การควบคุมของไหลในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์｜จุดสำคัญของการเลือกวาล์วที่ไม่ล้มเหลวในไลน์น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวดและไลน์สารเคมี

เมื่อเลือกวาล์วสำหรับไลน์น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวด (UPW) หรือไลน์สารเคมีในโรงงานเซมิคอนดักเตอร์ สิ่งแรกที่ต้องกำหนดให้ชัดเจนไม่ใช่อัตราการไหลหรือขนาดท่อ แต่คือ “ความเข้ากันได้ของวัสดุส่วนที่สัมผัสของเหลว” และ “ความสะอาด (มาตรการป้องกันการปนเปื้อน)” หากมองข้ามการชะออกของไอออนโลหะและอนุภาค การค้างของของเหลวในช่องว่างตายภายในวาล์ว และความทนทานต่อการกัดกร่อนจากสารเคมี ก็มักจะส่งผลโดยตรงต่อผลผลิต (yield) ของกระบวนการและการหยุดเดินของเครื่องจักร ขั้นแรกให้จับคู่วัสดุกับของเหลว อุณหภูมิ และความเข้มข้นที่ใช้งาน จากนั้นจึงพิจารณาความสามารถในการควบคุมอัตราการไหลและความดัน ลำดับนี้เองคือหัวใจสำคัญของการเลือกวาล์วในไลน์น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวดและไลน์สารเคมีโดยไม่ผิดพลาด

ประเด็นสำคัญของบทความนี้

• ลำดับการเลือกคือ “ความเข้ากันได้ของวัสดุ → ความสะอาด → การควบคุมอัตราการไหลและความดัน” ไม่เริ่มจากขนาดท่อหรืออัตราการไหล
• สำหรับน้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวด แกนการตัดสินหลักคือการชะออก อนุภาค และช่องท่อตัน (dead leg) ส่วนสารเคมีคือความทนทานต่อการกัดกร่อน
• ยิ่งเงื่อนไขซับซ้อนมากเท่าใด การปรึกษาด้านเทคนิคตั้งแต่ในระยะแรกยิ่งมักจะเป็นทางลัดสู่ผลลัพธ์ที่ดี

เหตุใดจึงเลือกผิดได้ง่ายในไลน์น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวดและไลน์สารเคมี

ในกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ ความบริสุทธิ์และองค์ประกอบของน้ำหรือสารเคมีที่ไหลผ่านนั้นเองเป็นตัวกำหนดคุณภาพของอุปกรณ์ หากเลือกวาล์วด้วยความรู้สึกแบบเดียวกับน้ำอุตสาหกรรมทั่วไปหรือท่อสาธารณูปโภค ก็มักจะมองข้ามประเด็นที่ว่าตัววาล์วเองอาจกลายเป็นแหล่งของการปนเปื้อนได้ โดยเฉพาะน้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวดที่มีความเข้มข้นของไอออนต่ำมาก แม้การชะออกของโลหะปริมาณเล็กน้อยจากส่วนที่สัมผัสของเหลวก็อาจปรากฏออกมาในค่าดัชนีคุณภาพน้ำได้ ส่วนด้านสารเคมีนั้น แม้จะเป็นคำว่า “ทนสารเคมี” เหมือนกัน แต่ขอบเขตที่ยอมรับได้จะเปลี่ยนไปตามการผสมผสานของชนิด ความเข้มข้น และอุณหภูมิของสารเคมี จึงจำเป็นต้องอ่านตารางความทนสารเคมีในแคตตาล็อกให้ลึกลงไปอีกขั้นหนึ่ง

เนื่องจากแกนการตัดสินครอบคลุมหลายด้านทั้ง “วัสดุ” “ความสะอาด” และ “ความสามารถในการควบคุม” การปรับให้เหมาะที่สุดเพียงด้านใดด้านหนึ่งจึงมักจะยังคงเหลือปัญหาอยู่ ซึ่งกล่าวได้ว่าเป็นความยากของสาขานี้

วิธีพิจารณาความเข้ากันได้ของวัสดุและความสะอาด

วัสดุส่วนที่สัมผัสของเหลวตัดสินด้วย “สารเคมี × อุณหภูมิ × ความเข้มข้น”

ความทนสารเคมีไม่ได้ตัดสินจากชื่อของเหลวเพียงอย่างเดียว ตัวอย่างเช่น แม้เป็นกรดชนิดเดียวกัน แต่ระหว่างสภาพเจือจางที่อุณหภูมิปกติกับสภาพเข้มข้นสูงที่อุณหภูมิสูง ความเข้ากันได้ของวัสดุก็อาจแยกออกจากกันได้ พลาสติกกลุ่มฟลูออโรเรซิน (PTFE, PFA, PVDF เป็นต้น) ถูกนำไปใช้กับสารเคมีได้หลากหลาย แต่ขีดจำกัดการใช้งานจะแตกต่างกันในเงื่อนไขตัวทำละลาย สารเคมีที่มีฤทธิ์ออกซิไดซ์ และอุณหภูมิสูง จึงต้องมีการตรวจสอบภายใต้เงื่อนไขการใช้งานจริงเป็นเงื่อนไขเบื้องต้น การเลือกโดยพิจารณาชิ้นส่วนทั้งหมดที่สัมผัสของเหลว รวมถึงส่วนโลหะ วัสดุซีท และวัสดุซีล เทียบกับเงื่อนไข ถือเป็นสิ่งสำคัญในการหลีกเลี่ยงการกัดกร่อนและการเสื่อมสภาพของซีล

สำหรับน้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวด ต้องระวังการชะออกและช่องว่างตาย

ในไลน์น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวด นอกจากความทนทานต่อการกัดกร่อนแล้ว ยังต้องคำนึงถึง “โครงสร้างที่ไม่ปล่อยการปนเปื้อน” ด้วย กล่าวโดยเฉพาะคือ ต้องมีการชะออกของโลหะและสารอินทรีย์จากส่วนที่สัมผัสของเหลวน้อย ไม่เป็นแหล่งกำเนิดอนุภาคได้ง่าย และมีโครงสร้างที่ลดช่องท่อตัน (dead leg / บริเวณน้ำนิ่ง) ที่ของเหลวค้างอยู่ เนื่องจากบริเวณที่ค้างอาจเป็นสาเหตุหนึ่งของการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และการเสื่อมคุณภาพน้ำ จึงต้องการการออกแบบที่ลดการค้างทั้งในด้านการจัดวางท่อและรูปแบบของวาล์ว การกำหนดคลาสของความสะอาดและข้อกำหนดด้านสภาพแวดล้อมการล้างและการประกอบให้ชัดเจนไว้ล่วงหน้าเป็นข้อกำหนด จะช่วยให้การเลือกไม่คลาดเคลื่อน

จะตรวจสอบความสามารถในการควบคุมอัตราการไหลและความดันอย่างไร

อย่ามองข้ามอัตราการไหลต่ำสุดและการแปรผันของความดัน

เมื่อกำหนดวัสดุและความสะอาดเรียบร้อยแล้ว ขั้นต่อไปคือการตรวจสอบความสามารถในการควบคุมอัตราการไหลและความดัน จุดที่มักมองข้ามในขั้นนี้คือกรณีที่ว่า “รู้อัตราการไหลสูงสุด แต่อัตราการไหลต่ำสุดคลุมเครือ” หากวาล์วควบคุมทำงานในย่านอัตราการไหลที่หลุดออกจากช่วงที่เหมาะสม ก็อาจนำไปสู่การควบคุมที่ด้อยลงหรือเกิดการแกว่ง (hunting) ได้ นอกจากนี้ ในไลน์ที่ความดันจ่ายมีการแปรผัน แนวคิดการใช้วาล์วลดความดันเพื่อทำให้ความดันด้านทุติยภูมิเสถียร ก็เป็นวิธีที่ได้ผลสำหรับการเดินเครื่องอุปกรณ์ปลายทางอย่างมีเสถียรภาพ การจัดระเบียบย่านอัตราการไหล ความแม่นยำที่ต้องการ เงื่อนไขความดัน และการตอบสนอง ให้เป็นชุดข้อกำหนดเดียวกัน แล้วจึงกำหนดรูปแบบและขนาดวาล์วบนพื้นฐานนั้น จะช่วยให้หลีกเลี่ยงการเลือกเกินขนาดหรือเล็กเกินไปได้ง่ายขึ้น

คำถามที่พบบ่อย

Q1. สิ่งแรกที่ควรตรวจสอบในไลน์น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวดคืออะไร

A1. คือการชะออกและการเกิดอนุภาคจากส่วนที่สัมผัสของเหลว และการมีอยู่ของช่องว่างตาย ควรตรวจสอบไม่เพียงแค่ความทนทานต่อการกัดกร่อน แต่ในมุมมองว่า “เป็นโครงสร้างที่ไม่ปล่อยการปนเปื้อนหรือไม่”

Q2. ความทนสารเคมีตัดสินจากตารางในแคตตาล็อกอย่างเดียวได้หรือไม่

A2. ใช้เป็นแนวทางประมาณการได้ แต่แม้เป็นสารเคมีชนิดเดียวกัน ความเข้ากันได้ก็อาจเปลี่ยนไปตามความเข้มข้นและอุณหภูมิได้ การถือเอาการตรวจสอบภายใต้เงื่อนไขการใช้งานจริงเป็นเงื่อนไขเบื้องต้นจะปลอดภัยกว่า

Q3. ห้ามกำหนดขนาดท่อจากอัตราการไหลเลยหรือ

A3. อัตราการไหลนั้นสำคัญ แต่หากไม่กำหนดวัสดุและความสะอาดให้ชัดเจนก่อน การเลือกก็มักจะต้องกลับมาทำใหม่ ในเชิงลำดับจึงให้ความสำคัญกับวัสดุและความสะอาดก่อน

Q4. เมื่อไม่ทราบอัตราการไหลต่ำสุดควรทำอย่างไร

A4. หากเลือกด้วยอัตราการไหลสูงสุดเพียงอย่างเดียว มักจะกลายเป็นการเลือกเกินขนาดและอาจทำให้ความสามารถในการควบคุมด้อยลง ขอแนะนำให้จัดระเบียบขอบล่างของย่านอัตราการไหลที่คาดว่าจะใช้ควบคู่ไปด้วย

Q5. ในไลน์ที่ความดันจ่ายแปรผัน มีจุดใดที่ควรระวัง

A5. เพื่อการเดินเครื่องอุปกรณ์ปลายทางอย่างมีเสถียรภาพ แนวคิดการลดความดันเพื่อทำให้ความดันด้านทุติยภูมิเสถียรอาจได้ผลในบางกรณี การกำหนดเงื่อนไขความดันและการตอบสนองให้ชัดเจนเป็นข้อกำหนดจะช่วยให้เลือกได้ง่ายขึ้น

Q6. เมื่อเปลี่ยนวาล์วเดิม มีอะไรที่ต้องระวังหรือไม่

A6. แม้จะเลือกผลิตภัณฑ์เทียบเท่า ก็ควรตรวจสอบวัสดุส่วนที่สัมผัสของเหลว ข้อกำหนดการเชื่อมต่อ และเงื่อนไขอัตราการไหลกับความดันอีกครั้ง เนื่องจากเงื่อนไขการเดินเครื่องอาจเปลี่ยนไปจากตอนนั้น การตรวจสอบซ้ำภายใต้เงื่อนไขปัจจุบันจึงเป็นสิ่งที่ได้ผล

สรุป

การเลือกวาล์วสำหรับไลน์น้ำบริสุทธิ์ยิ่งยวดและไลน์สารเคมี การไล่เรียงเงื่อนไขตามลำดับ “ความเข้ากันได้ของวัสดุ → ความสะอาด → การควบคุมอัตราการไหลและความดัน” คือทางลัดในการหลีกเลี่ยงความผิดพลาด ตัวเลขทุกค่าเป็นเพียงค่าประมาณการ และความเข้ากันได้ที่แท้จริงจะเปลี่ยนไปตามการผสมผสานของชนิด ความเข้มข้น และอุณหภูมิของสารเคมี ข้อกำหนดด้านความสะอาด รวมถึงเงื่อนไขอัตราการไหลและความดัน

หากท่านมีข้อกังวล เช่น “ไม่สามารถตัดสินได้ว่าขนาดท่อเหมาะสมหรือไม่” “รู้อัตราการไหลสูงสุดแต่ไม่ทราบอัตราการไหลต่ำสุด” “ต้องการเลือกผลิตภัณฑ์เทียบเท่าวาล์วเดิม” “ต้องการตรวจสอบว่าวัสดุเข้ากันได้กับสารเคมีและอุณหภูมิที่ใช้งานหรือไม่” ขอเชิญใช้บริการปรึกษาด้านเทคนิคและปรึกษาการเลือกของ Yoshitake หลังจากจัดระเบียบเงื่อนไขแล้ว หากท่านแบ่งปันเงื่อนไขการใช้งานให้เรา เราจะช่วยจัดระเบียบแนวคิดในการเลือกและจุดที่ควรตรวจสอบให้