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[摘 要]本文结合某TFT-LCD玻璃基板生产线实例介绍了洁净压缩空气供气系统设计的基本思路和内容，展示了CDA供气系统的工艺流程图，分析了供气系统中空气压缩机、干燥机、储气罐等主要设备选型参数的确定依据。最后着重阐述了为保证供气系统的安全可靠性所采取的几点措施。
[关键词]TFT-LCD;CDA供气系统;压缩空气站;不间断供气
中图分类号：TH113.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0140-02
Design of CDA supply system in TFT-LCD glass substrate factory
Tan Ting
（China Triumph International Engineering Group Co. ， Ltd ， Shanghai 200063 ，China）
[Abstract]This paper introduces the basic mentality and the content of the designs for CDA supply system in TFT-LCD glass substrate factory illustrated by a practical case. and shows the process flowchart of CDA supply system. And the paper analyzes the determination basis for the selection parameters of main equipment such as air compressor， dryer ， storage tank and so on. Finally， the paper expounds several measures taken to ensure the safety and reliability of CDA supply system.
[Key words]TFT-LCD; CDA supply system; Compressed air station ; Uninterrupted gas supply
1 引言
薄膜电晶体液晶显示器（TFT-LCD）是目前液晶显示器的主导产品，主要用于电视、笔记本电脑、台式机的显示器以及手机、MP3、MP4播放器、车载导航仪等小型终端显示设备。？玻璃基板是TFT-LCD显示器的一个重要组成部分，是液晶面板的基础原材料，对产品性能的影响却十分巨大。在TFT-LCD玻璃基板生产线中，洁净压缩空气（CDA）作为动力、吹扫用气，对生产线的运作起到非常重要的作用。
2 CDA供气品质要求
在生产过程中，压缩空气会接触到产品或者释放到洁净厂房中。因此，为了不影响良品率，对压缩空气的品质提出来较高的要求。以一座年产能100万片的TFT-LCD玻璃基板生产线CDA用气要求为例：
1） 总气量：120Nm3/min
2） 供气压力：≥0.6MPa
3） 压力露点：-33℃
4） 洁净度要求：尘粒直径≤0.3μm，含尘量≤1000个颗粒/m3
5） 温度要求：25±5℃
3 CDA供气系统简述
根据生产线对CDA供气品质的要求及特点，洁净壓缩空气供气系统主要由空气压缩机、干燥机、除尘器、高效冷却器、储气罐、输气管道、阀门及其附件组成。供气系统的工艺流程图如下：
如图所示，空气经过空气压缩机压缩至一定压力后，进入压缩空气缓冲罐初步排除空气中的凝结水。再经微热吸附式干燥机除去水分，得到压力露点温度低于-40℃的干燥压缩空气。干燥压缩空气经过压缩空气缓冲罐后依次送入除尘器、高效冷却器和不锈钢除尘器，最终得到温度控制在25±5℃，压力露点和洁净度等级满足使用要求的净化压缩空气后，通过厂区管线与车间内压缩空气供气管送入生产线各用气点。
合理的洁净压缩空气供气系统设计方案不仅要使CDA供气量与供气品质满足实际使用要求，而且必须具有安全可靠性。由于空压站是整条生产线的能耗大户，因此设计方案对节能方面应有一定的考量。以下对供气系统各主要设备的配置选型进行说明。
4 供气系统主要设备组成
1）空气压缩机
在获得了生产线的用气负荷后，空气压缩机的选用可按照低峰用气负荷选取合适台数的空压机，再利用高低峰用气量差值选取变频机或小排气量调峰用空压机的模式。传统浮法玻璃生产线压缩空气用气负荷波动较大，因此压缩空气站普遍配置多台螺杆式空气压缩机以适应不同的工况。但是，由于螺杆压缩机的比功率通常要比离心压缩机高10%～15%，因此在供气量要求较大的情况下运行能耗较高。为了同时满足CDA供气系统的负荷可调节性与运行经济性要求，空压机采用N台离心式空气压缩机加一台变频无油螺杆空气压缩机的组合。该组合既能实现变负荷调节功能，又能最大限度的节省运行能耗，降低运行成本。
此外，设计选用的离心式空气压缩机和变频无油螺杆空气压缩机，排气中均没有油份存在，系统中无需设置高效除油过滤器，对于CDA气源品质的控制十分有利。
2）干燥装置
压缩空气干燥机主要有冷冻式干燥机和吸附式干燥机。冷冻式干燥机适用于压缩空气压力露点大于等于3℃的使用要求。而采用吸附式干燥机，压缩空气的压力露点可达到-20～-70℃
本项目CDA系统部分用气对干燥度的要求达到常压露点-50℃，换算成使用压力（0.6MPa）下的压力露点为-33℃。因此，本项目干燥装置选用吸附式干燥机。吸附式干燥机利用变压吸附-再生原理，采用活性氧化铝作为吸附剂，具有吸附能力强， 高抗碎强度，遇水不易分解和抗腐烛性等优点。通常，在设计中考虑到温度及压力因素，选用流量略大于或等于空气压缩机排气量的吸附式干燥机。 此外，吸附式干燥机的进口前端配备了前置除油水过滤器，出口后端配置了后置除尘过滤器。前置过滤器可过滤大于3μm的尘埃粒子及水雾，后置除尘过滤器用于去除吸附式干燥机中干燥剂产生的大于1μm尘埃粒子。
3）过滤器
为了去除压缩空气中尘粒直径0.3μm以上的固体颗粒，需要配置满足其过滤精度的高效过滤器。由于压缩空气站距离用气车间较远，设计在车间内靠近用户端设置了两级除尘过滤器。两级过滤后的压缩空气含尘颗粒小于0.01μm，出口含尘浓度低于30PCS/scf。因此，压缩空气站房内以及厂区输送管网便可采用碳钢管材，只需将最末一级过滤器以及其后的CDA管道、管道附件和阀门采用不锈钢材质即可。因此，将过滤器设置在用户端而非压缩空气站房内的方式大大节省了CDA管道系统的投资造价。
4）储气罐
压缩空气系统中储气罐的功能是克服气体脉冲和压力波动，分离凝结水，储气以及调节管网用气负荷波动等。由于本项目中离心式空压机与螺杆式空压机的排气基本是无脉冲的连续气体，所以储气罐主要作用是是储气，在短时间停电、机器故障或者有大量用气时，可由储气罐提供辅助气量补充供应，使得整个管网的压力下降波动不大，从而使压缩机启动频率或负荷调节频率于允许的、合理的范围值内。另外，储气罐还有初步分离凝结水功能，可以降低后续干燥机的工作负荷。
设计中储气罐的容积大小确定的主要依据有：（1）管网用气负荷曲线;（2）空压机供气压力;（3）用户使用压力;（4）从停电事故发生，到各用气设备安全停车所需的持续时间。本生产线CDA系统供气压力为0.7～0.75MPa，用户使用压力为0.5～0.6MPa，工艺生产线要求事故发生时至少提供20 Nm3/min的不间断供气，因此储气罐的功能主要考虑发生事故时的保安作用。设计选用4只容积为50m3的储气罐，一只作普通压缩空气（干燥机前）缓冲用，三只作干燥压缩空气缓冲用，停电时缓冲罐内储存的压缩空气能维持5分钟以上的正常供应。这时备用柴油发电机组也能正常向压缩空气站供电，从而保证了工艺生产线不间断供应压缩空气的要求。
5）压缩空气恒温系统
TFT-LCD玻璃基板生产线工艺对CDA系统供气温度的要求是25±5℃，而压缩空气经过干燥机后的温度为40～50℃，即使经过厂区管网的输送起到一定的冷却作用，到达用气端的温度依然高于使用要求。因此设计选用了一组高效冷却器，通过冷水机组提供的冷冻水系统对压缩空气进行冷却。冷冻水系统供回水温度7℃/12℃（5℃温差），采用温控阀控制冷冻水的流量从而控制压缩空气冷却器带出的热量，使通过其的压缩空气达到25℃恒温的效果。
5 CDA供气系统安全性措施设计
与传统玻璃生产线仪表动力用压缩空气系统相比，TFT-LCD玻璃基板生产线对CDA系统的安全可靠性有更高的要求。 一旦停气，不但生产线无法正常运作，而且将造成前工程的窑炉、铂金、成型等工序中核心设备的损坏。以上述年产能100万片的TFT-LCD玻璃基板生产线为例，全厂CDA系统120Nm3/min用气量中，有20Nm3/min用气量用于上述不允许停气的工序。因此，为了保证不间断供气，在设计中采用了如下措施：
1）压缩空气站属于一类负荷，其供电方式采用双回路进线外加柴油发電备用电源的模式。一旦发生停电事故，柴油发电机组立刻自启以维持压缩空气站的正常运行;
2）压缩空气站内的主要设备如空压机与干燥机等设置备用机组，一旦设备出现故障时可倒机使用，不影响正常生产。另外，设计使压缩空气主管与厂区内原有一座压缩空气站的主管连通，两座站房互为备用，供气灵活统筹调配;
3）设计使末级不锈钢过滤器后的压缩空气主管按照供气安全性要求分为两路，一路为不允许停气的供气管路，另一路可停气的管路上加装一只电动蝶阀，控制信号与空压机停机信号连锁，一旦空压机发生全部停机的情况，则电动蝶阀切断该路供气，另一路不间断供气则由3只50m3的储气罐供应，直到故障排除或者柴油发电机组向压缩空气站供电。
6 结束语
从普通建筑玻璃到光电显示玻璃，玻璃行业中新技术的发展不仅需要工艺专业自身开拓，更需要相关专业的配套。设计工作从来都不是简单的套图，设计人员应该做到具体问题具体分析，摒弃旧思路，大胆创新，从而跟上技术革新的步伐，为推动玻璃行业的发展尽一份属于自己的力量。
[关键词]TFT-LCD;CDA供气系统;压缩空气站;不间断供气
中图分类号：TH113.22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0140-02
Design of CDA supply system in TFT-LCD glass substrate factory
Tan Ting
（China Triumph International Engineering Group Co. ， Ltd ， Shanghai 200063 ，China）
[Abstract]This paper introduces the basic mentality and the content of the designs for CDA supply system in TFT-LCD glass substrate factory illustrated by a practical case. and shows the process flowchart of CDA supply system. And the paper analyzes the determination basis for the selection parameters of main equipment such as air compressor， dryer ， storage tank and so on. Finally， the paper expounds several measures taken to ensure the safety and reliability of CDA supply system.
[Key words]TFT-LCD; CDA supply system; Compressed air station ; Uninterrupted gas supply
1 引言
薄膜电晶体液晶显示器（TFT-LCD）是目前液晶显示器的主导产品，主要用于电视、笔记本电脑、台式机的显示器以及手机、MP3、MP4播放器、车载导航仪等小型终端显示设备。？玻璃基板是TFT-LCD显示器的一个重要组成部分，是液晶面板的基础原材料，对产品性能的影响却十分巨大。在TFT-LCD玻璃基板生产线中，洁净压缩空气（CDA）作为动力、吹扫用气，对生产线的运作起到非常重要的作用。
2 CDA供气品质要求
在生产过程中，压缩空气会接触到产品或者释放到洁净厂房中。因此，为了不影响良品率，对压缩空气的品质提出来较高的要求。以一座年产能100万片的TFT-LCD玻璃基板生产线CDA用气要求为例：
1） 总气量：120Nm3/min
2） 供气压力：≥0.6MPa
3） 压力露点：-33℃
4） 洁净度要求：尘粒直径≤0.3μm，含尘量≤1000个颗粒/m3
5） 温度要求：25±5℃
3 CDA供气系统简述
根据生产线对CDA供气品质的要求及特点，洁净壓缩空气供气系统主要由空气压缩机、干燥机、除尘器、高效冷却器、储气罐、输气管道、阀门及其附件组成。供气系统的工艺流程图如下：
如图所示，空气经过空气压缩机压缩至一定压力后，进入压缩空气缓冲罐初步排除空气中的凝结水。再经微热吸附式干燥机除去水分，得到压力露点温度低于-40℃的干燥压缩空气。干燥压缩空气经过压缩空气缓冲罐后依次送入除尘器、高效冷却器和不锈钢除尘器，最终得到温度控制在25±5℃，压力露点和洁净度等级满足使用要求的净化压缩空气后，通过厂区管线与车间内压缩空气供气管送入生产线各用气点。
合理的洁净压缩空气供气系统设计方案不仅要使CDA供气量与供气品质满足实际使用要求，而且必须具有安全可靠性。由于空压站是整条生产线的能耗大户，因此设计方案对节能方面应有一定的考量。以下对供气系统各主要设备的配置选型进行说明。
4 供气系统主要设备组成
1）空气压缩机
在获得了生产线的用气负荷后，空气压缩机的选用可按照低峰用气负荷选取合适台数的空压机，再利用高低峰用气量差值选取变频机或小排气量调峰用空压机的模式。传统浮法玻璃生产线压缩空气用气负荷波动较大，因此压缩空气站普遍配置多台螺杆式空气压缩机以适应不同的工况。但是，由于螺杆压缩机的比功率通常要比离心压缩机高10%～15%，因此在供气量要求较大的情况下运行能耗较高。为了同时满足CDA供气系统的负荷可调节性与运行经济性要求，空压机采用N台离心式空气压缩机加一台变频无油螺杆空气压缩机的组合。该组合既能实现变负荷调节功能，又能最大限度的节省运行能耗，降低运行成本。
此外，设计选用的离心式空气压缩机和变频无油螺杆空气压缩机，排气中均没有油份存在，系统中无需设置高效除油过滤器，对于CDA气源品质的控制十分有利。
2）干燥装置
压缩空气干燥机主要有冷冻式干燥机和吸附式干燥机。冷冻式干燥机适用于压缩空气压力露点大于等于3℃的使用要求。而采用吸附式干燥机，压缩空气的压力露点可达到-20～-70℃
本项目CDA系统部分用气对干燥度的要求达到常压露点-50℃，换算成使用压力（0.6MPa）下的压力露点为-33℃。因此，本项目干燥装置选用吸附式干燥机。吸附式干燥机利用变压吸附-再生原理，采用活性氧化铝作为吸附剂，具有吸附能力强， 高抗碎强度，遇水不易分解和抗腐烛性等优点。通常，在设计中考虑到温度及压力因素，选用流量略大于或等于空气压缩机排气量的吸附式干燥机。 此外，吸附式干燥机的进口前端配备了前置除油水过滤器，出口后端配置了后置除尘过滤器。前置过滤器可过滤大于3μm的尘埃粒子及水雾，后置除尘过滤器用于去除吸附式干燥机中干燥剂产生的大于1μm尘埃粒子。
3）过滤器
为了去除压缩空气中尘粒直径0.3μm以上的固体颗粒，需要配置满足其过滤精度的高效过滤器。由于压缩空气站距离用气车间较远，设计在车间内靠近用户端设置了两级除尘过滤器。两级过滤后的压缩空气含尘颗粒小于0.01μm，出口含尘浓度低于30PCS/scf。因此，压缩空气站房内以及厂区输送管网便可采用碳钢管材，只需将最末一级过滤器以及其后的CDA管道、管道附件和阀门采用不锈钢材质即可。因此，将过滤器设置在用户端而非压缩空气站房内的方式大大节省了CDA管道系统的投资造价。
4）储气罐
压缩空气系统中储气罐的功能是克服气体脉冲和压力波动，分离凝结水，储气以及调节管网用气负荷波动等。由于本项目中离心式空压机与螺杆式空压机的排气基本是无脉冲的连续气体，所以储气罐主要作用是是储气，在短时间停电、机器故障或者有大量用气时，可由储气罐提供辅助气量补充供应，使得整个管网的压力下降波动不大，从而使压缩机启动频率或负荷调节频率于允许的、合理的范围值内。另外，储气罐还有初步分离凝结水功能，可以降低后续干燥机的工作负荷。
设计中储气罐的容积大小确定的主要依据有：（1）管网用气负荷曲线;（2）空压机供气压力;（3）用户使用压力;（4）从停电事故发生，到各用气设备安全停车所需的持续时间。本生产线CDA系统供气压力为0.7～0.75MPa，用户使用压力为0.5～0.6MPa，工艺生产线要求事故发生时至少提供20 Nm3/min的不间断供气，因此储气罐的功能主要考虑发生事故时的保安作用。设计选用4只容积为50m3的储气罐，一只作普通压缩空气（干燥机前）缓冲用，三只作干燥压缩空气缓冲用，停电时缓冲罐内储存的压缩空气能维持5分钟以上的正常供应。这时备用柴油发电机组也能正常向压缩空气站供电，从而保证了工艺生产线不间断供应压缩空气的要求。
5）压缩空气恒温系统
TFT-LCD玻璃基板生产线工艺对CDA系统供气温度的要求是25±5℃，而压缩空气经过干燥机后的温度为40～50℃，即使经过厂区管网的输送起到一定的冷却作用，到达用气端的温度依然高于使用要求。因此设计选用了一组高效冷却器，通过冷水机组提供的冷冻水系统对压缩空气进行冷却。冷冻水系统供回水温度7℃/12℃（5℃温差），采用温控阀控制冷冻水的流量从而控制压缩空气冷却器带出的热量，使通过其的压缩空气达到25℃恒温的效果。
5 CDA供气系统安全性措施设计
与传统玻璃生产线仪表动力用压缩空气系统相比，TFT-LCD玻璃基板生产线对CDA系统的安全可靠性有更高的要求。 一旦停气，不但生产线无法正常运作，而且将造成前工程的窑炉、铂金、成型等工序中核心设备的损坏。以上述年产能100万片的TFT-LCD玻璃基板生产线为例，全厂CDA系统120Nm3/min用气量中，有20Nm3/min用气量用于上述不允许停气的工序。因此，为了保证不间断供气，在设计中采用了如下措施：
1）压缩空气站属于一类负荷，其供电方式采用双回路进线外加柴油发電备用电源的模式。一旦发生停电事故，柴油发电机组立刻自启以维持压缩空气站的正常运行;
2）压缩空气站内的主要设备如空压机与干燥机等设置备用机组，一旦设备出现故障时可倒机使用，不影响正常生产。另外，设计使压缩空气主管与厂区内原有一座压缩空气站的主管连通，两座站房互为备用，供气灵活统筹调配;
3）设计使末级不锈钢过滤器后的压缩空气主管按照供气安全性要求分为两路，一路为不允许停气的供气管路，另一路可停气的管路上加装一只电动蝶阀，控制信号与空压机停机信号连锁，一旦空压机发生全部停机的情况，则电动蝶阀切断该路供气，另一路不间断供气则由3只50m3的储气罐供应，直到故障排除或者柴油发电机组向压缩空气站供电。
6 结束语
从普通建筑玻璃到光电显示玻璃，玻璃行业中新技术的发展不仅需要工艺专业自身开拓，更需要相关专业的配套。设计工作从来都不是简单的套图，设计人员应该做到具体问题具体分析，摒弃旧思路，大胆创新，从而跟上技术革新的步伐，为推动玻璃行业的发展尽一份属于自己的力量。