空氣過濾器典型使用場所分析
1 芯片廠
當(dāng)今,半導(dǎo)體芯片廠對(duì)生產(chǎn)環(huán)境空氣潔凈程度最挑剔,對(duì)空氣過濾器的要求也最苛
刻。粘在芯片上的粉塵可能造成斷路、短路而直接影響成品率。
芯片廠用的高效過濾器和風(fēng)機(jī)過濾單元(FFU)出廠前要經(jīng)過掃描測試。芯片廠不認(rèn)鈉焰法和DOP法的帳。芯片廠特別在意過濾器上可能的微量揮發(fā)元素。近幾年出現(xiàn)了聚四氟乙烯PTFE纖維高效過濾材料,這種材料沒有揮發(fā)物,但它帶靜電,過濾后的空氣要進(jìn)行電中和以消除離子,少了個(gè)隱患,多了個(gè)麻煩。
但當(dāng)芯片的線寬小到0.5um時(shí),人們發(fā)現(xiàn)空氣中的化學(xué)污染物成了影響成品率的主要危害,于是,后建的芯廠空調(diào)系統(tǒng)中普遍配置了化學(xué)過濾器。芯片廠說的化學(xué)過濾器就是活性炭過濾器,它的原理和制造工藝并不復(fù)雜。許多情況下,設(shè)計(jì)師和現(xiàn)場人員也說不清污染物的種類和濃度,因此,芯片廠用的化學(xué)過濾器應(yīng)具有兩個(gè)特點(diǎn):廣譜吸附性能、足夠多的吸附材料。如果能確定污染物種類,就可對(duì)吸附材料進(jìn)行有針對(duì)性的化學(xué)處理,以增強(qiáng)對(duì)特定污染物的吸附能力。過濾器供應(yīng)商有時(shí)還要提供相應(yīng)的現(xiàn)場檢測服務(wù),以幫助用戶確定化學(xué)過濾器的使用情況,這就要求供應(yīng)商中有搞化學(xué)過濾的專家,并與權(quán)威實(shí)驗(yàn)室有密切的關(guān)系。
半導(dǎo)體工業(yè)并非“無煙工業(yè)”,它也有環(huán)境問題。為降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),有些芯片廠的排風(fēng)系統(tǒng)也裝有化學(xué)過濾器。
2 機(jī)場空調(diào)系統(tǒng)
飛機(jī)場是賓客對(duì)城市的第一印象,機(jī)場空調(diào)系統(tǒng)表明主人的實(shí)力和空調(diào)設(shè)計(jì)師的水
平。在發(fā)達(dá)國家大型機(jī)場的空調(diào)系統(tǒng)中,空氣過濾器常見配置為:
G4~F6預(yù)過濾器→活性炭過濾器→F7末端過濾器
F7過濾器(Ashhae Dust-spot 85%)是上檔次的公共場所中最常見過濾器。經(jīng)過F7過濾器后,空氣含塵濃度可以達(dá)到旅游景區(qū)的水平。國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定候機(jī)廳可吸入顆粒物的濃度上限為0.15mg/m3,這是從衛(wèi)生角度考慮的最低要求,機(jī)場室外空氣也比這個(gè)濃度低.設(shè)計(jì)中,機(jī)場空調(diào)考慮的是檔次,而不僅僅是衛(wèi)生.
機(jī)場有汽油味,消除氣味的活性炭過濾器成了發(fā)達(dá)國家機(jī)場空調(diào)中的標(biāo)準(zhǔn)配置.這里沒多少技術(shù)可言.活性炭過濾器檢驗(yàn)機(jī)場投資者和運(yùn)營者的實(shí)力.
3 潔凈室末端過濾器
過濾器是通用產(chǎn)品,不管什么等級(jí)的潔凈室,所用的高效過濾器是一樣的.一但過濾器的品質(zhì)一有了保證,通風(fēng)參數(shù)(換氣次數(shù)或平均風(fēng)速)就成了決定潔凈工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。表3是潔凈室設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的一些因素。
表3 潔凈度、通風(fēng)參數(shù)與高效過濾器
ISO14644
分 級(jí) 對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)規(guī) 格 氣流形式 平均風(fēng)速 (m/s) 換 氣
次 數(shù) 末 端 過 濾
器 效 率 過濾器出廠
檢驗(yàn)方法
ISO1級(jí) ≥99.9999% 掃描
ISO2級(jí) U 0.3~0.5 ≥99.9999% 掃描
ISO3級(jí) 1 U 0.3~0.5 ≥99.999% 掃描
ISO4級(jí) 10 U 0.3~0.5 ≥99.999% 掃描
ISO5級(jí) 100 U 0.2~0.5 ≥99.97% 總效率或掃描
ISO6級(jí) 1000 N,M 70~160 ≥99.97% 總效率或掃描
ISO7級(jí) 10000 N,M 20~70 ≥99.97% 總效率或掃描
ISO8級(jí) 100000 N,M 10~20 ≥99.97% 總效率或掃描
注:U-單向流,N-非單向流,M-單向與非單向混合流
表2中的“平均風(fēng)速”只針對(duì)單向流潔凈室,這種潔凈室的平均風(fēng)速必須壓過粉塵的擴(kuò)散速度。表中的“換氣次數(shù)”是針對(duì)高3m左右的常規(guī)潔凈而言,這個(gè)參數(shù)通常僅對(duì)非單向流和混合潔凈室有意義。
目前國外高檔次潔凈室用的高效過濾器全部經(jīng)過掃描檢驗(yàn),由于歷史原因,有些要求不高的潔凈室仍使用經(jīng)過傳統(tǒng)的總效率方法測試的過濾器。
由于具體項(xiàng)目的要求不同以及設(shè)計(jì)理念的差異,設(shè)計(jì)師對(duì)換氣次數(shù)的平均風(fēng)速選取也會(huì)不同。近幾年,國內(nèi)設(shè)計(jì)潔凈室的換氣次數(shù)有提高的趨勢。
國內(nèi)制藥行業(yè)GMP規(guī)范中有個(gè)“30萬級(jí)”。30萬級(jí)的環(huán)境相當(dāng)于風(fēng)平浪靜的近海海面、“環(huán)境質(zhì)量優(yōu)”的景區(qū)。要獲得30萬級(jí),多數(shù)情況下沒必要加裝末端高效過濾器,在空調(diào)系統(tǒng)中選用好一些的過濾器(效率級(jí)別F8~H10)就可以了。
“提高過濾器的過濾效率可以降低換氣次數(shù)”,這是個(gè)十分可怕的念頭。潔凈室的主要塵源是人和設(shè)備,相比之下,經(jīng)高效過濾器進(jìn)入室內(nèi)的粉塵量要少得多,如果通風(fēng)參數(shù)相同,選用99.9999%過濾器與選用99.97%過濾器,潔凈室的潔凈程度不會(huì)有多少差別。單向流潔凈室的平均風(fēng)速至關(guān)重要,如果風(fēng)速壓不住粉塵擴(kuò)散速度,使用再好的過濾器也白搭。
非單向流潔凈室也稱“亂流”潔凈室,另有個(gè)形象的稱呼叫稀釋型(dilutiontype)潔凈室。這種潔凈室的平均風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于粉塵擴(kuò)散速度,送風(fēng)僅起稀釋作用,由于這類潔凈室內(nèi)操作人員相對(duì)地多、設(shè)備和生產(chǎn)過程發(fā)塵量也較大,所以過濾器效率的高低不再是潔凈度的決定因素,因?yàn)樽畈罡咝н^濾器的其效率也會(huì)是99.97%,它足以滿足稀釋室內(nèi)粉塵濃度的要求。
國內(nèi)曾有種觀點(diǎn),10萬級(jí)潔凈室可以選用“亞高效”過濾器(對(duì)≥0.5um粒子的過濾效率≥95%),其理由是亞高效過濾器便宜、阻力小。就價(jià)格而言,目前市場上同樣尺寸規(guī)格的亞高效過濾器并不比高效過濾器便宜多少。選用亞高效過濾器時(shí),潔凈室的換氣次數(shù)要明顯增大,為此,空調(diào)系統(tǒng)要加大、過濾器的數(shù)量要增多,由此造成投資的增加遠(yuǎn)高于高效與亞高效過濾器間的差價(jià)。在生產(chǎn)過程中,高效過濾器要進(jìn)行逐臺(tái)測試,而亞高效 只進(jìn)行少量抽測。兩者的外觀可能一樣,但品質(zhì)卻有明顯差別。在潔凈室使用亞高效過濾器,這種作法只會(huì)讓你花冤枉錢。
4 潔凈度分級(jí)
1963年,美國潔凈室標(biāo)準(zhǔn)FED-STD-209中,按每立方英尺中≥0.5mm粉塵數(shù)量的最高允許濃度,將潔凈室分成若干等級(jí),如100級(jí)、10,000級(jí)、100,000級(jí)。世界上許多國家都加以效仿。
1999年,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO頒布了一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)《ISO14644-1 潔凈室與受控潔凈環(huán)境》第一部分:空氣潔凈度分級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)中采用了新的分級(jí)。
2001年,中國新頒布的潔凈室設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中采用了ISO分級(jí)。
ISO潔凈度等級(jí)以及與傳統(tǒng)分級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
ISO14644
分級(jí) 最高濃度極限(顆粒數(shù)/m3) 近似對(duì)應(yīng)
傳統(tǒng)規(guī)格
mm 5.0m 1.0m 0.5m 0.3m 0.2 0.1
ISO 1 10 2
ISO 2 100 24 10 4
ISO 3 1000 237 102 35 8 1
ISO 4 10000 2370 1020 352 83 10
ISO 5 100000 23700 10200 3520 832 29 100
ISO 6 1000000 237000 102000 35200 8320 293 1000
ISO 7 352000 83200 2930 10000
ISO 8 3520000 832000 29300 100000
ISO 9 35200000 8320000 293000
5 汽車涂裝空氣過濾
若5um的粉塵混入漆塵,人的肉眼就可以看到由粉塵造成的瑕點(diǎn)。為了保證轎車油漆質(zhì)量,汽車制造廠的涂裝車間(油漆車間)使用大量空氣過濾器。
噴漆線一般是個(gè)很長的隧道,車身在隧道中歷經(jīng)各種工序。整個(gè)隧道的頂部覆蓋有一層厚實(shí)的無紡布,新風(fēng)穿過無紡布均勻地進(jìn)入隧道。這層無紡布的作用是阻尼均流,它有些過濾作用,又是濾材廠家生產(chǎn)的,所以人們習(xí)慣地把它歸到空氣過濾器。這層阻尼材料的效率規(guī)格大致相當(dāng)于F5。過濾效率高低在此其實(shí)并不重要,重要的是材料本身要均勻,出風(fēng)面不能掉毛。
噴漆線的主過濾器設(shè)在阻尼層的上方,或設(shè)在空氣處理機(jī)組內(nèi)。主過濾器的效果規(guī)格為F5~F7,主過濾器一般為普通的袋式過濾器,決定噴漆隧道空氣水平的是這一級(jí)過濾器,而不是最靠近隧道的那層阻尼材料。主過濾器之前還要有預(yù)過濾器。近些年新建涂裝車間多選用進(jìn)口生產(chǎn)線或仿造進(jìn)口的生產(chǎn)線,所以袋式過濾器大都是592×592mm(名義尺寸24” ×24”)的通用規(guī)格。
在涂裝車間的烘烤生產(chǎn)線上,送風(fēng)溫度在200℃左右,由于空氣處理器中的加熱裝置可能發(fā)塵,所以過濾器要放在加熱裝置之后,這要求過濾器能夠長期承受200~250℃的高溫。此處過濾器的效率規(guī)格一般為F7~F8,過濾器全部都是有隔板結(jié)構(gòu),褶距約8mm的玻纖濾紙由瓦楞狀的鋁箔隔開。由于要耐高溫,濾紙與過濾器金屬外框間的粘合與密封問題是關(guān)鍵,密封結(jié)構(gòu)要可靠,密封材料的成本又不能太高。過濾器上的密封墊多為有彈性的玻璃纖維氈墊。烘烤生產(chǎn)線有隔板過濾器的外形尺寸為610×610×292mm。烘烤生產(chǎn)線的預(yù)過濾器設(shè)在送風(fēng)機(jī)組的入口端,所以沒有耐溫要求。預(yù)過濾器多選用效率較低的普通袋式過濾器,為了方便管理,烘烤線的預(yù)過濾器與噴漆線的預(yù)過濾器經(jīng)常為同一規(guī)格型號(hào)。
硅酮是一種很好的材料,可以用來做潤滑劑、粘接劑、密封材料,甚至曾用做隆胸填料,汽車上到處用到硅酮。但汽車廠的涂料車間卻特別忌諱硅酮,因?yàn)榻饘俦砻嬲瓷瞎柰,漆層就?huì)起泡。涂裝車間明文禁用任何硅酮,過濾器供應(yīng)商應(yīng)該仔細(xì)檢查制造過程中所用的各種材料,尤其是粘合劑,確保其中不含硅酮。
6 核電站用的過濾器
核工業(yè)消耗大量過濾器,凡核工業(yè)用的過濾器統(tǒng)稱“核級(jí)過濾器”。從歷史上講核工業(yè)成就了諸如Cambridge、Camfil、Sofiltra、Vokes那些曾經(jīng)或依然紅火的過濾器公司。
為防止放射性粉塵的溢散,核電站的排風(fēng)系統(tǒng)需要大量高效過濾器。美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定這種高效過濾器的效率為:對(duì)0.3um的DOP粒子過濾效率99.97%。多數(shù)國家照搬美國標(biāo)準(zhǔn),有些國家規(guī)定了自己的試驗(yàn)方法,但過濾器性能與用美國方法測出的性能相當(dāng)。大多數(shù)核級(jí)高效過濾是傳統(tǒng)形式的有隔板過濾器,其中,濾材為玻纖濾紙,隔板采用0.038mm的鋁箔,外框是碳鋼或不銹鋼,濾紙與外框間的粘接劑為硅酮、PVC或其它耐溫材料,過濾器的迎風(fēng)面與背風(fēng)面有金屬保護(hù)網(wǎng)。核級(jí)過濾器的許多性能在平時(shí)屬于“多余性能”,那是為意外事故時(shí)的可靠性準(zhǔn)備的。
法國是無隔板過濾器的鼻祖,法國人 地核電站中用無隔板過濾器替代了傳統(tǒng)有隔板過濾器,韓國和中國進(jìn)咒罵了法國核電站,并各自實(shí)現(xiàn)了過濾器生產(chǎn)的本土化,除了上述三國,多數(shù)國家不敢在關(guān)鍵部位使用無隔板高效過濾器。
中國早期核反應(yīng)堆用的高效過濾器與美國的大同小異,后來,中國引進(jìn)了法國、加拿大、俄羅斯的技術(shù)。中國的核級(jí)過濾器數(shù)量不多,樣式不少。
甲基碘和碘是放射性元素鈾的裂變產(chǎn)物,為了清除空氣中的甲基碘蒸汽,核電站使用大量活性炭過濾器。這類用途的活性炭材料要經(jīng)過特殊的化學(xué)浸漬處理,以提高對(duì)甲基碘和碘的吸附能力。習(xí)慣上,核工業(yè)用的活性炭材料稱“活性炭”,活性炭過濾器稱為“碘吸附器”。與普通活性炭過濾器相比。核電站用的順炭層厚、吸附效率高、耐溫和抗震要求高。由于吸附是個(gè)放熱過程,溫度過高可能引燃活性炭,所以對(duì)碘吸附器有嚴(yán)格的耐溫要求。核燃料處理廠中甲基碘和碘的濃度很高,這時(shí)就不能再使用活性炭,而是采用不燃的多孔吸附材料來制造碘吸附器。
按消耗量計(jì)算,核電站中用量最大的是一般通風(fēng)用的過濾器。核電站用的通風(fēng)過濾器的形式多種多樣,其具體規(guī)格在建設(shè)初期就確定了,過濾器公司必須按原規(guī)格供貨。除非意外,業(yè)主和供應(yīng)商都不敢輕易改變?cè)牧、制造工藝、試?yàn)方法和供貨渠道。
核工業(yè)用的過濾器,其原理和結(jié)構(gòu)與其它行業(yè)用的過濾器沒多大差別。核工業(yè)過濾器不求高新、不搞市場經(jīng)濟(jì)、不侃價(jià)。安全第一,可靠第一。與其它行業(yè)相比,核工業(yè)用的過濾器要經(jīng)受更多的檢測項(xiàng)目,要經(jīng)過更多的認(rèn)證。那些檢驗(yàn)和認(rèn)證經(jīng)常是些政府把持的、與核工業(yè)有關(guān)的專門機(jī)構(gòu)來做。此外,過濾器供應(yīng)商必須具有可靠的資質(zhì)和信譽(yù),得到或多或少的政府支持,還要有相當(dāng)?shù)臉I(yè)績和相應(yīng)的技術(shù)實(shí)力。
附錄: 典型場所過濾器配置
場 所 主過濾
器效率 常 見 過 濾 元 件 特 殊 要 求 說 明
普通空調(diào)機(jī)組中的主過濾器 F5~F7 袋式、無隔板過濾器 過濾效率合理 衛(wèi)生,保護(hù)室內(nèi)裝潢,保護(hù)空調(diào)系統(tǒng)
普通空調(diào)機(jī)組中的預(yù)過濾器 G3~F5 各種便宜、使用方便的過濾器 容塵能力高,供貨有保證 保護(hù)空調(diào)系統(tǒng),保護(hù)下一級(jí)過濾器
高檔公共場所集中空調(diào)主過濾器 F7 袋式、無隔板過濾器 防止風(fēng)口黑漬,防止室內(nèi)裝潢褪色
機(jī)場航站樓 F7 袋式、無隔板過濾器 旅客第一印象
學(xué)校、幼兒園 F7 袋式、無隔板過濾器 防火 特殊安全考慮
診室與病房 F7~F8 袋式、無隔板過濾器 無營養(yǎng)物 防止交叉感染
博物館、圖書館 F7 袋式、無隔板過濾器 保護(hù)珍品
普通音像工作室 F7 袋式、無隔板過濾器 保護(hù)光學(xué)設(shè)備和制品
非均勻流潔凈室 HEPA 有隔板、無隔板高效過濾器 逐臺(tái)測試,無易燃材料,無營養(yǎng)物 過濾器裝在高效送風(fēng)口內(nèi)
均勻流潔凈室 HEPA ULPA 有隔板、無隔板高效過濾器 逐臺(tái)掃描檢驗(yàn),流速均勻 潔凈室末端
一般潔凈室預(yù)過濾 F8~H10 袋式、無隔板、有隔板過濾器 保證開端過濾器正常使用壽命
芯片廠10級(jí)、1級(jí)潔凈廠房 ULPA 無隔板ULPA過濾器 逐臺(tái)掃描檢驗(yàn),流速均勻,無揮發(fā)物 當(dāng)今對(duì)過濾器性能要求最高的過濾器
芯片廠10級(jí)、1級(jí)潔凈廠房預(yù)過濾 HEPA 無隔板、有隔板過濾器 承受高風(fēng)速 保證末端過濾器的使用壽命為“一輩子”
制藥行業(yè)30萬級(jí)潔凈廠房 F8~H10
HEPA 袋式、無隔板、有隔板過濾器 無營養(yǎng)物 末端過濾器可以設(shè)在中央空調(diào)器內(nèi)
負(fù)壓潔凈室排風(fēng)過濾 HEPA 無隔板、有隔板過濾器 可靠 禁止危險(xiǎn)物品的排放
轎車涂裝流水線主過濾器 F4~F7 袋式過濾器 不含硅酮,不掉毛,阻燃 滿足面漆無疵點(diǎn),保護(hù)均流材料
轎車烤漆流水線主過濾器 F6~F7 耐高溫有隔板過濾器 不含硅酮 工藝要求
高要求靜電噴涂生產(chǎn)車間 F7~F8 袋式、無隔板過濾器 不含硅酮,不掉毛 保證外觀無疵點(diǎn)
核電站排風(fēng) HEPA 有隔板、無隔板過濾器 防火、耐沖擊、專門機(jī)構(gòu)認(rèn)證 防止核污染
采用集中空調(diào)的機(jī)房、交換臺(tái)、中控室 F5~F7 袋式、無隔板過濾器 防止因灰塵引起的散熱不良和電路故障
采用柜式空調(diào)的機(jī)房、交換臺(tái)、中控室 G3~F5 簡易的平板過濾器 因場地限制,很難采用其它形式的過濾器
化纖抽絲工序 F8 袋式過濾器 防斷絲,防“煤灰紗”
紡紗車間 G4~F7 袋式過濾器,靜電過濾器 防“煤灰紗”
食品工業(yè) F7 袋式、無隔板過濾器 無營養(yǎng)物 生產(chǎn)環(huán)境的衛(wèi)生
潔凈工作臺(tái),風(fēng)淋室 HEPA 有隔板、無隔板高效過濾器
軋鋼主電機(jī) F7 袋式過濾器 阻燃 防止因粉塵造成的電機(jī)故障
卷煙廠中央空調(diào) F7 自潔式過濾裝置,傳統(tǒng)袋式過濾器 國內(nèi)煙草行業(yè)目前流行自潔式過濾裝置
家庭中央空調(diào) G3~G4 平板過濾器 便宜、美觀 擺在超市的商品
普通家用空調(diào) -- 尼龍網(wǎng) 可清洗 阻擋纖維和粗粉塵
風(fēng)沙地區(qū)預(yù)過濾 -- 慣性除塵裝置,水浴除塵裝置,卷簾過濾器 清除大顆粒粉塵,只在刮風(fēng)時(shí)工作
燃?xì)廨啓C(jī)與離心式空壓機(jī) F7~F8 無隔板、袋式、有隔板過濾器、自潔式過濾器 抗沖擊,阻燃,憎水 防止設(shè)備內(nèi)部結(jié)垢、磨損、腐蝕
軸流式空壓機(jī) F5~F7 無隔板、袋式過濾器 抗沖擊,憎水 防止葉片磨損
往復(fù)式空壓機(jī)、內(nèi)燃機(jī) G3~F5 袋式過濾器,濾清器,平板過濾器 抗沖擊,耐超阻 防止汽缸磨損
高級(jí)轎車空調(diào) F7 無隔板過濾元件 防塵,防花粉
高檔家用吸塵器 F7 HEPA 無隔板過濾元件 結(jié)實(shí),抗水 防止排風(fēng)二次污染
潔凈室用吸塵器 HEPA 無隔板過濾元件 結(jié)實(shí),抗水 防止排風(fēng)二次污染
家用空氣凈化器 F7~F9
HEPA 筒狀和方形無隔板過濾元件 便宜,美觀 擺在超高的商品
防毒面具 HEPA 無隔板過濾元件 耐溫,抗水 常與活性炭組合使用
注1:“主過濾器”指系統(tǒng)中最末一級(jí)過濾器,或指定部位的過濾器。
注2:表中的效率規(guī)格采用歐洲現(xiàn)行規(guī)格,有些行業(yè)和地區(qū)不使用這種規(guī)格
注3:表中未列出壓縮空氣使用的過濾器,那些行業(yè)稱其為“濾清器”。
引起空調(diào)性能下降造成的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用最好過濾器的費(fèi)用。