2024年5月10日发(作者：伍盼香)
第 57 卷第 5 期
2020 年 10 月
化 工 设 备 与 管 道
PROCESS EQUIPMENT & PIPING
Vol. 57 No. 5
Oct. 2020
１ ５００ t/a系列多晶硅项目布置及管道设计特点探讨
胡爱新
1
，胡光初
2
（1. 中国成达工程有限公司，成都 610041；2. 中国化学工程第三建设有限公司，合肥 230000）
摘 要
：近几年，在半导体市场中太阳能电池产量持续增长的推动下，多晶硅生产能力不断扩大，产
量逐年增加，多晶硅类项目是一种新型的能源产业。以笔者自身参与的1 500 t/a多晶硅项目为依据，
结合参与的多次1 500 t/a多晶硅项目现场施工和开车整改情况，阐述了1 500 t/a系列多晶硅项目工艺说
明、设备布置的原则和特点，并举例说明管道设计的一般要求和注意事项，以便在同类项目设计中借
鉴和参考，达到节省人力，提高效率、降低成本的目的。
关键词
：多晶硅项目布置；提高效率；降低成本
中图分类号
：TQ 050.2；TH 122
文献标识码
：A
文章编号
：1009-3281（2020）05-0076-004
多晶硅产品是生产单晶硅及硅片的唯一原材料，
硅片大部分用来制作集成电路及太阳能电池，其市场
需求与半导体集成电路市场及太阳能光伏发电产业
的发展密切相关，进入1990年代以来，在半导体市
场及太阳能电池产量持续增长的推动下，多晶硅生产
能力不断扩大，产量逐年增加，市场前景可观。
本文以笔者参与的多个1 500 t/a系列多晶项目
的设计为依据，结合多晶硅项目现场施工和开车使用
情况，简要阐述1 500 t/a系列多晶硅项目布置特点，
管道配管的特殊要求。以便在同类项目设计中借鉴和
参考，达到优化设计，降低成本，节省投资的目的。
合工艺和操作要求，突出核心的还原/氢化厂房，公
用工程装置围绕在工艺装置周围进行布置。
多晶硅主装置由以下10部分组成：氯化氢合成，
三氯氢硅合成，提纯，中间罐区，还原/氢化（包括
变压器部分），CDI-1，2，3，废气残液处理，工艺
废物处理，整理厂房，内管廊。
２.２ 工艺主装置布置执行原则
（1）满足安全要求，执行GB 50160—2018《石
油化工企业设计防火规范》
[1]
，GB 50016—2008《建
筑设计防火规范》
[2]
的规范要求。
（2）满足工艺要求。按工艺流程化的特点合理
安排各工序的相对关系，以实现管线（电缆/仪表桥
架）最短原则。
（3）满足安装、操作、维修要求。
（4）实现装置一体化、露天化，减少管道长度，
减少占地面积，达到节省投资目标。
（5）实现装置美观。
１ １ ５００ t/a系列多晶硅工艺简介
1 500 t/a产电路级多晶硅，其主要的生产工艺，
是通过氢气和氯气合成氯化氢，再用氯化氢与硅粉反
应生成粗三氯氢硅，用精馏的方法从粗三氯氢硅中分
离出高纯度的三氯氢硅，再将汽化的三氯氢硅，与氢
气按一定比例混合引入多晶硅还原炉。在置于还原炉
内的棒状硅芯两端加以电压，产生高温。在高温硅芯
表面，三氯氢硅被氢气还原成元素硅，并沉积在硅芯
表面，逐渐生成所需规格的多晶硅棒。
３ 主要工艺厂房布置特点
３.１ HCl合成工序设备布置特点
从区域角度，本工序可划分为三部分：氯化氢
合成炉部分、框架部分、贮罐部分；三部分呈L型布置。
收稿日期
：2020-07-28
作者简介
： 胡爱新（1981—），男，高级工程师。主要从事石油
与化工类项目管道设计、施工和项目管理等工 作。
２ 装置布置特点和原则
２.１ 工艺主装置布置特点
1 500 t/a系列多晶硅装置布置最大特点是紧密结
2020 年 10 月
胡爱新，等. 1 500 t/a系列多晶硅项目布置及管道设计特点探讨
·
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·
合成炉是炉体内产生明火的高温高压核心设备，布
置于框架外侧，框架部分布置在合成炉和管廊之间，
旁边靠管廊处布置贮罐设施。合成炉和框架之间设
置有观察室，观察室与合成炉之间用防爆墙分隔开，
以保证观察室人员在观察炉子内火焰颜色时的操作
安全。氯化氢合成框架采用钢结构，因盐酸的腐蚀严
重，楼面采用混凝土楼面。框架长20 m，宽12 m，
高30 m，分四层布置，顶部设有1 t电动葫芦用于检
修尾气吸收设备。
３.２ 三氯氢硅合成工序设备布置特点
本工序的特点是管道有固体粉料输送，容易堵
塞和结焦，因此，按工艺要求在布置时对设备的高差
有严格的要求。本工序的布置情况是：采用钢结构框
架，楼面为钢格栅板，21 m高的三氯氢硅合成炉置
于框架内。框架长25 m，宽30 m，高48 m，分六层
布置，框架顶部设置有3 t吊车用于运输硅粉和检修
设备。4台SiHCl
3
合成炉支撑在21 m层楼面，炉子
顶部分别是硅粉处理的辅助设备，框架一楼设置有碱
液地槽用于间断处理合成炉排出的废料硅粉，根据规
范要求，在框架旁设有一部消防电梯
[1]
。
３.３ 提纯工序设备布置特点
提纯工序是采用钢结构框架形式露天布置，框架
长64 m，宽16 m，高46.5 m，塔区部分六层布置，框
架顶部设置有3 t吊车用于检修塔顶冷凝器设备， 14台
精馏塔支撑在地面，布置在钢框架内，精馏塔顶部布
置冷凝器，地面布置泵和部分辅助设备。该工序大型
塔设备和辅助设备比较多，但布置紧凑，占地面积小。
３.４ 氯硅烷存储工序设备布置特点
按工艺原则氯硅烷存储工序不同介质的储罐组
采用分开布置，在满足安全间距的前提下，各罐组用
防火堤隔开，联合布置为一个整体。该工序分别由第
一部分精三氯氢硅9个储罐，第二部分2个二级三氯
氢硅储罐与4个合成氯硅烷储罐，以及事故排放槽
等组成。罐区中间布置有6 m宽两层管廊，管廊底
下布置有机泵，用于输送和连接进出各储罐的管道。
鉴于氯硅烷介质容易受温度影响，储罐外壁加设保温
层，罐区顶部设置有遮阳蓬。
３.５ 三氯氢硅还原/四氯化硅氢化工序设备布置特点
三氯氢硅还原工序是多晶硅装置的核心厂房，
与四氯化硅氢化厂房联合布置在一起。厂房采用钢结
构框架的混凝土楼面，长102 m，宽43 m，分两层
布置，上层中部布置20台还原炉，单边每侧各10台，
上层两侧分别布置SiHCl
3
缓冲罐、汽化器、回流排、
冷凝器等，下层中间布置冷却水系体，下层两旁布置
变压器和电控柜组。厂房顶部设置有通风系统，二层
是洁净厂房。二楼设置有16 t吊车用于检修和起吊
还原炉，端头设置有通向后处理厂房硅棒运输通道。
四氯化硅氢化分两层布置，中间两侧布置10台
氢化炉，单边每侧5台，外两侧房间分别布置四氯化
硅缓冲罐、汽化器和汽液分离器、冷凝器等，二楼设
置有16 t吊车用于检修起吊氢化炉。还原厂房和四
氯化硅氢化厂房是两个组合衔接在一起的厂房，两厂
房共用两台吊车。两厂房中间预留有1 m宽伸缩缝，
两个厂房组合在一起很大程度上节省了占地面积，节
省了管道长度，既能满足工艺和规范要求，也使操作
流畅，同时达到了整齐美观的效果。
由于起吊炉筒频繁，每个炉筒4 t重，荷载过大，
在二楼划定固定区域分别摆放原炉筒、氢化炉筒，以
利于减轻楼面操作荷载，可以节省结构材料，同时也
避免操作过程中乱停乱放，在很大程度上也规范了操
作程序。
３.６ 废气残液处理工序设备布置特点
废气残液处理工序分三部分组成，废气残液处
理工序-1用于处理罐区和氯硅烷分离提纯工序的废
气残液，废气残液处理工序-2用于处理SiHCl
3
合成
/还原/氢化/CDI处的废气残液，废气残液处理工序-3
用于清洗还原炉炉筒。
废气残液处理工序-1/2因为考虑腐蚀性强，都采
用混凝土结构，分两层布置，每4 m一跨内放置一组
塔，每组洗涤塔单独隔离开来，每组塔分别插入单独
的碱液槽内，碱液槽下设置废液接受槽，二层布置液
封罐，液封罐上有排放管道，排放管顺排架引至高点
处排放。废气残液处理工序-1有3组塔分3跨，每
跨4 m，总长12 m，按总宽8.6 m布置，残液收集槽
紧邻其框架端头布置。废气残液处理工序-3炉体清
洗是带顶棚的钢结构，沿地面四周设置有1 m高围墙，
用于清洗炉筒，中间四周设置有清洗排放沟，废液经
过排放沟排放至废液接受槽，槽内设置有排污泵，框
架顶部设置有10 t吊车，用于起吊还原炉筒进行清洗。
４ 管道设计的特点和一般要求
４.１ 三氯氢硅合成工序向废气残液工序输送废弃物
料管线设计特点
废气物料介质黏稠性较大，在温度较高时废弃
·
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化 工 设 备 与 管 道
第 57 卷第 5 期
固体物料在管道内壁容易结焦和堵塞管道，因此，针
对这种特殊要求在配管时要特别注意（如图1所示）。
首先，在布置上要求废气残液工序框架离三氯氢硅合
成工序框架在满足安全规范的前提下布置间距最小，
用于缩短管道长度，减少堵塞。其次，在每隔3~6 m
直管和弯头处增设可拆卸法兰，便于管道拆卸和清
洗。另外，管道设计过程中采用大弯头（
R
=5
D
）连接，
设置为大坡度走向，并且无高低袋形直接坡向废气残
液处理工序的洗涤塔。
N
2
图１ 坡度管
Fig.1 Pipe with slope
为避免管道内残留的氯硅烷气体刺激人体影响
健康，特在坡度管线上增设氮气吹扫口，拆卸管道时
先用氮气吹扫干净。
４.２ 提纯工序循环水增压泵管线设计特点
循环水增压管线是
DN
600以上大口径管道，垂
直高度达到40 m以上，在泵开停车过程中，形成的
水锤作用引起管道很大震动，现场几次停车时，因水
锤作用力把蝶阀撞裂（见图2）。在这种情况下，首
先应解决管道支撑问题。
承
重
支
架
导
向
支
架
图２ 循环水增压管线
Fig.2 Circulating water super-charging piping
现场修改时，在靠近泵集中载荷处设置固定支
架，且依托框架在垂直管道顶端设置承重管架，中间
部位依托框架每层设置导向架。为解决水锤对阀门的
影响，阀门不宜安装在立管上，修改安装在沿地面敷
设的水平管道上。
４.３ 储存工序
（
中间罐区
）
安全阀出口管线设计特点
中间罐区单组10台储罐，单罐每台100 m
3
，罐
内氯硅烷介质易燃。每台单罐上的安全阀排放口，排
放的氯硅烷气体容易冷凝，与大气接触后形成盐酸，
腐蚀性较强。
管道设计特点：易冷凝的安全阀排放气须进行
回收，在设计过程中安全阀总管要低于安全阀出口，
而且总管不能有高低袋形，总管内介质依靠自流进入
回收罐。总管口径较大，在设计过程中要考虑到人行
通道和操作需要，如图3所示。
D
N
2
0
图３ 安全阀排放管线
Fig.3 Safety valve vent pipe
４.４ 精馏塔顶冷凝器
（
立式
）
循环水配管要求
立式冷凝器的循环水走壳层，循环水的出水管
口在冷凝器上封头的切线处，按一般配管冷凝器的循
环水出口管线可以水平接，也可以向下弯。但从现场
开车后运行的情况看，冷凝器容易烧坏，拆卸冷凝器
检查，发现上封头未被循环水冷却的设备内壁烧焦而
损坏。
因此，针对高温换热的冷凝器循环水配管，要
考虑到冷凝器的顶部有难以充满水的死区，也要注意
循环水受水压的影响，超高层水压不足的情况。在配
管上要求循环水出水管高于冷凝器的顶部，冷凝器
的循环水出口管线可以设计成向上弯的倒“U”型管，
要高于冷凝器不易冲水的顶部的死区，也可以采用把
循环水的回总管布置高于冷凝器的方法。
４.５ 还原炉尾气管线设计特点
MSA还原炉尾气管道（李比希管）是采用特殊
的夹套管线，夹套内管走SiHCl
3
尾气，管道内壁走
2020 年 10 月
胡爱新，等. 1 500 t/a系列多晶硅项目布置及管道设计特点探讨
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·
SiHCl
3
物料，夹套中间走的循环冷却水，夹套管是
气液两相流管道，且温度在300 ℃左右，开车时管道
有一定的震动并产生较大的应力，如图4所示。
原理以及塔内喷头的检修和拆卸了解清楚。
（2）在设计上，尾气管线要斜插入塔内或高于
该管口，避免碱液沿塔内壁流入尾气管，与氯硅烷尾
气反应后结晶，造成管道堵塞。
（3）考虑到停车阶段清洗管道和拆卸洗涤塔喷
循环水冷却水口
尾气
管线
支腿
滑动支架
SiHCl3物料口
头的需要，要在环管上加可拆卸法兰，并且塔手孔要
设置在能拆卸喷头的位置。
（4）在停车后尾气管线形成负压，在塔内正压
的作用下碱液容易压入尾气管线内，因此在管口最近
点设置切断阀，准备停车前先关闭切断阀。
图４ MSA还原炉尾气管道
Fig.4 MSA reduction furnace tail gas pipeline
５ 结束语
通过对1 500 t/a系列多晶硅装置布置和管道设
计特点的探讨，突出核心装置的合理规范化布置，以
及对现场管道的修改进行总结，对于提升装置布置设
计水平，优化特殊管道的设计有着重要意义。装置
设备布置和管道设计是一个统一的整体，综合性强，
在满足安全规范和工艺要求的原则下，设备和管道布
置简洁美观，合理紧凑，操作流畅，能为安全操作与
控制方面打下合理可靠的基础， 同时也具备了达到节
省投资，降低能耗的目的。
在配管过程中先要解决的是管道震动和应力问
题，在弯头处设置滑动管架。
图4中，还原炉子尾气管线在楼面与支架之间
增加两块滑板，既能吸收管道轴向位移，同时也可以
利用管道自身垂直荷载削弱震动。其次，配管过程中
既要满足夹套管有15 m长冷却、管道到还原炉短平
直的要求，又要尽可能节省有限的空间。
４.６ 入废气残液工序内洗涤塔的尾气管线设计特点
进入洗涤塔内的尾气管线在塔内壁管口处与碱
液反应后容易结晶堵塞管道口，同时在停车阶段要进
行清洗和检修喷头，现场修改的尾气管线管口，设计
有如下要求：
（1）在配置洗涤塔尾气管线前要对洗涤塔工作
参考文献
[1]
[2]
[3]
GB 50160—2018， 石油化工企业设计防火规范[S].
GB 50016—2018， 建筑设计防火规范[S].
宋岢岢. 压力管道设计及工程实例[M]. 北京：化学工业出
版社， 2011.
Discussion of Characteristics in Piping Design and Equipment Layout for
１ ５００ t/a Series Polysilicon Project
Hu Aixin
１
, Hu Guangchu
２
（
1. China chengda engineering Co., Ltd, Chengdu 610041, China; 2. China Chemical Engineering No. 3 Construction Co.,
Hefei 230000, China
）
Abstract:
In recent years, driven by continuous growthin solar cell production and semiconductor market, polysilicon production
capacity is being increased continually and the production output is increased by years, polysiliconhas been a new energy industry.
In this article,based on the engineering of 1 500 t/a Stock in which the author took part personally, and referring site construction and
rectification after start-up ofseveral 1 500 t/a Polysilicon Project the author also participated, the process explanation, the philosophy
of equipment layout are general requirements and special items in the piping engineering in 1 500 t/a series
Polysiliconproject were described, which may be referenced in the similar projects so as to save manpower, improve efficiency, and
save cost.
Keywords:
polysilicon project layout;improving efficiency; costreduction
2024年5月10日发(作者：伍盼香)
第 57 卷第 5 期
2020 年 10 月
化 工 设 备 与 管 道
PROCESS EQUIPMENT & PIPING
Vol. 57 No. 5
Oct. 2020
１ ５００ t/a系列多晶硅项目布置及管道设计特点探讨
胡爱新
1
，胡光初
2
（1. 中国成达工程有限公司，成都 610041；2. 中国化学工程第三建设有限公司，合肥 230000）
摘 要
：近几年，在半导体市场中太阳能电池产量持续增长的推动下，多晶硅生产能力不断扩大，产
量逐年增加，多晶硅类项目是一种新型的能源产业。以笔者自身参与的1 500 t/a多晶硅项目为依据，
结合参与的多次1 500 t/a多晶硅项目现场施工和开车整改情况，阐述了1 500 t/a系列多晶硅项目工艺说
明、设备布置的原则和特点，并举例说明管道设计的一般要求和注意事项，以便在同类项目设计中借
鉴和参考，达到节省人力，提高效率、降低成本的目的。
关键词
：多晶硅项目布置；提高效率；降低成本
中图分类号
：TQ 050.2；TH 122
文献标识码
：A
文章编号
：1009-3281（2020）05-0076-004
多晶硅产品是生产单晶硅及硅片的唯一原材料，
硅片大部分用来制作集成电路及太阳能电池，其市场
需求与半导体集成电路市场及太阳能光伏发电产业
的发展密切相关，进入1990年代以来，在半导体市
场及太阳能电池产量持续增长的推动下，多晶硅生产
能力不断扩大，产量逐年增加，市场前景可观。
本文以笔者参与的多个1 500 t/a系列多晶项目
的设计为依据，结合多晶硅项目现场施工和开车使用
情况，简要阐述1 500 t/a系列多晶硅项目布置特点，
管道配管的特殊要求。以便在同类项目设计中借鉴和
参考，达到优化设计，降低成本，节省投资的目的。
合工艺和操作要求，突出核心的还原/氢化厂房，公
用工程装置围绕在工艺装置周围进行布置。
多晶硅主装置由以下10部分组成：氯化氢合成，
三氯氢硅合成，提纯，中间罐区，还原/氢化（包括
变压器部分），CDI-1，2，3，废气残液处理，工艺
废物处理，整理厂房，内管廊。
２.２ 工艺主装置布置执行原则
（1）满足安全要求，执行GB 50160—2018《石
油化工企业设计防火规范》
[1]
，GB 50016—2008《建
筑设计防火规范》
[2]
的规范要求。
（2）满足工艺要求。按工艺流程化的特点合理
安排各工序的相对关系，以实现管线（电缆/仪表桥
架）最短原则。
（3）满足安装、操作、维修要求。
（4）实现装置一体化、露天化，减少管道长度，
减少占地面积，达到节省投资目标。
（5）实现装置美观。
１ １ ５００ t/a系列多晶硅工艺简介
1 500 t/a产电路级多晶硅，其主要的生产工艺，
是通过氢气和氯气合成氯化氢，再用氯化氢与硅粉反
应生成粗三氯氢硅，用精馏的方法从粗三氯氢硅中分
离出高纯度的三氯氢硅，再将汽化的三氯氢硅，与氢
气按一定比例混合引入多晶硅还原炉。在置于还原炉
内的棒状硅芯两端加以电压，产生高温。在高温硅芯
表面，三氯氢硅被氢气还原成元素硅，并沉积在硅芯
表面，逐渐生成所需规格的多晶硅棒。
３ 主要工艺厂房布置特点
３.１ HCl合成工序设备布置特点
从区域角度，本工序可划分为三部分：氯化氢
合成炉部分、框架部分、贮罐部分；三部分呈L型布置。
收稿日期
：2020-07-28
作者简介
： 胡爱新（1981—），男，高级工程师。主要从事石油
与化工类项目管道设计、施工和项目管理等工 作。
２ 装置布置特点和原则
２.１ 工艺主装置布置特点
1 500 t/a系列多晶硅装置布置最大特点是紧密结
2020 年 10 月
胡爱新，等. 1 500 t/a系列多晶硅项目布置及管道设计特点探讨
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合成炉是炉体内产生明火的高温高压核心设备，布
置于框架外侧，框架部分布置在合成炉和管廊之间，
旁边靠管廊处布置贮罐设施。合成炉和框架之间设
置有观察室，观察室与合成炉之间用防爆墙分隔开，
以保证观察室人员在观察炉子内火焰颜色时的操作
安全。氯化氢合成框架采用钢结构，因盐酸的腐蚀严
重，楼面采用混凝土楼面。框架长20 m，宽12 m，
高30 m，分四层布置，顶部设有1 t电动葫芦用于检
修尾气吸收设备。
３.２ 三氯氢硅合成工序设备布置特点
本工序的特点是管道有固体粉料输送，容易堵
塞和结焦，因此，按工艺要求在布置时对设备的高差
有严格的要求。本工序的布置情况是：采用钢结构框
架，楼面为钢格栅板，21 m高的三氯氢硅合成炉置
于框架内。框架长25 m，宽30 m，高48 m，分六层
布置，框架顶部设置有3 t吊车用于运输硅粉和检修
设备。4台SiHCl
3
合成炉支撑在21 m层楼面，炉子
顶部分别是硅粉处理的辅助设备，框架一楼设置有碱
液地槽用于间断处理合成炉排出的废料硅粉，根据规
范要求，在框架旁设有一部消防电梯
[1]
。
３.３ 提纯工序设备布置特点
提纯工序是采用钢结构框架形式露天布置，框架
长64 m，宽16 m，高46.5 m，塔区部分六层布置，框
架顶部设置有3 t吊车用于检修塔顶冷凝器设备， 14台
精馏塔支撑在地面，布置在钢框架内，精馏塔顶部布
置冷凝器，地面布置泵和部分辅助设备。该工序大型
塔设备和辅助设备比较多，但布置紧凑，占地面积小。
３.４ 氯硅烷存储工序设备布置特点
按工艺原则氯硅烷存储工序不同介质的储罐组
采用分开布置，在满足安全间距的前提下，各罐组用
防火堤隔开，联合布置为一个整体。该工序分别由第
一部分精三氯氢硅9个储罐，第二部分2个二级三氯
氢硅储罐与4个合成氯硅烷储罐，以及事故排放槽
等组成。罐区中间布置有6 m宽两层管廊，管廊底
下布置有机泵，用于输送和连接进出各储罐的管道。
鉴于氯硅烷介质容易受温度影响，储罐外壁加设保温
层，罐区顶部设置有遮阳蓬。
３.５ 三氯氢硅还原/四氯化硅氢化工序设备布置特点
三氯氢硅还原工序是多晶硅装置的核心厂房，
与四氯化硅氢化厂房联合布置在一起。厂房采用钢结
构框架的混凝土楼面，长102 m，宽43 m，分两层
布置，上层中部布置20台还原炉，单边每侧各10台，
上层两侧分别布置SiHCl
3
缓冲罐、汽化器、回流排、
冷凝器等，下层中间布置冷却水系体，下层两旁布置
变压器和电控柜组。厂房顶部设置有通风系统，二层
是洁净厂房。二楼设置有16 t吊车用于检修和起吊
还原炉，端头设置有通向后处理厂房硅棒运输通道。
四氯化硅氢化分两层布置，中间两侧布置10台
氢化炉，单边每侧5台，外两侧房间分别布置四氯化
硅缓冲罐、汽化器和汽液分离器、冷凝器等，二楼设
置有16 t吊车用于检修起吊氢化炉。还原厂房和四
氯化硅氢化厂房是两个组合衔接在一起的厂房，两厂
房共用两台吊车。两厂房中间预留有1 m宽伸缩缝，
两个厂房组合在一起很大程度上节省了占地面积，节
省了管道长度，既能满足工艺和规范要求，也使操作
流畅，同时达到了整齐美观的效果。
由于起吊炉筒频繁，每个炉筒4 t重，荷载过大，
在二楼划定固定区域分别摆放原炉筒、氢化炉筒，以
利于减轻楼面操作荷载，可以节省结构材料，同时也
避免操作过程中乱停乱放，在很大程度上也规范了操
作程序。
３.６ 废气残液处理工序设备布置特点
废气残液处理工序分三部分组成，废气残液处
理工序-1用于处理罐区和氯硅烷分离提纯工序的废
气残液，废气残液处理工序-2用于处理SiHCl
3
合成
/还原/氢化/CDI处的废气残液，废气残液处理工序-3
用于清洗还原炉炉筒。
废气残液处理工序-1/2因为考虑腐蚀性强，都采
用混凝土结构，分两层布置，每4 m一跨内放置一组
塔，每组洗涤塔单独隔离开来，每组塔分别插入单独
的碱液槽内，碱液槽下设置废液接受槽，二层布置液
封罐，液封罐上有排放管道，排放管顺排架引至高点
处排放。废气残液处理工序-1有3组塔分3跨，每
跨4 m，总长12 m，按总宽8.6 m布置，残液收集槽
紧邻其框架端头布置。废气残液处理工序-3炉体清
洗是带顶棚的钢结构，沿地面四周设置有1 m高围墙，
用于清洗炉筒，中间四周设置有清洗排放沟，废液经
过排放沟排放至废液接受槽，槽内设置有排污泵，框
架顶部设置有10 t吊车，用于起吊还原炉筒进行清洗。
４ 管道设计的特点和一般要求
４.１ 三氯氢硅合成工序向废气残液工序输送废弃物
料管线设计特点
废气物料介质黏稠性较大，在温度较高时废弃
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化 工 设 备 与 管 道
第 57 卷第 5 期
固体物料在管道内壁容易结焦和堵塞管道，因此，针
对这种特殊要求在配管时要特别注意（如图1所示）。
首先，在布置上要求废气残液工序框架离三氯氢硅合
成工序框架在满足安全规范的前提下布置间距最小，
用于缩短管道长度，减少堵塞。其次，在每隔3~6 m
直管和弯头处增设可拆卸法兰，便于管道拆卸和清
洗。另外，管道设计过程中采用大弯头（
R
=5
D
）连接，
设置为大坡度走向，并且无高低袋形直接坡向废气残
液处理工序的洗涤塔。
N
2
图１ 坡度管
Fig.1 Pipe with slope
为避免管道内残留的氯硅烷气体刺激人体影响
健康，特在坡度管线上增设氮气吹扫口，拆卸管道时
先用氮气吹扫干净。
４.２ 提纯工序循环水增压泵管线设计特点
循环水增压管线是
DN
600以上大口径管道，垂
直高度达到40 m以上，在泵开停车过程中，形成的
水锤作用引起管道很大震动，现场几次停车时，因水
锤作用力把蝶阀撞裂（见图2）。在这种情况下，首
先应解决管道支撑问题。
承
重
支
架
导
向
支
架
图２ 循环水增压管线
Fig.2 Circulating water super-charging piping
现场修改时，在靠近泵集中载荷处设置固定支
架，且依托框架在垂直管道顶端设置承重管架，中间
部位依托框架每层设置导向架。为解决水锤对阀门的
影响，阀门不宜安装在立管上，修改安装在沿地面敷
设的水平管道上。
４.３ 储存工序
（
中间罐区
）
安全阀出口管线设计特点
中间罐区单组10台储罐，单罐每台100 m
3
，罐
内氯硅烷介质易燃。每台单罐上的安全阀排放口，排
放的氯硅烷气体容易冷凝，与大气接触后形成盐酸，
腐蚀性较强。
管道设计特点：易冷凝的安全阀排放气须进行
回收，在设计过程中安全阀总管要低于安全阀出口，
而且总管不能有高低袋形，总管内介质依靠自流进入
回收罐。总管口径较大，在设计过程中要考虑到人行
通道和操作需要，如图3所示。
D
N
2
0
图３ 安全阀排放管线
Fig.3 Safety valve vent pipe
４.４ 精馏塔顶冷凝器
（
立式
）
循环水配管要求
立式冷凝器的循环水走壳层，循环水的出水管
口在冷凝器上封头的切线处，按一般配管冷凝器的循
环水出口管线可以水平接，也可以向下弯。但从现场
开车后运行的情况看，冷凝器容易烧坏，拆卸冷凝器
检查，发现上封头未被循环水冷却的设备内壁烧焦而
损坏。
因此，针对高温换热的冷凝器循环水配管，要
考虑到冷凝器的顶部有难以充满水的死区，也要注意
循环水受水压的影响，超高层水压不足的情况。在配
管上要求循环水出水管高于冷凝器的顶部，冷凝器
的循环水出口管线可以设计成向上弯的倒“U”型管，
要高于冷凝器不易冲水的顶部的死区，也可以采用把
循环水的回总管布置高于冷凝器的方法。
４.５ 还原炉尾气管线设计特点
MSA还原炉尾气管道（李比希管）是采用特殊
的夹套管线，夹套内管走SiHCl
3
尾气，管道内壁走
2020 年 10 月
胡爱新，等. 1 500 t/a系列多晶硅项目布置及管道设计特点探讨
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SiHCl
3
物料，夹套中间走的循环冷却水，夹套管是
气液两相流管道，且温度在300 ℃左右，开车时管道
有一定的震动并产生较大的应力，如图4所示。
原理以及塔内喷头的检修和拆卸了解清楚。
（2）在设计上，尾气管线要斜插入塔内或高于
该管口，避免碱液沿塔内壁流入尾气管，与氯硅烷尾
气反应后结晶，造成管道堵塞。
（3）考虑到停车阶段清洗管道和拆卸洗涤塔喷
循环水冷却水口
尾气
管线
支腿
滑动支架
SiHCl3物料口
头的需要，要在环管上加可拆卸法兰，并且塔手孔要
设置在能拆卸喷头的位置。
（4）在停车后尾气管线形成负压，在塔内正压
的作用下碱液容易压入尾气管线内，因此在管口最近
点设置切断阀，准备停车前先关闭切断阀。
图４ MSA还原炉尾气管道
Fig.4 MSA reduction furnace tail gas pipeline
５ 结束语
通过对1 500 t/a系列多晶硅装置布置和管道设
计特点的探讨，突出核心装置的合理规范化布置，以
及对现场管道的修改进行总结，对于提升装置布置设
计水平，优化特殊管道的设计有着重要意义。装置
设备布置和管道设计是一个统一的整体，综合性强，
在满足安全规范和工艺要求的原则下，设备和管道布
置简洁美观，合理紧凑，操作流畅，能为安全操作与
控制方面打下合理可靠的基础， 同时也具备了达到节
省投资，降低能耗的目的。
在配管过程中先要解决的是管道震动和应力问
题，在弯头处设置滑动管架。
图4中，还原炉子尾气管线在楼面与支架之间
增加两块滑板，既能吸收管道轴向位移，同时也可以
利用管道自身垂直荷载削弱震动。其次，配管过程中
既要满足夹套管有15 m长冷却、管道到还原炉短平
直的要求，又要尽可能节省有限的空间。
４.６ 入废气残液工序内洗涤塔的尾气管线设计特点
进入洗涤塔内的尾气管线在塔内壁管口处与碱
液反应后容易结晶堵塞管道口，同时在停车阶段要进
行清洗和检修喷头，现场修改的尾气管线管口，设计
有如下要求：
（1）在配置洗涤塔尾气管线前要对洗涤塔工作
参考文献
[1]
[2]
[3]
GB 50160—2018， 石油化工企业设计防火规范[S].
GB 50016—2018， 建筑设计防火规范[S].
宋岢岢. 压力管道设计及工程实例[M]. 北京：化学工业出
版社， 2011.
Discussion of Characteristics in Piping Design and Equipment Layout for
１ ５００ t/a Series Polysilicon Project
Hu Aixin
１
, Hu Guangchu
２
（
1. China chengda engineering Co., Ltd, Chengdu 610041, China; 2. China Chemical Engineering No. 3 Construction Co.,
Hefei 230000, China
）
Abstract:
In recent years, driven by continuous growthin solar cell production and semiconductor market, polysilicon production
capacity is being increased continually and the production output is increased by years, polysiliconhas been a new energy industry.
In this article,based on the engineering of 1 500 t/a Stock in which the author took part personally, and referring site construction and
rectification after start-up ofseveral 1 500 t/a Polysilicon Project the author also participated, the process explanation, the philosophy
of equipment layout are general requirements and special items in the piping engineering in 1 500 t/a series
Polysiliconproject were described, which may be referenced in the similar projects so as to save manpower, improve efficiency, and
save cost.
Keywords:
polysilicon project layout;improving efficiency; costreduction