sistema de água ultrapura Guia de Especificações: O Que os Compradores Devem Definir Antes de um RFQ

Introdução

Muitos pedidos de orçamento começam com uma linha: “Precisamos de um sistema de água ultrapura 5 m³/h”. Isso descreve o fluxo nominal, mas não informa ao fornecedor o que “ultrapuro” significa para o processo do cliente.

Água para enxágue de semicondutores, produção fotovoltaica, processamento de placas de circuito impresso, suporte laboratorial, fabricação óptica, materiais de bateria, limpeza de precisão ou outra aplicação industrial pode ter diferentes contaminantes críticos e diferentes riscos operacionais. A qualidade exigida pode ser aplicada na saída do skid de tratamento, na entrada de um circuito de distribuição ou em uma ferramenta de produção após centenas de metros de tubulação. O sistema correto depende desse limite.

ASTM D5127 fornece orientação para água ultrapura usada na fabricação de eletrônicos e semicondutores no ponto de distribuição. SEMI F61, usado com orientação SEMI relacionada, aborda o projeto e a operação do sistema até o ponto de uso. Uma especificação séria, portanto, cobre todo o percurso da água, não apenas um skid RO ou EDI.

Este guia mostra como preparar essa especificação. Ele foi escrito para engenheiros de fábrica, gerentes de projeto, integradores de equipamentos, compradores de instalações e equipes de compras que precisam de propostas tecnicamente comparáveis, em vez de três fornecedores oferecendo três interpretações diferentes de “UPW”.

Comece com o aplicativo, não com o diagrama do processo

Um fornecedor deve entender o que a água toca e o que acontece se a qualidade mudar.

Comece descrevendo:

• a indústria e o processo produtivo;
• o local onde a água é utilizada;
• se a água entra em contato com o produto, um wafer, um componente, uma ferramenta ou apenas um sistema utilitário;
• os contaminantes que são críticos para o rendimento, qualidade da superfície, limpeza ou vida útil do equipamento;
• se o requisito provém de uma norma do cliente, de uma norma industrial, de uma especificação interna ou de um fabricante de equipamento;
• a consequência de um evento fora das especificações.

Essas informações influenciam as etapas de tratamento, monitoramento, armazenamento, recirculação, materiais, redundância e filosofia de alarme. Se a aplicação precisar apenas de água de processo de alta pureza, a especificação do sistema de grau de semicondutor mais exigente poderá gerar custos operacionais e de capital desnecessários. Se a aplicação for sensível à contaminação, um pacote genérico “RO + EDI” pode estar incompleto.

Defina a qualidade da água em um local nomeado

A especificação deve indicar exatamente onde cada valor se aplica. Locais comuns incluem:

1. Saída do produto do sistema de tratamento;
2. tanque de armazenamento de água do produto;
3. cabeçalho de fornecimento do circuito de distribuição;
4. cabeçalho de retorno do circuito de distribuição;
5. ponto de uso;
6. Entrada da ferramenta de produção.

A qualidade da água pode mudar depois que ela sai da plataforma de purificação. Armazenamento, material de tubulação, galhos estagnados, calor, crescimento microbiano, gases dissolvidos, partículas e práticas de manutenção podem afetar o resultado.

Um requisito claro poderia dizer: “Os valores de qualidade listados aplicam-se ao retorno do circuito de distribuição sob demanda normal de produção, após o sistema ter atingido uma operação estável”. Outro projeto pode exigir verificação em pontos de uso selecionados. A redação é importante porque define o projeto do fornecedor e os limites de teste.

18,2 MΩ·cm são suficientes para especificar água ultrapura?

Não. A resistividade é útil para indicar a pureza iônica, normalmente com temperatura definida ou compensada, mas não descreve independentemente todos os contaminantes que possam ser importantes.

Dependendo da aplicação, a especificação também pode abordar:

• carbono orgânico total (TOC);
• partículas por tamanho e método de contagem definidos;
• controle bacteriano ou microbiano;
• oxigênio dissolvido;
• sílica;
• boro;
• sódio e outros íons;
• metais;
• ânions e cátions;
• resíduo não volátil;
• temperatura;
• estabilidade de pressão e fluxo.

Não copie uma tabela numérica de outra planta sem confirmar se ela corresponde ao processo, local de amostragem, método de teste e versão aplicável da norma. Os resultados analíticos em concentrações muito baixas dependem do método e do instrumento. O comprador deve identificar a especificação aplicável e obter o padrão completo quando necessário.

As 11 entradas que todo comprador de UPW deve definir

1. Fonte de água de alimentação e análise completa

O mesmo produto alvo pode exigir um trem de tratamento diferente quando a alimentação for água municipal, água subterrânea, água descalcificada, permeado RO existente ou água de processo recuperada.

Forneça dados recentes para parâmetros relevantes para pré-tratamento e purificação, que podem incluir:

• pH, condutividade e TDS;
• dureza e alcalinidade;
• sílica e boro;
• cloreto, sulfato, nitrato e outros íons importantes;
• ferro, manganês e outros metais;
• TOC ou indicadores orgânicos relevantes;
• turbidez e sólidos em suspensão;
• cloro livre ou outros oxidantes;
• indicadores microbianos;
• temperatura e variação sazonal.

Inclua a data da amostra, fonte, método e intervalo esperado. Se a alimentação vier de um sistema de pré-tratamento existente, forneça desempenho normal e condições perturbadoras.

2. Demanda média, de pico e instantânea

A capacidade nominal de produção não é igual à demanda do processo. Um sistema UPW pode atender à demanda de base contínua, além de enxágues curtos e de alto fluxo. O armazenamento e a distribuição podem amortecer alguns picos, mas apenas quando o volume do tanque, a recirculação e o tempo de recuperação são projetados em conjunto.

Definir:

• demanda média horária e diária;
• pico de demanda instantânea e duração;
• turnos e dias de funcionamento por ano;
• procura em cada ponto de utilização principal;
• expansão futura esperada;
• demanda operacional mínima estável.

O fornecedor deve explicar a taxa de produção, a base de armazenamento, o fluxo do circuito e a estratégia de recuperação. Um sistema superdimensionado que inicia e para com frequência pode não ser mais estável do que um sistema modular dimensionado corretamente.

3. Meta de recuperação e plano de água rejeitada

A recuperação de água afeta a demanda de ração, o volume de rejeitos, o custo operacional e o pré-tratamento. Uma meta mais alta não é automaticamente melhor se aumentar o risco de incrustação, limpeza, uso de produtos químicos ou concentração.

Especifique para onde os fluxos rejeitados podem ir. O concentrado RO pode ser descarregado, reutilizado em outro lugar, devolvido a um processo upstream ou tratado posteriormente, sujeito às condições locais. Os fluxos de rejeição e enxágue EDI também precisam de um destino definido. Um balanço hídrico deve mostrar os fluxos de alimentação, produto, rejeitos, limpeza e drenagem no ponto operacional indicado.

4. Requisitos de purificação e polimento

Os sistemas UPW geralmente usam uma sequência em vez de uma tecnologia. Dependendo dos requisitos de alimentação e produto, a rota pode incluir filtração multimídia, carvão ativado ou descloração, amolecimento ou anti-incrustante, filtração de cartucho, osmose reversa, desgaseificação, EDI ou troca iônica, tratamento UV, ultrafiltração, contatores de membrana, filtração final e recirculação contínua.

O comprador não precisa prescrever cada unidade se o fornecedor for responsável pelo projeto do processo. No entanto, as propostas devem explicar:

• a função de cada etapa principal;
• condições de alimentação exigidas pelos equipamentos a jusante;
• os pressupostos de recuperação e carregamento do projeto;
• os pontos de monitorização previstos;
• como a água fora das especificações é impedida de chegar à produção.

Evite selecionar um sistema apenas porque um acrônimo de processo aparece na cotação. RO, EDI, unidades UV e de polimento resolvem diferentes partes do problema de qualidade da água.

5. Projeto de circuito de armazenamento e distribuição

O sistema de distribuição faz parte do sistema UPW. Entradas importantes incluem:

• comprimento, elevação e roteamento do loop;
• número e localização dos pontos de utilização;
• pressão necessária de alimentação e retorno;
• pico de tração em cada filial;
• exigência de recirculação contínua;
• velocidade mínima da malha ou critérios de projeto hidráulico estabelecidos pelo engenheiro de projeto;
• rotatividade de tanques e estratégia de ventilação;
• subsídio para futuras filiais;
• drenabilidade e prevenção de pernas mortas estagnadas;
• controle de temperatura.

O fornecedor de tratamento, o empreiteiro da tubulação, o fornecedor de ferramentas e o engenheiro da instalação devem concordar sobre quem é o proprietário do projeto do circuito. Se a cotação terminar na saída do skid, a proposta deverá indicar isso claramente.

6. Materiais molhados e compatibilidade de componentes

Com alta pureza, o material de distribuição pode contribuir com contaminantes. A seleção do material pode envolver polímeros de alta pureza ou aço inoxidável adequadamente preparado, dependendo da aplicação e do padrão vigente.

Definir ou solicitar revisão de:

• materiais de tubulações e tanques;
• materiais de válvula e diafragma;
• bombear peças molhadas;
• elastômeros e vedações;
• método de união;
• requisitos de superfície interna e limpeza;
• embalagem e preservação de componentes de alta pureza.

O material selecionado também deve suportar condições de pressão, temperatura, higienização e instalação. Uma descrição de material como “aço inoxidável” ou “tubo de plástico” é muito genérica para um circuito crítico.

7. Monitoramento, amostragem e integridade de dados

Uma meta de qualidade da água só é significativa quando o projecto define como será medida.

O plano de monitoramento pode incluir resistividade ou condutividade online, TOC, temperatura, fluxo, pressão, intensidade UV, monitoramento de partículas e amostras laboratoriais selecionadas. Para cada parâmetro, considere:

• local de medição;
• faixa normal e limites de alarme;
• alcance e precisão do instrumento;
• compensação de temperatura;
• método e frequência de calibração;
• desenho de painel de amostra;
• registro e retenção de dados;
• ação tomada após um alarme;
• se é necessário um segundo instrumento para confirmação ou redundância.

Priorize instrumentos que indiquem a condição do tratamento e protejam o processo. A amostragem deve evitar a contaminação do ponto de amostragem ou do método de manuseio.

8. Estratégia de sanitização e controle microbiano

O sistema deve ser concebido em torno do método de sanitização acordado. As opções podem incluir sanitização com água quente, sanitização química, abordagens relacionadas com o ozono, UV como parte do controlo microbiano ou outra estratégia específica do projecto.

A abordagem correta depende dos materiais, da tolerância do processo, do cronograma operacional, da segurança e do controle microbiano necessário. Definir:

• temperatura normal de operação;
• método e frequência de higienização;
• componentes incluídos no limite de sanitização;
• monitoramento necessário de temperatura, concentração ou tempo de contato;
• requisitos de drenagem e enxágue;
• segurança do operador e manuseio de produtos químicos;
• critérios de reinicialização e liberação para serviço.

A higienização não substitui o design higiênico. Tanques, respiradouros, tubulações, ramais e práticas de manutenção devem apoiar a estratégia.

9. Disponibilidade, redundância e acesso de manutençãoSe a perda de UPW interromper a produção, o requisito de disponibilidade terá valor comercial direto. Defina quais componentes requerem arranjo de serviço/reserva e como a planta irá operar durante a manutenção.

Possíveis decisões incluem:

• dois trens de produção ou um trem com componentes redundantes selecionados;
• bombas de alta pressão em serviço/reserva;
• bombas de distribuição redundantes;
• EDI sobressalente ou capacidade de polimento;
• armazenamento em espera on-line;
• ignorar a filosofia;
• peças sobressalentes críticas;
• liberação de manutenção e acesso de elevação.

A redundância deve seguir uma revisão do modo de falha. A duplicação de cada componente pode ser antieconômica, enquanto uma única bomba crítica sem um plano de recuperação pode criar tempos de inatividade inaceitáveis.

10. Utilitários, condições do site e interfaces

Forneça alimentação elétrica, pressão de água disponível, drenagem, ar comprimido, limitações de armazenamento de produtos químicos, temperatura ambiente, ventilação, carga no piso, dimensões de acesso e requisitos de área limpa.

Defina também interfaces com controles da planta, armazenamento upstream, ferramentas de produção, fornecimento de produtos químicos, coleta de rejeitos, energia de emergência, aquecimento ou resfriamento e sistemas de segurança.

Para uma remessa internacional, a tensão, a frequência, a tensão de controle, os padrões elétricos, o idioma, a documentação e o protocolo de comunicação devem ser acordados antes do projeto do painel de controle.

11. Comissionamento, qualificação e aceitação

A aceitação da fábrica, o comissionamento no local e a qualificação da qualidade da água são atividades diferentes.

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A aceitação da fábrica pode verificar

• identidade e configuração do equipamento;
• dimensões e principais materiais;
• mão de obra e rotulagem;
• verificações de pressão ou vazamento, quando aplicável;
• rotação da bomba e funcionamento funcional;
• Entrada/saída PLC, alarmes e intertravamentos;
• registros de instalação e calibração de instrumentos;
• circulação de água limpa sempre que possível;
• documentação e prontidão de embalagem.

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O comissionamento do site pode verificar

• utilidades e instalação;
• lavagem e limpeza;
• preparação química;
• startup de equipamentos;
• sequência de controle sob condições locais;
• pontos de ajuste operacionais;
• treinamento de operadores;
• produção inicial de água.

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A qualificação pode ser verificada

• qualidade da água em pontos de amostragem acordados;
• desempenho durante um período acordado;
• resposta às alterações da procura;
• procedimentos de sanitização ou recuperação;
• requisitos de monitorização e registo.

Um teste de fábrica usando água limpa não pode demonstrar a qualidade final do UPW no ponto de uso do cliente. Esse resultado depende da água de alimentação real, do circuito de distribuição concluído, da prática de amostragem, do condicionamento do sistema e da operação estável. O protocolo de aceitação deve definir quem fornece os instrumentos de teste, quais métodos se aplicam, por quanto tempo o teste é executado e o que acontece se um valor estiver fora da faixa acordada.

Uma tabela prática de especificações UPW

A tabela abaixo é uma estrutura, não um conjunto universal de valores. Substitua cada espaço reservado por informações aprovadas pelo projeto.

Como comparar propostas de água ultrapura

Se três fornecedores receberem um RFQ incompleto, um poderá incluir apenas um skid de produção, um poderá adicionar armazenamento e distribuição e um poderá incluir polimento, monitoramento e comissionamento. Os seus preços não podem ser comparados diretamente.

Antes da avaliação comercial, normalize o seguinte:

1. Base de projeto da água de alimentação;
2. limites de água do produto e locais de medição;
3. capacidade líquida de produto na recuperação declarada;
4. etapas de pré-tratamento, purificação primária e polimento;
5. escopo do tanque e do loop;
6. materiais molhados;
7. instrumentos e escopo analítico;
8. abordagem de sanitização;
9. redundância e capacidade disponível durante a manutenção;
10. interfaces de sistema de controle;
11. escopo de teste de fábrica e local;
12. consumíveis, peças sobressalentes, treinamento e exclusões.

Solicite um diagrama de fluxo do processo, balanço hídrico, lista de equipamentos, lista de utilidades, lista preliminar de instrumentos, limite do escopo e suposições de projeto. Uma proposta deve explicar como o sistema protege o processo quando a qualidade varia – e não apenas quais equipamentos operam quando tudo está normal.

Preparação da instalação antes da chegada do equipamento

Antes do envio, confirme a disposição geral, as cargas da fundação, a rota de descarga, drenos, conexões de serviços públicos, energia e aterramento, interfaces de controle, condições do ambiente, armazenamento de componentes, plano de descarga e suprimentos de comissionamento. Durante a inspeção da remessa, verifique se as aberturas sensíveis estão vedadas, se os itens soltos foram identificados, se os instrumentos estão protegidos, se os componentes de alta pureza permanecem adequadamente embalados e se a documentação corresponde às etiquetas do equipamento.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre água purificada e água ultrapura?

Os termos dependem da aplicação. “Água ultrapura” normalmente descreve água controlada a níveis muito baixos de contaminantes selecionados para um processo crítico, enquanto “água purificada” pode referir-se a vários graus industriais ou regulamentados diferentes. O comprador deve definir parâmetros mensuráveis, pontos de amostragem e o padrão aplicável, em vez de confiar apenas no rótulo.

RO mais EDI são sempre suficientes para um sistema de água ultrapura?

Não. RO e EDI podem ser etapas importantes, mas pré-tratamento de alimentação, desgaseificação, controle de TOC, polimento, filtração final, armazenamento, recirculação, materiais e monitoramento também podem ser necessários. O trem apropriado segue as especificações da água de alimentação e do ponto de uso.

Onde a qualidade da UPW deve ser medida?

Meça nos locais que protegem o processo e demonstre o limite acordado. Estes podem incluir a saída de tratamento, o fornecimento do circuito, o retorno do circuito e pontos críticos de utilização. A especificação deve definir a localização, método, faixa normal, limite de alarme e resposta a um resultado fora das especificações.

Por que a qualidade da água pode deteriorar-se no circuito de distribuição?

As causas potenciais incluem materiais inadequados, galhos estagnados, ventilação do tanque, crescimento microbiano, partículas, gases dissolvidos, ganho de calor, má higienização, contaminação de manutenção e longo tempo de residência. O circuito deve ser projetado, instalado, limpo, operado e monitorado como parte do sistema total.

O que deve ser testado antes do envio?

O FAT deve verificar a configuração do equipamento acordado, mão de obra, etiquetas, documentos, controles, intertravamentos, instrumentos e verificações funcionais. Testes de pressão ou vazamento e circulação de água limpa podem ser incluídos quando apropriado. A qualidade final da água no ponto de uso é normalmente verificada após a instalação e condicionamento no local.

Quais documentos um fornecedor de UPW deve fornecer?

Documentos típicos incluem diagramas de processos e instrumentação, disposição geral, listas de equipamentos e instrumentos, requisitos de utilidade, narrativa de controle, desenhos elétricos, informações de materiais, manuais de operação e manutenção, registros de calibração, relatórios de teste, lista de peças sobressalentes e backup de software. O registro exato do documento deve ser acordado antes do pedido.

Conclusão

Um sistema de água ultrapura é um sistema conectado de produção, armazenamento, distribuição, monitoramento e controle. Sua especificação deve começar na aplicação e terminar no ponto onde a qualidade da água é importante.

O RFQ mais útil, portanto, define a variação da água de alimentação, qualidade em pontos de amostragem nomeados, perfil de demanda, condições de loop, materiais, instrumentação, sanitização, disponibilidade, interfaces e aceitação. Quando essas informações são claras, os fornecedores podem propor rotas de processo comparáveis ​​e os compradores podem avaliar o risco em vez de comparar siglas de equipamentos.> CTA final - discuta seu projeto UPW