ANÀLISI BÀSICA DE LA SALA BLANCA

Introducció

La sala blanca és la base del control de la contaminació. Sense una sala blanca, les peces sensibles a la contaminació no es poden produir en massa. A la norma FED-STD-2, la sala blanca es defineix com una sala amb filtració, distribució, optimització, materials de construcció i equips d'aire, en la qual s'utilitzen procediments operatius regulars específics per controlar la concentració de partícules a l'aire per aconseguir el nivell de neteja de partícules adequat.

Per aconseguir un bon efecte de neteja a la sala blanca, cal no només centrar-se en prendre mesures raonables de purificació de l'aire condicionat, sinó també exigir que el procés, la construcció i altres especialitats prenguin les mesures corresponents: no només un disseny raonable, sinó també una construcció i instal·lació acurades d'acord amb les especificacions, així com un ús correcte de la sala blanca i un manteniment i una gestió científics. Per aconseguir un bon efecte a la sala blanca, s'han exposat moltes publicacions nacionals i estrangeres des de diferents perspectives. De fet, és difícil aconseguir una coordinació ideal entre diferents especialitats, i és difícil per als dissenyadors comprendre la qualitat de la construcció i la instal·lació, així com l'ús i la gestió, especialment aquesta última. Pel que fa a les mesures de purificació de la sala blanca, molts dissenyadors, o fins i tot empreses de construcció, sovint no presten prou atenció a les condicions necessàries, cosa que resulta en un efecte de neteja insatisfactori. Aquest article només analitza breument les quatre condicions necessàries per assolir els requisits de neteja en les mesures de purificació de la sala blanca.

1. Neteja del subministrament d'aire

Per garantir que la netedat del subministrament d'aire compleixi els requisits, la clau és el rendiment i la instal·lació del filtre final del sistema de purificació.

Selecció de filtres

El filtre final del sistema de purificació generalment adopta un filtre HEPA o un filtre sub-HEPA. Segons els estàndards del meu país, l'eficiència dels filtres HEPA es divideix en quatre graus: la classe A és ≥99,9%, la classe B és ≥99,9%, la classe C és ≥99,999%, la classe D és (per a partícules ≥0,1 μm) ≥99,999% (també coneguts com a filtres ultra-HEPA); els filtres sub-HEPA són (per a partícules ≥0,5 μm) 95~99,9%. Com més alta sigui l'eficiència, més car serà el filtre. Per tant, a l'hora d'escollir un filtre, no només hem de complir els requisits de neteja del subministrament d'aire, sinó també tenir en compte la racionalitat econòmica.

Des de la perspectiva dels requisits de neteja, el principi és utilitzar filtres de baix rendiment per a sales blanques de baix nivell i filtres d'alt rendiment per a sales blanques d'alt nivell. En termes generals: es poden utilitzar filtres d'alta i mitjana eficiència per al nivell d'1 milió; es poden utilitzar filtres sub-hepa o hepa de classe A per a nivells inferiors a la classe 10.000; es poden utilitzar filtres de classe B per a la classe de 10.000 a 100; i es poden utilitzar filtres de classe C per a nivells de 100 a 1. Sembla que hi ha dos tipus de filtres per triar per a cada nivell de neteja. L'elecció de filtres d'alt rendiment o de baix rendiment depèn de la situació específica: quan la contaminació ambiental és greu, o la relació d'extracció interior és gran, o la sala blanca és particularment important i requereix un factor de seguretat més gran, en aquests o un d'aquests casos, s'ha de seleccionar un filtre de classe alta; en cas contrari, es pot seleccionar un filtre de baix rendiment. Per a sales blanques que requereixen control de partícules de 0,1 μm, s'han de seleccionar filtres de classe D independentment de la concentració de partícules controlada. L'anterior és només des de la perspectiva del filtre. De fet, per triar un bon filtre, també heu de tenir en compte completament les característiques de la sala blanca, el filtre i el sistema de purificació.

Instal·lació de filtres

Per garantir la netedat del subministrament d'aire, no n'hi ha prou amb tenir filtres qualificats, sinó també garantir que: a. El filtre no es faci malbé durant el transport i la instal·lació; b. La instal·lació sigui hermètica. Per aconseguir el primer punt, el personal de construcció i instal·lació ha d'estar ben format, amb coneixements sobre la instal·lació de sistemes de purificació i habilitats d'instal·lació qualificades. En cas contrari, serà difícil garantir que el filtre no es faci malbé. Hi ha lliçons profundes en aquest sentit. En segon lloc, el problema de l'estanquitat de la instal·lació depèn principalment de la qualitat de l'estructura de la instal·lació. El manual de disseny generalment recomana: per a un sol filtre, s'utilitza una instal·lació de tipus obert, de manera que, fins i tot si es produeix una fuita, no es filtrarà a l'habitació; utilitzant una sortida d'aire HEPA acabada, l'estanquitat també és més fàcil de garantir. Per a l'aire de múltiples filtres, el segellat de gel i el segellat de pressió negativa s'utilitzen sovint en els darrers anys.

El segellat de gel ha de garantir que la junta del dipòsit de líquid estigui hermètica i que tot el marc estigui en el mateix pla horitzontal. El segellat de pressió negativa consisteix a fer que la perifèria exterior de la junta entre el filtre i la caixa de pressió estàtica i el marc estiguin en un estat de pressió negativa. Igual que en la instal·lació de tipus obert, fins i tot si hi ha fuites, no es filtrarà a l'habitació. De fet, sempre que el marc d'instal·lació sigui pla i la cara final del filtre estigui en contacte uniforme amb el marc d'instal·lació, hauria de ser fàcil fer que el filtre compleixi els requisits d'estanquitat de la instal·lació en qualsevol tipus d'instal·lació.

2. Organització del flux d'aire

L'organització del flux d'aire d'una sala blanca és diferent de la d'una sala amb aire condicionat general. Requereix que l'aire més net es porti primer a la zona d'operació. La seva funció és limitar i reduir la contaminació dels objectes processats. Per això, s'han de tenir en compte els principis següents a l'hora de dissenyar l'organització del flux d'aire: minimitzar els corrents de Foucault per evitar portar contaminació de fora de la zona de treball a la zona de treball; intentar evitar que la pols secundària voli per reduir la possibilitat que la pols contamini la peça; el flux d'aire a la zona de treball ha de ser el més uniforme possible i la seva velocitat del vent ha de complir els requisits del procés i d'higiene. Quan el flux d'aire flueix cap a la sortida d'aire de retorn, la pols de l'aire s'ha d'eliminar eficaçment. Trieu diferents modes de subministrament i retorn d'aire segons els diferents requisits de neteja.

Les diferents organitzacions del flux d'aire tenen les seves pròpies característiques i àmbits d'aplicació:

(1). Flux unidireccional vertical

A més dels avantatges comuns d'obtenir un flux d'aire descendent uniforme, facilitar la disposició dels equips de procés, una forta capacitat d'autopurificació i simplificar les instal·lacions comunes com ara les instal·lacions de purificació personal, els quatre mètodes de subministrament d'aire també tenen els seus propis avantatges i desavantatges: els filtres HEPA completament coberts tenen els avantatges d'una baixa resistència i un cicle de substitució del filtre llarg, però l'estructura del sostre és complexa i el cost és elevat; els avantatges i desavantatges del subministrament superior del filtre HEPA cobert lateralment i el subministrament superior de placa de forat complet són oposats als del subministrament superior del filtre HEPA completament cobert. Entre ells, el subministrament superior de placa de forat complet és fàcil d'acumular pols a la superfície interior de la placa de l'orifici quan el sistema no funciona contínuament, i un mal manteniment té algun impacte en la neteja; el subministrament superior del difusor dens requereix una capa de barreja, per la qual cosa només és adequat per a sales blanques altes de més de 4 m, i les seves característiques són similars al subministrament superior de placa de forat complet; el mètode d'aire de retorn per a la placa amb reixes a banda i banda i les sortides d'aire de retorn disposades uniformement a la part inferior de les parets oposades només és adequat per a sales blanques amb una separació neta inferior a 6 m a banda i banda; Les sortides d'aire de retorn disposades a la part inferior de la paret d'un sol costat només són adequades per a sales blanques amb una petita distància entre les parets (com ara ≤ <2 ~ 3 m).

(2). Flux unidireccional horitzontal

Només la primera zona de treball pot assolir el nivell de neteja de 100. Quan l'aire flueix cap a l'altre costat, la concentració de pols augmenta gradualment. Per tant, només és adequat per a sales blanques amb diferents requisits de neteja per al mateix procés a la mateixa sala. La distribució local de filtres HEPA a la paret de subministrament d'aire pot reduir l'ús de filtres HEPA i estalviar la inversió inicial, però hi ha remolins a les zones locals.

(3). Flux d'aire turbulent

Les característiques del subministrament superior de plaques d'orifici i el subministrament superior de difusors densos són les mateixes que les esmentades anteriorment: els avantatges del subministrament lateral són la facilitat de col·locar les canonades, no es requereix cap intercapa tècnica, és de baix cost i afavoreix la renovació de fàbriques antigues. Els desavantatges són que la velocitat del vent a la zona de treball és gran i la concentració de pols al costat de sotavent és més alta que a la del costat de sobrevent; el subministrament superior de les sortides del filtre HEPA té els avantatges d'un sistema senzill, sense canonades darrere del filtre HEPA i un flux d'aire net subministrat directament a la zona de treball, però el flux d'aire net es difon lentament i el flux d'aire a la zona de treball és més uniforme; tanmateix, quan diverses sortides d'aire estan disposades uniformement o s'utilitzen sortides d'aire del filtre HEPA amb difusors, el flux d'aire a la zona de treball també es pot fer més uniforme; però quan el sistema no funciona contínuament, el difusor és propens a l'acumulació de pols.

Tota la discussió anterior està en un estat ideal i està recomanada per les especificacions, normes o manuals de disseny nacionals pertinents. En projectes reals, l'organització del flux d'aire no està ben dissenyada a causa de condicions objectives o raons subjectives del dissenyador. Les més comunes inclouen: el flux unidireccional vertical adopta l'aire de retorn de la part inferior de les dues parets adjacents, la classe local 100 adopta l'impuls superior i el retorn superior (és a dir, no s'afegeix cap cortina penjant sota la sortida d'aire local), i les sales blanques turbulentes adopten l'impuls superior de la sortida d'aire del filtre HEPA i el retorn superior o el retorn inferior d'un sol costat (espai més gran entre parets), etc. Aquests mètodes d'organització del flux d'aire s'han mesurat i la major part de la seva neteja no compleix els requisits de disseny. A causa de les especificacions actuals per a l'acceptació buida o estàtica, algunes d'aquestes sales blanques amb prou feines arriben al nivell de neteja dissenyat en condicions buides o estàtiques, però la capacitat d'interferència anticontaminació és molt baixa i, un cop la sala blanca entra en estat de funcionament, no compleix els requisits.

L'organització correcta del flux d'aire s'ha de configurar amb cortines penjades fins a l'alçada de la zona de treball a la zona local, i la classe 100.000 no hauria d'adoptar una impulsió superior ni un retorn superior. A més, la majoria de fàbriques actualment produeixen sortides d'aire d'alta eficiència amb difusors, i els seus difusors són només plaques d'orifici decoratives i no tenen la funció de difondre el flux d'aire. Els dissenyadors i usuaris hi haurien de prestar especial atenció.

3. Volum de subministrament d'aire o velocitat de l'aire

Un volum de ventilació suficient és per diluir i eliminar l'aire contaminat interior. Segons els diferents requisits de neteja, quan l'alçada neta de la sala blanca és alta, la freqüència de ventilació s'ha d'augmentar adequadament. Entre ells, el volum de ventilació de la sala blanca de nivell 1 milió es considera segons el sistema de purificació d'alta eficiència, i la resta es considera segons el sistema de purificació d'alta eficiència; quan els filtres HEPA de la sala blanca de classe 100.000 es concentren a la sala de màquines o els filtres sub-HEPA s'utilitzen al final del sistema, la freqüència de ventilació es pot augmentar adequadament entre un 10 i un 20%.

Per als valors recomanats de volum de ventilació anteriors, l'autor creu que: la velocitat del vent a través de la secció de la sala blanca de flux unidireccional és baixa i la sala blanca turbulenta té un valor recomanat amb un factor de seguretat suficient. Flux unidireccional vertical ≥ 0,25 m/s, flux unidireccional horitzontal ≥ 0,35 m/s. Tot i que els requisits de neteja es poden complir quan es prova en condicions buides o estàtiques, la capacitat anticontaminació és deficient. Un cop la sala entra en estat de funcionament, és possible que la neteja no compleixi els requisits. Aquest tipus d'exemple no és un cas aïllat. Al mateix temps, no hi ha ventiladors adequats per a sistemes de purificació a la sèrie de ventiladors del meu país. Generalment, els dissenyadors sovint no fan càlculs precisos de la resistència a l'aire del sistema o no s'adonen si el ventilador seleccionat es troba en un punt de treball més favorable a la corba característica, cosa que fa que el volum d'aire o la velocitat del vent no arribin al valor de disseny poc després de la posada en funcionament del sistema. La norma federal dels EUA (FS209A~B) estipulava que la velocitat del flux d'aire d'una sala blanca unidireccional a través de la secció transversal de la sala blanca normalment es manté a 90 peus/min (0,45 m/s), i la no uniformitat de la velocitat és de ±20% en condicions de no interferències a tota la sala. Qualsevol disminució significativa de la velocitat del flux d'aire augmentarà la possibilitat de temps d'autoneteja i contaminació entre les posicions de treball (després de la promulgació de l'FS209C a l'octubre de 1987, no es van establir regulacions per a cap indicador de paràmetres que no sigui la concentració de pols).

Per aquest motiu, l'autor creu que és oportú augmentar adequadament el valor de disseny domèstic actual de la velocitat del flux unidireccional. La nostra unitat ho ha fet en projectes reals, i l'efecte és relativament bo. Les sales blanques turbulentes tenen un valor recomanat amb un factor de seguretat relativament suficient, però molts dissenyadors encara no n'estan segurs. Quan fan dissenys específics, augmenten el volum de ventilació de la sala blanca de classe 100.000 a 20-25 vegades/h, la sala blanca de classe 10.000 a 30-40 vegades/h i la sala blanca de classe 1000 a 60-70 vegades/h. Això no només augmenta la capacitat de l'equip i la inversió inicial, sinó que també augmenta els costos futurs de manteniment i gestió. De fet, no cal fer-ho. Quan es van recopilar les mesures tècniques de neteja de l'aire del meu país, es van investigar i mesurar més de sales blanques de classe 100 a la Xina. Es van provar moltes sales blanques en condicions dinàmiques. Els resultats van mostrar que els volums de ventilació de les sales blanques de classe 100.000 ≥10 vegades/h, les sales blanques de classe 10.000 ≥20 vegades/h i les sales blanques de classe 1000 ≥50 vegades/h poden complir els requisits. La norma federal dels EUA (FS2O9A~B) estipula: les sales blanques no unidireccionals (classe 100.000, classe 10.000), amb una alçada de la sala de 8~12 peus (2,44~3,66 m), normalment es considera que tota la sala es ventila almenys una vegada cada 3 minuts (és a dir, 20 vegades/h). Per tant, l'especificació de disseny ha tingut en compte un gran coeficient excedent, i el dissenyador pot triar amb seguretat segons el valor recomanat del volum de ventilació.

4. Diferència de pressió estàtica

Mantenir una certa pressió positiva a la sala blanca és una de les condicions essencials per garantir que la sala blanca no estigui contaminada o estigui menys contaminada per mantenir el nivell de neteja dissenyat. Fins i tot per a sales blanques de pressió negativa, cal tenir sales o suites adjacents amb un nivell de neteja no inferior al seu nivell per mantenir una certa pressió positiva, de manera que es pugui mantenir la neteja de la sala blanca de pressió negativa.

El valor de pressió positiva de la sala blanca es refereix al valor quan la pressió estàtica interior és superior a la pressió estàtica exterior quan totes les portes i finestres estan tancades. S'aconsegueix mitjançant el mètode que el volum de subministrament d'aire del sistema de purificació és superior al volum d'aire de retorn i al volum d'aire d'escapament. Per tal de garantir el valor de pressió positiva de la sala blanca, els ventiladors de subministrament, retorn i extracció estan preferiblement interbloquejats. Quan el sistema està engegat, primer s'engega el ventilador de subministrament i després s'engegeixen els ventiladors de retorn i extracció; quan el sistema està apagat, primer s'apaga el ventilador d'extracció i després s'apaguen els ventiladors de retorn i extracció per evitar que la sala blanca es contamini quan el sistema està engegat i apagat.

El volum d'aire necessari per mantenir la pressió positiva de la sala blanca està determinat principalment per l'estanquitat de l'estructura de manteniment. En els primers dies de la construcció de sales blanques al meu país, a causa de la mala hermeticitat de l'estructura de tancament, es necessitava de 2 a 6 vegades/h de subministrament d'aire per mantenir una pressió positiva de ≥5Pa; actualment, l'estanquitat de l'estructura de manteniment s'ha millorat molt i només es requereix d'1 a 2 vegades/h de subministrament d'aire per mantenir la mateixa pressió positiva; i només es requereix de 2 a 3 vegades/h de subministrament d'aire per mantenir ≥10Pa.

Les especificacions de disseny del meu país [6] estipulen que la diferència de pressió estàtica entre sales blanques de diferents graus i entre zones netes i zones no netes no ha de ser inferior a 0,5 mm H2O (~5 Pa), i la diferència de pressió estàtica entre la zona neta i l'exterior no ha de ser inferior a 1,0 mm H2O (~10 Pa). L'autor creu que aquest valor sembla massa baix per tres motius:

(1) La pressió positiva es refereix a la capacitat d'una sala blanca per suprimir la contaminació de l'aire interior a través dels espais entre portes i finestres, o per minimitzar els contaminants que penetren a l'habitació quan les portes i finestres s'obren durant un curt període de temps. La mida de la pressió positiva indica la força de la capacitat de supressió de la contaminació. Per descomptat, com més gran sigui la pressió positiva, millor (cosa que es tractarà més endavant).

(2) El volum d'aire necessari per a una pressió positiva és limitat. El volum d'aire necessari per a una pressió positiva de 5 Pa i una pressió positiva de 10 Pa només és diferent aproximadament 1 vegada/h. Per què no fer-ho? Evidentment, és millor prendre el límit inferior de la pressió positiva com a 10 Pa.

(3) La norma federal dels EUA (FS209A~B) estipula que quan totes les entrades i sortides estan tancades, la diferència mínima de pressió positiva entre la sala blanca i qualsevol zona adjacent de baixa neteja és de 0,05 polzades de columna d'aigua (12,5 Pa). Aquest valor ha estat adoptat per molts països. Però el valor de pressió positiva de la sala blanca no és com més alt millor. Segons les proves d'enginyeria reals de la nostra unitat durant més de 30 anys, quan el valor de pressió positiva és ≥ 30 Pa, és difícil obrir la porta. Si tanqueu la porta descuidadament, farà un cop! Espantarà la gent. Quan el valor de pressió positiva és ≥ 50~70 Pa, els espais entre portes i finestres faran un xiulet, i els febles o aquells amb alguns símptomes inapropiats se sentiran incòmodes. Tanmateix, les especificacions o normes pertinents de molts països nacionals i internacionals no especifiquen el límit superior de pressió positiva. Com a resultat, moltes unitats només busquen complir els requisits del límit inferior, independentment de quant sigui el límit superior. A la sala blanca real que ha vist l'autor, el valor de pressió positiva arriba als 100 Pa o més, cosa que té efectes molt negatius. De fet, ajustar la pressió positiva no és difícil. És totalment possible controlar-la dins d'un rang determinat. Hi havia un document que indicava que un cert país de l'Europa de l'Est estipulava un valor de pressió positiva d'1 a 3 mm H2O (uns 10 a 30 Pa). L'autor creu que aquest rang és més adequat.