автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Исследование эксплуатационных характеристик теплообменных систем оборудования полупроводникового производства

На правах рукописи

Самойликов Роман Вячеславович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛООБМЕННЫХ СИСТЕМ ОБОРУДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность: 05.27.06- Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

2005

Работа выполнена на кафедре «Промышленная экология» Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Каракеян Валерий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, с. н. с. Рощин Владимир Михайлович

кандидат технических наук, доцент Серебряный Григорий Леонидович

Ведущая организация:

ОАО НИИТМ

Защита диссертации состоится » О С

2005 г. в

часов на заседании диссертационного совета Д 212.134.03 в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, Москва К-498, Московский государственный институт электронной техники (МИЭТ)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ

Автореферат разослан «_»_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Л.А.Коледов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В большинстве технологических процессов производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники используется энергоёмкое оборудование. Необходимость непрерывного режима работы и круглосуточного поддержания параметров микроклимата в чистых помещениях значительно увеличивают энергоёмкость этих производств.

Нормальное функционирование значительной части оборудования п/п производств требует надёжной работы теплообмеиных систем, входящих в его состав. Энергетическая эффективность теплообменных систем определяется чистотой теплопередающих поверхностей. В условиях эксплуатации оборудования, особенно в межсезонные периоды, имеют место случаи значительного отклонения параметров солесодержания (оборотной, сетевой и подпиточной) воды от номинальных их значений. Так, например, содержание окислов железа в сетевой воде вместо нормированных 300-400 мкг/л достигают величин, превышающих 2000 мкг/л. Такие скачки в параметрах водного энергоносителя приводят к формированию солевых отложений на теплопередающих поверхностях (рубашек, фланцев, подложкодержателей, штоков, различного типа теплообменников и т.п.), что приводит к ухудшению одной из важных эксплуатационных характеристик - энергетической эффективности, а, следовательно, и надежности оборудования п/п производства.

В целом эффективность полупроводникового производства определяется не только качественной работой технологического оборудования, но и эффективностью работы теплоэнергетического оборудования систем воздухообеспечения производственных помещений (с точностью поддержания температуры ±0,1°С и относительной влажности -

Анализируя устройства теплообменных узлов технологического и теплоэнергетического оборудования, можно заметить большое сходство конструктивных решений (трубные, коаксиальные, кольцевые и т.п. системы) и общность физической природы их работы, определяемой процессами переноса тепла. Это позволяет привлечь работы известных учёных М.В. Кирпичева, М.А. Михеева, А.А. Гухмана. Ю.В.Петровского, В.Г. Фастовского, В.М.Антуфьева, Э.К.Калинина, Е.В. Дубровского, H.Glaser, H Koch, W.M.Kays and A.L.London и др. для решения основной задачи диссертации -

повышение надежности работы технологического и теплоэнергетического оборудования п/п производства.

Отсутствие прямой связи между выходом годных изделий и энергоёмкостью п/п производства затрудняет получение

количественных зависимостей между ними. В то же время повышение эффективности теплообменных систем климатического оборудования способствует снижению энергоёмкости п/п производства, улучшая его экономические показатели.

Предварительные оценки показывают, что своевременные профилактические мероприятия, например, очистка поверхностей охлаждения (нагрева) оборудования от внутрисистемных отложений позволяет существенно повысить его энергетическую эффективность. Так, например, для ряда ведущих предприятий микроэлектроники г. Зеленограда, повышение эффективности теплового оборудования на 10 % позволяет получить значительный экономический эффект, исчисляемый миллионами рублей.

Руководствуясь требованиями государственной экономической политики в области энергосбережения и Федеральной целевой программой «Энергосбережение России», показатели

энергоэффективности и энергопотребления производственных процессов и оборудования необходимо включать в соответствующие стандарты предприятия или утверждаемую предприятием технологическую документацию. В связи с этим «разработка типовых методик проведения сертификации энергопотребляющей продукции на соответствие нормативным показателям энергоэффективности» должна быть отнесена к числу первоочередных мероприятий.

В повседневной практике контроль и оценка энергоэффективности производственных процессов и оборудования осуществляются по уже устаревшим методикам. Так, нормируемая эффективность работы теплового оборудования оценивается по теплопроизводительности и коэффициенту полезного действия теплообменного устройства, перепаду давления ( на входе и выходе теплообменного устройства) и удельному расходу энергии на единицу выработанной продукции и т.п., т.е. по количественным показателям, которые могут быть отнесены к необходимым. Однако разнообразие технологических схем п/п производств приводит к различию схем подключения в систему (технологическую, энергетическую, гидравлическую и т.п.) оборудования, что естественно приводит к изменению качественных показателей энергоэффективности, как процессов, так и оборудования. К сожалению, в распространенных методиках оценки энергоэффективности оборудования этот показатель не учитывается.

Таким образом, актуальность работы состоит в том, чтобы на основе предлагаемых в диссертации нормативных показателей тепловых систем оборудования, методик оценки их на. соответствие этим нормативам и методов оптимизации режимов восстановления этих показателей повысить эффективность и надежность оборудования, а также воспроизводимость технологических параметров процессов производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники.

Объект исследования. Теплообменные системы оборудования п/п производства.

Предмет исследования. Зависимости эксплуатационных характеристик оборудования п/п производства от его энергетической эффективности.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с «Долгосрочной программой энергосбережения в г. Москве», осуществляемой в рамках совместной программы МИЭТ, НПК «Технологический центр», ГУП «Мостеплоэнерго», Институт высоких температур РАН и др. организаций.

Цель работы Исследование эксплуатационных характеристик теплообменных систем оборудования полупроводникового производства на основе разработанных методик оценки и повышения энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Показать, что энергетическая эффективность и надежность оборудования п/п производства зависит от эффективности и надежности работы теплообменных систем этого оборудования.

2. Провести анализ энергопотребления различных предприятий п/п производства г. Зеленограда.

3. Провести сравнительный анализ различных методик оценки энергетической эффективности теплообменного оборудования и обосновать выбор базового метода для расчета коэффициентов эффективности теплообменных систем оборудования.

4. На основе базового метода разработать методики оценки и контроля энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

5. Провести исследования энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

6. Разработать математические модели, технические средства и выполнить исследования, обеспечивающие возможность повышения энергетической эффективности теплообменных систем оборудования.

7. Разработать рекомендации по организации режимов восстановления энергетической эффективности оборудования.

8. Разработать инженерные методики расчета энергетической эффективности оборудования п/п производства.

Научная новизна работы.

1. Определены основные показатели энергетической эффективности теплообменных систем оборудования, позволившие упростить методику оценки энергетических потерь различных узлов оборудования и повысить стабильность и воспроизводимость параметров технологических процессов.

2. Выявлены закономерности показателей энергетической эффективности теплообменных систем оборудования от степени чистоты теплопередающих поверхностей. На основе этих зависимостей разработаны варианты методик контроля и оценки энергетической эффективности оборудования. Методики позволяют определять техническое состояние оборудования, продолжительности периодов рентабельной и надежной эксплуатации оборудования в зависимости от схемы размещения и системы тепло- и водоснабжении его.

3. На основании анализа процесса образования накипных отложений в теплообменном оборудовании, математического моделирования процесса растворения отложений и полученных в работе зависимостях концентрации ионов железа в растворе от показателя рН раствора и его температуры, разработана методика проведения процессов «мягкой» и «жесткой» химической отмывки теплообменных систем оборудования от накипных отложений, позволяющая оптимизировать режимы восстановления эксплуатационных характеристик оборудования с учётом технических возможностей предприятия при соблюдении экологических нормативов.

Практическая значимость. В результате проведенного комплекса теоретических, статистических и экспериментальных исследований разработаны методики, технические средства и даны рекомендации по повышению энергетической эффективности оборудования п/п производства, заключающиеся в:

1.Возможности объективного анализа эффективности и основных показателей рабочего процесса любых теплообменных систем.

2.Оценке н контроле уровня энергетической эффективности оборудования п/п производства.

3.Разработке предложений по снижению расхода основных энергоносителей в п/п производствах.

4.Оптимизации технологии и улучшению экологичности процесса восстановления эффективности технологического, климатического и теплоэнергетического оборудования.

5. Уменьшении энергоёмкости оборудования п/п производств.

Внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в следующие объекты и процессы:

1. Инженерные методики контроля и оценки энергетической эффективности работы теплообменников и методы восстановления эффективности теплообменных систем оборудования приточно-вытяжной вентиляции системы кондиционирования чистых помещений, используемые на предприятиях ОАО «АНГСТРЕМ» и НПК«ТЦ».

Практическая реализация вышеупомянутых методик, проведенная в 2003 - 2004 г.г. при участии автора диссертации, позволили повысить коэффициент эффективности теплообменников на 8% (ОАО «АНГСТРЕМ) » и сэкономить за указанный срок около 200 000 кВт-ч(НПК «ГЦ»).

2.Результаты исследований используются в лабораторном практикуме специальности «Инженерная защита окружающей среды» (330200). Самойликов Р.В. является автором методического описания лабораторной работы и экспериментального стенда по исследованию режимов очистки технологического оборудования микроэлектроники от накипных отложений.

Достоверность результатов. Результаты н выводы по работе согласуются с научно-техническими результатами отечественных и зарубежных источников, базируются на обработке большого объема статистических данных, данных режимных карт и результатах технических отчетов, что свидетельствует об их адекватности.

На защиту выносятся:

1.Теоретически обоснованные методики оценки энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п

производства, позволяющие контролировать условия эксплуатации оборудования и отклонение их от номинальных;

2.Теоретически обоснованная и практически апробированная методика контроля экономической эффективности эксплуатации теплообменных систем оборудования п/п производства;

3.Математические модели, позволяющие оптимизировать режимы восстановления эффективности технологического и теплоэнергетического оборудования;

4.Рекомендации по организации экологически безопасных режимов восстановления эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты докладывались на 8 - 11 Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2001», Москва 2001г. «Микроэлектроника и информатика -2002», Москва 2002г «Микроэлектроника и информатика -2003», Москва 2003г «Микроэлектроника и информатика -2004», Москва 2004г.;

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ, в том числе две статьи.

Структура и объем работы.. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 92 наименований и приложений на 3 страницах. Работа содержит 188 страниц, в том числе 180 машинописного текста, 55 рисунков и 6 таблиц.

Личный вклад автора» Все результаты, составляющие основное содержание диссертации, получены автором самостоятельно. Автору принадлежат:

- разработка системы показателей эффективности работы теплообменных систем оборудования п/п производства;

- разработка методики контроля и оценки эффективности работы теплообменных систем оборудования п/п производства;

- разработка методики процесса восстановления эффективности работы оборудования п/п производства;

- разработка инженерных методик расчета эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект, предмет, цели и задачи исследования. Отмечены новизна работы, практическая значимость и апробация её.

В первой главе подчеркивается, что эффективность и качество производства п/п изделий обеспечивается не только качественной работой технологического оборудования, но и надежностью работы теплоэнергетического оборудования, обеспечивающего номинальные климатические условия производства.

Малые величины термических коэффициентов полезного действия (единицы и менее процентов), высокая прецизионность термической обработки изделий в сочетании с большой единичной мощностью технологических установок (20 - 250 кВТ и более) приводят к необходимости размещения в конструкциях установок различных водоохлаждающих устройств, от энергетической эффективности которых зависит эффективность и надежность работы самих технологических установок.

Так как процессы теплообмена, происходящие в охлаждаемых узлах технологического и теплообменных системах климатического оборудования, имеют общую физическую природу, то теоретической основой анализа энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства может служить теория тепло- и массообмеиа. Приводятся примеры некоторых видов технологического оборудования, важнейшая эксплуатационная характеристика которых - надежность, в значительной степени определяется эффективностью и надежностью работы охлаждаемых устройств этого оборудования.

Анализ результатов энергоаудита ведущих предприятий г. Зеленограда, производящих п/п изделия и электронную технику (ЭТ), показал, что высокая энергоемкость этих производств определяется, прежде всего, непрерывным режимом работы технологического

оборудования, а также необходимостью круглосуточного поддержания параметров микроклимата в чистых помещениях.

Многолетний производственный опыт предприятий г. Зеленограда показывает, что повышение эффективности теплоэнергетического оборудования, обеспечивающего номинальные параметры микроклимата технологических помещений, способствует снижению энергоёмкости всего производственного комплекса. Приведенные материалы дают достаточно полное представление о состоянии энергоэффективности производств.

Представлен краткий обзор методов оценки эффективности теплообменных систем и устройств.

Методика энергетического менеджмента и планирования (ЭМП), основанная на мнениях экспертов, позволяет оценить реальные уровни энергопотребления, определить основные направления и разработать организационно-технические мероприятия, направленные на повышение уровня энергосбережения. Однако наличие субъективности в оценках экспертов ограничивает возможности этой методики.

Наиболее распространенные методики, использующие критериальные соотношения, позволяют достаточно точно определить энергетическую эффективность большого количества форм поверхностей теплообмена. Но для оценки эффективности сравниваемых вариантов требуется знание самих критериальных зависимостей, которые зачастую неизвестны. Поэтому использование этой методики для решения задач, поставленных в работе, представляется затруднительным.

Методика универсальной шкалы энергетической эффективности тепловых устройств и систем базируется на качественных их показателях, которым присваивается условное числовое значение. Так, например, если анализируемая система или устройство превышает уровень лучших мировых достижений, то этот показатель оценивается весовым коэффициентом 100, соответствует лучшим мировым образцам -50, соответствует среднему уровню в отрасли России - .20. Суммируя произведения показателей (их в предлагаемой методике 10) на их весовой коэффициент, получают величину интегрального показателя эффективности. Условность такой методики очевидна.

Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость обоснования и выбора достаточно простой, надежной и объективной

системы оценок энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

Объективность таких оценок может быть обеспечена термодинамическим подходом, использование которого позволяет определить предельные значения энергетического эффекта.

Во второй главе излагаются основы термодинамического подхода к оценке эффективности теплообменных устройств технологического и теплоэнергетического оборудования п/п производства.

Максимальный энергетический эффект с минимальными затратами энергии может быть получен только в идеальных обратимых процессах. Реальные процессы всегда сопровождаются потерями энергии, поэтому они являются необратимыми. Степень необратимости процессов может быть определена по удельной величине энергетических потерь.

Величина энергетических потерь любого процесса (устройства, установки) вычисляется по формуле Р. Клаузиуса:

где - температура окружающей среды; - алгебраическая сумма изменений энтропии всех тел, участвующих в рассматриваемом процессе.

Введением понятия работоспособности:

на основании первого закона термодинамики производится расчет реального эффекта:

где - сумма энергетических потерь; - энергетические

потери горячего источника энергии.

Включение в выражение энергетической потери температуры окружающей среды То подчеркивает тот факт, что потеря становится безвозвратной лишь в результате перехода тепла к окружающей среде, а такой переход всегда имеет место в любой тепловой установке.

«Организованная» энергия (химическая, электрическая, механическая и т.п.) способна целиком переходить в другие виды энергии. Тепловая же энергия не отличается этим свойством и поэтому является менее ценной, чем вышеуказанные виды энергии.

Энергетические потери тепловых процессов значительно удобнее подсчитывать не при помощи разности работоспособностей, как это делается в случаях с «организованной» энергией, а при помощи уравнения (1), если им воспользоваться следующим образом.

На рис. 1 представлена схема произвольно выбранного узла схемы энергетической установки. Конструкция узла, его задачи и способ действия могут быть и неизвестны. Достаточно только знать значения весов и энтропии тел, входящих в узел и выходящих из него, а также количество тепла, теряемого в окружающую среду. Тогда:

о

Рис.1. К методике определения энергетических потерь какого -

либо узла установки.

^в „в

где - соответственно расход в единицу времени ;-го потока

^У оУ

и его энтропия на входе в узел, а

, а

соответственно расход

в единицу времени и энтропия I -го потока на выходе из узла. В общем случае п ^т.

На основании понятия полного коэффициента энергетических потерь:

q D] +P2 + +Pn-i +Pn

E'

может быть определен коэффициент термодинамического совершенства любой энергетической установки:

E'~2Di 1 О

(б)

При вычислении Т|0 теплоэнергетических установок в среднюю

часть равенства следует вместо подставить

Для объективной оценки энергетической эффективности теплообменных систем недостаточно использование только термического К. П. Д., учитывающего отношение полезной мощности к затраченной. Численное значение этого К.П.Д. не учитывает условия, в которых работает анализируемое теплообменное устройство, т.е. технологическую (энергетическую, гидравлическую и т.п.) схему процесса, исполнение и состояние теплопередающих поверхностей, теплофизические свойства и режимы течения теплоносителей и т.п. Иными словами не учитываются качественные показатели работы устройства.

Выражение для показателя качества работы теплообменного устройства может быть представлено в виде:

Цу/ =

ДЕ+ -D

ÄP

(7)

ДЕ+ + 0Д1

где АЕ+,- положительная работоспособность; Одр гидравлические потери на транспорт теплоносителя и потери на конечную разность температур теплоносителя, соответственно.

Таким образом, во второй главе показано, как на основании законов термодинамики и понятия энергетических потерь может быть максимально унифицирована и упрощена система показателей рабочего процесса любой теплообменной системы.

В третьей главе рассмотрены механизмы образования слоев различных отложений, методики оценки энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства и созданные на их основе принципы контроля и управления энергетическими параметрами этих систем.

Показано, что при температурах, превышающих 100°С, на теплопередающих поверхностях образуется защитная пленка

магнетита РезО*. Наилучшие защитные свойства имеет эта пленка толщиной порязка 0,0440,1 мкм.

Рассмотрены основные факторы, влияющие на величину скорости роста отложений, а также на их структуру и состав. На примерах теплообменных узлов и систем технологического и климатического оборудования п/п производства демонстрируются различные методики оценки энергетической эффективности этих видов оборудования.

Введенный в настоящей работе коэффициент эффективности представляет собой отношение производительности теплообменного устройства к мощности, затраченной на транспорт теплоносителя через это устройство. Причем, если теплопередающие поверхности свободны от отложений, то имеет место номинальный коэффициент эффективности - Ко,зф.. При наличии «эксплуатационного» слоя отложений (на тех же теплопередакнцих поверхностях) эксплуатационный коэффициент эффективности - К,.эф Отношение второго коэффициента к первому определяет величину коэффициента качества (эксплуатации) водоохлаждаемого (устройства, системы) технологического или теплоэнергетического оборудования:

Так, для расчета систем водоохлаждения технологического оборудования коэффициент эффективности вычисляется с помощью следующего выражения:

Д к-Ыр

где

Б =

(9)

- коэффициент, учитывающий

геометрические и режимные параметры системы охлаждения; \\= =О.Ср - водяной эквивалент системы охлаждения; к , кцшс — коэффициенты теплопередачи через поверхность с отложениями и без них; - затраты мощности на транспорт теплоносителя

через охлаждаемое устройство (с учетом к.п.д. насоса -ц,,); индекс «0» относится к теплообменным поверхностям, свободным от отложений.

Коэффициент качества теплообменника, входящего в теплообменную систему оборудования имеет вид:

где 5( =

относительная максимальная разность температур

между температурой на входе греющего теплоносителя

_ м

температурой на выходе нагреваемого теплоносителя; А = ■

1(2)

М0

относительная разность температур нагреваемого теплоносителя в

степень просвета

л д°-2§,

канале с отложениями и без них; Дк =-

канала; 8] - толщина отложений; £ -относительный коэффициент

ч>

сопротивления трения.

Сопоставление экспериментальных данных А.Ф. Богачевой и др. (точки) с результатами (линия), полученными в настоящей работе и представленное на рис.2 , свидетельствует об их удовлетворительной адекватности.

Степень просвета канала, Дк - расчт; точки - эксперимент А.Ф. Богачевой

Рис.2. Зависимость температурного напора А просвета канала.

от степени

и

На рис.3 представлены результаты обработки более 10000 режимов работы (однотипного) теплоэнергетического оборудования, установленного в открытой (светлые точки) и закрытой (темные точки) системах теплоснабжения. Исходный статистический материал предоставлен ГУП Мостеплоэнерго г. Зеленограда.

---- u-

vtp

0 365 41 730 1095 1460

Продолжительность эксплуатации, дни

наыало атмвта дла натла 1 РГО-3 -1L4V наило втаиа для нотло 3 РТС-4 - 0LI1

Рис.3. Сравнение эффективности работы водогрейного оборудования за 4-х годичный период эксплуатации (черные точки - закрытая система, светлые - открытая).

Анализируя полученные результаты можно отметить следующее:

- имеет место определенная цикличность в характере расположения точек;

- большее отклонение от единицы (за один и тот же временной интервал) светлых точек (открытая система) может свидетельствовать о более высокой скорости роста внутритрубных отложений, обусловленной использованием большего количества подпиточной воды;

- меньшее отклонение от единицы темных точек свидетельствует, во-первых, о большей энергоэффективности эксплуатации теплоэнергетического оборудования, установленного в закрытой системе, и, во-вторых, о меньшем количестве внутритрубных отложений; последнее подтверждается контрольными вырезками труб и практическим отсутствием использования подпиточной воды.

Таким образом, разработанные методики оценки энергетической эффективности теплообменных систем оборудования и созданные на их основе принципы контроля и управления энергетическими параметрами этих систем, могут послужить базой для разработки более совершенной системы контроля эффективности и энергосбережения при эксплуатации теплообменных систем оборудования п/п производства.

Четвертая глава посвящена анализу физических методов водоподготовки и химических методов восстановления энергетической эффективности тепловых систем оборудования.

Физические методы могут быть рекомендованы главным образом для обработки воды в замкнутых циркуляционных системах при обязательном условии сепарации взвеси. Магнитные и ультразвуковые установки могут подключаться к элементам химводоподготовки.

В тех случаях, когда на теплопередающих поверхностях

произошла кристаллизация слоёв отложений, то для повышения

энергоэффективности теплообменных систем оборудования необходимо использовать химические методы очистки.

С целью выбора и оптимизации режимов химической очистки теплопередающих поверхностей оборудования проводится математическое моделирование процесса растворения накипных отложений для двух типичных случаев: схемы проточного вытеснения и схемы циркуляционной очистки.

Результаты моделирования представлены в безразмерном виде.

Параметром, определяемым в процессе растворения, является

продолжительность процесса. В качестве параметров, определяющих процесс, выбраны (также безразмерные) текущая - и

- Сс

стехиометрическая - концентрации активного реагента и

число Фурье

, характеризующее безразмерную

параметр массообмена

^ шУ

Последний

характеризует безразмерный поток массы, равный отношению поперечного потока массы растворяемого слоя отложений к продольному потоку массы моющего раствора.

Анализ преимуществ (недостатков) каждой из схем проводится на

основании оценки кратности циркуляции - 2 = > обеспечивающей

полное растворение слоя отложений при концентрации реагентов на входе в очищаемый канал Со, равной стехиометрически необходимой концентрации,т.е. Со = Сс. Здесь: М,- масса реагентов, прошедших через отмываемый канал за время отмывки тк; М« стехиометрически необходимая масса реагентов с концентрацией Со.

Расчет кратности циркуляции выполнялся по следующему уравнению:

Графическая интерпретация полученного уравнения представлена на рис. 4.

Рис. 4. Кратность циркуляции Z до полного растворения накипных отложений в канале по схеме проточного вытеснения.

Как видно из рисунка, схема проточного вытеснения, с точки зрения расхода реагентов, имеет оптимальное значение величины ,

т.е. расход реагента сопоставим со стехиометрнческой потребностью.

В системах, имеющих значение величины Ф < 1, срабатывание реагента происходит не полностью и основная масса его не принимает участие в очистке.

Последнее время появились предложения проведения щадящих,

так называемых, «мягких», отмывок, а контроль хода процесса растворения отложений проводить по старой методике.

Анализ состава отложений свидетельствует, что основными компонентами отложений (до 98,5%) являются окислы железа -магнетиты (РезО.*) и гематиты (РвгОз). Поэтому для объективности контроля результатов химической отмывки поверхностей нагрева, необходимо использовать методики, позволяющие контролировать содержание железа в моющем растворе.

Разработана методика, проведены исследования и определены зависимости содержания железа в моющем растворе и в нерастворенном виде в зависимости от температуры моющего раствора, начального значения показателя рНо и времени растворения.

Показано, что при температуре моющего раствора I « 60 °С «жесткому» режиму соответствуют величины показателя «Мягкий» режим реализуется при I < 50 °С во всем исследуемом диапазоне показателя

Разработана методика оценки нормируемых периодов эксплуатации оборудования.

При эксплуатации оборудования (любого назначения) возникает вопрос об определении межрегламентных периодов восстановления эксплуатационных характеристик его.

В зависимости от степени износа оборудования условия эксплуатации его могут быть рентабельными, надежными, нерентабельными, ненадежными и т.п. Каждому из названных условий отвечают периоды времени, знание продолжительности которых является важной задачей эксплуатационников. Кроме того, ремонтные службы, восстанавливающие эксплуатационные характеристики оборудования, должны знать перечень тех организационно -технических мероприятий, которые способствуют восстановлению требуемых условий эксплуатации оборудования. Следовательно, показатели текущих эксплуатационных характеристик оборудования должны иметь наглядную форму представления. На наш взгляд, одним из возможных примеров такого представления являются результаты, изображенные на рис. 3 и характеризующие временную развертку показателя эффективности эксплуатации теплоэнергетического оборудования - Кэ, т.е. зависим1ос=т ¿(х) Такая форма представления эксплуатационных характеристик оборудования является более удобной для определения нормируемых регламентных периодов рентабельной (надежной) эксплуатации оборудования.

В общем случае эти периоды могут быть определены по следующей простой формуле:

где ДК.,— допустимый уровень рентабельности (надежности); К., показатель эффективности эксплуатации оборудования, Дтэ - период времени работы оборудования до заданного (принятого) показателя

К*.

При определении режимов восстановления эксплуатационных характеристик оборудования (показателя эффективности 1С,) могут быть даны следующие рекомендации:

-для восстановления показателя рентабельности - могут быть рекомендованы режимы «мягкой» отмывки;

-для восстановления показателя надежности - могут быть рекомендованы режимы «жёсткой» отмывки.

Основные результаты работы и выводы.

1. Определены основные показатели энергетической эффективности теплообменных систем оборудования, позволившие упростить методику оценки энергетических потерь различных узлов оборудования и повысить стабильность и воспроизводимость параметров технологических процессов.

2. Получены закономерности показателей энергетической эффективности теплообменных систем оборудования от степени чистоты теплопередающих поверхностей. На основе этих зависимостей разработаны варианты методик контроля и оценки энергетической эффективности оборудования. Методики позволяют определять техническое состояние оборудования, продолжительности периодов рентабельной и надежной эксплуатации оборудования в зависимости от схемы размещения и системы тепло- и водоснабжения его.

3. Физические методы очистки водного теплоносителя могут быть рекомендованы, главным образом, для обработки воды в замкнутых циркуляционных системах при обязательном условии удаления (сепарации) взвеси (шлама). Магнитные и ультразвуковые установки могут быть также подключены к элементам химводоподготовки.

4. На основании анализа процесса образования накипных отложений в теплообменном оборудовании, математического моделирования процесса растворения отложений и полученных в работе зависимостях концентрации ионов железа в растворе от показателя рН раствора и его температуры, разработана методика проведения процессов «мягкой» и «жёсткой» химической отмывки теплообменных систем оборудования от накипных отложений, позволяющая оптимизировать режимы восстановления эксплуатационных характеристик оборудования с учётом технических возможностей предприятия при соблюдении экологических нормативов. Методика многократно опробована и получила реальное внедрение в лабораторной работе по исследованию режимов очистки от накипных отложений оборудования производств электронной техники в рамках учебной дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» для специальности 330200 «Инженерная защита окружающей среды» на кафедре ПЭ МИЭТ.

5. Разработанные методики оценки и способы повышения энергетической эффективности работы теплообменных систем оборудования п/п производства нашли применение в ОАО «АНГСТРЕМ» и НТК «ТЦ».

В ОАО «АНГСТРЕМ» в 2003-2004 гг. в рамках регламентных работ по отладке системы кондиционирования чистых помещений были использованы рекомендации (проведена очистка от отложений поверхностей нагрева теплообменника) по восстановлению энергетической эффективности теплового оборудования. Измерения и проведенные оценочные расчеты, выполненные по разработанной в диссертации методике, показали следующее:

температура нагреваемой воды повысилась с 57 °С до 72 °С; показатель качества теплообмена повысился с 0,42 до 0,93; коэффициент эффективности теплообменников возрос на 8%.

Очистка поверхностей нагрева теплообменников от отложений и последующая наладка системы, проведенные В НТК «ТЦ» в 2003 г. позволили сэкономить за год около 200.000 кВт-час.

7. Разработана методика определения периодов рентабельной и надежной эксплуатации оборудования. Показано, что для восстановления показателя рентабельности - могут быть

рекомендованы режимы «мягкой» отмывки, а для восстановления показателя надежности Кн - режимы «жёсткой» отмывки.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1 Самойликов Р.В. Исследование термокинетических характеристик измерительной ячейки кондуктометра // Тезисы докл. на межвузовской конф. Микроэлектроника и информатика

2001, М.: МИЭТ, с.39.

2. Самойликов Р.В. Исследование рабочих характеристик бесконтактного высокочастотного кондуктометра // Тезисы докл. на межвузовской конф. Микроэлектроника и информатика

2002, М.: МИЭТ, с.51.

3. Самойликов Р.В. К методике энергетического мониторинга теплогенерирующих объектов г. Зеленограда // Тезисы докл. на межвузовской конф. Микроэлектроника и информатика 2003, М.: МИЭТ, с.45.

4. Самойликов Р.В., Каракеян В.И., Пасков В.В. Экспериментальное исследование растворения накипных отложений в водоохлаждаемых элементах технологического и теплоэнергетического оборудования //Межвузовский сборник. «Научные основы технологий, материалов, приборов и систем электронной техники» . М.: МИЭТ, 2002, с 298-313.

5. Самойликов Р.В., Каракеян В.И., Самойликов В.К. Математическое моделирование процесса растворения накипных отложений в водоохлаждаемых элементах технологического оборудования //Межвузовский сборник. «Научные основы технологий, материалов, приборов и систем электронной техники» . М.: МИЭТ,

2002, с 313-324.

6. Самойликов Р.В. Метод энергосбережения в производстве изделий микроэлектроники. // Тезисы докл. на межвузовской конф. Микроэлектроника и информатика 2004, М.: МИЭТ, с.36.

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд.л. 1,1 Тираж 75 экз. Заказ № Отпечатано в ИПК МИЭТ 124498, Москва, МИЭТ

ÍC

П^Ы ff?/. \ »

I Введение.

1. Методы анализа эффективности теплообменных узлов и систем оборудования п/п производства.

1.1 .Теплообменные узлы и устройства технологического оборудования п/п производства

1.1.1 .Оборудование производства объемных монокристаллов полупроводников

1.1.2.Конвейерные термические установки

1.1.3.Оборудование для проведения процессов ® термической диффузии и окисления

1.1.4.Установки наращивания эпитаксиальных слоев

1.1.5. Водоохлаждаемые узлы магнетронных распылительных систем

1.2. Анализ энергоемкости п/п производств

1.3. Метод энергетического менеджмента и планирования (ЭМП)

1.3.1. Краткая характеристика метода

1.3.2. Результаты исследования плана энергосбережения методом ЭМП

1.4. Метод сравнения теплогидравлической эффективности тегоюпередающих поверхностей

1.5. Метод шкалы энергетической эффективности 51 Выводы и постановка задачи исследования

2. Термодинамический метод оценки эффективности тепловых процессов и ф оборудования.

2.1. Теоретические основы метода

2.2. Методика оценки энергетических потерь

2.3.Баланс энтропии в теплообменных системах

2.4.Коэффициенты энергетических потерь

2.5. Обобщенный коэффициент полезного действия

2.6.Термодинамический коэффициент полезного действия теплового оборудования

2.7.Показатель качества работы теплового оборудования

Выводы

3. Методики оценки эффективности работы водоохлаждаемых узлов технологического и теплового оборудования.

3.1 .Образование накипных отложений в теплообменном оборудовании

3.1.1 Закономерности отложения примесей в теплообменных узлах и системах.

3.1.2. Факторы, влияющие на скорость образования отложений

3.1.3. Структура и состав отложений

3.2. Методики оценки энергетической эффективности теплообменных узлов и систем оборудования п/п производства

3.2.1.Коэффициент эффективность охлаждения магратрона

3.2.2.Методика и последовательность расчета энергетической эффективности теплового оборудования

3.3. Методики оценки эффективности теплоэнергетического оборудования

3.3.1.Оценка потерь работоспособности и коэффициентов эффективности теплоэнергетического оборудования

3.3.2. Расчет потерь работоспособности и коэффициентов эффективности теплоэнергетического оборудования

З.З.З.К методике контроля эксплуатационной эффективности работы теплоэнергетического оборудования.

Выводы.

4. Методы повышения эффективности теплообменных систем оборудования п/п производств.

4.1.Физические методы повышения эффективности работы теплообменных систем оборудования.

4.2. Химические методы восстановления эффективности работы теплообменных систем оборудования.

4.2.1.Математическое моделирование процесса растворения накипных отложений в теплообменных устройствах и системах оборудования.

4.3. Экспериментальное исследование растворения накипных отложений.

4.3.1. Описание экспериментальной установки и методики проведения исследований.

4.3.2. Анализ результатов экспериментальных исследований.

4.4. Методика оценка нормируемых периодов эксплуатации оборудования.

Выводы.

Основные результаты работы и выводы.

Актуальность темы. В большинстве технологических процессов производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники используется энергоёмкое технологическое и теплоэнергетическое оборудование. Необходимость непрерывного режима работы и круглосуточного поддержания параметров микроклимата в чистых помещениях значительно увеличивают энергоёмкость этих производств.

Несмотря на различие функций, выполняемых технологическим и теплоэнергетическим оборудованием, у них имеются общие особенности.

Подавляющее большинство технологических процессов сопровождается необходимостью отвода энергии, регламентируемого технологическими операциями. Основной задачей теплоэнергетического оборудования является подвод энергии в производственные помещения. Поэтому в установках первого типа используются теплообменные узлы, а в установках второго типа - теплообменные устройства.

Нормальное функционирование значительной части оборудования п/п производств требует надёжной работы теплообменных систем, входящих в состав его. Энергетическая эффективность теплообменных систем определяется чистотой теплопередающих поверхностей. В условиях эксплуатации оборудования, особенно в межсезонные периоды, имеют место случаи значительного отклонения параметров солесодержания (оборотной, сетевой и подпиточной) воды от номинальных их значений. Так, например, содержание окислов железа в сетевой воде вместо нормированных 300-400 мкг/л достигают величин, превышающих 2000 мкг/л. Такие скачки в параметрах водного энергоносителя приводят к формированию солевых отложений на теплопередающих поверхностях (рубашек, фланцев, подложкодержателей, штоков, различного типа теплообменников и т.п.), что приводит к ухудшению одой из важных эксплуатационных характеристик - энергетической эффективности, а следовательно, и надежности оборудования п/п производства.

Состояние вопроса. Характерной особенностью технологического оборудования, обеспечивающего основное производство является большое потребление (от десятков до нескольких сотен кВТ на одну установку) электрической и большое выделение тепловой энергии (до 200-250 кВт/м ), отвод которой должен обеспечиваться эффективными системами охлаждения.

Анализируя устройства теплообменных узлов технологического и теплового оборудования, можно заметить большое сходство конструктивных решений (трубные, коаксиальные, кольцевые и т.п. системы) и общность физических основ их работы, определяемых процессами переноса тепла. Фундаментальная теоретическая база и богатый фактический (экспериментальный и статистический) материал, накопленный за многолетний период эксплуатации теплового оборудования, предоставляют уникальную возможность использовать его для решения основной задачи диссертационной работы - повышения эффективности и надежности работы технологического оборудования п/п производства.

Результаты энергоаудита, проведенного в 2001 г. на ряде ведущих предприятий микроэлектроники г. Зеленограда, показали, что в одном рубле дохода предприятий доля затрат на энергоносители составляет: 9 % для АООТ «НИИМЭ и з-д «МИКРОН»; 13,5 % для ОАО «АНГСТРЕМ»; 18,6 % для ОАО «ЛОГИКА». Доля же удельного потребления тепловой энергии в себестоимости продукции составляет, соответственно, 4% , 2%, 1% и 5% для ОАО «ЭЛМА».

Энергетические хозяйства этих производств были сформированы на базе централизованного теплоснабжения. Это привело к зависимости энергоёмкости производств этих предприятий как от эффективности работы тепловых систем производственного оборудования, так и от технико-экономических показателей централизованного теплоэнергетического водогрейного оборудования, установленного на районных тепловых станциях (РТС) города, и теплофикационных сетей, т.е. всего теплоэнергетического комплекса.

Отсутствие прямой связи между выходом годных изделий и энергоёмкостью п/п производства затрудняет получение количественных зависимостей между ними. В то же время существует косвенная связь эффективности производства с качественными показателями работы тепловых систем оборудования. Так, например, повышение эффективности теплообменных систем климатического оборудования, способствует снижению энергоёмкости п/п производства, улучшая его экономические показатели.

Следует подчеркнуть, что помимо основного (прямого) эффекта может быть получен дополнительный экономический эффект, связанный с выплатой штрафных санкций за завышенную температуру «обратной» воды.

Предварительные оценки показывают, что своевременные профилактические мероприятия, например, очистка поверхностей охлаждения (нагрева) оборудования от внутрисистемных отложений, позволяет существенно повысить его энергетическую эффективность. Так, например, повышение эффективности теплового оборудования только на 10 % позволяет получить значительный экономический эффект, исчисляемый миллионами рублей для каждого из упомянутых предприятий.

Руководствуясь требованиями государственной экономической политики в области энергосбережения и Федеральной целевой программой «Энергосбережение России», показатели энергоэффективности и энергопотребления производственных процессов и оборудования необходимо включать в соответствующие стандарты предприятия или утверждаемую предприятием технологическую документацию. В связи с этим «разработка типовых методик проведения сертификации энергопотребляющей продукции на соответствие нормативным показателям энергоэффективности» должна быть отнесена к числу первоочередных мероприятий.

В повседневной практике контроль и оценка энергоэффективности производственных процессов и оборудования осуществляются по уже устаревшим методикам. Так нормируемая эффективности работы теплового оборудования оценивается по теплопроизводительности и коэффициенту полезного действия теплообменного устройства, перепаду давления ( на входе и выходе теплообменного устройства) и удельному расходу энергии на единицу выработанной продукции и т.п., т.е. по количественным показателям, которые могут быть отнесены к необходимым. Однако разнообразие технологических схем п/п производств приводит к различию схем подключения в (технологическую, энергетическую, гидравлическую и т.п.) систему оборудования, что естественно приводит к изменению качественных показателей энергоэффективности, как процессов, так и оборудования. К сожалению, в распространенных методиках оценки энергоэффективности оборудования этот показатель не учитывается.

Таким образом, актуальность работы состоит в том, чтобы на основе предлагаемых в диссертации нормативных показателей тепловых систем оборудования, методик оценки их на соответствие этим нормативам и методов оптимизации режимов восстановления этих показателей повысить эффективность и надежность оборудования, а также воспроизводимость технологических параметров процессов производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники.

В настоящей работе (на основе разработанных в ней методик) исследуются зависимости между состоянием теплопередающих поверхностей теплообменных систем оборудования п/п производства и эффективностью его работы.

Первая глава посвящена обзору и анализу эффективности работы теплонапряженных узлов базового энергоёмкого электротермического технологического оборудования п/п производства. Приведены результаты энергоаудита, проведенного в 2001 г. на ряде ведущих предприятий микроэлектроники г. Зеленограда. Представлен критический обзор методов анализа энергетической эффективности оборудования и производств. Приведены выводы и поставлены задачи исследования.

Во второй главе на основании понятий и законов термодинамики неравновесных процессов обоснована необходимость введения показателя качества - дополнительной характеристики энергоэффективности как отдельного теплового узла, так и всего устройства. Этот показатель учитывает отличительные особенности эксплуатации однотипного оборудования, находящегося в различных технологических цепочках.

В третьей главе рассматриваются основные причины снижения энергоэффективности оборудования. Излагаются теоретические предпосылки предлагаемых методики оценки энергетической эффективности эффективности теплообменных узлов и систем оборудования п/п производства.

Четвертая глава посвящена разработке методов восстановления энергетической эффективности тепловых систем оборудования. Даются рекомендации по оптимизации режимы восстановления эксплуатационных характеристик оборудования с учётом технических возможностей предприятия при соблюдении экологических нормативов.

Цель работы Исследование эксплуатационных характеристик теплообменных систем оборудования полупроводникового производства на основе разработанных методик оценки и повышения энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Показать, что энергетическая эффективность и надежность оборудования п/п производства зависит от эффективности и надежности работы теплообменных систем этого оборудования.

2. Провести анализ энергопотребления различных предприятий п/п производства г. Зеленограда.

3. Провести сравнительный анализ различных методик оценки энергетической эффективности теплообменного оборудования, и обосновать выбор базового метода для расчета коэффициентов эффективности теплообменных систем оборудования.

4. На основе базового метода разработать методики оценки и контроля энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

5. Провести исследования энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

6. Разработать математические модели, технические средства и выполнить исследования, обеспечивающие возможность повышения энергетической эффективности теплообменных систем оборудования.

7. Разработать рекомендации по организации режимов восстановления энергетической эффективности оборудования.

8. Разработать инженерные методики расчета энергетической эффективности оборудования п/п производства.

Объект исследования. Теплообменные системы оборудования п/п производства.

Предмет исследования. Зависимости эксплуатационных характеристик оборудования п/п производства от энергетической эффективность его.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с «Долгосрочной программой энергосбережения в г. Москве», осуществляемой в рамках совместной программы МИЭТ, НПК «Технологический центр», ГУЛ «Мостеплоэнерго», Институт высоких температур РАН и др. организаций.

Научная новизна работы.

1. Определены основные показатели энергетической эффективности теплообменных систем оборудования, позволившие упростить методику оценки энергетических потерь различных узлов оборудования и повысить стабильность и воспроизводимость параметров технологических процессов.

2. Выявлены закономерности показателей энергетической эффективности теплообменных систем оборудования от степени чистоты теплопередающих поверхностей. На основе этих зависимостей разработаны варианты методик контроля и оценки энергетической эффективности оборудования. Методики позволяют определять техническое состояние оборудования, продолжительности периодов рентабельной и надежной эксплуатации оборудования в зависимости от схемы размещения и системы тепло- и водоснабжении его.

3. На основании анализа процесса образования накипных отложений в теплообменном оборудовании, математического моделирования процесса растворения отложений и полученных в работе зависимостях концентрации ионов железа в растворе от показателя рН раствора и его температуры, разработана методика проведения процессов «мягкой» и «жёсткой» химической отмывки теплообменных систем оборудования от накипных отложений, позволяющая оптимизировать режимы восстановления эксплуатационных характеристик оборудования с учётом технических возможностей предприятия при соблюдении экологических нормативов.

Практическая значимость. В результате проведенного комплекса теоретических, статистических и экспериментальных исследований разработаны методики, технические средства и даны рекомендации по повышению энергетической эффективности оборудования п/п производства, заключающиеся в:

1 .Возможности объективного анализа эффективности и основных показателей рабочего процесса любых теплообменных систем

2.Оценке и контроле уровня энергетической эффективности оборудования п/п производства

3.Разработке предложений по снижению расхода основных энергоносителей в п/п производствах

4. Оптимизации технологии и улучшению экологичности процесса восстановления эффективности технологического, климатического и теплоэнергетического оборудования

5. Уменьшении энергоёмкости оборудования п/п производств

Внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в следующие объекты и процессы:

1. Инженерные методики контроля и оценки энергетической эффективности работы теплообменников (разделы 3.2.2 и 3.2.3) и методы восстановления эффективности оборудования (раздел 4.2) приточно-вытяжной вентиляции системы кондиционирования чистых помещений, используемые на предприятиях ОАО «АНГСТРЕМ» и НПК «ТЦ».

Практическая реализация вышеупомянутых методик, проведенная в 2003 - 2004 г.г. при участии автора диссертации, позволили повысить коэффициент эффективности теплообменников на 8% (ОАО «АНГСТРЕМ) » и сэкономить за указанный срок около 200 000 кВт-ч (НПК «ТЦ»),

2.Результаты исследований (разделы 4.3.1 и 4.3.2) используются в лабораторном практикуме специальности «Инженерная защита окружающей среды» (330200). Самойликов Р.В. является автором методического описания лабораторной работы и экспериментального стенда по исследованию режимов очистки технологического ® оборудования микроэлектроники от накипных отложений.

Достоверность результатов. Результаты и выводы по работе согласуются с научно-техническими результатами отечественных и зарубежных источников, базируются на обработке большого объема статистических данных, данных режимных карт и результатах технических отчетов, что свидетельствует об их адекватности.

На защиту выносятся:

1 .Теоретически обоснованные методики оценки энергетической эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства, позволяющие контролировать условия эксплуатации оборудования и отклонение их от номинальных;

2. Теоретически обоснованная и практически апробированная методика контроля экономической эффективности эксплуатации теплообменных систем оборудования п/п производства;

3.Математические модели, позволяющие оптимизировать режимы восстановления эффективности технологического и теплоэнергетического оборудования;

4.Рекомендации по организации экологически безопасных режимов восстановления эффективности теплообменных систем оборудования п/п производства.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты докладывались на 8 - 11 Всероссийских межвузовских научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2001», Москва 2001г.; «Микроэлектроника и информатика -2002», Москва 2002г.; «Микроэлектроника и информатика -2003», Москва 2003г.; «Микроэлектроника и информатика -2004», Москва 2004г.;

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано шесть печатных работ, в том числе две статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из 92

Основные результаты работы и выводы.

1. Определены основные показатели энергетической эффективности теплообменных систем оборудования, позволившие упростить методику оценки энергетических потерь различных узлов оборудования и повысить стабильность и воспроизводимость параметров технологических процессов.

2. Получены закономерности показателей энергетической эффективности теплообменных систем оборудования от степени чистоты теплопередающих поверхностей. На основе этих зависимостей разработаны варианты методик контроля и оценки энергетической эффективности оборудования. Методики позволяют определять техническое состояние оборудования, продолжительности периодов рентабельной и надежной эксплуатации оборудования в зависимости от схемы размещения и системы тепло- и водоснабжения его.

3. Физические методы очистки водного теплоносителя могут быть рекомендованы, главным образом, для обработки воды в замкнутых циркуляционных системах при обязательном условии удаления (сепарации) взвеси (шлама). Магнитные и ультразвуковые установки могут быть также подключены к элементам хим во до подготовки .

4. На основании анализа процесса образования накипных отложений в теплообменном оборудовании, математического моделирования процесса растворения отложений и полученных в работе зависимостях концентрации ионов железа в растворе от показателя рН раствора и его температуры, разработана методика проведения процессов «мягкой» и «жёсткой» химической отмывки теплообменных систем оборудования от накипных отложений, позволяющая оптимизировать режимы восстановления эксплуатационных характеристик оборудования с учётом технических возможностей предприятия при соблюдении экологических нормативов. Методика многократно опробована и получила реальное внедрение в лабораторной работе по исследованию режимов очистки от накипных отложений оборудования производств электронной техники в рамках учебной дисциплины «Процессы и аппараты защиты окружающей среды» для специальности 330200 «Инженерная защита окружающей среды» на кафедре ПЭ МИЭТ.

5. Разработанные методики оценки и способы повышения энергетической эффективности работы теплообменных систем оборудования п/п производства нашли применение в ОАО «АНГСТРЕМ» и НТК «ТЦ».

В ОАО «АНГСТРЕМ» в 2003-2004 г.г. в рамках регламентных работ по отладке системы кондиционирования чистых помещений были использованы рекомендации (проведена очистка от отложений поверхностей нагрева теплообменника) по восстановлению энергетической эффективности теплового оборудования. Измерения и проведенные оценочные расчеты, выполненные по разработанной в диссертации методике, показали следующее: температура нагреваемой воды повысилась с 57 °С до 72 °С; показатель качества теплообмена повысился с 0,42 до 0,93; коэффициент эффективности теплообменников возрос на 8%.

Очистка поверхностей нагрева теплообменников от отложений и последующая наладка системы, проведенные В НТК «ТЦ» в 2003 г. позволили сэкономить за год около 200.000 кВт-час.

6. Разработана методика определения периодов рентабельной и надежной эксплуатации оборудования. Показано, что для восстановления показателя рентабельности Кр - могут быть рекомендованы режимы «мягкой» отмывки, а для восстановления показателя надежности Кн - режимы «жёсткой» отмывки.

1.M., Хазанов Э.Е., Полищук Я.А. Электротермические установки для выращивания монокристаллов полупроводниковых материалов. / Библиотека электротермиста, вып. 50, М.: Энергия 1973, 128 с.

2. Тада С. Зависимость качества кремния и свойств кремниевых элементов от способа их производства./ «Дэнси тэмбо», 1968, т.5, №3, С.111-119

3. Кремний и германий, вып. 2./ Под ред. Э.С. Фалькевича и Д.И. Левинзона. /М.: Металлургия, 1970.

4. Михеев М.А., Михеева И.М Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1973 319 с.

5. Хамер Д., Биггерс Дж. Технология толстопленочных гибридных интегральных схем. / М.: Мир, 1975,496 с.

6. Абрамович Т.Н., Крашенинников С.Ю., Секундов А.И. и др. Турбулентное смешение газовых струй . М.: Наука 1974. 231 с.

7. Иванов В.И., Николайкин Н.И., Сигалов Э.Б. Реакторы для осаждения слоев кремния из газовой фазы: Обзоры по электронной технике. Сер.7. Технология, организация производства и оборудование. М.: ЦНИИИ «Электроника», 1971. Вып. 14 (503). 35 с.

8. Самойликов В.К. Оптимизация технологического оборудования и процесса газофазной эпитаксии кремния производства СБИС. / дис. на соискание д. т. н., М.: МИЭТ, 1996 . 420 с.

9. Минайчев В.Е., Одинокое В.В., Тюфаева Т.П. Магнетронные распылительные устройства (магратроны). /Обзоры по эл. технике , сер.7 «Технология, организация производства и оборудование», вып 8 (659), ЦНИИ «Электроника», М.: 1979, 56 с.

10. Проспект фирмы Perkin-Elmer (США) ,1980

11. Проспект фирмы Balzers (Лихтенштейн), 1981

12. Проспект фирмы CVC Products(CHIA), 1981

13. Меры по энергосбережению и повышению энергоэффективности / отчет об оказании консультационных услуг ОАО «Ангстрем» , «Государственный межрегиональный центр энергосбережения» Минэнерго России (ГУЛ «ГМЦЭ» ), М,: 2001 ,с. 67

14. Меры по энергосбережению и повышению энергоэффективности / отчет об оказании консультационных услуг ОАО «Логика» , «Государственный межрегиональный центр энергосбережения» Минэнерго России (ГУЛ «ГМЦЭ» ), М,: 2001 ,с. 62

15. Меры по энергосбережению и повышению энергоэффективности / отчет об оказании консультационных услуг ОАО «АООТ «НИИМЭ и завод «Микрон», «Государственный межрегиональный центр энергосбережения» Минэнерго России (ГУЛ «ГМЦЭ» ), М,: 2001 ,с. 67

16. Меры по энергосбережению и повышению энергоэффективности / отчет об оказании консультационных услуг ОАО «Элма» , «Государственный межрегиональный центр энергосбережения» Минэнерго России (ГУЛ «ГМЦЭ» ), М,: 2001 ,с.57

17. Федеральная целевая программа «Энергоэффективная экономика» на 2002 2005 годы и на перспективу до 2010 года.

18. Национальный доклад «Теплоснабжение Российской Федерации. Пути выхода их кризиса». / Глобальный экологический фонд ООН. М.: 2001.

19. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по тепло-водо-электроснабжению / Московские городские строительные нормы -МГСН. М.:1998

20. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов / СниП 02.04.14-88.

21. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов / СниП 02.04.14-88.

22. Строительные работы. Сборник расценок. / МГСН 81-98 , кн.2, т.З230 долгосрочной программе энергосбережения в г. Москве / Распоряжение Премьера Правительства Москвы и Миннауки РФ от 15.01.98 №36-РП.

23. Правила проведения энергетических обследований организаций . / утв. Минтопэнерго России от 25.03.98

24. Энергетический паспорт промышленного потребителя ТЭР./ ГОСТ Р 51379-99

25. Ресурсосбережение. Основные положения / ГОСТ 30166-95.

26. Ресурсосбережение. Порядок установления показателей ресурсосбережения в документации на продукцию. / ГОСТ 30167-95.

27. Энергоаудит и нормирование расходов энергоресурсов. / Сб. методических материалов .Н. Новгород., 1998 .

28. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б. Экономия энергии в промышленности / Н. Новгород, 1998.

29. Копытов Ю.В., Чуланов Б.А. Экономия электроэнергии в промышленности/ спр. М.: Энергоатомиздат, 1982 .

30. Бабич Ю.В. Системы мониторинга, учета и управления энергосбережением. //Приборостроение и средства автоматизации ,2001, №4, М.:

31. Пасков В.В. Разработка концепции, принципов и процессов повышения эффективности интегрированной системы машин, агрегатов и приборов теплоснабжения производств электронной техники. /Дис. на соискание уч. ст. д.т.н.,М.: 2003, 398 с.

32. Дубровский Е.В., Васильев В.Я. Метод относительного сравнения теплогидравлической эффективноститеплообменных поверхностей и теплообменников //Теплоэнергетика, 2002, №5, С.47-53.

33. Дубровский Е.В., Васильев В.Я. Метод относительного сравнения теплогидравлической эффективности теплообменных поверхностей и теплообменников //Теплоэнергетика, 2002, №6, С.60-63.

34. Гухман А. А. Методика сравнения конвективных поверхностей нагрева//Журнал технической физики. 1938. Т. 8. Вып. 17. С. 19—26

35. Кирпичев М.В. О наивыгоднейшей форме поверхности нагрева //Тр. ЭНИН АН СССР. 1944. Т. XII. С. 5—9.

36. Glaser Н. Bewertung von Warmeaustausch system mit Hielfe einer Leistungszahle // Angew. Chem. 1948. Bd. 20. № 5/6.

37. Koch R. Druckverlust und Warmeubergang bei verwirbeten Stroming, VDJ, Gottingen, 1958 Ausgabe B. Bd. 24.

38. Петровский Ю.В., Фастовский В.Г. Современные эффективные теплообменники. М.: Госэнергоиздат, 1962.

39. Антуфьев В.М. Эффективность различных форм конвективных поверхностей нагрева. JL: Энергия, '1966.

40. Мицкевич А. И. Метод оценки эффективности конвективной теплоотдачи. Теплообмен и гидравлика в элементах парогенераторов и теплообменников II Тр. ЦКТИ. 1967. № 78. С. 9—13.

41. Kays W.M., and London A.L. Compact Heat Exchangers, 3rd ed., McGraw-Hill. New York, 1984.

42. Новиков М.Д. Расчет оптимальных параметров теплообменных аппаратов газотурбинных установок. М.: Энергия , 1967.

43. Самойликов В.К. Исследование некоторых способов интенсификации теплообмена высокотемпературного турбулентного потока газов в трубе.//Дис. на соиск. уч. степени к.т.н., М.:1967.

44. Митин Б.М. Расчет оптимальных теплообменников систем регенерации тепла ГТД /Теплообменные аппараты газотурбинных двигателей // Тр. ЦИАМ имени Баранова. 1969. №463. С. 1-27.

45. Грязнов Д.Н. Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Теплообменные аппараты». М.: МВТУ имени Баумана, 1974.

46. Walger О. Der wert von Wirbeleinbauen zur steigerung des Warmeuberganges, Allg. Warmetechn. 1952. Bd. 3 №8/9.

47. Walger O. Grundlagen einer Wirtschaftlichen Gestaltung vor Warmeubertragen, Chemich.-Ind.-Techn. 1952.Bd.24. № 3.

48. Михайлов Ф.Ф., Борисов B.B., Калинин Э.К. Газотурбинные установки замкнутого цикла. М.: Изд. АН СССР, 1962

49. Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Ярхо С.А. Интенсификация теплообмена в каналах М.: Машиностроение, 1972.

50. Дубровский Е.В., Федотова А.И. Исследование пластинчато-ребристых теплообменных поверхностей // Холодильная техника . 1972. № 12. С.

51. Weeb R.L. and Eckert R.J. Application of Rough Surfase to Heat Exchanger Desing // J. heat Mass Trasfer. 1972. Vol. 15

52. Дрейцер Г.А., Кузьминов В.А., Неверов A.C. Простейшие методы оценки эффективности интенсификации теплообмена в каналах // Изв. Вузов. Энергетика. 1973. № 12. С. 77-84.

53. Воронин Г.И., Дубровский Е.В. Эффективные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973.

54. Сох В. And Jallouk Р/А/ Methods for Evaluation the Performances of Compact Heat Transfer Surface // Trans/ ASME. 1973. Ser. C. № 4

55. Дрейцер Г.А., Кузьминов B.A., Неверов A.C Оценка эффективности интенсификации теплообмена с помощью турбулизации потока в трубчатых теплообменных аппаратах // Тр. ВЗМИ. Гидравлика. 1974. Вып.З.Т. 10. С. 102-114

56. Дрейцер Г.А. Методика оценки эффективности теплообмена в тплообменных аппрататах // Изв. Вузов. Машиностроение. 1999. №56. С. 67-76.

57. Дубровский Е.В. Метод относительного сравнения теплогидравлической эффективности теплообменных поверхностей // Изв.АН СССР. Энергетика и транспорт. 1977. № 6. С. 118-128

58. Закономерность изменения теплоотдачи на стенках каналов с дискретной турбулизацией потока при вынужденной конвекции / Г.И. Воронин, Г.А. Дрейцер, Е.В. Дубровский и др.//Научное открытие № 242. Бюллетень изобретений и открытий. 1981. № 3624

59. Совершенствование конструкций теплообменников для тракторов и комбайнов / Е.В. Дубровский, В.П. Дунаев, А.И. Кузин, Н.И. Мартынов // Тракторы и сельхозмашины. 1985. № 8. С.

60. Литвак В. В., Яворский М. И. Универсальная шкала энергетической эффективности // Промышленная энергетика №7, 2002, С. 8-10

61. Clausius R., Die mechanische Warmetheorie, 1876

62. Рант. 3 Процессы нагрева и второй закон термодинамики / Эксергетический метод и его приложения // Под. ред. Бродянского М.: Мир . 1965, с.31-48

63. Гохштейн Д.П. Энтропийный метод расчета энергетических потерь / ГЭИ. М.-Л., 1963 , 112 с.

64. Шак А. Промышленная теплопередача / Мелаллургиздат, 1961

65. Н. Glaser / Chemie-Ing.-Tecn., 20,1948, р.129-133

66. G rassmannP. I Ann. d. Phys., 5, № 42, 203—210 (1942).

67. G r a s s m a n n P. / Chemie-Ing.-Techn, 20, 289—292 (1948).

68. Acker et J., Keller C., Z Ver. dtsch. Ing., 85,491—500 (1941).

69. Kuhne H., Z, Ver. dtsch. Ing., Beiheft Verfahrenstechnik, 47—53 (1944).

70. Богачева А.Ф., Иванов E,H., Гришанина Н.И., Лобин E.C. Новый водно-химический режим теплосети с закрытой системой теплоснабжения / Совершенствование водно-химического режима иводоподготовки ТЭС // Сб. научн. Тр. ВТИ, М.: Атомиздат, 1988, с. 125-136.

71. Бабенков Е.Д. Очистка воды коагулянтами. М.: Наука, 1977.

72. Богачева А.Ф. Влияние некоторых факторов на эффективность ингибирования медно-никелевых сплавов сернокислым железом // Теплоэнергетика. 1978, № 6. С. 63-66

73. Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы / V\\nam\cs Москва-Ижевск. 2003. 592 с.

74. Кэйс В.М., Лондон А.Л Компактные теплообменники. М.: Энергря, 1967. 224 с.

75. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача . М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.

76. Андрианов Д.Е., Штыков Р.А. Проектирование и расчет тепловой сети промышленных предприятий на основе математических моделей. // Промышленная энергетика № 3, 2004, С. 34-37.

77. Седлов А.С., Шищенко В.В., Ильина Н.П. Промышленное освоение технологии термохимического умягчения и обесоливания воды //Теплоэнергетика. 2001. №3. С. 28 -33.

78. Тебенихин Е.Ф. Безреагентные методы обработки воды в энергоустановках. М.: Энергоатомиздат, 1985. 144 с.

79. Евдокимов В.Б., Манукин С. Д. Физико-химические основы м агнитногидро динам ической деменирализации жидкостей //Ж. Физической химии, 1975, №3. С.569-578

80. Кульский Л.А. Основы химии и технологии воды. Киев: Наукова думка, 1991.

81. Гульков А.Н. Применение магнитной обработки воды. М.: Энергия, 1990

82. Неведров А.В., Ушаков Г.В. Сравнительный анализ физических методов обработки воды для уменьшения накипеобразования . // Теплоэнергетика. 2003. №11. С. 62 64

83. Неведров А.В., Трясунов Б.Г.Ушаков Г.В Обработка воды электрическим полем для защиты поверхностей водогрейного оборудования от накипи // Вестник Куз. ГТУ. 2002. №3. С. 66 68.

84. Тебенихин Е.Ф., Старовойтова B.C., Чуканова A.M. Воздействие магнитного и ультразвуковых полей на величину отложений в конденсаторах турбин ТЭС. //Тр. МЭИ, вып 526,1981, С. 68 -70

85. Химическая очистка теплоэнергетического оборудования / Под ред . Маргуловой Т. X. М.:- Энергия - 1969 - 175 с.

86. Соловьев С.Ф., Шадрина Н.И. Современные проблемы эксплуатационных химических очисток котлов энергоблоков СКД. // Теплоэнергетика . 1998. N 7 . С. 7-13

87. Молчадский М.Т. Удаление медных отложений с помощью комплексонныхпромывок //Энергетик. -1974. N9.-C. 16-17

88. Сурин С.М. Теоретические основы очистки судовых котлов от накипных отложений // Дис. на соискание уч. степени д.т.н. Одесса, 1986,376 с.