凈化空調(diào)系統(tǒng)中的過濾器選擇原則
摘要：介紹潔凈度級別和過濾器效率，將凈化廠房分為3個級別：100級、10000級、100000級。從兩個方面分析了空氣凈化系統(tǒng)的過濾器組合對潔凈度和過濾器壽命的影響，針對目前出現(xiàn)的問題進行了分析，提出了相應(yīng)的對策。
關(guān)鍵詞：過濾器；濾器效率；潔凈度；終阻力；沉降粒子；浮游粒子
0·引言
隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路集成度的不斷提高，在影響成品率的諸多原因中塵埃導(dǎo)致的比例不斷增大，同時足以使電路芯片短路報廢的塵埃粒子的直徑也必然越來越小。在凈化間的一些技術(shù)參數(shù)如：潔凈度、溫濕度、氣流組織、化學污染的含量、正壓值等中間，空調(diào)系統(tǒng)的過濾器組合與廠房的潔凈度有密切的關(guān)系。選擇合理的空氣過濾器效率級別和空氣過濾器的組合對保證廠房的潔凈度級別、減少過濾器更換頻度、增加過濾器的壽命、降低運行成本有著重要的意義。本文在分析潔凈度級別的標準和評價過濾器技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，對我公司所做工程首鋼前工序百級凈化間的空氣凈化系統(tǒng)的過濾器使用狀況進行了分析，并提出相應(yīng)的改進措施。
1·潔凈度級別及過濾器效率
1.1潔凈度級別
國內(nèi)外有代表性的劃分潔凈度級別的制度有兩種：英制和公制。
英制有美國聯(lián)邦標準209、美國國家航空和宇宙航行局NASA標準、最新美國聯(lián)邦標準FS2 0 9 D。
公制有英國標準BS5295、前蘇聯(lián)標準ГCTII-1 7 0-0 5 0.0 0 l-7 3、聯(lián)邦德國工程師學會標準VDl2083、日本工業(yè)標準JIS、中國標準和國際標準ISO 14644等。
下面以有代表性而且為許多國家通用的美國聯(lián)邦標準FS 209D為例說明：
根據(jù)美國聯(lián)邦標準FS 209D的規(guī)定（見表1），含塵濃度作為評價潔凈度級別的濃度限定值。評價方法是：在潔凈室工作區(qū)平面上多點采樣，各點在一段時間內(nèi)連續(xù)測得含塵濃度平均值，如果滿足表1條件，則認為此潔凈室工作區(qū)達到該濃度限定值所對應(yīng)的潔凈度級別。
1.2過濾器的主要性能指標
式中：A為濾料層結(jié)構(gòu)特性系數(shù)；B為過濾器結(jié)構(gòu)阻力系數(shù)；u為過濾器面風速，m/s；n為試驗指數(shù)。容塵量：當過濾器的阻力（在額定風量下）達到終阻力時，過濾器所容納的塵埃質(zhì)量。
1.3過濾器效率檢測方法和分類
（1）效率檢測方法
常用的效率檢測方法：計重法（粗效）、比色法（Dust-spot）（中效）、鈉鹽法（SodiumF l a m e）（中國高效）、D O P法（美國高效）、油霧法（俄羅斯高效）、熒光法（英國高效）、熒光素鈉法（法國高效）、大氣塵計數(shù)法（中國粗、中效）、MPPS法等。
（2）過濾器效率分類
過濾效率是在特定測試方法下的測試值，在標記效率值時必須注明相應(yīng)的測試方法，不同的國家有不同的表示方法，見表2。
2 ·現(xiàn)狀分析
此項目的潔凈廠房根據(jù)潔凈度的不同可以分為三類：100級、l0000級、100000級。
前工序作業(yè)室是l00級的凈化級別；前工序用力室和后工序的中測、組立、封入是l0000級凈化級別；選別和64M車間是l00000級的凈化級別。下面分別介紹一下不同級別凈化間的空氣凈化系統(tǒng)流程圖。
l00級的空氣凈化系統(tǒng)：
l00000級的空氣凈化系統(tǒng)：
下面從兩個方面分析空氣凈化系統(tǒng)的過濾器組合對潔凈度及過濾器壽命的影響：
（1）對潔凈度的影響
檢測凈化間的潔凈度的方法一般有以下幾種（以0.3μm、100 class為例）：
a）新工程完工后要做高效過濾器的掃描檢漏標準：0.3μm以上粒子連續(xù)增加為0個。
目的：檢查高效過濾器的安裝及與凈化間的接縫處，有無破損和裂縫，有無塵埃泄漏。
檢測器：Lasair-110、測定用的臺車等。
試驗條件：動力空調(diào)系統(tǒng)運行良好，環(huán)境滿足凈化要求。
測定點：全部高效過濾器。
測定方法：高效過濾器區(qū)域（作業(yè)室）。
采樣口與高效過濾器的距離30 mm，掃描速度50 mm/s。
檢查高效過濾器的平面及周邊有無塵埃泄漏。
b）沉降粒子
標準：粒子總數(shù)增加不超過100個，塵埃的增加數(shù)<100個，當超出規(guī)格時，需再檢一次。試驗條件：動力空調(diào)系統(tǒng)運行良好，環(huán)境滿足凈化要求。
測定方法：將符合要求的參考片（要求塵埃初始值總數(shù)<50個）水平放硅片盒上；經(jīng)過24 h后，測定并計算塵埃數(shù)之差。
c）浮游粒子
標準：作業(yè)室0.3μm以上粒子<35個/CF，用力室0.5μm以上粒子<1000個/CF。
測定方法：將激光粒子計數(shù)器的采樣流量調(diào)整到1CFM，連續(xù)檢測3 min，取平均值，測定高度在工作面區(qū)域約為800 mm~1200 mm。此方法是工程中經(jīng)常采用的方法。一般情況下，最末一級過濾器的過濾效率決定凈化間的潔凈度級別，以0.3μm、100級潔凈間的空氣凈化系統(tǒng)為例分析，工程實踐中一般要選擇0.12μm、99.999%的ULPA（U15）。
外氣經(jīng)過噴淋（相當于比色法30%），又經(jīng)過高效過濾器（HEPA）和超高效過濾器（ULPA）后，檢測凈化間的塵埃分布為：0.1μm~0.3μm的塵埃為8.76個/ft3；大于等于0.3μm的塵埃為35個/ft3。與表1比較發(fā)現(xiàn)可以滿足凈化間的凈化級別。因此，選擇最末一級過濾器的過濾效率對滿足凈化間的凈化級別有重要的意義。
（2）對過濾器壽命的影響
以l00級潔凈間的空氣凈化系統(tǒng)為例分析：
現(xiàn)在的系統(tǒng)中由于在冬季安裝上化學過濾器后，活性炭粒的發(fā)塵量較大致使后面的高效過濾器容易堵塞，阻力增加較快導(dǎo)致更換頻繁。另外，100級潔凈間的過濾器級別的級差比較大，例如：粗中效和高效之間相差10級，致使前一級過濾器不能很好地保護高效過濾器，導(dǎo)致高效過濾器壓差經(jīng)常超標，更換比較頻繁。1997年10月到1998年3月間前工序空調(diào)系統(tǒng)13臺循環(huán)風機更換的高效過濾器數(shù)量見表3。
表3過濾器更換數(shù)量統(tǒng)計
有關(guān)資料表明，該高效過濾器在容塵量為1490 g/m2的情況下的預(yù)測壽命為100天，可見過濾器的實際壽命小于預(yù)測壽命。由于每臺高效過濾器價格為1078元/臺，經(jīng)計算僅半年時間過濾器由于壽命縮短導(dǎo)致增加的費用為2.7萬元。
此外，從以上空氣凈化系統(tǒng)的流程圖中還可以看出，10000級潔凈室的空氣過濾系統(tǒng)中兩級中效過濾器效率之間沒有級差，使前一級過濾器沒有起到保護后一級過濾器的作用。
使用過濾器的“終阻力”作為判斷過濾器失效的標準，在實際運行中存在許多問題：由于終阻力值與通過過濾器的風量密切相關(guān)，當風量發(fā)生變化時終阻力值也應(yīng)相應(yīng)發(fā)生變化。而在實際中保證過濾器的通風量不變是很難做到的，顯然根據(jù)過濾器的壓差是否超過終阻力值來判斷是否需要更換過濾器是不合理的。在實際運行中還需要根據(jù)凈化間的溫濕度、正壓值來判斷是否需要更換過濾器。當凈化間正壓下降時表示進入房間的新風量減少了，如果在系統(tǒng)設(shè)備運行正常的情況下，一般是由于過濾器堵塞，阻力增加導(dǎo)致系統(tǒng)風量減少所導(dǎo)致。
3·問題的對策
3.1選擇合理的過濾器組合和過濾器效率
一般情況下，最末一級過濾器和房間的換氣次數(shù)對凈化間的空氣潔凈度起決定作用，上風段的各級過濾器起到保護作用以延長末端高效過濾器的使用壽命或保護空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)備，如避免盤管集塵，換熱系數(shù)降低，以確保其正常工作。如果相連的兩級效率特別接近，則后一級負擔太??；如果級別相差太大，則后一級過濾器不能得到有效的保護。我公司的100級凈化間的空氣過濾系統(tǒng)中由于化學過濾器有發(fā)塵，導(dǎo)致其后面的高效過濾器更換頻繁（詳見表3），所以我們采取了在化學過濾器和高效過濾器之間加裝一級過濾器的方法使后一級過濾器的壽命得到延長，具體可以采取以下的空調(diào)系統(tǒng)：
通過采取以上的措施，雖然亞高效過濾器的更換頻度增加了，但是由于其成本低（200元/臺），只是高效過濾器成本的1/5，所以最終還是達到了降低成本的目的。
此外，為解決由于通過各個高效過濾器的風量不同而引起的個別循環(huán)空調(diào)機中的高效過濾器更換的頻度高的問題，可以在新風機中加裝化學過濾器和亞高效過濾器，將新風集中處理而不是將新風送到各循環(huán)風機中再進行處理，以減少由于各個循環(huán)風機風量的不同而增加的更換量。此問題已經(jīng)在我公司的新工程中得到了改善。在201#棟的新工程中新風空調(diào)機組采取的新流程如圖1所示。
3.2選擇合理的終阻力值
終阻力是當過濾器失效時即達到額定容塵量時的過濾器阻力值。終阻力值的選擇直接決定過濾器的使用壽命、空調(diào)系統(tǒng)風量變化范圍、系統(tǒng)能耗。一般情況下，終阻力值是初阻力值的2~3倍，而且與通過過濾器的風量有關(guān)，關(guān)系如圖2所示。
實際運行管理中可以根據(jù)過濾器廠家提供的風量―阻力曲線，查出在實際運行中通過過濾器的風量下所對應(yīng)的初阻力，然后根據(jù)初阻力計算出終阻力值，并依據(jù)實際運行中的情況對終阻力值進行修正，作為更換過濾器的標準。
總之，在凈化空調(diào)系統(tǒng)的運行維護中，過濾器作為易耗品占總運行成本的1/3，所以研究過濾器的使用情況降低更換頻度，對降低運行成本有十分重要的意義。
參考文獻
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