KERNEANALYSE AF RENRUM

Indledning

Renrum er grundlaget for forureningskontrol. Uden renrum kan forureningsfølsomme dele ikke masseproduceres. I FED-STD-2 defineres renrum som et rum med luftfiltrering, distribution, optimering, byggematerialer og udstyr, hvor specifikke regelmæssige driftsprocedurer anvendes til at kontrollere koncentrationen af ​​luftbårne partikler for at opnå det passende niveau af partikelrenhed.

For at opnå en god renlighedseffekt i renrum er det ikke kun nødvendigt at fokusere på at træffe rimelige foranstaltninger til rensning af klimaanlæg, men også at kræve, at proces, konstruktion og andre specialer træffer tilsvarende foranstaltninger: ikke kun rimeligt design, men også omhyggelig konstruktion og installation i overensstemmelse med specifikationerne, samt korrekt brug af renrum og videnskabelig vedligeholdelse og styring. For at opnå en god effekt i renrum er der blevet beskrevet mange indenlandske og udenlandske litteraturer fra forskellige perspektiver. Faktisk er det vanskeligt at opnå ideel koordinering mellem forskellige specialer, og det er vanskeligt for designere at forstå kvaliteten af ​​konstruktion og installation samt brug og styring, især sidstnævnte. Hvad angår rensningsforanstaltninger i renrum, er mange designere eller endda byggefirmaer ofte ikke tilstrækkeligt opmærksomme på de nødvendige betingelser, hvilket resulterer i en utilfredsstillende renlighedseffekt. Denne artikel diskuterer kun kort de fire nødvendige betingelser for at opnå renlighedskrav i rensningsforanstaltninger i renrum.

1. Renlighed af lufttilførsel

For at sikre, at lufttilførslens renhed opfylder kravene, er nøglen ydeevnen og installationen af ​​​​det endelige filter i rensningssystemet.

Filtervalg

Det endelige filter i rensningssystemet bruger generelt et hepa-filter eller et sub-hepa-filter. Ifølge mit lands standarder er hepa-filtres effektivitet opdelt i fire grader: Klasse A er ≥99,9%, klasse B er ≥99,9%, klasse C er ≥99,999%, klasse D er (for partikler ≥0,1μm) ≥99,999% (også kendt som ultra-hepa-filtre); sub-hepa-filtre er (for partikler ≥0,5μm) 95~99,9%. Jo højere effektivitet, desto dyrere er filteret. Derfor bør vi, når vi vælger et filter, ikke kun opfylde kravene til lufttilførselsrenhed, men også overveje økonomisk rationalitet.

Fra et renhedsperspektiv er princippet at bruge lavtydende filtre til lavniveau-renrum og højtydende filtre til højniveau-renrum. Generelt kan høj- og mellemeffektive filtre bruges til 1 million-niveauet; sub-hepa eller klasse A hepa-filtre kan bruges til niveauer under klasse 10.000; klasse B-filtre kan bruges til klasse 10.000 til 100; og klasse C-filtre kan bruges til niveauer 100 til 1. Det ser ud til, at der er to typer filtre at vælge imellem for hvert renhedsniveau. Om man skal vælge højtydende eller lavtydende filtre afhænger af den specifikke situation: når miljøforureningen er alvorlig, eller det indendørs udstødningsforhold er stort, eller renrummet er særligt vigtigt og kræver en større sikkerhedsfaktor, bør man i disse eller et af disse tilfælde vælge et højtydende filter; ellers kan man vælge et laveretydende filter. Til renrum, der kræver kontrol af 0,1 μm partikler, bør klasse D-filtre vælges uanset den kontrollerede partikelkoncentration. Ovenstående er kun set fra filterets perspektiv. For at vælge et godt filter skal du faktisk også fuldt ud overveje renrummets, filterets og rensningssystemets egenskaber.

Filterinstallation

For at sikre lufttilførslens renhed er det ikke nok kun at have kvalificerede filtre, men også at sikre: a. At filteret ikke beskadiges under transport og installation; b. At installationen er tæt. For at opnå det første punkt skal bygge- og installationspersonalet være veluddannet med både viden om installation af rensningssystemer og dygtige installationsfærdigheder. Ellers vil det være vanskeligt at sikre, at filteret ikke beskadiges. Der er vigtige lærdomme at hente i denne henseende. For det andet afhænger problemet med installationstæthed hovedsageligt af installationsstrukturens kvalitet. Designmanualen anbefaler generelt: Til et enkelt filter anvendes en åben installation, så selvom der opstår lækage, vil den ikke lække ind i rummet; ved at bruge en færdig HEPA-luftudløb er tæthed også lettere at sikre. Til luft med flere filtre er gelforsegling og negativ trykforsegling ofte blevet brugt i de senere år.

Gelforseglingen skal sikre, at samlingen på væsketanken er tæt, og at hele rammen er i samme vandrette plan. Negativ trykforsegling har til formål at skabe en negativ tryktilstand på den ydre periferi af samlingen mellem filteret og den statiske trykboks, og rammen. Ligesom ved åben installation vil der ikke sive ud i rummet, selvom der er lækage. Faktisk, så længe installationsrammen er flad, og filterets endeflade er i ensartet kontakt med installationsrammen, bør det være nemt at få filteret til at opfylde kravene til installationstæthed i enhver installationstype.

2. Organisering af luftstrømmen

Luftstrømmen i et renrum er anderledes end i et generelt rum med aircondition. Det kræver, at den reneste luft først tilføres arbejdsområdet. Dens funktion er at begrænse og reducere forureningen af ​​de bearbejdede genstande. Med dette for øje bør følgende principper overvejes ved design af luftstrømmens organisering: minimer hvirvelstrømme for at undgå at bringe forurening udefra arbejdsområdet ind i arbejdsområdet; forsøg at forhindre sekundært støv i at flyve for at reducere risikoen for, at støv forurener emnet; luftstrømmen i arbejdsområdet skal være så ensartet som muligt, og dens vindhastighed skal opfylde proces- og hygiejnekravene. Når luftstrømmen strømmer til returluftudløbet, skal støvet i luften effektivt fjernes. Vælg forskellige lufttilførsels- og returtilstande i henhold til forskellige renhedskrav.

Forskellige luftstrømsorganisationer har deres egne karakteristika og omfang:

(1). Vertikal ensrettet strømning

Ud over de almindelige fordele ved at opnå ensartet nedadgående luftstrøm, lette placeringen af ​​procesudstyr, stærk selvrensningsevne og forenkle almindelige faciliteter såsom personlige rensefaciliteter, har de fire lufttilførselsmetoder også deres egne fordele og ulemper: fuldt dækkede HEPA-filtre har fordelene ved lav modstand og lang filterudskiftningscyklus, men loftstrukturen er kompleks, og omkostningerne er høje; fordelene og ulemperne ved sidedækket HEPA-filtertoplevering og fuld hulpladetoplevering er modsatte af dem ved fuldt dækket HEPA-filtertoplevering. Blandt dem er fuld hulpladetoplevering let til at samle støv på den indvendige overflade af blændepladen, når systemet ikke kører kontinuerligt, og dårlig vedligeholdelse har en vis indflydelse på renligheden; tæt diffusortoplevering kræver et blandelag, så den er kun egnet til høje renrum over 4 m, og dens egenskaber ligner fuld hulpladetoplevering; returluftmetoden for pladen med gitre på begge sider og returluftudløb jævnt arrangeret i bunden af ​​de modsatte vægge er kun egnet til renrum med en nettoafstand på mindre end 6 m på begge sider; Returluftudløbene, der er anbragt i bunden af ​​den enkelte sidevæg, er kun egnede til renrum med en lille afstand mellem væggene (f.eks. ≤<2~3m).

(2). Horisontal ensrettet strømning

Kun det første arbejdsområde kan nå renhedsniveauet på 100. Når luften strømmer til den anden side, stiger støvkoncentrationen gradvist. Derfor er det kun egnet til renrum med forskellige renhedskrav for den samme proces i samme rum. Lokal placering af HEPA-filtre på lufttilførselsvæggen kan reducere brugen af ​​HEPA-filtre og spare den indledende investering, men der er hvirvler i lokale områder.

(3). Turbulent luftstrøm

Karakteristikaene ved toplevering af blændeplader og toplevering af tætte diffusorer er de samme som nævnt ovenfor: Fordelene ved sidelevering er, at det er nemt at arrangere rørledninger, der kræves ingen teknisk mellemlag, lave omkostninger og gunstige for renovering af gamle fabrikker. Ulemperne er, at vindhastigheden i arbejdsområdet er stor, og støvkoncentrationen på medvindsiden er højere end på opvindsiden; toplevering af HEPA-filterudløb har fordelene ved et simpelt system, ingen rørledninger bag HEPA-filteret, og ren luftstrøm leveres direkte til arbejdsområdet, men den rene luftstrøm diffunderer langsomt, og luftstrømmen i arbejdsområdet er mere ensartet; når flere luftudløb er jævnt arrangeret, eller HEPA-filterluftudløb med diffusorer anvendes, kan luftstrømmen i arbejdsområdet dog også gøres mere ensartet; men når systemet ikke kører kontinuerligt, er diffusoren tilbøjelig til støvophobning.

Ovenstående diskussion er ideel og anbefales af relevante nationale specifikationer, standarder eller designmanualer. I faktiske projekter er luftstrømsorganiseringen ikke veldesignet på grund af objektive forhold eller subjektive årsager fra designeren. Almindelige årsager inkluderer: vertikal ensrettet strømning anvender returluft fra den nederste del af de to tilstødende vægge, lokal klasse 100 anvender øvre tilførsel og øvre retur (dvs. der er ikke tilføjet et hængende forhæng under den lokale luftudgang), og turbulente renrum anvender HEPA-filterluftudgang øvre tilførsel og øvre retur eller enkeltsidet nedre retur (større afstand mellem vægge) osv. Disse metoder til luftstrømsorganisering er blevet målt, og det meste af deres renlighed opfylder ikke designkravene. På grund af de nuværende specifikationer for tomme eller statiske accepter når nogle af disse renrum knap nok det designede renhedsniveau under tomme eller statiske forhold, men evnen til at modvirke forurening er meget lav, og når renrummet først går i driftstilstand, opfylder det ikke kravene.

Den korrekte luftstrømsorganisation bør etableres med gardiner, der hænger ned til arbejdsområdets højde i lokalområdet, og klasse 100.000 bør ikke anvende øvre tilluft og øvre returløb. Derudover producerer de fleste fabrikker i øjeblikket højeffektive luftudtag med diffusorer, og deres diffusorer er kun dekorative dyser og fungerer ikke som diffusor. Designere og brugere bør være særligt opmærksomme på dette.

3. Lufttilførselsmængde eller lufthastighed

Tilstrækkelig ventilationsvolumen er til at fortynde og fjerne forurenet luft indendørs. I henhold til forskellige renhedskrav bør ventilationsfrekvensen øges passende, når renrummets nettohøjde er høj. Blandt disse betragtes ventilationsvolumenet i et renrum på 1 million niveau i henhold til det højeffektive rensningssystem, og resten betragtes i henhold til det højeffektive rensningssystem. Når HEPA-filtre i renrum i klasse 100.000 er koncentreret i maskinrummet, eller sub-HEPA-filtre anvendes i slutningen af ​​systemet, kan ventilationsfrekvensen øges passende med 10-20%.

For ovenstående anbefalede værdier for ventilationsvolumen mener forfatteren, at: vindhastigheden gennem rumsektionen i det ensrettede renrum er lav, og det turbulente renrum har en anbefalet værdi med en tilstrækkelig sikkerhedsfaktor. Vertikal ensrettet strømning ≥ 0,25 m/s, horisontal ensrettet strømning ≥ 0,35 m/s. Selvom renlighedskravene kan opfyldes ved test under tomme eller statiske forhold, er antiforureningsevnen dårlig. Når rummet først er i driftstilstand, opfylder renligheden muligvis ikke kravene. Denne type eksempel er ikke et isoleret tilfælde. Samtidig er der ingen ventilatorer, der er egnede til rensningssystemer i mit lands ventilatorserier. Generelt foretager designere ofte ikke nøjagtige beregninger af systemets luftmodstand eller bemærker ikke, om den valgte ventilator er på et mere gunstigt arbejdspunkt på den karakteristiske kurve, hvilket resulterer i, at luftmængden eller vindhastigheden ikke når designværdien kort efter, at systemet er sat i drift. Den amerikanske føderale standard (FS209A~B) fastslog, at luftstrømningshastigheden i et ensrettet renrum gennem tværsnittet af renrummet normalt opretholdes på 90 ft/min (0,45 m/s), og at hastighedsuensartetheden er inden for ±20% under forudsætning af, at der ikke er nogen interferens i hele rummet. Ethvert signifikant fald i luftstrømningshastigheden vil øge muligheden for selvrensningstid og forurening mellem arbejdspositioner (efter offentliggørelsen af ​​FS209C i oktober 1987 blev der ikke fastsat regler for alle parameterindikatorer bortset fra støvkoncentration).

Af denne grund mener forfatteren, at det er passende at øge den nuværende indenlandske designværdi for ensrettet strømningshastighed på passende vis. Vores enhed har gjort dette i faktiske projekter, og effekten er relativt god. Turbulente renrum har en anbefalet værdi med en relativt tilstrækkelig sikkerhedsfaktor, men mange designere er stadig ikke sikre. Når de laver specifikke designs, øger de ventilationsvolumenet for renrum i klasse 100.000 til 20-25 gange/t, renrum i klasse 10.000 til 30-40 gange/t og renrum i klasse 1000 til 60-70 gange/t. Dette øger ikke kun udstyrets kapacitet og den indledende investering, men øger også fremtidige vedligeholdelses- og administrationsomkostninger. Faktisk er der ikke behov for at gøre det. Ved udarbejdelsen af ​​mit lands luftrensningstekniske foranstaltninger blev mere end renrum i klasse 100 i Kina undersøgt og målt. Mange renrum blev testet under dynamiske forhold. Resultaterne viste, at ventilationsvolumener for renrum i klasse 100.000 på ≥10 gange/t, renrum i klasse 10.000 på ≥20 gange/t og renrum i klasse 1000 på ≥50 gange/t kan opfylde kravene. Den amerikanske føderale standard (FS2O9A~B) fastsætter: ikke-ensrettede renrum (klasse 100.000, klasse 10.000) med en rumhøjde på 8~12 fod (2,44~3,66 m) antager normalt, at hele rummet skal ventileres mindst én gang hvert 3. minut (dvs. 20 gange/t). Derfor er der i designspecifikationen taget højde for en stor overskudskoefficient, og designeren kan trygt vælge i henhold til den anbefalede værdi for ventilationsvolumen.

4. Statisk trykforskel

Opretholdelse af et vist positivt tryk i et renrum er en af ​​de væsentlige betingelser for at sikre, at renrummet ikke er forurenet eller mindre forurenet, for at opretholde det tilsigtede renhedsniveau. Selv for renrum med negativt tryk skal det have tilstødende rum eller suiter med et renhedsniveau, der ikke er lavere end dets niveau for at opretholde et vist positivt tryk, så renligheden i renrummet med negativt tryk kan opretholdes.

Den positive trykværdi i renrummet refererer til værdien, når det statiske tryk indendørs er større end det statiske tryk udendørs, når alle døre og vinduer er lukkede. Dette opnås ved, at lufttilførselsmængden i rensningssystemet er større end returluftmængden og udsugningsluftmængden. For at sikre den positive trykværdi i renrummet er tilførsels-, retur- og udsugningsventilatorerne fortrinsvis sammenkoblet. Når systemet tændes, startes tilførselsventilatoren først, og derefter startes retur- og udsugningsventilatorerne; når systemet slukkes, slukkes udsugningsventilatoren først, og derefter slukkes retur- og tilførselsventilatorerne for at forhindre, at renrummet bliver forurenet, når systemet tændes og slukkes.

Den nødvendige luftmængde for at opretholde det positive tryk i renrummet bestemmes primært af vedligeholdelsesstrukturens lufttæthed. I de tidlige dage med renrumskonstruktion i mit land krævede det på grund af den dårlige lufttæthed i indkapslingsstrukturen 2 til 6 gange/t lufttilførsel for at opretholde et positivt tryk på ≥5 Pa. I øjeblikket er vedligeholdelsesstrukturens lufttæthed blevet forbedret betydeligt, og der kræves kun 1 til 2 gange/t lufttilførsel for at opretholde det samme positive tryk, og der kræves kun 2 til 3 gange/t lufttilførsel for at opretholde ≥10 Pa.

Mit lands designspecifikationer [6] fastsætter, at den statiske trykforskel mellem renrum af forskellige kvaliteter og mellem rene områder og ikke-rene områder ikke må være mindre end 0,5 mm H2O (~5 Pa), og den statiske trykforskel mellem det rene område og udendørsområdet ikke må være mindre end 1,0 mm H2O (~10 Pa). Forfatteren mener, at denne værdi synes at være for lav af tre grunde:

(1) Positivt tryk refererer til et renrums evne til at undertrykke indeluftforurening gennem mellemrummene mellem døre og vinduer, eller til at minimere de forurenende stoffer, der trænger ind i rummet, når døre og vinduer åbnes i kort tid. Størrelsen af ​​det positive tryk angiver styrken af ​​forureningsdæmpningsevnen. Jo større det positive tryk er, desto bedre (hvilket vil blive diskuteret senere).

(2) Den nødvendige luftmængde til positivt tryk er begrænset. Den nødvendige luftmængde til et positivt tryk på 5 Pa og et positivt tryk på 10 Pa er kun ca. 1 gang/t forskellig. Hvorfor ikke gøre det? Det er naturligvis bedre at tage den nedre grænse for positivt tryk som 10 Pa.

(3) Den amerikanske føderale standard (FS209A~B) fastsætter, at når alle ind- og udgange er lukkede, er den minimale positive trykforskel mellem renrummet og ethvert tilstødende område med lav renhedsgrad 0,05 tommer vandsøjle (12,5 Pa). Denne værdi er blevet anvendt af mange lande. Men den positive trykværdi i renrummet er ikke, jo højere, jo bedre. Ifølge faktiske tekniske tests af vores enhed i mere end 30 år, er det vanskeligt at åbne døren, når den positive trykværdi er ≥ 30 Pa. Hvis du lukker døren uforsigtigt, vil der komme et brag! Det vil skræmme folk. Når den positive trykværdi er ≥ 50~70 Pa, vil mellemrummene mellem døre og vinduer give en fløjten, og svage personer eller personer med uhensigtsmæssige symptomer vil føle sig utilpas. De relevante specifikationer eller standarder i mange lande i ind- og udland specificerer dog ikke den øvre grænse for positivt tryk. Som et resultat forsøger mange enheder kun at opfylde kravene til den nedre grænse, uanset hvor meget den øvre grænse er. I det faktiske renrum, som forfatteren har oplevet, er positivtrykværdien så høj som 100 Pa eller mere, hvilket resulterer i meget dårlige effekter. Faktisk er det ikke svært at justere positivtrykket. Det er fuldt ud muligt at kontrollere det inden for et bestemt område. Der findes et dokument, der introducerer, at et bestemt land i Østeuropa fastsætter positivtrykværdien til 1-3 mm H2O (ca. 10~30 Pa). Forfatteren mener, at dette område er mere passende.