Необъяснимое количество частиц
Полупроводниковая ванна для влажной обработки, оснащенная теплообменником из ПТФЭ, испытывает периодические колебания количества частиц. В течение нескольких дней количество частиц остается ниже норматива 10 частиц/мл для диапазона размеров 0,1 мкм. Затем, без каких-либо изменений в химическом процессе или производительности пластин, количество частиц резко возрастает до 50–100 частиц/мл в течение нескольких часов, а затем возвращается к исходному уровню.
Картина повторяется каждые несколько недель. Химический анализ частиц идентифицирует их как органический фторполимер-ПТФЭ. Источник находится внутри ванны. Теплообменник из ПТФЭ является единственным погружным компонентом из фторполимера. Но сами трубки не имеют видимых повреждений, утончения и растрескивания поверхности. Источником частиц не являются трубки. Это компонент поддержки.
Механизм деградации компонентов поддержки
В состав теплообменников из ПТФЭ входят опорные пластины, проставки, стяжки и компоненты рамы,-обычно изготовленные из ПТФЭ или ПВДФ-высокой чистоты. Эти компоненты испытывают другие условия нагрузки, чем трубы. Они подвержены механическому износу в точках контакта, усталости при изгибе из-за вибрации, вызванной потоком-, а в некоторых конструкциях - истиранию резьбовых соединений.
Опорная пластина из ПТФЭ, через которую проходят трубки, испытывает микро-движения в каждой точке контакта трубок. В течение десятков тысяч циклов перемешивания относительное движение между трубкой и опорной пластиной приводит к образованию микроскопических частиц износа из ПТФЭ. Эти частицы, обычно размером 0,1–10 мкм, попадают в ванну.
Выброс происходит прерывисто, поскольку частицы износа скапливаются в щелях в точках контакта до тех пор, пока возмущение потока-усилит перемешивание, скачок при запуске насоса или изменение уровня в резервуаре-не вытеснит накопленные частицы в виде партии. Пакетный выпуск приводит к резкому увеличению количества частиц. После пика количество частиц возвращается к исходному уровню, а новые частицы износа накапливаются.
Таблица 1. Источники частиц износа компонентов теплообменника из ПТФЭ
| Компонент | Механизм износа | Образец выброса частиц | Визуальные доказательства | Превентивная мера |
|---|---|---|---|---|
| Соединение трубы-с-опорной пластиной | Раздражение от вибрации | Прерывистый пакетный выпуск | Полированные следы износа на трубке; белый порошок в опорном отверстии | Эластомерная вставка или увеличенный зазор |
| Резьбовые соединительные тяги | Трение при контакте с резьбой | Прерывистый с термическими циклами | Белый порошок на нитках | смазка для резьбы ПТФЭ; уменьшенная предварительная нагрузка |
| Угловые соединения рамы | Гибкая усталость | Прерывистый с изменениями потока | Стрессовое отбеливание суставов | Закругленные углы; уменьшенное ограничение |
| Компрессионные фитинги-к-коллектору | Микро-движение наконечника | Постоянно низкий-уровень | Без разборки ничего не видно | Повторный-крутящий момент; Шайба Бельвиля |
| Края перегородки | Вибрация, вызванная потоком-трубок | Периодически с возбуждением | Полированная линия контакта | Радиус края; увеличенный клиренс |
Методика отслеживания частиц
Отслеживание периодического выделения частиц до конкретного компонента требует систематической изоляции и отбора проб.
Шаг первый: Охарактеризуйте частицы. Собирайте частицы на мембране фильтра во время всплеска. Проанализируйте с помощью FTIR- или рамановской спектроскопии, чтобы подтвердить состав ПТФЭ. Исследование с помощью СЭМ для определения морфологии частиц.-Частицы износа имеют неправильную форму, часто удлиненную форму, с рваными краями. Частицы термического разложения имеют более сферическую форму. Морфология подтверждает механизм износа.
Шаг второй: Определите триггер всплеска. Сопоставьте скачки количества частиц с технологическими событиями: запуском насоса, изменениями перемешивания, температурными циклами, изменениями уровня в резервуаре. Последовательная корреляция определяет механическое событие, которое вытесняет частицы, и указывает на компонент, испытывающий эту конкретную нагрузку.
Шаг третий: Осмотрите все компоненты из ПТФЭ во время планового технического обслуживания. Осмотрите отверстия опорной пластины на наличие полированных изнашиваемых поверхностей. Проверьте резьбу рулевой тяги на предмет скопления белого порошка. Осмотрите соединения рамы на предмет побеления от стресса. Сфотографируйте и задокументируйте все результаты.
Шаг четвертый: Изолируйте подозрительные компоненты путем замены или модификации. Замените подозрительную опорную пластину на новую. Если выбросы частиц прекращаются, компонент подтверждается как источник.
Превентивные изменения конструкции
Отверстия опорной пластины могут быть оснащены тонкими вставками из -эластомера высокой чистоты из ПТФЭ, которые поглощают микро-движения, не образуя частиц износа. Материал вставки должен соответствовать требованиям чистоты ванны.
Резьбовые соединения в опорной раме можно исключить в пользу сварных или замковых соединений из ПТФЭ. Там, где резьба неизбежна, смазка для резьбы, совместимая с ПТФЭ-, уменьшает истирание.
Для уменьшения амплитуды вибрации можно увеличить жесткость опорной рамы теплообменника или добавить демпфирующие элементы в точках контакта. Уменьшение пролета неподдерживаемых труб уменьшает движение, вызывающее истирание опорных пластин.
Краткое содержание
Периодическое выпадение частиц в полупроводниковых ваннах можно объяснить разрушением компонентов опор теплообменника из ПТФЭ посредством определения характеристик частиц, корреляции событий и систематических проверок. Частицы износа в результате истирания на границах между трубой-и-опорами создают характерные периодические выбросы.
Профилактические меры включают эластомерные вставки в местах контакта, устранение резьбовых соединений и повышение жесткости конструкции. Методика исследования отличает износ компонентов опоры от деградации трубки, направляя усилия по ремонту в нужное место.
Инженерная поддержка для отслеживания источников частиц в установках теплообменников из ПТФЭ высокой-чистоты доступна после предоставления данных о тенденциях количества частиц, результатов анализа частиц, журналов технологических событий и спецификаций компонентов теплообменника.
