Асноўны аналіз чыстых памяшканняў

Уводзіны

Чыстае памяшканне — аснова кантролю забруджвання. Без чыстага памяшкання немагчыма масава вырабляць дэталі, адчувальныя да забруджвання. У FED-STD-2 чыстае памяшканне вызначаецца як памяшканне з фільтрацыяй, размеркаваннем, аптымізацыяй паветра, будаўнічымі матэрыяламі і абсталяваннем, у якім выкарыстоўваюцца пэўныя рэгулярныя эксплуатацыйныя працэдуры для кантролю канцэнтрацыі часціц у паветры для дасягнення адпаведнага ўзроўню чысціні часціц.

Каб дасягнуць добрага эфекту чысціні ў чыстым памяшканні, неабходна не толькі засяродзіцца на прыняцці разумных мер па ачыстцы паветра ад кандыцыянавання, але і патрабаваць ад тэхналагічных, будаўнічых і іншых спецыялістаў прыняцця адпаведных мер: не толькі разумнага праектавання, але і дбайнага будаўніцтва і мантажу ў адпаведнасці са спецыфікацыямі, а таксама правільнага выкарыстання чыстых памяшканняў і навуковага абслугоўвання і кіравання. Каб дасягнуць добрага эфекту ў чыстым памяшканні, многія айчынныя і замежныя літаратуры былі выкладзены з розных пунктаў гледжання. Фактычна, цяжка дасягнуць ідэальнай каардынацыі паміж рознымі спецыяльнасцямі, і праекціроўшчыкам цяжка зразумець якасць будаўніцтва і мантажу, а таксама выкарыстанне і кіраванне, асабліва апошнім. Што тычыцца мер па ачыстцы чыстых памяшканняў, многія праекціроўшчыкі ці нават будаўнічыя групы часта не надаюць дастатковай увагі іх неабходным умовам, што прыводзіць да нездавальняючага эфекту чысціні. У гэтым артыкуле толькі коратка абмяркоўваюцца чатыры неабходныя ўмовы для дасягнення патрабаванняў чысціні пры ачыстцы чыстых памяшканняў.

1. Чысціня падачы паветра

Каб чысціня падаваемага паветра адпавядала патрабаванням, ключавым фактарам з'яўляецца прадукцыйнасць і ўстаноўка канчатковага фільтра сістэмы ачысткі.

Выбар фільтра

Канчатковы фільтр сістэмы ачысткі звычайна выкарыстоўвае HEPA-фільтр або sub-HEPA-фільтр. Згодна са стандартамі маёй краіны, эфектыўнасць HEPA-фільтраў падзяляецца на чатыры класы: клас A — ≥99,9%, клас B — ≥99,9%, клас C — ≥99,999%, клас D — (для часціц ≥0,1 мкм) ≥99,999% (таксама вядомы як ультра-HEPA-фільтры); sub-HEPA-фільтры (для часціц ≥0,5 мкм) — 95~99,9%. Чым вышэй эфектыўнасць, тым даражэйшы фільтр. Таму пры выбары фільтра неабходна не толькі адпавядаць патрабаванням да чысціні падачы паветра, але і ўлічваць эканамічную рацыянальнасць.

З пункту гледжання патрабаванняў да чысціні, прынцып заключаецца ў выкарыстанні нізкаэфектыўных фільтраў для чыстых памяшканняў з нізкім узроўнем ачысткі, а высокаэфектыўных — для чыстых памяшканняў з высокім узроўнем ачысткі. У цэлым: высока- і сярэднеэфектыўныя фільтры можна выкарыстоўваць для ўзроўню чысціні 1 мільён; фільтры класа А або суб-гепа можна выкарыстоўваць для ўзроўняў ніжэй за 10 000; фільтры класа В можна выкарыстоўваць для ўзроўняў ад 10 000 да 100; а фільтры класа С можна выкарыстоўваць для ўзроўняў ад 100 да 1. Здаецца, што для кожнага ўзроўню чысціні існуе два тыпы фільтраў на выбар. Выбар высокапрадукцыйных ці нізкапрадукцыйных фільтраў залежыць ад канкрэтнай сітуацыі: калі забруджванне навакольнага асяроддзя сур'ёзнае, або каэфіцыент выхлапу ў памяшканні вялікі, або чыстае памяшканне асабліва важнае і патрабуе большага каэфіцыента бяспекі, у гэтых або адным з гэтых выпадкаў варта выбраць высокапрадукцыйны фільтр; у адваротным выпадку можна выбраць нізкапрадукцыйны фільтр. Для чыстых памяшканняў, якія патрабуюць кантролю часціц памерам 0,1 мкм, фільтры класа D варта выбіраць незалежна ад кантраляванай канцэнтрацыі часціц. Вышэйсказанае толькі з пункту гледжання фільтра. Фактычна, каб выбраць добры фільтр, неабходна таксама ўлічваць характарыстыкі чыстага памяшкання, фільтра і сістэмы ачысткі.

Усталёўка фільтра

Каб забяспечыць чысціню падачы паветра, недастаткова мець толькі кваліфікаваныя фільтры, але і пераканацца, што: а. Фільтр не пашкоджаны падчас транспарціроўкі і ўстаноўкі; б. Герметычнасць ўстаноўкі. Для дасягнення першага пункта будаўнічы і мантажны персанал павінен быць добра падрыхтаваным, валодаць як ведамі па ўсталёўцы сістэм ачысткі, так і кваліфікаванымі навыкамі ўстаноўкі. У адваротным выпадку будзе цяжка гарантаваць, што фільтр не пашкоджаны. У гэтым плане ёсць глыбокія ўрокі. Па-другое, праблема герметычнасці ўстаноўкі ў асноўным залежыць ад якасці мантажнай канструкцыі. Кіраўніцтва па праектаванні звычайна рэкамендуе: для аднаго фільтра выкарыстоўваецца ўстаноўка адкрытага тыпу, каб нават у выпадку ўцечкі яно не прасочвалася ў памяшканне; выкарыстанне гатовага паветраадвода HEPA таксама лягчэй забяспечыць герметычнасць. Для паветра з некалькіх фільтраў у апошнія гады часта выкарыстоўваюцца гелевыя ўшчыльняльнікі і ўшчыльняльнікі з адмоўным ціскам.

Гелевае ўшчыльненне павінна забяспечваць герметычнасць злучэння рэзервуара з вадкасцю і знаходжанне ўсёй рамы ў адной гарызантальнай плоскасці. Герметызацыя адмоўнага ціску павінна ствараць адмоўнае ціск на вонкавай перыметры злучэння паміж фільтрам, скрынкай статычнага ціску і рамай. Як і пры адкрытай устаноўцы, нават калі ёсць уцечка, яна не будзе прасочвацца ў памяшканне. Фактычна, пакуль мантажная рама роўная, а тарэц фільтра раўнамерна датыкаецца да мантажнай рамы, фільтр павінен лёгка адпавядаць патрабаванням герметычнасці ўстаноўкі пры любым тыпе ўстаноўкі.

2. Арганізацыя паветранага патоку

Арганізацыя паветранага патоку ў чыстым памяшканні адрозніваецца ад арганізацыі паветранага патоку ў звычайным памяшканні з кандыцыянерам. Яна патрабуе, каб у рабочую зону спачатку падавалася самае чыстае паветра. Яе функцыя заключаецца ў абмежаванні і зніжэнні забруджвання апрацоўваемых аб'ектаў. Для гэтага пры праектаванні арганізацыі паветранага патоку неабходна ўлічваць наступныя прынцыпы: мінімізацыя віхравых токаў, каб пазбегнуць прытоку забруджвання звонку рабочай зоны ў рабочую зону; імкнуцца прадухіліць другасны палёт пылу, каб паменшыць верагоднасць забруджвання пылам апрацоўванай дэталі; паветраны паток у рабочай зоне павінен быць максімальна раўнамерным, а яго хуткасць павінна адпавядаць патрабаванням працэсу і гігіены. Калі паветраны паток паступае да выхаду зваротнага паветра, пыл у паветры павінен эфектыўна выдаляцца. Выбірайце розныя рэжымы падачы і зваротнага паветра ў залежнасці ад розных патрабаванняў да чысціні.

Розныя арганізацыі па патоку паветра маюць свае асаблівасці і сферы дзейнасці:

(1). Вертыкальны аднанакіраваны паток

Акрамя агульных пераваг атрымання раўнамернага патоку паветра, накіраванага ўніз, спрашчэння размяшчэння тэхналагічнага абсталявання, высокай здольнасці да самаачышчэння і спрашчэння звычайных аб'ектаў, такіх як індывідуальныя ачышчальныя ўстаноўкі, чатыры метады падачы паветра таксама маюць свае перавагі і недахопы: цалкам закрытыя HEPA-фільтры маюць перавагі нізкага супраціву і працяглага цыклу замены фільтра, але канструкцыя столі складаная, а кошт высокі; перавагі і недахопы бакавой закрытай верхняй падачы HEPA-фільтра і поўнаадтулінавай верхняй падачы супрацьлеглыя перавагам і недахопам цалкам закрытай верхняй падачы HEPA-фільтра. Сярод іх, поўнаадтулінавая верхняя падача лёгка назапашвае пыл на ўнутранай паверхні адтуліны, калі сістэма працуе непастаянна, і дрэннае абслугоўванне ўплывае на чысціню; шчыльная верхняя падача дыфузара патрабуе змешвальнага пласта, таму яна падыходзіць толькі для высокіх чыстых памяшканняў вышынёй больш за 4 м, і яе характарыстыкі падобныя да поўнаадтулінавай верхняй падачы пласціны; метад зваротнага паветра для пласціны з рашоткамі з абодвух бакоў і выхадамі зваротнага паветра, раўнамерна размешчанымі ўнізе процілеглых сцен, падыходзіць толькі для чыстых памяшканняў з адлегласцю паміж імі менш за 6 м з абодвух бакоў; Адтуліны для зваротнага паветра, размешчаныя ўнізе аднабаковай сцяны, падыходзяць толькі для чыстых памяшканняў з невялікай адлегласцю паміж сценамі (напрыклад, ≤<2~3 м).

(2). Гарызантальны аднанакіраваны паток

Толькі першая рабочая зона можа дасягнуць узроўню чысціні 100. Калі паветра цячэ ў іншы бок, канцэнтрацыя пылу паступова павялічваецца. Таму ён падыходзіць толькі для чыстых памяшканняў з рознымі патрабаваннямі да чысціні для аднаго і таго ж працэсу ў адным і тым жа памяшканні. Лакальнае размеркаванне HEPA-фільтраў на сцяне падачы паветра можа скараціць выкарыстанне HEPA-фільтраў і зэканоміць першапачатковыя інвестыцыі, але ў лакальных зонах ёсць віры.

(3). Турбулентны паветраны паток

Характарыстыкі верхняй падачы паветра з дыяфрагмамі і верхняй падачы з шчыльнымі дыфузарамі такія ж, як і вышэйзгаданыя: перавагі бакавой падачы - лёгкасць размяшчэння трубаправодаў, адсутнасць неабходнасці ў тэхнічным праслойцы, нізкі кошт і спрыяльнасць рэканструкцыі старых заводаў. Недахопы - вялікая хуткасць ветру ў рабочай зоне і вышэйшая канцэнтрацыя пылу з наветранага боку, чым з наветранага боку; верхняя падача паветра з выхадамі HEPA-фільтраў мае перавагі: простая сістэма, адсутнасць трубаправодаў за HEPA-фільтрам і чысты паветраны паток падаецца непасрэдна ў рабочую зону, але чысты паветраны паток распаўсюджваецца павольна, і паветраны паток у рабочай зоне больш раўнамерны; аднак, калі некалькі паветраных выхадаў размешчаны раўнамерна або выкарыстоўваюцца паветраныя выхады HEPA-фільтраў з дыфузарамі, паветраны паток у рабочай зоне таксама можа быць больш раўнамерным; але калі сістэма працуе не бесперапынна, дыфузар схільны да назапашвання пылу.

Вышэйзгаданае абмеркаванне адпавядае ідэальнаму стану і рэкамендуецца адпаведнымі нацыянальнымі спецыфікацыямі, стандартамі або кіраўніцтвамі па праектаванні. У рэальных праектах арганізацыя паветранага патоку распрацавана дрэнна з-за аб'ектыўных умоў або суб'ектыўных меркаванняў праекціроўшчыка. Распаўсюджаныя з іх ўключаюць: вертыкальны аднанакіраваны паток выкарыстоўвае зваротнае паветра з ніжняй часткі двух сумежных сцен, мясцовы клас 100 выкарыстоўвае верхнюю падачу і верхні вяртанне (гэта значыць, пад мясцовым выхадам паветра не дадаецца падвесная фіранка), а турбулентныя чыстыя памяшканні выкарыстоўваюць верхнюю падачу паветра з HEPA-фільтра і верхні вяртанне або аднабаковы ніжні вяртанне (большая адлегласць паміж сценамі) і г.д. Гэтыя метады арганізацыі паветранага патоку былі вымераны, і большасць з іх чысціні не адпавядаюць праектным патрабаванням. З-за дзеючых спецыфікацый для пустых або статычных прыёмак некаторыя з гэтых чыстых памяшканняў ледзь дасягаюць праектнага ўзроўню чысціні ў пустых або статычных умовах, але здольнасць супраць забруджвання вельмі нізкая, і як толькі чыстае памяшканне пераходзіць у працоўны стан, яно не адпавядае патрабаванням.

Правільная арганізацыя паветранага патоку павінна быць наладжана з дапамогай штор, якія звісаюць да вышыні працоўнай зоны ў лакальнай зоне, і ў класе 100 000 не павінна выкарыстоўвацца верхняя падача і верхняя зваротная вентыляцыя. Акрамя таго, большасць заводаў у цяперашні час вырабляюць высокаэфектыўныя паветраадводы з дыфузарамі, і іх дыфузары з'яўляюцца толькі дэкаратыўнымі адтулінамі і не выконваюць ролю рассейвання паветра. Праекціроўшчыкам і карыстальнікам варта звярнуць на гэта асаблівую ўвагу.

3. Аб'ём падачы паветра або хуткасць паветранага патоку

Дастатковы аб'ём вентыляцыі павінен разрэджваць і выдаляць забруджанае паветра ў памяшканні. У залежнасці ад розных патрабаванняў да чысціні, пры высокай вышыні чыстага памяшкання частату вентыляцыі неабходна адпаведна павялічыць. Сярод іх, аб'ём вентыляцыі чыстага памяшкання з узроўнем 1 мільён разглядаецца ў адпаведнасці з высокаэфектыўнай сістэмай ачысткі, а астатнія - у адпаведнасці з высокаэфектыўнай сістэмай ачысткі; калі HEPA-фільтры класа 100 000 сканцэнтраваны ў машынным аддзяленні або суб-HEPA-фільтры выкарыстоўваюцца ў канцы сістэмы, частату вентыляцыі можна адпаведна павялічыць на 10-20%.

Аўтар лічыць, што пры вышэйзгаданых рэкамендаваных значэннях аб'ёму вентыляцыі аб'ём вентыляцыі нізкая, а рэкамендаванае значэнне для турбулентнага чыстага памяшкання мае дастатковы каэфіцыент бяспекі. Вертыкальны аднанакіраваны паток ≥ 0,25 м/с, гарызантальны аднанакіраваны паток ≥ 0,35 м/с. Нягледзячы на ​​тое, што патрабаванні да чысціні могуць быць выкананы пры выпрабаваннях у пустых або статычных умовах, здольнасць супраць забруджвання нізкая. Пасля таго, як памяшканне пераходзіць у працоўны стан, чысціня можа не адпавядаць патрабаванням. Гэты тып прыкладу не з'яўляецца адзінкавым. У той жа час, у серыях вентылятараў маёй краіны няма вентылятараў, прыдатных для сістэм ачысткі. Як правіла, праекціроўшчыкі часта не робяць дакладных разлікаў супраціўлення паветра сістэмы або не заўважаюць, ці знаходзіцца абраны вентылятар у больш спрыяльнай рабочай кропцы на характарыстыкавай крывой, у выніку чаго аб'ём паветра або хуткасць ветру не дасягаюць разліковага значэння неўзабаве пасля ўводу сістэмы ў эксплуатацыю. Федэральны стандарт ЗША (FS209A~B) прадугледжвае, што хуткасць паветранага патоку ў аднанакіраваным чыстым памяшканні праз яго папярочны сячэнне звычайна падтрымліваецца на ўзроўні 90 футаў/мін (0,45 м/с), а нераўнамернасць хуткасці знаходзіцца ў межах ±20% пры ўмове адсутнасці перашкод ва ўсім памяшканні. Любое значнае зніжэнне хуткасці паветранага патоку павялічвае верагоднасць самаачышчэння і забруджвання паміж працоўнымі пазіцыямі (пасля прыняцця FS209C у кастрычніку 1987 года ніякіх правілаў для ўсіх параметраў, акрамя канцэнтрацыі пылу, не было прынята).

Па гэтай прычыне аўтар лічыць мэтазгодным адпаведна павялічыць бягучае разліковае значэнне хуткасці аднанакіраванага патоку ў Кітаі. Наша ўстанова зрабіла гэта ў рэальных праектах, і эфект адносна добры. Турбулентныя чыстыя памяшканні маюць рэкамендаванае значэнне з адносна дастатковым каэфіцыентам бяспекі, але многія праекціроўшчыкі ўсё яшчэ не ўпэўненыя ў гэтым. Пры распрацоўцы канкрэтных праектаў яны павялічваюць аб'ём вентыляцыі для чыстых памяшканняў класа 100 000 да 20-25 разоў/г, для чыстых памяшканняў класа 10 000 да 30-40 разоў/г і для чыстых памяшканняў класа 1000 да 60-70 разоў/г. Гэта не толькі павялічвае магутнасць абсталявання і першапачатковыя інвестыцыі, але і павялічвае будучыя выдаткі на абслугоўванне і кіраванне. На самай справе, у гэтым няма неабходнасці. Пры складанні тэхнічных мер па ачыстцы паветра ў маёй краіне былі даследаваны і вымераны больш чым чыстыя памяшканні класа 100 у Кітаі. Шматлікія чыстыя памяшканні былі пратэставаны ў дынамічных умовах. Вынікі паказалі, што аб'ём вентыляцыі для чыстых памяшканняў класа 100 000 ≥10 разоў/г, для чыстых памяшканняў класа 10 000 ≥20 разоў/г і для чыстых памяшканняў класа 1000 ≥50 разоў/г адпавядае патрабаванням. Федэральны стандарт ЗША (FS2O9A~B) прадугледжвае: для чыстых памяшканняў з неаднанакіраваным паветрам (клас 100 000, клас 10 000) вышынёй памяшкання 8~12 футаў (2,44~3,66 м) звычайна лічыцца, што ўсё памяшканне вентылюецца не радзей за адзін раз у 3 хвіліны (г.зн. 20 разоў/г). Такім чынам, у праектнай спецыфікацыі ўлічваецца вялікі каэфіцыент лішку, і праекціроўшчык можа смела выбіраць аб'ём вентыляцыі ў адпаведнасці з рэкамендаваным значэннем.

4. Розніца статычнага ціску

Падтрыманне пэўнага станоўчага ціску ў чыстым памяшканні з'яўляецца адной з найважнейшых умоў забеспячэння адсутнасці або зніжэння забруджвання ў чыстым памяшканні для падтрымання зададзенага ўзроўню чысціні. Нават для чыстых памяшканняў з адмоўным ціскам побач павінны быць пакоі або апартаменты з узроўнем чысціні не ніжэйшым за яго ўзровень, каб падтрымліваць пэўны станоўчы ціск, каб падтрымліваць чысціню ў чыстым памяшканні з адмоўным ціскам.

Станоўчы ціск у чыстым памяшканні — гэта значэнне, пры якім статычны ціск у памяшканні перавышае статычны ціск на вуліцы пры зачыненых дзвярах і вокнах. Гэта дасягаецца тым, што аб'ём падачы паветра ў сістэму ачысткі перавышае аб'ём зваротнага і выцяжнога паветра. Каб забяспечыць станоўчы ціск у чыстым памяшканні, прытокавы, зваротны і выцяжны вентылятары пажадана злучаць. Пры ўключэнні сістэмы спачатку ўключаецца прытокавы вентылятар, а потым зваротны і выцяжны; пры выключэнні сістэмы спачатку выключаецца выцяжны вентылятар, а потым зваротны і прытокавы, каб прадухіліць забруджванне чыстага памяшкання пры ўключэнні і выключэнні сістэмы.

Аб'ём паветра, неабходны для падтрымання станоўчага ціску ў чыстым памяшканні, у асноўным вызначаецца герметычнасцю канструкцыі абслугоўвання. На пачатку будаўніцтва чыстых памяшканняў у маёй краіне з-за дрэннай герметычнасці канструкцыі абгароджвання патрабавалася падача паветра ад 2 да 6 разоў/гадзіну для падтрымання станоўчага ціску ≥5 Па; у цяперашні час герметычнасць канструкцыі абслугоўвання значна палепшылася, і для падтрымання таго ж станоўчага ціску патрабуецца падача паветра толькі ад 1 да 2 разоў/гадзіну; а для падтрымання ≥10 Па патрабуецца падача паветра толькі ад 2 да 3 разоў/гадзіну.

У адпаведнасці з праектнымі патрабаваннямі маёй краіны [6] розніца статычнага ціску паміж чыстымі памяшканнямі рознага класа, а таксама паміж чыстымі і нечыстымі зонамі павінна быць не менш за 0,5 мм H2O (~5 Па), а розніца статычнага ціску паміж чыстай зонай і на вуліцы павінна быць не менш за 1,0 мм H2O (~10 Па). Аўтар лічыць, што гэта значэнне занадта нізкае па трох прычынах:

(1) Дадатны ціск адносіцца да здольнасці чыстага памяшкання падаўляць забруджванне паветра ў памяшканні праз шчыліны паміж дзвярыма і вокнамі або мінімізаваць забруджвальныя рэчывы, якія пранікаюць у памяшканне, калі дзверы і вокны адчыняюцца на кароткі час. Памер дадатнага ціску паказвае сілу здольнасці падаўляць забруджванне. Вядома, чым большы дадатны ціск, тым лепш (пра гэта будзе сказана пазней).

(2) Аб'ём паветра, неабходны для стварэння станоўчага ціску, абмежаваны. Аб'ём паветра, неабходны для стварэння станоўчага ціску 5 Па і 10 Па, адрозніваецца ўсяго прыкладна на 1 раз у гадзіну. Чаму б не зрабіць гэта? Відавочна, што лепш узяць ніжнюю мяжу станоўчага ціску роўнай 10 Па.

(3) Федэральны стандарт ЗША (FS209A~B) прадугледжвае, што пры зачыненых усіх уваходах і выхадах мінімальная розніца станоўчага ціску паміж чыстым памяшканнем і любой суседняй зонай з нізкім узроўнем чысціні складае 0,05 цалі вадзянога слупа (12,5 Па). Гэта значэнне прынята ў многіх краінах. Але значэнне станоўчага ціску ў чыстым памяшканні не з'яўляецца чым вышэйшым, тым лепшым. Згодна з фактычнымі інжынернымі выпрабаваннямі нашага блока на працягу больш чым 30 гадоў, пры значэнні станоўчага ціску ≥ 30 Па дзверы цяжка адчыніць. Калі вы неасцярожна зачыніце дзверы, гэта выкліча трэск! Гэта напалохае людзей. Калі значэнне станоўчага ціску ≥ 50~70 Па, шчыліны паміж дзвярыма і вокнамі будуць свістаць, і слабыя або тыя, хто мае некаторыя неадпаведныя сімптомы, будуць адчуваць дыскамфорт. Аднак адпаведныя спецыфікацыі або стандарты многіх краін у краіне і за мяжой не ўказваюць верхнюю мяжу станоўчага ціску. У выніку многія блокі імкнуцца адпавядаць толькі патрабаванням ніжняй мяжы, незалежна ад таго, наколькі вялікая верхняя мяжа. У рэальным чыстым памяшканні, з якім сутыкнуўся аўтар, значэнне станоўчага ціску дасягала 100 Па і больш, што прыводзіла да вельмі негатыўных наступстваў. Насамрэч, рэгуляванне станоўчага ціску не ўяўляе складанасці. Цалкам магчыма кантраляваць яго ў пэўных межах. Існуе дакумент, у якім паведамляецца, што ў адной з краін Усходняй Еўропы значэнне станоўчага ціску ўстаноўлена на ўзроўні 1-3 мм H2O (прыкладна 10~30 Па). Аўтар лічыць, што гэты дыяпазон больш прыдатны.