KÄRNANALYS AV RENRUM

Introduktion

Renrum är grunden för föroreningskontroll. Utan renrum kan föroreningskänsliga delar inte massproduceras. I FED-STD-2 definieras renrum som ett rum med luftfiltrering, distribution, optimering, konstruktionsmaterial och utrustning, där specifika regelbundna driftsprocedurer används för att kontrollera koncentrationen av luftburna partiklar för att uppnå lämplig partikelrenhetsnivå.

För att uppnå god renhetseffekt i renrum är det nödvändigt att inte bara fokusera på att vidta rimliga åtgärder för att rena luftkonditioneringen, utan också att kräva att process-, konstruktions- och andra specialiteter vidtar motsvarande åtgärder: inte bara rimlig design, utan också noggrann konstruktion och installation i enlighet med specifikationerna, samt korrekt användning av renrum och vetenskapligt underhåll och hantering. För att uppnå god effekt i renrum har många inhemska och utländska litteraturer presenterats ur olika perspektiv. Det är faktiskt svårt att uppnå idealisk samordning mellan olika specialiteter, och det är svårt för konstruktörer att förstå kvaliteten på konstruktion och installation samt användning och hantering, särskilt det senare. När det gäller reningsåtgärder för renrum ägnar många konstruktörer, eller till och med byggföretag, ofta inte tillräckligt med uppmärksamhet åt deras nödvändiga villkor, vilket resulterar i otillfredsställande renhetseffekt. Denna artikel diskuterar bara kortfattat de fyra nödvändiga villkoren för att uppnå renhetskraven vid reningsåtgärder för renrum.

1. Lufttillförselns renhet

För att säkerställa att lufttillförselns renhet uppfyller kraven är det viktigaste prestandan och installationen av reningssystemets slutfilter.

Filterval

Det slutliga filtret i reningssystemet använder vanligtvis ett hepafilter eller ett sub-hepafilter. Enligt landets standarder är hepafilternas effektivitet indelad i fyra grader: Klass A är ≥99,9 %, Klass B är ≥99,9 %, Klass C är ≥99,999 %, Klass D är (för partiklar ≥0,1 μm) ≥99,999 % (även känt som ultra-hepafilter); sub-hepafilter är (för partiklar ≥0,5 μm) 95~99,9 %. Ju högre effektivitet, desto dyrare är filtret. Därför bör vi, när vi väljer ett filter, inte bara uppfylla kraven på luftens renhet, utan också beakta ekonomisk rationalitet.

Ur renhetsperspektiv är principen att använda lågpresterande filter för renrum med låga halter och högpresterande filter för renrum med höga halter. Generellt sett kan hög- och medeleffektiva filter användas för 1 miljon-nivån; sub-hepa- eller klass A-hepafilter kan användas för nivåer under klass 10 000; klass B-filter kan användas för klass 10 000 till 100; och klass C-filter kan användas för nivåerna 100 till 1. Det verkar finnas två typer av filter att välja mellan för varje renhetsnivå. Huruvida man ska välja högpresterande eller lågpresterande filter beror på den specifika situationen: när miljöföroreningarna är allvarliga, eller om avgaserna inomhus är stora, eller om renrummet är särskilt viktigt och kräver en större säkerhetsfaktor, bör i dessa eller ett av dessa fall ett högklassigt filter väljas; annars kan ett filter med lägre prestanda väljas. För renrum som kräver kontroll av 0,1 μm partiklar bör klass D-filter väljas oavsett den kontrollerade partikelkoncentrationen. Ovanstående är endast ur filtrets perspektiv. För att välja ett bra filter måste man faktiskt också ta hänsyn till renrummets, filtrets och reningssystemets egenskaper.

Filterinstallation

För att säkerställa lufttillförselns renhet räcker det inte med att bara ha kvalificerade filter, utan också att säkerställa: a. Att filtret inte skadas under transport och installation; b. Att installationen är tät. För att uppnå den första punkten måste bygg- och installationspersonalen vara välutbildad, med både kunskap om installation av reningssystem och skickliga installationsfärdigheter. Annars blir det svårt att säkerställa att filtret inte skadas. Det finns djupa lärdomar i detta avseende. För det andra beror problemet med installationstäthet huvudsakligen på installationsstrukturens kvalitet. Designmanualen rekommenderar generellt: för ett enda filter används en öppen installation, så att även om läckage uppstår, kommer det inte att läcka in i rummet; med hjälp av ett färdigt HEPA-luftutlopp är tätheten också lättare att säkerställa. För luft från flera filter har geltätning och negativ trycktätning ofta använts på senare år.

Geltätningen måste säkerställa att fogarna mellan vätsketanken är täta och att hela ramen är i samma horisontella plan. Negativt trycktätning syftar till att skapa ett negativt tryck på den yttre periferin av fogarna mellan filtret, trycklådan och ramen. Precis som vid öppen installation kommer läckage inte att läcka in i rummet, även om det finns ett läckage. Så länge installationsramen är plan och filteränden är i jämn kontakt med installationsramen, bör det vara enkelt att få filtret att uppfylla installationstäthetskraven oavsett installationstyp.

2. Organisering av luftflödet

Luftflödesorganisationen i ett renrum skiljer sig från den i ett vanligt luftkonditionerat rum. Det kräver att den renaste luften först tillförs arbetsområdet. Dess funktion är att begränsa och minska föroreningar till de bearbetade föremålen. För detta ändamål bör följande principer beaktas vid utformning av luftflödesorganisationen: minimera virvelströmmar för att undvika att föroreningar från utsidan av arbetsområdet förs in i arbetsområdet; försök att förhindra att sekundärt damm flyger för att minska risken för att damm kontaminerar arbetsstycket; luftflödet i arbetsområdet bör vara så jämnt som möjligt och dess vindhastighet bör uppfylla process- och hygienkraven. När luftflödet strömmar till returluftsutloppet bör damm i luften effektivt avlägsnas. Välj olika lufttillförsel- och returlägen enligt olika renhetskrav.

Olika luftflödesorganisationer har sina egna egenskaper och omfattningar:

(1). Vertikalt enkelriktat flöde

Förutom de vanliga fördelarna med att uppnå ett jämnt nedåtriktat luftflöde, underlätta arrangemanget av processutrustning, stark självreningsförmåga och förenkla vanliga anläggningar som personliga reningsanläggningar, har de fyra lufttillförselmetoderna också sina egna fördelar och nackdelar: heltäckande HEPA-filter har fördelarna med lågt motstånd och lång filterbytescykel, men takstrukturen är komplex och kostnaden är hög; fördelarna och nackdelarna med sidobelagda HEPA-filter och toppmontering med helhålsplatta är motsatta av de med heltäckande HEPA-filter. Bland dem är toppmontering med helhålsplatta lätt att samla damm på insidan av öppningsplattan när systemet inte är kontinuerligt igång, och dåligt underhåll har en viss inverkan på renligheten; tät toppmontering med diffusor kräver ett blandningslager, så den är endast lämplig för höga renrum över 4 m, och dess egenskaper liknar toppmontering med helhålsplatta; returluftmetoden för plattan med galler på båda sidor och returluftsutloppen jämnt anordnade längst ner på motsatta väggar är endast lämplig för renrum med ett nettoavstånd på mindre än 6 m på båda sidor; Returluftsutloppen som är anordnade längst ner på den ensidiga väggen är endast lämpliga för renrum med ett litet avstånd mellan väggarna (t.ex. ≤<2~3m).

(2). Horisontellt enkelriktat flöde

Endast det första arbetsområdet kan nå renhetsnivån 100. När luften strömmar till andra sidan ökar dammkoncentrationen gradvis. Därför är den endast lämplig för renrum med olika renhetskrav för samma process i samma rum. Lokal distribution av HEPA-filter på lufttillförselväggen kan minska användningen av HEPA-filter och spara initiala investeringar, men det finns virvlar i lokala områden.

(3). Turbulent luftflöde

Egenskaperna för toppmatning av strypplattor och toppmatning av täta diffusorer är desamma som de som nämnts ovan: fördelarna med sidomatning är att det är enkelt att anordna rörledningar, inget tekniskt mellanlager krävs, låg kostnad och gynnsam för renovering av gamla fabriker. Nackdelarna är att vindhastigheten i arbetsområdet är hög och dammkoncentrationen på nedvindsidan är högre än på uppvindsidan. Toppmatning av HEPA-filterutlopp har fördelarna med ett enkelt system, inga rörledningar bakom HEPA-filtret och rent luftflöde som levereras direkt till arbetsområdet, men det rena luftflödet diffunderar långsamt och luftflödet i arbetsområdet är mer enhetligt. Men när flera luftutlopp är jämnt anordnade eller HEPA-filterluftutlopp med diffusorer används kan luftflödet i arbetsområdet också göras mer enhetligt. Men när systemet inte körs kontinuerligt är diffusorn benägen att ansamlas i damm.

Ovanstående diskussion är i ett idealiskt skick och rekommenderas av relevanta nationella specifikationer, standarder eller designmanualer. I faktiska projekt är luftflödesorganisationen inte väl utformad på grund av objektiva förhållanden eller subjektiva skäl från konstruktören. Vanliga exempel inkluderar: vertikalt enkelriktat flöde använder returluft från den nedre delen av de två intilliggande väggarna, lokal klass 100 använder övre tillförsel och övre retur (det vill säga ingen hängande ridå läggs till under det lokala luftutloppet), och turbulenta renrum använder HEPA-filterluftutlopp övre tillförsel och övre retur eller enkelsidig nedre retur (större avstånd mellan väggarna), etc. Dessa metoder för luftflödesorganisation har mätts och de flesta av deras renhet uppfyller inte designkraven. På grund av de nuvarande specifikationerna för tomma eller statiska acceptanser når vissa av dessa renrum knappt den avsedda renhetsnivån i tomma eller statiska förhållanden, men förmågan att motverka föroreningar är mycket låg, och när renrummet väl går in i drifttillstånd uppfyller det inte kraven.

Korrekt luftflödesorganisation bör ställas in med gardiner som hänger ner till arbetsytans höjd i lokalområdet, och klass 100 000 bör inte använda övre tilluft eller övre retur. Dessutom tillverkar de flesta fabriker för närvarande högeffektiva luftutsläpp med diffusorer, och deras diffusorer är endast dekorativa strypplattor och fungerar inte som luftspridare. Designers och användare bör vara särskilt uppmärksamma på detta.

3. Lufttillförselvolym eller lufthastighet

Tillräcklig ventilationsvolym är avsedd för att späda ut och avlägsna förorenad inomhusluft. Enligt olika renhetskrav bör ventilationsfrekvensen ökas på lämpligt sätt när renrummets nettohöjd är hög. Bland dessa betraktas ventilationsvolymen för ett renrum på 1 miljon nivåer enligt det högeffektiva reningssystem, och resten betraktas enligt det högeffektiva reningssystem; när HEPA-filter i renrum av klass 100 000 är koncentrerade i maskinrummet eller sub-HEPA-filter används i slutet av systemet, kan ventilationsfrekvensen ökas på lämpligt sätt med 10-20 %.

För ovanstående rekommenderade värden för ventilationsvolym anser författaren att: vindhastigheten genom rumsdelen av det enkelriktade renrummet är låg, och det turbulenta renrummet har ett rekommenderat värde med en tillräcklig säkerhetsfaktor. Vertikalt enkelriktat flöde ≥ 0,25 m/s, horisontellt enkelriktat flöde ≥ 0,35 m/s. Även om renhetskraven kan uppfyllas vid testning i tomma eller statiska förhållanden, är föroreningsmotståndet dåligt. När rummet väl har gått in i drifttillstånd kanske renligheten inte uppfyller kraven. Denna typ av exempel är inte ett isolerat fall. Samtidigt finns det inga fläktar som är lämpliga för reningssystem i mitt lands ventilatorserier. Generellt sett gör konstruktörer ofta inte noggranna beräkningar av systemets luftmotstånd, eller så märker de inte om den valda fläkten befinner sig vid en mer gynnsam arbetspunkt på den karakteristiska kurvan, vilket resulterar i att luftvolymen eller vindhastigheten inte når designvärdet strax efter att systemet har tagits i drift. Den amerikanska federala standarden (FS209A~B) föreskrev att luftflödeshastigheten i ett enkelriktat renrum genom renrummets tvärsnitt vanligtvis bibehålls vid 90 fot/min (0,45 m/s), och att hastighetsavvikelsen ligger inom ±20 % under förutsättning att det inte sker någon störning i hela rummet. Varje betydande minskning av luftflödeshastigheten ökar risken för självrengöringstid och föroreningar mellan arbetspositioner (efter utfärdandet av FS209C i oktober 1987 gjordes inga regler för alla parameterindikatorer utöver dammkoncentration).

Av denna anledning anser författaren att det är lämpligt att på lämpligt sätt öka det nuvarande dimensionerande värdet för enkelriktad flödeshastighet i hemmet. Vår enhet har gjort detta i faktiska projekt, och effekten är relativt god. Turbulenta renrum har ett rekommenderat värde med en relativt tillräcklig säkerhetsfaktor, men många konstruktörer är fortfarande osäkra. När de gör specifika konstruktioner ökar de ventilationsvolymen för renrum i klass 100 000 till 20–25 gånger/timme, för renrum i klass 10 000 till 30–40 gånger/timme och för renrum i klass 1000 till 60–70 gånger/timme. Detta ökar inte bara utrustningens kapacitet och initiala investeringar, utan ökar också framtida underhålls- och förvaltningskostnader. Faktum är att det inte finns något behov av att göra det. När mitt lands luftreningstekniska åtgärder sammanställdes undersöktes och mättes mer än renrum i klass 100 i Kina. Många renrum testades under dynamiska förhållanden. Resultaten visade att ventilationsvolymer för renrum i klass 100 000 ≥10 gånger/h, klass 10 000 renrum ≥20 gånger/h och klass 1000 renrum ≥50 gånger/h kan uppfylla kraven. Den amerikanska federala standarden (FS2O9A~B) föreskriver: icke-unidirektionella renrum (klass 100 000, klass 10 000), rumshöjd 8~12 fot (2,44~3,66 m), räknas vanligtvis med att hela rummet ventileras minst en gång var tredje minut (dvs. 20 gånger/h). Därför har designspecifikationen tagit hänsyn till en stor överskottskoefficient, och konstruktören kan tryggt välja enligt det rekommenderade värdet för ventilationsvolymen.

4. Statisk tryckskillnad

Att upprätthålla ett visst positivt tryck i renrum är en av de viktigaste förutsättningarna för att säkerställa att renrummet inte är eller mindre förorenat för att bibehålla den avsedda renhetsnivån. Även för renrum med negativt tryck måste det finnas angränsande rum eller sviter med en renhetsnivå som inte är lägre än dess nivå för att bibehålla ett visst positivt tryck, så att renligheten i renrummet med negativt tryck kan bibehållas.

Det positiva tryckvärdet i renrummet avser värdet när det statiska trycket inomhus är större än det statiska trycket utomhus när alla dörrar och fönster är stängda. Detta uppnås genom att reningssystemets lufttillförselvolym är större än returluftvolymen och frånluftvolymen. För att säkerställa det positiva tryckvärdet i renrummet är tillförsel-, retur- och frånluftsfläktarna företrädesvis sammankopplade. När systemet slås på startas först tilluftsfläkten, och sedan startas retur- och frånluftsfläktarna; när systemet stängs av stängs först frånluftsfläkten, och sedan stängs retur- och tilluftsfläktarna av för att förhindra att renrummet kontamineras när systemet slås på och av.

Den luftvolym som krävs för att upprätthålla det positiva trycket i renrummet bestäms huvudsakligen av underhållskonstruktionens lufttäthet. I början av renrumsbyggandet i mitt land, på grund av den dåliga lufttätheten i den inkapslade konstruktionen, krävdes det 2 till 6 gånger/timme lufttillförsel för att upprätthålla ett positivt tryck på ≥5 Pa. För närvarande har underhållskonstruktionens lufttäthet förbättrats avsevärt, och endast 1 till 2 gånger/timme lufttillförsel krävs för att upprätthålla samma positiva tryck; och endast 2 till 3 gånger/timme lufttillförsel krävs för att upprätthålla ≥10 Pa.

Mitt lands konstruktionsspecifikationer [6] föreskriver att den statiska tryckskillnaden mellan renrum av olika kvaliteter och mellan rena områden och icke-rena områden ska vara minst 0,5 mm H2O (~5 Pa), och den statiska tryckskillnaden mellan det rena området och utomhusmiljön ska vara minst 1,0 mm H2O (~10 Pa). Författaren anser att detta värde verkar vara för lågt av tre skäl:

(1) Positivt tryck avser ett renrums förmåga att undertrycka inomhusluftföroreningar genom springorna mellan dörrar och fönster, eller att minimera de föroreningar som tränger in i rummet när dörrar och fönster öppnas under en kort tid. Storleken på det positiva trycket indikerar styrkan hos föroreningsdämpningsförmågan. Naturligtvis, ju större positivt tryck, desto bättre (vilket kommer att diskuteras senare).

(2) Den luftvolym som krävs för positivt tryck är begränsad. Den luftvolym som krävs för 5 Pa positivt tryck och 10 Pa positivt tryck skiljer sig bara ungefär 1 gång/timme. Varför inte göra det? Det är uppenbarligen bättre att ta den nedre gränsen för positivt tryck som 10 Pa.

(3) Den amerikanska federala standarden (FS209A~B) föreskriver att när alla ingångar och utgångar är stängda, är den minsta skillnaden i positivt tryck mellan renrummet och alla angränsande områden med låg renhetsgrad 0,05 tum vattenpelare (12,5 Pa). Detta värde har antagits av många länder. Men positivt tryck i renrummet är inte, ju högre desto bättre. Enligt faktiska tekniska tester av vår enhet under mer än 30 år, när positivt tryckvärde är ≥ 30 Pa, är det svårt att öppna dörren. Om du stänger dörren slarvigt kommer det att smälla! Det kommer att skrämma människor. När positivt tryckvärde är ≥ 50~70 Pa kommer mellanrummen mellan dörrar och fönster att ge ifrån sig en vissling, och de som är svaga eller har olämpliga symptom kommer att känna sig obekväma. Relevanta specifikationer eller standarder i många länder, både hemma och utomlands, specificerar dock inte den övre gränsen för positivt tryck. Som ett resultat strävar många enheter bara efter att uppfylla kraven för den nedre gränsen, oavsett hur hög den övre gränsen är. I det faktiska renrum som författaren stött på är det positiva trycket så högt som 100 Pa eller mer, vilket resulterar i mycket dåliga effekter. Att justera det positiva trycket är faktiskt inte svårt. Det är fullt möjligt att kontrollera det inom ett visst intervall. Det finns ett dokument som introducerar att ett visst land i Östeuropa föreskriver det positiva tryckvärdet till 1–3 mm H2O (cirka 10–30 Pa). Författaren anser att detta intervall är mer lämpligt.