ניתוח ליבה של חדר נקי

מָבוֹא

חדר נקי הוא הבסיס לבקרת זיהום. ללא מקום נקי, לא ניתן לייצר חלקים רגישים לזיהום. ב- Fed-STD-2, החדר הנקי מוגדר כחדר עם סינון אוויר, חלוקה, אופטימיזציה, חומרי בניין וציוד, בהם משתמשים בהליכי הפעלה רגילים ספציפיים כדי לשלוט בריכוז החלקיקים הנישאים באוויר כדי להשיג את רמת ניקיון החלקיקים המתאימה.

על מנת להשיג אפקט ניקיון טוב בחדר נקי, יש צורך רק להתמקד בקיום אמצעי טיהור מיזוג אוויר סביר, אלא גם לדרוש תהליכים, בנייה והתמחויות אחרות לנקוט באמצעים תואמים: לא רק תכנון סביר, אלא גם בנייה מדוקדקת והתקנה בהתאם למפרט, כמו גם שימוש נכון בחדר נקי ובתחזוקה וניהול מדעי. על מנת להשיג השפעה טובה בחדר נקי, ספרות מקומית וזרות רבות הוחלפו מנקודות מבט שונות. למעשה, קשה להשיג תיאום אידיאלי בין התמחויות שונות, וקשה למעצבים לתפוס את איכות הבנייה וההתקנה כמו גם את השימוש והניהול, ובמיוחד את האחרונים. בכל הנוגע לאמצעי טיהור חדרים נקיים, מעצבים רבים, או אפילו מסיבות בנייה, לרוב אינם שמים לב לתנאים הנחוצים שלהם, וכתוצאה מכך לאפקט ניקיון לא מספק. מאמר זה דן בקצרה רק בארבעת התנאים הדרושים להשגת דרישות ניקיון במדדי טיהור חדרים נקיים.

1. ניקיון אספקת אוויר

כדי להבטיח שניקיון אספקת האוויר עומד בדרישות, המפתח הוא הביצועים וההתקנה של המסנן הסופי של מערכת הטיהור.

בחירת סינון

המסנן הסופי של מערכת הטיהור נוקט בדרך כלל מסנן HEPA או פילטר תת-HEPA. על פי תקני ארצי, היעילות של מסנני HEPA מחולקת לארבע כיתות: כיתה A היא ≥99.9%, Class B הוא ≥99.9%, Class C הוא ≥99.999%, Class D הוא (עבור חלקיקים ≥0.1 מיקרומטר) ≥99.9999999 % (הידוע גם בשם מסנני אולטרה-HEPA); מסנני תת-HEPA הם (עבור חלקיקים ≥0.5 מיקרומטר) 95 ~ 99.9%. ככל שהיעילות גבוהה יותר, המסנן יקר יותר. לכן, בבחירת פילטר, עלינו לא רק לעמוד בדרישות הניקיון של אספקת האוויר, אלא גם לשקול את הרציונליות הכלכלית.

מנקודת המבט של דרישות הניקיון, העיקרון הוא להשתמש במסננים בעלי ביצועים נמוכים לחדרים נקיים ברמה נמוכה ומסננים בעלי ביצועים גבוהים לחדרים נקיים ברמה גבוהה. באופן כללי: ניתן להשתמש במסננים בעלי יעילות גבוהה ובינונית לרמת מיליון; ניתן להשתמש במסנני HEPA של תת-HEPA או Class A לרמות מתחת לכיתה 10,000; ניתן להשתמש במסנני Class B בכיתה 10,000 עד 100; ניתן להשתמש במסנני Class C לרמות 100 עד 1. נראה שיש שני סוגים של פילטרים לבחירה עבור כל רמת ניקיון. אם לבחור מסננים בעלי ביצועים גבוהים או בעלי ביצועים נמוכים תלוי במצב הספציפי: כאשר הזיהום הסביבתי הוא רציני, או שיחס הפליטה המקורה גדול, או שהחדר הנקי חשוב במיוחד ודורש גורם בטיחות גדול יותר, באלה או באחד במקרים אלה יש לבחור מסנן ברמה גבוהה; אחרת ניתן לבחור מסנן בעל ביצועים נמוכים יותר. עבור חדרים נקיים הדורשים שליטה על חלקיקי 0.1 מיקרומטר, יש לבחור מסנני Class D ללא קשר לריכוז החלקיקים המבוקרים. האמור לעיל הוא רק מנקודת המבט של המסנן. למעשה, כדי לבחור פילטר טוב, עליכם לשקול באופן מלא את המאפיינים של החדר הנקי, המסנן ומערכת הטיהור.

התקנת סינון

כדי להבטיח את הניקיון של אספקת האוויר, זה לא מספיק כדי שיהיו רק פילטרים מוסמכים, אלא גם כדי להבטיח: א. המסנן אינו נפגע במהלך ההובלה וההתקנה; ב. ההתקנה צמודה. כדי להשיג את הנקודה הראשונה, על אנשי הבנייה וההתקנה להיות מאומנים היטב, עם הידע הן של התקנת מערכות טיהור והן כישורי התקנה מיומנים. אחרת, יהיה קשה להבטיח שהמסנן לא ייפגע. יש שיעורים עמוקים בעניין זה. שנית, בעיית הידוק ההתקנה תלויה בעיקר באיכות מבנה ההתקנה. מדריך העיצוב ממליץ בדרך כלל: עבור פילטר יחיד, משתמשים בהתקנה עם סוג פתוח, כך שגם אם תתרחש דליפה, הוא לא ידליף לחדר; בעזרת מוצא אוויר של HEPA מוגמר, קל גם להדוק את ההידוק. עבור אוויר של מספר פילטרים, לרוב משתמשים חותם ג'ל ואיטום לחץ שלילי בשנים האחרונות.

חותם ג'ל חייב להבטיח שמפרק מיכל הנוזל הדוק והמסגרת הכוללת נמצאת באותו מישור אופקי. איטום לחץ שלילי הוא להפוך את הפריפריה החיצונית של המפרק בין המסנן לתיבת הלחץ הסטטית והמסגרת במצב לחץ שלילי. כמו המתקן הפתוח, גם אם יש דליפה, היא לא תדלף לחדר. למעשה, כל עוד מסגרת ההתקנה שטוחה ופני הקצה של המסנן במגע אחיד עם מסגרת ההתקנה, צריך להיות קל לגרום לסינון לעמוד בדרישות הידוק ההתקנה בכל סוג התקנה.

2. ארגון זרימת האוויר

ארגון זרימת האוויר של חדר נקי שונה מזה של חדר כללי ממוזג. זה מחייב תחילה את האוויר הנקי ביותר לאזור ההפעלה. תפקידה הוא להגביל ולהקטין את הזיהום לאובייקטים המעובדים. לשם כך, יש לקחת בחשבון את העקרונות הבאים בעת תכנון ארגון זרימת האוויר: צמצם זרמי אדי כדי להימנע מהבאת זיהום מחוץ לאזור העבודה לאזור העבודה; נסה למנוע טיסת אבק משנית כדי להפחית את הסיכוי לאבק לזיהום של חומר העבודה; זרימת האוויר באזור העבודה צריכה להיות אחידה ככל האפשר, ומהירות הרוח שלה צריכה לעמוד בדרישות התהליך וההיגיינה. כאשר זרימת האוויר זורמת לשקע האוויר החוזר, יש לקחת את האבק באוויר ביעילות. בחר מצבי משלוח אוויר שונים וחזרה לפי דרישות ניקיון שונות.

לארגוני זרימת אוויר שונים יש מאפיינים והיקפים משלהם:

(1). זרימה חד כיוונית אנכית

בנוסף ליתרונות הנפוצים של השגת זרימת אוויר אחידה כלפי מטה, הקלה על סידור ציוד תהליכים, יכולת טיהור עצמי חזקה ופשט מתקנים משותפים כמו מתקני טיהור אישי, ארבע שיטות אספקת האוויר יש גם יתרונות וחסרונות משלהם: מלא למסנני HEPA מכוסים היתרונות של התנגדות נמוכה ומחזור החלפת פילטר ארוך, אך מבנה התקרה מורכב והעלות גבוהה; היתרונות והחסרונות של מסנן HEPA מכוסה בצד המסירה העליונה ומסירה עליונה של צלחת חור מלאים מנוגדים לאלה של מסנן HEPA מכוסה במלוא המסירה העליונה. ביניהם, קל צלחת החור המלאה קלה לצבור אבק על המשטח הפנימי של לוחית הפתח כאשר המערכת פועלת באופן לא רציף, ולתחזוקה לקויה יש השפעה מסוימת על הניקיון; המסירה העליונה של מפזר צפוף דורשת שכבת ערבוב, ולכן היא מתאימה רק לחדרים נקיים גבוהים מעל 4M, ומאפייניו דומים למסירה עליונה של צלחת חור מלא; שיטת האוויר החוזרת לצלחת עם סורגים משני הצדדים ושקעי האוויר החוזרים המסודרים באופן שווה בתחתית הקירות הנגדים, מתאימה רק לחדרים נקיים עם מרווח נטו של פחות מ- 6 מ 'משני הצדדים; שקעי האוויר החוזרים המסודרים בתחתית הקיר בצד היחיד מתאימים רק לחדרים נקיים עם מרחק קטן בין הקירות (כגון ≤ <2 ~ 3M).

(2). זרימה חד כיוונית אופקית

רק אזור העבודה הראשון יכול להגיע לרמת הניקיון של 100. כאשר האוויר זורם לצד השני, ריכוז האבק גדל בהדרגה. לכן הוא מתאים רק לחדרים נקיים עם דרישות ניקיון שונות לאותו תהליך באותו החדר. ההתפלגות המקומית של מסנני HEPA על קיר אספקת האוויר יכולה להפחית את השימוש במסנני HEPA ולחסוך השקעה ראשונית, אך ישנם אמצעים באזורים מקומיים.

(3). זרימת אוויר סוערת

המאפיינים של המסירה העליונה של לוחות פתח ומסירה עליונה של מפזרים צפופים זהים לאלה שהוזכרו לעיל: היתרונות של משלוח צדדים קלים לקיום צינורות, אין צורך בשכבה טכנית, עלות נמוכה ותורם לשיפוץ מפעלים ישנים ו החסרונות הם שמהירות הרוח באזור העבודה גדולה, וריכוז האבק בצד הרוח גבוה יותר מזה שבצד הרוח; המסירה העליונה של שקעי פילטר HEPA הם בעלי היתרונות של מערכת פשוטה, ללא צינורות מאחורי פילטר HEPA, וזרימת אוויר נקייה מועברת ישירות לאזור העבודה, אך זרימת האוויר הנקי מתפזרת לאט וזרימת האוויר באזור העבודה אחידה יותר; עם זאת, כאשר משתמשים בשקעי אוויר מרובים מסודרים באופן שווה או משתמשים בשקעי אוויר מסננים HEPA עם מפזרים, ניתן גם להפוך את זרימת האוויר באזור העבודה אחידה יותר; אך כאשר המערכת אינה פועלת ברציפות, המפזר נוטה להצטברות אבק.

הדיון לעיל הוא במצב אידיאלי ומומלץ על ידי מפרטים לאומיים, סטנדרטים או מדריכי עיצוב רלוונטיים. בפרויקטים בפועל, ארגון זרימת האוויר אינו מעוצב היטב בגלל תנאים אובייקטיביים או סיבות סובייקטיביות של המעצב. הנפוצים כוללים: זרימה חד כיוונית אנכית מאמצת אוויר החוזר מהחלק התחתון של שני הקירות הסמוכים, Class 100 המקומי מאמצת משלוח עליון וחזרה עליונה (כלומר, לא מתווסף וילון תלוי מתחת למוצא האוויר המקומי), וחדרי נקייה סוערים מאמצים מסנן HEPA שקע אוויר משלוח עליון והחזר עליון או החזר נמוך בצד יחיד (מרווח גדול יותר בין קירות) וכו '. שיטות ארגון זרימת האוויר נמדדו ורוב הניקיון שלה דרישות. בשל המפרטים הנוכחיים לקבלה ריקה או סטטית, חלק מהחדרים הנקיים הללו בקושי מגיעים לרמת הניקיון המעוצבת בתנאים ריקים או סטטיים, אך יכולת ההפרעה נגד זיהום נמוכה מאוד, וברגע שהחדר הנקי נכנס למצב העבודה, הוא אינו עומד בדרישות.

יש לקבוע את ארגון זרימת האוויר הנכון עם וילונות התלויים לגובה אזור העבודה באזור המקומי, וה- 100,000 Class לא אמור לאמץ משלוחים עליונים וחזרה עליונה. בנוסף, מרבית המפעלים מייצרים כיום חנויות אוויר בעלות יעילות גבוהה עם מפזרים, והמפזרים שלהם הם רק לוחות פתח דקורטיביים ואינם ממלאים את התפקיד של זרימת האוויר המפוזרת. מעצבים ומשתמשים צריכים לשים לב במיוחד לכך.

3. נפח אספקת אוויר או מהירות אוויר

נפח אוורור מספיק הוא לדלל ולהסיר אוויר מזוהם מקורה. על פי דרישות הניקיון השונות, כאשר גובה הנקי של החדר הנקי גבוה, יש להגדיל את תדר האוורור כראוי. ביניהם, נפח האוורור של החדר הנקי ברמה של מיליון ברמה נחשב על פי מערכת הטיהור ביעילות גבוהה, והשאר נחשבים לפי מערכת הטיהור היעילה הגבוהה; כאשר מסנני ה- HEPA של החדר הנקי של 100,000 מחלקה מרוכזים בחדר המכונה או מסנני ה- HEPA משמשים בסוף המערכת, ניתן להגדיל את תדר האוורור כ- 10-20%.

עבור הערכים המומלצים של נפח האוורור לעיל, המחבר מאמין כי: מהירות הרוח דרך קטע החדר של החדר הנקי של הזרימה החד -כיוונית היא נמוכה, ולחדר הנקי הסוער יש ערך מומלץ עם גורם בטיחות מספיק. זרימה חד כיוונית אנכית ≥ 0.25 מ '/ש', זרימה חד כיוונית אופקית ≥ 0.35 מ '/שניות. למרות שניתן לעמוד בדרישות הניקיון כאשר הוא נבדק בתנאים ריקים או סטטיים, יכולת האנטי-זיהום היא ירודה. ברגע שהחדר נכנס למצב העובד, הניקיון עשוי לא לעמוד בדרישות. דוגמה מסוג זה אינה מקרה מבודד. יחד עם זאת, אין מעריצים המתאימים למערכות טיהור בסדרת הנשמה של ארצי. באופן כללי, לעיתים קרובות מעצבים אינם מבצעים חישובים מדויקים של התנגדות האוויר של המערכת, או שאינם שמים לב אם המאוורר שנבחר נמצא בנקודת עבודה חיובית יותר על העקומה האופיינית, וכתוצאה מכך נפח האוויר או מהירות הרוח לא מצליחים להגיע לערך התכנון זמן קצר לאחר הפעלת המערכת. התקן הפדרלי האמריקני (FS209A ~ B) קבע כי מהירות זרימת האוויר של חדר נקי חד כיווני דרך חתך החדר הנקי נשמרת בדרך כלל על 90ft/min (0.45 מ '/שניות), ואי אחידות המהירות היא בתוך ± 20% בתנאי של שום הפרעה בחדר שלם. כל ירידה משמעותית במהירות זרימת האוויר תגדיל את האפשרות לניקוי עצמי וזיהום בין עמדות עבודה (לאחר פרסום FS209C באוקטובר 1987, לא נקבעו תקנות לכל מדדי הפרמטרים שאינם ריכוז אבק).

מסיבה זו, המחבר מאמין כי ראוי להגדיל כראוי את ערך התכנון המקומי הנוכחי של מהירות הזרימה החד כיוונית. היחידה שלנו עשתה זאת בפרויקטים בפועל, וההשפעה טובה יחסית. לחדר נקי סוער יש ערך מומלץ עם גורם בטיחות מספיק יחסית, אך מעצבים רבים עדיין אינם מובטחים. כאשר מבצעים עיצובים ספציפיים, הם מגדילים את נפח האוורור של מחלקה 100,000 חדר נקי עד 20-25 פעמים/שעה, מחלקה 10,000 חדר נקי עד 30-40 פעמים/שעה, וחדר נקי של 1000 עד 60-70 פעמים/שעה. זה לא רק מגדיל את יכולת הציוד ואת ההשקעה הראשונית, אלא גם מגדיל את עלויות התחזוקה והניהול העתידיות. למעשה, אין צורך לעשות זאת. בעת אריכת האמצעים הטכניים לניקוי אוויר במדינה שלי, נבדקו ונמדדו יותר מחדר נקי בסין בסין. חדרים נקיים רבים נבדקו בתנאים דינמיים. התוצאות הראו כי נפחי האוורור של 100,000 חדרים נקיים ≥10 פעמים/שעה, 10,000 חדרים נקיים ≥20 פעמים/שעה, וחדרי נקייה של 1000 ≥50 פעמים/שעה יכולים לעמוד בדרישות. התקן הפדרלי האמריקני (FS2O9A ~ B) קובע: חדרים נקיים לא-כיווניים (כיתה 100,000, מחלקה 10,000), גובה החדר 8 ~ 12ft (2.44 ~ 3.66 מ '), בדרך כלל רואים בחדר כולו אוורור לפחות פעם אחת לשלוש דקות (כלומר 20 פעמים/ח). לפיכך, מפרט העיצוב לקח בחשבון מקדם עודפים גדול, והמעצב יכול לבחור בבטחה בהתאם לערך המומלץ של נפח האוורור.

4. הפרש לחץ סטטי

שמירה על לחץ חיובי מסוים בחדר נקי הוא אחד התנאים החיוניים להבטיח שהחדר הנקי לא מזוהם או פחות כדי לשמור על רמת הניקיון המעוצבת. אפילו לחדרים נקיים בלחץ שלילי, עליו להיות חדרים או סוויטות סמוכות עם רמת ניקיון לא נמוכה מרמה כדי לשמור על לחץ חיובי מסוים, כך שניתן יהיה לשמור על ניקיון החדר הנקי של הלחץ השלילי.

ערך הלחץ החיובי של החדר הנקי מתייחס לערך כאשר הלחץ הסטטי המקורה גדול מהלחץ הסטטי החיצוני כאשר כל הדלתות והחלונות סגורים. זה מושג בשיטה כי נפח אספקת האוויר של מערכת הטיהור גדול יותר מנפח האוויר החוזר ונפח האוויר הפליטה. על מנת להבטיח את ערך הלחץ החיובי של החדר הנקי, מאווררי האספקה, ההחזרה והפליטה עדיפים שנעשו זה בזה. כאשר המערכת מופעלת, מאוורר האספקה ​​מתחיל תחילה, ואז מתחילים מאווררי ההחזר והפליטה; כאשר המערכת כבויה, מאוורר הפליטה כבוי תחילה, ואז מאווררי ההחזר והאספקה ​​מכבים כדי למנוע את הזיהום של החדר הנקי כאשר המערכת מופעלת וכבה.

נפח האוויר הנדרש לשמירה על הלחץ החיובי של החדר הנקי נקבע בעיקר על ידי אטימות האוויר של מבנה התחזוקה. בימים הראשונים של בניית חדרים נקיים בארצי, בגלל אטום האוויר הגרוע של מבנה המתחם, לקח 2 עד 6 פעמים של אספקת אוויר כדי לשמור על לחץ חיובי של ≥5PA; נכון לעכשיו, אדירות האוויר של מבנה התחזוקה שופרה מאוד, ורק רק פי שתיים/שעה של אספקת אוויר נדרשת כדי לשמור על אותו לחץ חיובי; ורק פעמיים עד 3 פעמים של אספקת אוויר נדרשת לשמירה על ≥10PA.

מפרטי העיצוב של המדינה שלי [6] קובעים כי הפרש הלחץ הסטטי בין חדרים נקיים של כיתות שונות ובין אזורים נקיים לאזורים שאינם נקיים צריך להיות לא פחות מ- 0.5 מ"מ H2O (~ 5Pa), והבדל הלחץ הסטטי בין האזור הנקי והחוץ צריך להיות לא פחות מ- 1.0 מ"מ H2O (~ 10pa). המחבר מאמין שנראה כי ערך זה נמוך מדי משלוש סיבות:

(1) לחץ חיובי מתייחס ליכולתו של חדר נקי לדכא זיהום אוויר מקורה דרך הפערים בין דלתות לחלונות, או למזער את המזהמים החודרים לחדר כאשר הדלתות והחלונות נפתחים לזמן קצר. גודל הלחץ החיובי מציין את חוזק יכולת דיכוי הזיהום. כמובן שככל שהלחץ החיובי גדול יותר, כך ייטב (שיידון בהמשך).

(2) נפח האוויר הנדרש ללחץ חיובי מוגבל. נפח האוויר הנדרש ללחץ חיובי של 5PA ולחץ חיובי 10PA הוא רק בערך זמן/שעה שונה. למה לא לעשות את זה? ברור שעדיף לקחת את הגבול התחתון של לחץ חיובי כ- 10PA.

(3) התקן הפדרלי האמריקני (FS209A ~ B) קובע כי כאשר כל הכניסות והיציאות סגורות, הפרש הלחץ החיובי המינימלי בין החדר הנקי לכל שטח ניקיון נמוך סמוך הוא 0.05 אינץ 'של עמוד מים (12.5PA). ערך זה אומץ על ידי מדינות רבות. אך ערך הלחץ החיובי של החדר הנקי אינו ככל שיותר גבוה יותר טוב. על פי בדיקות ההנדסיות בפועל של היחידה שלנו במשך למעלה משלושים שנה, כאשר ערך הלחץ החיובי הוא ≥ 30PA, קשה לפתוח את הדלת. אם אתה סוגר את הדלת ברשלנות, זה יעשה מפץ! זה יפחיד אנשים. כאשר ערך הלחץ החיובי הוא ≥ 50 ~ 70PA, הפערים בין דלתות לחלונות יביאו לשריקה, והחלשים או אלה עם כמה תסמינים לא הולמים ירגישו לא בנוח. עם זאת, המפרט או הסטנדרטים הרלוונטיים של מדינות רבות בבית ומחוצה להן אינן מציינות את הגבול העליון של הלחץ החיובי. כתוצאה מכך, יחידות רבות מבקשות רק לעמוד בדרישות הגבול התחתון, ללא קשר לכמות הגבול העליון. בחדר הנקי בפועל בו נתקל המחבר, ערך הלחץ החיובי גבוה עד 100PA ומעלה, וכתוצאה מכך להשפעות רעות מאוד. למעשה, התאמת הלחץ החיובי אינה דבר קשה. ניתן בהחלט לשלוט בו בטווח מסוים. היה מסמך שהציג כי מדינה מסוימת במזרח אירופה קובעת את ערך הלחץ החיובי כ- 1-3 מ"מ H20 (בערך 10 ~ 30pa). המחבר מאמין כי טווח זה מתאים יותר.