張亞斌

摘? ?要：隨著近年來我國科學技術水平的快速發(fā)展，各類電子工業(yè)領域的生產(chǎn)和制造技術也獲得了顯著提升。半導體電子元器件的生產(chǎn)、制造和加工過程能夠直接影響到我國電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平，更能帶來巨大的經(jīng)濟效益。在半導體工廠的生產(chǎn)制造過程中，冷水系統(tǒng)作為重要的輔助類型系統(tǒng)之一，其提供的水蓄冷和設備冷卻水預冷這兩種典型節(jié)能功能能夠有效幫助半導體材料加工實現(xiàn)效率和質量的雙重提升。本文結合半導體工廠冷水系統(tǒng)及其相關設備的節(jié)能特性，從整體項目管理方式的角度入手進行深入的研究與分析，希望以此為后續(xù)的類似項目工程提供一定的參考依據(jù)。

關鍵詞：半導體工廠? 冷水系統(tǒng)? 節(jié)能管理? 效果評價

中圖分類號：TU831.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0176-02

改革開放以來，我國工業(yè)制造水平實現(xiàn)了突破式的發(fā)展與進步。各類技術難題和壁壘被持續(xù)不斷地打破。在電子產(chǎn)品的加工和生產(chǎn)領域，自20世紀90年代末以來，半導體行業(yè)已經(jīng)獲得了快速的升級和發(fā)展。眾多芯片半導體生產(chǎn)工廠不斷建成投產(chǎn)，為我國電子產(chǎn)品的功能性和全面性發(fā)展提供了優(yōu)質的電子元器件材料。一般來說，生產(chǎn)和加工芯片的工廠在日常運營中的能源消耗量十分巨大，而在當今節(jié)能減排理念深入人心的時代背景中，從加工環(huán)節(jié)中落實節(jié)能減排的環(huán)保化核心理念已成為半導體工廠發(fā)展的必由之路。各類創(chuàng)新型節(jié)能技術的研發(fā)和應用都能夠大幅度減少傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的能源消耗量，實現(xiàn)能源利用和管理模式的創(chuàng)新。新型半導體工廠所采用的冷水系統(tǒng)普遍具有優(yōu)良的節(jié)能性能，現(xiàn)針對半導體工廠冷水系統(tǒng)的節(jié)能管理方式及相關核心內容進行研究。

1? 半導體工廠冷水系統(tǒng)概述

常規(guī)的半導體工廠所使用的冷水系統(tǒng)組成成分由獨立電器柜、冷卻塔、冷卻水泵、加藥裝置等構成。在實際應用過程中，一次、二次分水箱和集水箱都需要采取冷凍水泵統(tǒng)一供應冷凍水的方式，起到循環(huán)冷卻制冷的功能。半導體工廠日常生產(chǎn)中需要應用到冷凍水的生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多且分布較為分散，在冷水系統(tǒng)的設計和建設過程中，應在充分滿足生產(chǎn)需要的同時，盡可能的保證其具備較高的能源利用效率和環(huán)境友好程度。

2? 水蓄冷節(jié)能項目

2.1 項目建設目的

通過建設水蓄冷節(jié)能項目，可在半導體工廠夜間低谷用電期采取集中制冷措施，并大幅度節(jié)約用電成本。將生產(chǎn)所需的水提前降溫至可利用狀態(tài)，在白天用電高峰時段使用。以此消除頂峰和低谷電價之間的不平衡效應，整體實現(xiàn)節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。

2.2 項目節(jié)能原理與應用方式

半導體工廠原本的生活水箱可以結合生產(chǎn)規(guī)模和工藝的需要進行方向性改造。在原本生活用水箱的基礎上改造為儲水冷水箱。同時，為了不影響正常的生活用水需要，還可額外配建一個體積稍小的生活水箱。當夜晚用電量低，電價處于低谷時將冷水存儲到冷水箱中。待白天大規(guī)模恢復生產(chǎn)后，通過新風降溫等方式充分利用儲藏的冷水進行生產(chǎn)。從而建立冷水循環(huán)系統(tǒng)，在炎熱的夏季充分降低生產(chǎn)成本和能源消耗。

2.3 項目優(yōu)勢與前景

這種通過改造原有水箱并建設冷水儲藏和循環(huán)利用系統(tǒng)的方式能夠充分適應現(xiàn)階段多數(shù)半導體工廠的實際生產(chǎn)需要，且充分利用了原有的廠區(qū)設施，無需投入過多的額外建造成本。在初始投資額度上實現(xiàn)了良好的管控，這套系統(tǒng)建設并投入運營后，能夠在不影響其他相關設備運行的情況下進一步提供生產(chǎn)和操作的便捷程度，也有利于半導體工廠在生產(chǎn)和運營工程中獲得更大的經(jīng)濟效益。

2.4 項目管理和運行重點

項目投入運營后，應注意運行過程的合理控制。在夜間蓄冷時段，由于室外的溫度急劇下降且大部分辦公區(qū)內的空調關閉，整個廠區(qū)內的用電負荷將呈明顯的下降趨勢。此時產(chǎn)生的多余制冷量能夠充分滿足水池蓄冷的實際需要。因此，在廠區(qū)整體用電輸出的基礎上可適當縮小電量供應范圍。另一方面，在白天生產(chǎn)取冷的過程中，受到新風系統(tǒng)大量能量的使用需要，制冷量所產(chǎn)生的較高用電負荷會加載在水蓄冷系統(tǒng)之上，此時新風預處理系統(tǒng)和水蓄冷系統(tǒng)需要同時開啟，這時要注意控制廠區(qū)的最大電量荷載。不管是蓄冷還是取冷過程，蓄冷系統(tǒng)都應該區(qū)別于常規(guī)的關閉時空調系統(tǒng)，作為開放式系統(tǒng)使用。為了滿足各種規(guī)模的生產(chǎn)需要，取冷泵和相關閥門的選型也應充分考慮到各種工況下的水壓大小。須優(yōu)先選用耐高壓差的閥門，以保證生產(chǎn)過程的穩(wěn)定和安全。此類開放式用水系統(tǒng)操作的頻繁程度較高，因此在閥門選材和安裝上一定要確保質量過關，避免造成不必要的經(jīng)濟損失。

3? 設備冷卻水預冷節(jié)能項目

3.1 項目目的

在每年的秋冬季節(jié)，一般在10月至次年4月，室外氣溫較低。這時可利用冷卻塔的閑置能源和自然環(huán)境的低溫環(huán)境共同作用于水體的冷卻過程中。從而降低半導體工廠制備和使用冷凍水的能源消耗和冷凍水的使用量，從而間接達到節(jié)約能源的目的。

3.2 項目節(jié)能方式

半導體工廠原有的冷卻水送水溫度和回水溫度之間會存在一定差異，通常在3℃～5℃?？沙浞掷眠@一溫度上的差值，在冷卻過程中減少冷凍水的使用量或借助其他外部環(huán)境加快水體溫度的降低。由于秋冬季節(jié)氣溫較低，水體冷卻的速度較其他季節(jié)有明顯的加快，大量冷卻塔也因此閑置。此時，利用這些閑置的設備為設備冷卻水進行冷卻，既能充分發(fā)揮這些設備的潛在價值，也可進一步縮減工廠生產(chǎn)的整體成本。

3.3 項目優(yōu)勢與前景

設備冷卻水預冷節(jié)能項目的優(yōu)勢十分明顯，由于半導體工廠內的冷卻塔都是既有的，只需要額外增加一部板式熱交換器，并使用水泵搭建一套循環(huán)管路即可。通過水泵的水循環(huán)促進作用，推動冷卻水的循環(huán)并加快其冷卻效果。因此項目所產(chǎn)生的額外建設成本較低。結合以往半導體工廠建設設備冷卻水預冷節(jié)能系統(tǒng)的實際效果來看。在系統(tǒng)建設完畢并投入使用后，約一至兩年即可收回全部成本，并且該系統(tǒng)會在后續(xù)的生產(chǎn)運營過程中為企業(yè)帶來巨大的成本優(yōu)勢。

4? 其他節(jié)能項目與管理方式

除了上述兩類冷水系統(tǒng)外，冷凍機水回收、冷水系統(tǒng)的節(jié)能改造等也能顯著提升能源利用效率并減少不必要的成本浪費。在冷水系統(tǒng)的運行、監(jiān)管和維護過程中，應及時處理各類故障，縮短設備異常給生產(chǎn)過程帶來的不利影響。冷水系統(tǒng)的組成成分中，冷凍機是較為關鍵的設備之一，日常維護時要注意關注其排氣量及排氣周期，并盡量避免成本較高的冷媒泄漏，嚴格控制其對環(huán)境的影響。同時應關注保溫層的完整情況，防止意外破損影響冷水系統(tǒng)的制冷效率。落實冷動機數(shù)據(jù)的記錄等工作，為日常維護和檢修提供真實有效的參考數(shù)據(jù)。此外，冷卻塔風機內部的電路系統(tǒng)在夏季極易形成冷凝水。在夏季到來前要做好排查工作，保證冷卻水和管道的清潔，適當增加排污次數(shù)，以此實現(xiàn)冷卻水導電率的有效控制。高溫條件下的風機設備對于冷水系統(tǒng)十分關鍵，在定期檢修維護的基礎上還應設置備用風機系統(tǒng)，避免意外故障影響正常的生產(chǎn)作業(yè)進度。

5? 結語

現(xiàn)階段半導體工廠可采取的節(jié)能減排措施所涉及到的領域主要是生產(chǎn)成本控制和能源消耗等幾個方面。冷水系統(tǒng)所帶來的成本控制范圍相較于其建設的投入來說，對企業(yè)具有顯著的益處。在各類先進水循環(huán)設備和冷卻設施的引入和應用過程中，企業(yè)的節(jié)能減排效果還可進一步提升。在國家積極推進企業(yè)節(jié)能生產(chǎn)的時代背景下，半導體工廠急需結合自身產(chǎn)業(yè)規(guī)模和發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃創(chuàng)新生產(chǎn)制造技術，并在生產(chǎn)過程的能源消耗方面持續(xù)優(yōu)化。

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