4.2 特种气体输送系统

4.2.1 特种气体系统的气瓶柜、气瓶架的设置应符合下列规定：

    1 气瓶柜与气瓶架可采用单工艺气瓶外置吹扫气源、双工艺气瓶外置吹扫气源、双工艺气瓶内置吹扫气源等多种结构配置；
    2 不相容气体瓶不应放置于同一气瓶柜或气瓶架中；
    3 气瓶柜、气瓶架应设置作业用气体面板；
    4 系统的供应能力应经过热力学和流体力学计算核实；
    5 气瓶柜闭门时应保持不低于100Pa负压，柜内的排风换气次数不得低于300次/h；
    6 自燃性、易燃性、毒性、腐蚀性气瓶柜应在排风出口设置固定式气体泄漏探测器；
    7 气瓶柜柜体外壳钢板厚度不应小于2.5mm,并应有防腐蚀涂层；
    8 气瓶柜门应具备自动关闭功能，并应配备防爆玻璃观察窗；气瓶柜的固定螺栓设计应满足当地地震设防烈度的要求；
    9 气瓶柜、气瓶架应设置清晰明确的安全标识牌；
    10 当气瓶柜放置在有爆炸和火灾危险环境时，其设计应符合现行国家标准(爆炸危险环境电力装置设计规范》GB 50058 的有关规定。

4.2.2 特种气体的气瓶柜、气瓶架的气体面板设置应符合下列规定：

    1 自燃性、易燃性、毒性、腐蚀性气体面板应设有紧急关断阀门，并应为常闭气动阀门，位置应靠近气瓶；
    2 气瓶压力大于0.1MPa的自燃性、易燃性、毒性、腐蚀性气体面板应设有过流开关；
    3 自燃性、易燃性、毒性、腐蚀性气体面板应设有惰性气体吹扫、辅助抽真空装置，真空管路应设止回阀；
    4 气体面板应设置工艺气体排气口。

4.2.3 可燃和自燃性特种气体的气瓶柜应符合下列规定：

    1 当硅烷气瓶使用直径0.25mm限流孔时，气瓶柜的排风换气次数不得低于1200次/h，当使用直径0.15mm 限流孔时，气瓶柜的排风换气次数不得低于400次/h，且气瓶柜的负压应连续监控；
    2 白燃性特种气体的气瓶柜应设置紫外、红外火焰探测器；
    3 易燃性特种气体的气瓶柜应设置水喷淋系统；
    4 自燃性特种气体的气瓶柜应在气瓶之间设置隔离钢板。

4.2.4 大宗特种气体系统应符合下列规定：

    1 应设置独立气瓶储罐或长管拖车等的压力指示或钢瓶称重装置、连接回型管、气流控制的气体面板、吹扫氮气单元、电气控制柜等装置；
    2 大宗特种气体系统的功能配备应符合本标准第4.2.1条的有关规定；
    3 液态气体瓶应设计钢瓶加热与保温装置；
    4 减压降温效应显著的气体，应在减压前对气体进行预热。

4.2.5 液态特种气体系统的设置应符合下列规定：

    1 应设置独立的液体槽罐、液体输送柜、连接回型管、驱动气体单元、吹扫氮气单元、电气控制柜、重量计量等装置；
    2 液态特种气体系统宜利用驱动气体压力将液态特种气体从槽罐输送至液态特种气体柜，或从液态特种气体柜直接驱动输送至用气工艺设备，液态特种气体亦可采用泵送；
    3 用气点应设置鼓泡器或蒸发器，将液态特种气体鼓泡或直接蒸发，以汽化形式输送至工艺反应设备；
    4 液态特种气瓶柜功能设置应符合本标准第4.2.1条的有关规定；
    5 具有自燃性和遇水反应性的金属有机物前驱体液体，供应柜应设置相应灭火系统；底部应设置收集槽，并应放置吸附材料。

4.2.6 自燃性、易燃性、毒性、腐蚀性特种气体系统的阀门箱设置应符合下列规定：

    1 应设置进气管路隔离阀及压力指示装置；
    2 气体支路应设有独立的压力控制调节阀、过滤器；
    3 气体支路应设有独立的出口隔离阀；
    4 气体分支路应设置独立的吹扫气体装置。

4.2.7 惰性及氧化性特种气体系统的阀门盘设置应符合下列规定：

    1 应设有进气管路隔离阀及压力指示装置：

    2 气体支路应设有独立的压力控制调节阀、过滤器；
    3 气体支路应设有独立出口隔离阀门。

4.2.8 负压气源特种气体的气瓶柜、气瓶架的设置应符合负压气源特种气体的特性。

条文说明
 

4.2.1 气瓶柜、气瓶架是特种气体气瓶存放和进行气体配送的装置，本条规定了基本配置。
    1 本款定义了工程上常用的几种气瓶柜、气瓶架 的配置形式。
    2 本 款 为强制性条款，必须严格执行。本款规定不相容气体瓶不应放置于同一气瓶柜或气瓶架中，目的是为了防止不相容气体在非正常状态下相遇发生反应，酿成重大事故。美国消防协会标准《压缩气体和低温液体规范》NFPA 55-2016第6.17.5条也做了规定：“不相容气体钢瓶，应在不同的气柜内分开储存或使用。”
    3 本款规定是因为作业面板是气瓶柜、气瓶架的控制操作平台，通过作业面板完成供气、切断、事故紧急切断、与气体探测系统和气体管理系统的连通等一系列操作。
    4 本款规定是因为特种气体系统 管 路 的 设计应考虑特种气体系统的固有性质，如液态特种气体的加温、相当多特种气体进过调节阀后因为焦耳一汤普逊效应带来温度降低甚至液化的加温、特种气体管路吹扫及尾气抽真空这些都是热力学和流体力学考虑的问题。
    5 本款为强制性条款，必须严格执行。本款规定气瓶柜闭门时应保持不低于100Pa负压，其排风换气次数不得低于300次/h，目的是保持气瓶柜在负压下运行，即使在危险性特种气体泄漏的清况下，也不至于泄漏进人工作环境，从而保障工厂的财产和员工的生命安全。美国消防协会标准《压缩气体和低温液体规范》NFPA55-2016第6.18条做了规定，摘录如下：
    6.18.1 排风要求：如果需要或使用排气罩来增加需要特殊规定的气体的阂值，则排气柜应设置排气通风系统，设计成与周围相关区域负压下工作。
    6.18.1.1 门窗打开时的风速控制：在存放有毒性、剧毒、自燃、3类或4类不稳定反应性，或腐蚀性气体时，在开启面的平均风速应不小于200ft/min(61m/min)，且任何一点风速不小于150ft/min(46m/min)。
    6 本款为强制性条 款，必须严格执行。本款规定 自燃性 、易燃性、毒性、腐蚀性气瓶柜应在排风出口设置固定式气体泄漏探测器，目的是在这些特种气体泄漏开始时就探测到这些有害气体的泄漏状况，采取气体供应自动关断措施，预防事故发生。美国消防协会标准(压缩气体和低温液体规范》NFPA 55-2016第7.9.6条也做了规定，气体探测系统应当在气瓶柜、排风柜或气体房的排风点监测。
    7.9. 6 气体探测：除了第 7.9.6.1条描述外，按照第 7.9.6.2条至第7.9.6.6条的要求，室内储存或使用毒性或剧毒压缩气体应设置连续气体侦测系统。
    7 本款规定了气瓶柜 钢板 厚 度 和防腐蚀涂层要求，目的是为了保障发生泄漏造成火灾爆炸等情况下的钢瓶安全。
    8 本款规定瓶柜门应具备自动关闭功能，并配备防爆玻璃观察窗，目的是防止在人员误操作的情况下导致气体外泄到工作环境中，酿成重大事故。根据国际半导体产业协会标准《半导体制造设备的环境、健康和安全指南》SEMISZ 的规定，气柜的四角采用地脚螺栓与地面固定，每个地脚螺栓抵御气柜侧翻的最大应力荷载为2550N。
    9 本款规定气瓶柜、气瓶架应设置清晰明确的安全标识牌，目的是为了防止工作人员装错气瓶和其他误操作，同时随时掌握气体的信息和相关安全知识，在应急状态下按照安全标识牌能够从容处理。美国消防协会标准《压缩气体和低温液体规范》NFPA55-2016第4.10.2.3条也做了规定，气体房和气瓶柜辨识：存放压缩气体的房间和气柜需要明显标识。
    10 本款规定当气瓶柜放置在有爆炸和火灾危险环境时，其设计应符合现行国家标准《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058的规定。因为气瓶柜工作的环境基本都是爆炸和火灾危险环境，其电气装置应考虑火灾与防爆设计。
4.2.2 气体面板是特种气体气瓶柜与气瓶架的操作控制装置，本条从使用和安全的角度规定了气体面板应配置的装置、附件的基本功能。自燃性、易燃性、毒性、腐蚀性气体系统一旦发生事故，仪表控制气源自动切断，应急关断阀门自动关闭，如规定气瓶柜应使用气动阀门钢瓶来实现紧急切断功能，气瓶柜配置的紧急切断阀可以取消。
4.2.3 易燃性特种气体包括自燃性、易燃性气体，此类气瓶柜的设置应依据该类特种气体的自燃性、易燃性特性，符合气瓶柜内设置的相关规定，如排风次数、紫外、红外火焰探测器设置、水喷淋系统以及自燃性气瓶之间设置隔离钢板等安全措施，以确保安全可靠运行。美国压缩气体协会标准《硅烷和硅烷混合物的储存和操作》CGA G-13标准中第13.2.3条也做了规定，硅烷在气柜内使用时，为了确保硅烷泄漏造成的聚集低于0.4%的安全浓度，抽风需要达到泄漏量的250倍。根据最大钢瓶压力和钢瓶安装的限流孔直径大小，推算出气瓶柜的换气次数要求。
4.2.4 大宗特种气体系统主要用于超大规模集成电路厂(气体种类包括SiH ₄、N ₂O、CO ₂、C ₂F ₆、NH ₃、NF ₃ 等)、100MW以上的太阳能光伏电池生产线(气体种类包括SiH _4、NH ₃ )、化合物半导体外延工序线(气体种类包括NH ₃ 等)、5代以上液晶显示器工厂(气体种类包括SiH ₄、NH ₃、NF ₃ 等)、光纤(气体种类包括SiCl ₄、 OMCTS) 、硅材料外延生产线(气体种类包括SiCl ₄、 HCI)等行业。它 们的投资规模巨大，采用先进的工艺生产设备，用气需求较大，对 稳定和不间断供应、纯度控制和安全生产提出严格的要求。

    本条从大宗特种气体系统的工艺流程、安全特性提出了大宗特种气体系统设备及管路配置要求。系统的气体供应能力由气源瓶的供气压力变化与气体流程管道及零部件造成的压力损失决定，供应能力要经过相应的热力学和流体力学计算核实。液化气体瓶的大宗特种气体系统设计合适的钢瓶加热与保温装置是由于气体经过调压阀减压后的焦耳一汤普孙效应，气体减压后，温度会降低，甚至液化，从而使输送压力的不稳定以及管路系统的损坏，因此需要考虑在减压前对气体进行预热和保温。
    大宗特种气体的容器包括钢瓶(通常称 Y钢 、T瓶 、集装格)、槽车、长管拖车等，还有移动式压力容器。连接回形管是指连接气体容器和输送设备的挠性管。
4.2.5 本条对液态特种气体系统的设置做出了规定。
    液态特种气体系统不包括酸、碱、溶剂等大宗化学品 。 由于液态特种气体的物理化学性质要求和确保输送过程的安全、稳定，液态特种气体应利用驱动气体的压力，将液态特种气体从大包装槽罐输送至液体输送柜里的小包装液罐，或者将小包装液罐里的液体直接驱动输送至液态特种液体用气点，在用气点设备处利用设置的鼓泡器或蒸发器，将液态特种气体鼓泡或直接蒸发，以气态形式输送至用气工艺设备。典型液态特种气体输送系统流程图如图1所示。液态特种气体的驱动气体应采用无污染的惰性气体。针对化合物半导体产业外延工艺使用的三甲基嫁等，以及硅基太阳能电池产业背钝化工艺使用的三甲基铝等金属有机物前驱体，具有自燃、遇水反应等特点，发生泄漏时不能采用水灭火，通常采用干粉灭火。气柜内容器泄漏时需要在气柜底部设置收集槽，并使用吸附材料(如蛙石等)，降低与空气接触燃烧概率。大宗容器需要建筑设计收集地坑。

图1 液态特种气体输送系统

4.2.6 阀门箱的设置与气瓶柜相似，包括封闭的防护箱体、强制排气、气体泄漏探测器、紧急自动关断阀、紧急手动关断阀、吹扫管路等，一般用手动阀进行供气控制调节，气动阀作为紧急关断之用。通常阀门箱内不设置火焰探测器和水喷淋设施。一般阀门箱施工检测验收后，管路不再移动且不常操作，或进行管路的拆装，危险性较气瓶柜低。由于目前的特种气体管路零组件与施工质量都严格进行控制，所发生泄漏的概率较小，一旦紧急状况如泄漏、地震发生时，可利用气动阀进行自动关断，将气源做分段的隔离。用气工艺设备维修时，也可作为特种气体管路的阻隔措施，为人员的安全提供进一步的保护。
4.2.7 惰性及氧化性气体用的阀门盘为开放式结构，特种气体的质量及特种气体系统的安全保证主要是通过管路的设置来实现。
4.2.8 美国消防协会标准《半导体生产设施防护标准》NFPA318-2018第7.14条规定：掺杂气体(AsH ₃、PH ₃、BF ₃ 等)因剧毒，常用负压气源(SAGS)。包括1型(内置吸附剂，在标准温度和压力下钢瓶内及阀门出口为负压)和2型(无吸附剂，在标准温度和压力下钢瓶内为正压，内置常闭阀门，只有抽真空时才能打开，因此阀门出口也是负压)。在工程实践中，负压气源的特种气体因为负压特性，通常情况下不会经阀门向外泄漏，即使不相容的负压气源特种气体也可以共用气柜及其吹扫、排气和排风系统。