在多晶硅生產工藝中相關設備密封技術的應用探討

張云華 周云山 張光成（昆明冶研新材料股份有限公司，云南 曲靖 655011）

在多晶硅生產工藝中相關設備密封技術的應用探討

張云華 周云山 張光成（昆明冶研新材料股份有限公司，云南 曲靖 655011）

多晶硅生產過程中的原料和介質，大多屬于有毒、有害、易燃、易爆、腐蝕性危險化學品，在潔凈、環保、節能、安全等方面都有嚴格要求和控制，在實際生產過程中須保證零泄漏率，密封技術在生產中的應用顯得尤為重要。本文對密封技術在多晶硅生產工藝中相關設備的應用進行探討和分析，為控制多晶硅生產中的泄露提供一定的參考。

多晶硅；設備；密封技術

多晶硅是信息產業和光伏產業的基礎材料，屬于高耗能和高污染產品，其生產工藝復雜，多晶硅生產在潔凈、環保、節能、安全等各方面都有嚴格的要求和控制；在多晶硅的生產過程中，必須嚴格控制物料的泄露，做好密封技術在實際生產中的應用，應用最為廣泛的密封技術主要有：墊片密封、填料密封、機械密封。

1 墊片密封

由于生產物料的特殊性，在多晶硅生產工藝中設備與設備、設備與管道、管道與管道之間的連接主要采用螺栓法蘭墊片連接，法蘭連接中最主要的密封元件是墊片，造成泄漏的根本原因是由于接觸面上存在間隙，而接觸面兩側的壓力差、濃度差則是泄漏的推動力。由于泄漏面的形式及加工精度等因素的影響，密封面上存在間隙在所難免，這就造成密封面不完全吻合，從而發生泄漏。要減少泄漏，就必須使接觸面最大程度地嵌合。

螺栓法蘭墊片連接密封是通過擰緊螺栓，造成法蘭與墊片接觸表面及其墊片內部較大的壓緊應力，從而一方面使墊片表面與法蘭表面緊密貼合、填滿法蘭表面的微間隙，另一方面減小墊片材料的孔隙率。墊片與法蘭密封面由于墊片壓緊應力不足、法蘭密封面粗糙、管道的熱變形、機械變形以及振動等都會造成墊片與法蘭密封面之間的貼合不嚴而發生界面泄漏。此外，螺栓法蘭連接在操作工況下由于溫度、壓力的作用，螺栓變形伸長，墊片蠕變松弛、回彈能力下降，墊片材料的老化、變質等亦會造成墊片與法蘭密封面之間的界面泄漏。如果選用的墊片材料組織疏松，致密性差，材料間存在微小間隙，在壓力的作用下很容易被介質滲透。

墊片密封泄露處理中，需根據密封泄漏的原因采取相應的措施，如果只是輕微泄露，只需緊固墊片法蘭面連接處的螺栓，使其墊片與法蘭面之間更好的貼合；如果墊片失效，需更換墊片，墊片的選用需根據法蘭面的密封型式、尺寸規格、密封等級及相應的要求需用合適的墊片，通常選用的墊片主要為金屬纏繞墊、金屬石墨墊、四氟乙烯墊，在工藝管道及高溫介質管道中禁用石棉墊片。墊片密封時需使兩法蘭面正對，墊片處于法蘭面間正中位置，緊固過程中對角、均勻用力。

由于工藝管道中物料大多為有毒有害、易燃易爆、腐蝕性危險化學品，在墊片密封泄漏處理中安全性顯得尤為重要，墊片密封泄漏處理中需正確穿戴防毒面具，防止泄漏造成的人身傷害。更換墊片需對墊片密封處泄壓置換，置換合格方可更換，針對更換墊片中可能出現物料的泄漏、噴濺、著火現象，及時做好相應的防護措施。更換墊片注意安全的同時，需保證密封面的潔凈度，更換墊片時清潔密封面及墊子，防止墊片及密封面處污染物的帶入對生產產生污染，影響產品質量。

2 填料密封

填料密封在多晶硅生產中主要用于機器和設備運動部分等動密封，它能適應各種旋轉運動、往復運動、螺旋運動及靜止元件的密封，結構簡單，拆裝方便。填料密封中存在的問題主要有：一、徑向壓力分布不均，摩擦磨損嚴重；二、應力松弛現象嚴重，密封工作的穩定性差；四、不定型硅進入，磨損填料；五、振動影響。改進措施主要有：改進徑向壓緊力密封結構；采用組合填料；優化還原爐控制參數，避免不定性硅產生。

填料密封泄露后需更換填料密封，首先對設備停機、泄壓，松開填料壓蓋，用專用工具清理舊填料，裝入新密封填料，緊固填料壓蓋。填料的組合與安裝對密封的效果和使用壽命影響很大，在填料的組合和安裝過程中，需考慮：填料的組合方式、切割填料的尺寸、填料的裝填方式、壓蓋螺栓預緊力。

在選擇填料時密封材料需具備一定的條件：一定的塑性，在壓緊力作用下能產生一定的徑向力并與緊密軸接觸；有足夠的化學穩定性，不污染介質，填料不被介質泡脹，填料中的浸漬劑不被介質溶解，填料本身不腐蝕密封面；填料自潤滑性能良好，耐磨，摩擦系數小；軸存在少量偏移時，填料有足夠的浮動彈性；制造簡單、填裝方便。

3 機械密封

機械密封是靠一對或幾對垂直于軸作相對運動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下保持接合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。機械密封性能可靠，泄露量小，使用壽命長，功耗低。毋須經常維修，且能適應于生產過程自動化和高溫，低溫，高壓，真空，高速以及各種強腐蝕性介質，含固體顆粒介質等苛刻工況的密封要求。

4 密封泄漏主要檢漏方法

在實際應用中，常用密封檢漏方法主要為：氣泡檢漏法、壓力變化檢漏法。氣泡檢漏法主要是將設備或管道沖入氮氣或氫氣加壓至一定壓力，在填料函、法蘭連接處等密封點噴發泡劑（如洗潔精），檢查有無氣泡。壓力變化檢漏法主要是將設備或管道沖入氮氣或氫氣加壓至一定壓力，通過檢查被檢件的內部壓力在一定溫度、時間內的壓力變化，判斷被檢件密封情況。

5 結語

由于多晶硅生產工藝中生產物料的特殊性，特別是高溫、高壓下的氯硅烷、氫氣，采用的密封技術往往不是單一的，而是多種密封技術的組合，如填料密封和機械密封的組合，處理密封泄漏過程中需考慮安全性。本文介紹了多晶硅生產中常用的三種密封技術、密封泄漏的處理方法及注意事項，為控制泄漏提供一定的參考價值。

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