壓力，有利于助力“中國(guó)智造”。

可是高純氨企業(yè)在蓬勃發(fā)展的同時(shí)也遇到了相應(yīng)的困擾。由于涉氨企業(yè)近年來經(jīng)常發(fā)生安全事故(多是早期設(shè)計(jì)，安全方面沒引起重視)。近些年來新建的高純氨企業(yè)也屬于涉氨企業(yè)，可是大都實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)線的各種安全連鎖為安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航以保證產(chǎn)品品質(zhì)和穩(wěn)定供應(yīng)產(chǎn)品。國(guó)家對(duì)于高純氨企業(yè)的管控還是按照普通的涉氨企業(yè)來要求。高純氨企業(yè)歷經(jīng)各種生產(chǎn)過程提純到的高純度產(chǎn)品很可能因?yàn)檎嚓P(guān)法規(guī)而被污染降級(jí)甚至導(dǎo)致下游的安全事故和質(zhì)量事故。

1 國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)滯后于裝卸高純氨的生產(chǎn)管理需要

《TSG 07—2019 特種設(shè)備及氣瓶充裝許可規(guī)則》C3.4.2 章節(jié)“移動(dòng)式壓力容器專用的充裝臺(tái)(線)，以及充裝裝置的配置的第5 點(diǎn)規(guī)定[1]：充裝冷凍液化氣體的裝卸用管以及緊固件的材料，應(yīng)當(dāng)能夠滿足低溫性能要求，禁止使用軟管充裝液氯、液氨、液化石油氣、液化天然氣等液化危險(xiǎn)化學(xué)品。”

2020 年5 月8 號(hào)發(fā)布的中華人民共和國(guó)應(yīng)急管理部辦公廳文件—應(yīng)急管理部辦公廳關(guān)于印發(fā)《重大危險(xiǎn)源企業(yè)專項(xiàng)檢查督導(dǎo)工作方案》的通知(應(yīng)急廳〔2020〕23 號(hào))。該文件的附件《專項(xiàng)檢查督導(dǎo)的重點(diǎn)內(nèi)容》第九項(xiàng)[2]如下描述：”九、液化烴、液氨、液氯等易燃易爆、有毒有害液化氣體的充裝是否使用萬向管道充裝系統(tǒng)。”

目前政府對(duì)于高純氨(純度大于等于99.9995%)生產(chǎn)企業(yè)管控等同于普通氨(≤99.9%)，要求所有的氨裝卸用管都必須使用萬向臂(鶴管)。目前萬向臂(鶴管)都是適用于普通氨的裝卸。高純氨產(chǎn)品經(jīng)過提純后再使用萬向臂(鶴管)裝卸，將面臨被污染降低品質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)。

在液氨行業(yè)使用萬向臂(鶴管)基本是對(duì)于純度要求≤99.9%的液氨產(chǎn)品，其對(duì)于純度的要求不高。

國(guó)內(nèi)大部分高純氨生產(chǎn)企業(yè)的氨純度為7N(99.99999%)，雜質(zhì)含量為ppb 級(jí)別(10-9)，如英德賽、液化空氣、科立德、久策、金宏等。為了保障安全和品質(zhì)，大都會(huì)使用進(jìn)口不銹鋼316 軟管充裝高純氨罐箱。高純氨企業(yè)大都會(huì)每年更換新的軟管并每半年做一次耐壓測(cè)試以保證生產(chǎn)安全。

2 裝卸高純氨存在問題和隱患

2.1 使用硬管裝卸高純液氨的安全風(fēng)險(xiǎn)

使用硬管裝卸，因其不具備適當(dāng)?shù)娜彳浶?高純氨罐箱停放位置要求非常精確，稍有偏離即導(dǎo)致連接點(diǎn)泄漏。同時(shí)因在充裝中，罐箱的高度隨充裝量增加而慢慢變低(輪胎承壓變大)，本應(yīng)連接好的接點(diǎn)部分也會(huì)因硬管缺乏柔性慢慢變形，最終導(dǎo)致泄漏和產(chǎn)品污染。

2.2 使用萬向臂(鶴管)裝卸高純液氨的風(fēng)險(xiǎn)

(1)萬向臂(鶴管)的連接采用的是普通O 型橡膠密封圈；而進(jìn)口的不銹鋼316 軟管使用的是高純氣體專用的VCR 接頭(Vacuum Coupling Radius Seal 真空連接徑向密封)采用無鍍層的墊片。以世偉洛克的VCR 墊片為例，其VCR 墊片的最大氦檢漏率是4×10-11std cm3/s[3]。萬向臂(鶴管)使用的O 型橡膠密封圈很難到達(dá)這個(gè)級(jí)別的密封性能，目前也沒有相應(yīng)的廠家能夠提供O 型密封圈和萬向節(jié)的氦檢漏率測(cè)試數(shù)據(jù)。同時(shí)O 型橡膠密封圈實(shí)際使用過程中特別是在斷開吹掃的時(shí)候容易遇冷收縮(液氨吹掃時(shí)壓力下降，液氨吸熱汽化)，導(dǎo)致泄漏。一旦泄漏就容易造成充裝站的氨氣探測(cè)器報(bào)警，造成產(chǎn)線停機(jī)等安全連鎖。更為致命的是充裝過程中，液氨會(huì)吸熱，裝卸管路表面會(huì)有冷凝水。如果管路有微漏漏點(diǎn)(如O 型圈和萬向節(jié))，氨濃度不足以觸發(fā)充裝站氨氣探討警報(bào)時(shí)；因氨和水很容易結(jié)合，導(dǎo)致經(jīng)過提純處理的高純度產(chǎn)品在裝卸過程中受到了冷凝水等的污染。此外，斷開吹掃過程時(shí)泄漏，空氣中的水份和空氣等雜質(zhì)可以進(jìn)入充裝站管路；進(jìn)而污染充裝管路。高純氨企業(yè)又要花費(fèi)很多成本來吹掃清洗管路。

(2)萬向節(jié)的潤(rùn)滑油脂的滲透率對(duì)于高純氨的影響有多大，特別是高純氨管路在抽真空的情況下，目前沒有相應(yīng)的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)；也沒有相應(yīng)的廠家能夠提供這類的測(cè)試數(shù)據(jù)。一般企業(yè)也沒有相應(yīng)的高精度油脂檢測(cè)儀器(因?yàn)楫a(chǎn)品雜質(zhì)為ppb 級(jí)別，不能用測(cè)試粗氨的油份的方法來測(cè)試高純氨的油份)，對(duì)于這塊的管控是通過定期取樣送到第三方實(shí)驗(yàn)室分析。如果貿(mào)然使用萬向臂(鶴管)進(jìn)行充裝高純氨，很可能萬向節(jié)滲透的油脂對(duì)于產(chǎn)品已污染，因企業(yè)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)而流向客戶，最終在客戶產(chǎn)品造成污染，甚至安全事故。那對(duì)于高純氨企業(yè)和客戶都是致命的。如果真出來這種問題，這種損失是巨大的。

(3)萬向臂(鶴管)在實(shí)際使用時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)閥門、O 型密封圈或其他連接點(diǎn)泄漏。比如連接萬向臂時(shí)，有時(shí)需要用力拽一下連接管才能讓O 型密封圈卡住，起到密封作用；不然就會(huì)漏。幾乎沒有廠家能提供萬向臂(鶴管)的氦檢漏率測(cè)試數(shù)據(jù)；而世偉洛克FJ 序列的不銹鋼316L 軟管最大氦檢漏率是1×10-5std cm3/s 且實(shí)際使用過程中沒有發(fā)現(xiàn)泄漏，密封性和安全性較高[4]。

(4)如果使用萬向臂(鶴管)進(jìn)行裝卸高純氨，由于鶴管各節(jié)點(diǎn)之間采用萬向節(jié)和普通O 型橡膠密封圈連接和密封，充裝過程中高純氨產(chǎn)品可能會(huì)受到油污、金屬碎屑、空氣、水份的污染，從而達(dá)不到電子行業(yè)的純度要求，甚至?xí)?dǎo)致安全事故。拋開萬向節(jié)和O 型密封圈的滲透率和漏率不說，O 型密封圈在實(shí)際使用過程中會(huì)使用黃油等油脂進(jìn)行潤(rùn)滑以便連接和拆卸萬向臂(鶴管)；不然O 型密封圈生澀，接頭不好對(duì)接到位。若沒有使用黃油在對(duì)接密封接頭的過程中可能導(dǎo)致密封圈磨損進(jìn)而導(dǎo)致泄漏。而油脂對(duì)高純氨來說是千方百計(jì)要拿掉的雜質(zhì)。使用O 型密封圈能帶進(jìn)油脂污染高純氨產(chǎn)品，何況還有前文提到的萬向節(jié)的潤(rùn)滑油脂也有可能污染產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)。

3 國(guó)內(nèi)高純氨產(chǎn)業(yè)亟需開發(fā)符合使用要求的裝卸用管

現(xiàn)在市場(chǎng)上并沒有成熟的即符合法規(guī)又能夠符合高純氨產(chǎn)品要求的裝卸用管，也沒有廠家去開發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品。可能因?yàn)檫@塊的市場(chǎng)用量小，沒有廠家愿意把資源和精力投放到這一塊上。因?yàn)楦呒儼逼髽I(yè)也就那么幾家，投入了開發(fā)的成本和回收效益可能不成正比。另外，高純氨行業(yè)也沒有相應(yīng)的行業(yè)協(xié)會(huì)去推動(dòng)組織專家進(jìn)行論證以進(jìn)一步推動(dòng)政府法技術(shù)修改。目前政府對(duì)高純企業(yè)氨都是按照普通的涉氨企業(yè)來管控。高純氨企業(yè)也是各自為戰(zhàn)，基本很少進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)交流。面對(duì)《TSG 07—2019 特種設(shè)備及氣瓶充裝許可規(guī)則》和(應(yīng)急廳〔2020〕23 號(hào))附件《專項(xiàng)檢查督導(dǎo)的重點(diǎn)內(nèi)容》實(shí)施；高純氨企業(yè)的充裝許可證和安全生產(chǎn)許可證在辦證和換證時(shí)甚至政府部門的日常檢查時(shí)將受很大挑戰(zhàn)。

4 亟需討論制訂高純氨裝卸裝備條件和操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)的高純氨生產(chǎn)、充裝企業(yè)，在保障安全和品質(zhì)的前提下，現(xiàn)行《TSG 07—2019 特種設(shè)備及氣瓶充裝許可規(guī)則》中“液氨禁止使用軟管充裝”和(應(yīng)急廳〔2020〕23 號(hào))附件《專項(xiàng)檢查督導(dǎo)的重點(diǎn)內(nèi)容》的第九項(xiàng)“液化烴、液氨、液氯等易燃易爆、有毒有害液化氣體的充裝是否使用萬向管道充裝系統(tǒng)。”的規(guī)定與高純氨的生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)，不能發(fā)揮指導(dǎo)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和引領(lǐng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)步的作用。行業(yè)及政府有關(guān)部門應(yīng)該引起高度的重視，盡快組織討論制訂我國(guó)高純氨裝卸裝備條件和操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

綜上所述，在沒有成熟的技術(shù)條件下，法規(guī)將可能導(dǎo)致高純氨生產(chǎn)企業(yè)提高相應(yīng)的行政成本(面臨處罰和勒令整改)和運(yùn)行成本(合格的產(chǎn)品經(jīng)過萬向臂可能被污染，用硬管可能泄漏或產(chǎn)品污染等)，甚至導(dǎo)致相應(yīng)企業(yè)因不能使用現(xiàn)有的管路而產(chǎn)生的品質(zhì)問題或造成下游客戶的安全問題被客訴而破產(chǎn)或被迫停產(chǎn)。筆者迫切希望引發(fā)同業(yè)技術(shù)人員深入探討，提供資源或技術(shù)，解決行業(yè)發(fā)展的這一難題。