A TISZTA TERMÉKEK ALAPVETŐ ELEMZÉSE

Bevezetés

A tisztaszoba a szennyezés-szabályozás alapja. Tisztaszoba nélkül a szennyezésre érzékeny alkatrészek nem gyárthatók tömegesen. A FED-STD-2 szabványban a tisztaszoba olyan helyiség, amely rendelkezik levegőszűréssel, -elosztással, -optimalizálással, építőanyagokkal és berendezésekkel, és amelyben speciális, rendszeres üzemeltetési eljárásokat alkalmaznak a levegőben lévő részecskék koncentrációjának szabályozására a megfelelő részecske-tisztasági szint elérése érdekében.

A tisztatérben a jó tisztasági hatás elérése érdekében nemcsak az ésszerű légkondicionáló tisztítási intézkedésekre kell összpontosítani, hanem a folyamatok, az építés és más szakterületek megfelelő intézkedéseit is meg kell követelni: nemcsak az ésszerű tervezésre, hanem a specifikációknak megfelelő gondos kivitelezésre és telepítésre, valamint a tisztatér helyes használatára és a tudományos karbantartásra és irányításra is. A tisztatérben a jó hatás elérése érdekében számos hazai és külföldi szakirodalom jelent meg különböző nézőpontokból. Valójában nehéz ideális koordinációt elérni a különböző szakterületek között, és a tervezőknek nehéz megérteniük a kivitelezés és a telepítés minőségét, valamint a használatot és az irányítást, különösen az utóbbit. Ami a tisztatéri tisztítási intézkedéseket illeti, sok tervező, vagy akár az építőipari fél gyakran nem fordít kellő figyelmet a szükséges feltételekre, ami nem kielégítő tisztasági hatást eredményez. Ez a cikk csak röviden tárgyalja a tisztatéri tisztítási intézkedések tisztasági követelményeinek eléréséhez szükséges négy feltételt.

1. A levegőellátás tisztasága

Annak érdekében, hogy a levegőellátás tisztasága megfeleljen a követelményeknek, kulcsfontosságú a tisztítórendszer végső szűrőjének teljesítménye és telepítése.

Szűrő kiválasztása

A tisztítórendszer végső szűrője általában HEPA vagy SUB-HEPA szűrő. Az országos szabványok szerint a HEPA szűrők hatékonysága négy osztályba sorolható: A osztály ≥99,9%, B osztály ≥99,9%, C osztály ≥99,999%, D osztály (≥0,1 μm részecskék esetén) ≥99,999% (más néven ultra-HEPA szűrők); a SUB-HEPA szűrők (≥0,5 μm részecskék esetén) 95–99,9%. Minél nagyobb a hatékonyság, annál drágább a szűrő. Ezért a szűrő kiválasztásakor nemcsak a levegő tisztaságára vonatkozó követelményeknek kell megfelelnünk, hanem a gazdasági racionalitást is figyelembe kell venni.

A tisztasági követelmények szempontjából az alapelv az, hogy alacsony tisztasági szintű tisztaterekben alacsony, magas tisztasági szintű tisztaterekben pedig nagy teljesítményű szűrőket kell használni. Általánosságban elmondható, hogy az 1 milliós tisztasági szinthez nagy és közepes hatékonyságú szűrők használhatók; a 10 000-es osztály alatti szintekhez szub-hepa vagy A osztályú hepa szűrők; a 10 000-es és 100-as osztály közötti szintekhez B osztályú szűrők; a 100-as és 1-es osztály közötti szintekhez pedig C osztályú szűrők. Úgy tűnik, hogy minden tisztasági szinthez kétféle szűrő közül lehet választani. A nagy vagy az alacsony teljesítményű szűrők kiválasztása az adott helyzettől függ: ha a környezetszennyezés súlyos, vagy a beltéri elszívás aránya nagy, vagy a tisztatér különösen fontos, és nagyobb biztonsági tényezőt igényel, akkor ezekben vagy ezek közül az egyik esetben nagy osztályú szűrőt kell választani; ellenkező esetben alacsonyabb teljesítményű szűrőt. Az olyan tisztaterekben, ahol a 0,1 μm-es részecskék szabályozása szükséges, a szabályozott részecskekoncentrációtól függetlenül D osztályú szűrőket kell választani. A fentiek csak a szűrő szempontjából értendők. Valójában egy jó szűrő kiválasztásához teljes mértékben figyelembe kell venni a tisztaszoba, a szűrő és a tisztítórendszer jellemzőit is.

Szűrő telepítése

A levegőellátás tisztaságának biztosításához nem elég csak minősített szűrők használata, hanem a következőket is biztosítani kell: a. A szűrő szállítás és telepítés során ne sérüljön; b. A telepítés tömör legyen. Az első pont eléréséhez a kivitelező és telepítő személyzetnek jól képzettnek kell lennie, rendelkeznie kell mind a tisztítórendszerek telepítésének ismeretével, mind a szakképzett telepítési készségekkel. Ellenkező esetben nehéz lesz biztosítani, hogy a szűrő ne sérüljön. E tekintetben mélyreható tanulságok vannak. Másodszor, a telepítési tömörség problémája főként a telepítési szerkezet minőségétől függ. A tervezési kézikönyv általában a következőket javasolja: egyetlen szűrő esetén nyitott típusú telepítést alkalmaznak, így szivárgás esetén sem szivárog be a helyiségbe; egy kész HEPA levegőkimenet használatával a tömörség is könnyebben biztosítható. Több szűrő levegőjéhez az utóbbi években gyakran használnak géltömítést és negatív nyomású tömítést.

A géltömítésnek biztosítania kell a folyadéktartály illesztésének tömörségét, és azt, hogy a teljes keret ugyanabban a vízszintes síkban legyen. A negatív nyomású tömítés célja, hogy a szűrő és a statikus nyomástartó doboz közötti illesztés külső kerülete negatív nyomású állapotban legyen. A nyitott típusú telepítéshez hasonlóan, még szivárgás esetén sem szivároghat a folyadék a helyiségbe. Valójában, amíg a beépítőkeret sík, és a szűrő vége egyenletesen érintkezik a beépítőkerettel, a szűrőnek könnyen meg kell felelnie a beépítési tömörségi követelményeknek bármilyen telepítési típusnál.

2. Légáramlás szervezése

Egy tisztaszoba légáramlásának szervezése eltér egy általános légkondicionált helyiségétől. Megköveteli, hogy a legtisztább levegő először a működési területre kerüljön. Feladata a feldolgozott tárgyak szennyeződésének korlátozása és csökkentése. Ennek érdekében a légáramlás szervezésekor a következő elveket kell figyelembe venni: minimalizálni az örvényáramokat, hogy elkerüljük a munkaterületen kívülről érkező szennyeződés munkaterületre jutását; meg kell próbálni megakadályozni a másodlagos por szállását, hogy csökkentsük a munkadarab porszennyezésének esélyét; a munkaterületen a légáramlásnak a lehető legegyenletesebbnek kell lennie, és a szélsebességnek meg kell felelnie a folyamat- és higiéniai követelményeknek. Amikor a légáramlás a visszatérő levegő kimenetéhez áramlik, a levegőben lévő port hatékonyan el kell távolítani. A különböző tisztasági követelményeknek megfelelően válasszon különböző levegőbevezetési és -visszavezetési módokat.

A különböző légáramlási szervezeteknek megvannak a saját jellemzőik és hatókörük:

(1). Függőleges, egyirányú áramlás

Az egyenletes lefelé irányuló légáramlás, a technológiai berendezések elrendezésének megkönnyítése, az erős öntisztító képesség és a személyes tisztítóberendezésekhez hasonló közös előnyök mellett a négy levegőellátási módszernek megvannak a maga előnyei és hátrányai is: a teljesen fedett HEPA szűrők alacsony ellenállással és hosszú szűrőcsere-ciklussal rendelkeznek, de a mennyezet szerkezete összetett és a költségek magasak; az oldalról fedett HEPA szűrős felső szállítás és a teljes lyukú lemezes felső szállítás előnyei és hátrányai ellentétesek a teljesen fedett HEPA szűrős felső szállítás előnyeivel és hátrányaival. Ezek közül a teljes lyukú lemezes szállítás esetén könnyen felhalmozódik por a nyíláslemez belső felületén, amikor a rendszer nem folyamatosan működik, és a rossz karbantartás hatással van a tisztaságra; a sűrű diffúzoros felső szállítás keverőréteget igényel, ezért csak 4 m feletti magas tiszta helyiségekhez alkalmas, és jellemzői hasonlóak a teljes lyukú lemezes szállításhoz; a mindkét oldalon rácsos lemezes és az ellentétes falak alján egyenletesen elrendezett visszatérő levegő kimenetekkel rendelkező lemezes módszer csak olyan tiszta helyiségekhez alkalmas, amelyek mindkét oldalon kevesebb, mint 6 m nettó távolsággal rendelkeznek; Az egyoldalas fal alján elhelyezett elszívó levegő kimenetek csak olyan tiszta helyiségekhez alkalmasak, ahol a falak között kis távolság van (például ≤<2~3m).

(2). Vízszintes, egyirányú áramlás

Csak az első munkaterület érheti el a 100-as tisztasági szintet. Amikor a levegő a másik oldalra áramlik, a porkoncentráció fokozatosan növekszik. Ezért csak olyan tiszta helyiségekben alkalmas, ahol eltérő tisztasági követelmények vannak ugyanazon folyamat esetén ugyanabban a helyiségben. A HEPA szűrők helyi elosztása a levegőellátó falon csökkentheti a HEPA szűrők használatát és megtakaríthatja a kezdeti beruházást, de helyi területeken örvények keletkezhetnek.

(3). Turbulens légáramlás

A nyíláslemezes felső kivezetés és a sűrű diffúzorok felső kivezetésének jellemzői megegyeznek a fent említettekkel: az oldalsó kivezetés előnyei a csővezetékek egyszerű elrendezése, nincs szükség műszaki közbenső rétegre, alacsony költség, és elősegíti a régi gyárak felújítását. A hátrányok a munkaterületen nagy a szélsebesség, és a porkoncentráció a szél felőli oldalon magasabb, mint a szél felőli oldalon; a HEPA szűrős kimenetek felső kivezetésének előnyei az egyszerű rendszer, a HEPA szűrő mögött nincsenek csővezetékek, és a tiszta légáramlás közvetlenül a munkaterületre jut, de a tiszta légáramlás lassan diffundál, és a munkaterületen a légáramlás egyenletesebb; azonban ha több levegőkivezető nyílás egyenletesen van elrendezve, vagy HEPA szűrős levegőkivezető nyílásokat diffúzorokkal használnak, a munkaterületen a légáramlás is egyenletesebbé tehető; de ha a rendszer nem folyamatosan működik, a diffúzor hajlamos a por felhalmozódására.

A fentiek mind ideális állapotban vannak, és a vonatkozó nemzeti előírások, szabványok vagy tervezési kézikönyvek ajánlják. A valóságos projektekben a légáramlás szervezése objektív körülmények vagy a tervező szubjektív okai miatt nincs jól megtervezve. Gyakoriak: a függőleges, egyirányú áramlás a szomszédos két fal alsó részéből veszi fel a visszatérő levegőt, a helyi 100-as osztályú légáramlás felső befújást és felső visszatérést alkalmaz (azaz nincs függöny a helyi levegőkimenet alatt), a turbulens tisztaszobák pedig HEPA szűrős levegőkimenetet alkalmaznak felső befújással és felső visszatéréssel vagy egyoldali alsó visszatéréssel (nagyobb távolság a falak között) stb. Ezeket a légáramlás szervezési módszereket mérték, és a legtöbb tisztaságuk nem felel meg a tervezési követelményeknek. Az üres vagy statikus elfogadásra vonatkozó jelenlegi előírások miatt ezek közül a tisztaszobák némelyike ​​alig éri el a tervezett tisztasági szintet üres vagy statikus körülmények között, de a szennyezésgátló interferencia-képesség nagyon alacsony, és miután a tisztaszoba belép a működő állapotba, nem felel meg a követelményeknek.

A megfelelő légáramlás-szervezést úgy kell kialakítani, hogy a függönyök a helyi munkaterület magasságáig lógjanak, és a 100 000-es osztályú helyiségekben ne alkalmazzanak felső befúvásos és felső elszívásos légáramlást. Ezenkívül a legtöbb gyár jelenleg nagy hatékonyságú, diffúzorokkal ellátott levegőkivezető nyílásokat gyárt, amelyek azonban csak dekoratív nyílások, és nem diffúz légáramlást biztosítanak. A tervezőknek és a felhasználóknak különös figyelmet kell fordítaniuk erre.

3. Levegőellátás térfogata vagy légsebesség

A megfelelő szellőztetési mennyiség a beltéri szennyezett levegő hígításához és eltávolításához szükséges. A különböző tisztasági követelményeknek megfelelően, ha a tisztaszoba nettó belmagassága magas, a szellőztetési gyakoriságot megfelelően növelni kell. Ezek közül az 1 millió szintű tisztaszoba szellőztetési mennyiségét a nagy hatékonyságú tisztítórendszer szerint, a többit pedig a nagy hatékonyságú tisztítórendszer szerint veszik figyelembe; ha a 100 000-es osztályú tisztaszoba HEPA szűrőit a gépházban koncentrálják, vagy az al-HEPA szűrőket a rendszer végén használják, a szellőztetési gyakoriság 10-20%-kal növelhető.

A fenti szellőztetési térfogat ajánlott értékeire vonatkozóan a szerző úgy véli, hogy: az egyirányú áramlású tisztaszoba helyiségszakaszán áthaladó szélsebesség alacsony, a turbulens tisztaszoba ajánlott értéke megfelelő biztonsági tényezővel rendelkezik. Függőleges egyirányú áramlás ≥ 0,25 m/s, vízszintes egyirányú áramlás ≥ 0,35 m/s. Bár a tisztasági követelmények teljesíthetők üres vagy statikus körülmények között tesztelve, a szennyezésgátló képesség gyenge. Miután a szoba üzemi állapotba kerül, a tisztaság nem biztos, hogy megfelel a követelményeknek. Ez a fajta példa nem elszigetelt eset. Ugyanakkor az országomban nincsenek tisztítórendszerekhez alkalmas ventilátorok a szellőztető sorozatban. Általánosságban elmondható, hogy a tervezők gyakran nem végeznek pontos számításokat a rendszer légellenállásáról, vagy nem veszik észre, hogy a kiválasztott ventilátor kedvezőbb munkaponton van-e a jelleggörbén, aminek eredményeként a légmennyiség vagy a szélsebesség a rendszer üzembe helyezése után rövid időn belül nem éri el a tervezési értéket. Az amerikai szövetségi szabvány (FS209A~B) előírta, hogy az egyirányú tisztaszoba légáramlási sebességét a tisztaszoba keresztmetszetén keresztül általában 90 láb/perc (0,45 m/s) értéken kell tartani, és a sebesség egyenetlensége ±20%-on belül van, feltéve, hogy a teljes helyiségben nincs interferencia. A légáramlás sebességének bármilyen jelentős csökkenése növeli az öntisztulási idő és a munkapozíciók közötti szennyeződés valószínűségét (az FS209C 1987. októberi kihirdetése után a porkoncentráción kívül semmilyen paramétermutatóra nem vonatkoztak előírások).

Emiatt a szerző úgy véli, hogy helyénvaló a jelenlegi hazai egyirányú áramlási sebesség tervezési értékének megfelelő növelése. Egységünk ezt valós projektekben megtette, és a hatás viszonylag jó. A turbulens tisztaszobáknak van egy ajánlott értéke viszonylag elegendő biztonsági tényezővel, de sok tervező még mindig nem biztos ebben. Konkrét tervek készítésekor a 100 000-es osztályú tisztaszoba szellőztetési mennyiségét 20-25-szer/h-ra, a 10 000-es osztályú tisztaszoba szellőztetési mennyiségét 30-40-szer/h-ra, az 1000-es osztályú tisztaszoba szellőztetési mennyiségét pedig 60-70-szer/h-ra növelik. Ez nemcsak a berendezések kapacitását és a kezdeti beruházást növeli, hanem a jövőbeni karbantartási és irányítási költségeket is. Valójában erre nincs szükség. Országom levegőtisztítási műszaki intézkedéseinek összeállításakor több mint 100-as osztályú tisztaszobát vizsgáltak és mértek Kínában. Sok tisztaszobát teszteltek dinamikus körülmények között. Az eredmények azt mutatták, hogy a 100 000-es osztályú tisztaszobák ≥10-szer/h, a 10 000-es osztályú tisztaszobák ≥20-szor/h és az 1000-es osztályú tisztaszobák ≥50-szer/h szellőztetési mennyisége megfelel a követelményeknek. Az amerikai szövetségi szabvány (FS2O9A~B) előírja: a nem egyirányú tisztaszobák (100 000-es osztály, 10 000-es osztály), a 8–12 láb (2,44–3,66 m) belmagasságú helyiségek esetében általában úgy tekintik, hogy a teljes helyiséget legalább 3 percenként szellőztetni kell (azaz 20-szor/h). Ezért a tervezési specifikáció egy nagy többlet-tényezőt vett figyelembe, és a tervező biztonságosan választhat a szellőztetési mennyiség ajánlott értéke szerint.

4. Statikus nyomáskülönbség

A tisztatérben egy bizonyos pozitív nyomás fenntartása az egyik alapvető feltétel annak biztosítására, hogy a tisztatér ne legyen szennyezett, vagy csak kisebb legyen a tervezett tisztasági szint fenntartásához. Még negatív nyomású tisztaszobák esetén is olyan szomszédos helyiségekkel vagy lakosztályokkal kell rendelkezniük, amelyek tisztasági szintje nem alacsonyabb, mint a negatív nyomású tisztatér tisztasága.

A tisztaszoba pozitív nyomásértéke azt az értéket jelenti, amely akkor jelentkezik, amikor a beltéri statikus nyomás nagyobb, mint a kültéri statikus nyomás, amikor minden ajtó és ablak zárva van. Ezt úgy érik el, hogy a tisztítórendszer levegőellátási térfogata nagyobb, mint a visszatérő levegő és a kipufogó levegő térfogata. A tisztaszoba pozitív nyomásértékének biztosítása érdekében a befúvó, a visszatérő és a kipufogó ventilátorokat előnyösen összekapcsolják. A rendszer bekapcsolásakor először a befúvó ventilátort kell elindítani, majd a visszatérő és a kipufogó ventilátorokat; a rendszer kikapcsolásakor először a kipufogó ventilátort kell kikapcsolni, majd a visszatérő és a befúvó ventilátorokat, hogy megakadályozzák a tisztaszoba szennyeződését a rendszer be- és kikapcsolásakor.

A tisztatér pozitív nyomásának fenntartásához szükséges levegőmennyiséget főként a karbantartó szerkezet légmentessége határozza meg. Hazánkban a tisztatér-építés korai időszakában a burkolati szerkezet gyenge légmentessége miatt óránként 2-6-szoros levegőbefúvás szükséges volt a ≥5 Pa pozitív nyomás fenntartásához; jelenleg a karbantartó szerkezet légmentessége jelentősen javult, és ugyanazon pozitív nyomás fenntartásához mindössze óránként 1-2-szeres levegőbefúvás szükséges; a ≥10 Pa fenntartásához pedig mindössze óránként 2-3-szoros levegőbefúvás szükséges.

Hazám tervezési előírásai [6] előírják, hogy a különböző minőségű tiszta helyiségek, valamint a tiszta és nem tiszta területek közötti statikus nyomáskülönbség nem lehet kevesebb, mint 0,5 mm H₂O (~5 Pa), és a tiszta terület és a kültéri statikus nyomáskülönbség nem lehet kevesebb, mint 1,0 mm H₂O (~10 Pa). A szerző úgy véli, hogy ez az érték három okból túl alacsonynak tűnik:

(1) A pozitív nyomás a tisztaszoba azon képességére utal, hogy elnyomja a beltéri levegőszennyezést az ajtók és ablakok közötti réseken keresztül, vagy minimalizálja a helyiségbe jutó szennyező anyagokat, amikor az ajtókat és ablakokat rövid időre kinyitják. A pozitív nyomás nagysága jelzi a szennyezés-elnyomás erősségét. Természetesen minél nagyobb a pozitív nyomás, annál jobb (erről később lesz szó).

(2) A pozitív nyomáshoz szükséges levegőmennyiség korlátozott. Az 5 Pa és a 10 Pa pozitív nyomáshoz szükséges levegőmennyiség csak körülbelül 1 idő/óra különbséggel tér el. Miért ne tennénk meg? Nyilvánvalóan jobb, ha a pozitív nyomás alsó határának 10 Pa-t vesszük.

(3) Az amerikai szövetségi szabvány (FS209A~B) előírja, hogy zárt bejáratok és kijáratok esetén a tisztaszoba és a szomszédos, alacsony tisztasági fokú területek közötti minimális pozitív nyomáskülönbség 0,05 vízoszlophüvelyk (12,5 Pa). Ezt az értéket számos ország átvette. A tisztaszoba pozitív nyomásértéke azonban nem az, hogy minél magasabb, annál jobb. Egységünk több mint 30 éves tényleges mérnöki tesztjei szerint, ha a pozitív nyomás ≥ 30 Pa, nehéz kinyitni az ajtót. Ha gondatlanul csukjuk be az ajtót, az durranást fog hallani! Megijeszti az embereket. Ha a pozitív nyomás ≥ 50~70 Pa, az ajtók és ablakok közötti rések sípolnak, és a gyengék vagy a nem megfelelő tünetekkel küzdők kellemetlenül érzik magukat. Számos ország vonatkozó előírásai vagy szabványai azonban belföldön és külföldön sem határozzák meg a pozitív nyomás felső határát. Ennek eredményeként sok egység csak az alsó határérték követelményeinek teljesítésére törekszik, függetlenül attól, hogy mekkora a felső határérték. A szerző által tapasztalt tényleges tisztatérben a pozitív nyomás értéke eléri a 100 Pa-t vagy többet, ami nagyon kedvezőtlen hatásokhoz vezet. Valójában a pozitív nyomás beállítása nem nehéz. Teljesen lehetséges egy bizonyos tartományon belül szabályozni. Volt egy dokumentum, amely bemutatta, hogy egy bizonyos kelet-európai ország 1-3 mm H20-ban (kb. 10~30 Pa) határozza meg a pozitív nyomás értékét. A szerző úgy véli, hogy ez a tartomány megfelelőbb.