真空系统的安全防护

真空系统的防护装置一般可分为两类:一类是保护真空系统本身不受损害,一类是保护真空系统的操作人员、维修人员或由于离系统很近而可能受到危害的其他人员。

真空系统的防护装置

在机械结构方面,大型真空系统在设计中要考虑其整体在机械结构上的稳定性,尤其是对于有合理扰动的开式结构,如果这种扰动会引起系统整体的不稳定, 则应该设计有外部支撑或地脚以防止翻倒。在真空系统正常工作期间, 对皮带、链和驱动机构,应该设置屏障,以阻挡人体靠近。在日常维修中,当这种屏障被拆下时,不能使机构被误控通电开动,设计时应与系统的电气控制自锁联动。

系统保护联锁控制的功能是: 在某一元件或某些元件发生故障时,能使设备转为安全状态或者尽可能减少系统本身的损坏。两者之中的取、舍问题取决于所进行的工艺过程的物料的价值以及出故障时系统损失的费用。通常,真空系统所要处理的故障分内部故障和外部故障两种。内部故障包括元件的失效,某些元件(如真空规管、阀门、波纹管、密封件等)的性能变坏超过了允许极限,而在工艺过程中发生故障。外部故障包括系统的电源故障、冷阱的冷却故障(温度过高或致冷剂供应不充足)、低温泵的制冷机故障等。也包括在特殊情况下,系统发生的爆炸事故。

用扩散泵和涡轮分子泵抽气的真空系统,一般应对任何严重的外部故障或危及真空系统整体的故障作出反应,当故障发生后,应立即关闭所有的阀门而使所有正常工作的泵继续运转。当任何机械真空泵发生驱动故障或放入大气的时候,都应立即断电停泵。后一种情况是由于真空泵的电机容量通常不适于对大气的长时间抽气,否则可能使电机和泵都过热。扩散泵即使没连通到前级泵也能继续运行一段较长的时间,然而,如果在扩散泵工作区域内(泵入口到前级真空阀之间)有漏气,则应将其加热器关掉(但冷却水仍应流通着)。涡轮分子泵在长时间大抽气量情况下,过热的可能性很大。现代真空泵对这类问题一般都应设置适当的保护措施。在机械真空泵的入口管路上应当设置电磁放气阀,当机械真空泵停泵时, 放气阀应关闭机械泵和扩散泵之间的管路并向机械真空泵泵腔内充大气,否则机械泵内的油会因压差作用而迁移进入扩散泵中,当扩散泵加热器工作时,机械泵油就会分解,污染扩散泵泵壁及系统。

扩散泵应设置冷却水水压或流量继电器,并与电气系统连锁控制。当扩散泵通电加热而忘记接通冷却水时,或者当冷却水水压(或流量)低于设置值时, 继电器发出报警信号,并在设定的延迟时间后,对扩散泵加热器断电,并关闭相应的真空阀门。

溅射离子泵系统对电源故障有保护性,发生故障时,要求自动关闭任何通入真空室内的阀门和与外界连通的气路。当然,系统中的压力会由于正常放气会慢慢上升,但是泵中的钛可能会在较长一段时间内对活性气体起着吸气剂作用。此时,不能被吸气剂吸收的气体,如惰性气体、饱和碳氢化合物(例如甲烷CH4)不会被捕集,其分压力会明显比能被吸气剂吸收的气体的分压力上升得快。

超高真空低温泵抽气系统,在出现电源故障时应象处理扩散泵电源故障相同的方法处理。有两点注意:①在大容量的低温泵吸附泵中设置可靠的安全阀,以便在连接系统的阀门关闭而泵内的抽气元件变热时(系统压力可能超高),安全阀应起作用,将抽入泵内并冷凝或吸附在低温板上的气体放到大气中去。压力安全阀的设置准则:(Qp/Vp)>105,式中,Qp为泵的抽气量(Pa·L),Vp为泵的体积(L);②尽量不用低温泵抽除H2和O2组合的危险性气体混合物,或象SiH4这样的容易自燃的气体。

分子筛吸附泵也应设置安全阀,以备万一分子筛吸附泵内的液氮工作中途耗尽或意外泄漏蒸发,泵内升温将吸附的大量气体释放出来,超过泵腔允许承受的压力时,安全阀打开;或分子筛吸附泵加热再生时,泵升温,吸附剂吸入的气体将重新释放出来。当气体放出后使泵内压力高于大气压,气体将把安全阀上的橡皮塞子冲出,排入大气中。

真空系统内部故障的处理方法应当与外部故障的处理方法一样,系统对所进行的工艺过程有危险的故障的反应,可由现场的操作者进行判断处理或者对系统预先编制好适当的处理程序。