多晶硅工厂设计规范.docx

1、多晶硅工厂设计规范UDC中华人民共和国国家标准P GB 502013 多晶硅工厂设计规范Code for design of polysilicon plant（征求意见稿）2013-xx-xx发布 2013-xx-xx实施联合发布中华人民共和国住房和城乡建设部 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中华人民共和国国家标准多晶硅工厂设计规范Code for design of polysilicon plantGB50XXX2013主编部门：中国有色金属工业协会批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部施行日期：2013年X月X日中国计划出版社2013 北京 前 言本规范是根据住房和城乡建设部

2、关于印发2011年工程建设标准规范制订、修订计划的通知（建标201117号）的要求，由中国恩菲工程技术有限公司会同有关单位共同编制完成的。本规范在编制过程中，编制组依据现行相关标准，进行了深入调查研究，在认真总结了近年来多晶硅行业的设计、建设以及管理经验和技术进步的基础上，通过反复讨论并广泛征求了有关设计、科研、生产等单位的意见，最后经审查定稿。本规范共分12章，主要技术内容包括：总则、术语代号、设计规定及依据、厂址选择及厂区规划、工艺设计、电气及自动化、辅助设施、建筑结构、给水排水、采暖通风空气调节、环保安全卫生、节能余热回收等。 本规范中以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。本规范

3、由住房和城乡建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国有色金属工业工程建设标准规范管理处负责日常管理工作，由中国恩菲工程技术有限公司负责具体技术内容的解释。本规范在执行过程中，请各单位注意总结经验，积累资料，随时将有关意见和建议反馈给中国恩菲工程技术有限公司（地址：北京市复兴路12号，邮政编码：100083），以便今后修订时参考。本规范主编单位、参编单位、主要起草人员和主要审查人员名单：主编单位：中国恩菲工程技术有限公司 参编单位：华陆工程科技有限公司 洛阳中硅高科技有限公司 江西赛维LDK光伏硅科技有限公司主要起草人员：xxx、xxx、xxx、xxx主要审查人：xxx、xxx、xxx、xxx

4、 Contents 1 总则1.0.1 为统一多晶硅工厂在工程建设领域的技术要求，总结行之有效的生产建设经验和技术成果，推进工程设计工作的规范化，使工程设计符合国家有关法律法规的规定，提高多晶硅工程设计质量，达到安全可靠、环保节能、技术先进、经济合理的目的，制定本规范。1.0.2 本规范适用于采用改良西门子工艺路线的新建、扩建和改建多晶硅工厂的工程设计。1.0.3 多晶硅工厂的工程设计应遵守国家基本的方针政策和规定，积极采用节能、环保、高效、先进的装备和工艺；通过工艺技术和工程技术集成，最大限度地提高资源、能源利用率，严格控制单位产品的资源、能源的消耗，实现物料、能源综合利用和清洁生产。1.0

5、.4 多晶硅工厂的工程设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关标准的规定。2 术语、代号2.1 术语2.1.1 改良西门子法 modified siemens process 多晶硅生产的主流工艺，在1,050左右的高纯硅芯上用高纯氢还原高纯三氯氢硅，在硅芯上沉积生长多晶硅；同时具备回收、利用生产过程中伴随产生的大量氢气、氯化氢、四氯化硅等副产物以及大量副产热能，最大限度地实现“物料内部循环、热能综合利用”的多晶硅生产工艺。2.1.2 多晶硅 polysilicon或polycrystal silicon单质硅的一种形态，硅原子以晶格形态排列成许多晶核，这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，晶粒组

6、合起来结晶成多晶硅。2.1.3 三氯氢硅氢还原 trichlorosilane hydrogen reduction 一种多晶硅制取的方法，在还原炉内三氯氢硅与氢气在气态条件下发生化学反应，生成固态物质硅，不断地沉积在加热的硅芯基体表面并形成多晶硅棒。2.1.4 还原尾气干法回收 reduction off-gas recovery 一种回收多晶硅副产尾气的方法，利用尾气中各个组分物理化学性质的差异将其一一分开回收，重新返回生产系统循环利用。2.1.5 四氯化硅氢化 silicon tetrachloride hydrogenation 一种处理多晶硅副产物四氯化硅的方法，加氢将其转换成三氯氢

7、硅。2.1.6 三氯氢硅合成 trichlorosilane synthesis 一种制取三氯氢硅的方法，通过化学反应使将氯化氢、硅粉变成三氯氢硅。2.1.7 氯硅烷精馏 chlorosilane rectification 一种通过气液交换，实现传质、传热，使氯硅烷混合物得到高纯度分离的方法。2.1.8 液氯汽化 liquid chlorine vaporiza 一种加热将液氯蒸发成氯气的方法。2.1.9 氯化氢合成 hydrogen chloride synthesis 通过化学反应将氢气、氯气变成氯化氢气体。2.1.10 盐酸解析 hydrochloric acid stripping

8、一种将氯化氢从盐酸中解析出来的方法。2.1.11 还原炉 reduction reactor 一种生产棒状多晶硅的专用设备。2.1.12 二氯二氢硅歧化 dichlorosilane disproportionate 一种回收利用二氯二氢硅的方法，通过化学反应将二氯二氢硅与四氯化硅转化成三氯氢硅。2.1.13 多晶硅后处理 polysilicon handing 根据客户和产品分析检测的要求，多晶硅出炉后进一步对其进行处理的统称，包括切除头尾、钻棒、滚圆、破碎、分拣、称重、腐蚀、清洗、干燥及包装等。2.1.14 氯硅烷 chlorosilane 硅烷SiH4中的氢原子部分或是全部被氯原子取代后

9、的物质统称。通常包括SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH3Cl等。2.1.15 还原尾气 reduction off-gas 还原炉内生成多晶硅的反应过程中未参与反应的原料和生成副产物的混合气体，主要包括氢气、气态氯硅烷及氯化氢等。2.2 代号2.2.1 主要代号CVD化学气相沉积 chemical vapor depositionDCS二氯二氢硅 dichlorosilaneFBR流化床反应器 fluidized bed reactorOGR尾气回收 off-gas recoveryPCS多晶硅 polysilicon或polycrystal siliconSTC四氯化硅 sil

10、icon tetrachlorideTCS三氯氢硅 trichlorosilane3 设计规定及依据3.1 设计规定3.1.1 多晶硅工厂的设计规模应符合多晶硅准入条件的要求。3.1.2 多晶硅工厂应采用符合多晶硅准入条件要求的先进技术、节能环保的工艺设备以及安全措施。3.1.3 工程设计应符合国家对于化工企业安全、环保、消防以及劳动卫生规范规定的要求。3.1.4 多晶硅工厂的年运行时间宜为8,000h。3.2 设计依据3.2.1 建设单位应提供详细准确的设计基础资料，设计单位应按此进行设计。3.2.2 国家、省及当地政府提供的有关项目的批复文件。3.2.3 多晶硅工程的设计应按照双方签订的设

11、计合同执行，并应符合国家、行业、地方现行相关规范及文件的规定。4 厂址选择及厂区规划4.1 厂址选择4.1.1 多晶硅生产企业厂址选择应符合现行国家标准工业企业总平面设计规范GB50187及化工企业总图运输设计规范GB50489的相关规定；并应满足多晶硅准入条件的要求，应充分利用荒地、劣地。4.1.2 厂址选择应符合国家产业政策、用地政策、区域规划及行业专项规划的要求，并应按照国家有关法律、法规及前期工作的规定进行。4.1.3 厂址不宜选择在能源短缺、电价较高的地区，宜布局于能源充足、配套成熟的化工园区，上下游配套完整，产业链布局合理，能有效延伸和规划；宜采用多晶硅-电厂-化工联营的建厂模式。

12、4.1.4 厂址应具有满足工程建设要求的工程地质和水文地质条件，并应避开有用矿藏和文物遗址区。4.1.5 厂址应位于城镇、居民区、工业园区全年最小频率风向的上风侧，不应选在窝风地段及全年静风频率较高区域。4.1.6 厂址选择应由有关政府职能部门会同有关专业对建厂条件进行联合调查，全面论证和评价厂址对当地经济、社会和环境的影响，并应满足防灾、安全、环保及卫生防护的要求。4.1.7 配套的居住区应与厂区用地同时选择，并应充分依托当地城镇的居住设施。4.1.8 厂址标高宜高于防洪标准的洪水位加0.5m，若低于上述标高时厂区应有防洪设施，并应在初期工程中一次建成。当厂址位于内涝地区，并有排涝设施时，厂

13、址标高应为设计内涝水位加0.5m。4.2 厂区规划4.2.1 厂区内平面布置除应执行本规范外，还应符合国家现行的安全、环保、消防、卫生、抗震等方面的规范规定，以及行业与该地区的相关要求。4.2.2 厂区近期规划应与企业长远发展相一致，与区域规划相协调，宜利用城市或园区已有的水、电、汽、消防、污水处理等公用设施；分期建设的工厂，近远期工程应统一规划，近期工程应集中、紧凑、合理布置，并应与远期工程合理衔接。4.2.3 厂区规划应在总体规划的基础上，根据工厂的规模、生产工艺流程、运输、环保、防火、安全、卫生等要求，并结合当地自然条件进行规划。4.2.4 厂区应按功能分区进行规划，可分为生产区、公用工

14、程及辅助设施区、仓储区和行政办公及生活服务区；生产区宜布置在厂区全年最小频率风向的上风侧，行政办公及生活设施区宜布置在全年最小频率风向的下风侧，公用工程及辅助设施区宜布置在两者之间。4.2.5 厂区规划应充分利用场地地形、地势、工程地质及水文地质条件，合理布置建筑物、构筑物和有关设施，并应减少土（石）方工程量和基础工程费用。4.2.6 厂区总平面设计应满足生产要求，应根据场地和气象条件因地制宜，合理布局，有利于节能环保，有利于保持生产系统流程和人流、物流的顺畅。车间布置应符合下列规定： 1 还原车间、多晶硅产品后处理及检测分析等有洁净等级要求的生产单元应布置在厂区有害气体和固体尘埃释放源的全年

15、最小频率风向的下风侧，满足洁净生产的要求。 2 还原前后处理、硅芯制备、检测分析及产品库宜布置于还原车间内，若单独成车间应接近或紧靠还原车间。 3 氯硅烷精馏、四氯化硅氢化以及还原尾气干法回收等生产单元在满足生产、操作、安装及检修的条件下宜采用框架结构或露天布置，联合集中布置，便于自然通风和危险气体扩散。 4 液氯库、氯硅烷罐区、氢气罐区等宜靠近厂区一侧布置，并应设置安全的装卸场地、装卸通道和装卸设施；对于构成重大危险源的装置与厂外周边区域的防火间距应符合国家相关规范的要求。5 各个原辅材料及产品应根据性质分类储存，并应布置在运输便捷地段。6 电力、动力、热力及水利设施宜位于负荷中心和接近服务

16、对象，管线输送宜短捷。总降压变电站应接近还原车间等用电负荷大的生产单元，并应保证进出线方便；还原车间余热回收或热能转换设施应接近或紧靠还原车间、氯硅烷精馏装置，锅炉房或其它产热设施应接近或紧靠氯硅烷精馏装置；循环水站应接近或紧靠氯硅烷精馏装置。 7 相对独立的生产单元的工艺辅助设施宜就近附属配置，增强独立性，减少非相关系统对其影响。 8 循环水站宜布置于通风良好的场所，应远离有无组织排放的粉尘或可溶性化学物质的地段。 9 三废处理站应布置在厂区全年最小频率风向的上风侧，且远离生活区，应符合安全卫生要求。 10 生产中央控制系统宜集中配置，增加人员集中度，减少劳动定员，便于管理，应放置于爆炸危险

17、区域外，满足相关安全要求。 11 生产区域内的生活设施宜独立布置或紧邻布置在一侧，并满足防火防爆的要求，并宜位于甲类设施全年最小频率风向的下风侧。 12 办公楼、食堂等生产行政管理设施应与生产区分开布置，并宜布置在厂区全年最小频率风向的下风侧，并应结合城市规划要求，与工厂主要出入口、厂区道路、城市干道等相协调。4.2.7 厂区道路的布置应满足生产和消防的要求外，还应符合下列规定：1 通道两侧建筑物、构筑物及露天设施对防火、安全、卫生间距的要求。2 满足各种管线、管廊、道路、竖向设计及绿化的布置要求。3 满足施工、安装及检修的要求。4 预留发展用地的要求。4.2.8 厂区的绿化应符合下列规定：

18、1 厂区的绿化应考虑当地的气候条件、土壤等因素综合考虑，合理布置和选择。 2 厂区的绿化应与厂区总平面布置、管网相适应，并与周围环境、建构筑物相协调。 3 绿化不应妨碍生产操作、设备检修、消防作业和物料运输。 4 应根据生产装置的生产特点、污染状况选择有利于安全生产和职业卫生的植物。4.2.9 厂区内或附近必须有四氯化硅等还原反应副产物综合利用或处理设施，四氯化硅等还原反应副产物应得到综合利用或有效、无害化处理。4.2.10 多晶硅生产规模在1000t/a以上的工厂宜建设三氯氢硅生产装置；生产规模在10000t/a以上的工厂宜在厂区内或附近建设硅粉制备装置。4.3 总体规划4.3.1 企业总体

19、规划应根据企业所在地的经济政策、自然条件、现状特点和当地的近远期发展规划进行编制。在满足生产、生活、运输、安全卫生、环境保护、防洪、防震等条件时，应经多方案技术经济比较后择优确定。4.3.2 企业总体规划应符合城镇总体规划和工业区总体规划的要求。有条件时应考虑与临近工业企业在生产、运输、动力供应、机修、生活设施等方面进行协作，并宜利用工业区内的基础设施。4.3.3 企业总体规划应贯彻节约、集约用地的原则，严格执行国家规定的土地审批程序，利用荒地、劣地及非耕地，尽量不占用基本农田。分期建设时，总体规划应处理好近期和远期的关系，近期集中布置，远期预留发展，分期征地，合理有效利用土地。5 工艺设计5

20、.1 一般规定5.1.1 改良西门子法生产多晶硅工艺流程的设计和工艺设备的选型应符合下列规定：1 应该根据建设规模、产品方案、建厂条件、原料与燃料性能及价格、能源消耗、经济效益等内容综合比较后确定工艺流程和主要设备。2 应选择符合国家制造标准、节能环保、先进高效、安全可靠的工艺设备。3 应采用符合循环经济要求的新技术、新工艺、新设备。4 物料平衡和热量平衡应根据选定的工艺流程计算。5 不同工序的系统设计、设备选型与配备应根据每个工序系统和单体设备的运转效率及中间产品的操作需求综合平衡后确定，并应保证有一定的操作弹性和余量，应满足生产负荷变化和生产安全的要求。6 在高海拔和湿热地区建厂，应根据海

21、拔高度对工艺计算、设备选型进行修正，所订购的设备应满足其特殊环境要求。5.1.2 工艺布置应符合下列规定：1 总平面布置应满足工艺流程的要求，宜留有合理的发展空间。2 工艺车间宜根据工艺流程和设备选型综合确定，并应在平面和空间上，满足施工、安装、操作、维护、监测和通行的要求。5.1.3 工艺流程选择、设备选型及工艺布置应考虑到多晶硅生产的主要物料的易燃易爆、有毒及火灾危险等危害特性。5.1.4 在寒冷地区建厂，宜扩大保温范围，应采取防冻措施，保证生产时管路畅通。5.1.5 新建、改建或是扩建的工厂内各个生产单元的蒸汽消耗、电力消耗及综合能耗总额不应大于国家现行规范多晶硅企业单位产品能源消耗限额

22、中的限额准入值；宜采用新技术、新工艺、新设备，使能源消耗达到先进值。5.1.6 各个装置应有事故紧急排放设施，排放的工艺废气不应直接对外排放，应根据介质种类、粉尘含量和危险性单独或全厂分类、集中回收处理。5.1.7 工艺设计范围应包括三氯氢硅生产、三氯氢硅分离提纯、三氯氢硅氢还原、还原尾气干法回收、多晶硅产品前后处理等生产车间或单元，以及相应的工艺辅助设施。5.1.8 工艺生产系统内的设备、管道的材质以及管阀件应根据物料性质和工况条件合理选取，并应根据物料的危害特性和工况条件采取相应地安全防护措施。5.2 三氯氢硅氢还原5.2.1 多晶硅还原电耗应符合多晶硅准入条件的要求。5.2.2 还原炉供

23、料系统应接近或紧靠还原车间布置。5.2.3 还原炉室应根据炉型的大小设置相适应的吊装行车，并宜配备电动葫芦专用吊装硅棒。5.2.4 根据生产工艺系统的特性，应采取合适的热能回收利用装置回收还原炉内硅棒辐射热量。5.2.5 生产太阳能级多晶硅的还原炉室宜考虑洁净新风，至少三级过滤；生产半导体级多晶硅的还原炉室洁净度应在8级以上。5.2.6 还原炉顶部应设置安全阀，为确保还原炉夹套内的冷却介质汽化后得到安全泄放。5.3 还原尾气干法回收5.3.1 还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气的回收利用率应符合多晶硅准入条件的要求。5.3.2 还原尾气干法回收设计范围应包括还原尾气除尘、气体压缩、氯硅烷深冷分离

24、、氢气吸附以及再生后气处理等单元组成。5.3.3 还原尾气除尘工序宜在前端增加过滤器或其它等效方式解决尾气中的无定形硅。5.3.4 氯硅烷分离工序宜采用高压深冷方式回收氯硅烷，以高压低温吸收、低压高温解析方式回收氯化氢。5.3.5 还原尾气干法回收工序的布置宜符合以下规定：1 宜接近或紧靠还原车间布置。2 该工序的气体压缩系统、氯硅烷深冷分离、吸附提纯氢系统宜独立设置于敞开或半敞开式的构筑物内，制冷系统宜布置于密闭建筑物内；为减少这些系统间物料及能量的输送距离，附属辅助系统宜在满足必要的防火间距基础上毗连布置。5.3.5 还原尾气干法回收工序的主要设备选型宜符合以下规定：1 各个系统内的设备能

25、力应互相匹配，保证生产的连续性。2 氢气压缩机应选取密封性好、噪声小、故障率低、低电耗的机型，宜设置备机。3 泵宜选用运行稳定、故障率低、密封好的屏蔽泵，应设置备机。5.4 三氯氢硅生产5.4.1 三氯氢硅生产包括三氯氢硅合成和四氯化硅氢化两部分，多晶硅工厂应有四氯化硅氢化装置，企业可根据生产规模、所在地区TCS供应以及投资等方面综合比较考虑是否增加三氯氢硅合成装置。5.4.3 三氯氢硅合成工序的原料之一氯化氢可采用氯化氢合成或盐酸解析工艺制取。5.4.4 液氯汽化工序的液氯汽化器应采用热水加热，不应使用蒸汽加压；并且应设计冬、夏季不同温度的冷、热水汽化液氯，水温严禁超过40。5.4.5 三氯

26、氢硅合成工序应考虑干、湿结合的除尘工艺，最大限度的提高单次运行时间。5.4.6 三氯氢硅合成工序的工艺尾气应采用吸附装置，最大限度回收氢气和氯化氢，避免物料的浪费。5.4.7 合成和氢化工序应考虑硅粉干燥工序，干燥用气应考虑回收循环使用。5.4.8 四氯化硅氢化装置应根据多晶硅生产规模、所在地区能源价格、投资成本及建设周期等内容综合经济比较后确定是采取高温氢化、低温固定床氢化工艺还是低温流化床氢化工艺。5.4.9 氢化装置宜与氢化冷凝液提纯装置临近布置。5.4.10 氢化装置应配套残液回收装置，就近配置。5.4.11 宜独立设置于敞开或半敞开式的构筑物内，制冷系统可布置于密闭建筑物内；为减少这

27、些系统间物料及能量的输送距离，附属辅助系统宜在满足必要的防火间距基础上毗连布置。5.4.12 主要设备选型宜符合以下规定：1 氢气压缩机应选取密封性好、噪声小、故障率低的机型，宜设置备机。2 泵宜选用运行稳定、故障率低、密封好的屏蔽泵，应设置备机。5.5 氯硅烷精馏5.5.1 应根据各个物料的原料组分、提纯难易程度以及产品要求等内容综合比较分析后确定高效、经济、节能的提纯流程和塔内件。5.5.2 氯硅烷精馏宜优先选用差压耦合提纯工艺。5.5.3 氯硅烷精馏工序的布置宜符合以下规定：1 大直径塔宜独立、露天布置，用法兰连接的多节组合塔以及直径600mm的塔宜布置于框架结构内。2 宜采用单排形式，

28、按照提纯流程顺序以塔的外壁或中心线对齐，并设置联合平台，各塔平台的连接走道结构应能满足各塔不同伸缩量及基础沉降不同的要求。3 塔各附属设备宜靠近塔布置，并留有安装、生产、维修空间。4 对于差压耦合塔，差压耦合再沸器、冷凝器和回流罐的标高宜逐渐降低，即“步步低”的布置方式。5.5.4 氯硅烷精馏工序的泵宜选用运行稳定、故障率低、密封好的屏蔽泵，应设置备机。5.5.5 应根据产品采出位置、进料方式、塔内温度和压力变化情况确定是按精馏段指标控制、提馏段指标控制还是按压力控制。5.6 硅芯制备及多晶硅产品后处理5.6.1 目前成熟的硅芯制备工艺有区熔法拉制、切割法。工艺路线选择应根据硅芯生产规模、能源

29、价格等情况，经技术经济分析比较后确定。5.6.2 采用区熔法拉制硅芯应考虑电磁屏蔽。5.6.3 硅芯制备的房间应设置在洁净区内。5.6.4 多晶硅后处理包括产品运输、破碎、分拣、包装、腐蚀清洗等工序，其中运输、破碎、分拣、包装应符合下列规定： 1 硅棒破碎系统的位置应根据运输硅棒路径、中间仓库的位置及厂房的工艺布置确定，应尽量靠近还原车间，减少运输路径和防止产品二次污染。2 硅棒运输车内宜衬PVC板，防止硅棒受污染。3 硅棒破碎方式应根据生产规模、物料的性能和产品粒度选择确定，一般可采用人工破碎或机械破碎。4 破碎工具与产品接触部分，应选用硬度大和强度高的材料，防止破碎脱落，给产品造成污染。5

30、 破碎系统应设置除尘装置。6 破碎的粒度应符合现行国家标准GB/T 12963-1996硅多晶中对块状多晶硅的尺寸范围要求。7 破碎、分拣、包装应设置在洁净区内，防止产品受到二次污染。5.6.5 腐蚀清洗应符合下列规定：1 腐蚀清洗应设置在洁净区内。2 腐蚀清洗室内应设置单独的物料进出口，与人员出入口分开。3 供酸室应与腐蚀清洗室分开布置，供酸室应布置在便于酸桶运输的地方，并设置相应地防护措施。4 腐蚀清洗设备内酸腐蚀部位应设置强制排风，排出的废气应处理达标后再排放。5 输送强酸的管道应采用双层套管，外层宜采用透明PVC管。5.7 分析检测5.7.1 多晶硅工厂宜设置单独的分析检测室，并宜在四

31、氯化硅氢化、还原尾气干法回收、三废处理站等装置区内设置现场分析室。5.7.2 分析检测室不应与甲乙类房间布置在同一防火分区内，可独立设置于一侧。5.7.3 分析检测室应包括以下分析内容：1 氯硅烷的含量、杂质、含碳化合物的分析。2 硅粉的含量、杂质、粒度、碳含量的分析。3 液氩中氧、氮含量的分析。4 液氮中氧含量的分析；氮气中氧含量和露点的分析。5 氢气中氧含量、氯硅烷含量、露点的分析。6 水中Cl-1、COD、BOD、pH、硬度、全碱度、悬浮物的分析。7 大气中氯化氢、氟化物、氮氧化物的分析。8 多晶硅的导电类型、电阻率、少子寿命、氧含量、碳含量、表面金属杂质含量、体金属杂质含量的分析。5.7.4 分析检测室中除化学分析以外，其它分析房间应设置在洁净区，洁净度要求见附录