半导体工厂冷水系统节能项目及管理

张亚斌

摘   要：随着近年来我国科学技术水平的快速发展，各类电子工业领域的生产和制造技术也获得了显著提升。半导体电子元器件的生产、制造和加工过程能够直接影响到我国电子信息产业的发展水平，更能带来巨大的经济效益。在半导体工厂的生产制造过程中，冷水系统作为重要的辅助类型系统之一，其提供的水蓄冷和设备冷却水预冷这两种典型节能功能能够有效帮助半导体材料加工实现效率和质量的双重提升。本文结合半导体工厂冷水系统及其相关设备的节能特性，从整体项目管理方式的角度入手进行深入的研究与分析，希望以此为后续的类似项目工程提供一定的参考依据。

关键词：半导体工厂  冷水系统  节能管理  效果评价

中图分类号：TU831.3                              文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0176-02

改革开放以来，我国工业制造水平实现了突破式的发展与进步。各类技术难题和壁垒被持续不断地打破。在电子产品的加工和生产领域，自20世纪90年代末以来，半导体行业已经获得了快速的升级和发展。众多芯片半导体生产工厂不断建成投产，为我国电子产品的功能性和全面性发展提供了优质的电子元器件材料。一般来说，生产和加工芯片的工厂在日常运营中的能源消耗量十分巨大，而在当今节能减排理念深入人心的时代背景中，从加工环节中落实节能减排的环保化核心理念已成为半导体工厂发展的必由之路。各类创新型节能技术的研发和应用都能够大幅度减少传统生产方式的能源消耗量，实现能源利用和管理模式的创新。新型半导体工厂所采用的冷水系统普遍具有优良的节能性能，现针对半导体工厂冷水系统的节能管理方式及相关核心内容进行研究。

1  半导体工厂冷水系统概述

常规的半导体工厂所使用的冷水系统组成成分由独立电器柜、冷却塔、冷却水泵、加药装置等构成。在实际应用过程中，一次、二次分水箱和集水箱都需要采取冷冻水泵统一供应冷冻水的方式，起到循环冷却制冷的功能。半导体工厂日常生產中需要应用到冷冻水的生产环节较多且分布较为分散，在冷水系统的设计和建设过程中，应在充分满足生产需要的同时，尽可能的保证其具备较高的能源利用效率和环境友好程度。

2  水蓄冷节能项目

2.1 项目建设目的

通过建设水蓄冷节能项目，可在半导体工厂夜间低谷用电期采取集中制冷措施，并大幅度节约用电成本。将生产所需的水提前降温至可利用状态，在白天用电高峰时段使用。以此消除顶峰和低谷电价之间的不平衡效应，整体实现节约生产成本的目的。

2.2 项目节能原理与应用方式

半导体工厂原本的生活水箱可以结合生产规模和工艺的需要进行方向性改造。在原本生活用水箱的基础上改造为储水冷水箱。同时，为了不影响正常的生活用水需要，还可额外配建一个体积稍小的生活水箱。当夜晚用电量低，电价处于低谷时将冷水存储到冷水箱中。待白天大规模恢复生产后，通过新风降温等方式充分利用储藏的冷水进行生产。从而建立冷水循环系统，在炎热的夏季充分降低生产成本和能源消耗。

2.3 项目优势与前景

这种通过改造原有水箱并建设冷水储藏和循环利用系统的方式能够充分适应现阶段多数半导体工厂的实际生产需要，且充分利用了原有的厂区设施，无需投入过多的额外建造成本。在初始投资额度上实现了良好的管控，这套系统建设并投入运营后，能够在不影响其他相关设备运行的情况下进一步提供生产和操作的便捷程度，也有利于半导体工厂在生产和运营工程中获得更大的经济效益。

2.4 项目管理和运行重点

项目投入运营后，应注意运行过程的合理控制。在夜间蓄冷时段，由于室外的温度急剧下降且大部分办公区内的空调关闭，整个厂区内的用电负荷将呈明显的下降趋势。此时产生的多余制冷量能够充分满足水池蓄冷的实际需要。因此，在厂区整体用电输出的基础上可适当缩小电量供应范围。另一方面，在白天生产取冷的过程中，受到新风系统大量能量的使用需要，制冷量所产生的较高用电负荷会加载在水蓄冷系统之上，此时新风预处理系统和水蓄冷系统需要同时开启，这时要注意控制厂区的最大电量荷载。不管是蓄冷还是取冷过程，蓄冷系统都应该区别于常规的关闭时空调系统，作为开放式系统使用。为了满足各种规模的生产需要，取冷泵和相关阀门的选型也应充分考虑到各种工况下的水压大小。须优先选用耐高压差的阀门，以保证生产过程的稳定和安全。此类开放式用水系统操作的频繁程度较高，因此在阀门选材和安装上一定要确保质量过关，避免造成不必要的经济损失。

3  设备冷却水预冷节能项目

3.1 项目目的

在每年的秋冬季节，一般在10月至次年4月，室外气温较低。这时可利用冷却塔的闲置能源和自然环境的低温环境共同作用于水体的冷却过程中。从而降低半导体工厂制备和使用冷冻水的能源消耗和冷冻水的使用量，从而间接达到节约能源的目的。

3.2 项目节能方式

半导体工厂原有的冷却水送水温度和回水温度之间会存在一定差异，通常在3℃～5℃。可充分利用这一温度上的差值，在冷却过程中减少冷冻水的使用量或借助其他外部环境加快水体温度的降低。由于秋冬季节气温较低，水体冷却的速度较其他季节有明显的加快，大量冷却塔也因此闲置。此时，利用这些闲置的设备为设备冷却水进行冷却，既能充分发挥这些设备的潜在价值，也可进一步缩减工厂生产的整体成本。

3.3 项目优势与前景

设备冷却水预冷节能项目的优势十分明显，由于半导体工厂内的冷却塔都是既有的，只需要额外增加一部板式热交换器，并使用水泵搭建一套循环管路即可。通过水泵的水循环促进作用，推动冷却水的循环并加快其冷却效果。因此项目所产生的额外建设成本较低。结合以往半导体工厂建设设备冷却水预冷节能系统的实际效果来看。在系统建设完毕并投入使用后，约一至两年即可收回全部成本，并且该系统会在后续的生产运营过程中为企业带来巨大的成本优势。

4  其他节能项目与管理方式

除了上述两类冷水系统外，冷冻机水回收、冷水系统的节能改造等也能显著提升能源利用效率并減少不必要的成本浪费。在冷水系统的运行、监管和维护过程中，应及时处理各类故障，缩短设备异常给生产过程带来的不利影响。冷水系统的组成成分中，冷冻机是较为关键的设备之一，日常维护时要注意关注其排气量及排气周期，并尽量避免成本较高的冷媒泄漏，严格控制其对环境的影响。同时应关注保温层的完整情况，防止意外破损影响冷水系统的制冷效率。落实冷动机数据的记录等工作，为日常维护和检修提供真实有效的参考数据。此外，冷却塔风机内部的电路系统在夏季极易形成冷凝水。在夏季到来前要做好排查工作，保证冷却水和管道的清洁，适当增加排污次数，以此实现冷却水导电率的有效控制。高温条件下的风机设备对于冷水系统十分关键，在定期检修维护的基础上还应设置备用风机系统，避免意外故障影响正常的生产作业进度。

5  结语

现阶段半导体工厂可采取的节能减排措施所涉及到的领域主要是生产成本控制和能源消耗等几个方面。冷水系统所带来的成本控制范围相较于其建设的投入来说，对企业具有显著的益处。在各类先进水循环设备和冷却设施的引入和应用过程中，企业的节能减排效果还可进一步提升。在国家积极推进企业节能生产的时代背景下，半导体工厂急需结合自身产业规模和发展战略规划创新生产制造技术，并在生产过程的能源消耗方面持续优化。

参考文献

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