納爾科在電子半導體行業(yè)應用案例
背景
Atmel公司總部位于美國加州的SanJose，設計、開發(fā)和制造各種半導體產(chǎn)品，包括永久存儲器和內置存儲器、邏輯元件、模擬元件、微處理產(chǎn)品和系統(tǒng)級一體化方案。
此公司位于Colorado Springs的制造廠需要使用大量高質量反滲透去離子水(RODI)，一天24小時、一周7天不間斷，且必須持續(xù)滿足制造和設備支持系統(tǒng)兩者用水的規(guī)格要求。例如，冷凍機、鍋爐、工藝冷卻水、酸洗滌塔、分檔器、涂膠機/顯影機、濕蝕刻系統(tǒng)和擴散系統(tǒng)都要使用設備處理過的水。
在生產(chǎn)高峰期，該工廠每年都使用超過5億加侖水(1加侖等于3.785升)。因此進水的質量對維持關鍵生產(chǎn)/支持生產(chǎn)規(guī)范至關重要。另外，對水處理系統(tǒng)運轉有效性的管理(會影響產(chǎn)品成本的逐步上升)也極為重要。
遇到的問題
現(xiàn)場工廠設備一實際上，整個生產(chǎn)廠幾乎同時面臨著幾個嚴重的水質問題：
目前使用的化學品水處理工藝大大落后于時代，而且缺乏完善的管理。以前的化學品供應商面臨復雜多變的水質條件，無法有效地改進現(xiàn)有的方案，進一步使現(xiàn)有形勢惡化。
1、 一場過去三年西部最嚴重的干旱(自從30年代的旱災以來)使得情況更加惡化。蓄水層和水庫存水量達到最低點，給供水帶來了不利影響。
2、 Colorado Springs市公用資源部(CSU)被迫“混合”水資源，因此進一步降低了水質。水質的改變對Atmel的運轉總成本產(chǎn)生不利影響。為混合水資源，CSU被要求使用不常用的地區(qū)水源一Pinello Wells。根據(jù)CSU的水力模型，混合是解決流量/輸送問題的可行方法。不幸的是，這是以犧牲進水水質以及其他初始模型未能預見到的水利問題為代價的。
解決方案
由于問題的多面性及與生產(chǎn)的相關性，資源部門需要組成一個專門的團隊來盡快解決這一問題。第一步是與幾個知名的化學品水處理公司取得聯(lián)系，請他們參與競標。競標的前提必須包括:技術上有所突破，能解決復雜的水化學變化問題以及實施的方案不能危害工廠設備能力一如生產(chǎn)能力。工廠設備部最終選擇了納爾科。納爾科給出了清楚而簡潔的計劃書，并在Atmel要求的時間范圍內協(xié)助項目執(zhí)行，這是納爾科勝出的兩個決定因素。
其次，Atmel需要將納爾科的計劃與工廠設備部門的項目整合在一起。為做到這一點，團隊必須評估各個因素，包括但不限于：當前的系統(tǒng)運轉狀態(tài)、預期水質惡化速率、對關鍵生產(chǎn)的支持、投資回報、新技術的復雜性(如學習曲線、與已有的可預測性/可預防性維護整合的工作量)和化學水處理反應的變化對生產(chǎn)設備的潛在影響。一旦Atmel/納爾科團隊完成評估，項目即開始實施。
洗滌塔系統(tǒng)
5號建筑(第5廠)內的系統(tǒng)被認為最為關鍵，也最容易被更改。第5廠的布置較新，不太擁擠，這是選擇它的重要因素。第一個糾正措施一開發(fā)出工業(yè)級軟化系統(tǒng)一來消除第5廠酸
洗滌塔系統(tǒng)中堵塞的球形填充介質(SFM)的鈣沉積物。SFM的堵塞不僅降低了系統(tǒng)的效率，而且降低了SFM的使用壽命，后者的降低是由于為盡量減少聚丙烯SFM上變硬的沉淀物，所需要的化學品藥劑濃度和處理頻率的增加(見圖1和圖2)。
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另外，軟化水還可以增加濃縮倍率(COC)，因此加了相關的投資回報率(ROI)，包括化學品處理、能源利用、填充介質更換成本(最短使用壽命5年，最長使用壽命20年/洗滌塔平均更換成本為1萬美元)和總用水量(見圖3)相關的投資回報率(R01)。項目組對反滲透也作了評估，盡管效果很好，但由于每1000加侖水成本為8至9美元，從成本角度來說不合算。
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冷卻塔
從實施的角度出發(fā)，團隊選擇的第二個應用方案是將硫酸注入系統(tǒng)(SAIS)。這一應用更復雜、更有效利用了成本。SAIS的設計使高堿度/高鈣水源的影響最小化，提高總濃縮倍率，從而提高了能源和化學品的使用效率。如前所述，整個州都存在水質問題;但即使在幾年前水質好的條件下，這個方案也是Atmel很感興趣的。在SAIS上線之前，Atmel的濃縮倍率(COC)平均為2.5.目前已達til 7(見圖4和圖5)。
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結果
通過對整個過程的評估，專家們發(fā)現(xiàn)對Atmel和周圍社區(qū)而言，有5方面的益處：
1．節(jié)水
2．資源利用
3．符合ISO 14001/6-sigma
4．水質
5．運轉成本降低
節(jié)水的數(shù)字本身已說明了問題;最初的計劃表明每年大約可以節(jié)水3千萬加侖(30MG)。在洗滌塔和冷卻塔之間，計算結果表明每年可以節(jié)約50,000磅化學處理品(1磅為0,454公斤)。節(jié)約的水和化學品已經(jīng)可以證明這一方案的價值(見圖6)。而其對企業(yè)環(huán)保形象的改善，更體現(xiàn)了Atmel對社區(qū)和大自然的一貫負責與支持的態(tài)度。
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資源利用率得以提高，這種說法并未夸大。由于新處理方案的自動化和水質改善帶來的總效率提高，Atmel的資源利用率增加了22%以上。在水處理方面，預防性維護時間所占的百分比提高，這更直接證明了資能源利用率的提高。
ISO 14001 /6-sigma在半導體工業(yè)中的地位越來越高。Atmel的客戶要求具有環(huán)保意識的供應商，需要供應商有穩(wěn)定的表現(xiàn)和持續(xù)的改進。最近Atmel獲得了ISO 14001認證。該認證的一部分就是Atmel的水質和節(jié)水成就。客戶定期審核，要求符合6-sigma要求的改善程序歸檔。Atmel改善水系統(tǒng)的能力以及后來的改進方案是Atmel普遍受到其客戶好評的重要因素。
水質影響項目評估的2個最重要的方面是技術和成本。進水的質量也影響了許多直接影響系統(tǒng)整合度、運轉成本、資源利用和使用壽命的其他參數(shù)。圖3-7闡述的幾點好處反映了水質的重要性。例如，對復雜并互相依賴的水處理設備的簡化是切實改善水質的一個重要因素。反滲透去離子水(RODI)系統(tǒng)的進水質量直接影響膜的使用壽命、再生循環(huán)、過濾器介質、污染物問題和樹脂混床。所有這些問題對性能和使用壽命的影響得到了測量。如果由于生物積垢，這些組分的使用壽命縮短或處理過程變復雜，對公司的時間、資源和成本就會受到負面影響。
運行成本對Atmel在現(xiàn)在和將來的保持競爭力都十分重要。設備部門的職責是盡可能減少工廠的成本。前面所述的幾點有一個共同點，即可以減少工廠的運轉成本，實現(xiàn)利潤的提高。Atmel在ColoradoSprings的設備部門通過努力證明了可以盡量降低成本影響，使其管理的支持系統(tǒng)的效能最優(yōu)化。工廠冷卻塔和第5號建筑的洗滌塔成本減少，Colorado Springs的工廠可以每年節(jié)約173,455.00美元的運轉成本。在最終總結中，Atmel的總成果體現(xiàn)在：
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1、資源利用率增加了22%
2、每年節(jié)水53.5 MG(約20萬噸) (見圖7)
3、每年節(jié)約水處理化學品50,000 磅(約22.7噸)
4、支持6-sig m a/ISO 14001
5、對當?shù)厣鐓^(qū)環(huán)保的支持
6、與市政府合作的水質項目
7、每年可節(jié)約成本173.455.00美元
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