Въведение
Чистото помещение е основата на контрола на замърсяването. Без чисто помещение, чувствителните към замърсяване части не могат да се произвеждат масово. В FED-STD-2, чистото помещение се определя като помещение с филтриране, разпределение, оптимизация на въздуха, строителни материали и оборудване, в което се използват специфични редовни оперативни процедури за контрол на концентрацията на частици във въздуха, за да се постигне подходящо ниво на чистота на частиците.
За да се постигне добър ефект на чистота в чистите помещения, е необходимо не само да се съсредоточим върху предприемането на разумни мерки за пречистване на климатичните системи, но и да изискваме от технологичните, строителните и други специалисти да предприемат съответните мерки: не само разумен дизайн, но и внимателно изграждане и монтаж в съответствие със спецификациите, както и правилно използване на чистите помещения и научна поддръжка и управление. За да се постигне добър ефект в чистите помещения, много местни и чуждестранни публикации са разгледани от различни гледни точки. Всъщност е трудно да се постигне идеална координация между различните специалности и за проектантите е трудно да разберат качеството на строителството и монтажа, както и използването и управлението, особено последното. Що се отнася до мерките за пречистване на чисти помещения, много проектанти или дори строителни компании често не обръщат достатъчно внимание на необходимите условия, което води до незадоволителен ефект на чистота. Тази статия само накратко разглежда четирите необходими условия за постигане на изискванията за чистота при мерките за пречистване на чисти помещения.
1. Чистота на подавания въздух
За да се гарантира, че чистотата на подавания въздух отговаря на изискванията, ключово е работата и монтажът на крайния филтър на пречиствателната система.
Избор на филтър
Крайният филтър на пречиствателната система обикновено използва HEPA филтър или sub-hepa филтър. Според стандартите на моята страна, ефективността на HEPA филтрите се разделя на четири степени: Клас A е ≥99,9%, Клас B е ≥99,9%, Клас C е ≥99,999%, Клас D е (за частици ≥0,1 μm) ≥99,999% (известен също като ултра-hepa филтри); sub-hepa филтрите са (за частици ≥0,5 μm) 95~99,9%. Колкото по-висока е ефективността, толкова по-скъп е филтърът. Следователно, когато избираме филтър, трябва не само да отговаряме на изискванията за чистота на подавания въздух, но и да вземем предвид икономическата рационалност.
От гледна точка на изискванията за чистота, принципът е да се използват нискоефективни филтри за чисти помещения с ниско ниво на замърсяване, а високоефективни филтри за чисти помещения с високо ниво на замърсяване. Най-общо казано: високо- и средноефективни филтри могат да се използват за ниво 1 милион; sub-hepa или клас A hepa филтри могат да се използват за нива под клас 10 000; филтри клас B могат да се използват за клас 10 000 до 100; и филтри клас C могат да се използват за нива 100 до 1. Изглежда, че има два вида филтри, от които да избирате за всяко ниво на чистота. Дали да изберете високоефективни или нискоефективни филтри зависи от конкретната ситуация: когато замърсяването на околната среда е сериозно, коефициентът на отработени газове в помещенията е голям или чистото помещение е особено важно и изисква по-висок коефициент на безопасност, в тези или един от тези случаи трябва да се избере високоефективен филтър; в противен случай може да се избере нискоефективен филтър. За чисти помещения, които изискват контрол на частици с размер 0,1 μm, филтрите клас D трябва да се избират, независимо от контролираната концентрация на частици. Горното е само от гледна точка на филтъра. Всъщност, за да изберете добър филтър, трябва да вземете предвид и характеристиките на чистото помещение, филтъра и системата за пречистване.
Монтаж на филтър
За да се гарантира чистотата на подавания въздух, не е достатъчно само да се използват квалифицирани филтри, но и да се гарантира: а. Филтърът да не е повреден по време на транспортиране и монтаж; б. Инсталацията да е херметична. За да се постигне първата точка, строителният и монтажният персонал трябва да бъде добре обучен, да притежава както познания за инсталиране на пречиствателни системи, така и квалифицирани умения за монтаж. В противен случай ще бъде трудно да се гарантира, че филтърът не е повреден. В това отношение има задълбочени поуки. Второ, проблемът с херметичността на монтажа зависи главно от качеството на инсталационната конструкция. Ръководството за проектиране обикновено препоръчва: за един филтър се използва отворен тип инсталация, така че дори да възникне теч, той да не изтече в помещението; използването на завършен HEPA изход за въздух също е по-лесно да се осигури херметичност. За въздуха от множество филтри, през последните години често се използват гел уплътнения и уплътнения с отрицателно налягане.
Гел уплътнението трябва да гарантира, че съединението на резервоара за течност е плътно и че цялата рамка е в една и съща хоризонтална равнина. Уплътнението с отрицателно налягане е предназначено да създаде отрицателно налягане по външната периферия на съединението между филтъра, кутията за статично налягане и рамката. Подобно на отворения тип монтаж, дори да има теч, той няма да протече в помещението. Всъщност, стига монтажната рамка да е плоска и челната повърхност на филтъра да е в равномерен контакт с монтажната рамка, би трябвало лесно да се гарантира, че филтърът отговаря на изискванията за плътност при монтаж при всеки тип монтаж.
2. Организация на въздушния поток
Организацията на въздушния поток в чиста стая е различна от тази в обща климатизирана стая. Тя изисква най-чистият въздух първо да се подава в работната зона. Нейната функция е да ограничи и намали замърсяването на обработваните обекти. За тази цел при проектирането на организацията на въздушния поток трябва да се вземат предвид следните принципи: минимизиране на вихровите течения, за да се избегне внасянето на замърсяване от външната страна на работната зона в работната зона; предотвратяване на летене на вторичен прах, за да се намали вероятността от замърсяване на детайла с прах; въздушният поток в работната зона трябва да бъде възможно най-равномерен, а скоростта му трябва да отговаря на изискванията за процес и хигиена. Когато въздушният поток се насочи към изхода за обратен въздух, прахът във въздуха трябва да бъде ефективно отведен. Изберете различни режими на подаване и връщане на въздух в зависимост от различните изисквания за чистота.
Различните организации за въздушен поток имат свои собствени характеристики и обхват:
(1). Вертикален еднопосочен поток
В допълнение към общите предимства за получаване на равномерен въздушен поток надолу, улесняване на разположението на технологичното оборудване, силна способност за самопречистване и опростяване на общи съоръжения, като например лични пречиствателни съоръжения, четирите метода за подаване на въздух също имат свои предимства и недостатъци: напълно покритите HEPA филтри имат предимствата на ниско съпротивление и дълъг цикъл на смяна на филтъра, но конструкцията на тавана е сложна, а цената е висока; предимствата и недостатъците на странично покритите HEPA филтри с горно подаване и подаването с горно подаване с пълни отвори са противоположни на тези на напълно покритите HEPA филтри с горно подаване. Сред тях, подаването с горно подаване с пълни отвори е лесно за натрупване на прах върху вътрешната повърхност на отвора на плочата, когато системата не работи непрекъснато, а лошата поддръжка оказва известно влияние върху чистотата; плътното подаване с дифузьор изисква смесващ слой, така че е подходящо само за високи чисти помещения над 4 м, а характеристиките му са подобни на подаването с горно подаване с пълни отвори на плочата; методът с обратен въздух за плоча с решетки от двете страни и изходи за обратен въздух, равномерно разположени в долната част на противоположните стени, е подходящ само за чисти помещения с нетно разстояние по-малко от 6 м от двете страни; Отворите за обратен въздух, разположени в долната част на едностранната стена, са подходящи само за чисти помещения с малко разстояние между стените (например ≤<2~3 м).
(2). Хоризонтален еднопосочен поток
Само първата работна зона може да достигне ниво на чистота 100. Когато въздухът тече от другата страна, концентрацията на прах постепенно се увеличава. Следователно, той е подходящ само за чисти помещения с различни изисквания за чистота за един и същ процес в едно и също помещение. Локалното разпределение на HEPA филтрите по стената за подаване на въздух може да намали използването на HEPA филтри и да спести първоначални инвестиции, но има локални вихрушки в тези зони.
(3). Турбулентният въздушен поток
Характеристиките на горното подаване на отворите и горното подаване на плътните дифузори са същите като споменатите по-горе: предимствата на страничното подаване са лесното разполагане на тръбопроводи, не е необходим технически междинен слой, ниската цена и благоприятстват обновяването на стари фабрики. Недостатъците са, че скоростта на вятъра в работната зона е голяма и концентрацията на прах от страната на вятъра е по-висока от тази от страната на вятъра; горното подаване на изходи на HEPA филтър има предимствата на опростена система, няма тръбопроводи зад HEPA филтъра и чист въздушен поток, подаван директно към работната зона, но чистият въздушен поток се разпространява бавно и въздушният поток в работната зона е по-равномерен; обаче, когато множество изходи за въздух са равномерно разположени или се използват изходи за въздух с HEPA филтър с дифузори, въздушният поток в работната зона също може да бъде по-равномерен; но когато системата не работи непрекъснато, дифузьорът е склонен към натрупване на прах.
Горното обсъждане е в идеално състояние и се препоръчва от съответните национални спецификации, стандарти или ръководства за проектиране. В реални проекти организацията на въздушния поток не е добре проектирана поради обективни условия или субективни причини на проектанта. Често срещани са: вертикален еднопосочен поток използва връщащ се въздух от долната част на съседните две стени, локален клас 100 използва горно подаване и горно връщане (т.е. не се добавя висяща завеса под локалния изход за въздух), а турбулентните чисти помещения използват HEPA филтър за горно подаване и горно връщане или едностранно долно връщане (по-голямо разстояние между стените) и др. Тези методи за организация на въздушния поток са измерени и по-голямата част от тяхната чистота не отговаря на проектните изисквания. Поради настоящите спецификации за приемане в празни или статични условия, някои от тези чисти помещения едва достигат проектираното ниво на чистота в празни или статични условия, но способността им да предотвратяват замърсяване е много ниска и след като чистото помещение влезе в работно състояние, то не отговаря на изискванията.
Правилната организация на въздушния поток трябва да се осъществи със завеси, окачени на височината на работната зона в локалната зона, а клас 100 000 не трябва да използва горно подаване и горно връщане. Освен това, повечето фабрики в момента произвеждат високоефективни въздушни отвори с дифузори, а техните дифузори са само декоративни отвори и не играят ролята на разсейване на въздушния поток. Проектантите и потребителите трябва да обърнат специално внимание на това.
3. Обем на подавания въздух или скорост на въздуха
Достатъчният обем на вентилация е за разреждане и отстраняване на замърсения въздух от помещенията. В зависимост от различните изисквания за чистота, когато нетната височина на чистото помещение е висока, честотата на вентилация трябва да се увеличи съответно. Например, обемът на вентилация на чистото помещение с ниво 1 милион се разглежда според високоефективната система за пречистване, а останалите - според високоефективната система за пречистване; когато HEPA филтрите от клас 100 000 са концентрирани в машинното помещение или се използват sub-hepa филтри в края на системата, честотата на вентилация може да се увеличи съответно с 10-20%.
За горепосочените препоръчителни стойности на обема на вентилацията, авторът смята, че: скоростта на вятъра през секцията на помещението с еднопосочен поток е ниска, а турбулентното чисто помещение има препоръчителна стойност с достатъчен коефициент на безопасност. Вертикален еднопосочен поток ≥ 0,25 м/с, хоризонтален еднопосочен поток ≥ 0,35 м/с. Въпреки че изискванията за чистота могат да бъдат изпълнени при тестване в празни или статични условия, способността за борба с замърсяването е лоша. След като помещението влезе в работно състояние, чистотата може да не отговаря на изискванията. Този тип пример не е изолиран случай. В същото време в серията вентилатори в моята страна няма подходящи вентилатори за пречиствателни системи. Обикновено проектантите често не правят точни изчисления на въздушното съпротивление на системата или не забелязват дали избраният вентилатор е в по-благоприятна работна точка на характеристичната крива, което води до това, че обемът на въздуха или скоростта на вятъра не достигат проектната стойност скоро след пускането на системата в експлоатация. Федералният стандарт на САЩ (FS209A~B) постановява, че скоростта на въздушния поток в еднопосочно чисто помещение през напречното сечение на чистото помещение обикновено се поддържа на 90 фута/мин (0,45 м/с), а неравномерността на скоростта е в рамките на ±20% при условие че няма смущения в цялото помещение. Всяко значително намаляване на скоростта на въздушния поток ще увеличи възможността за самопочистване и замърсяване между работните позиции (след публикуването на FS209C през октомври 1987 г. не са приети разпоредби за всички показатели на параметрите, различни от концентрацията на прах).
Поради тази причина авторът смята, че е уместно да се увеличи подходящо текущата проектна стойност на скоростта на еднопосочния поток за вътрешни условия. Нашият екип е правил това в реални проекти и ефектът е сравнително добър. Турбулентните чисти помещения имат препоръчителна стойност с относително достатъчен коефициент на безопасност, но много проектанти все още не са сигурни. При разработването на специфични проекти те увеличават обема на вентилация за чисти помещения клас 100 000 до 20-25 пъти/ч, за чисти помещения клас 10 000 до 30-40 пъти/ч и за чисти помещения клас 1000 до 60-70 пъти/ч. Това не само увеличава капацитета на оборудването и първоначалната инвестиция, но и увеличава бъдещите разходи за поддръжка и управление. Всъщност няма нужда да се прави това. При съставянето на техническите мерки за пречистване на въздуха в моята страна бяха изследвани и измерени повече от чисти помещения клас 100 в Китай. Много чисти помещения бяха тествани при динамични условия. Резултатите показват, че вентилационните обеми на чисти помещения клас 100 000 ≥10 пъти/ч, чисти помещения клас 10 000 ≥20 пъти/ч и чисти помещения клас 1000 ≥50 пъти/ч могат да отговорят на изискванията. Федералният стандарт на САЩ (FS2O9A~B) постановява: за нееднопосочни чисти помещения (клас 100 000, клас 10 000), височина на помещението 8~12 фута (2,44~3,66 м), обикновено се счита, че цялото помещение се вентилира поне веднъж на всеки 3 минути (т.е. 20 пъти/ч). Следователно, в проектните спецификации е взет предвид голям коефициент на излишък и проектантът може безопасно да избере според препоръчителната стойност на вентилационния обем.
4. Разлика в статичното налягане
Поддържането на определено положително налягане в чистото помещение е едно от основните условия, за да се гарантира, че чистото помещение не е замърсено или е по-малко замърсено, за да се поддържа проектираното ниво на чистота. Дори за чисти помещения с отрицателно налягане, те трябва да имат съседни стаи или апартаменти с ниво на чистота не по-ниско от собственото си ниво, за да се поддържа определено положително налягане, така че да може да се поддържа чистотата на чистото помещение с отрицателно налягане.
Положителното налягане в чистото помещение се отнася до стойността, при която статичното налягане в помещението е по-голямо от статичното налягане на открито, когато всички врати и прозорци са затворени. Това се постига чрез метода, при който обемът на подавания въздух на пречиствателната система е по-голям от обема на връщания въздух и обема на отработения въздух. За да се осигури положително налягане в чистото помещение, е за предпочитане вентилаторите за подаване, връщане и изпускане да са взаимосвързани. Когато системата е включена, първо се включва вентилаторът за подаване, а след това вентилаторите за връщане и изпускане; когато системата е изключена, първо се изключва вентилаторът за изпускане, а след това вентилаторите за връщане и подаване се изключват, за да се предотврати замърсяването на чистото помещение при включване и изключване на системата.
Обемът на въздуха, необходим за поддържане на положително налягане в чистото помещение, се определя главно от херметичността на обслужващата конструкция. В ранните дни на изграждането на чисти помещения в моята страна, поради лошата херметичност на загражденията, е било необходимо подаване на въздух от 2 до 6 пъти/час, за да се поддържа положително налягане от ≥5Pa; понастоящем херметичността на обслужващата конструкция е значително подобрена и е необходимо само 1 до 2 пъти/час подаване на въздух, за да се поддържа същото положително налягане; и само 2 до 3 пъти/час подаване на въздух, за да се поддържа ≥10Pa.
Спецификациите за проектиране на моята страна [6] постановяват, че разликата в статичното налягане между чистите помещения с различни степени на замърсяване и между чистите и нечистите зони трябва да бъде не по-малка от 0,5 mm H2O (~5 Pa), а разликата в статичното налягане между чистата зона и външната среда трябва да бъде не по-малка от 1,0 mm H2O (~10 Pa). Авторът смята, че тази стойност изглежда твърде ниска по три причини:
(1) Положителното налягане се отнася до способността на едно чисто помещение да потиска замърсяването на въздуха в помещенията през пролуките между вратите и прозорците или да минимизира замърсителите, които проникват в помещението, когато вратите и прозорците се отворят за кратко време. Размерът на положителното налягане показва силата на способността за потискане на замърсяването. Разбира се, колкото по-голямо е положителното налягане, толкова по-добре (което ще бъде обсъдено по-късно).
(2) Обемът на въздуха, необходим за положително налягане, е ограничен. Обемът на въздуха, необходим за положително налягане от 5Pa и положително налягане от 10Pa, се различава само с около 1 път/час. Защо да не го направим? Очевидно е по-добре да се приеме долната граница на положителното налягане от 10Pa.
(3) Федералният стандарт на САЩ (FS209A~B) постановява, че когато всички входове и изходи са затворени, минималната разлика в положителното налягане между чистото помещение и всяка съседна зона с ниска чистота е 0,05 инча воден стълб (12,5 Pa). Тази стойност е приета от много страни. Но стойността на положителното налягане в чистото помещение не е по-висока, толкова по-добра. Според реалните инженерни тестове на нашето устройство в продължение на повече от 30 години, когато стойността на положителното налягане е ≥ 30 Pa, е трудно да се отвори вратата. Ако затворите вратата небрежно, ще се чуе трясък! Това ще изплаши хората. Когато стойността на положителното налягане е ≥ 50~70 Pa, пролуките между вратите и прозорците ще издават свистене и слабите или тези с някои неподходящи симптоми ще се чувстват неудобно. Съответните спецификации или стандарти на много страни в страната и чужбина обаче не уточняват горната граница на положителното налягане. В резултат на това много устройства се стремят да отговорят само на изискванията на долната граница, независимо от това колко е горната граница. В действително чистата стая, с която се е сблъскал авторът, стойността на положителното налягане е висока до 100 Pa или повече, което води до много лоши последици. Всъщност, регулирането на положителното налягане не е трудно. Напълно възможно е да се контролира в определен диапазон. Има документ, в който се посочва, че в една страна в Източна Европа стойността на положителното налягане е 1-3 mm H2O (около 10~30 Pa). Авторът смята, че този диапазон е по-подходящ.
Време на публикуване: 13 февруари 2025 г.