KERNA ANALIZO DE PURA ĈAMBRO

Enkonduko

Pura ĉambro estas la bazo de polukontrolo. Sen pura ĉambro, polu-sentemaj partoj ne povas esti amasproduktitaj. En FED-STD-2, pura ĉambro estas difinita kiel ĉambro kun aerfiltrado, distribuado, optimumigo, konstrumaterialoj kaj ekipaĵo, en kiu specifaj regulaj funkciigaj proceduroj estas uzataj por kontroli la koncentriĝon de aeraj partikloj por atingi la taŭgan partiklan purecnivelon.

Por atingi bonan purecan efikon en pura ĉambro, necesas ne nur koncentriĝi pri prenado de raciaj klimatizilaj purigaj mezuroj, sed ankaŭ postuli, ke procezoj, konstruado kaj aliaj specialaĵoj prenu respondajn mezurojn: ne nur racian dezajnon, sed ankaŭ zorgeman konstruadon kaj instaladon laŭ la specifoj, same kiel ĝustan uzon de la pura ĉambro kaj sciencan bontenadon kaj administradon. Por atingi bonan efikon en pura ĉambro, multaj hejmaj kaj eksterlandaj literaturoj estas prezentitaj el malsamaj perspektivoj. Fakte, estas malfacile atingi idealan kunordigon inter malsamaj specialaĵoj, kaj estas malfacile por projektistoj kompreni la kvaliton de konstruado kaj instalado same kiel la uzon kaj administradon, precipe ĉi-lastan. Rilate al purigaj mezuroj en pura ĉambro, multaj projektistoj, aŭ eĉ konstrugrupoj, ofte ne sufiĉe atentas siajn necesajn kondiĉojn, rezultante en nekontentiga pureca efiko. Ĉi tiu artikolo nur mallonge diskutas la kvar necesajn kondiĉojn por atingi purecajn postulojn en purigaj mezuroj en pura ĉambro.

1. Pureco de la aerprovizo

Por certigi, ke la pureco de la aerprovizo plenumas la postulojn, la ŝlosilo estas la funkciado kaj instalado de la fina filtrilo de la puriga sistemo.

Filtrila elekto

La fina filtrilo de la puriga sistemo ĝenerale uzas HEPA-filtrilon aŭ sub-HEPA-filtrilon. Laŭ la normoj de mia lando, la efikeco de HEPA-filtriloj estas dividita en kvar gradojn: Klaso A estas ≥99.9%, Klaso B estas ≥99.9%, Klaso C estas ≥99.999%, Klaso D estas (por partikloj ≥0.1μm) ≥99.999% (ankaŭ konataj kiel ultra-HEPA-filtriloj); sub-HEPA-filtriloj estas (por partikloj ≥0.5μm) 95~99.9%. Ju pli alta la efikeco, des pli multekosta la filtrilo. Tial, elektante filtrilon, ni devas ne nur plenumi la postulojn pri pureco de la aerprovizo, sed ankaŭ konsideri ekonomian raciecon.

El la perspektivo de purecaj postuloj, la principo estas uzi malalt-efikecajn filtrilojn por malalt-nivelaj puraj ĉambroj kaj alt-efikecajn filtrilojn por altnivelaj puraj ĉambroj. Ĝenerale parolante: alt- kaj mez-efikecaj filtriloj povas esti uzataj por la nivelo de 1 miliono; sub-hepa aŭ Klaso A hepa filtriloj povas esti uzataj por niveloj sub klaso 10 000; Klaso B filtriloj povas esti uzataj por klaso 10 000 ĝis 100; kaj Klaso C filtriloj povas esti uzataj por niveloj 100 ĝis 1. Ŝajnas, ke ekzistas du specoj de filtriloj elekteblaj por ĉiu pureca nivelo. Ĉu elekti alt-efikecajn aŭ malalt-efikecajn filtrilojn dependas de la specifa situacio: kiam la media poluado estas grava, aŭ la endoma elĉerpa proporcio estas granda, aŭ la pura ĉambro estas aparte grava kaj postulas pli grandan sekurecfaktoron, en ĉi tiuj aŭ unu el ĉi tiuj kazoj, alt-klasa filtrilo devus esti elektita; alie, malalt-efikeca filtrilo povas esti elektita. Por puraj ĉambroj, kiuj postulas kontrolon de 0,1 μm partikloj, Klaso D filtriloj devus esti elektitaj sendepende de la kontrolita partikla koncentriĝo. La supre menciita estas nur el la perspektivo de la filtrilo. Fakte, por elekti bonan filtrilon, vi devas ankaŭ plene konsideri la karakterizaĵojn de la pura ĉambro, la filtrilo kaj la puriga sistemo.

Filtrila instalado

Por certigi la purecon de la aerprovizo, ne sufiĉas havi nur kvalifikitajn filtrilojn, sed ankaŭ certigi: a. La filtrilo ne difektiĝas dum transportado kaj instalado; b. La instalado estas hermetika. Por atingi la unuan punkton, la konstrua kaj instala personaro devas esti bone trejnita, kun kaj scio pri instalado de purigaj sistemoj kaj lertaj instalaj kapabloj. Alie, estos malfacile certigi, ke la filtrilo ne difektiĝas. Ekzistas profundaj lecionoj pri tio. Due, la problemo de instala hermetikeco ĉefe dependas de la kvalito de la instala strukturo. La dezajna manlibro ĝenerale rekomendas: por unuopa filtrilo, oni uzas malferman tipon de instalado, tiel ke eĉ se okazas elfluo, ĝi ne likos en la ĉambron; uzante finitan HEPA-aeran elirejon, hermetikeco ankaŭ estas pli facile certigebla. Por la aero de pluraj filtriloj, ĝela sigelo kaj negativa prema sigelado ofte estas uzataj en la lastaj jaroj.

Ĝela sigelo devas certigi, ke la junto de la likva tanko estas firme fermita kaj la tuta kadro estas sur la sama horizontala ebeno. Negativa prema sigelado celas igi la eksteran periferion de la junto inter la filtrilo kaj la statika prema skatolo kaj la kadro en negativa prema stato. Kiel ĉe malferma-tipa instalado, eĉ se estas elfluo, ĝi ne elfluos en la ĉambron. Fakte, kondiĉe ke la instala kadro estas plata kaj la fina flanko de la filtrilo estas en unuforma kontakto kun la instala kadro, devus esti facile igi la filtrilon plenumi la instalajn streĉecajn postulojn en iu ajn instala tipo.

2. Aerflua organizado

La aranĝo de aerfluo en pura ĉambro diferencas de tiu de ĝenerala klimatizita ĉambro. Ĝi postulas, ke la plej pura aero estu unue liverata al la operacia areo. Ĝia funkcio estas limigi kaj redukti la poluadon al la prilaboritaj objektoj. Por tio, oni konsideru la jenajn principojn dum la dizajnado de la aranĝo de aerfluo: minimumigi kirlofluojn por eviti alporti poluadon de ekster la laborareo en la laborareon; provi malhelpi flugadon de sekundara polvo por redukti la eblecon, ke polvo poluu la laborpecon; la aerfluo en la laborareo estu kiel eble plej unuforma, kaj ĝia ventrapido plenumu la procezajn kaj higienajn postulojn. Kiam la aerfluo fluas al la elirejo de revena aero, la polvo en la aero estu efike forigita. Elektu malsamajn aerliverajn kaj revenajn reĝimojn laŭ malsamaj purecaj postuloj.

Malsamaj aerfluaj organizoj havas siajn proprajn karakterizaĵojn kaj ampleksojn:

(1). Vertikala unudirekta fluo

Aldone al la komunaj avantaĝoj de akiri unuforman malsupreniran aerfluon, faciligi la aranĝon de procesekipaĵo, fortan mempurigan kapablon, kaj simpligi oftajn instalaĵojn kiel personajn purigajn instalaĵojn, la kvar aerprovizaj metodoj ankaŭ havas siajn proprajn avantaĝojn kaj malavantaĝojn: plene kovritaj HEPA-filtriloj havas la avantaĝojn de malalta rezisto kaj longa filtrila anstataŭiga ciklo, sed la plafona strukturo estas kompleksa kaj la kosto estas alta; la avantaĝoj kaj malavantaĝoj de flank-kovrita HEPA-filtrila supra liverado kaj plen-trua plata supra liverado estas kontraŭaj al tiuj de plen-kovrita HEPA-filtrila supra liverado. Inter ili, la plen-trua plata supra liverado facile amasigas polvon sur la interna surfaco de la orificia plato kiam la sistemo ne funkcias kontinue, kaj malbona prizorgado havas iom da efiko sur la purecon; densa difuzila supra liverado postulas miksan tavolon, do ĝi taŭgas nur por altaj puraj ĉambroj super 4m, kaj ĝiaj karakterizaĵoj similas al plen-trua plata supra liverado; la revena aermetodo por la plato kun kradoj ambaŭflanke kaj la revenaj aeraj elirejoj egale aranĝitaj ĉe la fundo de la kontraŭaj muroj taŭgas nur por puraj ĉambroj kun neta interspaco malpli ol 6m ambaŭflanke; La revenaj aeraj elirejoj aranĝitaj ĉe la fundo de la unuflanka muro taŭgas nur por puraj ĉambroj kun malgranda distanco inter la muroj (ekzemple ≤<2~3m).

(2). Horizontala unudirekta fluo

Nur la unua laborareo povas atingi la purecnivelon de 100. Kiam la aero fluas al la alia flanko, la polvokoncentriĝo iom post iom pliiĝas. Tial, ĝi taŭgas nur por puraj ĉambroj kun malsamaj purecpostuloj por la sama procezo en la sama ĉambro. La loka distribuo de HEPA-filtriloj sur la aerproviza muro povas redukti la uzon de HEPA-filtriloj kaj ŝpari komencan investon, sed ekzistas kirloj en lokaj areoj.

(3). Turbula aerfluo

La karakterizaĵoj de supra liverado de orificplatoj kaj supra liverado de densaj difuziloj estas la samaj kiel tiuj menciitaj supre: la avantaĝoj de flanka liverado estas facila aranĝo de tuboj, neniu teknika intertavolo estas bezonata, malalta kosto, kaj favora al la renovigo de malnovaj fabrikoj. La malavantaĝoj estas, ke la ventrapido en la laborareo estas granda, kaj la polvokoncentriĝo ĉe la flanko laŭvente estas pli alta ol ĉe la flanko suprenvente; la supra liverado de hepa-filtrilaj elirejoj havas la avantaĝojn de simpla sistemo, neniuj tuboj malantaŭ la hepa-filtrilo, kaj pura aerfluo rekte liverata al la laborareo, sed la pura aerfluo difuziĝas malrapide kaj la aerfluo en la laborareo estas pli uniforma; tamen, kiam pluraj aerelirejoj estas egale aranĝitaj aŭ hepa-filtrilaj aerelirejoj kun difuziloj estas uzataj, la aerfluo en la laborareo ankaŭ povas esti pli uniforma; sed kiam la sistemo ne funkcias kontinue, la difuzilo emas al polvoamasiĝo.

La supra diskuto estas tute en ideala stato kaj estas rekomendata de koncernaj naciaj specifoj, normoj aŭ dezajnaj manlibroj. En faktaj projektoj, la aerflua organizado ne estas bone desegnita pro objektivaj kondiĉoj aŭ subjektivaj kialoj de la desegnisto. Oftaj inkluzivas: vertikala unudirekta fluo adoptas revenan aeron el la malsupra parto de la apudaj du muroj, loka klaso 100 adoptas supran liveradon kaj supran revenon (tio estas, neniu pendanta kurteno estas aldonita sub la loka aerelirejo), kaj turbulaj puraj ĉambroj adoptas hepa-filtrilan aerelirejon kun supra liverado kaj supra reveno aŭ unuflanka malsupra reveno (pli granda interspaco inter muroj), ktp. Ĉi tiuj aerfluaj organizaj metodoj estis mezuritaj kaj plejparto de ilia pureco ne plenumas la dezajnajn postulojn. Pro la nunaj specifoj por malplena aŭ statika akcepto, kelkaj el ĉi tiuj puraj ĉambroj apenaŭ atingas la desegnitan purecan nivelon en malplenaj aŭ statikaj kondiĉoj, sed la kontraŭpolua interferkapablo estas tre malalta, kaj post kiam la pura ĉambro eniras la funkcian staton, ĝi ne plenumas la postulojn.

La ĝusta organizado de la aerfluo devus esti agordita per kurtenoj pendantaj ĝis la alto de la laborareo en la loka areo, kaj la klaso 100 000 ne devus uzi supran liveradon kaj supran revenon. Krome, plej multaj fabrikoj nuntempe produktas alt-efikajn aerajn elirejojn kun difuziloj, kaj iliaj difuziloj estas nur dekoraciaj orificplatoj kaj ne ludas la rolon de difuziga aerfluo. Dizajnistoj kaj uzantoj devus atenti tion aparte.

3. Aerproviza volumeno aŭ aerrapideco

Sufiĉa ventoladkvanto estas por dilui kaj forigi endoman poluitan aeron. Laŭ malsamaj purecaj postuloj, kiam la neta alteco de la pura ĉambro estas alta, la ventoladfrekvenco devus esti konvene pliigita. Inter ili, la ventoladkvanto de la pura ĉambro kun 1 miliona nivelo estas konsiderata laŭ la alt-efika puriga sistemo, kaj la resto estas konsiderata laŭ la alt-efika puriga sistemo; kiam la HEPA-filtriloj de la pura ĉambro de klaso 100.000 estas koncentritaj en la maŝinejo aŭ la sub-HEPA-filtriloj estas uzataj ĉe la fino de la sistemo, la ventoladfrekvenco povas esti konvene pliigita je 10-20%.

Por la supre menciitaj rekomenditaj valoroj de ventolada volumeno, la aŭtoro kredas, ke: la ventrapido tra la ĉambra sekcio de la unidirekta flua pura ĉambro estas malalta, kaj la turbula pura ĉambro havas rekomenditan valoron kun sufiĉa sekurecfaktoro. Vertikala unidirekta fluo ≥ 0.25m/s, horizontala unidirekta fluo ≥ 0.35m/s. Kvankam la purecaj postuloj povas esti plenumitaj kiam testataj en malplenaj aŭ senmovaj kondiĉoj, la kontraŭpolua kapablo estas malbona. Post kiam la ĉambro eniras la funkcian staton, la pureco eble ne plenumas la postulojn. Ĉi tiu speco de ekzemplo ne estas izolita kazo. Samtempe, ne ekzistas ventoliloj taŭgaj por purigadaj sistemoj en la ventolilserioj de mia lando. Ĝenerale, projektistoj ofte ne faras precizajn kalkulojn pri la aerrezisto de la sistemo, aŭ ne rimarkas ĉu la elektita ventolilo estas ĉe pli favora funkcia punkto sur la karakteriza kurbo, rezultante ke la aervolumeno aŭ ventrapido ne atingas la projektitan valoron baldaŭ post kiam la sistemo estas ekfunkciigita. La usona federacia normo (FS209A~B) stipulas, ke la aerflua rapido de unudirekta pura ĉambro tra la sekco de la pura ĉambro kutime konserviĝas je 90 futoj/min (0.45 m/s), kaj la nehomogeneco de la rapido estas ene de ±20% sub la kondiĉo, ke ne ekzistas interfero en la tuta ĉambro. Ĉiu signifa malpliiĝo de la aerflua rapido pliigos la eblecon de mempuriga tempo kaj poluado inter la laborpozicioj (post la promulgo de FS209C en oktobro 1987, neniuj regularoj estis faritaj por ĉiuj parametro-indikiloj krom polvokoncentriĝo).

Pro tio, la aŭtoro kredas, ke estas konvene pligrandigi la nunan hejman projektan valoron de unudirekta flurapideco. Nia unuo jam faris tion en faktaj projektoj, kaj la efiko estas relative bona. Turbulaj puraj ĉambroj havas rekomenditan valoron kun relative sufiĉa sekurecfaktoro, sed multaj projektistoj ankoraŭ ne estas certaj. Kiam ili faras specifajn projektojn, ili pliigas la ventoladan volumenon de puraj ĉambroj de klaso 100 000 al 20-25 fojojn/h, puraj ĉambroj de klaso 10 000 al 30-40 fojojn/h, kaj puraj ĉambroj de klaso 1000 al 60-70 fojojn/h. Tio ne nur pliigas la ekipaĵkapaciton kaj komencan investon, sed ankaŭ pliigas estontajn bontenadajn kaj administradajn kostojn. Fakte, ne necesas fari tion. Kiam oni kompilis la teknikajn mezurojn pri aerpurigado de mia lando, pli ol puraj ĉambroj de klaso 100 en Ĉinio estis esploritaj kaj mezuritaj. Multaj puraj ĉambroj estis testitaj sub dinamikaj kondiĉoj. La rezultoj montris, ke la ventoladvolumoj de puraj ĉambroj de klaso 100 000 ≥10 fojojn/h, puraj ĉambroj de klaso 10 000 ≥20 fojojn/h, kaj puraj ĉambroj de klaso 1000 ≥50 fojojn/h povas plenumi la postulojn. La Usona Federacia Normo (FS2O9A~B) difinas: por ne-unudirektaj puraj ĉambroj (klaso 100 000, klaso 10 000), ĉambra alteco 8~12 futoj (2,44~3,66 m), kutime oni konsideras la tutan ĉambron ventolita almenaŭ unufoje ĉiujn 3 minutojn (t.e., 20 fojojn/h). Tial, la dezajna specifo enkalkulis grandan pluskoeficienton, kaj la dezajnisto povas sekure elekti laŭ la rekomendita valoro de la ventoladvolumo.

4. Statika prema diferenco

Konservi certan pozitivan premon en pura ĉambro estas unu el la esencaj kondiĉoj por certigi, ke la pura ĉambro ne estas aŭ estas malpli poluita por konservi la destinitan purecnivelon. Eĉ por negativaj premaj puraj ĉambroj, ili devas havi apudajn ĉambrojn aŭ apartamentojn kun purecnivelo ne pli malalta ol ĝia nivelo por konservi certan pozitivan premon, por ke la pureco de la negativa prema pura ĉambro povu esti konservata.

La pozitiva premo de la pura ĉambro rilatas al la valoro kiam la interna statika premo estas pli granda ol la ekstera statika premo kiam ĉiuj pordoj kaj fenestroj estas fermitaj. Per la metodo oni atingas tion, ke la aerproviza volumeno de la puriga sistemo estas pli granda ol la revena aervolumeno kaj la elĉerpa aervolumeno. Por certigi la pozitivan premon de la pura ĉambro, la provizaj, revenaj kaj elĉerpaj ventoliloj estas prefere interŝlositaj. Kiam la sistemo estas ŝaltita, la proviza ventolilo unue ekfunkcias, kaj poste la revenaj kaj elĉerpaj ventoliloj; kiam la sistemo estas malŝaltita, la elĉerpa ventolilo unue malŝaltiĝas, kaj poste la revenaj kaj elĉerpaj ventoliloj estas malŝaltitaj por malhelpi poluadon de la pura ĉambro kiam la sistemo estas ŝaltita kaj malŝaltita.

La aerkvanto bezonata por konservi la pozitivan premon de la pura ĉambro estas ĉefe determinita de la hermetikeco de la prizorgada strukturo. En la fruaj tagoj de konstruado de puraj ĉambroj en mia lando, pro la malbona hermetikeco de la enfermita strukturo, necesis 2 ĝis 6 fojojn/horo da aerprovizo por konservi pozitivan premon de ≥5Pa; nuntempe, la hermetikeco de la prizorgada strukturo multe plibonigiĝis, kaj nur 1 ĝis 2 fojojn/horo da aerprovizo estas bezonata por konservi la saman pozitivan premon; kaj nur 2 ĝis 3 fojojn/horo da aerprovizo estas bezonata por konservi ≥10Pa.

La dezajnaj specifoj de mia lando [6] difinas, ke la statika premdiferenco inter puraj ĉambroj de malsamaj gradoj kaj inter puraj areoj kaj nepuraj areoj estu ne malpli ol 0,5 mm H₂O (~5 Pa), kaj la statika premdiferenco inter la pura areo kaj la ekstero estu ne malpli ol 1,0 mm H₂O (~10 Pa). La aŭtoro kredas, ke ĉi tiu valoro ŝajnas esti tro malalta pro tri kialoj:

(1) Pozitiva premo rilatas al la kapablo de pura ĉambro subpremi endoman aerpoluadon tra la interspacoj inter pordoj kaj fenestroj, aŭ minimumigi la poluaĵojn, kiuj penetras en la ĉambron kiam la pordoj kaj fenestroj estas malfermitaj por mallonga tempo. La grandeco de la pozitiva premo indikas la forton de la poluosubprema kapablo. Kompreneble, ju pli granda la pozitiva premo, des pli bone (kio estos diskutita poste).

(2) La aervolumeno bezonata por pozitiva premo estas limigita. La aervolumeno bezonata por 5Pa pozitiva premo kaj 10Pa pozitiva premo diferencas nur ĉirkaŭ 1 fojon hore. Kial ne fari tion? Evidente, estas pli bone preni la malsupran limon de pozitiva premo kiel 10Pa.

(3) La Usona Federacia Normo (FS209A~B) difinas, ke kiam ĉiuj enirejoj kaj elirejoj estas fermitaj, la minimuma pozitiva prema diferenco inter la pura ĉambro kaj iu ajn apuda malalt-pureca areo estas 0,05 coloj da akvokolono (12,5 Pa). Ĉi tiu valoro estis adoptita de multaj landoj. Sed la pozitiva prema valoro de la pura ĉambro ne estas, ju pli alta, des pli bone. Laŭ la faktaj inĝenieraj testoj de nia unuo dum pli ol 30 jaroj, kiam la pozitiva prema valoro estas ≥ 30 Pa, estas malfacile malfermi la pordon. Se vi fermas la pordon senatente, ĝi faros krakon! Ĝi timigos homojn. Kiam la pozitiva prema valoro estas ≥ 50~70 Pa, la interspacoj inter pordoj kaj fenestroj fajfos, kaj la malfortuloj aŭ tiuj kun iuj malkonvenaj simptomoj sentos sin malkomforte. Tamen, la koncernaj specifoj aŭ normoj de multaj landoj hejme kaj eksterlande ne specifas la supran limon de pozitiva premo. Rezulte, multaj unuoj nur celas plenumi la postulojn de la malsupra limo, sendepende de kiom granda estas la supra limo. En la efektiva pura ĉambro, kiun renkontis la aŭtoro, la pozitiva premo estas tiel alta kiel 100Pa aŭ pli, rezultante en tre malbonaj efikoj. Fakte, alĝustigi la pozitivan premon ne estas malfacila afero. Estas tute eble kontroli ĝin ene de certa intervalo. Ekzistas dokumento, kiu enkondukis, ke iu lando en Orienta Eŭropo difinas la pozitivan premon kiel 1-3mm H20 (ĉirkaŭ 10~30Pa). La aŭtoro kredas, ke ĉi tiu intervalo estas pli taŭga.