Introducere
Camera curată este baza controlului poluării. Fără o cameră curată, piesele sensibile la poluare nu pot fi produse în masă. În FED-STD-2, camera curată este definită ca o cameră cu filtrare, distribuție, optimizare, materiale de construcție și echipamente de aer, în care se utilizează proceduri operaționale regulate specifice pentru a controla concentrația particulelor din aer pentru a atinge nivelul adecvat de curățenie a particulelor.
Pentru a obține un efect bun de curățenie în camera curată, este necesar nu doar să se concentreze pe luarea unor măsuri rezonabile de purificare a aerului condiționat, ci și să se solicite proceselor, construcțiilor și altor specialități să ia măsuri corespunzătoare: nu doar o proiectare rezonabilă, ci și o construcție și o instalare atentă în conformitate cu specificațiile, precum și utilizarea corectă a camerei curate și întreținerea și managementul științific. Pentru a obține un efect bun în camera curată, multe lucrări de specialitate interne și străine au fost prezentate din perspective diferite. De fapt, este dificil să se realizeze o coordonare ideală între diferite specialități și este dificil pentru proiectanți să înțeleagă calitatea construcției și instalării, precum și utilizarea și managementul, în special cel din urmă. În ceea ce privește măsurile de purificare a camerei curate, mulți proiectanți sau chiar echipe de construcție adesea nu acordă suficientă atenție condițiilor necesare, rezultând un efect de curățenie nesatisfăcător. Acest articol discută doar pe scurt cele patru condiții necesare pentru îndeplinirea cerințelor de curățenie în măsurile de purificare a camerei curate.
1. Curățenia alimentării cu aer
Pentru a asigura că puritatea aerului de alimentare îndeplinește cerințele, esențială este performanța și instalarea filtrului final al sistemului de purificare.
Selecție filtru
Filtrul final al sistemului de purificare adoptă, în general, un filtru HEPA sau un filtru sub-HEPA. Conform standardelor țării mele, eficiența filtrelor HEPA este împărțită în patru grade: Clasa A este ≥99,9%, Clasa B este ≥99,9%, Clasa C este ≥99,999%, Clasa D este (pentru particule ≥0,1 μm) ≥99,999% (cunoscute și sub denumirea de filtre ultra-HEPA); filtrele sub-HEPA sunt (pentru particule ≥0,5 μm) 95~99,9%. Cu cât eficiența este mai mare, cu atât filtrul este mai scump. Prin urmare, atunci când alegem un filtru, nu ar trebui doar să îndeplinim cerințele de curățenie a alimentării cu aer, ci și să luăm în considerare raționalitatea economică.
Din perspectiva cerințelor de curățenie, principiul este de a utiliza filtre de performanță scăzută pentru camerele curate de nivel scăzut și filtre de performanță înaltă pentru camerele curate de nivel înalt. În general: filtrele cu eficiență înaltă și medie pot fi utilizate pentru nivelul de 1 milion; filtrele sub-hepa sau hepa din clasa A pot fi utilizate pentru niveluri sub clasa 10.000; filtrele din clasa B pot fi utilizate pentru clasele 10.000 până la 100; iar filtrele din clasa C pot fi utilizate pentru nivelurile 100 până la 1. Se pare că există două tipuri de filtre din care se poate alege pentru fiecare nivel de curățenie. Alegerea filtrelor de înaltă performanță sau a celor de performanță scăzută depinde de situația specifică: atunci când poluarea mediului este gravă, sau raportul de evacuare din interior este mare, sau camera curată este deosebit de importantă și necesită un factor de siguranță mai mare, în aceste sau într-unul dintre aceste cazuri, trebuie selectat un filtru de înaltă clasă; în caz contrar, se poate selecta un filtru de performanță inferioară. Pentru camerele curate care necesită controlul particulelor de 0,1 μm, filtrele din clasa D trebuie selectate indiferent de concentrația controlată de particule. Cele de mai sus sunt doar din perspectiva filtrului. De fapt, pentru a alege un filtru bun, trebuie să luați în considerare pe deplin și caracteristicile camerei curate, ale filtrului și ale sistemului de purificare.
Instalarea filtrului
Pentru a asigura curățenia alimentării cu aer, nu este suficient să existe doar filtre calificate, ci și să se asigure: a. că filtrul nu este deteriorat în timpul transportului și instalării; b. că instalarea este etanșă. Pentru a atinge primul punct, personalul de construcție și instalare trebuie să fie bine instruit, având atât cunoștințe despre instalarea sistemelor de purificare, cât și abilități de instalare calificate. În caz contrar, va fi dificil să se asigure că filtrul nu este deteriorat. Există lecții profunde în acest sens. În al doilea rând, problema etanșeității instalării depinde în principal de calitatea structurii instalației. Manualul de proiectare recomandă în general: pentru un singur filtru, se utilizează o instalație de tip deschis, astfel încât, chiar dacă apar scurgeri, acestea nu se vor infiltra în încăpere; folosind o priză de aer HEPA finisată, etanșeitatea este, de asemenea, mai ușor de asigurat. Pentru aerul mai multor filtre, etanșarea cu gel și etanșarea cu presiune negativă sunt adesea utilizate în ultimii ani.
Etanșarea cu gel trebuie să asigure etanșeitatea îmbinării rezervorului de lichid și faptul că întregul cadru se află pe același plan orizontal. Etanșarea sub presiune negativă are rolul de a face ca periferia exterioară a îmbinării dintre filtru și cutia de presiune statică și cadrul să fie într-o stare de presiune negativă. La fel ca în cazul instalării de tip deschis, chiar dacă există scurgeri, acestea nu vor pătrunde în încăpere. De fapt, atâta timp cât cadrul de instalare este plat și fața capătului filtrului este în contact uniform cu cadrul de instalare, ar trebui să fie ușor ca filtrul să îndeplinească cerințele de etanșeitate ale instalării în orice tip de instalare.
2. Organizarea fluxului de aer
Organizarea fluxului de aer într-o cameră curată este diferită de cea a unei camere climatizate generale. Aceasta necesită ca cel mai curat aer să fie livrat mai întâi în zona de operare. Funcția sa este de a limita și reduce poluarea obiectelor prelucrate. În acest scop, la proiectarea organizării fluxului de aer trebuie luate în considerare următoarele principii: minimizarea curenților turbionari pentru a evita aducerea poluării din afara zonei de lucru în zona de lucru; încercarea de a preveni împrăștierea prafului secundar pentru a reduce șansa ca praful să contamineze piesa de prelucrat; fluxul de aer în zona de lucru trebuie să fie cât mai uniform posibil, iar viteza vântului trebuie să îndeplinească cerințele de proces și de igienă. Când fluxul de aer curge către orificiul de evacuare a aerului de retur, praful din aer trebuie îndepărtat eficient. Alegeți diferite moduri de alimentare și retur a aerului în funcție de diferitele cerințe de curățenie.
Diferite organizații ale fluxului de aer au propriile caracteristici și domenii de aplicare:
(1). Curgere unidirecțională verticală
Pe lângă avantajele comune de obținere a unui flux de aer descendent uniform, facilitarea amplasării echipamentelor de proces, capacitatea puternică de autopurificare și simplificarea facilităților comune, cum ar fi facilitățile de purificare personală, cele patru metode de alimentare cu aer au și propriile avantaje și dezavantaje: filtrele HEPA complet acoperite au avantajele rezistenței reduse și ale ciclului lung de înlocuire a filtrului, dar structura tavanului este complexă, iar costul este ridicat; avantajele și dezavantajele livrării superioare cu filtru HEPA acoperit lateral și livrării superioare cu placă plină sunt opuse celor ale livrării superioare cu filtru HEPA complet acoperit. Printre acestea, livrarea superioară cu placă plină acumulează ușor praf pe suprafața interioară a plăcii orificiului atunci când sistemul funcționează discontinuu, iar întreținerea deficitară are un anumit impact asupra curățeniei; livrarea superioară cu difuzor dens necesită un strat de amestecare, deci este potrivită doar pentru camere curate înalte, peste 4 m, iar caracteristicile sale sunt similare cu livrarea superioară cu placă plină; metoda de returnare a aerului pentru placa cu grile pe ambele părți și orificiile de returnare a aerului dispuse uniform în partea de jos a pereților opuși este potrivită doar pentru camere curate cu o distanță netă mai mică de 6 m pe ambele părți; Evacuarea aerului de retur dispusă în partea de jos a peretelui cu o singură parte este potrivită doar pentru camerele curate cu o distanță mică între pereți (de exemplu, ≤<2~3m).
(2). Curgere unidirecțională orizontală
Doar prima zonă de lucru poate atinge nivelul de curățenie de 100. Când aerul curge în cealaltă parte, concentrația de praf crește treptat. Prin urmare, este potrivit doar pentru camere curate cu cerințe de curățenie diferite pentru același proces în aceeași încăpere. Distribuirea locală a filtrelor HEPA pe peretele de alimentare cu aer poate reduce utilizarea filtrelor HEPA și economisi investiția inițială, însă există vârtejuri în zonele locale.
(3). Flux de aer turbulent
Caracteristicile distribuirii superioare a plăcilor cu orificii și distribuirii superioare a difuzoarelor dense sunt aceleași cu cele menționate mai sus: avantajele distribuirii laterale sunt ușurința în amplasarea conductelor, lipsa unui strat intermediar tehnic, costul redus și facilitarea renovării fabricilor vechi. Dezavantajele sunt viteza mare a vântului în zona de lucru, iar concentrația de praf pe partea dinspre vânt este mai mare decât pe partea dinspre vânt; distribuirea superioară a orificiilor de evacuare a filtrului HEPA are avantajele unui sistem simplu, lipsa conductelor în spatele filtrului HEPA și fluxul de aer curat livrat direct în zona de lucru, dar fluxul de aer curat se difuzează lent, iar fluxul de aer în zona de lucru este mai uniform; cu toate acestea, atunci când mai multe orificii de aer sunt aranjate uniform sau se utilizează orificii de aer cu filtru HEPA cu difuzoare, fluxul de aer în zona de lucru poate fi, de asemenea, mai uniform; dar atunci când sistemul nu funcționează continuu, difuzorul este predispus la acumularea de praf.
Discuția de mai sus este într-o stare ideală și este recomandată de specificațiile, standardele sau manualele de proiectare naționale relevante. În proiectele reale, organizarea fluxului de aer nu este bine proiectată din cauza unor condiții obiective sau a unor motive subiective ale proiectantului. Printre cele mai comune se numără: fluxul unidirecțional vertical adoptă returul aerului din partea inferioară a celor doi pereți adiacenți, clasa locală 100 adoptă refulare superioară și retur superior (adică, nu se adaugă nicio perdea suspendată sub ieșirea de aer locală), iar camerele curate turbulente adoptă ieșirea de aer cu filtru HEPA cu refulare superioară și retur superior sau retur inferior pe o singură parte (distanță mai mare între pereți) etc. Aceste metode de organizare a fluxului de aer au fost măsurate și cea mai mare parte a nivelului lor de curățenie nu îndeplinește cerințele de proiectare. Datorită specificațiilor actuale pentru acceptarea în gol sau statică, unele dintre aceste camere curate abia ating nivelul de curățenie proiectat în condiții goale sau statice, dar capacitatea de interferență antipoluantă este foarte scăzută și, odată ce camera curată intră în stare de funcționare, nu mai îndeplinește cerințele.
Organizarea corectă a fluxului de aer ar trebui să fie realizată cu perdele atârnate până la înălțimea zonei de lucru în zona locală, iar clasa 100.000 nu ar trebui să adopte un flux superior și un retur superior. În plus, majoritatea fabricilor produc în prezent orificii de evacuare a aerului de înaltă eficiență cu difuzoare, iar difuzoarele acestora sunt doar plăci cu orificii decorative și nu joacă rolul de difuzoare ale fluxului de aer. Proiectanții și utilizatorii ar trebui să acorde o atenție deosebită acestui aspect.
3. Volumul de alimentare cu aer sau viteza aerului
Un volum suficient de ventilație este necesar pentru a dilua și elimina aerul poluat din interior. Conform diferitelor cerințe de curățenie, atunci când înălțimea netă a camerei curate este mare, frecvența de ventilație trebuie crescută în mod corespunzător. Printre acestea, volumul de ventilație al camerei curate de 1 milion de niveluri este considerat conform sistemului de purificare de înaltă eficiență, iar restul este considerat conform sistemului de purificare de înaltă eficiență; atunci când filtrele HEPA ale camerei curate de clasa 100.000 sunt concentrate în sala mașinilor sau filtrele sub-HEPA sunt utilizate la capătul sistemului, frecvența de ventilație poate fi crescută în mod corespunzător cu 10-20%.
Pentru valorile recomandate de mai sus pentru volumul de ventilație, autorul consideră că: viteza vântului prin secțiunea camerei curate cu flux unidirecțional este scăzută, iar camera curată turbulentă are o valoare recomandată cu un factor de siguranță suficient. Flux unidirecțional vertical ≥ 0,25 m/s, flux unidirecțional orizontal ≥ 0,35 m/s. Deși cerințele de curățenie pot fi îndeplinite atunci când sunt testate în condiții goale sau statice, capacitatea antipoluare este slabă. Odată ce camera intră în stare de funcționare, curățenia poate să nu îndeplinească cerințele. Acest tip de exemplu nu este un caz izolat. În același timp, nu există ventilatoare potrivite pentru sistemele de purificare în seria de ventilatoare din țara mea. În general, proiectanții adesea nu fac calcule precise ale rezistenței la aer a sistemului sau nu observă dacă ventilatorul selectat se află într-un punct de funcționare mai favorabil pe curba caracteristică, ceea ce duce la faptul că volumul de aer sau viteza vântului nu reușesc să atingă valoarea de proiectare la scurt timp după punerea în funcțiune a sistemului. Standardul federal american (FS209A~B) a stipulat că viteza fluxului de aer dintr-o cameră curată unidirecțională prin secțiunea transversală a camerei curate este de obicei menținută la 90ft/min (0,45m/s), iar neuniformitatea vitezei este de ±20% în condițiile în care nu există interferențe în întreaga cameră. Orice scădere semnificativă a vitezei fluxului de aer va crește posibilitatea apariției timpului de autocurățare și a poluării între pozițiile de lucru (după promulgarea FS209C în octombrie 1987, nu au fost elaborate reglementări pentru toți indicatorii parametrilor, cu excepția concentrației de praf).
Din acest motiv, autorul consideră că este oportună creșterea corespunzătoare a valorii actuale de proiectare pentru viteza de curgere unidirecțională la nivel intern. Unitatea noastră a făcut acest lucru în proiecte concrete, iar efectul este relativ bun. Camerele curate turbulente au o valoare recomandată cu un factor de siguranță relativ suficient, dar mulți proiectanți încă nu sunt siguri. Atunci când realizează proiecte specifice, aceștia măresc volumul de ventilație al camerei curate de clasa 100.000 la 20-25 de ori/h, al camerei curate de clasa 10.000 la 30-40 de ori/h și al camerei curate de clasa 1000 la 60-70 de ori/h. Acest lucru nu numai că crește capacitatea echipamentului și investiția inițială, dar crește și costurile viitoare de întreținere și gestionare. De fapt, nu este nevoie să se facă acest lucru. La compilarea măsurilor tehnice de purificare a aerului din țara mea, au fost investigate și măsurate peste camere curate de clasa 100 din China. Multe camere curate au fost testate în condiții dinamice. Rezultatele au arătat că volumele de ventilație ale camerelor curate din clasa 100.000 ≥10 ori/h, ale camerelor curate din clasa 10.000 ≥20 ori/h și ale camerelor curate din clasa 1000 ≥50 ori/h pot îndeplini cerințele. Standardul federal al SUA (FS2O9A~B) stipulează: camerele curate neunidirecționale (clasa 100.000, clasa 10.000), cu înălțimea camerei de 8~12ft (2,44~3,66m), se consideră de obicei că întreaga cameră este ventilată cel puțin o dată la 3 minute (adică de 20 ori/h). Prin urmare, specificațiile de proiectare au luat în considerare un coeficient de surplus mare, iar proiectantul poate alege în siguranță în funcție de valoarea recomandată a volumului de ventilație.
4. Diferența de presiune statică
Menținerea unei anumite presiuni pozitive în camera curată este una dintre condițiile esențiale pentru a asigura că aceasta nu este poluată sau este mai puțin poluată pentru a menține nivelul de curățenie proiectat. Chiar și în cazul camerelor curate cu presiune negativă, acestea trebuie să aibă camere sau suite adiacente cu un nivel de curățenie nu mai mic decât acesta pentru a menține o anumită presiune pozitivă, astfel încât curățenia camerei curate cu presiune negativă să poată fi menținută.
Valoarea presiunii pozitive a camerei curate se referă la valoarea obținută atunci când presiunea statică interioară este mai mare decât presiunea statică exterioară, atunci când toate ușile și ferestrele sunt închise. Acest lucru se realizează prin metoda prin care volumul de alimentare cu aer al sistemului de purificare este mai mare decât volumul de aer recirculat și volumul de aer evacuat. Pentru a asigura valoarea presiunii pozitive a camerei curate, ventilatoarele de admisie, retur și evacuare sunt, de preferință, interblocate. Când sistemul este pornit, ventilatorul de admisie este pornit mai întâi, apoi ventilatoarele de retur și evacuare sunt pornite; când sistemul este oprit, ventilatorul de evacuare este oprit mai întâi, apoi ventilatoarele de retur și evacuare sunt oprite pentru a preveni contaminarea camerei curate atunci când sistemul este pornit și oprit.
Volumul de aer necesar pentru menținerea presiunii pozitive în camera curată este determinat în principal de etanșeitatea structurii de întreținere. La începuturile construcției camerelor curate în țara mea, din cauza etanșeității slabe a structurii de închidere, era nevoie de 2 până la 6 ori/h de alimentare cu aer pentru a menține o presiune pozitivă de ≥5Pa; în prezent, etanșeitatea structurii de întreținere a fost mult îmbunătățită și este necesară doar 1 până la 2 ori/h de alimentare cu aer pentru a menține aceeași presiune pozitivă; și doar 2 până la 3 ori/h de alimentare cu aer pentru a menține ≥10Pa.
Specificațiile de proiectare ale țării mele [6] prevăd că diferența de presiune statică dintre camerele curate de diferite grade și dintre zonele curate și zonele necurate nu trebuie să fie mai mică de 0,5 mm H2O (~5 Pa), iar diferența de presiune statică dintre zona curată și exterior nu trebuie să fie mai mică de 1,0 mm H2O (~10 Pa). Autorul consideră că această valoare pare a fi prea mică din trei motive:
(1) Presiunea pozitivă se referă la capacitatea unei camere curate de a suprima poluarea aerului din interior prin spațiile dintre uși și ferestre sau de a minimiza poluanții care pătrund în cameră atunci când ușile și ferestrele sunt deschise pentru o perioadă scurtă de timp. Mărimea presiunii pozitive indică puterea capacității de suprimare a poluării. Desigur, cu cât presiunea pozitivă este mai mare, cu atât mai bine (ceea ce va fi discutat mai târziu).
(2) Volumul de aer necesar pentru presiune pozitivă este limitat. Volumul de aer necesar pentru o presiune pozitivă de 5 Pa și o presiune pozitivă de 10 Pa diferă doar de aproximativ 1 dată pe oră. De ce să nu se facă acest lucru? Evident, este mai bine să se considere limita inferioară a presiunii pozitive ca fiind 10 Pa.
(3) Standardul federal al SUA (FS209A~B) stipulează că, atunci când toate intrările și ieșirile sunt închise, diferența minimă de presiune pozitivă dintre camera curată și orice zonă adiacentă cu grad scăzut de curățenie este de 0,05 inci coloană de apă (12,5 Pa). Această valoare a fost adoptată de multe țări. Însă valoarea presiunii pozitive a camerei curate nu este cu atât mai mare, cu atât mai bine. Conform testelor inginerești efective ale unității noastre de mai bine de 30 de ani, când valoarea presiunii pozitive este ≥ 30 Pa, este dificil să deschideți ușa. Dacă închideți ușa neglijent, va face un bubuit! Oamenii vor fi speriați. Când valoarea presiunii pozitive este ≥ 50~70 Pa, spațiile dintre uși și ferestre vor scoate un fluierat, iar persoanele slăbite sau cele cu simptome nepotrivite se vor simți inconfortabil. Cu toate acestea, specificațiile sau standardele relevante ale multor țări, atât interne, cât și internaționale, nu specifică limita superioară a presiunii pozitive. Drept urmare, multe unități încearcă doar să îndeplinească cerințele limitei inferioare, indiferent de cât de mare este limita superioară. În cazul camerei sterile întâlnite de autor, valoarea presiunii pozitive atinge 100 Pa sau mai mult, ceea ce are efecte foarte negative. De fapt, reglarea presiunii pozitive nu este un lucru dificil. Este perfect posibil să o controlezi într-un anumit interval. Există un document care precizează că o anumită țară din Europa de Est stipulează o valoare a presiunii pozitive de 1-3 mm H2O (aproximativ 10~30 Pa). Autorul consideră că acest interval este mai potrivit.
Data publicării: 13 februarie 2025