Uvod
Čista soba je osnova kontrole zagađenja. Bez čiste sobe, dijelovi osjetljivi na zagađenje ne mogu se masovno proizvoditi. U FED-STD-2, čista soba se definira kao prostorija s filtracijom zraka, distribucijom, optimizacijom, građevinskim materijalima i opremom, u kojoj se koriste specifični redovni operativni postupci za kontrolu koncentracije čestica u zraku kako bi se postigao odgovarajući nivo čistoće čestica.
Da bi se postigao dobar efekat čistoće u čistim prostorijama, potrebno je ne samo fokusirati se na poduzimanje razumnih mjera za pročišćavanje klima uređaja, već i zahtijevati od procesnih, građevinskih i drugih specijalista da poduzmu odgovarajuće mjere: ne samo razuman dizajn, već i pažljivu izgradnju i ugradnju u skladu sa specifikacijama, kao i ispravnu upotrebu čistih prostorija i naučno održavanje i upravljanje. Kako bi se postigao dobar efekat u čistim prostorijama, mnoga domaća i strana literatura je objašnjena iz različitih perspektiva. U stvari, teško je postići idealnu koordinaciju između različitih specijalnosti, a dizajnerima je teško shvatiti kvalitet izgradnje i ugradnje, kao i upotrebu i upravljanje, posebno ovo drugo. Što se tiče mjera pročišćavanja čistih prostorija, mnogi dizajneri, ili čak građevinske strane, često ne posvećuju dovoljno pažnje njihovim neophodnim uslovima, što rezultira nezadovoljavajućim efektom čistoće. Ovaj članak samo ukratko razmatra četiri neophodna uslova za postizanje zahtjeva za čistoćom u mjerama pročišćavanja čistih prostorija.
1. Čistoća dovoda zraka
Da bi se osiguralo da čistoća dovoda zraka ispunjava zahtjeve, ključno je pravilno funkcionisanje i ugradnja završnog filtera sistema za prečišćavanje.
Odabir filtera
Završni filter sistema za prečišćavanje obično koristi hepa filter ili sub-hepa filter. Prema standardima moje zemlje, efikasnost hepa filtera je podijeljena u četiri stepena: 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 efikasnost, to je filter skuplji. Stoga, pri odabiru filtera, ne bismo trebali samo ispunjavati zahtjeve za čistoću dovoda zraka, već bismo trebali uzeti u obzir i ekonomsku racionalnost.
Sa stanovišta zahtjeva za čistoću, princip je korištenje filtera niskih performansi za čiste sobe niskog nivoa, a filtera visokih performansi za čiste sobe visokog nivoa. Općenito govoreći: filteri visoke i srednje efikasnosti mogu se koristiti za nivo od 1 milion; sub-hepa ili hepa filteri klase A mogu se koristiti za nivoe 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 nivoe od 100 do 1. Čini se da postoje dvije vrste filtera koje možete izabrati za svaki nivo čistoće. Da li odabrati filtere visokih ili niskih performansi zavisi od specifične situacije: kada je zagađenje okoline ozbiljno, ili je odnos ispušnih gasova u zatvorenom prostoru veliki, ili je čista soba posebno važna i zahtijeva veći faktor sigurnosti, u ovim ili jednom od ovih slučajeva treba odabrati filter visoke klase; u suprotnom, može se odabrati filter nižih performansi. Za čiste sobe 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. U stvari, da biste odabrali dobar filter, morate u potpunosti uzeti u obzir karakteristike čiste sobe, filtera i sistema za prečišćavanje.
Ugradnja filtera
Da bi se osigurala čistoća dovoda zraka, nije dovoljno imati samo kvalifikovane filtere, već i osigurati: a. Da filter nije oštećen tokom transporta i instalacije; b. Da je instalacija hermetički zatvorena. Da bi se postigla prva tačka, osoblje za izgradnju i instalaciju mora biti dobro obučeno, sa znanjem o instaliranju sistema za prečišćavanje i vještinama instalacije. U suprotnom, bit će teško osigurati da filter nije oštećen. U tom pogledu postoje značajne lekcije. Drugo, problem hermetičnosti instalacije uglavnom zavisi od kvaliteta instalacijske konstrukcije. Priručnik za projektovanje generalno preporučuje: za jedan filter koristi se instalacija otvorenog tipa, tako da čak i ako dođe do curenja, neće procuriti u prostoriju; korištenjem gotovog HEPA izlaza za zrak, hermetičnost je također lakše osigurati. Za zrak više filtera, gel zaptivanje i zaptivanje negativnim pritiskom se često koriste posljednjih godina.
Gel zaptivač mora osigurati da je spoj rezervoara za tečnost čvrst i da je cijeli okvir u istoj horizontalnoj ravni. Zaptivanje negativnim pritiskom služi za uspostavljanje negativnog pritiska na vanjskoj periferiji spoja između filtera, kutije za statički pritisak i okvira. Kao i kod otvorene instalacije, čak i ako postoji curenje, neće procuriti u prostoriju. U stvari, sve dok je okvir za instalaciju ravan i čeona površina filtera je u ravnomjernom kontaktu s okvirom za instalaciju, trebalo bi biti lako postići da filter ispuni zahtjeve za čvrstoću instalacije 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 najčistiji zrak prvo dovede u radni prostor. Njegova funkcija je ograničiti i smanjiti zagađenje obrađenih predmeta. U tu svrhu, prilikom projektiranja organizacije protoka zraka treba uzeti u obzir sljedeće principe: minimizirati vrtložne struje kako bi se izbjeglo unošenje zagađenja izvan radnog prostora u radni prostor; pokušati spriječiti let sekundarne prašine kako bi se smanjila mogućnost kontaminacije radnog komada prašinom; protok zraka u radnom prostoru treba biti što ujednačeniji, a brzina vjetra treba ispunjavati procesne i higijenske zahtjeve. Kada zrak struji prema izlazu za povratni zrak, prašina u zraku treba biti efikasno odvedena. Odaberite različite načine dovoda i povrata zraka u skladu s različitim zahtjevima za čistoću.
Različite organizacije za protok zraka imaju svoje karakteristike i opsege:
(1). Vertikalni jednosmjerni tok
Pored uobičajenih prednosti dobijanja ujednačenog silaznog protoka zraka, olakšavanja rasporeda procesne opreme, snažne sposobnosti samoprečišćavanja i pojednostavljenja uobičajenih objekata kao što su lični uređaji za prečišćavanje, četiri metode dovoda zraka također imaju svoje prednosti i nedostatke: potpuno pokriveni HEPA filteri imaju prednosti niskog otpora i dugog ciklusa zamjene filtera, ali je konstrukcija stropa složena, a cijena visoka; prednosti i nedostaci bočno pokrivenog gornjeg dovoda HEPA filtera i gornjeg dovoda ploče s punim otvorom suprotni su prednostima i nedostacima gornjeg dovoda HEPA filtera s punim otvorom. Među njima, gornji dovod ploče s punim otvorom lako nakuplja prašinu na unutrašnjoj površini otvora kada sistem ne radi kontinuirano, a loše održavanje ima određeni utjecaj na čistoću; gornji dovod gustog difuzora zahtijeva sloj za miješanje, pa je pogodan samo za visoke čiste prostorije iznad 4 m, a njegove karakteristike su slične gornjem dovodu 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 pogodna je samo za čiste prostorije s neto razmakom manjim od 6 m s obje strane; Otvori za povratni zrak postavljeni na dnu jednostrane stijenke pogodni su samo za čiste prostorije s malom udaljenošću između zidova (npr. ≤<2~3m).
(2). Horizontalni jednosmjerni tok
Samo prvo radno područje može dostići nivo čistoće od 100. Kada zrak struji na drugu stranu, koncentracija prašine se postepeno povećava. Stoga je pogodno samo za čiste prostorije s različitim zahtjevima za čistoću za isti proces u istoj prostoriji. Lokalna distribucija 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 gornjeg dovoda otvora i gornjeg dovoda gustih difuzora su iste kao i gore navedene: prednosti bočnog dovoda su jednostavno postavljanje cjevovoda, nije potreban tehnički međusloj, niska cijena i pogoduje renoviranju starih fabrika. Nedostaci su što je brzina vjetra u radnom području velika, a koncentracija prašine na strani niz vjetar je veća nego na strani uz vjetar; gornji dovod HEPA filterskih izlaza ima prednosti jednostavnog sistema, nema cjevovoda iza HEPA filtera i čisti protok zraka direktno 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 HEPA filterski izlazi za zrak s difuzorima, protok zraka u radnom području također može biti ujednačeniji; ali kada sistem ne radi kontinuirano, difuzor je sklon nakupljanja prašine.
Gore navedena diskusija je u idealnom stanju i preporučena je relevantnim nacionalnim specifikacijama, standardima ili priručnicima za projektovanje. U stvarnim projektima, organizacija protoka zraka nije dobro dizajnirana zbog objektivnih uslova 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 (to jest, ne dodaje se viseća zavjesa ispod lokalnog izlaza zraka), 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 ispunjava zahtjeve dizajna. Zbog trenutnih specifikacija za prazan ili statički prijem, neke od ovih čistih soba jedva dostižu projektovani nivo čistoće u praznim ili statičkim uslovima, ali sposobnost sprječavanja zagađenja je vrlo niska i kada čista soba uđe u radno stanje, ne ispunjava zahtjeve.
Ispravna organizacija protoka zraka treba biti postavljena sa zavjesama koje vise do visine radnog prostora u lokalnom području, a klasa 100.000 ne bi trebala koristiti gornji dovod i gornji povrat. Osim toga, većina tvornica trenutno proizvodi visokoefikasne otvore za zrak s difuzorima, a njihovi difuzori su samo dekorativne ploče s otvorima i ne igraju ulogu raspršivanja zraka. Dizajneri i korisnici trebaju obratiti posebnu pažnju na ovo.
3. Volumen dovoda zraka ili brzina zraka
Dovoljan volumen ventilacije služi za razrjeđivanje i uklanjanje zagađenog zraka u zatvorenom prostoru. U skladu s različitim zahtjevima za čistoću, kada je neto visina čiste sobe visoka, učestalost ventilacije treba odgovarajuće povećati. Između ostalog, volumen ventilacije čiste sobe s nivoom od 1 milion smatra se prema visokoefikasnom sistemu prečišćavanja, a ostatak se smatra prema visokoefikasnom sistemu prečišćavanja; kada su hepa filteri čiste sobe klase 100.000 koncentrirani u mašinskoj sobi ili se sub-hepa filteri koriste na kraju sistema, učestalost ventilacije se može odgovarajuće povećati za 10-20%.
Za gore navedene preporučene vrijednosti volumena ventilacije, autor smatra da: brzina vjetra kroz dio prostorije čiste prostorije s jednosmjernim protokom 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 za čistoću mogu ispuniti kada se testiraju u praznim ili statičkim uvjetima, sposobnost sprječavanja zagađenja je slaba. Nakon što prostorija uđe u radno stanje, čistoća možda neće ispunjavati zahtjeve. Ovakav primjer nije izoliran slučaj. Istovremeno, u seriji ventilatora moje zemlje nema ventilatora pogodnih za sisteme za prečišćavanje. Općenito, dizajneri često ne prave tačne proračune otpora zraka sistema ili ne primjećuju da li se odabrani ventilator nalazi u povoljnijoj radnoj tački na karakterističnoj krivulji, što rezultira time da volumen zraka ili brzina vjetra ne dostignu projektiranu vrijednost ubrzo nakon puštanja sistema u rad. Američki savezni standard (FS209A~B) propisuje da se brzina protoka zraka u jednosmjernoj čistoj prostoriji kroz poprečni presjek čiste prostorije obično održava na 90 ft/min (0,45 m/s), a neujednačenost brzine je unutar ±20% pod uslovom da nema smetnji u cijeloj prostoriji. Svako značajno smanjenje brzine protoka zraka povećat će mogućnost samočišćenja i zagađenja između radnih položaja (nakon donošenja FS209C u oktobru 1987. godine, 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. Ovo ne samo da povećava kapacitet opreme i početna ulaganja, već i povećava buduće troškove održavanja i upravljanja. U stvari, 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 su testirane u dinamičkim uvjetima. Rezultati su pokazali da ventilacijski volumeni 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 ispuniti 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 smatraju da se cijela prostorija ventilira najmanje 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 ventilacijskog volumena.
4. Razlika statičkog pritiska
Održavanje određenog pozitivnog pritiska u čistoj sobi jedan je od bitnih uslova kako bi se osiguralo da čista soba nije zagađena ili da bude manje zagađena kako bi se održao projektovani nivo čistoće. Čak i za čiste sobe sa negativnim pritiskom, moraju postojati susjedne sobe ili apartmani sa nivoom čistoće koji nije niži od njihovog nivoa kako bi se održao određeni pozitivni pritisak, te tako održala čistoća čiste sobe sa negativnim pritiskom.
Vrijednost pozitivnog pritiska u čistoj prostoriji odnosi se na vrijednost kada je unutrašnji statički pritisak veći od vanjskog statičkog pritiska kada su sva vrata i prozori zatvoreni. To se postiže metodom kod koje je volumen dovoda zraka sistema za prečišćavanje veći od volumena povratnog i volumena ispušnog zraka. Kako bi se osigurala vrijednost pozitivnog pritiska u čistoj prostoriji, poželjno je da su ventilatori za dovod, povrat i ispuh međusobno povezani. Kada se sistem uključi, prvo se pokreće ventilator za dovod, a zatim se pokreću ventilatori za povrat i ispuh; kada se sistem isključi, prvo se isključuje ventilator za ispuh, a zatim se isključuju ventilatori za povrat i dovod kako bi se spriječilo zagađenje čiste prostorije kada se sistem uključuje i isključuje.
Volumen zraka potreban za održavanje pozitivnog pritiska u čistoj prostoriji uglavnom je određen hermetičkom nepropusnošću konstrukcije za održavanje. U ranim danima izgradnje čistih prostorija u mojoj zemlji, zbog loše hermetičnosti zatvorene konstrukcije, bilo je potrebno 2 do 6 puta/h dovoda zraka da bi se održao pozitivni pritisak od ≥5 Pa; trenutno je hermetičnost konstrukcije za održavanje znatno poboljšana i potrebno je samo 1 do 2 puta/h dovoda zraka da bi se održao isti pozitivni pritisak; a samo 2 do 3 puta/h dovoda zraka potrebno je da bi se održao pritisak od ≥10 Pa.
Specifikacije dizajna moje zemlje [6] propisuju da razlika statičkog pritiska između čistih soba različitih stepena čistoće i između čistih i nečistih područja ne smije biti manja od 0,5 mm H2O (~5 Pa), a razlika statičkog pritiska između čistog područja i vanjskog prostora ne smije biti manja od 1,0 mm H2O (~10 Pa). Autor smatra da je ova vrijednost preniska iz tri razloga:
(1) Pozitivan pritisak se odnosi na sposobnost čiste prostorije da suzbije zagađenje zraka u zatvorenom prostoru kroz praznine između vrata i prozora ili da minimizira zagađivače koji prodiru u prostoriju kada se vrata i prozori otvore na kratko vrijeme. Veličina pozitivnog pritiska ukazuje na snagu sposobnosti suzbijanja zagađenja. Naravno, što je veći pozitivni pritisak, to bolje (o čemu će biti riječi kasnije).
(2) Volumen zraka potreban za pozitivni pritisak je ograničen. Volumen zraka potreban za pozitivni pritisak od 5 Pa i pozitivni pritisak od 10 Pa razlikuje se samo za oko 1 put/h. Zašto to ne uraditi? Očigledno je bolje uzeti donju granicu pozitivnog pritiska od 10 Pa.
(3) Američki savezni standard (FS209A~B) propisuje da kada su svi ulazi i izlazi zatvoreni, minimalna razlika pozitivnog pritiska između čiste sobe i bilo kojeg susjednog područja niske čistoće iznosi 0,05 inča vodenog stuba (12,5 Pa). Ovu vrijednost su usvojile mnoge zemlje. Međutim, vrijednost pozitivnog pritiska u čistoj sobi nije što veća to bolja. Prema stvarnim inženjerskim testovima naše jedinice tokom više od 30 godina, kada je vrijednost pozitivnog pritiska ≥ 30 Pa, teško je otvoriti vrata. Ako nepažljivo zatvorite vrata, to će proizvesti prasak! To će uplašiti ljude. Kada je vrijednost pozitivnog pritiska ≥ 50~70 Pa, praznine između vrata i prozora će proizvesti zvižduk, a slabi ili oni sa nekim neprikladnim simptomima će se osjećati nelagodno. Međutim, relevantne specifikacije ili standardi mnogih zemalja u zemlji i inostranstvu ne specificiraju gornju granicu pozitivnog pritiska. 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 pritiska je visoka i do 100 Pa ili više, što rezultira vrlo lošim efektima. U stvari, podešavanje pozitivnog pritiska nije teško. Sasvim ga je moguće kontrolisati unutar određenog raspona. Postoji dokument u kojem se navodi da određena zemlja u Istočnoj Evropi propisuje vrijednost pozitivnog pritiska od 1-3 mm H2O (oko 10~30 Pa). Autor smatra da je ovaj raspon prikladniji.
Vrijeme objave: 13. februar 2025.