Análise central da sala limpa

Introdução

A sala limpa é a base do controle da poluição. Sem espaço limpo, as peças sensíveis à poluição não podem ser produzidas em massa. No Fed-STD-2, a sala limpa é definida como uma sala com filtração, distribuição, otimização, materiais de construção e equipamentos, nos quais procedimentos operacionais regulares específicos são usados ​​para controlar a concentração de partículas no ar para atingir o nível apropriado de limpeza de partículas.

Para obter um efeito de boa limpeza na sala limpa, é necessário não apenas se concentrar em tomar medidas razoáveis ​​de purificação de ar condicionado, mas também exigir processo, construção e outras especialidades para tomar medidas correspondentes: não apenas um design razoável, mas também uma construção cuidadosa e instalação de acordo com as especificações, bem como o uso correto da sala limpa e da manutenção científica e gerenciamento. Para alcançar um bom efeito na sala limpa, muitas literaturas nacionais e estrangeiras foram expostas de diferentes perspectivas. De fato, é difícil obter coordenação ideal entre diferentes especialidades, e é difícil para os designers compreender a qualidade da construção e instalação, bem como o uso e o gerenciamento, especialmente o último. No que diz respeito às medidas de purificação de salas limpas, muitos designers ou até partes de construção geralmente não prestam atenção suficiente às suas condições necessárias, resultando em efeito de limpeza insatisfatória. Este artigo discute apenas brevemente as quatro condições necessárias para atingir os requisitos de limpeza em medidas de purificação de salas limpas.

1. Limpeza de suprimento de ar

Para garantir que a limpeza da oferta de ar atenda aos requisitos, a chave é o desempenho e a instalação do filtro final do sistema de purificação.

Seleção de filtro

O filtro final do sistema de purificação geralmente adota um filtro HEPA ou um filtro sub-hepa. De acordo com os padrões do meu país, a eficiência dos filtros HEPA é dividida em quatro graus: a classe A é ≥99,9%, a classe B é ≥99,9%, a classe C é ≥99,999%, a classe D é (para partículas ≥0,1μm) ≥99,999 % (também conhecido como filtros ultra-hepa); Os filtros Sub-Hepa são (para partículas ≥0,5μm) 95 ~ 99,9%. Quanto maior a eficiência, mais caro o filtro. Portanto, ao escolher um filtro, não devemos apenas atender aos requisitos de limpeza de suprimentos de ar, mas também considerar a racionalidade econômica.

Do ponto de vista dos requisitos de limpeza, o princípio é usar filtros de baixo desempenho para salas limpas de baixo nível e filtros de alto desempenho para salas limpas de alto nível. De um modo geral: os filtros de alta e média eficiência podem ser usados ​​para o nível de 1 milhão; Os filtros HEPA Sub-Hepa ou Classe A podem ser usados ​​para níveis abaixo da classe 10.000; Os filtros de classe B podem ser usados ​​para a classe 10.000 a 100; e os filtros de classe C podem ser usados ​​para os níveis 100 a 1. Parece que existem dois tipos de filtros para escolher para cada nível de limpeza. A escolha dos filtros de alto desempenho ou de baixo desempenho depende da situação específica: quando a poluição ambiental é grave ou a taxa de escape interna é grande, ou a sala limpa é particularmente importante e requer um fator de segurança maior, nesses ou um ou um Desses casos, um filtro de alta classe deve ser selecionado; Caso contrário, um filtro de menor desempenho pode ser selecionado. Para salas limpas que requerem controle de partículas de 0,1μm, os filtros de classe D devem ser selecionados, independentemente da concentração de partículas controladas. O exposto acima é apenas da perspectiva do filtro. De fato, para escolher um bom filtro, você também deve considerar completamente as características da sala limpa, do filtro e do sistema de purificação.

Filtro de instalação

Para garantir a limpeza do suprimento de ar, não é suficiente ter apenas filtros qualificados, mas também para garantir: a. O filtro não está danificado durante o transporte e instalação; b. A instalação é apertada. Para alcançar o primeiro ponto, o pessoal da construção e instalação deve ser bem treinado, com o conhecimento da instalação de sistemas de purificação e habilidades de instalação qualificadas. Caso contrário, será difícil garantir que o filtro não seja danificado. Existem lições profundas nesse sentido. Em segundo lugar, o problema de estanqueidade de instalação depende principalmente da qualidade da estrutura de instalação. O manual de design geralmente recomenda: para um único filtro, é usada uma instalação de tipo aberto, de modo que, mesmo que ocorra vazamento, ele não vazará para a sala; Usando uma tomada de ar HEPA acabada, o aperto também é mais fácil de garantir. Para o ar de vários filtros, a vedação de gel e a vedação negativa de pressão são frequentemente usados ​​nos últimos anos.

A vedação em gel deve garantir que a junta do tanque líquido esteja apertada e a estrutura geral esteja no mesmo plano horizontal. A vedação negativa da pressão é tornar a periferia externa da articulação entre o filtro e a caixa de pressão estática e a estrutura em um estado de pressão negativa. Como a instalação do tipo aberto, mesmo que haja vazamento, ele não vazará para a sala. De fato, desde que o quadro de instalação seja plano e a face final do filtro esteja em contato uniforme com o quadro de instalação, deve ser fácil fazer com que o filtro atenda aos requisitos de aperto de instalação em qualquer tipo de instalação.

2. Organização do fluxo de ar

A organização do fluxo de ar de uma sala limpa é diferente da de uma sala com ar-condicionado geral. Requer que o ar mais limpo seja entregue primeiro à área operacional. Sua função é limitar e reduzir a poluição aos objetos processados. Para esse fim, os seguintes princípios devem ser considerados ao projetar a organização do fluxo de ar: minimize as correntes de Foucault para evitar levar a poluição de fora da área de trabalho para a área de trabalho; Tente impedir que a poeira secundária voe para reduzir a chance de contaminar a peça de trabalho; O fluxo de ar na área de trabalho deve ser o mais uniforme possível e sua velocidade do vento deve atender aos requisitos de processo e higiene. Quando o fluxo de ar flui para a saída de ar devolvida, a poeira no ar deve ser efetivamente retirada. Escolha diferentes modos de entrega e retorno de ar de acordo com diferentes requisitos de limpeza.

Diferentes organizações de fluxo de ar têm suas próprias características e escopos:

(1). Fluxo unidirecional vertical

Além das vantagens comuns de obter fluxo de ar uniforme para baixo, facilitar o arranjo de equipamentos de processo, forte capacidade de auto-purificação e simplificar instalações comuns, como instalações de purificação pessoal, os quatro métodos de suprimento de ar também têm suas próprias vantagens e desvantagens: plena: plena: completo-completo-completo-os quatro métodos de suprimento de ar também têm suas próprias vantagens e desvantagens: Os filtros HEPA cobertos têm as vantagens de baixa resistência e ciclo de reposição de filtros longos, mas a estrutura do teto é complexa e o custo é alto; As vantagens e desvantagens da entrega do filtro HEPA coberta lateral e da entrega superior da placa de orifício integral são opostas aos da entrega de filtro HEPA com cobertura completa. Entre eles, é fácil acumular poeira na superfície interna da placa de orifício quando o sistema é contínuo, e a má manutenção tem algum impacto na limpeza; A entrega superior do difusor densa requer uma camada de mistura, por isso é adequada apenas para salas altas e limpas acima de 4m, e suas características são semelhantes à entrega da placa de orifício integral; O método de ar de retorno para a placa com grades de ambos os lados e as saídas de ar de retorno dispostas uniformemente no fundo das paredes opostas são adequadas apenas para salas limpas com um espaçamento líquido inferior a 6m em ambos os lados; As tomadas de ar de retorno dispostas na parte inferior da parede de lado único são adequadas apenas para salas limpas com uma pequena distância entre as paredes (como ≤ <2 ~ 3m).

(2). Fluxo unidirecional horizontal

Somente a primeira área de trabalho pode atingir o nível de limpeza de 100. Quando o ar flui para o outro lado, a concentração de poeira aumenta gradualmente. Portanto, é adequado apenas para salas limpas com diferentes requisitos de limpeza para o mesmo processo na mesma sala. A distribuição local dos filtros HEPA na parede de suprimento de ar pode reduzir o uso de filtros HEPA e economizar investimentos iniciais, mas existem redemoinhos nas áreas locais.

(3). Fluxo de ar turbulento

As características da entrega superior de placas de orifício e a entrega superior de difusores densos são os mesmos que os mencionados acima: as vantagens da entrega lateral são fáceis de organizar oleodutos, nenhum intercalador técnico é necessário, baixo custo e propício à renovação de fábricas antigas . As desvantagens são de que a velocidade do vento na área de trabalho é grande e a concentração de poeira no lado a favor do vento é maior que a do lado do vento; A entrega superior dos pontos de venda do filtro HEPA tem as vantagens do sistema simples, sem pipelines por trás do filtro HEPA e o fluxo de ar limpo entregue diretamente na área de trabalho, mas o fluxo de ar limpo se difunde lentamente e o fluxo de ar na área de trabalho é mais uniforme; No entanto, quando várias saídas de ar são dispostas uniformemente ou as saídas de ar de filtro HEPA com difusores são usadas, o fluxo de ar na área de trabalho também pode ser mais uniforme; Mas quando o sistema não está funcionando continuamente, o difusor é propenso a acumulação de poeira.

A discussão acima está em um estado ideal e é recomendado por especificações nacionais relevantes, padrões ou manuais de design. Em projetos reais, a organização do fluxo de ar não é bem projetado devido a condições objetivas ou razões subjetivas do designer. Os comuns incluem: o fluxo unidirecional vertical adota o ar de retorno da parte inferior das duas paredes adjacentes, a classe local 100 adota a entrega superior e o retorno superior (ou seja, nenhuma cortina suspensa é adicionada sob a saída de ar local) e salas limpas turbulentas adotadas Entrega superior de saída de ar de filtro HEPA e retorno superior ou retorno inferior único (espaçamento maior entre paredes), etc. Esses métodos de organização do fluxo de ar foram medidos e a maior parte de sua limpeza não atende ao design requisitos. Devido às especificações atuais para aceitação vazia ou estática, algumas dessas salas limpas mal atingem o nível de limpeza projetado em condições vazias ou estáticas, mas a capacidade de interferência anti-poluição é muito baixa e, uma vez que a sala limpa entra no estado de trabalho, ele não atende aos requisitos.

A organização correta do fluxo de ar deve ser definida com cortinas penduradas na altura da área de trabalho na área local, e a classe 100.000 não deve adotar a entrega superior e o retorno superior. Além disso, a maioria das fábricas atualmente produz saídas de ar de alta eficiência com difusores, e seus difusores são apenas placas de orifício decorativas e não desempenham o papel de difundir o fluxo de ar. Designers e usuários devem prestar atenção especial a isso.

3. Volume de suprimento de ar ou velocidade de ar

O volume de ventilação suficiente é diluir e remover o ar poluído interno. De acordo com diferentes requisitos de limpeza, quando a altura líquida da sala limpa estiver alta, a frequência de ventilação deve ser aumentada adequadamente. Entre eles, o volume de ventilação da sala limpa de 1 milhão de níveis é considerada de acordo com o sistema de purificação de alta eficiência, e o restante é considerado de acordo com o sistema de purificação de alta eficiência; Quando os filtros HEPA da sala de 100.000 da classe 100.000 estão concentrados na sala de máquinas ou os filtros Sub-Hepa são usados ​​no final do sistema, a frequência de ventilação pode ser aumentada adequadamente 10-20%.

Para o volume de ventilação acima, os valores recomendados, o autor acredita que: a velocidade do vento através da seção da sala da sala limpa de fluxo unidirecional é baixa e a sala limpa turbulenta tem um valor recomendado com um fator de segurança suficiente. Fluxo unidirecional vertical ≥ 0,25m/s, fluxo unidirecional horizontal ≥ 0,35m/s. Embora os requisitos de limpeza possam ser atendidos quando testados em condições vazias ou estáticas, a capacidade anti-poluição é ruim. Quando a sala entra no estado de trabalho, a limpeza pode não atender aos requisitos. Este tipo de exemplo não é um caso isolado. Ao mesmo tempo, não há fãs adequados para sistemas de purificação na série Ventilator do meu país. Geralmente, os designers geralmente não fazem cálculos precisos da resistência do ar do sistema, ou não percebem se o ventilador selecionado está em um ponto de trabalho mais favorável na curva característica, resultando no volume de ar ou na velocidade do vento que falha ao atingir o valor do projeto em breve Depois que o sistema é colocado em operação. O padrão federal dos EUA (fs209a ~ b) estipulava que a velocidade do fluxo de ar de uma sala limpa unidirecional através da seção transversal da sala limpa é geralmente mantida a 90 pés/min (0,45m/s), e a não uniformidade da velocidade está dentro de ± 20% Sob a condição de nenhuma interferência em toda a sala. Qualquer diminuição significativa na velocidade do fluxo de ar aumentará a possibilidade de tempo e poluição auto-limpeza entre as posições de trabalho (após a promulgação do FS209C em outubro de 1987, nenhum regulamento foi feito para todos os indicadores de parâmetros que não sejam a concentração de poeira).

Por esse motivo, o autor acredita que é apropriado aumentar adequadamente o atual valor de projeto doméstico da velocidade de fluxo unidirecional. Nossa unidade fez isso em projetos reais, e o efeito é relativamente bom. A sala limpa turbulenta tem um valor recomendado com um fator de segurança relativamente suficiente, mas muitos designers ainda não têm certeza. Ao fazer projetos específicos, eles aumentam o volume de ventilação da classe 100.000 limpa para 20-25 vezes/h, a classe 10.000 Limpa para 30-40 vezes/h e sala limpa da classe 1000 para 60-70 vezes/h. Isso não apenas aumenta a capacidade do equipamento e o investimento inicial, mas também aumenta os custos futuros de manutenção e gerenciamento. De fato, não há necessidade de fazê -lo. Ao compilar as medidas técnicas de limpeza de ar do meu país, mais do que a sala de classe 100 na China foram investigadas e medidas. Muitos quartos limpos foram testados em condições dinâmicas. Os resultados mostraram que os volumes de ventilação das quartos da classe 100.000 limpos ≥10 vezes/h, a classe 10.000 salas limpas ≥20 vezes/h e salas de classe 1000 limpas ≥50 vezes/h podem atender aos requisitos. O padrão federal dos EUA (FS2O9A ~ b) estipula: quartos limpos não unidirecionais (classe 100.000, classe 10.000), altura da sala 8 ~ 12ft (2,44 ~ 3,66m), geralmente considera que toda a sala a ser ventilada pelo menos uma vez a cada 3 minutos (ou seja, 20 vezes/h). Portanto, a especificação do projeto levou em consideração um grande coeficiente excedente, e o designer pode escolher com segurança de acordo com o valor recomendado do volume de ventilação.

4. Diferença de pressão estática

Manter uma certa pressão positiva na sala limpa é uma das condições essenciais para garantir que a sala limpa não seja ou menos poluída para manter o nível de limpeza projetado. Mesmo para salas limpas de pressão negativa, deve ter salas ou suítes adjacentes com um nível de limpeza não abaixo do seu nível para manter uma certa pressão positiva, para que a limpeza da sala limpa de pressão negativa possa ser mantida.

O valor de pressão positivo da sala limpa refere -se ao valor quando a pressão estática interna é maior que a pressão estática externa quando todas as portas e janelas estão fechadas. É alcançado pelo método que o volume de suprimento de ar do sistema de purificação é maior que o volume de ar de retorno e o volume de ar de escape. Para garantir o valor da pressão positiva da sala limpa, os ventiladores de suprimento, retorno e exaustão estão preferencialmente entrelaçados. Quando o sistema é ativado, o ventilador de suprimento é iniciado primeiro e, em seguida, os ventiladores de retorno e exaustão são iniciados; Quando o sistema é desligado, o exaustor é desligado primeiro e, em seguida, os ventiladores de retorno e suprimento são desligados para impedir que a sala limpa seja contaminada quando o sistema é ligado e desligado.

O volume de ar necessário para manter a pressão positiva da sala limpa é determinada principalmente pela estação aérea da estrutura de manutenção. Nos primeiros dias da construção da sala limpa em meu país, devido à baixa herdeira da estrutura do gabinete, foram necessárias 2 a 6 vezes/h de suprimento de ar para manter uma pressão positiva ≥5pa; Atualmente, a travestia da estrutura de manutenção foi bastante aprimorada e apenas 1 a 2 vezes/h de suprimento de ar é necessária para manter a mesma pressão positiva; e apenas 2 a 3 vezes/h de suprimento de ar é necessário para manter ≥10Pa.

As especificações de projeto do meu país [6] estipulam que a diferença de pressão estática entre salas limpas de diferentes graus e entre áreas limpas e áreas não limpas deve ser inferior a 0,5 mm H2O (~ 5pa), e a diferença de pressão estática entre a área limpa e o ar livre deve ser inferior a 1,0 mm H2O (~ 10pa). O autor acredita que esse valor parece ser muito baixo por três razões:

(1) A pressão positiva refere -se à capacidade de uma sala limpa de suprimir a poluição do ar interno através das lacunas entre portas e janelas, ou para minimizar os poluentes que penetram na sala quando as portas e janelas são abertas por um curto período de tempo. O tamanho da pressão positiva indica a força da capacidade de supressão da poluição. Obviamente, quanto maior a pressão positiva, melhor (que será discutido mais adiante).

(2) O volume de ar necessário para pressão positivo é limitado. O volume de ar necessário para a pressão positiva de 5Pa e a pressão positiva de 10pa é de apenas 1 tempo/h diferente. Por que não fazer isso? Obviamente, é melhor tomar o limite inferior de pressão positiva como 10Pa.

(3) O padrão federal dos EUA (FS209A ~ b) estipula que, quando todas as entradas e saídas são fechadas, a diferença de pressão positiva mínima entre a sala limpa e qualquer área de baixa limpeza adjacente é de 0,05 polegadas de coluna de água (12.5pa). Esse valor foi adotado por muitos países. Mas o valor de pressão positivo da sala limpa não é maior, melhor. De acordo com os testes de engenharia reais de nossa unidade por mais de 30 anos, quando o valor da pressão positivo é ≥ 30Pa, é difícil abrir a porta. Se você fechar a porta descuidadamente, ela fará um estrondo! Isso vai assustar as pessoas. Quando o valor da pressão positivo for ≥ 50 ~ 70Pa, as lacunas entre as portas e as janelas farão um apito, e as fracas ou aquelas com alguns sintomas inadequados se sentirão desconfortáveis. No entanto, as especificações ou padrões relevantes de muitos países em casa e no exterior não especificam o limite superior de pressão positiva. Como resultado, muitas unidades procuram apenas atender aos requisitos do limite inferior, independentemente de quanto é o limite superior. Na sala limpa real encontrada pelo autor, o valor da pressão positivo é tão alto quanto 100Pa ou mais, resultando em efeitos muito ruins. De fato, ajustar a pressão positiva não é uma coisa difícil. É inteiramente possível controlá -lo dentro de um determinado intervalo. Houve um documento apresentando que um certo país na Europa Oriental estipula o valor da pressão positivo como 1-3mm H20 (cerca de 10 ~ 30pa). O autor acredita que esse intervalo é mais apropriado.