Uvod
Čista soba je osnova kontrole onečišćenja. Bez čiste sobe, dijelovi osjetljivi na onečišćenje ne mogu se masovno proizvoditi. U FED-STD-2, čista soba je definirana kao prostorija s filtracijom zraka, distribucijom, optimizacijom, građevinskim materijalima i opremom, u kojoj se koriste specifični redoviti radni postupci za kontrolu koncentracije čestica u zraku kako bi se postigla odgovarajuća razina čistoće čestica.
Kako bi se postigao dobar učinak čistoće u čistim prostorijama, potrebno je ne samo usredotočiti se na poduzimanje razumnih mjera za pročišćavanje klima uređaja, već i zahtijevati od procesnih, građevinskih i drugih specijalnosti da poduzmu odgovarajuće mjere: ne samo razuman dizajn, već i pažljiva izgradnja i ugradnja u skladu sa specifikacijama, kao i ispravna upotreba čistih prostorija te znanstveno održavanje i upravljanje. Kako bi se postigao dobar učinak u čistim prostorijama, mnoga domaća i strana literatura objašnjena je iz različitih perspektiva. Zapravo, teško je postići idealnu koordinaciju između različitih specijalnosti, a projektantima je teško shvatiti kvalitetu izgradnje i ugradnje, kao i upotrebu i upravljanje, posebno ovo potonje. Što se tiče mjera pročišćavanja čistih prostorija, mnogi projektanti, pa čak i građevinske strane, često ne posvećuju dovoljno pažnje njihovim potrebnim uvjetima, što rezultira nezadovoljavajućim učinkom čistoće. Ovaj članak samo ukratko raspravlja o četiri potrebna uvjeta za postizanje zahtjeva za čistoćom u mjerama pročišćavanja čistih prostorija.
1. Čistoća dovoda zraka
Kako bi se osiguralo da čistoća dovoda zraka zadovoljava zahtjeve, ključna je izvedba i ugradnja završnog filtera sustava za pročišćavanje.
Odabir filtra
Završni filter sustava za pročišćavanje obično koristi hepa filter ili sub-hepa filter. Prema standardima moje zemlje, učinkovitost hepa filtera podijeljena je u četiri stupnja: Klasa A je ≥99,9%, Klasa B je ≥99,9%, Klasa C je ≥99,999%, Klasa D je (za čestice ≥0,1 μm) ≥99,999% (također poznati kao ultra-hepa filteri); sub-hepa filteri su (za čestice ≥0,5 μm) 95~99,9%. Što je veća učinkovitost, to je filter skuplji. Stoga, pri odabiru filtera, ne bismo trebali samo zadovoljiti zahtjeve za čistoću dovoda zraka, već i uzeti u obzir ekonomsku racionalnost.
S gledišta zahtjeva za čistoću, načelo je korištenje filtera niske učinkovitosti za čiste prostorije niske razine, a filtera visoke učinkovitosti za čiste prostorije visoke razine. Općenito govoreći: filteri visoke i srednje učinkovitosti mogu se koristiti za razinu od milijun; sub-hepa ili hepa filteri klase A mogu se koristiti za razine ispod klase 10.000; filteri klase B mogu se koristiti za klase od 10.000 do 100; a filteri klase C mogu se koristiti za razine od 100 do 1. Čini se da postoje dvije vrste filtera koje možete odabrati za svaku razinu čistoće. Odabir filtera visoke ili niske učinkovitosti ovisi o specifičnoj situaciji: kada je onečišćenje okoliša ozbiljno ili je omjer ispušnih plinova u zatvorenom prostoru velik ili je čista prostorija posebno važna i zahtijeva veći faktor sigurnosti, u tim ili jednom od ovih slučajeva treba odabrati filter visoke klase; u suprotnom se može odabrati filter niže učinkovitosti. Za čiste prostorije koje zahtijevaju kontrolu čestica od 0,1 μm, filtere klase D treba odabrati bez obzira na kontroliranu koncentraciju čestica. Gore navedeno je samo iz perspektive filtera. Zapravo, da biste odabrali dobar filter, morate u potpunosti uzeti u obzir karakteristike čiste sobe, filtera i sustava za pročišćavanje.
Ugradnja filtera
Kako bi se osigurala čistoća dovoda zraka, nije dovoljno imati samo kvalificirane filtere, već i osigurati: a. Da filter nije oštećen tijekom transporta i ugradnje; b. Da je instalacija nepropusna. Da bi se postigla prva točka, građevinsko i instalacijsko osoblje mora biti dobro obučeno, sa znanjem o ugradnji sustava za pročišćavanje i vještim instalacijskim vještinama. U suprotnom će biti teško osigurati da filter nije oštećen. U tom smislu postoje značajne lekcije. Drugo, problem nepropusnosti instalacije uglavnom ovisi o kvaliteti instalacijske konstrukcije. Priručnik za projektiranje općenito preporučuje: za jedan filter koristi se otvoreni tip instalacije, tako da čak i ako dođe do curenja, neće procuriti u prostoriju; korištenjem gotovog HEPA otvora za zrak, nepropusnost je također lakše osigurati. Za zrak više filtera, posljednjih godina često se koriste gel brtve i brtvljenje negativnim tlakom.
Gel brtva mora osigurati da je spoj spremnika tekućine nepropusni i da je cijeli okvir u istoj horizontalnoj ravnini. Brtvljenje negativnim tlakom služi za stvaranje negativnog tlaka na vanjskoj periferiji spoja između filtera, kutije za statički tlak i okvira. Kao i kod otvorene instalacije, čak i ako postoji curenje, neće procuriti u prostoriju. Zapravo, sve dok je okvir za instalaciju ravan, a čeona površina filtera u ravnomjernom kontaktu s okvirom za instalaciju, trebalo bi biti lako postići da filter zadovolji zahtjeve nepropusnosti ugradnje u bilo kojoj vrsti instalacije.
2. Organizacija protoka zraka
Organizacija protoka zraka u čistoj sobi razlikuje se od one u općoj klimatiziranoj prostoriji. Zahtijeva da se najčišći zrak prvo dovede u radni prostor. Njegova je funkcija ograničiti i smanjiti onečišćenje obrađenih predmeta. U tu svrhu, prilikom projektiranja organizacije protoka zraka treba uzeti u obzir sljedeća načela: minimizirati vrtložne struje kako bi se izbjeglo unošenje onečišćenja izvan radnog prostora u radni prostor; pokušati spriječiti letenje sekundarne prašine kako bi se smanjila mogućnost onečišćenja obratka prašinom; protok zraka u radnom prostoru trebao bi biti što ujednačeniji, a brzina vjetra trebala bi zadovoljavati procesne i higijenske zahtjeve. Kada zrak struji prema izlazu za povratni zrak, prašina u zraku treba se učinkovito ukloniti. Odaberite različite načine dobave i povrata zraka prema različitim zahtjevima za čistoću.
Različite organizacije za protok zraka imaju svoje karakteristike i opsege:
(1). Vertikalni jednosmjerni tok
Uz uobičajene prednosti postizanja ujednačenog silaznog protoka zraka, olakšavanja rasporeda procesne opreme, snažne sposobnosti samočišćenja i pojednostavljenja uobičajenih objekata poput osobnih uređaja za pročišćavanje, četiri metode dovoda zraka također imaju svoje prednosti i nedostatke: potpuno pokriveni HEPA filteri imaju prednosti niskog otpora i dugog ciklusa zamjene filtera, ali konstrukcija stropa je složena, a cijena visoka; prednosti i nedostaci bočno pokrivenog gornjeg dijela HEPA filtera i gornjeg dijela ploče s punim otvorom suprotni su onima kod gornjeg dijela potpuno pokrivenog HEPA filtera. Među njima, gornji dio ploče s punim otvorom lako nakuplja prašinu na unutarnjoj površini otvora kada sustav ne radi kontinuirano, a loše održavanje ima određeni utjecaj na čistoću; gornji dio s gustim difuzorom zahtijeva sloj za miješanje, pa je prikladan samo za visoke čiste prostorije iznad 4 m, a njegove karakteristike su slične gornjem dijelu ploče s punim otvorom; metoda povratnog zraka za ploču s rešetkama s obje strane i izlazima za povratni zrak ravnomjerno raspoređenim na dnu suprotnih zidova prikladna je samo za čiste prostorije s neto razmakom manjim od 6 m s obje strane; Otvori za povratni zrak smješteni na dnu jednostrane stijenke prikladni su samo za čiste prostorije s malom udaljenošću između zidova (npr. ≤<2~3 m).
(2). Horizontalni jednosmjerni tok
Samo prvo radno područje može dosegnuti razinu čistoće od 100. Kada zrak struji na drugu stranu, koncentracija prašine postupno raste. Stoga je prikladno samo za čiste prostorije s različitim zahtjevima čistoće za isti proces u istoj prostoriji. Lokalna raspodjela HEPA filtera na zidu za dovod zraka može smanjiti upotrebu HEPA filtera i uštedjeti početna ulaganja, ali postoje vrtlozi u lokalnim područjima.
(3). Turbulentni protok zraka
Karakteristike gornje isporuke otvora i gornje isporuke gustih difuzora iste su kao i gore navedene: prednosti bočne isporuke su jednostavno postavljanje cjevovoda, nije potreban tehnički međusloj, niska cijena i pogodnost za obnovu starih tvornica. Nedostaci su što je brzina vjetra u radnom području velika, a koncentracija prašine na strani niz vjetar veća nego na strani uz vjetar; gornja isporuka izlaza HEPA filtera ima prednosti jednostavnog sustava, nema cjevovoda iza HEPA filtera i čisti protok zraka izravno se dovodi u radno područje, ali čisti protok zraka se sporo difuzira i protok zraka u radnom području je ujednačeniji; međutim, kada je više izlaza za zrak ravnomjerno raspoređeno ili se koriste izlazi za zrak HEPA filtera s difuzorima, protok zraka u radnom području također se može učiniti ujednačenijim; ali kada sustav ne radi kontinuirano, difuzor je sklon nakupljanja prašine.
Gore navedena rasprava je u idealnom stanju i preporučena je relevantnim nacionalnim specifikacijama, standardima ili priručnicima za projektiranje. U stvarnim projektima, organizacija protoka zraka nije dobro osmišljena zbog objektivnih uvjeta ili subjektivnih razloga projektanta. Uobičajeni uključuju: vertikalni jednosmjerni protok usvaja povratni zrak iz donjeg dijela susjedna dva zida, lokalna klasa 100 usvaja gornji dovod i gornji povrat (tj. ispod lokalnog izlaza zraka nije dodana viseća zavjesa), a turbulentne čiste sobe usvajaju gornji dovod zraka s HEPA filterom i gornji povrat ili jednostrani donji povrat (veći razmak između zidova) itd. Ove metode organizacije protoka zraka su izmjerene i većina njihove čistoće ne zadovoljava zahtjeve dizajna. Zbog trenutnih specifikacija za prazne ili statičke uvjete, neke od ovih čistih soba jedva dosežu projektiranu razinu čistoće u praznim ili statičkim uvjetima, ali sposobnost sprječavanja onečišćenja je vrlo niska i kada čista soba uđe u radno stanje, ne ispunjava zahtjeve.
Ispravna organizacija protoka zraka trebala bi se postaviti sa zavjesama koje vise do visine radnog područja u lokalnom području, a klasa 100.000 ne bi trebala koristiti gornji dovod i gornji povrat. Osim toga, većina tvornica trenutno proizvodi visokoučinkovite otvore za zrak s difuzorima, a njihovi difuzori su samo ukrasne ploče s otvorima i ne igraju ulogu raspršivanja zraka. Dizajneri i korisnici trebali bi obratiti posebnu pozornost na to.
3. Volumen dovoda zraka ili brzina zraka
Dovoljan volumen ventilacije služi za razrjeđivanje i uklanjanje onečišćenog zraka u zatvorenom prostoru. Prema različitim zahtjevima za čistoću, kada je neto visina čiste sobe visoka, učestalost ventilacije treba odgovarajuće povećati. Među njima, volumen ventilacije čiste sobe s razinom od 1 milijun razmatra se prema visokoučinkovitom sustavu pročišćavanja, a ostatak se razmatra prema visokoučinkovitom sustavu pročišćavanja; kada su hepa filteri čiste sobe klase 100.000 koncentrirani u strojarnici ili se sub-hepa filteri koriste na kraju sustava, učestalost ventilacije može se odgovarajuće povećati za 10-20%.
Za gore navedene preporučene vrijednosti volumena ventilacije, autor smatra da: brzina vjetra kroz dio prostorije jednosmjernog strujanja čiste prostorije je niska, a turbulentna čista prostorija ima preporučenu vrijednost s dovoljnim faktorom sigurnosti. Vertikalni jednosmjerni protok ≥ 0,25 m/s, horizontalni jednosmjerni protok ≥ 0,35 m/s. Iako se zahtjevi čistoće mogu ispuniti testiranjem u praznim ili statičkim uvjetima, sposobnost sprječavanja onečišćenja je slaba. Nakon što prostorija uđe u radno stanje, čistoća možda neće zadovoljiti zahtjeve. Ovakav primjer nije izoliran slučaj. Istovremeno, u seriji ventilatora moje zemlje nema ventilatora prikladnih za sustave pročišćavanja. Općenito, dizajneri često ne prave točne izračune otpora zraka sustava ili ne primjećuju je li odabrani ventilator u povoljnijoj radnoj točki na karakterističnoj krivulji, što rezultira time da volumen zraka ili brzina vjetra ne dosegnu projektiranu vrijednost ubrzo nakon puštanja sustava u rad. Američki savezni standard (FS209A~B) propisivao je da se brzina protoka zraka u jednosmjernoj čistoj sobi kroz poprečni presjek čiste sobe obično održava na 90 ft/min (0,45 m/s), a neujednačenost brzine je unutar ±20% pod uvjetom da nema smetnji u cijeloj prostoriji. Svako značajno smanjenje brzine protoka zraka povećat će mogućnost samočišćenja i onečišćenja između radnih položaja (nakon donošenja FS209C u listopadu 1987. nisu doneseni nikakvi propisi za sve pokazatelje parametara osim koncentracije prašine).
Iz tog razloga, autor smatra da je prikladno odgovarajuće povećati trenutnu domaću projektnu vrijednost jednosmjerne brzine protoka. Naša jedinica je to učinila u stvarnim projektima i učinak je relativno dobar. Turbulentne čiste sobe imaju preporučenu vrijednost s relativno dovoljnim faktorom sigurnosti, ali mnogi dizajneri još uvijek nisu sigurni. Prilikom izrade specifičnih projekata, povećavaju volumen ventilacije čistih soba klase 100.000 na 20-25 puta/h, čistih soba klase 10.000 na 30-40 puta/h i čistih soba klase 1000 na 60-70 puta/h. To ne samo da povećava kapacitet opreme i početna ulaganja, već i povećava buduće troškove održavanja i upravljanja. Zapravo, nema potrebe za tim. Prilikom sastavljanja tehničkih mjera za čišćenje zraka u mojoj zemlji, istraženo je i izmjereno više od čistih soba klase 100 u Kini. Mnoge čiste sobe testirane su u dinamičkim uvjetima. Rezultati su pokazali da volumeni ventilacije čistih soba klase 100.000 ≥10 puta/h, čistih soba klase 10.000 ≥20 puta/h i čistih soba klase 1000 ≥50 puta/h mogu zadovoljiti zahtjeve. Američki savezni standard (FS2O9A~B) propisuje: čiste sobe koje nisu jednosmjerne (klasa 100.000, klasa 10.000), visina prostorije 8~12 stopa (2,44~3,66 m), obično se smatra da se cijela prostorija ventilira barem jednom svake 3 minute (tj. 20 puta/h). Stoga je u specifikaciji dizajna uzet u obzir veliki koeficijent viška, a projektant može sigurno birati prema preporučenoj vrijednosti volumena ventilacije.
4. Statička razlika tlaka
Održavanje određenog pozitivnog tlaka u čistoj sobi jedan je od bitnih uvjeta kako bi se osiguralo da čista soba nije zagađena ili da bude manje zagađena kako bi se održala projektirana razina čistoće. Čak i za čiste sobe s negativnim tlakom, susjedne sobe ili apartmane moraju imati razinu čistoće ne nižu od vlastite razine kako bi se održao određeni pozitivni tlak, te tako održala čistoća čiste sobe s negativnim tlakom.
Vrijednost pozitivnog tlaka u čistoj prostoriji odnosi se na vrijednost kada je unutarnji statički tlak veći od vanjskog statičkog tlaka kada su sva vrata i prozori zatvoreni. To se postiže tako da je volumen dovoda zraka sustava za pročišćavanje veći od volumena povratnog i volumena ispušnog zraka. Kako bi se osigurala vrijednost pozitivnog tlaka u čistoj prostoriji, poželjno je da su dovodni, povratni i ispušni ventilatori međusobno povezani. Kada se sustav uključi, prvo se pokreće dovodni ventilator, a zatim se pokreću povratni i ispušni ventilatori; kada se sustav isključi, prvo se isključuje ispušni ventilator, a zatim se isključuju povratni i dovodni ventilatori kako bi se spriječilo onečišćenje čiste prostorije kada se sustav uključuje i isključuje.
Volumen zraka potreban za održavanje pozitivnog tlaka u čistoj sobi uglavnom je određen zrakopropusnošću konstrukcije za održavanje. U ranim danima izgradnje čistih soba u mojoj zemlji, zbog loše zrakopropusnosti zatvorene konstrukcije, bilo je potrebno 2 do 6 puta/h dovoda zraka za održavanje pozitivnog tlaka od ≥5 Pa; trenutno je zrakopropusnost konstrukcije za održavanje znatno poboljšana i potrebno je samo 1 do 2 puta/h dovoda zraka za održavanje istog pozitivnog tlaka; a samo 2 do 3 puta/h dovoda zraka potrebno je za održavanje ≥10 Pa.
Specifikacije dizajna moje zemlje [6] propisuju da razlika statičkog tlaka između čistih soba različitih stupnjeva čistoće te između čistih i nečistih područja ne smije biti manja od 0,5 mm H2O (~5 Pa), a razlika statičkog tlaka između čistog područja i vanjskog prostora ne smije biti manja od 1,0 mm H2O (~10 Pa). Autor smatra da se ta vrijednost čini preniskom iz tri razloga:
(1) Pozitivan tlak odnosi se na sposobnost čiste prostorije da suzbije onečišćenje zraka u zatvorenom prostoru kroz praznine između vrata i prozora ili da smanji onečišćujuće tvari koje prodiru u prostoriju kada se vrata i prozori otvore na kratko vrijeme. Veličina pozitivnog tlaka ukazuje na snagu sposobnosti suzbijanja onečišćenja. Naravno, što je veći pozitivni tlak, to bolje (o čemu će biti riječi kasnije).
(2) Volumen zraka potreban za pozitivni tlak je ograničen. Volumen zraka potreban za pozitivni tlak od 5 Pa i pozitivni tlak od 10 Pa razlikuje se samo za otprilike 1 put/h. Zašto to ne učiniti? Očito je bolje uzeti donju granicu pozitivnog tlaka kao 10 Pa.
(3) Američki savezni standard (FS209A~B) propisuje da kada su svi ulazi i izlazi zatvoreni, minimalna razlika pozitivnog tlaka između čiste sobe i bilo kojeg susjednog područja niske čistoće iznosi 0,05 inča vodenog stupca (12,5 Pa). Ovu vrijednost usvojile su mnoge zemlje. Međutim, vrijednost pozitivnog tlaka u čistoj sobi nije što veća to bolja. Prema stvarnim inženjerskim ispitivanjima naše jedinice tijekom više od 30 godina, kada je vrijednost pozitivnog tlaka ≥ 30 Pa, teško je otvoriti vrata. Ako nepažljivo zatvorite vrata, to će uzrokovati prasak! To će uplašiti ljude. Kada je vrijednost pozitivnog tlaka ≥ 50~70 Pa, praznine između vrata i prozora će zviždati, a slabi ili oni s nekim neprimjerenim simptomima će se osjećati neugodno. Međutim, relevantne specifikacije ili standardi mnogih zemalja u zemlji i inozemstvu ne određuju gornju granicu pozitivnog tlaka. Kao rezultat toga, mnoge jedinice nastoje ispuniti samo zahtjeve donje granice, bez obzira na to kolika je gornja granica. U stvarnoj čistoj sobi s kojom se autor susreo, vrijednost pozitivnog tlaka je visoka i do 100 Pa ili više, što rezultira vrlo lošim učincima. Zapravo, podešavanje pozitivnog tlaka nije teško. Sasvim ga je moguće kontrolirati unutar određenog raspona. Postoji dokument u kojem se navodi da određena zemlja u istočnoj Europi propisuje vrijednost pozitivnog tlaka od 1-3 mm H2O (oko 10~30 Pa). Autor smatra da je taj raspon prikladniji.
Vrijeme objave: 13. veljače 2025.