Analisi del nucleo di Clean Room

Introduzione

La stanza pulita è la base del controllo dell'inquinamento. Senza spazio pulito, le parti sensibili all'inquinamento non possono essere prodotte in serie. In Fed-STD-2, Clean Room è definita come una stanza con filtrazione dell'aria, distribuzione, ottimizzazione, materiali da costruzione e attrezzature, in cui vengono utilizzate specifiche procedure operative regolari per controllare la concentrazione di particelle nell'aria per raggiungere il livello di pulizia delle particelle appropriato.

Al fine di ottenere un buon effetto di pulizia nella stanza pulita, è necessario non solo concentrarsi sull'assunzione di ragionevoli misure di purificazione del condizionamento dell'aria, ma anche per richiedere processi, costruzioni e altre specialità per adottare misure corrispondenti: non solo un design ragionevole, ma anche un'attenta costruzione e installazione in conformità con le specifiche, nonché un uso corretto della stanza pulita e della manutenzione e della gestione scientifica. Al fine di ottenere un buon effetto nella stanza pulita, molte letterature domestiche e straniere sono state esposte da diverse prospettive. In effetti, è difficile ottenere un coordinamento ideale tra diverse specialità ed è difficile per i progettisti cogliere la qualità della costruzione e dell'installazione, nonché l'uso e la gestione, in particolare quest'ultimo. Per quanto riguarda le misure di purificazione della stanza pulita, molti designer o persino parti di costruzione, spesso non prestano abbastanza attenzione alle loro condizioni necessarie, con conseguente effetto di pulizia insoddisfacente. Questo articolo discute solo brevemente le quattro condizioni necessarie per raggiungere i requisiti di pulizia nelle misure di purificazione della stanza pulita.

1.

Per garantire che la pulizia della fornitura di aria soddisfi i requisiti, la chiave è la prestazione e l'installazione del filtro finale del sistema di purificazione.

Selezione del filtro

Il filtro finale del sistema di purificazione adotta generalmente un filtro HEPA o un filtro sub-HEPA. Secondo gli standard del mio paese, l'efficienza dei filtri HEPA è divisa in quattro gradi: la classe A è ≥99,9%, la classe B è ≥99,9%, la classe C è ≥99,999%, la classe D è (per particelle ≥0,1 μm) ≥99,999 % (noto anche come filtri ultra-hepa); I filtri sub-hepa sono (per particelle ≥0,5 μm) 95 ~ 99,9%. Maggiore è l'efficienza, più costoso è il filtro. Pertanto, quando si sceglie un filtro, non dovremmo solo soddisfare i requisiti di pulizia dell'aria, ma anche considerare la razionalità economica.

Dal punto di vista dei requisiti di pulizia, il principio è quello di utilizzare filtri a bassa prestazione per camere pulite di basso livello e filtri ad alte prestazioni per camere pulite di alto livello. In generale: i filtri ad alta e media efficienza possono essere utilizzati per il livello di 1 milione; I filtri HEPA di Sub-Hepa o Classe A possono essere utilizzati per livelli inferiori a Classe 10.000; I filtri di classe B possono essere utilizzati per la classe da 10.000 a 100; e i filtri di classe C possono essere utilizzati per i livelli da 100 a 1. Sembra che ci siano due tipi di filtri tra cui scegliere per ogni livello di pulizia. Se scegliere i filtri ad alte prestazioni o a bassa prestazione dipende dalla situazione specifica: quando l'inquinamento ambientale è grave o il rapporto di scarico interno è grande o la stanza pulita è particolarmente importante e richiede un fattore di sicurezza più ampio, in questi o uno Di questi casi, dovrebbe essere selezionato un filtro di alta classe; Altrimenti, è possibile selezionare un filtro a bassa prestazione. Per le stanze pulite che richiedono il controllo di particelle da 0,1 μm, è necessario selezionare i filtri di classe D indipendentemente dalla concentrazione controllata delle particelle. Quanto sopra è solo dal punto di vista del filtro. In effetti, per scegliere un buon filtro, è necessario considerare anche pienamente le caratteristiche della stanza pulita, del filtro e del sistema di purificazione.

Installazione del filtro

Per garantire la pulizia della fornitura di aria, non è sufficiente avere solo filtri qualificati, ma anche per garantire: a. Il filtro non viene danneggiato durante il trasporto e l'installazione; B. L'installazione è stretta. Per raggiungere il primo punto, il personale di costruzione e installazione deve essere ben addestrato, con entrambe le conoscenze sull'installazione di sistemi di purificazione e capacità di installazione qualificate. Altrimenti, sarà difficile garantire che il filtro non sia danneggiato. Ci sono lezioni profonde al riguardo. In secondo luogo, il problema della tenuta dell'installazione dipende principalmente dalla qualità della struttura di installazione. Il manuale di progettazione generalmente raccomanda: per un singolo filtro, viene utilizzata un'installazione di tipo aperto, in modo che anche se si verificano perdite, non permetterà nella stanza; Usando una presa d'aria HEPA finita, anche la tenuta è più facile da garantire. Per l'aria di più filtri, la tenuta in gel e la tenuta di pressione negativa vengono spesso utilizzati negli ultimi anni.

La tenuta in gel deve assicurarsi che il giunto del serbatoio del liquido sia stretto e che il telaio complessivo sia sullo stesso piano orizzontale. La sigillatura a pressione negativa deve rendere la periferia esterna del giunto tra il filtro e la scatola di pressione statica e il telaio in uno stato di pressione negativa. Come l'installazione di tipo aperto, anche se c'è perdite, non permetterà nella stanza. In effetti, fintanto che il telaio di installazione è piatto e la faccia di fine del filtro è in uniforme con il telaio di installazione, dovrebbe essere facile far soddisfare il filtro i requisiti di tenuta di installazione in qualsiasi tipo di installazione.

2. Organizzazione del flusso d'aria

L'organizzazione del flusso d'aria di una stanza pulita è diversa da quella di una stanza generale con aria condizionata. Richiede prima l'aria più pulita consegnata nell'area operativa. La sua funzione è quella di limitare e ridurre l'inquinamento agli oggetti elaborati. A tal fine, i seguenti principi dovrebbero essere presi in considerazione durante la progettazione dell'organizzazione del flusso d'aria: ridurre al minimo le correnti parassite per evitare di portare inquinamento dall'esterno dell'area di lavoro nell'area di lavoro; Cerca di prevenire il volo della polvere secondaria per ridurre la possibilità di contaminare la polvere del pezzo; Il flusso d'aria nell'area di lavoro dovrebbe essere il più uniforme possibile e la sua velocità del vento dovrebbe soddisfare i requisiti di processo e igiene. Quando il flusso d'aria scorre verso l'uscita dell'aria di ritorno, la polvere nell'aria deve essere effettivamente portata via. Scegli diverse modalità di consegna dell'aria e restituzione in base a diversi requisiti di pulizia.

Diverse organizzazioni del flusso d'aria hanno le proprie caratteristiche e ambiti:

(1). Flusso unidirezionale verticale

Oltre ai vantaggi comuni di ottenere un flusso d'aria verso il basso uniforme, facilitando la disposizione delle attrezzature di processo, una forte capacità di auto-purificazione e la semplificazione di strutture comuni come le strutture di purificazione personale, i quattro metodi di approvvigionamento aereo hanno anche i loro vantaggi e svantaggi: a pieno I filtri HEPA coperti hanno i vantaggi della bassa resistenza e del lungo ciclo di sostituzione del filtro, ma la struttura del soffitto è complessa e il costo è elevato; I vantaggi e gli svantaggi della consegna superiore del filtro HEPA coperti laterali e la consegna superiore a piastra intera sono opposti a quelli della consegna superiore del filtro HEPA coperta. Tra questi, la consegna superiore della piastra intera è facile da accumulare polvere sulla superficie interna della piastra dell'orifizio quando il sistema è in esecuzione non continuo e la scarsa manutenzione ha un certo impatto sulla pulizia; La consegna superiore del diffusore denso richiede uno strato di miscelazione, quindi è adatto solo per sale pulite alte sopra i 4 m e le sue caratteristiche sono simili alla consegna superiore a piastra full-buco; Il metodo dell'aria di ritorno per la piastra con griglie su entrambi i lati e le prese d'aria di ritorno disposti uniformemente nella parte inferiore delle pareti opposte è adatto solo a camere pulite con una distanza netta inferiore a 6 m su entrambi i lati; Le prese d'aria di ritorno disposte nella parte inferiore della parete a lato singolo sono adatte solo a stanze pulite con una piccola distanza tra le pareti (come ≤ <2 ~ 3m).

(2). Flusso unidirezionale orizzontale

Solo la prima area di lavoro può raggiungere il livello di pulizia di 100. Quando l'aria scorre dall'altra parte, la concentrazione di polvere aumenta gradualmente. Pertanto, è adatto solo per camere pulite con diversi requisiti di pulizia per lo stesso processo nella stessa stanza. La distribuzione locale dei filtri HEPA sul muro di approvvigionamento aereo può ridurre l'uso di filtri HEPA e risparmiare investimenti iniziali, ma ci sono vortici nelle aree locali.

(3). Flusso d'aria turbolento

Le caratteristiche della consegna massima di piastre orifitiche e la consegna massima di diffusori densi sono le stesse di cui sopra: i vantaggi della consegna laterale sono facili da organizzare condutture, non è richiesto alcun interlayer tecnico, a basso costo e favorevole alla ristrutturazione di vecchie fabbriche . Gli svantaggi sono che la velocità del vento nell'area di lavoro è grande e la concentrazione di polvere sul lato sottovento è superiore a quella sul lato sopravento; La consegna più alta delle prese con filtro HEPA presenta i vantaggi del sistema semplice, senza condutture dietro il filtro HEPA e il flusso d'aria pulito consegnato direttamente nell'area di lavoro, ma il flusso d'aria pulito si diffonde lentamente e il flusso d'aria nell'area di lavoro è più uniforme; Tuttavia, quando vengono organizzate più prese d'aria o prese d'aria con filtro HEPA con diffusori, il flusso d'aria nell'area di lavoro può anche essere reso più uniforme; Ma quando il sistema non funziona continuamente, il diffusore è soggetto all'accumulo di polvere.

La discussione di cui sopra è tutta in uno stato ideale ed è raccomandata da specifiche nazionali, standard o manuali di progettazione pertinenti. Nei progetti reali, l'organizzazione Airflow non è ben progettata a causa di condizioni oggettive o ragioni soggettive del progettista. Quelli comuni includono: il flusso unidirezionale verticale adotta l'aria di ritorno dalla parte inferiore delle due pareti adiacenti, la classe 100 locale adotta il parto superiore e il ritorno superiore (cioè non viene aggiunta alcuna tenda sospesa sotto la presa d'aria locale) e adottano sale pulite turbolente Outlet aria del filtro HEPA Consegna superiore e ritorno superiore o rendimento inferiore a lato singolo (spaziatura maggiore tra pareti), ecc. Questi metodi di organizzazione del flusso d'aria sono stati misurati e la maggior parte della loro pulizia non lo fa soddisfare i requisiti di progettazione. A causa delle attuali specifiche per l'accettazione vuota o statica, alcune di queste stanze pulite raggiungono a malapena il livello di pulizia progettato in condizioni vuote o statiche, ma la capacità di interferenza anti-inquinamento è molto bassa e una volta che la stanza pulita entra nello stato di lavoro, è non soddisfa i requisiti.

L'organizzazione corretta del flusso d'aria dovrebbe essere impostata con tende appese all'altezza dell'area di lavoro nell'area locale e la classe 100.000 non dovrebbe adottare il parto superiore e il ritorno superiore. Inoltre, la maggior parte delle fabbriche attualmente produce prese d'aria ad alta efficienza con diffusori e i loro diffusori sono solo piastre decorative per orifizio e non svolgono il ruolo della diffusione del flusso d'aria. I progettisti e gli utenti dovrebbero prestare particolare attenzione a questo.

3. Volume di alimentazione dell'aria o velocità dell'aria

Il volume di ventilazione sufficiente deve diluire e rimuovere l'aria inquinata interna. In base a diversi requisiti di pulizia, quando l'altezza netta della stanza pulita è alta, la frequenza di ventilazione dovrebbe essere adeguatamente aumentata. Tra questi, il volume di ventilazione della stanza pulita di 1 milione di livelli è considerato secondo il sistema di purificazione ad alta efficienza e il resto è considerato in base al sistema di purificazione ad alta efficienza; Quando i filtri HEPA della camera pulita di classe 100.000 sono concentrati nella sala macchine o i filtri sub-epa vengono utilizzati alla fine del sistema, la frequenza di ventilazione può essere adeguatamente aumentata del 10-20%.

Per il volume di ventilazione di cui sopra i valori raccomandati, l'autore ritiene che: la velocità del vento attraverso la sezione della stanza della stanza pulita di flusso unidirezionale è bassa e la stanza turbolenta pulita ha un valore raccomandato con un fattore di sicurezza sufficiente. Flusso unidirezionale verticale ≥ 0,25 m/s, flusso unidirezionale orizzontale ≥ 0,35 m/s. Sebbene i requisiti di pulizia possano essere soddisfatti quando testati in condizioni vuote o statiche, l'abilità anti-inquinamento è scarsa. Una volta che la stanza entra nello stato di lavoro, la pulizia potrebbe non soddisfare i requisiti. Questo tipo di esempio non è un caso isolato. Allo stesso tempo, non ci sono fan adatti per i sistemi di purificazione nella serie di ventilatori del mio paese. In generale, i progettisti spesso non effettuano calcoli accurati della resistenza dell'aria del sistema o non si accorgono se la ventola selezionata si trova in un punto di lavoro più favorevole sulla curva caratteristica, con conseguente volume dell'aria o velocità del vento a raggiungere il valore di progettazione a breve Dopo aver messo in funzione il sistema. Lo standard federale degli Stati Uniti (FS209A ~ B) stabilì che la velocità del flusso d'aria di una stanza pulita unidirezionale attraverso la sezione trasversale della stanza pulita viene generalmente mantenuta a 90 piedi/min (0,45 m/s) in condizioni di nessuna interferenza in tutta la stanza. Qualsiasi riduzione significativa della velocità del flusso d'aria aumenterà la possibilità di tempo di autocuimento e inquinamento tra le posizioni lavorative (dopo la promulgazione di FS209C nell'ottobre 1987, non sono state stabilite regolamenti per tutti gli indicatori di parametri diversi dalla concentrazione della polvere).

Per questo motivo, l'autore ritiene che sia opportuno aumentare adeguatamente l'attuale valore di progettazione domestica della velocità di flusso unidirezionale. La nostra unità lo ha fatto nei progetti reali e l'effetto è relativamente buono. La camera pulita turbolenta ha un valore raccomandato con un fattore di sicurezza relativamente sufficiente, ma molti designer non sono ancora assicurati. Quando si realizzano progetti specifici, aumentano il volume di ventilazione della stanza di classe 100.000 a 20-25 volte/h, una stanza di classe 10.000 pulita a 30-40 volte/h e una stanza pulita di classe 1000 a 60-70 volte/h. Ciò non solo aumenta la capacità delle apparecchiature e gli investimenti iniziali, ma aumenta anche i futuri costi di manutenzione e gestione. In effetti, non è necessario farlo. Quando si compilano misure tecniche di pulizia dell'aria del mio paese, sono state studiate e misurate più della Classe 100 in Cina. Molte camere pulite sono state testate in condizioni dinamiche. I risultati hanno mostrato che i volumi di ventilazione di camere pulite di classe 100.000 ≥10 volte/h, camere pulite di classe 10.000 ≥20 volte/h e camere pulite di classe 1000 ≥50 volte/h possono soddisfare i requisiti. Lo standard federale degli Stati Uniti (FS2O9A ~ B) stabilisce: camere pulite non unidirezionali (classe 100.000, classe 10.000), altezza della stanza 8 ~ 12ft (2,44 ~ 3,66 m), di solito considera l'intera stanza ventilata almeno una volta ogni 3 minuti (cioè 20 volte/h). Pertanto, le specifiche di progettazione hanno tenuto conto di un grande coefficiente in eccesso e il progettista può scegliere in modo sicuro in base al valore raccomandato del volume di ventilazione.

4. Differenza di pressione statica

Il mantenimento di una certa pressione positiva nella stanza pulita è una delle condizioni essenziali per garantire che la stanza pulita non sia o meno inquinata per mantenere il livello di pulizia progettato. Anche per le stanze pulite di pressione negativa, deve avere stanze o suite adiacenti con un livello di pulizia non inferiore al suo livello per mantenere una certa pressione positiva, in modo da poter mantenere la pulizia della stanza pulita di pressione negativa.

Il valore di pressione positivo della stanza pulita si riferisce al valore quando la pressione statica interna è maggiore della pressione statica esterna quando tutte le porte e le finestre sono chiuse. Si ottiene con il metodo che il volume di alimentazione dell'aria del sistema di purificazione è maggiore del volume dell'aria di ritorno e del volume dell'aria di scarico. Al fine di garantire il valore di pressione positivo della stanza pulita, le ventole di alimentazione, ritorno e scarico sono preferibilmente intrecciate. Quando il sistema è acceso, la ventola di alimentazione viene avviata per prima e quindi vengono avviati i ventilatori di ritorno e scarico; Quando il sistema viene disattivato, la ventola di scarico viene spenta per prima, quindi i ventilatori di ritorno e fornitura vengono spenti per evitare che la stanza pulita venga contaminata quando il sistema viene acceso e spento.

Il volume dell'aria richiesto per mantenere la pressione positiva della stanza pulita è determinato principalmente dall'avviso della struttura di manutenzione. Nei primi giorni della costruzione della stanza pulita nel mio paese, a causa della scarsa ermetica della struttura del recinto, ci sono voluti da 2 a 6 volte/h di approvvigionamento d'aria per mantenere una pressione positiva di ≥5pa; Allo stato attuale, la vigilanza della struttura di manutenzione è stata notevolmente migliorata e per mantenere la stessa pressione positiva è necessario solo da 1 a 2 volte/h di alimentazione dell'aria; e solo da 2 a 3 volte/h di alimentazione dell'aria per mantenere ≥10Pa.

Le specifiche di progettazione del mio paese [6] prevedono che la differenza di pressione statica tra stanze pulite di gradi diversi e tra aree pulite e aree non pulite non dovrebbe essere inferiore a 0,5 mm H2O (~ 5Pa) e la differenza di pressione statica tra l'area pulita E l'esterno dovrebbe essere non inferiore a 1,0 mm H2O (~ 10PA). L'autore crede che questo valore sembra essere troppo basso per tre motivi:

(1) La pressione positiva si riferisce alla capacità di una stanza pulita di sopprimere l'inquinamento aereo interno attraverso gli spazi tra porte e finestre o per ridurre al minimo gli inquinanti che penetrano nella stanza quando le porte e le finestre sono aperte per un breve periodo. La dimensione della pressione positiva indica la forza della capacità di soppressione dell'inquinamento. Naturalmente, maggiore è la pressione positiva, meglio (che verrà discussa più avanti).

(2) Il volume dell'aria richiesto per la pressione positiva è limitato. Il volume dell'aria richiesto per la pressione positiva 5PA e la pressione positiva 10PA è solo circa 1 volta/h diversa. Perché non farlo? Ovviamente, è meglio prendere il limite inferiore della pressione positiva come 10PA.

(3) Lo standard federale degli Stati Uniti (FS209A ~ B) stabilisce che quando tutti gli ingressi e le uscite sono chiusi, la differenza di pressione positiva minima tra la stanza pulita e qualsiasi area adiacente a bassa pulizia è di 0,05 pollici di colonna d'acqua (12,5Pa). Questo valore è stato adottato da molti paesi. Ma il valore di pressione positivo della stanza pulita non è più alto, meglio è. Secondo gli effettivi test di ingegneria della nostra unità per più di 30 anni, quando il valore di pressione positivo è ≥ 30pa, è difficile aprire la porta. Se chiudi la porta con noncuranza, farà il botto! Sparderà le persone. Quando il valore di pressione positivo è ≥ 50 ~ 70pa, gli spazi tra porte e finestre faranno un fischio e i deboli o quelli con alcuni sintomi inappropriati si sentiranno a disagio. Tuttavia, le specifiche o gli standard pertinenti di molti paesi in patria e all'estero non specificano il limite superiore della pressione positiva. Di conseguenza, molte unità cercano solo di soddisfare i requisiti del limite inferiore, indipendentemente da quanto sia il limite superiore. Nell'attuale stanza pulita incontrata dall'autore, il valore di pressione positivo è alto quanto 100pa o più, con conseguenti effetti molto negativi. In effetti, regolare la pressione positiva non è una cosa difficile. È del tutto possibile controllarlo all'interno di un certo intervallo. C'è stato un documento che ha introdotto che un determinato paese nell'Europa orientale stabilisce il valore di pressione positivo di 1-3 mm H20 (circa 10 ~ 30pa). L'autore crede che questa gamma sia più appropriata.