ANÁLISE CENTRAL DA SALA LIMPA

Introdución

Unha sala limpa é a base do control da contaminación. Sen unha sala limpa, non se poden producir en masa as pezas sensibles á contaminación. Na norma FED-STD-2, a sala limpa defínese como unha sala con filtración, distribución, optimización, materiais de construción e equipos de aire, na que se empregan procedementos operativos regulares específicos para controlar a concentración de partículas transportadas polo aire e lograr o nivel de limpeza das partículas axeitado.

Para lograr un bo efecto de limpeza na sala limpa, é necesario non só centrarse en tomar medidas razoables de purificación do aire acondicionado, senón tamén esixir que o proceso, a construción e outras especialidades tomen as medidas correspondentes: non só un deseño razoable, senón tamén unha construción e instalación coidadosas de acordo coas especificacións, así como o uso correcto da sala limpa e o mantemento e a xestión científicos. Para lograr un bo efecto na sala limpa, expuxéronse moitas obras nacionais e estranxeiras desde diferentes perspectivas. De feito, é difícil lograr unha coordinación ideal entre as diferentes especialidades e é difícil para os deseñadores comprender a calidade da construción e a instalación, así como o uso e a xestión, especialmente esta última. No que respecta ás medidas de purificación de salas limpas, moitos deseñadores, ou mesmo empresas de construción, a miúdo non prestan suficiente atención ás súas condicións necesarias, o que resulta nun efecto de limpeza insatisfactorio. Este artigo só analiza brevemente as catro condicións necesarias para cumprir os requisitos de limpeza nas medidas de purificación de salas limpas.

1. Limpeza do subministro de aire

Para garantir que a limpeza do subministro de aire cumpra os requisitos, a clave é o rendemento e a instalación do filtro final do sistema de purificación.

Selección de filtros

O filtro final do sistema de purificación xeralmente adopta un filtro HEPA ou un filtro sub-HEPA. Segundo os estándares do meu país, a eficiencia dos filtros HEPA divídese en catro graos: a clase A é ≥99,9 %, a clase B é ≥99,9 %, a clase C é ≥99,999 %, a clase D é (para partículas ≥0,1 μm) ≥99,999 % (tamén coñecidos como filtros ultra-HEPA); os filtros sub-HEPA son (para partículas ≥0,5 μm) 95 ~ 99,9 %. Canto maior sexa a eficiencia, máis caro será o filtro. Polo tanto, ao elixir un filtro, non só debemos cumprir os requisitos de limpeza do subministro de aire, senón tamén ter en conta a racionalidade económica.

Desde a perspectiva dos requisitos de limpeza, o principio é usar filtros de baixo rendemento para salas limpas de baixo nivel e filtros de alto rendemento para salas limpas de alto nivel. En termos xerais: os filtros de alta e media eficiencia pódense usar para o nivel de 1 millón; os filtros sub-hepa ou hepa de clase A pódense usar para niveis inferiores á clase 10.000; os filtros de clase B pódense usar para a clase de 10.000 a 100; e os filtros de clase C pódense usar para os niveis de 100 a 1. Parece que hai dous tipos de filtros para elixir para cada nivel de limpeza. A elección de filtros de alto ou baixo rendemento depende da situación específica: cando a contaminación ambiental é grave, ou a taxa de escape interior é grande, ou a sala limpa é particularmente importante e require un factor de seguridade maior, nestes ou nun destes casos, débese seleccionar un filtro de clase alta; en caso contrario, pódese seleccionar un filtro de menor rendemento. Para salas limpas que requiren control de partículas de 0,1 μm, débense seleccionar filtros de clase D independentemente da concentración de partículas controlada. O anterior é só desde a perspectiva do filtro. De feito, para elixir un bo filtro, tamén debes ter en conta as características da sala limpa, o filtro e o sistema de purificación.

Instalación de filtros

Para garantir a limpeza do subministro de aire, non abonda con ter só filtros cualificados, senón tamén garantir: a. Que o filtro non se dane durante o transporte e a instalación; b. Que a instalación sexa hermética. Para lograr o primeiro punto, o persoal de construción e instalación debe estar ben adestrado, con coñecementos sobre a instalación de sistemas de purificación e habilidades de instalación cualificadas. En caso contrario, será difícil garantir que o filtro non se dane. Hai leccións profundas neste sentido. En segundo lugar, o problema da estanquidade da instalación depende principalmente da calidade da estrutura da instalación. O manual de deseño xeralmente recomenda: para un só filtro, úsase unha instalación de tipo aberto, de xeito que mesmo se se produce unha fuga, non se filtrará á habitación; usando unha saída de aire HEPA acabada, a estanquidade tamén é máis fácil de garantir. Para o aire de varios filtros, nos últimos anos úsanse a miúdo selos de xel e selos de presión negativa.

O selado de xel debe garantir que a unión do tanque de líquido estea hermética e que o marco xeral estea no mesmo plano horizontal. O selado por presión negativa consiste en facer que a periferia exterior da unión entre o filtro e a caixa de presión estática e o marco estean nun estado de presión negativa. Do mesmo xeito que na instalación de tipo aberto, mesmo se hai fugas, non se filtrarán á habitación. De feito, sempre que o marco de instalación sexa plano e a cara do extremo do filtro estea en contacto uniforme co marco de instalación, debería ser doado facer que o filtro cumpra os requisitos de estanquidade da instalación en calquera tipo de instalación.

2. Organización do fluxo de aire

A organización do fluxo de aire dunha sala limpa é diferente da dunha sala xeral con aire acondicionado. Require que o aire máis limpo sexa subministrado primeiro á área de operación. A súa función é limitar e reducir a contaminación dos obxectos procesados. Para este fin, débense ter en conta os seguintes principios ao deseñar a organización do fluxo de aire: minimizar as correntes de Foucault para evitar que a contaminación do exterior da área de traballo entre na área de traballo; intentar evitar que o po secundario voe para reducir a posibilidade de que o po contamine a peza de traballo; o fluxo de aire na área de traballo debe ser o máis uniforme posible e a súa velocidade do vento debe cumprir cos requisitos do proceso e de hixiene. Cando o fluxo de aire flúe cara á saída de aire de retorno, o po do aire debe eliminarse eficazmente. Escolla diferentes modos de subministración e retorno de aire segundo os diferentes requisitos de limpeza.

As diferentes organizacións de fluxo de aire teñen as súas propias características e alcances:

(1). Fluxo unidireccional vertical

Ademais das vantaxes comúns de obter un fluxo de aire descendente uniforme, facilitar a disposición dos equipos de proceso, unha forte capacidade de autopurificación e simplificar instalacións comúns como as instalacións de purificación persoal, os catro métodos de subministración de aire tamén teñen as súas propias vantaxes e desvantaxes: os filtros HEPA totalmente cubertos teñen as vantaxes dunha baixa resistencia e un longo ciclo de substitución do filtro, pero a estrutura do teito é complexa e o custo é elevado; as vantaxes e desvantaxes da subministración superior do filtro HEPA cuberto lateralmente e da subministración superior da placa de orificio completo son opostas ás da subministración superior do filtro HEPA totalmente cuberto. Entre elas, a subministración superior da placa de orificio completo é fácil de acumular po na superficie interior da placa do orificio cando o sistema non funciona continuamente, e un mantemento deficiente ten algún impacto na limpeza; a subministración superior do difusor denso require unha capa de mestura, polo que só é axeitado para salas limpas altas por riba dos 4 m, e as súas características son similares á subministración superior da placa de orificio completo; o método de retorno de aire para a placa con grellas en ambos os dous lados e as saídas de retorno de aire dispostas uniformemente na parte inferior das paredes opostas só é axeitado para salas limpas cun espazamento neto de menos de 6 m en ambos os dous lados; As saídas de aire de retorno dispostas na parte inferior da parede dun só lado só son axeitadas para salas limpas cunha pequena distancia entre as paredes (como ≤<2~3m).

(2). Fluxo unidireccional horizontal

Só a primeira zona de traballo pode alcanzar o nivel de limpeza de 100. Cando o aire flúe cara ao outro lado, a concentración de po aumenta gradualmente. Polo tanto, só é axeitado para salas limpas con diferentes requisitos de limpeza para o mesmo proceso na mesma sala. A distribución local de filtros HEPA na parede de subministración de aire pode reducir o uso de filtros HEPA e aforrar o investimento inicial, pero hai remuíños en zonas locais.

(3). Fluxo de aire turbulento

As características da subministración superior das placas de orificios e da subministración superior dos difusores densos son as mesmas que as mencionadas anteriormente: as vantaxes da subministración lateral son a facilidade de colocación das tubaxes, non se require ningunha capa intermedia técnica, baixo custo e propicio para a renovación de fábricas antigas. As desvantaxes son que a velocidade do vento na área de traballo é grande e a concentración de po no lado a favor do vento é maior que no lado a favor do vento; a subministración superior das saídas do filtro HEPA ten as vantaxes dun sistema sinxelo, sen tubaxes detrás do filtro HEPA e un fluxo de aire limpo subministrado directamente á área de traballo, pero o fluxo de aire limpo difúndese lentamente e o fluxo de aire na área de traballo é máis uniforme; non obstante, cando se dispoñen varias saídas de aire uniformemente ou se usan saídas de aire do filtro HEPA con difusores, o fluxo de aire na área de traballo tamén se pode facer máis uniforme; pero cando o sistema non funciona continuamente, o difusor é propenso á acumulación de po.

A discusión anterior está nun estado ideal e é recomendada polas especificacións, normas ou manuais de deseño nacionais pertinentes. En proxectos reais, a organización do fluxo de aire non está ben deseñada debido a condicións obxectivas ou razóns subxectivas do deseñador. As máis comúns inclúen: o fluxo unidireccional vertical adopta o aire de retorno da parte inferior das dúas paredes adxacentes, a clase local 100 adopta a subministración superior e o retorno superior (é dicir, non se engade ningunha cortina colgante debaixo da saída de aire local) e as salas limpas turbulentas adoptan a saída de aire do filtro HEPA cunha subministración superior e un retorno superior ou un retorno inferior dun só lado (maior espazo entre as paredes), etc. Estes métodos de organización do fluxo de aire foron medidos e a maior parte da súa limpeza non cumpre os requisitos de deseño. Debido ás especificacións actuais para a aceptación baleira ou estática, algunhas destas salas limpas apenas alcanzan o nivel de limpeza deseñado en condicións baleiras ou estáticas, pero a capacidade de interferencia anticontaminación é moi baixa e, unha vez que a sala limpa entra no estado de funcionamento, non cumpre os requisitos.

A organización correcta do fluxo de aire debe establecerse con cortinas colgadas ata a altura da área de traballo na área local, e a clase 100.000 non debe adoptar unha impulsión superior e un retorno superior. Ademais, a maioría das fábricas producen actualmente saídas de aire de alta eficiencia con difusores, e os seus difusores son só placas de orificios decorativas e non desempeñan a función de difusor do fluxo de aire. Os deseñadores e usuarios deben prestar especial atención a isto.

3. Volume de subministración de aire ou velocidade do aire

Un volume de ventilación suficiente serve para diluír e eliminar o aire contaminado do interior. De acordo cos diferentes requisitos de limpeza, cando a altura neta da sala limpa é alta, a frecuencia de ventilación debe aumentarse adecuadamente. Entre eles, o volume de ventilación da sala limpa de 1 millón de niveis considérase segundo o sistema de purificación de alta eficiencia e o resto considérase segundo o sistema de purificación de alta eficiencia; cando os filtros HEPA da sala limpa de clase 100.000 se concentran na sala de máquinas ou os filtros sub-HEPA se usan ao final do sistema, a frecuencia de ventilación pode aumentarse adecuadamente entre un 10 e un 20 %.

Para os valores recomendados de volume de ventilación anteriores, o autor cre que: a velocidade do vento a través da sección da sala limpa de fluxo unidireccional é baixa e a sala limpa turbulenta ten un valor recomendado cun factor de seguridade suficiente. Fluxo unidireccional vertical ≥ 0,25 m/s, fluxo unidireccional horizontal ≥ 0,35 m/s. Aínda que os requisitos de limpeza pódense cumprir cando se proba en condicións baleiras ou estáticas, a capacidade anticontaminación é deficiente. Unha vez que a sala entra en estado de funcionamento, a limpeza pode non cumprir os requisitos. Este tipo de exemplo non é un caso illado. Ao mesmo tempo, non hai ventiladores axeitados para sistemas de purificación na serie de ventiladores do meu país. En xeral, os deseñadores non adoitan facer cálculos precisos da resistencia ao aire do sistema ou non se dan conta de se o ventilador seleccionado está nun punto de traballo máis favorable na curva característica, o que fai que o volume de aire ou a velocidade do vento non alcancen o valor de deseño pouco despois de que o sistema se poña en funcionamento. A norma federal dos Estados Unidos (FS209A~B) estipula que a velocidade do fluxo de aire dunha sala limpa unidireccional a través da sección transversal da sala limpa adoita manterse a 90 pés/min (0,45 m/s), e que a non uniformidade da velocidade está dentro do ±20 % en condicións de non interferencia en toda a sala. Calquera diminución significativa na velocidade do fluxo de aire aumentará a posibilidade de tempo de autolimpeza e contaminación entre os postos de traballo (despois da promulgación da FS209C en outubro de 1987, non se elaboraron regulacións para ningún indicador de parámetros que non sexa a concentración de po).

Por este motivo, o autor cre que é axeitado aumentar axeitadamente o valor de deseño doméstico actual da velocidade do fluxo unidireccional. A nosa unidade xa o fixo en proxectos reais, e o efecto é relativamente bo. As salas limpas turbulentas teñen un valor recomendado cun factor de seguridade relativamente suficiente, pero moitos deseñadores aínda non están seguros. Ao facer deseños específicos, aumentan o volume de ventilación da sala limpa de clase 100.000 a 20-25 veces/h, da sala limpa de clase 10.000 a 30-40 veces/h e da sala limpa de clase 1000 a 60-70 veces/h. Isto non só aumenta a capacidade do equipo e o investimento inicial, senón que tamén aumenta os custos futuros de mantemento e xestión. De feito, non hai necesidade de facelo. Ao compilar as medidas técnicas de limpeza do aire do meu país, investigáronse e mediuse máis de salas limpas de clase 100 en China. Moitas salas limpas foron probadas en condicións dinámicas. Os resultados mostraron que os volumes de ventilación das salas limpas de clase 100.000 ≥10 veces/h, das salas limpas de clase 10.000 ≥20 veces/h e das salas limpas de clase 1000 ≥50 veces/h poden cumprir os requisitos. A norma federal dos Estados Unidos (FS2O9A~B) estipula: as salas limpas non unidireccionais (clase 100.000, clase 10.000), cunha altura da sala de 8~12 pés (2,44~3,66 m), adoitan considerarse que toda a sala se ventila polo menos unha vez cada 3 minutos (é dicir, 20 veces/h). Polo tanto, a especificación de deseño tivo en conta un gran coeficiente excedente e o deseñador pode elixir con seguridade segundo o valor recomendado do volume de ventilación.

4. Diferenza de presión estática

Manter unha certa presión positiva na sala limpa é unha das condicións esenciais para garantir que a sala limpa non estea contaminada ou estea menos contaminada para manter o nivel de limpeza deseñado. Mesmo para salas limpas de presión negativa, deben ter salas ou suites adxacentes cun nivel de limpeza non inferior a este nivel para manter unha certa presión positiva, de xeito que se poida manter a limpeza da sala limpa de presión negativa.

O valor de presión positiva da sala limpa refírese ao valor cando a presión estática interior é maior que a presión estática exterior cando todas as portas e fiestras están pechadas. Mediante o método conséguese que o volume de subministración de aire do sistema de purificación sexa maior que o volume de aire de retorno e o volume de aire de escape. Para garantir o valor de presión positiva da sala limpa, os ventiladores de subministración, retorno e escape están preferiblemente interconectados. Cando o sistema está acendido, primeiro arranca o ventilador de subministración e, a continuación, arrancan os ventiladores de retorno e escape; cando o sistema está apagado, primeiro apágase o ventilador de escape e, a continuación, apáganse os ventiladores de retorno e escape para evitar que a sala limpa se contamine cando o sistema está acendido e apagado.

O volume de aire necesario para manter a presión positiva da sala limpa está determinado principalmente pola estanqueidade da estrutura de mantemento. Nos primeiros tempos da construción de salas limpas no meu país, debido á mala estanqueidade da estrutura de peche, requiríase de 2 a 6 veces/h de subministración de aire para manter unha presión positiva de ≥5 Pa; na actualidade, a estanqueidade da estrutura de mantemento mellorou moito e só se require de 1 a 2 veces/h de subministración de aire para manter a mesma presión positiva; e só se require de 2 a 3 veces/h de subministración de aire para manter ≥10 Pa.

As especificacións de deseño do meu país [6] estipulan que a diferenza de presión estática entre salas limpas de diferentes graos e entre zonas limpas e zonas non limpas non debe ser inferior a 0,5 mm H2O (~5 Pa), e a diferenza de presión estática entre a zona limpa e o exterior non debe ser inferior a 1,0 mm H2O (~10 Pa). O autor cre que este valor semella ser demasiado baixo por tres razóns:

(1) A presión positiva refírese á capacidade dunha sala limpa para suprimir a contaminación do aire interior a través dos espazos entre portas e fiestras, ou para minimizar os contaminantes que penetran na sala cando as portas e fiestras se abren durante un curto período de tempo. O tamaño da presión positiva indica a forza da capacidade de supresión da contaminación. Por suposto, canto maior sexa a presión positiva, mellor (o que se discutirá máis adiante).

(2) O volume de aire necesario para a presión positiva é limitado. O volume de aire necesario para unha presión positiva de 5 Pa e unha presión positiva de 10 Pa só difire aproximadamente 1 vez/h. Por que non facelo? Obviamente, é mellor tomar o límite inferior da presión positiva como 10 Pa.

(3) A Norma Federal dos Estados Unidos (FS209A~B) estipula que cando todas as entradas e saídas están pechadas, a diferenza mínima de presión positiva entre a sala limpa e calquera zona adxacente de baixa limpeza é de 0,05 polgadas de columna de auga (12,5 Pa). Este valor foi adoptado por moitos países. Pero o valor de presión positiva da sala limpa non é canto maior mellor. Segundo as probas de enxeñaría reais da nosa unidade durante máis de 30 anos, cando o valor de presión positiva é ≥ 30 Pa, é difícil abrir a porta. Se pecha a porta sen coidado, fará un estrondo! Asustará á xente. Cando o valor de presión positiva é ≥ 50~70 Pa, os ocos entre as portas e as fiestras farán un asubío, e os débiles ou aqueles con algúns síntomas inapropiados sentirán incomodidade. Non obstante, as especificacións ou normas relevantes de moitos países, tanto nacionais como internacionais, non especifican o límite superior de presión positiva. Como resultado, moitas unidades só buscan cumprir os requisitos do límite inferior, independentemente de canto sexa o límite superior. Na sala limpa real coa que se atopou o autor, o valor da presión positiva chega aos 100 Pa ou máis, o que ten efectos moi negativos. De feito, axustar a presión positiva non é difícil. É totalmente posible controlala dentro dun certo rango. Había un documento que indicaba que certo país de Europa do Leste estipulaba un valor de presión positiva de 1 a 3 mm de H20 (uns 10 a 30 Pa). O autor cre que este rango é o máis axeitado.