#221 Cycle Purge

 **循環吹掃（Cycle Purge）**是一種用於氣體管道或設備內部清潔的技術，通常在管道或設備需要去除殘留氣體、濕氣或其他污染物時使用。這種技術特別適用於需要高純度氣體或無污染環境的應用中，如半導體製造、生物製藥和精密化工。

循環吹掃的過程：

1. 準備：

   • 選擇吹掃氣體：通常選用惰性氣體如氮氣（N₂）或氬氣（Ar）作為吹掃氣體，因為這些氣體不易與管道內的物質反應，也不會在管道內留下殘留。
   • 系統密封：確保管道或設備的密封性良好，避免吹掃過程中氣體泄漏或外界污染物進入。

2. 吹掃過程：

   • 加壓氣體：將吹掃氣體以一定壓力引入管道或設備內部，並通過系統中的管路循環。這個過程可以使殘留的氣體或污染物隨著吹掃氣體的流動被帶出系統。
   • 多次循環：吹掃氣體通常會以循環的方式多次進入和排出管道或設備，以確保所有污染物被徹底清除。每次循環後，可以進行檢測以確保污染物濃度已達到可接受的水平。
   • 控制流量與壓力：在吹掃過程中，需要控制氣體的流量和壓力，確保氣體能夠有效清除內部污染物，同時不損壞管道或設備。

3. 檢查與驗證：

   • 檢測殘留物：吹掃完成後，使用專業儀器檢測管道或設備內部的殘留物濃度，以確保吹掃效果符合標準。
   • 確保潔淨度：根據應用的需求，可能需要進行多次吹掃和檢測，直到達到所需的潔淨度標準。

適用場景：

• 半導體工業：在製造高純度電子元件時，需要對管道系統進行循環吹掃，以確保沒有污染物會影響製造過程的純度。
• 生物製藥：在生物製藥工廠中，循環吹掃技術用於清潔管道和反應器，以防止交叉污染。
• 化工行業：在某些精密化工操作中，循環吹掃用於清除系統中的殘留氣體或化學品，確保後續操作的安全和純度。

這種技術確保了氣體管道和設備在運行時的高潔淨度，防止任何可能的污染物影響最終產品的質量或安全性。

Cycle Purge 可以針對整個管路系統進行，也可以只針對管路系統中特定的一段進行，這取決於管道系統的設計、目標純度要求以及吹掃的具體目的。

1. 整個管路系統吹掃

• 適用情況：當整個管道系統需要達到高潔淨度要求，或者系統內可能存在殘留的污染物時，通常會選擇對整個系統進行循環吹掃。
• 優勢：確保整個系統內所有部分的水分和污染物都被徹底清除，避免任何局部的潔淨度不足。
• 典型應用：這種方法常用於新安裝的管道系統，或者在長期停用後重新啟動的系統中。

2. 特定管路段的吹掃

• 適用情況：當僅有特定的管道段或設備需要達到高純度要求，或者在多段管道中只需對某一段進行清潔時，可以選擇只對這段管道進行循環吹掃。
• 優勢：這種方法能夠節省時間和資源，特別是當其他部分的系統不需要達到同樣的潔淨度標準時。僅對需要的區域進行吹掃，能夠更高效地達到目標。
• 典型應用：當系統中的某些部分經歷過維修或改造，需要局部清潔時，或當新設備接入現有管道系統時。

3. 決策依據

• 系統設計：如果管道系統設計複雜，有許多支管和設備連接，可能需要逐段進行吹掃，或者使用多次循環以確保每個部分都被充分清潔。
• 潔淨度要求：如果整個系統都需要極高的潔淨度，則必須進行全系統的循環吹掃。如果只有某些部分需要達到高潔淨度，則可以選擇針對這些部分進行吹掃。

結論

循環吹掃可以靈活應用於整個管道系統或特定管道段，具體取決於系統需求和潔淨度標準。通過根據實際情況選擇合適的吹掃範圍，可以在保證潔淨度的同時，優化操作效率和資源利用。

具體操作程序建議

以下是以氮氣吹掃，並將水分目標設定為10 ppb的**循環吹掃（Cycle Purge）**的具體操作程序建議。這個程序可以用於需要達到極高潔淨度要求的氣體管道系統，如半導體或精密化工設備。

1. 準備工作

• 系統檢查：確保管道或設備內部清潔，沒有明顯的污染物或殘留液體。
• 選擇氮氣供應源：使用超高純度的氮氣（99.999% 或更高）作為吹掃氣體，以避免引入額外的污染物。
• 設備檢測：確認露點儀、水分分析儀等檢測設備已經校準完畢，可以準確測量低至 10 ppb 的水分含量。

2. 初次吹掃

• 設定初始壓力：將氮氣以適當的壓力引入系統，通常初始壓力為系統設計壓力的 50% 到 75%。
• 流量控制：控制氮氣的流量，以確保氣體能夠均勻地流經管道內的每個部分。
• 持續吹掃：讓氮氣在系統內循環一段時間，這段時間根據系統大小和複雜性而定，通常為數分鐘到數小時。

3. 多次循環吹掃

• 檢測水分含量：在每次循環後，使用水分分析儀測量系統內氮氣的水分含量。如果測得的水分含量遠高於 10 ppb，則繼續吹掃。
• 多次吹掃與檢測：
  • 更換氮氣：如果在多次循環後水分含量沒有顯著降低，可以考慮更換新的氮氣進行再次吹掃。
  • 進行 5 到 10 次循環：通常建議至少進行 5 到 10 次循環吹掃，每次都要測量水分含量，並記錄數據。

4. 達到目標

• 最終檢測：當水分含量接近或低於 10 ppb 時，進行最終檢測。為了確保系統達到穩定狀態，可以延長最後一次吹掃的時間。
• 穩定觀察：最後一次吹掃完成後，停止吹掃並進行穩定觀察，確認水分含量穩定在目標範圍內。

5. 完成與記錄

• 關閉吹掃系統：當水分含量達到目標後，關閉吹掃系統並進行封閉。
• 記錄所有數據：完整記錄每次循環的檢測數據和操作條件，作為檢驗報告的一部分。

6. 可能的變數調整

• 如果在多次吹掃後水分含量仍然無法達到 10 ppb，可以考慮：
  • 提高吹掃壓力：增加氮氣的吹掃壓力。
  • 延長吹掃時間：延長每次吹掃的時間，以便更充分地排除殘留水分。
  • 檢查系統泄漏：檢查是否存在系統泄漏或死角導致水分難以去除。

這個循環吹掃操作程序可根據具體應用需求進行調整，確保最終水分含量達到10 ppb以下的高純度要求。

#220 UHP管道，即超高純度管道（Ultra High Purity Piping）

 UHP管道，即超高純度管道（Ultra High Purity Piping），是專門設計用於傳輸極高純度氣體或液體的管道系統。這類管道通常應用於半導體製造、生物製藥、光電和化學工業中，因為這些行業對於過程介質的純度有極高的要求。

UHP管道的特點

1. 材料選擇：

   • 不銹鋼：UHP管道通常使用316L不銹鋼，因其具有良好的耐腐蝕性和低碳含量，能夠在加工過程中保持極高的表面潔淨度。
   • 聚四氟乙烯（PTFE）：在某些情況下，可能會使用PTFE內襯的管道，特別是在需要高度耐化學腐蝕的應用中。

2. 表面處理：

   • 電解拋光（Electropolishing）：UHP管道內壁通常會進行電解拋光處理，以減少表面粗糙度，防止污染物的吸附，並提高管道的潔淨度。
   • 超高純度清洗：在管道製造和安裝後，會進行多次超高純度清洗，確保內表面不含任何污染物。

3. 焊接工藝：

   • 自動焊接（Orbital Welding）：UHP管道通常使用自動焊接技術，以保證焊接點的均勻性和一致性，從而確保管道內部不會有污染物殘留或形成微裂紋。
   • 焊接後清洗和檢查：焊接完成後，通常會進行焊縫的無損檢測和內部清洗，確保焊縫不會成為污染源。

4. 潔淨要求：

   • 無菌和無粒子環境：UHP管道的生產和安裝通常在無塵室中進行，以防止任何微粒或有機物污染管道內壁。
   • 氣體或液體的純度維持：UHP管道設計的目的是保持傳輸過程中介質的純度，不會引入任何外來污染物。

典型應用

• 半導體製造：傳輸氫氣、氮氣、氧氣、氬氣和其他高純度氣體，用於晶圓製造和清洗。
• 生物製藥：傳輸高純度水（如注射用水）、生物試劑等，用於製藥過程中的無菌操作。
• 光電工業：用於製造LCD、OLED顯示器的過程中，傳輸超高純度的氣體或化學品。

結論

UHP管道系統是確保極高純度工業過程中關鍵介質傳輸的重要基礎設施。這些管道系統的設計、安裝和維護都需要非常嚴格的標準，以確保介質的純度不受任何影響。

#219 水分分析技術的檢測能力

 目前的氣體管路水分分析儀（如電解法、露點法、激光吸收光譜法等）可以檢測到非常低的水分含量。以下是幾種常用水分分析技術的檢測能力：

1. 露點儀（Dew Point Analyzer）

• 最低檢測水分：露點儀的檢測範圍通常可以達到 1 ppb（十億分之一） 以下，這取決於儀器的精度和設計。高精度的露點儀可以檢測到 -100°C 以下的露點，對應極低的水分含量。

2. 電解法（Electrolytic Moisture Analyzer）

• 最低檢測水分：電解法水分分析儀的檢測範圍可以達到 0.1 ppb，這種儀器非常適合超純氣體的水分含量測定，特別是在電子級氣體的應用中。

3. 激光吸收光譜法（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）

• 最低檢測水分：TDLAS 技術的分析儀可以達到 0.1 ppb 或更低，這些儀器通常應用於要求極高精度的工業過程和研究中，如半導體製造和超純氣體的檢測。

參考資料

1. Michell Instruments - Advanced Dew Point Analyzers
2. Panametrics - Moisture Analyzers for Ultra-Low Humidity
3. Tiger Optics - Trace Moisture Analyzers

這些技術和儀器的發展，使得目前氣體管路中的水分含量可以被精確地檢測到極低的水平，以滿足各種苛刻的工業需求。

#218 “冷緊”（Cold Tightening）或“冷縮後再扭緊”**（Retightening After Cooldown）

 在低溫管路系統中，當導入低溫氮氣或其他低溫流體後，由於溫度劇烈下降，法蘭接頭和螺栓會受到冷縮影響，這可能導致接頭的密封性降低。因此，在低溫條件下，螺栓可能需要進一步扭緊，以確保密封的完整性。

這個過程通常被稱為**“冷緊”（Cold Tightening）或“冷縮後再扭緊”**（Retightening After Cooldown）。這些術語指的是在低溫流體導入後，系統達到工作溫度時，對螺栓進行再一次的扭緊操作，以補償因溫度下降引起的材料收縮。

具體程序與考量：

1. 冷卻後再扭緊：在管道冷卻至工作溫度後，由於材料的熱膨脹系數不同，螺栓和法蘭可能會有不同程度的收縮。因此，需要在這個溫度下對螺栓進行再扭緊，確保連接的密封性。

2. 扭矩要求：冷緊時的扭矩可能會與初次安裝時有所不同，這需要根據具體材料和工作環境來確定。因此，必須遵循設計規範或專業指導來進行操作。

3. 安全注意事項：冷緊操作應小心進行，特別是在極低溫環境下，螺栓和法蘭的脆性可能會增加，過度扭緊可能導致螺栓斷裂或法蘭損壞。

參考資料：

• Engineering Toolbox - Thermal Expansion
• Linde Engineering - Cryogenic Piping Systems

這些參考資料提供了更多關於低溫環境下材料行為的詳細信息，以及在低溫系統中如何進行冷緊操作。

#217 從氮氣和氧氣中分離氙氣的過程

 從氮氣和氧氣中分離氙氣的過程中，需要專門的系統來收集並集中剩餘的氣體。因此，在通常的氮氣、氧氣和氬氣工廠中，如果要生產氙氣，則需要額外的裝置和系統來處理這些稀有氣體。

具體需求與裝置：

1. 收集剩餘氣體的裝置與系統：

   • 剩餘氣體收集：在常規的空氣分離單元（ASU）中，氮氣、氧氣和氬氣經過分離後，剩餘的氣體混合物（通常包含氙氣、氪氣及其他稀有氣體）需要被收集。
   • 低溫蒸餾塔：這些剩餘氣體會進入專門設計的低溫蒸餾塔，進行進一步的蒸餾分離。在這個過程中，氙氣會被分離出來並集中收集。

2. 專用提純系統：

   • 精餾塔：氙氣和其他稀有氣體被分離出來後，還需要進行進一步的精餾，以去除其他殘留氣體並達到所需的純度。
   • 收集和儲存系統：經過精餾後的氙氣通常會被儲存在高壓氣體鋼瓶或低溫液體罐中，準備輸送或使用。

專用設施的必要性：

• 在一般的氮氣、氧氣、氬氣工廠中，氙氣的濃度非常低。因此，通常的空氣分離設備中不會自動包含氙氣的回收和處理系統。如果工廠需要生產氙氣，就必須添加這些額外的系統。
• 這也意味著在商業上進行氙氣生產的工廠，會需要更多的資本投入來建立這些專用設施，並且要有專門的操作和維護計劃來管理這些設備。

結論：

確保能夠高效地收集和集中剩餘氣體是從氮氣和氧氣分離過程中提取氙氣的關鍵。這意味著在一般的氮氣、氧氣和氬氣工廠內，若要進行氙氣生產，必須額外設置專門的設備和系統來處理這些稀有氣體。

參考資料：

1. Linde Engineering - Air Separation Units
2. Air Liquide - Rare Gases Production
3. Cryogenic Distillation of Rare Gases