第第第第頁多晶硅的氫化技術(shù)研究通過對多晶硅的性質(zhì)、應(yīng)用、生產(chǎn)加工工藝、未來的發(fā)展趨勢的了解與分析，認(rèn)識到多晶硅未來發(fā)展的前景。針對多晶硅的生產(chǎn)工藝流程，確定了反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式，并對裝置中的殼體尺寸、熱管結(jié)構(gòu)形式、筒體法蘭以及支座等重要的零部件進(jìn)行設(shè)計與選取。焊接技術(shù)對反應(yīng)器起著重要作用。由于多晶硅的產(chǎn)量較低，環(huán)境污染較重，因此改進(jìn)多晶硅氫化反應(yīng)器能夠為企業(yè)創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，更是為社會節(jié)省了能源，符合當(dāng)今社會綠色生產(chǎn)與節(jié)能減排的要求。關(guān)鍵詞多晶硅，氫化反應(yīng)器，氫化技術(shù)目錄TOC\o"1-2"\h\u61831引言 18291.1概述 1218471.2生產(chǎn)工藝 26781.3生產(chǎn)多晶硅的機(jī)械設(shè)備 5140341.4社會意義 7125962方案設(shè)計 8235022.1壓力容器的設(shè)計 8131662.2裝配技術(shù) 10307772.3常規(guī)的設(shè)計 1443533結(jié)構(gòu)設(shè)計 14293403.1計算（筒體） 14260193.2關(guān)于其他標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 18127964制造與檢測 21219794.1焊接工藝 2191994.1.1焊接方式 21203044.1.2坡口、接頭的形式 2210924.1.3板料的成形 2262234.2檢測方法 2431464結(jié)論 262542參考文獻(xiàn) 281引言多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，它在硅產(chǎn)品的全球化生態(tài)系統(tǒng)中處于極為重要的中間產(chǎn)品。高純多晶硅材料既是我們實現(xiàn)太陽能光伏和半導(dǎo)體制造業(yè)的核心材料，又是我們實現(xiàn)制造業(yè)強(qiáng)國的重要保障，在未來幾十年里，還不希望有其他新型材料能夠取代硅材料，從而成為我國電子和光伏制造業(yè)中的主要原材料。如果想要我們的太陽能發(fā)電在我擁有較大規(guī)模的市場，被廣泛消費者所認(rèn)識和接受，就必須進(jìn)一步提高太陽電池光電交互轉(zhuǎn)換的效率，從而減少生產(chǎn)成本。就我國目前的市場現(xiàn)狀來說，產(chǎn)業(yè)對多晶硅的平均需求總量遠(yuǎn)大于我國多晶硅的平均產(chǎn)量，所以如何加快我國多晶硅光伏生產(chǎn)的發(fā)展步伐，改變我國多晶硅光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展受制于業(yè)內(nèi)國際化的市場環(huán)境成為了我們所迫切需要考慮和解決的首要問題，否則對于我國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展將會受到嚴(yán)重限制[1]。多晶硅制造工藝過程中會產(chǎn)生一些有害氣體例如氯氣、氫氣、三氯氫硅、氯化氫等，這些產(chǎn)物在會污染環(huán)境的同時還會對人的生命健康產(chǎn)生非常的危害。綜上，怎樣安全高效合理的去處理四氯化硅，就是多晶硅工藝行業(yè)健康快速發(fā)展的一個重要關(guān)鍵課題。國際最先進(jìn)的四氯化硅循化處理加以利用技術(shù)就是我們所知的冷氫化技術(shù)，而氯氫化技術(shù)的一個重要核心裝置就是我們所知的氫化反應(yīng)器，它被人們廣泛的加以利用。這個裝置設(shè)計的合理性、合適性以及質(zhì)量問題，直接決定了它的實際使用壽命到底有多久，更是決定了多晶硅企業(yè)生產(chǎn)的成敗之舉。[2]1.1概述1.1.1具體含義多晶硅是復(fù)合材料，主要由細(xì)小的晶粒組成，是當(dāng)代信息技術(shù)最重要的基礎(chǔ)材料。在室溫下，它具有不活潑性；在高溫下，它才具有活潑性。示意圖如圖1。圖1.1多晶硅的示意圖1.1.2性質(zhì)外表大多是深銀灰色并且不透明，帶有金屬光澤。還具有半導(dǎo)體的特性，是非常重要的半導(dǎo)體材料。多晶硅的性能很容易受到雜質(zhì)的影響，即使雜質(zhì)的含量只改變一點點，但是它的導(dǎo)電性能卻會發(fā)生很大的改變。1.1.3運用多晶硅具有其它材料所沒有的優(yōu)勢，它擁有其他材料所沒有的功能，是現(xiàn)代信息化技術(shù)的基石。高純度的深灰色多晶硅往往被作為重要的半導(dǎo)體材料，同時也能很好地能源材料危機(jī)，被譽(yù)為最有發(fā)展?jié)摿Σ牧希倪\用可以來衡量國家的技術(shù)水平。1.2生產(chǎn)工藝多晶硅的主要傳統(tǒng)技術(shù)有西門子法和流化床法等。目前主要的生產(chǎn)方法是采用改良西門子法制作多晶硅，但眾所周知它的核心生產(chǎn)技術(shù)發(fā)達(dá)國家手中。他們的生產(chǎn)量占全球總量的90%。在較短的時期內(nèi)，產(chǎn)業(yè)化壟斷的局面不會被打破，基本的局勢不會發(fā)生太大的改變。1.2.1多晶硅的氫化技術(shù)在這些生產(chǎn)工藝中，最重要的一部分技術(shù)就是用于三氯氫硅的加熱合成和其中四氯化硅的熱氫化。多晶硅氫化反應(yīng)器的設(shè)計就是通過四氯化硅的冷氫化反應(yīng)來得到的。圖1.2生產(chǎn)工藝流程圖主要反應(yīng)如下：(氫化反應(yīng))(還原反應(yīng))由上面的圖不難發(fā)現(xiàn)多晶硅氫化技術(shù)正是將多晶硅生產(chǎn)過程中完全實現(xiàn)了物料的一個閉路循環(huán)，不但可以完徹底解決尾氣對于環(huán)境造成的污染問題，而且還可以通過回收利用，從而使它的副產(chǎn)物發(fā)揮正真的作用，在降低成本的同時還提高了收入。1.2.2技術(shù)對比通過表一中的相互對比可知，不管是哪個國家都采用改良西門子法，但是我國單臺三氯氫硅合成爐的年產(chǎn)量比俄羅斯的產(chǎn)量少并且還原電耗高于俄羅斯與美國，因此，我們還需要通過不斷的努力來提高多晶硅的產(chǎn)量以及降低原料的消耗。1.2.3冷熱氫化技術(shù)的工藝比較(1)熱氫化反應(yīng)（高溫常壓）將混合氣體通到大約1350℃的高溫爐內(nèi)，反應(yīng)生成的混合氣體中含有和以及未反應(yīng)的及。之后再將該混合氣體送到第二反應(yīng)器，其中的與填充的硅層在下生成，這樣出來的混合氣中只含有、和沒有1)第一反應(yīng)器中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的方程有由此可見，要使第二個反應(yīng)方程式變成主要的方程式。2)第二反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的的反應(yīng)方程(2)冷氫化反應(yīng)（低溫加壓）把含有和的混合氣體通入到加熱約550℃的硅粉爐中，在大約8千克/平方厘米的壓力下發(fā)生氫化反應(yīng)，加入2-5%的銅觸媒，反應(yīng)方程式如下：反應(yīng)的過程當(dāng)中可加入適當(dāng)?shù)?，它不但有利于反?yīng)方程式的進(jìn)行同時可以防止聚合物的生成，的轉(zhuǎn)化率也可以達(dá)到30%。通過表2，我們將熱氫化與冷氫化的工藝進(jìn)行了鮮明的比較，冷氫化的操作壓力大于熱氫化的操作壓力，熱氫化溫度明顯高于冷氫化。通過比較他們的優(yōu)缺點，我們可以發(fā)現(xiàn)熱氫化的電耗高于冷氫化，轉(zhuǎn)換率低，但是熱氫化相對于冷氫化來說，它的工藝更加成熟，并且不需要催化劑，容易操控。1.3生產(chǎn)多晶硅的機(jī)械設(shè)備1.3.1旋風(fēng)分離器(1)內(nèi)置式分離器的特點該分離器因為處于設(shè)備的物料反應(yīng)區(qū)內(nèi)部，它通過對硅粉物料進(jìn)行分離并且收集，從而將硅粉物料送出分離器經(jīng)過一系列的不斷循環(huán)，保證物料停留在反應(yīng)器的時間，達(dá)到反應(yīng)的目的。結(jié)構(gòu)特點：1)因為在反應(yīng)區(qū)內(nèi)部，所以有效縮小本體直徑，同時可以增加高度，來保證分離器能夠有很好的分離效果。2)將合適的的料腿放置在收集器下方，可以實現(xiàn)通過硅粉本身的重量來達(dá)到排料這一目的。3)分離器上的配重的翻板裝置可以防止料腿出現(xiàn)故障，導(dǎo)致物料的混合以及堵塞。4)排氣管的長度相對于其他結(jié)構(gòu)來說是比較大的。(2)比較分離器缺點與優(yōu)點1)結(jié)構(gòu)外型內(nèi)置式旋風(fēng)分離器處于反應(yīng)區(qū)的內(nèi)部，因此分離器在反應(yīng)過程中會與固體物料之間產(chǎn)生摩擦，內(nèi)外壁的磨損相對較大，因此內(nèi)置式旋風(fēng)分離器對材料的耐磨性的要求比較高。在一定的溫度要求下，分離器與物料的化學(xué)反應(yīng)有明顯的制約，在確保分離器耐磨性的條件下，同時也要使分離器與物料不發(fā)生任何的化學(xué)反應(yīng)。一般的，分離器的材料大致上與反應(yīng)器的保持一致，或者優(yōu)于反應(yīng)器。因為在內(nèi)部，所以連接密封點減少了，這樣就大大地降低了設(shè)備因為密封點發(fā)生故障而產(chǎn)生泄漏的幾率。這種分離器不容易檢查和維修。如果焊接泄漏或者內(nèi)置旋風(fēng)分離器發(fā)生泄漏，不會影響環(huán)境，但會影響其性能。在日常報表檢查期間評估運行狀況，維護(hù)期間將限制維護(hù)空間。因此，在設(shè)計中必須充分考慮運行的穩(wěn)定性和維護(hù)的方便性。結(jié)構(gòu)運行方面在自循環(huán)模式下，硅粉材料在到達(dá)收集器之前被分離和收集。由于分離器位于反應(yīng)器的內(nèi)部，分離器的內(nèi)外壓差相對較小，硅粉物料可以通過自身重力返回到反應(yīng)器內(nèi)部，進(jìn)行循環(huán)，從而減少反饋物料輸送的連接。1.3.2多晶硅的等離子生產(chǎn)方法(1)多晶硅等離子生產(chǎn)簡介多晶硅的等離子氣體制備生產(chǎn)工藝及其生產(chǎn)設(shè)備的主要技術(shù)特征是將作為主要原料的硅烷或鹵代硅烷氣體與氫氣一起經(jīng)過預(yù)加熱后直接將氣通入一個溫度控制范圍大約在1450-1550℃之間的等離子氣體轉(zhuǎn)換實驗室，混合物氣體可以一次性預(yù)加熱后達(dá)到這樣的一種等離子轉(zhuǎn)換狀態(tài)，在冷卻的過程中可以產(chǎn)生液體或細(xì)磨的硅粉和氣體產(chǎn)品，液體硅的單體由于流出，細(xì)磨粉和氣體將生成廢氣的產(chǎn)品分離。多晶硅等離子體生產(chǎn)方法輔助裝置控制氫氣和硅烷甲烷的電源、氣體加熱器，如下面的圖1-3所示，利用高頻電場技術(shù)生產(chǎn)具有等離子焰的高壓陶瓷加熱管道、收集液體硅單體硅的電加熱器和密封件、變壓器室的溫度變化檢測控制系統(tǒng)、冷卻水回路。圖1-3多晶硅的等離子生產(chǎn)方法(3)等離子生產(chǎn)方法的優(yōu)點產(chǎn)品單位重量制造成本低，生產(chǎn)線建設(shè)成本低。發(fā)電、家庭線路燃料、汽車燃料等都來源于等離子法所產(chǎn)生的尾氣，尾氣的再利用可以提高資源的利用率，減少生活成本。1.4社會意義多晶硅材料是目前制造光伏電池材料的一種重要材料，雖然后很多材料可以用來制作光伏電池材料，但是目前多晶硅在國內(nèi)市場占有率在90%以上，而且在今后在未來一段很長長的一段時間內(nèi)，它仍將繼續(xù)是光伏太陽能電池的重要主導(dǎo)組成材料[8]。由于目前我國對新型多晶硅的研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用有著迫切的技術(shù)要求，如果這一些關(guān)鍵問題能夠得到妥善的有效解決，這不僅可以大大提高我們在海內(nèi)國際產(chǎn)業(yè)市場競爭中的核心競爭力，與此同時還有可能大大增強(qiáng)綜合國力。在生產(chǎn)多晶硅的過程中，多晶硅加氫反應(yīng)器的設(shè)計將在多晶硅的生產(chǎn)中發(fā)揮極其重要的作用。具體如下：多晶硅氫化反應(yīng)器的設(shè)計，不僅擴(kuò)大了單線生產(chǎn)規(guī)模，提高了產(chǎn)量，而且大大提高多晶硅的產(chǎn)量，滿足對多晶硅的需求，減少了進(jìn)口的需求量。傳統(tǒng)鍋爐式的結(jié)構(gòu)被電加熱器取而代之稱為氫化反應(yīng)行業(yè)的亮點，電加熱器的成功研制不僅僅簡化氫化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，還為我們帶來了許多福利。它增加了材料的利用率，減少了寶貴的資源的消耗，減少了氣體的排放排放，給我們帶來巨大的便利。2方案設(shè)計用氫化反應(yīng)器制備多晶硅其實就是利用電加熱器工作時，溫度的身高導(dǎo)致氣體膨脹，因為環(huán)境封閉，所以內(nèi)部的壓力逐漸增大，氣體會因為高溫與高壓便從底座的孔中進(jìn)入到容器的下部分，并且由錐形分布板上的噴嘴中噴出，與此同時從噴嘴中噴出的氣體剛好可以將硅粉吹起，在散熱板區(qū)域與之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過長時間的反應(yīng)多晶硅棒逐漸變大，從而產(chǎn)出多晶硅。2.1壓力容器的設(shè)計2.1.1定義壓力容器是一種安全性較高的密封壓力容器，其內(nèi)部或外部可以承受的壓力較大。大部分的壓力容器為圓筒形，只有少部分的是球形或矩形等其他形狀。圓筒形多應(yīng)用于反應(yīng)器、換熱器、分離器等。這種類似筒形狀的壓力容器通常由筒體、支座、法蘭、接管等重要壓力零部件緊密組合焊接而再組成所制造形成的。表2-1容器對比圖由表2-1不難發(fā)現(xiàn)，矩形容器很少應(yīng)用到，因為矩形容器發(fā)生變形易出現(xiàn)事故，球形容器所消耗的鋼材比圓筒形容器少了近一半。圓筒形容器因其制造方便，質(zhì)量易得到保證所以比較普遍。2.1.2圓筒壁厚計算該壁厚的計算一無彎矩薄膜理論為基礎(chǔ)。一般按照周向應(yīng)力公式計算如下：2.1.3核心裝置多晶硅氫化反應(yīng)器主要設(shè)計采用的類似圓筒形狀的壓力容器，由筒體、封頭(蓋頭)、法蘭、接管、支座等幾個重要的部件組成。反應(yīng)器的核心裝置有加熱器，分布器，膨脹節(jié)等。(1)電加熱器電加熱器的工作電流驅(qū)動加熱器的工作方式大致可以分為以下幾種，例如電阻加熱，感應(yīng)加熱，電弧加熱，電子束加熱，紅外線加熱，介質(zhì)加熱等等。電加熱器一般來說是對流動的各種類型液態(tài)、氣態(tài)加熱介質(zhì)氣體進(jìn)行升溫、保溫和加熱。選用流體熱力學(xué)原理，將電加熱器在運行工作過程中加熱產(chǎn)生的大量流體熱量均勻快速排出，使各種加熱工藝介質(zhì)的工作溫度可以滿足加熱工藝性能要求。防爆阻燃電阻式加熱器內(nèi)部溫度控制管理系統(tǒng)同時會根據(jù)所有熱感應(yīng)檢測到的工作溫度參數(shù)進(jìn)行自動溫度調(diào)節(jié)，通過對防爆電阻式加熱器進(jìn)入輸出電源功率的自動控制，使電源輸出口的發(fā)熱介質(zhì)工作溫度均勻;當(dāng)介質(zhì)溫度稍微高于系統(tǒng)設(shè)定的工作溫度時，發(fā)熱控制元件的獨立的電源過熱電流保護(hù)裝置立即自動切斷了該加熱器的電源，這就使得電加熱器能壽命能夠得到提升。(2)錐形分布器錐形分配器上有300個孔，安裝在噴嘴上。噴涂在頂部噴嘴上，與掉落的硅粉接觸，并有反作用。同時可將正在途中的硅粉吹出，使他們能夠充分采取化學(xué)措施，并大大提高反應(yīng)效率。(3)風(fēng)帽風(fēng)帽均勻分布在分配器上，風(fēng)帽的側(cè)面開有四個孔，同時允許高溫氫氣從孔中排出，防止硅塵堵塞，使反應(yīng)不能繼續(xù)反射，避免形成其他的雜質(zhì)進(jìn)入到反應(yīng)爐中。(4)膨脹節(jié)以換熱管作為主要的氣體傳熱介質(zhì)元件的氣體換熱器，置于筒體之內(nèi)，用于兩個主要氣體傳熱介質(zhì)之間的它可以同時進(jìn)行主要氣體熱量的相互交換。它的整體結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，特別適用于各種高壓制冷液的低溫冷卻和冰箱的低溫冷凝，因此得到了廣泛的應(yīng)用。除了雙發(fā)光管外，換熱管也完全可以通過考慮直接采用其他多種類型強(qiáng)化翅片傳熱管，例如圓形翅片翅紋換熱管、螺紋翅片換熱管、螺旋槽翅片換熱管。在實際進(jìn)行流體設(shè)計工作過程中，我們首先應(yīng)該從流體工作時的壓力、溫度及工作介質(zhì)的可抗腐蝕性程度來進(jìn)行考慮，選擇恰當(dāng)?shù)姆栏牧稀?.2裝配技術(shù)2.2.1平蓋和法蘭法蘭與平蓋必須按照要求嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行加工。筒體端部以及平蓋的加工規(guī)定如下：A)螺柱孔或螺栓孔的中心圓直徑以及相鄰兩孔弦長允許的公差為±0.6毫米;設(shè)計內(nèi)徑允許公差是正負(fù)1.0，正負(fù)1.5，正負(fù)2.0B)連接螺孔的兩端中心線與螺孔端面之間的橫向垂直傾斜程度之間允差異值應(yīng)＜0.25%;C)螺紋基本尺寸按，公差按;D)通常來講，螺孔螺紋精度是中等。2.2.2夾套筒體夾套筒體是有兩塊鋼材板卷成卷板焊接而來的。A、B類焊接接頭對口錯邊量b(見圖2-1)應(yīng)符合表2-1的規(guī)定。圖2-1A、B類焊接接頭對口錯邊量b表2-1A、B類焊接接頭對口錯邊量b單位mm筒體的直線度允差值一般應(yīng)不超過或等于筒體總長度l的千分之一，當(dāng)直立式容器中的殼體總長度超多30mm時，其筒體的直線度允差值一般應(yīng)不超過。組裝時，殼體上焊接接頭的布置應(yīng)滿足以下要求：A)相鄰?fù)补?jié)A類接頭間之間的外部圓弧長度＞三倍鋼鐵材料厚度且≥100mm；B)封頭A類拼接接頭，封頭上嵌入式接管A類接頭、與封頭相鄰?fù)补?jié)的A類接頭相互間的外圓弧長，＞三倍鋼材厚度且≥100mm；C)任何1個筒節(jié)長度≥300mm；D)不適用十字焊縫。法蘭面垂直于接管或圓筒的主軸中心線。接管和法蘭的組件與殼體組裝應(yīng)保證法蘭面的水平或垂直，偏差≤法蘭外徑的1%，且≤3mm。法蘭螺栓孔應(yīng)與殼體主軸線或鉛垂跨中布置(見圖2-2)。有特殊要求是。應(yīng)在圖樣上標(biāo)注。圖2.2法蘭螺栓孔的跨中布置直立容器的底座圈、底板上地腳螺栓孔應(yīng)做到較為平均的分布。中心圓直徑允差、相鄰兩孔弦長允差和任意兩孔弦長允差都要≤±3mm。內(nèi)件和殼體的焊接應(yīng)避開殼體上的A、B類焊接接頭。容器上凡被覆蓋的焊縫，都要打磨到和母材齊平。容器組焊完成后，課題的直徑需要滿足下面兩個要求：A)同一斷面上的殼體最大內(nèi)經(jīng)與最小內(nèi)徑的差≤該端面內(nèi)徑的1%，且≤25mm;B)開孔直徑＞被檢端面與開孔中心的距離，該端面最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差≤該端面內(nèi)徑的1%+開孔直徑的2%，且≤25mm。圖2-3同一斷面上的殼體最大內(nèi)經(jīng)和最小內(nèi)徑之的差2.2.3焊接焊接是一項有些危險的工作，所以焊接前需要提前做好準(zhǔn)備工作。我們首先需要注意保證氣體焊條、焊劑等金屬材料能夠保存在一個通風(fēng)良好，干燥陰涼的地方;其次，對于氣體焊接的操作環(huán)境我們也非常需要特別注意：在直接進(jìn)行保護(hù)電弧焊時也需要注意保證焊接風(fēng)速高度小于10m/s;在焊接風(fēng)速高度大于2m/s時，不能直接進(jìn)行任何氣體焊接保護(hù)電弧焊;在潮濕的天氣環(huán)境下也不能說應(yīng)該直接進(jìn)行氣體焊接保護(hù)操作;在惡劣的土壤氣候條件環(huán)境下，不能直接進(jìn)行氣體焊接保護(hù)工作;當(dāng)焊件問的小于零下20℃時，禁止焊接。在施熱焊接的生產(chǎn)過程中，如果一個連接焊件的施熱溫度變化范圍控制在零下20℃以上到0℃溫度范圍之間時，我們認(rèn)為應(yīng)該對進(jìn)行施熱點焊焊接處焊件進(jìn)行高溫預(yù)熱，當(dāng)焊件溫度范圍高于15℃時便等于可以開始進(jìn)行施熱點焊。2.2.4熱處理(1)設(shè)備：電加熱爐、罩式煤氣爐、紅外線高溫陶瓷電加熱器;(2)方法：A)優(yōu)先選擇爐內(nèi)加熱。處理時一般允許通過鍋爐溫推算被加熱件的溫度，但特殊情況要以加熱件上的熱電偶為準(zhǔn)。B)整齊地安置于有效加熱區(qū)，保證熱量均勻。C)為了防止拘束應(yīng)力及變形的產(chǎn)生，應(yīng)合理安置支撐支座來保證平衡性以及穩(wěn)定性。D)分段焊后熱處理允許在爐內(nèi)分段進(jìn)行。重復(fù)加熱長度＞1500mm。爐外部分要采取合適的保溫措施，這樣的話可以降低對材料的影響。(3)其他：A)考慮突發(fā)因素或者自然因素;B)確保加熱件內(nèi)的溫度均勻穩(wěn)定，避免過熱產(chǎn)生拘束性的應(yīng)力變形。允許采用局部熱處理控制方法。靠近專用加熱材料區(qū)的保溫部位也應(yīng)采取保溫隔熱措施，使加熱溫度梯度不致過大影響加熱材料的結(jié)構(gòu)組織和導(dǎo)熱性能。2.2.5其他要求A)極限偏差：機(jī)械加工表面按GB/T1804中的m級規(guī)定，非機(jī)械加工表面按c級規(guī)定。B)組裝：不得強(qiáng)行對齊、對中或者找平C)檢查：尺寸、方位以及要求2.3常規(guī)的設(shè)計設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求是防止彈性薄膜失效，設(shè)計中的基礎(chǔ)要求是彈性薄膜的抗應(yīng)力，從而確定元件厚度。限定最大作用應(yīng)力不可能超過一定的許用值(通常為1倍許用最大應(yīng)力)。標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計中的薄膜內(nèi)壓元件圓筒、球殼的應(yīng)用厚度即是針對內(nèi)壓元件設(shè)計中的應(yīng)用薄膜內(nèi)壓應(yīng)力(一次性的總體應(yīng)用薄膜內(nèi)壓應(yīng)力)，控制在1倍許用薄膜應(yīng)力后的水平。要得到合理的設(shè)計，就要采用分析法。以塑料彈性膜的失效限制作為機(jī)械設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)并以塑料薄膜中的應(yīng)力限制作為機(jī)械設(shè)計理論基礎(chǔ)，精確化的計算塑料容器中各種授予應(yīng)力并且自身應(yīng)力要按照不同的授予應(yīng)力強(qiáng)度會直接引起不同的沖擊破壞力和形式這一點點來進(jìn)行應(yīng)力分類，分別確定授予應(yīng)力強(qiáng)度或者限制，之后進(jìn)行計算厚度。3結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)的設(shè)計我是按照由外到里的順序進(jìn)行的，首先根據(jù)年產(chǎn)量3000t和場地限制，確定裝置筒體的內(nèi)徑和高度(不含封頭)，內(nèi)徑r=1300mm。3.1計算（筒體）筒體部分是整個反應(yīng)殼中最重要的承壓部分，同時直接接觸強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，所以對筒體的要求有兩點：承壓和抗腐蝕。在選擇筒體材料的過程中，介質(zhì)才是首要問題。它會影響選擇。本次介質(zhì)是氯化物，要考慮抗腐蝕性的問題，價格的話，也要作為考慮依據(jù)才行。3.1.1計算筒體壁厚設(shè)計壓力取工作壓力的1.1倍，內(nèi)壓圓筒壁內(nèi)的基本應(yīng)力是薄膜應(yīng)力，由第三強(qiáng)度理論可知薄膜應(yīng)力的強(qiáng)度條件為：(1)式中：-制造筒體鋼板在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力;考慮到金屬焊接許用接頭的強(qiáng)度影響，公式(1)為其中的許用接頭應(yīng)力系數(shù)應(yīng)該是使用焊接強(qiáng)度要求可能相對較低的金屬焊接許用接頭代替金屬的許用接頭應(yīng)力，即把金屬鋼板的許用接頭應(yīng)力系數(shù)乘以它的焊縫應(yīng)力系數(shù)。，則有：利用D=Di+則有：(2)(3)筒體內(nèi)徑許用應(yīng)力=設(shè)計壁厚=+C即(4)即=綜上可知滿足要求。3.1.2選擇及計算（封頭）封頭又稱端蓋，是壓力容器部件的一種。應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。常見類型如圖。圖3-2常見封頭形式壓力容器封頭和盲板都用于管塞。兩者的區(qū)別在于盲板可以拆卸，而壓力容器封頭不能拆卸。通常情況下，管道不再延伸，用于管道末端。因此，對壓力容器封頭的質(zhì)量要求更為嚴(yán)格。采用較為常用且受力情況較好的橢圓形封頭。為了保證安全性以及合理性，封頭的最小壁厚不能夠小于公稱壁厚的90%，內(nèi)外徑的圓度偏差在正負(fù)2mm之間。封頭的內(nèi)直徑與封頭兩倍深度之比之值不大于2.6為宜，=L的橢圓形封頭被稱之為標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，是壓力容器中常用的一種封頭。具體封頭的材料，決定使用與筒體材料相同的不銹鋼材料。公稱直徑與筒體相同為，通過查找《壓力容器封頭》中的有關(guān)規(guī)定，封頭直邊尺寸為。具體的封頭壁厚設(shè)計過程如下表3-2封頭的內(nèi)徑是根據(jù)筒體的內(nèi)徑來決定的，查標(biāo)準(zhǔn)《鋼制壓力容器用封頭》中表1，得公稱直徑。用型號代號為橢圓形封頭，所以=2，封頭之間長短軸之比是2，=2QUOTE，所以mm=325mmQUOTEQUOTE因為，所以根據(jù)中橢圓形封頭計算中式計算：同上，取，。圓整后取名義厚度。3.1.3筒體長度取裝料系數(shù)為0.9，則即代入數(shù)據(jù)：算得圓整后取為制造過程中，由于筒體太長沒有辦法一次完成，所以我們將筒體分為三個部分，然后在通過焊接的方式將它們連接在一起，使之成為一個完整的筒體。3.2關(guān)于其他標(biāo)準(zhǔn)件的選擇3.2.1法蘭及其密封面還有接管的選擇A)法蘭：軸與軸之間的紐帶就是法蘭。法蘭上方標(biāo)有孔眼，螺栓的作用是使兩法蘭緊連。法蘭間用橡膠襯墊緊緊密封。B)法蘭密封面：法蘭的密封面型式有許多種。一般凹凸面MF、榫槽面TG、環(huán)連接面RJ都是配對使用。C)墊片：纏繞墊片：按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，纏繞后的墊片在不適用于凹凸變形密封面的特殊情況時，墊片內(nèi)環(huán)應(yīng)當(dāng)采用帶密封內(nèi)環(huán)。圖3.3法蘭密封面形式A)松套法蘭：也說是翻邊活套法蘭。B)整體法蘭：將法蘭和管件、閥門和設(shè)備等做成一體，比較常用。C)平焊鋼法蘭：光滑式高壓平焊法蘭在各行各業(yè)用的非常廣泛。主要技術(shù)優(yōu)點就是方便，它并且價格便宜。D)對焊鋼法蘭：用于法蘭與管子的對口焊接，反復(fù)彎曲或者高溫高壓后依舊如初。E)承插焊法蘭：PN不大于10兆帕并且DN不大于40的管道中用的多。圖3-4帶頸對焊鋼制管法蘭尺寸（WN）表4Class600（PN110）帶頸對焊鋼制管法蘭（mm）3.2.2膨脹節(jié)又稱補(bǔ)償器、伸縮節(jié)，是一種設(shè)置在殼體或者管道上的伸縮裝置，目的是補(bǔ)償因溫度差與機(jī)械振動引起的附加應(yīng)力，因此被稱為補(bǔ)償器。原因是該設(shè)計是固定管板式，且程與管程之間的溫度差＞50℃，因此設(shè)計考慮增加膨脹節(jié)。多晶硅氫化反應(yīng)器的主要部件之一是膨脹節(jié)，它的優(yōu)點是工作可靠、性能良好、結(jié)構(gòu)緊湊。設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是，首選立式型。圖3.5立式ZXL型U形波紋管的設(shè)計才是最重要的。圖3.6U形波紋管3.2.3支座支座主要作用是直接支承容器或裝置的重量，并且能夠使之固定在一定的位置上的支承零部件。支座有懸吊式、支承式和裙式三種。前兩種大多是中小型裝置在使用，而高大設(shè)備多用第三種。耳式支座結(jié)構(gòu)輕簡，在直立壓力容器上用的多。支承支座多用于距離基面近的立式壓力容器上。綜合考慮場地和安全指標(biāo)，采用型號為符的耳式支座。4制造與檢測多晶硅氫化反應(yīng)器裝置的核心的部分是筒體、封頭、法蘭。筒體：板料成形。封頭：沖壓、旋壓后再焊接。法蘭：機(jī)床加工。零件之間連接：焊接和螺紋連接。4.1焊接工藝焊接是指通過加熱或加壓，或者二者并用，使工件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法[9]。4.1.1焊接方式壓力焊、釬焊和熔焊這三種。壓力焊：施壓，使結(jié)合面粘連在一起。釬焊：利用熔點不同的性質(zhì)，通過毛細(xì)作用填充接頭間隙，冷卻后與母材擴(kuò)散形成接頭[1]。熔焊：將焊接接頭加熱至熔化狀態(tài)，依靠重力將融化的兩個工件粘連在一起。4.1.2坡口、接頭的形式通過焊接的技術(shù)把零件使零件發(fā)生所需的形變再經(jīng)過裝配最后形成的溝槽叫做坡口。圖4-1坡口的四種形式接頭是指已經(jīng)焊合≥2個零件的接點。接頭有2個效果，首先當(dāng)然是把2零件連接成一個整體;然后可以傳動力，就是傳動負(fù)重。焊條電弧焊接頭基本形式有四種：對接接頭、角接接頭、T形接頭和搭接接頭。圖4-2四種常見的形式4.1.3板料的成形具體來說是技術(shù)指一種通過使用薄層板料、薄壁管、薄壁型材等等作為主要原料而直接進(jìn)行的熱塑性材料加工的工藝方法。機(jī)床卷輥是一種對稱在工作板材和兩個上級油軸傳動齒輪之間中心進(jìn)行一定的軸長度和連續(xù)點彎曲的一種對稱式注塑型軋輥卷制傳動機(jī)床，對稱式卷輥控制機(jī)床夾板機(jī)的工作板材上的卷輥在兩下輪活塞油軸和位于末個上級液壓齒輪之間的中心對稱彎曲點的一定位置上再經(jīng)由末級齒輪液壓傳油齒輪傳動氣缸內(nèi)的一個末級齒輪液壓傳動齒輪氣缸油軸齒牙嚙齒進(jìn)行配合運動作作使其應(yīng)用于兩下輪油軸和末級齒輪傳動活塞之間的配合并控制做一個上級油軸齒輪垂直升降方向并按升降角度旋轉(zhuǎn)時的運動，通過一個齒輪位于上軸主減速機(jī)的末級齒輪液壓傳動齒輪氣缸油軸嚙牙帶動兩下輪活塞油軸和位于末個上級液壓齒輪的油軸嚙齒進(jìn)行配合運動作作使其應(yīng)用于上軸升降旋轉(zhuǎn)時的升降旋向運動，通過一個位于主減速機(jī)的末級液壓齒輪油軸帶動兩下輪油軸和末級齒輪的嚙齒配合作作應(yīng)用于上軸旋轉(zhuǎn)升降運動，為塑型卷制機(jī)的板材和上軸齒輪運動提供了較大的運動扭矩。它所指的需要研究運用的具體工藝為三點定向削圓法的具體工藝工作原理。圖4-3三輥卷板機(jī)原理圖卷板機(jī)規(guī)格采用平整型的塑性金屬板規(guī)格，通過再這種卷板機(jī)的三根工作輥之間，借助上輥的下壓及下輥的旋轉(zhuǎn)運動，使得塑性金屬板再工作過程中可以經(jīng)歷多道次連續(xù)彎曲(其中包括內(nèi)層壓縮變形，中層不變，外層拉伸變形)，產(chǎn)生一種具有一定永久性的塑性變形，卷制成所需的圓筒、錐筒或其中一部分。[7]圖4-4對稱式三輥卷板機(jī)4.2檢測方法檢查壓力容器的質(zhì)量問題是確保安全運行的重中之重。多晶硅氫化反應(yīng)器需要進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查、焊縫無損檢測試驗、焊接接頭力學(xué)性能試驗、壓力試驗等等[8]。4.2.1檢查外觀壓力容器的外觀尺寸檢查包括了很多內(nèi)容。例如產(chǎn)品總長，殼內(nèi)徑，殼體圓度等等。外觀尺寸不僅僅是宏觀的尺寸，還需要用通過放大的形式去檢查焊縫有無表面缺陷，除了檢測尺寸之外，還需要控制它的形狀位置公差。壓力容器的檢驗不容小視，即使是細(xì)小的失誤也會造成很大的危害。除了檢測尺寸之外，還需要控制它的形狀位置公差。4.2.2焊縫無損檢測為了防止壓力容器因焊接的失誤引起破裂，要進(jìn)行壓力容器檢測。在進(jìn)行無損檢測時，并不是每種方法都適用的，因此在特定的條件下，要選擇相應(yīng)的方法進(jìn)行測量。在檢測過程中，也不要只用一種方法來測量，而是盡可能地采用多種方法測量，因為不同的方法也有不同的特點，要在測量過程中互相取長補(bǔ)短，保證壓力容器的穩(wěn)定及安全。常用的檢測技術(shù)：(1)TOFD(衍射時差法超聲檢測)。將缺陷尖端處產(chǎn)生的波形轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生衍射波，衍射波所涉及到的范圍較廣，從而檢測出缺陷。(2)磁粉檢測。可以說是用來用于檢測磁性材料導(dǎo)體表面和近導(dǎo)體表面磁性缺陷的一種無損磁性檢測技術(shù)方法。若材料有缺陷，則磁力線會發(fā)生畸變。(3)滲透檢測。通過直接加入一種含有一個著色點的熒光劑或加入含有一個著色點或缺陷熒光染料的一個電子發(fā)光滲透液，在一個電子發(fā)光毛細(xì)管的著色熒光反射作用下或即可將電子滲透液或反射劑加進(jìn)一個電子發(fā)光元件的一個著色點或缺陷中，從而找到缺陷處的形貌。(4)射線檢測：在壓力容器中應(yīng)用最廣，檢測過程中，樣品中的缺陷會因為吸收射線的多少而產(chǎn)生一定的強(qiáng)度差異，進(jìn)而檢測出該產(chǎn)品是否合格。(5)超聲檢測。多用于對接焊縫的缺陷檢測和壓力容器焊縫內(nèi)表面的裂紋檢測。在超聲檢測中，我們用到最多的是脈沖反射法。4.2.3接頭力學(xué)的性能測試壓力焊縫溫度計的測量主要操作方法之一的就是對所有主體以及焊縫中的材料氣體進(jìn)行初次的升溫試驗，即氣體焊縫壓力溫度測量：一操作開始不僅要緩慢地將升溫降壓到初次試驗氣體壓力的百分之十，保持升壓五小時到十分鐘，而且對所有主體焊縫以及所有連接器的部位初步進(jìn)行檢察。如果正常就有可能停止繼續(xù)進(jìn)行升壓并達(dá)到壓力試驗所測壓力的一半，如果還正常，再按照百分之十的梯度逐級升，直到百分之百，保壓半小時。接著降壓到百分之八十七，充分保壓再檢察。4.2.4壓力試驗(1)準(zhǔn)備工作A)必須先進(jìn)行焊后熱處理和其它所有試驗，且全部合格。B)必須檢查設(shè)備，儀器和防護(hù)措施，且合格。(2)實驗的規(guī)范A)使用材料時的水溫＞5℃;其它合金不銹鋼材料溫度＞15℃。B)察看實驗室的壓力以及保壓期：(3)實驗的步驟A)液體充滿容器;B)液溫和容器差不多的時候，緩慢升壓;C)確認(rèn)沒有瀉露后，升壓到試驗壓力，保壓0.5h;D)降壓到百分之八十的實驗壓力，充分保壓，在測檢后卸載。(4)技術(shù)的要求A)完好無漏B)沒有肉眼可見的形變C)沒有異動結(jié)論多晶硅生產(chǎn)過程是一個緩慢的過程，并且需要不斷的更新，不斷的探索。多晶硅的前景一片光明，但是只有掌握了并且能夠熟練掌握多晶硅的制備才能夠?qū)⒋龠M(jìn)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。多晶硅如同上帝賜予人類的寶石一般，促使人類的社會快速的發(fā)展。多晶硅氫化反應(yīng)器是生產(chǎn)多晶硅的反應(yīng)裝置。反應(yīng)裝置是否先進(jìn)，氫化技術(shù)是否成熟，這兩個條件都決定了多晶硅能否正真的快速的發(fā)展起來。氫化技術(shù)的改造實現(xiàn)了多晶硅生產(chǎn)過程中物料的閉路循環(huán)，大大降低了成本。氫化反應(yīng)器是生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備。本文簡單介紹了反應(yīng)器主要零部件的設(shè)計與選用，并且選用相應(yīng)的連接方式，將它們裝配起來。設(shè)計完成之后，我們還需要對這一反應(yīng)器進(jìn)行一系列嚴(yán)格的測試，安全是不容忽視的。在設(shè)計過程中，遇到了一些問題。因為本次的設(shè)計涉及到的是化工機(jī)械所以剛開始對一些化工的工藝流程，化工設(shè)備的原理不熟悉。但是經(jīng)過不斷的查閱資料便逐漸有所了解。參考文獻(xiàn)蔣榮華，肖順珍，國內(nèi)外多晶硅發(fā)展現(xiàn)狀[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2001，7-10.何志華，陳文吉，多晶硅冷氫化FBR反應(yīng)器生產(chǎn)概述[J].《石油和化工設(shè)備》，2011(14)：26-29.宋佳，曹祖賓，韓冬云，多晶硅的冷氫化工藝[J].遼寧：材料與化學(xué)學(xué)院，2011(33)：76-79.李水根，劉儀柯，廖衛(wèi)兵，張發(fā)云等，太陽能級多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展及其制備工藝概述[J].《新余高專學(xué)報》，2009-12-27.鐘