Análisis del núcleo de la sala limpia

Introducción

La habitación limpia es la base del control de la contaminación. Sin una habitación limpia, las piezas sensibles a la contaminación no pueden producirse en masa. En FED-STD-2, la sala limpia se define como una habitación con filtración de aire, distribución, optimización, materiales de construcción y equipos, en el que se utilizan procedimientos operativos regulares específicos para controlar la concentración de partículas en el aire para lograr el nivel de limpieza de partículas apropiado.

Para lograr un buen efecto de limpieza en la sala limpia, es necesario no solo concentrarse en tomar medidas razonables de purificación de aire acondicionado, sino también requerir que el proceso, la construcción y otras especialidades tomen medidas correspondientes: no solo un diseño razonable, sino también una construcción cuidadosa e instalación de acuerdo con las especificaciones, así como el uso correcto de la sala limpia y el mantenimiento científico y la gestión. Para lograr un buen efecto en la sala limpia, se han expuesto muchas literaturas domésticas y extranjeras desde diferentes perspectivas. De hecho, es difícil lograr una coordinación ideal entre diferentes especialidades, y es difícil para los diseñadores comprender la calidad de la construcción y la instalación, así como el uso y la gestión, especialmente este último. En lo que respecta a las medidas de purificación de la sala limpia, muchos diseñadores, o incluso fiestas de construcción, a menudo no prestan suficiente atención a sus condiciones necesarias, lo que resulta en un efecto de limpieza insatisfactorio. Este artículo solo discute brevemente las cuatro condiciones necesarias para lograr los requisitos de limpieza en las medidas de purificación de la sala limpia.

1. Limpieza del suministro de aire

Para garantizar que la limpieza del suministro de aire cumpla con los requisitos, la clave es el rendimiento e instalación del filtro final del sistema de purificación.

Selección de filtros

El filtro final del sistema de purificación generalmente adopta un filtro HEPA o un filtro sub-hepA. De acuerdo con los estándares de mi país, la eficiencia de los filtros HEPA se divide en cuatro grados: la clase A es ≥99.9%, la clase B es ≥99.9%, la clase C es ≥99.999%, la clase D es (para partículas ≥0.1μm) ≥99.99999 % (también conocido como filtros Ultra-Hepa); Los filtros Sub-HEPA son (para partículas ≥0.5 μm) 95 ~ 99.9%. Cuanto mayor sea la eficiencia, más caro es el filtro. Por lo tanto, al elegir un filtro, no solo debemos cumplir con los requisitos de limpieza del suministro de aire, sino también considerar la racionalidad económica.

Desde la perspectiva de los requisitos de limpieza, el principio es utilizar filtros de bajo rendimiento para habitaciones limpias de bajo nivel y filtros de alto rendimiento para habitaciones limpias de alto nivel. En términos generales: los filtros de alta y media eficiencia se pueden usar para el nivel de 1 millón; Los filtros HEPA de sub-hepa o clase A se pueden usar para niveles por debajo de la clase 10,000; Los filtros de clase B se pueden usar para la clase 10,000 a 100; y los filtros de clase C se pueden usar para los niveles 100 a 1. Parece que hay dos tipos de filtros para elegir para cada nivel de limpieza. Si elegir filtros de alto rendimiento o de bajo rendimiento depende de la situación específica: cuando la contaminación ambiental es grave o la relación de escape interior es grande, o la sala limpia es particularmente importante y requiere un factor de seguridad mayor, en estos o uno De estos casos, se debe seleccionar un filtro de clase alta; De lo contrario, se puede seleccionar un filtro de bajo rendimiento. Para habitaciones limpias que requieren el control de partículas de 0.1 μm, los filtros de clase D deben seleccionarse independientemente de la concentración de partículas controladas. Lo anterior es solo desde la perspectiva del filtro. De hecho, para elegir un buen filtro, también debe considerar completamente las características de la sala limpia, el filtro y el sistema de purificación.

Instalación de filtro

Para garantizar la limpieza del suministro de aire, no es suficiente tener solo filtros calificados, sino también para garantizar: a. El filtro no está dañado durante el transporte e instalación; b. La instalación es ajustada. Para lograr el primer punto, el personal de construcción e instalación debe estar bien entrenado, con tanto conocimiento de la instalación de sistemas de purificación como habilidades de instalación calificada. De lo contrario, será difícil asegurarse de que el filtro no esté dañado. Hay lecciones profundas a este respecto. En segundo lugar, el problema de la opresión de la instalación depende principalmente de la calidad de la estructura de instalación. El manual de diseño generalmente recomienda: para un solo filtro, se usa una instalación de tipo abierto, de modo que incluso si se produce fugas, no se filtrará en la habitación; Usando una salida de aire HEPA terminada, la tensión también es más fácil de garantizar. Para el aire de múltiples filtros, el sello de gel y el sellado de presión negativa a menudo se usan en los últimos años.

El sello de gel debe asegurarse de que la junta del tanque líquido esté apretada y que el marco general esté en el mismo plano horizontal. El sellado de presión negativa es hacer la periferia externa de la articulación entre el filtro y el cuadro de presión estática y el marco en un estado de presión negativa. Al igual que la instalación de tipo abierto, incluso si hay fugas, no se filtrará en la habitación. De hecho, mientras el marco de instalación esté plano y la cara del extremo del filtro esté en contacto uniforme con el marco de instalación, debería ser fácil hacer que el filtro cumpla con los requisitos de rencor de instalación en cualquier tipo de instalación.

2. Organización de flujo de aire

La organización de flujo de aire de una sala limpia es diferente de la de una habitación general con aire acondicionado. Requiere que el aire más limpio se entregue primero al área operativa. Su función es limitar y reducir la contaminación a los objetos procesados. Con este fin, se deben considerar los siguientes principios al diseñar la organización del flujo de aire: minimizar las corrientes de Eddy para evitar llevar la contaminación fuera del área de trabajo al área de trabajo; Trate de evitar el vuelo secundario del polvo para reducir la posibilidad de que el polvo contamine la pieza de trabajo; El flujo de aire en el área de trabajo debe ser lo más uniforme posible, y su velocidad del viento debe cumplir con el proceso y los requisitos de higiene. Cuando el flujo de aire fluye a la salida de aire de retorno, el polvo en el aire debe ser eliminado de manera efectiva. Elija diferentes modos de entrega de aire y devolución de acuerdo con diferentes requisitos de limpieza.

Las diferentes organizaciones de flujo de aire tienen sus propias características y ámbitos:

(1). Flujo unidireccional vertical

Además de las ventajas comunes de obtener un flujo de aire hacia abajo uniforme, facilitando la disposición de los equipos de proceso, la fuerte capacidad de auto-purificación y la simplificación de instalaciones comunes como las instalaciones de purificación personal, los cuatro métodos de suministro de aire también tienen sus propias ventajas y desventajas: completas- Los filtros HEPA cubiertos tienen las ventajas de baja resistencia y ciclo de reemplazo de filtro largo, pero la estructura del techo es compleja y el costo es alto; Las ventajas y desventajas de la entrega superior del filtro HEPA cubierta de lateral y la entrega superior de la placa de orificio completo son opuestas a las de la entrega superior del filtro HEPA cubierta. Entre ellos, la entrega superior de la placa de orificio completo es fácil de acumular polvo en la superficie interna de la placa de orificio cuando el sistema está funcionando de manera no continuamente, y el mal mantenimiento tiene algún impacto en la limpieza; La entrega superior del difusor denso requiere una capa de mezcla, por lo que solo es adecuada para habitaciones altas y limpias por encima de 4 m, y sus características son similares a la entrega de placa de orificio completo; El método de aire de retorno para la placa con rejillas en ambos lados y las salidas de aire de retorno dispuestas de manera uniforme en la parte inferior de las paredes opuestas solo es adecuado para habitaciones limpias con un espacio neto de menos de 6 m en ambos lados; Las salidas de aire de retorno dispuestas en la parte inferior de la pared de un solo lado son adecuadas para habitaciones limpias con una pequeña distancia entre las paredes (como ≤ <2 ~ 3m).

(2). Flujo unidireccional horizontal

Solo la primera área de trabajo puede alcanzar el nivel de limpieza de 100. Cuando el aire fluye hacia el otro lado, la concentración de polvo aumenta gradualmente. Por lo tanto, solo es adecuado para habitaciones limpias con diferentes requisitos de limpieza para el mismo proceso en la misma habitación. La distribución local de los filtros HEPA en el muro de suministro de aire puede reducir el uso de filtros HEPA y ahorrar inversiones iniciales, pero hay remolinos en las áreas locales.

(3). Flujo de aire turbulento

Las características de la entrega superior de las placas de orificio y la entrega superior de difusores densos son las mismas que las mencionadas anteriormente: las ventajas de la entrega lateral son fáciles de organizar tuberías, no se requiere un intercambio técnico, bajo costo y propicio para la renovación de las fábricas antiguas . Las desventajas son que la velocidad del viento en el área de trabajo es grande, y la concentración de polvo en el lado a favor del viento es más alta que la del lado del viento hacia arriba; La entrega superior de las salidas de filtro HEPA tiene las ventajas del sistema simple, no hay tuberías detrás del filtro HEPA, y el flujo de aire limpio se entrega directamente al área de trabajo, pero el flujo de aire limpio se difunde lentamente y el flujo de aire en el área de trabajo es más uniforme; Sin embargo, cuando se organizan múltiples salidas de aire o se utilizan salidas de aire de filtro HEPA con difusores, el flujo de aire en el área de trabajo también se puede hacer más uniforme; Pero cuando el sistema no funciona continuamente, el difusor es propenso a la acumulación de polvo.

La discusión anterior está en un estado ideal y se recomienda mediante especificaciones nacionales, estándares o manuales de diseño relevantes. En proyectos reales, la organización de flujo de aire no está bien diseñada debido a condiciones objetivas o razones subjetivas del diseñador. Los comunes incluyen: el flujo unidireccional vertical adopta el aire de retorno de la parte inferior de las dos paredes adyacentes, la clase 100 local adopta la entrega superior y el retorno superior (es decir, no se agrega una cortina colgante debajo de la salida de aire local) y las habitaciones limpias turbulentas adoptan Entrega superior de salida de aire de filtro HEPA y retorno superior o retorno inferior de un solo lado (espaciado más grande entre las paredes), etc. Estos métodos de organización de flujo de aire se han medido y la mayor parte de su limpieza no cumplir con los requisitos de diseño. Debido a las especificaciones actuales para la aceptación vacía o estática, algunas de estas habitaciones limpias apenas alcanzan el nivel de limpieza diseñado en condiciones vacías o estáticas, pero la capacidad de interferencia contra la contaminación es muy baja, y una vez que la sala limpia ingresa al estado de trabajo, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI, TI TI TI TI no cumple con los requisitos.

La organización correcta de flujo de aire debe establecerse con cortinas que cuelgan hasta la altura del área de trabajo en el área local, y la Clase 100,000 no debe adoptar la entrega superior y el retorno superior. Además, la mayoría de las fábricas actualmente producen salidas de aire de alta eficiencia con difusores, y sus difusores son solo placas de orificio decorativas y no juegan el papel de difusión del flujo de aire. Los diseñadores y usuarios deben prestar especial atención a esto.

3. Volumen de suministro de aire o velocidad de aire

El volumen de ventilación suficiente es diluir y eliminar el aire contaminado interior. Según diferentes requisitos de limpieza, cuando la altura neta de la sala limpia es alta, la frecuencia de ventilación debe aumentarse adecuadamente. Entre ellos, el volumen de ventilación de la sala limpia de 1 millón se considera de acuerdo con el sistema de purificación de alta eficiencia, y el resto se considera de acuerdo con el sistema de purificación de alta eficiencia; Cuando los filtros HEPA de la sala limpia de Clase 100,000 se concentran en la sala de máquinas o los filtros Sub-HepA se usan al final del sistema, la frecuencia de ventilación se puede aumentar adecuadamente en un 10-20%.

Para los valores recomendados por el volumen de ventilación anterior, el autor cree que: la velocidad del viento a través de la sección de la habitación de la habitación limpia de flujo unidireccional es baja, y la sala limpia turbulenta tiene un valor recomendado con un factor de seguridad suficiente. Flujo unidireccional vertical ≥ 0.25m/s, flujo unidireccional horizontal ≥ 0.35m/s. Aunque los requisitos de limpieza se pueden cumplir cuando se analizan en condiciones vacías o estáticas, la capacidad de anti-contaminación es pobre. Una vez que la habitación ingresa al estado de trabajo, la limpieza puede no cumplir con los requisitos. Este tipo de ejemplo no es un caso aislado. Al mismo tiempo, no hay fanáticos adecuados para sistemas de purificación en la serie de ventiladores de mi país. En general, los diseñadores a menudo no hacen cálculos precisos de la resistencia al aire del sistema, o no notan si el ventilador seleccionado está en un punto de trabajo más favorable en la curva característica, lo que resulta en el volumen de aire o la velocidad del viento que no alcanza el valor de diseño en breve Después de que el sistema se pone en funcionamiento. El estándar federal de EE. UU. (FS209A ~ B) estipuló que la velocidad del flujo de aire de una sala limpia unidireccional a través de la sección transversal de la sala limpia generalmente se mantiene a 90 pies/min (0.45m/s), y la no uniformidad de la velocidad está dentro de ± 20% bajo la condición de no interferencia en toda la habitación. Cualquier disminución significativa en la velocidad del flujo de aire aumentará la posibilidad de tiempo de autolimpieza y contaminación entre las posiciones de trabajo (después de la promulgación de FS209C en octubre de 1987, no se realizaron regulaciones para todos los indicadores de parámetros que no sean la concentración de polvo).

Por esta razón, el autor cree que es apropiado aumentar adecuadamente el valor de diseño nacional actual de la velocidad de flujo unidireccional. Nuestra unidad lo ha hecho en proyectos reales, y el efecto es relativamente bueno. La sala limpia turbulenta tiene un valor recomendado con un factor de seguridad relativamente suficiente, pero muchos diseñadores aún no están seguros. Al hacer diseños específicos, aumentan el volumen de ventilación de la habitación limpia de Clase 100,000 a 20-25 veces/h, sala limpia de clase 10,000 a 30-40 veces/h, y sala limpia de clase 1000 a 60-70 veces/h. Esto no solo aumenta la capacidad del equipo y la inversión inicial, sino que también aumenta los costos futuros de mantenimiento y gestión. De hecho, no hay necesidad de hacerlo. Al compilar las medidas técnicas de limpieza de aire de mi país, se investigó y midió más de la sala de clase de Clase 100 en China. Se probaron muchas habitaciones limpias en condiciones dinámicas. Los resultados mostraron que los volúmenes de ventilación de la clase 100,000 habitaciones limpias ≥10 veces/h, las habitaciones limpias de clase 10,000 ≥20 veces/h, y las habitaciones limpias de clase 1000 ≥50 veces/h pueden cumplir con los requisitos. El estándar federal de EE. UU. (FS2O9A ~ b) estipula: salas limpias no unidireccionales (clase 100,000, clase 10,000), altura de la habitación 8 ~ 12ft (2.44 ~ 3.66m), generalmente consideran que la habitación completa se ventilará al menos una vez cada 3 minutos (es decir, 20 veces/h). Por lo tanto, la especificación de diseño ha tenido en cuenta un gran coeficiente excedente, y el diseñador puede elegir de manera segura de acuerdo con el valor recomendado del volumen de ventilación.

4. Diferencia de presión estática

Mantener una cierta presión positiva en la sala limpia es una de las condiciones esenciales para garantizar que la sala limpia no esté o menos contaminada para mantener el nivel de limpieza diseñado. Incluso para las habitaciones de limpieza de presión negativa, debe tener habitaciones o suites adyacentes con un nivel de limpieza no más bajo que su nivel para mantener una cierta presión positiva, de modo que se pueda mantener la limpieza de la sala limpia de presión negativa.

El valor de presión positivo de la sala limpia se refiere al valor cuando la presión estática interior es mayor que la presión estática al aire libre cuando todas las puertas y ventanas están cerradas. El método se logra que el volumen de suministro de aire del sistema de purificación es mayor que el volumen de aire de retorno y el volumen de aire de escape. Para garantizar el valor de presión positivo de la sala limpia, los ventiladores de suministro, retorno y escape se entrelazan preferiblemente. Cuando se enciende el sistema, el ventilador de suministros se inicia primero, y luego se inician los ventiladores de retorno y escape; Cuando se apaga el sistema, el ventilador de escape se apaga primero, y luego los ventiladores de regreso y suministro se apagan para evitar que la sala limpia se contamine cuando el sistema se enciende y apague.

El volumen de aire requerido para mantener la presión positiva de la sala limpia está determinado principalmente por la atracción de la estructura de mantenimiento. En los primeros días de la construcción de la sala limpia en mi país, debido a la mala atracción de la estructura del recinto, tardó 2 a 6 veces/h de suministro de aire para mantener una presión positiva de ≥5pa; En la actualidad, la atracción de la estructura de mantenimiento se ha mejorado considerablemente, y solo se requieren 1 a 2 veces/h de suministro de aire para mantener la misma presión positiva; y solo se requieren 2 a 3 veces/h de suministro de aire para mantener ≥10pa.

Las especificaciones de diseño de mi país [6] estipulan que la diferencia de presión estática entre las habitaciones limpias de diferentes grados y entre las áreas limpias y las áreas no claras no debe ser inferior a 0.5 mm H2O (~ 5Pa), y la diferencia de presión estática entre el área limpia y el aire libre no debe ser menos de 1.0 mm H2O (~ 10Pa). El autor cree que este valor parece ser demasiado bajo por tres razones:

(1) La presión positiva se refiere a la capacidad de una sala limpia para suprimir la contaminación del aire interior a través de los huecos entre puertas y ventanas, o para minimizar los contaminantes que penetran en la habitación cuando las puertas y las ventanas se abren por un corto tiempo. El tamaño de la presión positiva indica la resistencia de la capacidad de supresión de la contaminación. Por supuesto, cuanto mayor sea la presión positiva, mejor (que se discutirá más adelante).

(2) El volumen de aire requerido para la presión positiva es limitado. El volumen de aire requerido para la presión positiva de 5PA y la presión positiva de 10pa es solo aproximadamente 1 vez/h diferente. ¿Por qué no hacerlo? Obviamente, es mejor tomar el límite inferior de presión positiva como 10Pa.

(3) El estándar federal de EE. UU. (FS209A ~ B) estipula que cuando todas las entradas y salidas están cerradas, la diferencia mínima de presión positiva entre la sala limpia y cualquier área de limpieza de baja limpieza adyacente es de 0.05 pulgadas de columna de agua (12.5pa). Este valor ha sido adoptado por muchos países. Pero el valor de presión positivo de la sala limpia no es cuanto mayor, mejor. Según las pruebas de ingeniería reales de nuestra unidad durante más de 30 años, cuando el valor de presión positivo es ≥ 30pa, es difícil abrir la puerta. Si cierras la puerta descuidadamente, ¡hará una explosión! Asustará a la gente. Cuando el valor de presión positivo es ≥ 50 ~ 70pa, los espacios entre puertas y ventanas harán un silbato, y los débiles o aquellos con algunos síntomas inapropiados se sentirán incómodos. Sin embargo, las especificaciones o estándares relevantes de muchos países en el hogar y en el extranjero no especifican el límite superior de presión positiva. Como resultado, muchas unidades solo buscan cumplir con los requisitos del límite inferior, independientemente de cuánto sea el límite superior. En la sala limpia real encontrada por el autor, el valor de presión positivo es tan alto como 100pa o más, lo que resulta en efectos muy malos. De hecho, ajustar la presión positiva no es algo difícil. Es completamente posible controlarlo dentro de un cierto rango. Hubo un documento que introdujo que cierto país en Europa del Este estipula el valor de presión positiva como 1-3 mm H20 (aproximadamente 10 ~ 30pa). El autor cree que este rango es más apropiado.