炉管工艺

炉管工艺

引言

IC行业所用的炉管目前主要是垂直式的（水平式的已经很少用了），按使用压力不同分为常压炉管和低压炉管。常压炉管主要用于热氧化制程，热退火，BPSG热回流，热烘烤，合金等诸方面。低压炉管则主要用于LPCVD沉积工艺，包括多晶硅的形成，氮化硅的形成，HTO和TEOS等；HTO和TEOS都是用来生成二氧化硅的。本篇主要介绍炉管的基本知识及有关工艺。

§1.常压炉管工艺

硅表面上总是覆盖着一层二氧化硅，即使是刚刚解理的硅，在室温下，只要在空气中一暴露就会在表面上形成几个原子层的氧化膜。当我们把硅晶片暴露在高温且含氧的环境里一段时间之后，硅晶片的表面会生长（grow）一层与硅附着性良好，且具有高度稳定的化学性和电绝缘性的二氧化硅——SiO2。正因为二氧化硅具有这样好的性质，它在硅半导体元件中的应用非常广泛。根据不同的需要，二氧化硅被用于器件（device）的保护层和钝化层，以及电性能的隔离，绝缘材料和电容器的介质膜等。二氧化硅除了可以用硅晶片加热的方法来制备外，还可以用各种化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）来获得，如LPCVD(Low Pressure CVD)及PECVD(Plasma Enhance CVD)等。选择那一种方法来制备二氧化硅层，与元件的制程(Process)有相当大的关系。本章我们介绍热氧化制程(Thermal Oxidation )。

§1.1二氧化硅的结构

SiO2是自然界广泛存在的一种物质。按结构特点可分为结晶形（crystal）和非结晶形（无定形amorphous）。方石英、鳞石英、水晶等都属于结晶形的SiO2。在集成电路生产中经常采用热氧化制备的SiO2，是无定形的，它是一种透明的玻璃体。

无论是结晶形，还是无定形二氧化硅，都是由Si-O四面体组成的，如图1.1所示。四面体的中心是硅原子，四个顶角是氧原子。从顶角上的氧到中心的硅，再到另一个顶角上的氧，称为O-Si-O桥。O-Si-O桥的键角为109.50°。相邻的Si-O四面体是靠Si-O-Si桥连接着，对无定形SiO2而言，Si-O-Si的角度是不固定的，一般分布在120°–180°之间。

结晶形SiO2是由Si-O四面体在空间规则排列所构成。无定形SiO2也是由Si-O四面体构成的，但是这些Si-O四面体在空间的排列没有一定规律。其中，大部分氧也都是与相邻的两个Si-O四面体中心的硅形成共价键，但也有一部分氧只与一个Si-O四面体中心的硅形成共价键。连接两个Si-O四面体的氧称为桥联氧，只与一个硅连接的氧称为非桥联氧。无定形的SiO2的氧大部分是桥联氧，整个无定形SiO2就是依靠桥联氧把Si-O四面体无规则地连接起来，构成三维的玻璃网络体。网络是疏松的，不均匀，存在空洞。SiO2分子只占无定形网络空间体积的43%左右，密度为2.15-2.25g/cm3，而结晶形SiO2的密度为2.65g/cm3。无定形SiO2没有固定的熔点，一般在1700℃开始软化。

§1.2氧化原理

1.2.1. 氧化层的生长

Si(s)+ O2(g)SiO2(s)( Dry oxidation)

Si(s)+ 2H2O SiO2(s)+ 2H2(g)(wet oxidation)

当硅置于含氧气的环境下，氧分子将通过一层边界层（Boundary Layer）到达硅的表面，并与硅原子反应生成SiO2[1]( 1. B.E.Deal and A.S.Grove,Journal of Applied Physics, V ol.36,1965,p.3770.)。如图1-2所示。当原来纯净的硅表面长出

SiO2之后，以形成的SiO2层阻止了氧化剂与Si表面的直接接触。氧化剂以扩散方式通过SiO2层到达SiO2—Si界面与硅原子反应，生成新的SiO2层，使SiO2膜不断增厚。SiO2与Si的界面逐渐由Si表面向下推进，每长出d厚度的SiO2，便需耗掉0.44d厚度Si

1.2.2.热氧化模型

该模型描述的氧化过程分三个主要步骤：

1）氧化剂由气相传输至SiO2的表面，其粒子流密度为

F1 = hg(Cg-Cs) = hg/HKT(C*-C0)

C*——氧化剂在SiO2内的平衡浓度；

H——HENRY定律常数；

hg——气相质量传输常数；

Cg——气相氧化剂浓度；

Cs-SiO2——表面氧化剂浓度。

2）位于SiO2表面的氧化剂穿透已生成的SiO2膜扩散到SiO2-Si界面，其扩散流密度为

F2 = D (C0 – Ci)/X0

D——氧化剂在SiO2中的扩散系数。

C0——氧化剂在SiO2表面的浓度；

Ci——氧化剂在SiO2-Si截面的浓度；

Xo——SiO2膜厚度。

3）到达SiO2-Si界面的氧化剂分子与Si进行氧化反应，反应流密度为F3 = KsCi

Ks——SiO2-Si 界面的表面反应速率常数。

氧化过程主要有扩散及表面反应这两者串联形成氧化反应机构。氧化反应速率快慢由最慢的那一个决定。

平衡时F1=F2=F3由此可以解得：

Xo2 + AXo = B (t + τ)

A = 2D (1/Ks + HKT/hg)

B = 2DC*/Ni

(Ni = 2.2×1022 , SiO2密度)

τ——初始氧化层修正系数。

t + τ << A2/4B Xo = B/A (t + τ) 表面反应速率限制

t + τ >> A2/4B Xo = √Bt 扩散速率限制

1.2.3. 影响氧化速率的因素

1 ）.温度对氧化速率的影响

B和B/A都随温度的增加而变大，也就是氧化速率会随翁度的上升而增大，

对干氧氧化和湿氧氧化都是如此。

2）. 硅的晶格方向对氧化速率的影响

氧化速率与硅晶格方向的相关性主要来自于F3 = KsCi。由于Ks取决于硅表面的密度和反应的活化能。<111>的硅表面原子密度较高，Ks相对较大。所以<111>的氧化速率比<100>快。

影响Ks（表面电势）的还有：表面掺杂浓度、氧化前表面处理。

3）. 氧化气体对氧化速率的影响

表1-2：C*在1000℃下的大小

虽然水分子在SiO2内的扩散系数低于O2分子，但H2O分子在SiO2内的平衡浓度C*比O2分子的大约高3个数量级。因此H2O分子的B 值和B/A值都会大于O2分子。

4）. 氧化气体压力对氧化速率的影响

B与C*成正比，而C*=HPg ，当氧化气体分压变大时，氧化反应会被加速进行。

1.2.4．杂质分凝（Impurity Segregation）

氧化过程中硅内的杂质会在新生长的SiO2之界面处重新分布。这是由于杂质在硅和SiO2中的固溶度不同引起的，称为“杂质分凝”。

m = NSi/NSiO2

硼m < 1 （0.15 ~ 0.3）

磷m > 1 （~10 ）

杂质分凝结果引起硅中杂质的再分布（Redistribution），影响因素为：

1）分凝系数m；

2）氧化速率；

3）杂质在Si和SiO2中的扩散系数。

§1.3 SiO2在集成电路制造中的应用

1 .作为缓冲层（Buffer Layer）

2. 作为隔离层（Isolation Layer）

3. 作为扩散或注入的掩蔽层（Masking Layer）

4. 作为绝缘层（Insulator）做金属层之间介质（LPCVD，PECVD，APCVD）

5. 作为钝化层（Passivation）（PECVD）

§1.4氧化层的特性

氧化层的重要特性有很多，以下将针对其中几项重点加以说明。

1.4.1. 电性

电荷在氧化层内的分布

影响热氧化层（Thermal Oxide Layer）电性的的电荷来源主要有：

1）界面陷阱电荷Q it (Interface Trapped Charge)

这种电荷的产生是由于界面处氧化过程引起的未饱和键（Dangling Bond）和Si与SiO2不连续性引起的。适当的退火（Anneal）和选用<100>晶片可降低其浓度。

2）固定氧化层电荷Q f（Fixed Oxide Charge）

在距离Si-SiO2截面约30?的SiO2里，通常带正电，是由于SiO2中存在过剩的Si原子引起的。高温退火（Anneal）和加速氧化层的冷却（Cooling）可以降低Q f。选用<100>晶片，Q f较小。

3）移动性离子电荷Q m (Mobile Ion Charge)

来自氧化层内的存在的碱金属离子（Na+，K+等）。来源于石英材料，化学品以及操作人员污染。掺HCl氧化可有效地减小Q m，但由于HCL有极强地腐蚀性，现在多用反式—二氯乙烷（trans-LC）等含氯的化合物。

2C2H2CL + 5O22H2O + CL2 +4CO2

2H2O + 2CL24HCL + O2

Na+ + Cl-NaCl（g）

4）氧化层陷阱电荷Q ot (Oxide Trapped Charge)

这类电荷没有特定的分布位置，主要式因为晶片制造过程中其他工艺，如离子注入（Implant），干法刻蚀（Dryer etch），溅射（Sputter）等引起的电子和空穴被氧化层内的杂质或未饱和键所捕捉（Trapped）所造成的。带正电或负电则不一定。利用退火工艺也可降低这类电荷。

1.4.

2. 应力（Stress）

SiO2与Si的热膨胀系数（Thermal Expansion Coefficient）不同，当晶片在高温下（通常在800℃以上）进行热氧化并恢复到室温状态后，由于Si的热膨胀系数比SiO2高，SiO2层将承受一股来自Si衬底的压缩应力（Compressive Stress）。如果工艺控制不当，这股压缩应力会使晶片表面发生弯曲（Warpage），并使衬底表面产生缺陷（Defect）。所以氧化工艺中的温度控制与调整必须十分注意，特别是晶片进出炉管（Furnace）时速度不能太快，以免晶片表面受热不均匀而产生变形或弯曲。

1.4.3. 氧化层针孔（Pin Hole）

氧化层的应用越来越朝缩小的方向发展，特别是深亚微米（Deep Sub-micrometer）的工艺，栅氧化层（Gate Oxide）发展到只有40?或更薄的厚度。由于氧化过程中的微尘（Particle）、杂质或氧化缺陷，都让氧化层留下一些针孔。这些氧化层的针孔是栅氧化层漏电流（Leakage）的根源。

减小这类的针孔密度，只有让氧化炉管内的微尘及杂质降低，并且在氧化前将晶片加以清洗，保持晶片表面的洁净。

1.4.4. 氧化层密度

SiO2的密度可由折射率（Refractive Index）来反映。典型值是1.46。热氧化温度升高，长出的SiO2的折射率会随着下降，但下降值很小。通常这种SiO2密度特性，可以通过HF +H2O溶液刻蚀的速率来检验。当生成SiO2的工艺不同，SiO2的密度会随之改变，刻蚀速率也跟着改变。由此我们可以知道SiO2的化学组成是否有变化。这不但表示其电性以及机械性质也受到影响之外，也会对接下来的氧化层刻蚀的刻蚀终点造成误差。所以，热氧化层的刻蚀速度应定期的接受检查。

SiO2有极高的化学稳定性，不溶于水，只能和HF作用

SiO2+ 4HF SiF4+ 2H2O

SiF4+ 2HF H2SiF6

§2.低压炉管工艺

§2.1 LPCVD 技术概述 §2.1.1 CVD 的定义及其优点：

1.定义：CVD 技术是指一种或数种物质的气体，以某种方式激活后，在衬底表面发生化学反应并沉积出所需的固体薄膜的生长技术。（注意：是沉积在衬底上的，而不是与衬底发生反应生成的。）

2.优点：沉积温度低，薄膜成分和厚度易控，薄膜厚度与沉积时间呈正比，均匀性与重复性好，台阶覆盖能力好，操作方便。其中沉积温度低和台阶覆盖能力好对VLSI 的要求非常有利。因而，CVD 技术已成为VLSI 不可缺少的关键工艺。

§2.1.2.CVD 原理

2.1.2.1.典型的CVD 反应可分为五个步骤：

1）.参与反应的气体，将从反应器的主气流里，借着反应气体在主气流及晶片表

面间的浓度差，以扩散的方式，经过边界层，扩散到晶片的表面。 2）.这些到达晶片表面的气体分子，一部分将被吸附在晶片的表面上。 3）.当参与反应的气体在表面相会后，借着晶片表面所提供的能量，将发生沉积

反应，包括气体间的化学反应、反应生成物在晶片表面上的运动及沉积等。 4）当沉积反应完成之后，反应的副产物及部分未参加反应的气体，将从晶片表

面上解吸，并进入边界层，最后流入主气流里。

5）这些未参与反应的气体、副产物和部分解吸的生成物将一起被CVD 设备里

的抽气装置或真空系统所抽离。

CVD 反应的反应物和生成物，都必须经由主气流和晶片表面间的边界层来传递。而且，这五个步骤的发生顺序成串联，因此，CVD 反应的速率，将由这五个步骤里面最慢的那一步所决定。

图1--9：CVD 反应的五个步骤

1）扩散

5） 2）吸附

3）反应并沉积 4） 解吸扩散 1） 2） 3） 4） 5）抽离系统

2.1.2.2. 沉积速率

1）．反应气体流入边界层的流量为：F1=D （Cg-Cs ）/δ 其中，Cg ——主气流里反应气体的浓度

Cs ——晶片表面反应气体的浓度

δ——边界层厚度

2）．反应气体在晶片表面进行化学反应所消耗的量为：K2=KrCs

其中，Kr ——反应速率常数

3）．平衡时，F1=F2 则Cs=Cg /（1+Krδ/D）=Cg（1+Sh）

其中，Sh=Krδ/D ——Sherwood Number

a.当Sh<< 1时，Cs=Cg，表面扩散速率比表面反应快很多，沉积速率取决于表面反应的速率，称为“表面反应限制”。

沉积速率V=KrCs=KrCg=KoEXP（-Ea/Kt）Cg

b.Sh>>1时，Cs=0，表面反应扩散快的多，沉积速率取决于扩散速率，称为“扩散限制”。

沉积速率V=DCg/δ=DoEXP（-Ed/Kt）（Cg/δ）

一般而言，当反应温度较低时，CVD将为表面反应限制情况；当反应温度较高时，则为扩散限制所控制（但并不是绝对的）。

§2.1.3 低压技术及工艺

2.1.

3.1 低压的定义、常用单位及其分类

1）．低压是指在一定空间内低于一个大气压的气体状态，即真空（在下文中，用真空来代替低压）。一般用真空度来描述真空状态下气体的稀薄程度。但是真空度所计量的不是真空状态下气体分子的数密度，而是用压强单位来度量的，即单位面积上的压力。常用的单位有：Pa，mmHg，mmH2O，Torr，mbar等。它们之间的换算关系见下表。

表1--4：用于真空计量的压力单位之间的换算对照表

单位名称符号与Pa之间的换算关系

标准大气压atm 1atm=101325Pa

托Torr 1Torr=133.3Pa

毫米汞柱mmHg 1mmHg=133.3Pa

毫米水柱mmHg 1mmH2O=9.8Pa

毫巴mbar 1mmbar=100Pa

2）．真空区域的划分

在真空技术中，通常根据真空度的高低，把整个真空范围划分成若干个区域。随着真空度的变化，气体往往表现出许多不同的性质，同时，检测的仪表也不同。

a.粗真空：一般指105~103Pa。粗真空的应用领域主要是由于它与大气压力之间有一定的压力差，例如：真空输送，吸尘，铸造技术中的真空成型等。粗真空的

检测仪表主要是液柱高度差的真空计、机械变形指示的真空计等。

b.低真空：一般指103~10-1Pa。低真空一般用在高真空泵机组的前级机械泵组的入口处，是从大气环境到高真空或超高真空的过度阶段，即工艺真空（其作用是采用真空吸取器吸附晶片）。

c.高真空：一般指10-1~10-6Pa。高真空一般用在工艺设备反应条件的真空环境。

d.超高真空：一般指低于10-6Pa，这一真空度一般用于工艺设备的背景真空环境，即做工艺之前，先要将反应室内的真空抽到这一真空度，然后在充入反应气体，进行工艺加工。

2.1.

3.2. 低压的获得

真空泵是获得真空的主要工具。利用气体可以压缩、或膨胀的原理，应用于活塞泵、罗茨泵等；利用气体扩散的原理，应用于蒸汽扩散泵；利用气体分子的电离效应，应用于离子泵；利用物理、化学吸附的原理，应用于吸附泵、低温泵。就IC工艺用真空系统，如高真空、超高真空，一般用涡轮分子泵。

§2.2 多晶硅的制作

§2.2.1 未搀杂多晶硅

2.2.1.1. 多晶硅的定义

多晶硅（Poly-Silicon）是由多种不同结晶方向（Crystal Orientation）的小单晶硅晶粒（Single Crystal of Silicon Grains）所组成的纯硅物质。

2.2.1.2. 多晶硅的沉积方法

SiH4（g）Si（g）+2H2（g）

1）.优点：反应温度低（600℃~650℃），均匀性好，台阶覆盖能力好，生产率高，成本低。

2）.主要工艺参数：

a..温度（T）：T改变1℃，沉积速率改变2~2.5%。

当反应温度低于700℃时，Si的沉积速率与反应温度呈正比，当反应温度高于900℃时，Si的沉积速率将随着温度的上升而减缓。

当反应温度低于575℃时，因为吸附原子在沉积薄膜表面的扩散能力不佳，所沉积的Si将为长程无序(Long-Range Disorder or No Long-Range order)，即非晶硅（Amorphous Silicon）。

当反应温度介于650℃到575℃之间时，沉积的薄膜为多晶硅。（Poly-Silicon）。

当温度高于700℃时，为磊晶硅（Epitaxial Silicon），即外延硅。

b.压力及控制方式：0.3~0.6Torr之间。输入气体流量恒定，由泵速控制压力时，沉积的重复性最好。

c.SiH4浓度（分压强）：在一定温度及总压力下，SiH4浓度与沉积速率存在一上限，即SiH4浓度增加，沉积速率改变不太大了。

§2.2.2 掺杂多晶硅

以LPCVD沉积的多晶硅，本身的电阻率很高，为了降低它的电阻率，我们必须对它进行搀杂，以便将它转变为一种电的导体。如果在生长多晶硅的同时进行搀杂（In-Situ），则需在系统中同时加入PH3、AsH3或B2H6等。掺PH3的化学反应方程式如下：

SiH4（g）Si（g）+2H2（g）

2PH3（g）+4O2（g）P2O5（s）+3H2O（g）

2P2O5（s）+5Si（s）5SiO2（s）+ 4P（s）

但是因为搀杂的含量会对多晶硅的沉积速率产生影响，因此沉积薄膜的杂质含量与沉积厚度的均匀性，将比较难以控制。因此，通常情况下多采用先沉积再用扩散或注入法搀杂。

§2.2.3 多晶硅在IC工艺中的应用及质量评估

1.多晶硅的主要用途是做金属-氧化物-半导体（Metal-Oxide-Semiconductor：MOS）器件的栅（Gate）材料，重搀杂的多晶硅可做互连材料，轻搀杂的多晶硅可做电阻，掺O2（N2O）得到的掺O2半绝缘多晶硅（O-SIPOS）是高压硅器件的较理想的钝化膜。另外，对渠沟结构（Trench Structure）,也可以用LPCVD多晶硅加以填入，以作为DRAM的电容器，或是作为不同元件间的隔离之用。

2.多晶硅膜的质量评估

1）.表面颗粒数（Particle）

2）.厚度均匀性（Uniformity）

3）.搀杂性能，多晶硅晶粒大小。一般来说，晶粒小，导电性能差。

§2.3. 氮化硅的形成

§2.3.1氮化硅的沉积方法

在LPCVD Si3N4的沉积工艺中，通常都使用SiH2Cl2（DCS）为主进行Si3N4沉积。温度约700℃~800℃，压力约数百mTorr

SiH2Cl2（g）+NH3（g）Si3N4（s）+3HCl（g）+ 6H2(g)

用此法所沉积的Si3N4膜的组成较纯，因此被用在SiO2层之蚀刻，或场氧化层氧化的幕罩上。

早期是用SiH4与NH3反应。但均匀性较差。

3SiH4（g）+4NH3（g）Si3N4（s）+ 12H2(g)

但是因为LPCVD 沉积所需要的反应温度太高，因此有些Si3N4膜（如金属层间介质，钝化层等）是用PECVD的方式来沉积的。

SiH4（g）+NH3（g）RF+N2SiN x∶H（s）+ 3H2(g) （0.8＜x＜1.2）

反应温度250℃~400℃。PECVD Si3N4中含有氢，依工艺条件不同，含氢量约在7%~30%之间。这是因为等离子体（PLASMA）中的氢原子在沉积过程中分别与未饱和硅原子及氮原子键形成Si-H及N-H等键的结果。

§2.3.2 Si3N4在IC工艺中的应用及质量评估

1）.Si3N4对H2O、O2、Na、Al、Ga、In等有极强的扩散阻挡能力，是理想的钝化材料；也可做局部氧化的掩膜；扩散掩膜（可以比SiO2薄一个数量级）；

绝缘介质（击穿强度比SiO2大，热传导性好）。

2）. PECVD Si3N4可以通过调节RF POWER来控制离子对沉积薄膜的轰击，从而减少Si3N4的拉伸应力。在作为钝化保护层时，用PECVD方法可以将膜沉积的比较厚而不致发生龟裂。这样可以保证用PECVD沉积的钝化膜有更好的阻挡水气、碱金属离子及抗机械刮伤的能力。

3）.折射率与腐蚀速率是衡量Si3N4的常用参数

膜富硅时（NH3/DCS低），折射率上升；膜含氧，折射率下降。通常1.98~2.20。

腐蚀速率：缓冲HF中，腐蚀速率<1nm/min，

农HF中腐蚀速率~15nm/min。

§2.4二氧化硅的形成

LPCVD SiO2的沉积按所用原料不同分为SiH4，DCS和TEOS。以SiH4为原料的反应又称为低温热氧化（Low Temperature Oxidation），以DCS为原料的反应又称为高温热氧化（High Temperature Oxidation）。

§2.4.1 SiO2的沉积方法

2.4.1.1. 低温氧化物反应（LTO）

SiH4（g）+O2（g）SiO2(s)+H2(g)

反应温度300℃~400℃，比较低。但是因为这个反应极易以均匀性成核（Homogeneous Nucleation）来进行，使晶片表面及反应器受微粒污染的可能性

增加，而且其台阶覆盖（Step Coverage）的能力亦较差，因此已不被常用了。

2.4.1.2. 高温氧化物反应（HTO）

SiH2Cl2（g）+2N2O（g）SiO2（s）+ N2（g）+2HCl（g）反应温度720℃~900℃。所沉积的SiO2质量很好，仅次于干氧氧化生成的SiO

；而且，台阶覆盖能力较好。但是，该反应沉积速率较低，同时，还存在Cl 2

元素的污染问题。

2.4.1.

3. TEOS

Si（OC2H5）4（g）SiO2（s）+H2O（g）+C2H4（g）反应温度650℃---730℃，台阶覆盖能力相当好。沉积速率与温度、TEOS分压强和搀杂剂有关。通常，当压力升高时，沉积速率亦增加，但均匀性下降。§2.4.2 LPCVD SiO2在IC工艺中的应用

做侧壁（Spacer）、多晶间的介质、BPSG底下的阻挡层等。

但当金属层沉积之后，因为HTO和TEOS都需要较高的温度，所以它们的

。

使用受到了限制。取而代之的，将是标榜温度低于400℃的PECVD SiO

2 SiH4（g）+2N2O（g）RF SiO2（s）+ N2（g）+2H2（g）

不过，由于参与反应的气体分子中含有氢原子和氮原子，因此所沉积的SiO2膜的组成中将含有H和N。尤其是H的含量最为显著，约在2~9Atom%。

表1—6：SiO2的沉积方法与特性

SiH4TEOS Plasma

沉积温度（℃）400~450 650~750 300~400

操作压力（Torr）1~0.5 1~10 5~0.1

组成SiO2 SiO2 SiO2:H

密度（g/cm3） 2.1 2.2 2.3

折射率 1.44 1.43~1.46 1.47~1.5

介电常数 4.3 4.0 4.1~4.9

BOE（100:1）速率（?/min）60 30 400

应力（dyne/cm2）（6~8）×108 （1~3）×109（-1~1）×109

§3 测量仪器------椭圆偏振仪（Ellipsometry）

椭圆偏振法是一种利用单色偏振光束在簿膜界面上反射和透射时偏振状态的变化来精确测量膜厚的方法。这种测量方法的主要优点是非破坏性，另一个优点是其测量精度也较高。所谓偏振光就是光波振动方向完全有规则的光，如果光波的振动方向完全在一个平面内，则为平面偏振光，也称为线偏振光。椭圆偏振光是有两个互相垂直的振动合成而产生，因其合成光矢量末端在光传播方向的截面上所描绘的曲线是椭圆而得名。利用椭圆偏振法测量膜厚得仪器称为椭圆偏振仪。

椭圆偏振仪的基本工作方式：由激光光源发出的单一光一般是自然光，经过起偏器后变为线偏振光，再经过λ/4波片后，则会变为椭圆偏振光，然后入射到待测的晶片表面，入射的椭圆偏振光经过晶片表面的反射后，随薄膜厚度d和折射率n 的不同，一般会变为另一种不同状态的椭圆偏振光，通过检验薄膜表面反射光的偏振状态，并经计算机联立求解，即可得到薄膜的厚度d 的具体数值。

§4. 展望

炉管虽然存在升降温速度比较慢的问题，但因为它属于批处理工艺，一次可处理一百片或一百五十片。因此，在未来IC行业中仍将占有不可替代的作用。其发展方向为提高升降温速度，提高热均匀性，减少制程时间，提高设备利用率等诸方面。

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.......................................... ............ 冶金加热炉设计工作手册 第一篇冶金工厂加热炉的设计方法和原则 第一章加热炉的初步设计 第一节设计前的原始资料 第二节加热炉炉型的确定 第三节加热炉燃料的确定 第四节加热炉燃烧装置的确定 第五节预热装置的选择及安装 第六节鼓风系统和排烟系统 第七节炉子水冷系统的确定 第八节加热炉钢结构 第九节加热炉机械和自动调节 第一节绘制加热炉炉型示意简图 第二章加热炉的工艺计算和设计 第一节燃料燃烧计算

第二节加热炉的热制度 第三节钢坯加热温度和时间的计算 第四节炉子数量和基本尺寸的确定 第五节炉体筑炉材料确定 第六节力口热炉炉衬的设计 第七节钢架结构的设计 第八节炉子热平衡和燃料消耗量的计算 第九节燃烧装置的计算 第十节预热装置的计算 第十一节煤气(空气)管道和烟道的设计 第二篇钢铁厂加热炉设计实例 第三章120t／h步邂釉肋口热炉设计实例 第一节步进梁5勒口热炉设计基本情况 第二节步进梁5肋口热炉设计说明 第三节步进梁式加热炉及其附属设备的工艺性能 第四节步进梁式加热炉各结构说明 第六节图例 第四章15t／h推钢式连续加热炉设计实例 第—节加热炉炉型的选择 第二节燃料燃烧计算 第三节卿劾燃时间的计算 第四节炉子卸》Rl寸的决定及有关的J计嘴标 第五节热平衡计算及燃料消耗量的确定 第六节燃烧系统的设计 第七节烟道的设计

(完整版)加热炉计算

4.加热炉的计算 管式加热炉是一种火力加热设备，它利用燃料在炉膛内燃烧时产生的高温火焰和烟气作为热源，加热在管道中高速流动的介质，使其达到工艺规定的温度，保证生产的进行。在预加氢中需要对原料进行加热，以达到反应温度。预加氢的量较小，因此采用圆筒炉。主要的参数如下： 原料：高辛烷值石脑油； 相对密度： 20 40.7351 d = 进料量：62500/kg h 入炉温度：I τ=350C o ； 出炉温度：o τ=490C o ； 出炉压强：2 15/kg cm 气化率： e=100%； 过剩空气系：α：辐射：1.35 对流段：1.40 燃料油组成： 87%,11.5%,0.5%,1%C H O W ==== 加热炉基本参数的确定 4.1加热炉的总热负荷 查《石油炼制工程（上）》图Ⅰ-2-34可知，在入炉温度t1=350℃,进炉压力约15.0㎏/㎝2条件下，油料已完全汽化，混合油气完全汽化温度是167℃。 原料在入炉温度350C o ，查热焓图得232/i I kJ kcal = 原料的出炉温度为490C o ，查热焓图得377/v I kcal kg =。 将上述的数值代入得到加热炉的总热负荷 Q = m[eIV+(1-e)IL-Ii]

=[1377232]62500 4.184?-?? 37917500/kJ h = 4.2燃料燃烧的计算 燃料完全燃烧所生成的水为气态时计算出的热值称为低热值，以Ql 表示。在加热炉正常操作中，水都是以气相存在，所以多用低热值计算。 (1) 燃料的低发热值 1Q =[81C+246H+26(S-O)-6W] 4.184? =[8187+24611.5+26(0-0.5)-61] 4.184????? 41241.7/(kJ kg =燃料) (2) 燃烧所需的理论空气量 0 2.67823.2C H S O L ++-= 2.6787811.500.52 3.2?+?+-= 13.96kg =空气/kg 燃料 (3) 热效率η 设离开对流室的烟气温度 s T 比原料的入炉温度高100C o ，则 350100450s T C =+=o 由下面的式子可以得到 , 100L I q q η=--， 取炉墙散热损失 , 1 0.05L L q q Q = =并根据α和s T 查相关表，得烟气出对流室时 带走的热量123% L q Q =， 所以 1(523)%72%η=-+= (4) 燃料的用量 1379175001277/0.7241241.7 Q B kg h Q η= ==?;

加热炉热工检测方案

井口加热炉热工检测方案 一、项目来源 根据胜利油田采油工程处部署，对胜利油田在用的各厂家的各种类型井口加热炉进行热效率测试。本次测试工作由胜利油田技术检测中心能源监测站承担。 二、检测目的： 检测加热炉在实际运行工况下的加热炉的热效率。 三、依据标准： SY/T6381-1998 加热炉热工测定 SY/T6275-1997 石油企业节能检测综合评价方法 四、测试基本检测方法及测试数量 4.1 测试方法 测试方法采用正平衡法与反平衡法相结合的测试方法。当现场不满足正平衡测试条件时，则以反平衡测试方法进行测试。 正平衡法：通过直接测量加热炉输入热量和输出热量而计算出效率的方法。 反平衡法：通过测定加热炉各项热损失而计算出效率的方法。 4.2测试数量 因本次需测试的加热炉数量众多，故采取抽样测试的方式进行，抽测比例不低于30%。具体按各厂家加热炉（包括各种型号的加热炉）数量的30%进行。 五、测试工况要求： 1 、时间要求： （1）、测试应在加热炉热工况稳定和燃烧调整到测试工况1h后开始进行。 （2）、测试的持续时间不少于1h，烟气成分和排烟温度每隔15min读数记录数据一次。 2 、燃料要求：测试时加热炉所用燃料应符合加热炉设计要求。 3 、加热炉液位要求：测试结束时，加热炉液位应与测试开始时保持一致。 4 、加热炉负荷应在符合工艺要求（被加热介质出口温度达到外输要求）的工况。 七、测试项目 主要测试项目如下： 1)液体燃料元素分析、低位发热量、密度、含水量； 2)燃料消耗量； 3)燃烧器前燃油（气）压力； 4)燃烧器前燃油（气）温度； 5)被加热介质流量； 6)被加热介质密度； 7)被加热介质含水量； 8)加热炉进口、出口介质温度； 9)加热炉进口、出口介质压力； 10)排烟温度； 11)排烟处烟气成分分析； 12)入炉空气温度； 13)炉体外表面温度； 14)当地大气压力； 15)环境温度；

锅炉水处理工艺流程

锅炉水处理工艺流程 一、补给水处理 因蒸汽用途（供热或发电）和凝结水回收程度的不同，锅炉的补给水量也不相同。凝汽式电站锅炉的补给水量一般低于蒸发量的3％,供热锅炉的补给水量可高达100％。补给水处理流程如下： ①预处理 当原水为地表水时，预处理的目的是除去水中的悬浮物、胶体物和有机物等。通常是在原水中投加混凝剂（如硫酸铝等），使上述杂质凝聚成大的颗粒，借自重而下沉，然后过滤成清水。当以地下水或城市用水作补给水时，原水的预处理可以省去，只进行过滤。常用的澄清设备有脉冲式、水力加速式和机械搅拌式澄清器；过滤设备有虹吸滤池、无阀滤池和单流式或双流式机械过滤器等。 为了进一步清除水中的有机物，还可增设活性炭过滤器。 ②软化 采用天然或人造的离子交换剂,将钙、镁硬盐转变成不结硬垢的盐，以防止锅炉管子内壁结成钙镁硬水垢。 对含钙镁重碳酸盐且碱度较高的水，也可以采用氢钠离子交换法或在预处理（如加石灰法等）中加以解决。 对于部分工业锅炉，这样的处理通常已能满足要求，虽然给水的含盐量并不一定明显降低。 ③除盐 随着锅炉参数的不断提高和直流锅炉的出现，甚至要求将锅炉给水中所有的盐分都除尽。这时就必须采用除盐的方法。 化学除盐所采用的离子交换剂品种很多，使用最普遍的是阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，简称“阳树脂”和“阴树脂”。 在离子交换器中，含盐水流经树脂时，盐分中的阳离子和阴离子分别与树脂中的阳离子(H+)和阴离子(OH-)发生变换后被除去。 当水的碱度较高时，为了减轻阴离子交换器的负担，提高系统运行的经济性，在阳离子交换器之后一般都要求串联脱碳器以除去二氧化碳。 含盐量特别高的水，也可采用反渗透或电渗析工艺，先淡化水质，再进入离子交换器进行深度除盐。对高压以上的锅筒锅炉或直流锅炉，还必须除去给水中的微量硅；中、低压锅炉则按含量情况处理。 二、凝结水处理 凝结水在循环过程中，会受到汽轮机凝汽器冷却水泄漏和系统腐蚀产物等引起的污染，有时也需要进行处理。 凝结水的处理量与锅炉的参数、炉型（如有无锅筒或分离器）和凝结水的污染情况有关。随着锅炉参数的提高，凝结水的处理量一般逐渐增加。对超临界压力锅炉应全部处理；对超高压及亚临界压力锅炉处理量为25～100％;对有锅筒的高压以下锅炉一般不进行处理。 常用的凝结水处理设备有纤维素覆盖过滤器和电磁过滤器等。凝结水在其中除去腐蚀产物（氧化铜和氧化铁等）后，再进入混合床或粉末树脂覆盖过滤器进行深度除盐。 三、给水除氧 锅炉给水中的溶解氧会腐蚀热力系统的金属。 腐蚀产物在锅炉热负荷较高处结成铜铁垢，使传热恶化，甚至造成爆管或在汽轮机高压缸中沉积，使汽轮机效率降低。因此，经过软化或除盐的补给水和凝结水，在进入锅炉之前一般都要除氧。

无氧铜生产工艺流程

第四章工艺技术方案 4.1工艺技术方案 本项目采用的原材料为含铜量99%的电解铜，选用目前国内先进的蓄热式熔化炉和中频炉，用上引法连铸工艺方法生产氧的含量不大于0.02%，杂质总含量不大于0.05%，含铜量99.5%以上无氧铜杆。 4.2工艺流程简述 1、生产准备 本项目使用的电解铜在江西省内购买。

图4-1 项目生产工艺流程图 2、上引法连铸工艺流程 本项目采用上引法连铸工艺生产无氧铜杆。上引法连铸铜杆

的基本特点是“无氧”，即氧含量在10ppm以下。 上引法与连铸连轧和浸涂法相比，其特点是： 1）由于拉扎工艺和铸造工艺不是连续的，拉扎是在常温下进行的，不需要气体保护，钢材也不会被氧化。因此设备投资小，厂房布置也灵活。 2）单机产量变化范围大，年产量可以从几百吨到几万吨，可供不同规模的厂家选用不同型号的上引机组。此外，由于连铸机是多头的，可以很容易的通过改变铸造规格（铸杆直径），来改变单位时间的产量，因此其产量可视原材料的供应情况和产品的需求情况来确定，便于组织生产、节约能源。 3）只需更换结晶器和改变石墨模的形状，即可生产铜管、铜排等异型铜材，并可在同一机器上上产不同规格、品种的铜材，灵活机动，这是上引法的中最大特点。 上引法连铸工艺流程：原料通过加料机加入融化炉进行熔化、氧化、扒渣处理后，熔融的铜液经过一段时间的静置还原脱氧并达到一定的温度后，通过有CO气体保护的流槽经过渡腔（铜液在此进一步还原脱氧、清除渣质），进而平稳的流入中频炉保温静置，铜液的温度由热电偶测量，温度值由仪表显示，温度控制在1150℃±10℃。连铸机固定于中频保温炉的上方，连铸机铜液在结晶器中快速结晶连续不断地生产出铜杆，最后经双头挠杆机等辅助设备装盘成产品。 ⑴加料：原料一般用加料机加入，炉头多加、炉尾少加。加

弯管制造典型工艺-1

目录 弯管制造工艺流程示意图 (2) 1.范围 (3) 2.引用标准 (3) 3.术语和定义 (3) 4. 弯管制造工艺流程 (3) 5. 弯管制造工艺要求 (3) 6.通球表 (18)

弯管制造工艺流程示意图 注：1.D w≥133mm的钢管需做钢印移植； 2.合金材料需做光谱检验。

1.范围 本标准规定了锅炉平面弯管成形制造技术要求及验收要求。 本典型工艺适用于图1。1~3个弯头的平面弯管，空间弯管可分解为几个平面弯管，分解后的平面弯管仍可参照本工艺。 图1 2.引用标准 JB/T3375-2002《锅炉用材料入厂验收规则》 JB/T1611-1993《锅炉管子制造技术条件》 JB/T1612-1994《锅炉水压试验技术条件》 JB/T1613-1993《锅炉受压元件焊接技术条件》 JB/T1615-1991《锅炉油漆和包装技术条件》 JB/T4308-1999《锅炉产品钢印及标记移植规定》 JB/T4730.1～6-2005《承压设备无损检测》 《蒸汽锅炉安全技术监察规程》1996 3.术语和定义 H：停止点W：见证点 4.弯管制造工艺流程见第2页《弯管制造工艺流程示意图》 5.工艺要求 5.1材料验收

5.1.1 制造管子的材料应符合图纸设计要求，材料代用应按规定程序审批。 5.1.2 制造管子用的钢材和焊接材料必须经过检验部门按JB/T3375-2002的规定进行入厂检验，未经检验或检验不合格者不准用于生产。 用于额定蒸汽压力不大于0.4MPa 的蒸汽锅炉和额定热功率不大于4.2MW 且额定出水温度小于 120℃的热水锅炉的管子材料，如原始质量证明书齐全，且材料标记清晰、齐全时，可免于复检。 5.2 确定下料尺寸L 5.2.1图1（c ）中两端外倒角1×30°，且两端不需加长，下料长度L 按下列公式计算： 公式一：() 10 232132211ααα++?- ?+++++++=l B L L L L L L L L b a 中中 单位：mm 。 式中：a L 、b L —管子两端直段长度，单位：mm 。 1中L 、2中L —管子中间直段长度，单位：mm 。 1α、2α、3α—分别为管子弯头的弯曲角度，单位为：度。 1L 、2L 、3L —分别为管子弯头1α、2α、3α 对应中性层弧长，单位：mm 。 B —管子一端倒角需留的机械加工余量，其值按表1选取。 表1 单位：mm l ?—弯头每弯10°管子伸长量，其值可按下列公式二计算。 公式二： l ?= ? 180πα 2 r ?R r ? 单位：mm 。 式中: r = 2 S D w - R —弯管半径，单位：mm 。 α—弯管弯曲角度，本式取α=10°。 l ?数值也可以参考表2、表3试弯后确定。

管式加热炉温度控制与分析

管式加热炉温度－温度串级控制系统 1设计意义及要求 1.1设计意义 管式加热炉是石油工业中重要装置之一，加热炉控制的主要任务就是保证工艺介质最终温度达到并维持在工艺要求范围内，由于其具有强耦合、大滞后等特性，控制起来非常复杂。同时，近年来能源的节约、回收和合理利用日益受到关注。加热炉是冶金、炼油等生产部门的典型热工设备，能耗很大。因此，在设计加热炉控制系统时，在满足工艺要求的前提下，节能也是一个重要质量指标，要保证加热炉的热效率最高，经济效益最大。另外，为了更好地保护环境，在设计加热炉控制系统时，还要保证燃料充分燃烧，使燃烧产生的有害气体最少，达到减排的目的。 1.2设计要求 1）本课程设计题目为加热炉温度－温度串级控制系统设计，课程设计时间为2周；学生对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。 2）课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括： ① 目录； ② 摘要； ③ 生产工艺和控制原理介绍； ④ 控制参数和被控参数选择； ⑤ 控制仪表及技术参数； ⑥ 控制流程图及控制系统方框图； ⑦ 总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）； ⑧ 课程设计的心得体会（至少500字）； ⑨ 参考文献（不少于5篇）； ⑩ 其它必要内容等。 2方案论证 2.1方案选择 管式加热炉加热炉的工作原理如图1所示。要加热的冷物料从左端的管口流入管式加热炉，而燃料从右端的管口流入管式加热炉的燃烧部分，以供热。经加热的物料从右上端的管口流出，物料出口温度1()t θ为被控参数。 图1 管式加热炉工作原理图 分析管式加热炉的工作过程可知，物料出口温度1()t θ受进入管式加热炉的物料初始温度，物料进入的流量（即物料入口的压强），进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强），燃料的燃烧值等因素的影响。其中物料进入的流量（即物料入口的压强）和进入管式加热炉的燃料的流量（也即燃料入口压强）是影响物料出口温度1()t θ的主要因素。如果采用单回路控制系统，根据操作量的选取原则，我们可以在物料入口处装上一个调节阀，以控制物料进入的流量；对于进入管式加热炉的燃料的流量，可以使它保持某一恒定值。或在燃料的入口处安装一个调节阀，以控制进入管式加热炉的燃料的流量；对于进入管式加热炉的物料的流量，则可以使它保持某一恒定值。而调节阀的开度大小由安装在物料出口处的温度传感器输出的大小间接控制。它虽然结构简单，实现方便；但不符合生产工艺的要求。因为如果将物料的进入流量进行限定后，则日生产总量也被限定。这显然不符合实际的工业生产情况。在此基础上进行一点改进——不对另一个量进行限制。基于对燃料进入量进行控制的管式加热炉单回路温度控制系统原理图如图2 所示。 图2 管式加热炉单回路温度控制系统原理图 如图2所示的单回路温度控制系统初看起来是可行的。而且它的结构简单，所需的器材少，投入小。也符合工业设 物料出口温度1 ()t θ 1T C 物料入口 燃料 物料出口温度1()t θ

锅炉制造许可证条件(精)

锅炉制造许可证条件 一、A级锅炉制造许可证条件 (一、一般要求 1.提出申请的企业应具有独立法人资格。 2.凡申请领取A级锅炉制造许可证的企业,申请时应持有B级锅炉制造许可证,且应有五年以上B级锅炉生产历史。 3.提出许可证申请的企业经批准试制生产过A级锅炉产品。 4.企业生产经营状况良好,无设计、制造质量的重大事故。 (二、厂房和技术设施 1.企业厂区和工艺流程布局合理,锅炉生产厂房条件较好,且具有一定的规模,能满足A级锅炉产品和文明生产的需要。 2.管材及半成品的存放应有防雨、防潮措施。 3.焊材一级库应有保证温、湿度的措施,焊材二级库应具有完好的焊材烘干和保温设备。 4.应有机电产品、自控仪表库房。 5.应有独立的满足防护要求和产品需要的探伤室,其中曝光室面积应能满足产品生产的需要。暗室应有保证底片质量的基本条件。 6.主车间最大起吊能力应能满足产品生产的需要。 7.应有与产品相适应的金相、理化试验室。 8.应有与产品相适应的焊接试验室。

9.企业应具有新产品的设计开发能力并尽量采用计算机辅助设计。 (三质量管理及技术文件 1.必须建立与生产产品相适应的质量保证体系并正常运转。 2.应有与锅炉制造有关的规程、规定和标准。 3.质保责任工程师应由高级工程师职称的领导担任,各责任工程师应由熟悉本岗位业务的工程师以上技术人员担任;对上述需独立行使权力开展工作的人员,应有职责、职权和相互关系的明确规定。 4.应有与产品相适应的锅炉产品工艺流程图、产品工序过程卡、工序工艺卡(或作业指导书。 5.焊接工艺指导书及其数量、焊接工艺评定报告及其数量、热处理工艺以及无损探伤的通用和专用工艺及其数量应能满足现有生产产品的要求。 6.有完整、统一、正确的生产用图样和技术文件。 7.外协的锅炉受压元件应由取得劳动部认可的制造单位承担,企业应对外协的锅炉受压元件的质量进行有效地控制。 (四技术力量 1.工程技术人员应不少于200名,其中工程师及其以上职称的人中应不少于80名。 2.企业质量管理部门应配备必要的工程技术人员。 3.锅炉专业设计人员应不少于50名,其中,高级工程师(含整体设计、受热面布置、钢结构设计等方面应不少于8名,工程师应不少于25名。

1.加热炉工艺计算软件FRNC5使用入门剖析

1.F RNC-5软件的引进与使用概况 中石化集团公司下属的若干设计院（石化工程公司）从1997年开始引进了多套美国PFR公司的通用加热炉工艺计算软件FRNC-5。此软件在加热炉工艺计算中得到很好的应用，发挥了重大作用。 美国PFR公司全称为PFR工程系统公司（PFR Engineering System，Inc ）。公司设在美国洛杉矶，创建于1972年1月，从事热力学系统设计分析和人员培训。该公司的软件产品拥有六十多个用户，遍布六大洲的十五个以上的国家。其中FRNC-5PC软件有二十年以上的使用经验。 本软件可以优化加热炉设计，并可对现有加热炉进行操作分析、加强管理，是一个较为优秀的软件。 2.F RNC-5软件功能与特点 2．1 软件应用范围 本程序可用于炼油、石油化工及热电联合等装置中大多数火焰加热炉及水管锅炉的性能模拟及效率预测。程序采用经过证明了的技术，通过综合迭代，将工艺物流模拟、传热和压力降计算等过程组合在一起。 程序沿物流及烟气流程，逐个管组逐个炉段严格迭代求解，能精确确定加热炉的工艺参数。计算中还指明不利操作状态，如发出炉膛正压、管壁和扩面元件超温、超临界流动以及酸露点腐蚀等警告信息。 程序会算出与显示加热炉的以下工艺参数或不利操作状态： （1）加热炉总热负荷、总热效率，辐射室热负荷 （2）辐射室出口温度（桥墙温度）与烟囱入口处温度 （3）辐射和对流热强度的均值和峰值 （4）辐射段遮蔽段和对流段中所有管组的管壁金属温度和翅片尖端温度的峰值和均值（5）两相流流型及沸腾状态的确定 （6）管内两相流的传热和压降 （7）管外传热和阻力 （8）“阻塞”、“干锅”或“冷端”腐蚀的可能性 2．2 适用的加热炉类型 （1）常减压装置加热炉 （2）铂重整、铂铼重整和强化重整等装置加热炉 （3）重沸炉和过热炉 （4）一氧化碳加热炉和锅炉 （5）脱硫装置原料预热炉 （6）焦化炉和减粘加热炉 （7）润滑油蒸馏和蜡油加热炉

锅炉管道安装规范

锅炉管道安装规范 篇一：锅炉安装标准 序号标准号名称 1 GB50319-XX 建设工程监理规范 2 GB50273-XX 锅炉安装工程施工及验收规范替代GB50273-1998 3 GB50235-97 工业金属管道工程施工及验收规范 4 GB50275-1998 压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范 5 GB50231--XX 机械设备安装工程施工及验收通用规范替代 GB50231-1998 6 GB 50236-1998 |现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范 7 GB50211-XX 工业炉砌筑工程施工及验收规范 8 GB5027019-98 连续输送设备安装工程施工及验收规范 9 GB50204-XX 混凝土结构工程施工验收规范 10 GB 50254—50259--96 电气装置安装工程施工及验收规范 11 GB50093-XX 自动化仪表工程施工及验收规范代替GBJ93-1986 12 GB50203-XX 砌体工程施工质量验收规范代替

GB50203-1998 13 GB50126-XX 工业设备及管道绝热工程施工规范代替GBJ 126-89 14 GB 50016-XX 建筑设计防火规范代替GBJ 16-87(XX 版) 15 JB4730-XX 承压设备无损检测替代JB4730-94 压力容器无损检测 16 GBT 228-XX 金属材料室温拉伸试验方法替代GBT 228-1987 17 GBT 229-XX 金属材料夏比摆锤冲击试验方法替代GBT 229-1994 18 GBT 232-1999 金属材料弯曲试验方法 19 GB1576-XX 工业锅炉水质替代GB1576－XX 20 GBT 10180-XX 工业锅炉热工性能试验规程 21 GB13271-XX 锅炉大气污染物排放标准 22 GB50041-XX 锅炉房设计规范替代GB50041-92 23 GB713-XX 锅炉与压力容器用钢板替代GB 713-97、GB6654-1996 过渡时间至XX年8月31日 24 GB3087-XX 低中压锅炉用无缝钢管替代GB3087-XX 25 GBT 5117-1995 碳钢焊条 26 GBT5118-1995 低合金钢焊条

石油化工管式工艺加热炉简介

本文由ahutony贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 石油化工管式工艺加热炉简介 郑战利 管式加热炉 在一个有衬里的密闭体内设置有大量的相互连接的优质或合金无缝钢管，被加热介质在一连串的无缝钢管内以很高流速通过，燃料在密闭体内燃烧产生高温烟气，高温烟气通过辐射、对流和传导把热量传给被加热介质，把被加热介质加热到生产工艺规定的温度或完成一定的化学反应深度；这类设备统称为管式加热炉。管式加热炉的范畴包含热水和蒸汽锅炉、热载体加热炉、油田水套炉、输油管道加热炉、炼油和石化生产装置的工艺加热炉等。今天我们所讲的管式加热炉是炼油和石油化工生产装置的工艺加热炉，简称为石化工艺加热炉。 石化工艺加热炉的主要特点是 1.被加热介质为易燃、易爆的液体或气体，且温度和压力较高。操作条件苛刻。安全运行要求高。 2. 加热方式为明火加热。 3. 长周期连续生产。 4. 所用燃料为液体或气体燃料。 管式加热炉应满足的要求 1. 完成一定的传热任务，燃料耗量少、需要的传热面积小。 2. 被加热介质不受局部过热。 3. 在纯加热型管式加热炉中，被加热介质无分解或仅有极少量分解。 4. 在加热—反应型管式加热炉中，保证被加热介质的反应深度达到生产工艺要求，且炉管中结焦量最少。 5. 安全、稳定、连续运行周期在3~5年。 6. 排烟中的有害物含量和噪声必须符合国家标准规定。 管式加热炉的主要操作参数 1、有效热负荷：为各种被加热介质从体系入口状态到出口状态所吸收的能量之和，它等于供给能量与损失能量之差， Kw 2、排烟损失热量：排出体系的烟气带走的热量。Kw 3、燃料不完全燃烧损失热量：由于燃烧设备及燃烧工况等原因造成燃料没有完全燃烧而未能释放出的反应热。 Kw 4、散热损失热量：体系内所有设备及管线表面向周围环境中散失的热量。Kw 5、附属设备能耗：鼓风机、引风机、吹灰器、热载体循环泵等辅助设备所耗掉的能量，按供给这些设备的能量计算。 Kw 6、燃料效率：有效吸能量占供给燃料燃烧放出热量的百分数，其数值可能大于l00％。% 7、全炉热效率：有效吸能量占供给炉子总热量（不含附属设备损失）的百分数。% 8、综合效率：是体系供给能量利用的有效程度在数量上的表示，它等于有效能量对供给能量的百分数。 % 9、炉膛热强度：指单位时间内单位炉膛体积所传递的热量，单位为kw/m3。 10、炉管平均表面热强度：指单位时间内单位炉管表面积所传递的热量，单位为kw/m2。 11、排烟温度：烟气离开被加热介质加热段的最终温度。℃ 12、排烟氧含量：烟气最终离开被加热介质加热段时中的氧含量。V% 13、炉膛Tp温度：烟气出辐射室时的温度。℃ 14、燃烧过剩空气系数：燃料燃烧理论空气量与供风量的比值。 15、燃料耗量：单位时间内，加热炉消耗燃料总和（Kg/h或Nm3/h）。 16、质量流量：单位时间内，流过单位炉管内截面积的加热介质的质量（Kg/m2.h）。 17、全炉压力降：被加热介质流过炉管系统的压力损失。MPa 管式加热炉的结构简介 石油化工工艺管式加热炉由辐射室、对流室、余热回收装置、燃烧器、供风系统和排烟系统等部分所组成（由炉管系统、钢结构、衬里、余热回收装置、燃烧器、供风系统和排烟系统等部分所组成）。 辐射室 辐射室是加热炉辐射传热起支配作用的部分。由于是火焰直接所在的场所，所以它是加

步进式加热炉设计计算模板

2 10 步进式加热炉设计计算 2.1 热工计算原始数据 （1） 炉子生产率：p=245t/h （2） 被加热金属： 1） 种类：优质碳素结构钢（20#钢） 2） 尺寸：250 >2200 >3600 （mm ）（板坯） 3） 金属开始加热（入炉）温度：t 始=20r 4） 金属加热终了（出炉）表面温度：t 终=1200C 5） 金属加热终了（出炉）断面温差：t < 15C （3） 燃料 1） 种类：焦炉煤气 2） 焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 3 3） 煤气不预热：t 煤气=20 °C 表1-1焦炉煤气干成分（％） ⑷ 出炉膛烟气温度：t 废膛=800C ⑸空气预热温度（烧嘴前）：t 空 =350 C 2.2燃烧计算 2.2.3 计算理论空气需要量L c 1 1 m L o 4.76 —CO -H 2 (n —)C n H m 2 2 4 把表2-1中焦炉煤气湿成分代入 1 1 3 3 3 -H 2S O 2 2 2 3 3) 10 (m /m )

L0 4.76 8.7939 険5741 2 24?8184 3 2?8336。碍 2 10 =4.3045m3/m3

V n V CO 2 V H 2O V N 2 V O 2 224计算实际空气需要量Ln 查《燃料及燃烧》，取n=1.1代入 L n nL o 1.1 4.3045 4.7317 标 m 3/标 m 3 实际湿空气消耗量 L n 湿(1 0.00124g) nL o =(1 0.00124 18.9) 4.7317 =6.0999 标 m 3/标 m 3 2.2.5计算燃烧产物成分及生成量 V c°2 (CO nC n H m CO 2) 100 1 79 1.2702 丄 79 4.7317 100 100 =3.7507 标m 3/标m 3 V 02 (L n L 0)标 m /标 m 100 21 4.7317 4.3045 100 =0.0897 标 m 3/标 m 3 燃烧产物生成总量 (56.5741 2 1 24.8184 2 2.8336 2.2899) 100 0.00124 18.9 4.7317 标m 3/标m 3 标m 3/标m 3 (24.8184 8.7939 2 2.8336 3.0290) 1 100 =0.4231 标 m 3/标 m 3 V H 2O (H 2 m C H n m 2 H 2S H 2O) 1 100 0.00124gL n 标 m 3/标 m 3 V N 2 N 2 100 100 Ln 标说标 m =1.2526

步进式加热炉设计计算模板

步进式加热炉设计计算 2.1 热工计算原始数据 (1)炉子生产率：p=245t/h (2)被加热金属： 1)种类：优质碳素结构钢(20#钢) 2)尺寸：250×2200×3600 (mm)(板坯) 3)金属开始加热(入炉)温度：t 始=20℃ 4)金属加热终了(出炉)表面温度：t 终=1200℃ 5)金属加热终了(出炉)断面温差：t ≤15℃ (3)燃料 1)种类：焦炉煤气 2)焦炉煤气低发热值：Q 低温=17000kJ/标m 3 3)煤气不预热：t 煤气=20℃ 表1-1 焦炉煤气干成分(%) 废膛(5)空气预热温度(烧嘴前)：t 空=350℃ 2.2 燃烧计算 2.2.3 计算理论空气需要量L 0 )3322220/(1023)4(212176.4m m O S H H C m n H CO L m n -??? ? ???-++++=∑ 把表2-1中焦炉煤气湿成分代入 2 0103909.08336.238184.2425741.56217939.82176.4-??? ????-?+?+?+?=L =33/3045.4m m

2.2.4 计算实际空气需要量Ln 查《燃料及燃烧》，取n=1.1代入 7317.43045.41.10=?==nL L n 标m 3/标m 3 实际湿空气消耗量 0)00124.01nL g L n ?+=（湿 =7317.4)9.1800124.01(??+ =6.0999 标m 3/标m 3 2.2.5 计算燃烧产物成分及生成量 100 1 )(22? ++=∑CO H nC CO V m n CO 标m 3/标m 3 100 1)0290.38336.227939.88184.24(?+?++= =0.4231 标m 3/标m 3 n m n O H gL O H S H H C m H V 00124.0100 1 )2(2222+? +++=∑ 标m 3/标m 3 7317 .49.1800124.01001)2899.28336.228184.2425741.56(??+?+?+?+= = 1.2526 标m 3/标m 3 n N L N V 100 79100122+? = 标m 3/标m 3 7317.4100 7910012702.1?+? = =3.7507 标m 3/标m 3 )(100 21 02L L V n O -= 标m 3/标m 3 ()3045.47317.4100 21 -= =0.0897标m 3/标m 3 燃烧产物生成总量 2222O N O H CO n V V V V V +++=

锅炉焊接生产工艺

锅炉焊接施工工艺 个人认为相当不错锅炉安装焊接施工工艺标准 1 适用范围 本标准适用于工业锅炉受热面管子、管束、锅筒与管子、集箱与管子、锅炉本体管道、异种钢接头和锅炉钢结构的焊接及返修工程。 2 施工准备 2.1 材料 2.1.1 钢材必须符合国家标准或部颁标准。 2.1.2 根据焊接母材的钢号，正确选择相应的焊接材料。 2.1.3焊条和焊丝的牌号和直径，钨极的类型、牌号和直径，保护气体的名称和种类应符合焊接工艺评定的要求，并有相应的合格证或质量证明书。 2.2 机具、设备 2.2.1 设备：氩弧焊焊接设备、交直流电焊机、气焊设备、热处理设备、射线探伤设备、超声波探伤设备、磁粉探伤设备、烘干箱角、磨机、碳弧气刨等。2.2.2 机具：焊缝检测尺、保温筒等。 2.3 作业条件 2.3.1 焊接允许的环境温度应符合表2.3.1的规定。 焊接母材 碳素钢 低合金钢 中高合金钢 最低环境温度（℃） -20 -10 2.3.2 锅筒、集箱已经安装完毕。 2.4 技术准备 2.4.1 参加作业的施焊焊工，必须持有与所焊项目相对应的焊工考试合格证， 必要时尚需做焊接试件，以验证其技术状况是否合乎要求。 2.4.2 根据焊接项目，编制有针对性的焊接工艺指导书，并按其规定焊接工艺 试件后，经检验后作出焊接工艺评定，以验证焊接工艺指导书是否合适。2.4.3 及时对施工人员进行技术交底，对于有危险性的施工项目需要进行技术 安全交底。 3 操作工艺 3.1 钢结构的焊接 钢架、平台、扶手、拉杆等钢结构的焊接应采取以下工艺措施。

3.1.1 确认组对装配质量符合要求，首先进行组件点固焊，点固焊长度宜为20 ～30mm，且牢固。 3.1.2 全部组件点固焊后，应复查组件几何尺寸无误后方可正式焊接。 3.1.3 为了保证焊透，厚度超过8mm的对接接头要开V型或K型坡口进行焊接， 并应满足焊缝加强高度和焊脚高度要求。 3.1.4焊接时应采取对称、跳焊，分段退焊等方法，以控制焊接引起组件变形。 3.1.5焊缝末端收弧时，应将熔池填满。 3.1.6多层焊，焊接下一层之前要认真清除熔渣。 3.1.7多层多道焊，邻间焊道接头要错开，严禁重合。 3.2 锅炉受热面管子及管道的焊接 水冷壁、对流管束、过热器、省煤器管子的对接焊口，管子与集箱、锅筒或其管座的对接焊口，锅炉管道对接焊口，焊接时应采取以下工艺措施。 3.2.1 对口要求 3.2.1.1 锅炉管子一般为V型坡口，单侧为30°～35°。对口时要根据焊接方 法不同留有1～2mm的钝边和1～3mm的间隙。 3.2.1.2 对口要齐平，管子、管道的外壁错口值不得超过以下规定： （1）锅炉受热面管子：≤10%壁厚，不超过1mm； （2）其它管道：≤10%壁厚，不超过4mm。 3.2.1.3 焊接管口的端面倾斜度应符合表3.2.1.3的规定。 管子公称直径 3.2.1.4 管子对口前应将坡口表面及内外壁10～15mm范围内的油、锈、漆、垢 等清除干净，并打磨出金属光泽。 3.2.2 焊接要求 3.2.2.1 管子焊接时，管内不得有穿堂风。 3.2.2.2 点固焊时，其焊接材料、焊接工艺、焊工资质应与正式施焊时相同。 3.2.2.3 在对口根部点固焊时，焊后应检查各焊点质量，如有缺陷应立即清除， 重新点焊。 3.2.2.4 管子一端为焊接，另一端为胀接时，应先焊后胀。 3.2.2.5 管子一端与集箱管座对接，另一端插入锅筒焊接，一般应先焊集箱对 接焊口。 3.2.2.6 管子与两集箱管座对口焊接，一般应由一端焊口依次焊完再焊另一端。 3.2.2.7 水冷壁和对流管束排管与锅筒焊接，应先焊两个边缘的基准管，以保证管排与锅筒的相对尺寸。焊接时应从中间向两侧焊或采用跳焊、对称焊，防 止锅筒产生位移。 3.2.2.8 多层多道焊缝焊接时，应逐层清除焊渣，仔细检查，发现缺陷必须消 除，方可焊接次层，直至完成。 3.2.2.9 多层多道焊的接头应错开，不得重合。 3.2.2.10 直径大于194 mm的管子和锅炉密集排管（管子间距≤30mm）的对接 焊口，宜采取二人对称焊，以减少焊接变形和接头缺陷。 3.2.2.11 焊接过程应连续完成，若因故被迫中断，再焊时，应仔细检查确认无 裂纹后，方可按工艺要求继续施焊。

管式加热炉安全管理规定范本

工作行为规范系列 管式加热炉安全管理规定（标准、完整、实用、可修改）

编号：FS-QG-51147管式加热炉安全管理规定Regulations on safety management of tubular heating furnaces 说明：为规范化、制度化和统一化作业行为，使人员管理工作有章可循，提高工作效率和责任感、归属感，特此编写。 一、管式加热炉安全技术措施 1.燃料气分液罐 (1)燃料气进炉区必须设置燃料气分液罐，一个装置有多个炉子可以共用一个分液罐。 (2)燃料气分液罐上应设置压力、液位等显示仪表。 (3)燃料气分液罐上应设置有安全阀、放火炬线。 (4)燃料气分液罐上应设置加热盘管和脱液设施;加热器盘管材质选用时要考虑介质的腐蚀。 2.盲板与切断阀 (1)燃料油、燃料气进装置、进炉区和火嘴前等部位应设置相应的"8"字盲板。 (2)燃料油、燃料气系统应设置有吹扫、试压和置换流程。燃料气吹扫、试压、气密所用蒸汽、氮气给汽(气)点应设双

阀间加排凝的三阀组结构，并设相应的"8"字盲板，燃料油吹扫、试压所用蒸汽给汽点应设双阀间加排凝的三阀组结构，并设相应的"8"字盲板。 (3)燃料油、燃料气入火嘴前必须设置两道阀门。 (4)燃料油、燃料气吹扫系统中给汽(气)点三阀组与燃料气入火嘴前的双阀必须采用法兰连接的阀门。原来采用非法兰连接的阀门在检修或技改中应改为法兰连接的阀门。 (5)燃料油入火嘴前必须设置两道阀门，同时应设置燃料油循环线。 3、控制回路 (1)加热炉应设置燃料油、燃料气压控阀、工艺介质和炉膛温度温控阀等必要的控制回路。 (2)安全联锁自保阀的设置根据装置工艺对加热炉具体要求确定。 4.阻火器 燃料气入炉前应并联设置双阻火器，生产中可以切换和检修。 5.控制阀选型

加热炉控制系课程设计

第1章加热炉控制系统 加热炉控制系统工程背景及说明 加热炉自动控制（automatic control of reheating furnace），是对加热炉的出口温度、燃烧过程、联锁保护等进行的自动控制。早期加热炉的自动控制仅限控制出口温度，方法是调节燃料进口的流量。现代化大型加热炉自动控制的目标是进一步提高加热炉燃烧效率，减少热量损失。为了保证安全生产，在生产线中增加了安全联锁保护系统。 影响加热炉出口温度的干扰因素很多，炉子的动态响应一般都比较迟缓，因此加热炉温度控制系统多选择串级和前馈控制方案。根据干扰施加点位置的不同，可组成多参数的串级控制。使用气体燃料时，可以采用浮动阀代替串级控制中的副调节器，还可以预先克服燃料气的压力波动对出口温度的影响。这种方案比较简单，在炼油厂中应用广泛。 这种控制的主要目的是在工艺允许的条件下尽量降低过剩空气量，保证加热炉高效率燃烧。简单的控制方案是通过测量烟道气中的含氧量，组成含氧量控制系统,或设计燃料量和空气量比值调节系统,再利用含氧量信号修正比值系数。含氧量控制系统能否正常运行的关键在于检测仪表和执行机构两部分。现代工业中都趋向于用氧化锆测氧技术检测烟道气中的含氧量。应用时需要注意测量点的选择、参比气体流量和锆管温度控制等问题。加热炉燃烧控制系统中的执行机构特性往往都较差，影响系统的稳定性。一般通过引入阻尼滞后或增加非线性环节来改善控制品质。 在加热炉燃烧过程中，若工艺介质流量过低或中断烧嘴火焰熄灭和燃料管道压力过低,都会导致回火事故，而当燃料管道压力过高时又会造成脱火事故。为了防止事故，设计了联锁保护系统防止回火和温度压力选择性控制系统防止脱火。联锁保护系统由压力调节器、温度调节器、流量变送器、火焰检测器、低选器等部分组成。当燃料管道压力高于规定的极限时，压力调节系统通过低选器取代正常工作的温度调节系统，此时出料温度无控制，自行浮动。压力调节系统投入运行保证燃料管道压力不超过规定上限。当管道压力恢复正常时，温度调节系统通过低选器投入正常运行，出料温度重新受到控制。当进料流量和燃料流量低于允许下限或火焰熄灭时，便会发出双位信号，控制电磁阀切断燃料气供给量以防回火。 随着节能技术不断发展，加热炉节能控制系统正日趋完善。以燃烧过程数学模型为依据建立的最佳燃烧过程计算机控制方案已进入实用阶段。例如，按燃烧过程稳态数学模型组成的微机控制系统已开始在炼油厂成功使用。有时利用计算机实现约束控制，使加热炉经常维持在约束条件边界附近工作，以保证最佳燃烧。

管式加热炉56个基础知识解答与综合反平衡热效率简化计算方法

管式加热炉56个基础知识解答 与综合反平衡热效率简化计算方法 1、什么叫燃烧？燃烧的基本条件是什么？ 答： 燃烧是物质相互化合而伴随发光、发热的过程。我们通常所说的燃烧是指可燃物与空气中的氧发生剧烈的化学反应。可燃物燃烧时需要有一定的温度，可燃物开始燃烧时所需要的最低温度叫该物质的燃点或着火点。 物质燃烧的基本条件： 一是可燃物，如燃料油、瓦斯等； 二是要有助燃剂，如空气、氧气； 三是要有明火或足够高的温度。 三者缺一就不能发生燃烧，这就是“燃烧三条件”或“燃烧三要素”。 2、燃烧的主要化学反应是什么？燃烧产物中主要成份是什么？ 答：

主要化学反应： C＋O2→CO2＋热量； 2H2＋O2→2H2O＋热量； S＋O2→SO2＋热量； 燃烧产物（烟气）中主要成份： 二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、水蒸汽（H2O）、氮气（N2）、多余的氧（O2）。 3、什么是辐射传热、对流传热？ 答： 辐射传热是一种由电磁波来传递能量的过程，所传递的能量叫做辐射能，辐射具有微粒性（光子）和波动性（电磁波）两重性质。对流传热是液体或气体质点互相变动位置的方法将热量自空间的一部分传递到其他部分。 4、什么叫管式加热炉？它有哪些特性？ 答： 管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，它具有其它工业炉所没有的若干特点。 其基本特点：具有用耐火材料包围的燃烧室，利用燃料燃烧产生的热量将物质加热的一种设备。 管式加热炉特性： 1）被加热物质在管内流动，故仅限于加热气体或液体； 2）加热方式为直接受火式；

3）只烧液体或气体燃料； 4）长周期连续运转，不间断操作。 5、管式加热炉的工作原理是什么？ 答： 管式加热炉的工作原理是：燃料在管式加热炉的辐射室(极少数在单独的燃烧室)内燃烧，释放出的热量主要通过辐射传热和对流传热传递给炉管，再经过传导传热和对流传热传递给被加热介质，这就是管式加热炉的工作原理。 6、管式加热炉的主要特点是什么？ 答： 与炼油装置的其他设备相比，管式加热炉的特殊性在于直接用火焰加热；与一般工业炉相比，管式加热炉的炉管承受高温、高压和介质腐蚀；与锅炉相比，管式加热炉内的介质不是水和蒸汽，而是易燃、易爆、易裂解、易结焦和腐蚀性较强的油和气，这就是管式加热炉的主要特点。 7、管式加热炉主要由哪几部分组成？ 答： 管式加热炉主要包括炉管、炉管连接件及支承件、钢结构、炉衬、余热回收系统、燃烧器、吹灰器、烟囱、烟囱挡板、各种蝶阀、门类（看火门、人孔门、防爆门、清扫孔门和装卸孔门等）和仪表接管（热电偶套管、测压管、灭火蒸汽管、氧分析仪接管和烟气采样口接管等）。