面向半导体显示器制造企业的设备安全管理方法研究

 

第 1 章 绪论

 

1.1 研究背景

自 1987 年提出可持续发展概念后，各个国家也都在积极地调产业布局和优化产业结构。先进的能源生产技术在实现可持续发展方面彰显着至关重要的作用，不仅可以减少环境污染，而且可以有效降低安全生产事故，同时，半导体显示制造行业也将面临更多的关于发展与创新的挑战[1]。众所周知，半导体显示行业因生产工艺的要求，存在着一定的工业安全和职业健康危害因素，如半导体显示企业的生产设备通常安装在密闭的洁净厂房内，一旦因为设备原因导致火灾，容易堵塞疏散线路，而且同时也引起了通风不畅等问题，最终导致大量人员死亡。此外，半导体显示制造企业存在生产过程中存在着多种风险，如机械伤害、有限空间、高空坠落等。在职业健康方面工艺制造过程中的自动化机械设备会涉及强电、危险性气体、危险化学品、机械伤害等因素[2]。工作环境中暴露的危险因素会对人体健康构成潜在的威胁，而参照《职业病危害因素分类目录》，半导体显示制造企业至少存在 5 种职业病危害因素，它们分别为：化学物质类（如急性化学物中毒）、物理因素（如噪声聋）、放射性物质类（如外照射慢性放射病）、导致职业性皮肤病的危害因素（如接触性皮炎）和导致职业性眼病的危害因素（如永久性眼损害），这些职业病因素严重威胁着从业人员的健康。有鉴于此，半导体显示企业承诺客户的产品产品要求及服务质量，还要保证产品的制作过程环保、安全、健康，这些都已经成为考量一个企业综合素质的指标[3]。然而，近些年半导体显示行业工业安全和职业健康事故频发，如 2013 年 9 月 4 日，SK 海力士无锡工厂突发火灾事故，导致 DRAM 生产线全部停产；同年，位于韩国水原的三星芯片工厂发生一起氢氟酸重大泄漏事故，导致 3 名员工因此受伤；2016 年 8 月据美联社韩国记者报道，由于工作环境不佳和对员工相应的职业危害因素防护教育不到位，三星半导体和 LCD 工厂的 200 多名员工染上白血病、狼疮及多发性硬化症等疾病等。

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1.2 国内外研究现状

 

1.2.1 设备本质安全化理念研究

随着世界宇航技术的发展，20 世纪 50 年代提出了“本质安全”一词,这一概念的提出，是人类在安全认识上取得的一大进步，这和人类的科学技术以及安全文化密切相连，这一概念的提出是基于生产、生活实践，体现了对事故态度的转变，由原来的被动接受到积极地预防事故，以实现从源头通过工程技术措施和管理措施保护人员安全[6]。本质安全狭义的概念是通过设计的方式使产品具备防止危险发生的功能，即使在人员误操作的状态下，也不会引起事故。广义的角度讲，通过教育、设计、优化环境等措施从源头上防止事故发生，即在生产活动的全过程中，采用科学的技术手段实现安全保障，即使生产活动中出现误操作行为、环境出现恶化情况，也能阻止事故的发生，最终有效地保障现场人员的安全健康状态。传统的安全改进方法是“事故后补”，即评估整个设备和生产工艺，定性、定量的分析和评价其危险性，并结合以往同种或类似设备的事故案例提出安全预防措施，以消除设备存在危险，有效降低事故的发生率，此类方法固然有效防止该类事件发生，然而对设备的定性定量分析可能存在偏差，而且这种传统的安全预防措施针对设备存在的潜在事故隐患效果有限。本质安全化概念及之后提出的各种操作方法有效地解决这一矛盾，弥补了传统方法的不足。相较于传统的安全预防措施和管理方法，本质安全化改进设计方法所用的方法和控制对象都比较不同。设备及工艺的本质化安全管理，在设计阶段包含了对危险性的判断、考虑，从根本上控制事故发生的可能性和后果的严重性，使其造成的损失降到最低。总之，通过本质安全化技术、设备设施的自身安全设计，从本质上改善设备设施的安全性，即使设备自身发生故障、人员误操作等，设备和系统仍能保证安全，有效防止事故发生。

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第 2 章 半导体显示制造企业危险性分析

 

2.1 工作环境危险性分析

半导体制造业[15]，一般主要包括彩色滤光片制造、液晶显示器制造、芯片加工、光罩（掩膜板）制造、芯片封装测试、原料芯片制造等。半导体制造企业的特点是资本密集、技术密集，厂区内设备昂贵，生产区域之间相互联系、生产设备分布密集，区域之间无防火间隔，生产中广泛使用易燃、腐蚀性和有毒有害化学物质。从事故风险的角度来看，火灾爆炸、液体泄漏、气体泄漏、电力中断、烟熏污染等是半导体制造企业最主要的事故，危险较为集中，一旦发生火灾事故，其破坏力成倍增长，设备遭到严重的损坏.半导体生产的公用工程包括：仓库及运输、气体站、化学品供应站、消防系统、给排水系统、空调净化通风系统、电气系统等。而气体站包括大宗气体站及特殊气体站、真空站、空压站、天然气及轻柴油系统、冷冻站等。使用的大宗气体一般包括：高纯氟气、普通氧气、高纯氮气、普通氮气、高纯氧气、高纯氢气、高纯氦气、大宗气体由气站经管道传输至使用点。使用的特种气体有：四氟化碳、六氟化硫、氨气、1%磷酸氢气混合气、硅烷、三氟化氮、氯气，特殊气体则采用气瓶的的供应方式将气瓶柜的特殊气体通过管道的方式将其传输至歧管阀门箱/歧管阀门盘，然后由分配管送至使用点。

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2.2 生产过程危险有害因素分析

半导体显示器制造过程中的危险有害因素，按照《企业职工伤亡事故分类》标准可分为车辆伤害、机械伤害、物体打击、触电、化学品灼烫、中毒和窒息、火灾爆炸等生产过程中使用的异丙醇、液体丙酮、天然气及轻柴油系统、氧气站、氢气站、硅烷、氨气、氯气，火灾爆炸气体动力中的燃油燃气热水过滤房都有发生火灾爆炸的危险。由供应商提供的瓶装气体，如硅烷、氨气、氢气等可燃气体，均会应用在工艺生产环节，此类气体如果发生泄漏可在周边的环境中形成可燃物及爆炸性混合物。操作不当或者没有采取固定措施是造成气瓶在运输、装卸或临时存放过程中倾倒的主要原因，并因此可能造成气瓶阀门损坏，气体泄漏；另外，如果在烈日下暴晒或者放置在靠近火源处，都有可能因为气体受热膨胀而导致气体泄漏；通过专用管道连接设备与气瓶，管道与设备的连接处或者设备的阀门处是可能发生泄漏的位置，如果阀门松动或者管道与设备连接不紧，硅烷、氨气、氢气就会发生泄漏，一旦上述气体发生泄漏，则立刻与周围空气混合极易形成爆炸混合物，此外，如果生产过程中也同时用到丙酮，2-丙酮等化学品，则一定加强管范，一旦在运输、储存、使用过程中发生泄漏，该类化学品可迅速与周围的空气形成爆炸混合物，危险性很大。半导体制造行业会用到多种多类的化学品，具备易燃、易爆特性的化学品遇上火源易发生火灾、爆炸事故。生产中产生火源的来源有如下几种情况：①明火。电气线路着火；设备检修、维护时使用到的电焊、割枪易产生火花②电气火花和电焊。电气装置，如照明灯、电机、配电箱的选型必须符合要求，防爆电气产品必须达到当前环境要求的防爆等级、接地措施符合要求，防止因为接地缺陷产生电火花、电弧。③静电火花。各类可燃气体、易燃液体在输送过程中，与设备、管道的内壁不断摩擦，可产生静电，如果管道或者设备的静电接地装置、静电跨接装置不合符要求，静电荷便会在设备上和管道上不断聚集，带电设备和管道一旦与周围的物体形成电位差，便会引发放电现象。④雷电。雷电电压高达数十万、数百万伏，通过导体时产生大量的热能，危害性极大，不仅可以损坏电气设备的绝缘、烧毁导线，还会对人体放电，造成生命危险，如果防雷措施不完善，接地电阻过大，厂房中的电气设备遭遇雷击时，将面临重大的设备损失和人员伤亡。

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第 3 章 设备安全认证的安全技术要求 .... 14

3.1 设备安全认证的目的 .... 14

3.2 一般性安全要求 ........ 14

3.3 设备安全要求 .......... 15

第 4 章 设备安全认证管理体系 .......... 19

4.1 设备安全认证管理理论基础 ....... 19

4.1.1 全生命周期原理.... 19

4.1.2 构建设备全生命周期管理的职能模型............ 20

4.1.3 构建设备全生命周期管理的概念模型............ 20

4.1.4 设备全生命周期管理措施.... 21

4.2 设备安全认证管理模型分析 ....... 22

4.3 设备安全认证管理体系的构成 ..... 23

第 5 章 半导体显示制造企业事故案例分析 ......... 30

5.1 火灾事故论证分析 ...... 30

5.2 触电事故论证分析 ...... 30

5.3 机械伤害事故案例论证分析 ....... 31

5.4 职业健康事故案例论证分析 ....... 33

 

第 6 章 某公司设备安全认证应用分析

 

6.1 某公司设备安全认证情况介绍

本设备安全认证体系在北京京东方显示技术有限公司中得到实际运用，取得较好效果。为加强设备安全管理，核实运行设备安全状态，提升设备本质安全化水平，由安全管理科组织对公司 10 个分厂/部门的设备进行了 NSSC 设备安全认证，完成了 Array 分厂、CF 分厂、Cell 分厂、Module 分厂、自动化、品质、生产管理、产品开发等部门的3093 台设备安全认证工作，通过对设备的供水、供电、供气以及安全防护、安全标识、作业环境等方面进行安全认证，确保了设备运行本质安全安全。通过设备安全认证，北京京东方显示技术有限公司不仅因设备导致的安全事故率迅速降低，而且设备运行故障率也明显降低，不仅保障了生产安全，同时也为企业节约了大量的运维成本。该公司分别从水、电、气体、化学品和设备防护等 5 个方面对设备进行认证，设备担当部门在设备投入使用前组织设备的安全认证，分别邀请动力部门、安全部门和设备供应商参与认证，三方共同对水、电、气、化学品、设备防护等方面进行认证，依据《NSSC设备认证检查表》（见表 1）并结合人员询问和文件查询的方式，分别对现场及设备进行隐患排查。设备安全认证过程中发现的问题，设备部门及供应商应第一时间进行整改，完成使用前的安全认证。

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结 论

 

本文对某公司实施的设备安全认证体系进行了研究，从设备本质安全理论、能量意外释放理论和全生命周期理论三个方面详实地分析了设备安全认证体系的产生基础，同时，本文也汇总了该公司历年的事故数量情况，并对比了设备安全认证体系前后的变化趋势，得出如下结论：

(1) 火灾爆炸、气体泄漏、烟熏污染、服务中断（如电力中断）危险性液体是半导体制造企业面临的主要事故风险。

(2) 分析了设备安全认证体系的可行性与必要性，并做了理论分析。明确了体系建立过程中的切入点、方法以及体系中针对现场管理的技术要求。

(3) 设备安全认证主要目标是为了能够有效的进行危险源的辨识及控制，在坚持科学性、独立性以及可操作性的前提之下，提出了利用计算机信息技术构建全面的智能化管理平台，在这一平台上对各种资源进行有效的整合，从而提高对安全事故的预防控制。

(4) 分析了某半导体制造企业的设备安全认证应用情况，数据表明在实施设备安全认证后，设备冒烟、液体泄漏、夹伤、管道泄漏、电气火灾等事故明显下降，设备安全认证的应用能够有效地保障安全生产。

(5)创新的提出半导体显示制造行业的设备设施安全技术标准和一种半导体显示制造行业设备设施安全认证管理方法，依据技术标准，对设备设施的水、电、气、化学品和运动部件的安全技术审核，确保设备设施的安全运行。

(6) 实践证明，通过应用设备安全认证管理体系，企业的有关设备方面的规章制度得到了进一步健全，形成了管理有效的安全管理方法和安全检查方法，消除了随意性，以更规范、更科学、标准、有效的检查和管理方式保障企业的安全生产经营，保证了健康发展。

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参考文献（略）