PUHDASHUONEEN YDINANALYYSI

Johdanto

Puhdastila on saasteiden torjunnan perusta. Ilman puhdastilaa saasteille herkkiä osia ei voida valmistaa massatuotantona. FED-STD-2:ssa puhdastila määritellään huoneeksi, jossa on ilmansuodatus, -jakelu, -optimointi, rakennusmateriaalit ja -laitteet ja jossa käytetään tiettyjä säännöllisiä toimintamenetelmiä ilmassa olevien hiukkasten pitoisuuden hallitsemiseksi asianmukaisen hiukkasten puhtaustason saavuttamiseksi.

Hyvän puhtausvaikutuksen saavuttamiseksi puhdastilassa on välttämätöntä keskittyä paitsi kohtuullisiin ilmastoinnin puhdistustoimenpiteisiin, myös vaatia prosesseilta, rakentamiselta ja muilta erikoisaloilta vastaavia toimenpiteitä: ei ainoastaan ​​kohtuullinen suunnittelu, vaan myös huolellinen rakentaminen ja asennus eritelmien mukaisesti, sekä puhdastilan oikea käyttö ja tieteellinen ylläpito ja hallinta. Hyvän puhtausvaikutuksen saavuttamiseksi puhdastilassa on käsitelty monia kotimaisia ​​ja ulkomaisia ​​​​kirjallisuuksia eri näkökulmista. Itse asiassa on vaikea saavuttaa ihanteellista koordinointia eri erikoisalojen välillä, ja suunnittelijoiden on vaikea ymmärtää rakentamisen ja asennuksen laatua sekä käyttöä ja hallintaa, erityisesti jälkimmäistä. Puhdastilan puhdistustoimenpiteiden osalta monet suunnittelijat tai jopa rakentajat eivät usein kiinnitä riittävästi huomiota niiden tarvittaviin olosuhteisiin, mikä johtaa epätyydyttävään puhtausvaikutukseen. Tässä artikkelissa käsitellään vain lyhyesti neljää välttämätöntä ehtoa puhdastilan puhdistustoimenpiteiden puhtausvaatimusten saavuttamiseksi.

1. Ilmansyötön puhtaus

Jotta ilmansyötön puhtaus täyttäisi vaatimukset, avainasemassa on puhdistusjärjestelmän viimeisen suodattimen suorituskyky ja asennus.

Suodatinvalinta

Puhdistusjärjestelmän viimeisenä suodattimena käytetään yleensä HEPA-suodatinta tai ali-HEPA-suodatinta. Kotimaani standardien mukaan HEPA-suodattimien hyötysuhde jaetaan neljään luokkaan: luokka A on ≥99,9 %, luokka B on ≥99,9 %, luokka C on ≥99,999 %, luokka D on (hiukkasille ≥0,1 μm) ≥99,999 % (tunnetaan myös ultra-HEPA-suodattimina); ali-HEPA-suodattimien (hiukkasille ≥0,5 μm) koko on 95–99,9 %. Mitä korkeampi hyötysuhde, sitä kalliimpi suodatin. Siksi suodatinta valittaessa on otettava huomioon paitsi ilman puhtausvaatimukset, myös taloudellinen järkevyys.

Puhtausvaatimusten näkökulmasta periaatteena on käyttää matalan suorituskyvyn suodattimia matalan tason puhdastiloissa ja korkean suorituskyvyn suodattimia korkean tason puhdastiloissa. Yleisesti ottaen: korkean ja keskitason tehokkuuden suodattimia voidaan käyttää 1 miljoonan tason puhtaudelle; sub-HEPA- tai luokan A HEPA-suodattimia voidaan käyttää alle luokan 10 000 tasoilla; luokan B suodattimia voidaan käyttää luokilla 10 000–100; ja luokan C suodattimia voidaan käyttää tasoilla 100–1. Näyttää siltä, ​​että jokaiselle puhtaustasolle on kahdenlaisia ​​suodattimia. Korkean tai matalan suorituskyvyn suodattimien valinta riippuu tilanteesta: kun ympäristön saastuminen on vakavaa, sisäilman poistoilman suhde on suuri tai puhdastila on erityisen tärkeä ja vaatii suurempaa turvallisuuskerrointa, näissä tai jommassakummassa näistä tapauksista tulisi valita korkean luokan suodatin; muussa tapauksessa voidaan valita matalamman suorituskyvyn suodatin. Puhdastiloissa, jotka vaativat 0,1 μm:n hiukkasten hallintaa, tulisi valita luokan D suodatin riippumatta hallittavasta hiukkaspitoisuudesta. Yllä oleva on vain suodattimen näkökulmasta. Itse asiassa hyvän suodattimen valitsemiseksi on otettava täysin huomioon myös puhdastilan, suodattimen ja puhdistusjärjestelmän ominaisuudet.

Suodattimen asennus

Ilmansyötön puhtauden varmistamiseksi ei riitä, että on olemassa vain päteviä suodattimia, vaan on myös varmistettava: a. Suodatin ei vaurioidu kuljetuksen ja asennuksen aikana; b. Asennus on tiivis. Ensimmäisen kohdan saavuttamiseksi rakennus- ja asennushenkilöstön on oltava hyvin koulutettua, ja heillä on oltava sekä tietoa puhdistusjärjestelmien asennuksesta että ammattitaitoa asennustaidoissa. Muuten on vaikea varmistaa, että suodatin ei vaurioidu. Tässä suhteessa on syvällisiä opetuksia. Toiseksi, asennuksen tiiviysongelma riippuu pääasiassa asennusrakenteen laadusta. Suunnittelukäsikirja suosittelee yleisesti: yhden suodattimen tapauksessa käytetään avointa asennusta, jotta vaikka vuoto tapahtuisi, se ei vuoda huoneeseen; valmiin HEPA-ilmanpoistoaukon avulla tiiviys on myös helpompi varmistaa. Useiden suodattimien ilmalle on viime vuosina käytetty usein geelitiivistettä ja negatiivisen paineen tiivistystä.

Geelitiivisteen on varmistettava, että nestesäiliön liitos on tiivis ja että koko runko on samassa vaakasuorassa tasossa. Alipainetiivisteessä suodattimen ja staattisen painelaatikon välisen liitoksen ulkoreuna ja runko ovat alipainetilassa. Kuten avoimessa asennuksessa, vaikka vuoto tapahtuisi, se ei pääse vuotamaan huoneeseen. Itse asiassa niin kauan kuin asennuskehys on tasainen ja suodattimen päätypinta on tasaisesti kosketuksissa asennuskehykseen, suodattimen pitäisi olla helppo saada täyttämään asennuksen tiiveysvaatimukset kaikissa asennustyypeissä.

2. Ilmavirran organisointi

Puhdastilan ilmavirtausjärjestely eroaa yleisen ilmastoidun huoneen järjestelystä. Se edellyttää, että puhtain ilma toimitetaan ensin työskentelyalueelle. Sen tehtävänä on rajoittaa ja vähentää käsiteltävien kappaleiden saastumista. Tätä varten ilmavirtausjärjestelyä suunniteltaessa on otettava huomioon seuraavat periaatteet: pyörrevirtojen minimoiminen, jotta vältetään työalueen ulkopuolelta tulevan saastumisen pääsy työalueelle; pölyn leviämisen estäminen työkappaleen saastumisen mahdollisuuden vähentämiseksi; ilmavirran työalueella tulee olla mahdollisimman tasainen ja tuulen nopeuden tulee täyttää prosessi- ja hygieniavaatimukset. Kun ilmavirta virtaa paluuilman ulostuloon, ilmassa oleva pöly tulee poistaa tehokkaasti. Valitse eri ilmansyöttö- ja paluutilat erilaisten puhtausvaatimusten mukaan.

Eri ilmavirtausorganisaatioilla on omat ominaisuutensa ja soveltamisalansa:

(1). Pystysuuntainen yksisuuntainen virtaus

Yleisten etujen lisäksi, kuten tasaisen alaspäin suuntautuvan ilmavirran saavuttaminen, prosessilaitteiden järjestelyn helpottaminen, vahva itsepuhdistuskyky ja yleisten tilojen, kuten henkilökohtaisten puhdistustilojen, yksinkertaistaminen, neljällä ilmansyöttömenetelmällä on myös omat etunsa ja haittansa: täysin peitetyillä HEPA-suodattimilla on alhainen vastus ja pitkä suodattimen vaihtoväli, mutta kattorakenne on monimutkainen ja kustannukset korkeat; sivulta peitetyn HEPA-suodattimen päällä olevan toimituksen ja täysreikäisen levytoimituksen edut ja haitat ovat päinvastaiset kuin täysin peitetyn HEPA-suodattimen päällä olevan toimituksen edut ja haitat. Täysreikäisessä levytoimituksessa on helppo kerätä pölyä aukkolevyn sisäpinnalle, kun järjestelmä ei ole jatkuvassa käytössä, ja huono huolto vaikuttaa jonkin verran puhtauteen; tiheä hajottajan päällä oleva toimitus vaatii sekoituskerroksen, joten se sopii vain yli 4 metrin korkeisiin puhdastiloihin, ja sen ominaisuudet ovat samanlaiset kuin täysreikäisessä levytoimituksessa; paluuilmamenetelmä, jossa levyllä on ritilät molemmilla puolilla ja paluuilman ulostulot tasaisesti järjestettyinä vastakkaisten seinien alaosaan, sopii vain puhdastiloihin, joiden nettoväli on alle 6 m molemmilla puolilla; Yksipuolisen seinän alaosaan sijoitetut paluuilman ulostulot sopivat vain puhdastiloihin, joissa seinien välinen etäisyys on pieni (kuten ≤<2~3m).

(2). Vaakasuora yksisuuntainen virtaus

Vain ensimmäinen työskentelyalue voi saavuttaa 100:n puhtaustason. Kun ilma virtaa toiselle puolelle, pölypitoisuus kasvaa vähitellen. Siksi se sopii vain puhdastiloihin, joissa on erilaiset puhtausvaatimukset samalle prosessille samassa huoneessa. HEPA-suodattimien paikallinen sijoittelu ilmansyöttöseinälle voi vähentää HEPA-suodattimien käyttöä ja säästää alkuinvestoinneissa, mutta paikallisilla alueilla on pyörteitä.

(3). Turbulentti ilmavirta

Yläsyöttöaukkojen ja tiheiden diffuusorien ominaisuudet ovat samat kuin edellä mainitut: sivusyöttöaukon etuja ovat helppo putkistojärjestely, teknisten välikerrosten tarve, alhaiset kustannukset ja vanhojen tehtaiden saneerauksen suotuisa vaikutus. Haittoja ovat suuri tuulen nopeus työskentelyalueella ja pölypitoisuus tuulen alapuolella on korkeampi kuin tuulen yläpuolella. HEPA-suodattimien yläsyöttöaukon etuna on yksinkertainen järjestelmä, ei putkistoa HEPA-suodattimen takana ja puhdas ilmavirta suoraan työskentelyalueelle, mutta puhdas ilmavirta leviää hitaasti ja ilmavirta työskentelyalueella on tasaisempaa. Kuitenkin, kun useita ilmanpoistoaukkoja on järjestetty tasaisesti tai käytetään HEPA-suodattimien ilmanpoistoaukkoja diffuusoreilla, ilmavirtaus työskentelyalueella voidaan myös tehdä tasaisemmaksi. Mutta kun järjestelmä ei toimi jatkuvasti, diffuusori on altis pölyn kertymiselle.

Yllä oleva keskustelu on ihanteellisessa tilassa ja sitä suositellaan asiaankuuluvissa kansallisissa spesifikaatioissa, standardeissa tai suunnittelukäsikirjoissa. Todellisissa projekteissa ilmavirran organisointi ei ole hyvin suunniteltu objektiivisten olosuhteiden tai suunnittelijan subjektiivisten syiden vuoksi. Yleisiä syitä ovat: pystysuora yksisuuntainen virtaus ottaa paluuilman vierekkäisten kahden seinän alaosasta, paikallinen luokka 100 käyttää ylempää puhallusta ja ylempää paluuta (eli paikallisen ilmanpoistoaukon alle ei ole lisätty roikkuvaa verhoa), ja turbulenttisissa puhdastiloissa käytetään HEPA-suodattimen ilmanpoistoa ylhäältä puhallettuna ja ylempään paluuseen tai yksipuoliseen alempaan paluuseen (suurempi etäisyys seinien välillä) jne. Näitä ilmavirran organisointimenetelmiä on mitattu, ja useimmat niistä eivät täytä suunnitteluvaatimuksia. Nykyisten tyhjien tai staattisten tilojen hyväksyntävaatimusten vuoksi jotkut näistä puhdastiloista tuskin saavuttavat suunniteltua puhtaustasoa tyhjissä tai staattisissa olosuhteissa, mutta saastumisenestokyky on hyvin alhainen, ja kun puhdastila siirtyy toimintatilaan, se ei täytä vaatimuksia.

Ilmavirran oikea organisointi tulisi varmistaa siten, että verhot roikkuvat työskentelyalueen korkeudelle paikallisella alueella, eikä 100 000-luokan yksiköissä tulisi käyttää ylempää puhallus- ja paluuilmaa. Lisäksi useimmat tehtaat valmistavat tällä hetkellä tehokkaita ilmanpoistoaukkoja hajottimilla, ja niiden hajottimet ovat vain koristeellisia suutinlevyjä eivätkä hajota ilmavirtaa. Suunnittelijoiden ja käyttäjien tulisi kiinnittää tähän erityistä huomiota.

3. Ilman syöttömäärä tai ilman nopeus

Riittävä ilmanvaihdon tilavuus laimentaa ja poistaa sisäilman saastunutta ilmaa. Erilaisten puhtausvaatimusten mukaisesti, kun puhdastilan nettokorkeus on korkea, ilmanvaihdon taajuutta tulisi lisätä asianmukaisesti. Näistä miljoonan tason puhdastilan ilmanvaihdon tilavuus katsotaan tehokkaan puhdistusjärjestelmän mukaiseksi, ja loput otetaan huomioon tehokkaan puhdistusjärjestelmän mukaisesti; kun luokan 100 000 puhdastilan HEPA-suodattimet on keskitetty konehuoneeseen tai ali-HEPA-suodattimia käytetään järjestelmän lopussa, ilmanvaihdon taajuutta voidaan lisätä asianmukaisesti 10–20 %.

Yllä mainittujen ilmanvaihtomäärän suositusarvojen osalta kirjoittaja uskoo, että: tuulen nopeus yksisuuntaisen puhdastilan huoneosassa on alhainen ja turbulenttisen puhdastilan suositusarvo on riittävä turvallisuuskertoimella. Pystysuuntainen yksisuuntainen virtaus ≥ 0,25 m/s, vaakasuuntainen yksisuuntainen virtaus ≥ 0,35 m/s. Vaikka puhtausvaatimukset voidaan täyttää tyhjissä tai staattisissa olosuhteissa testattaessa, saastumisenestokyky on heikko. Kun huone siirtyy toimintatilaan, puhtaus ei välttämättä täytä vaatimuksia. Tällainen esimerkki ei ole yksittäistapaus. Samaan aikaan maani tuuletinsarjoissa ei ole puhdistusjärjestelmiin sopivia puhaltimia. Yleisesti ottaen suunnittelijat eivät usein tee tarkkoja laskelmia järjestelmän ilmanvastuksesta tai eivät huomaa, onko valittu puhallin ominaiskäyrän edullisemmassa toimintapisteessä, minkä seurauksena ilmamäärä tai tuulen nopeus ei saavuta suunniteltua arvoa pian järjestelmän käyttöönoton jälkeen. Yhdysvaltain liittovaltion standardi (FS209A~B) määräsi, että yksisuuntaisen puhdastilan ilmavirran nopeus puhdastilan poikkileikkauksen läpi pidetään yleensä 90 ft/min (0,45 m/s) ja nopeuden epätasaisuus on ±20 %:n sisällä, kunhan koko huoneessa ei ole häiriöitä. Ilmavirran nopeuden merkittävä lasku lisää itsepuhdistusajan ja työpisteiden välisen saastumisen todennäköisyyttä (FS209C:n julkaisemisen jälkeen lokakuussa 1987 ei annettu määräyksiä kaikille muille parametri-indikaattoreille kuin pölypitoisuudelle).

Tästä syystä kirjoittaja uskoo, että nykyistä kotimaista yksisuuntaisen virtausnopeuden suunnitteluarvoa on tarkoituksenmukaista nostaa asianmukaisesti. Yksikkömme on tehnyt tämän todellisissa projekteissa, ja vaikutus on suhteellisen hyvä. Turbulenttisilla puhdastiloilla on suositeltu arvo, jolla on suhteellisen riittävä turvallisuuskerroin, mutta monet suunnittelijat eivät vieläkään ole varmoja siitä. Erityissuunnitelmia tehdessään he nostavat luokan 100 000 puhdastilan ilmanvaihtomäärää 20–25 kertaan/h, luokan 10 000 puhdastilan 30–40 kertaan/h ja luokan 1000 puhdastilan 60–70 kertaan/h. Tämä ei ainoastaan ​​lisää laitteiden kapasiteettia ja alkuinvestointeja, vaan myös lisää tulevia ylläpito- ja hallintakustannuksia. Itse asiassa tähän ei ole tarvetta. Kotimaani ilmanpuhdistuksen teknisiä toimenpiteitä koottaessa tutkittiin ja mitattiin yli luokan 100 puhdastiloja Kiinassa. Monet puhdastilat testattiin dynaamisissa olosuhteissa. Tulokset osoittivat, että luokan 100 000 puhdastilojen ilmanvaihtomäärät ≥10 kertaa/h, luokan 10 000 puhdastilojen ≥20 kertaa/h ja luokan 1000 puhdastilojen ≥50 kertaa/h täyttävät vaatimukset. Yhdysvaltain liittovaltion standardi (FS2O9A~B) määrää: ei-yksisuuntaisissa puhdastiloissa (luokka 100 000, luokka 10 000), joiden huonekorkeus on 8–12 jalkaa (2,44–3,66 m), koko huoneen katsotaan yleensä tuuletettavan vähintään kerran 3 minuutissa (eli 20 kertaa/h). Siksi suunnittelueritelmässä on otettu huomioon suuri ylityskerroin, ja suunnittelija voi turvallisesti valita ilmanvaihdon suositellun arvon mukaisesti.

4. Staattinen paine-ero

Tietyn positiivisen paineen ylläpitäminen puhdastilassa on yksi olennaisista edellytyksistä sen varmistamiseksi, että puhdastila ei ole saastunut tai että se on vähemmän saastunut suunnitellun puhtaustason ylläpitämiseksi. Myös negatiivisen paineen omaavissa puhdastiloissa on oltava vierekkäisiä huoneita tai sviittejä, joiden puhtaustaso ei ole alhaisempi kuin sen taso tietyn positiivisen paineen ylläpitämiseksi, jotta negatiivisen paineen omaavan puhdastilan puhtaus voidaan ylläpitää.

Puhdastilan positiivinen paine tarkoittaa arvoa, joka vallitsee, kun sisäilman staattinen paine on suurempi kuin ulkoilman staattinen paine kaikkien ovien ja ikkunoiden ollessa suljettuina. Tämä saavutetaan siten, että puhdistusjärjestelmän ilmansyöttötilavuus on suurempi kuin paluuilman ja poistoilman tilavuus. Puhdastilan positiivisen paineen varmistamiseksi syöttö-, paluu- ja poistoilmapuhaltimet on mieluiten lukittava toisiinsa. Kun järjestelmä kytketään päälle, käynnistetään ensin syöttöpuhallin ja sitten paluu- ja poistoilmapuhaltimet; kun järjestelmä sammutetaan, sammutetaan ensin poistopuhallin ja sitten paluu- ja syöttöpuhaltimet, jotta puhdastila ei saastuisi järjestelmän käynnistyksen ja sammutuksen yhteydessä.

Puhdastilan ylipaineen ylläpitämiseen tarvittava ilmamäärä määräytyy pääasiassa huoltorakenteen ilmatiiviyden perusteella. Puhdastilan rakentamisen alkuaikoina maassani ≥5 Pa:n ylipaineen ylläpitämiseen tarvittiin 2–6 kertaa tunnissa ilmansyöttöä kotelorakenteen heikon ilmatiiviyden vuoksi. Tällä hetkellä huoltorakenteen ilmatiiviys on parantunut huomattavasti, ja saman ylipaineen ylläpitämiseen tarvitaan vain 1–2 kertaa tunnissa ilmansyöttöä. ≥10 Pa:n ylipaineen ylläpitämiseen tarvitaan vain 2–3 kertaa tunnissa ilmansyöttöä.

Maani suunnittelumääräykset [6] määräävät, että eri luokkien puhdastilojen sekä puhdasalueiden ja ei-puhtaiden alueiden välisen staattisen paine-eron on oltava vähintään 0,5 mm H2O (~5 Pa), ja puhdasalueen ja ulkotilan välisen staattisen paine-eron on oltava vähintään 1,0 mm H2O (~10 Pa). Kirjoittaja uskoo, että tämä arvo vaikuttaa liian alhaiselta kolmesta syystä:

(1) Ylipaineella tarkoitetaan puhdastilan kykyä estää sisäilman epäpuhtauksia ovien ja ikkunoiden välisten rakojen kautta tai minimoida epäpuhtauksien pääsyä huoneeseen, kun ovet ja ikkunat avataan lyhyeksi aikaa. Ylipaineen suuruus osoittaa epäpuhtauksien vaimentamiskyvyn voimakkuuden. Mitä suurempi ylipaine, sitä parempi (tätä käsitellään myöhemmin).

(2) Positiivisen paineen vaatima ilmamäärä on rajallinen. 5 Pa:n ja 10 Pa:n positiivisen paineen vaatima ilmamäärä eroaa vain noin kerran tunnissa. Miksi ei tehdä niin? On tietysti parempi käyttää positiivisen paineen alarajaa 10 Pa:na.

(3) Yhdysvaltain liittovaltion standardi (FS209A~B) määrää, että kun kaikki sisään- ja uloskäynnit ovat suljettuina, puhdastilan ja viereisen alhaisen puhtausasteen alueen välinen vähimmäispositiivinen paine-ero on 0,05 tuumaa vesipatsasta (12,5 Pa). Monet maat ovat ottaneet tämän arvon käyttöön. Puhdastilan positiivinen paine ei kuitenkaan ole sitä parempi, mitä suurempi. Yksikkömme yli 30 vuoden ajan suorittamien todellisten teknisten testien mukaan oven avaaminen on vaikeaa, kun positiivinen paine on ≥ 30 Pa. Jos ovi suljetaan huolimattomasti, se pamahtaa! Se pelottaa ihmisiä. Kun positiivinen paine on ≥ 50–70 Pa, ovien ja ikkunoiden väliset raot viheltävät, ja heikot tai oireettomat henkilöt tuntevat olonsa epämukavaksi. Monien kotimaisten ja ulkomaisten maiden asiaankuuluvat eritelmät tai standardit eivät kuitenkaan määrittele positiivisen paineen ylärajaa. Tämän seurauksena monet yksiköt pyrkivät täyttämään vain alarajan vaatimukset riippumatta siitä, kuinka suuri yläraja on. Kirjoittajan kohtaamassa puhdastilassa positiivinen paine on jopa 100 Pa tai enemmän, mikä johtaa erittäin huonoihin vaikutuksiin. Itse asiassa positiivisen paineen säätäminen ei ole vaikeaa. Sitä on täysin mahdollista säätää tietyllä alueella. Eräässä Itä-Euroopan maassa on julkaistu dokumentti, jossa mainitaan, että positiivisen paineen arvoksi on määritelty 1–3 mm H2O (noin 10–30 Pa). Kirjoittaja uskoo, että tämä alue on sopivampi.