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空气净化系统末端分布装置的探讨

发布时间:2021/7/20      点击次数:564

空气净化系统末端分布装置中,高效过滤器的堵漏是一项十分困难的工作,而且实施的工作量很大。所谓堵漏是指高效过滤器安装后,要逐一经过检测,发现高效过滤器本身及其安装的泄漏所在,以便及时采取补救措施。这里提及的泄漏是指明显的“漏",它要比过滤器本身穿透率的量级高几倍甚至几十倍。渗漏并不是指由于过滤器明显的外形缺陷所造成的泄漏,而是指过滤器在制作、运输和安装过程中产生的肉眼难以发现的微孔和缝隙。因为高效过滤器本身的阻力很高,在其两侧很大的压力差的作用下,极易产生渗漏问题。
1、高效过滤器的渗漏问题
高效过滤器的渗漏成为高级别洁净室失败的关键。尽管有关的空气过滤器的标准与洁净室设计、施工和验收规范对过滤器的泄漏作了详细的规定,但是空气过滤器在制作、运输和安装过程中,总不断有机会造成过滤器的滤材、框架及安装接合面的渗漏,例如:
(1)过滤器的生产过程。从玻璃纤维、滤料到过滤器生产,均会导致最终过滤器穿透率的变化。如玻璃纤维线径的偏差,滤料的不均匀性,过滤器制作过程中滤料折叠损伤,操作擦伤,滤料与封胶的结合纰漏以及受热胀冷缩的影响,都会涉及过滤器的性能。高效过滤器成品的效率总是低于所采用的滤材的效率,这就说明在制作过程中存在着不可避免的渗漏。
(2)过滤器的运输过程。高效过滤器标准特意对存放、包装和运输作出特别的规定。在存放、包装和运输过程中人员接触过滤器的机会多,随时有可能出现碰撞或跌落;也有可能出现不合理的堆放及存放过程中环境温湿度过高或变化过大,都可能造成高效过滤器的渗漏。所以洁净室设计、施工和验收规范强调在高效过滤器安装前必须进行检漏。
(3 )过滤器的安装过程。为保证高效过滤器与框架间的安装合面的密封,总结出很多有效的密封技术措施。如靠机械挤压接合面间的弹性密封垫的固体密封;利用液体密封胶的表面粘着式密封;采用不干的非牛顿液体的油槽密封;使安装接合面始终保持低于室内压力的负压密封;封导结合的双环密封等,都是采用不让微粒泄漏出来的措施。尽管这些措施对宏观上的泄漏十分有效,但从微观上讲,对非常严格密封的框架部分渗漏还是难免的。尤其是框架较薄,过滤器四角的压紧螺栓拧紧程度略有不同,也会产生细微裂缝。由于一旦渗漏,就难以止漏,所以无论国内还是国外的规范、标准,也只能作出安装过程中高效过滤器允许渗漏范围。在以上三条可能产生的渗漏途径中,高效过滤器生产过程中的问题,可以通过事先的检漏、堵漏、筛选来保证出厂高效过滤器的质量。其它两个过程随意性较大,尤其是安装过程不易控制。
2、“阻漏"概念的提出
既然渗漏是难免的,由于种种原因即使某台高效过滤器超过允许渗漏范围,是否就导致整个洁净室不合格呢?对于洁净室,重点是应该室内工作区是否达到洁净度的要求。这对低级别的乱流洁净室来说也许问题不大,这是因为低级别的洁净室室内的含尘浓度的基准本来就很高,而且室内气流混掺、稀释性能好。即使某个高效送风口的渗漏,在到达工作区之前可能已与室内气流充分混合,浓度也可能已降低到室内所要求的浓度以下。但对单向流洁净室来说,洁净室室内的含尘浓度的基准很低,渗漏尤为关键,是洁净室失效的一个重要隐患。在全室良好的单向流的气流中,由于其平行的流线、单一的流向和均匀的流速,送风口某处高浓度的渗漏是以射流形式进入室内,可直接影响到工作区,单向流洁净室的高效过滤器的检漏至关重要。因此满布在顶棚或隔墙上的高效过滤器,必须比普通乱流洁净室的高效送风口的检漏要求高,否则一处局部的渗漏会导致整个送风面的失效。
那么变换一下思路,既然乱流气流可以通过混合、稀释来消除高效过滤器的局部渗漏,为什么单向流气流就不行?可设想经高效过滤器过滤后的洁净气流在进入洁净室前,先到达由具有过滤作用的匀阻层构成的静压腔内,即使高效过滤器的局部渗漏已超过允许的范围,由于在静压腔充分混合、稀释后,以大大降低了的浓度,再形成单向流进入室内。这样对于整个高效过滤器送风面来说,也许远远低于其总的允许范围,同样可形成合格的单向流气流。也就是说,如果从总的效果来看,使原来局部的“漏"变成了整体的“不漏",这个匀阻层客观上起到了阻挡渗漏的作用。这个“阻漏"概念的提出,改变了过去防止高效过滤器泄漏而采用的单纯的“堵"的防漏做法。
3、阻漏的结构形式
阻漏的结构形式主要由静压箱和阻漏层构成,成为空气分布部分,设置在室内;送风箱由高效过滤器和风机组成,成为送风部分,设置在室外或静压箱外;两者用普通风管或软管连接。要找到阻漏的最佳结构形式,应从静压箱和阻漏层入手。
(1)静压箱结构的影响
静压箱是阻漏结构形式的一个关键的部件。对“阻漏"来说,其作用不仅在于将动压转化为静压,起均压作用,而且主要还起混风作用,即经过滤后的气流在箱内充分混合,降低浓度。因此静压箱结构并不盲目要求加大其高度和出口阻力,而是采用一些措施,如在进风口设置气流均布器、混风板、双面进风口、出风整流装置等,既有利于改善箱内静压分布、有效降低静压箱的高度,也可保证箱内气流混合。
(2)阻漏层形成的影响
阻漏层的影响主要从阻力和过滤效率两方面考虑,这也涉及阻漏层材料的选择与安装。若从阻尼层的角度讲,要求构成静压腔的材料阻力大而均匀,对其过滤效率没有要求。而阻漏层的功能不同于阻尼层,对它的要求也自然不同。阻漏层的主要功能是使气流在静压腔内充分混合,阻力要求不高。阻力大当然对均流有好处,但过大增加了系统的阻力反而不合算。因此阻漏层的阻力要适中,不应大于50Pa。
阻漏层是否需要一定的过滤效率?多大的过滤效率才合适?一般来说,尽管腔内的气流经混合后的浓度相对来说较低,但是还是有一定的几率进入工作区。因此构成静压腔的材料应该要求具有一定的过滤效率,但并不要求与系统的末级过滤器效率相当。经理论分析和试验,选用亚高效滤料作为阻漏材料最为合适。另外,若阻漏层不具有一定的过滤效率,如同阻尼层一样,根据国内运行经验,净化系统停机后污染空气易倒灌。静压箱积尘尤其是阻尼层本身积尘对室内洁净度影响很大,难于清除,如用亚高效过滤器构成阻漏层,就可以轻易的避免这些弊病。
由于是阻漏的概念,而不是堵漏,使得对构成静压腔的亚高效阻漏层的安装要求大大下降。据实际检测,亚高效过滤器仅仅靠重力搁置在框架上就*符合了阻漏的要求,这样就大大简化了框架结构。
为了进一步改善出口气流速度分布均匀性和出口气流平行度,还可以在出口阻漏层后再设置整流装置。如将亚高效阻漏层与整流装置组合在一起,以提高单向流的质量。构成阻漏层的亚高效过滤器,可以是管式、折绕式或折叠式;构成孔板的孔洞形状、大小和开孔率等,可以根据气流、阻力和外观要求进行选择;静压箱和框架也可由需要而变化;总之结构的组合形式是多样的。
4、讨论
(1)阻漏结构有利于提高单向流质量
要提高单向流气流的质量,除了在上述静压箱和阻漏层方面采取一些技术措施外,还需要:1)扩大在送风面上过滤器的满布比;2)减少安装框架的影响。
对于传统的满布高效过滤器的顶棚或隔墙来说,这些都需要经过较大的努力才能实现。对于阻漏层来说,却可以十分轻易实现。由于送风面上布置的是阻漏层而不是高效过滤器,阻漏层很轻,边框较窄,又不需要固定,安装框架可以做得很纤巧,框架间距也可以做得大一些。能有效的提高过滤器的满布率,整个末端装置可以做得很轻巧。安装框架可采用铝型材,这样楔型、流线型或带灯管的框架等都能很容易实现,大大减少了安装框架对单向流的影响。
(2)阻漏结构使系统更灵活、有效
工艺对系统的灵活性要求很高,作为空气净化系统末端分布装置还要求:1)单向流的末端分布装置的尺寸和形状能满足工艺要求;2)送风口和单向流区域可随工艺变更作相应的变化;3)送风口的高低可随工艺需要任意调节。
由于送风面上布置的是阻漏层,末端送风装置无需受高效过滤器的尺寸及其排列组合形状的约束,阻漏层可以做成任意形状,以最佳尺寸满足工艺需要,使送风面设计更经济、有效。由于阻漏层很薄,阻力很低,箱体承压很小,对严密性要求不高,因此整个装置可以做得很轻巧,特别适合层高较低的洁净室。室内阻漏层箱体与高效过滤送风箱之间可采用软管连接。根据工艺需要,可以方便的变化送风口位置,允许作任意的水平移动。另外送风口也可作上下移动,任意调节风口的高低,有效保证区内洁净度,尤其适用于带状洁净区。在大空间的洁净厂房,整个顶棚可以做成一个静压箱,底面为龙骨结构。在不需要送风的地方设置盲板,需要送风的地方设置阻漏层。如工艺变更,只需要变化盲板和阻漏层的位置,就可以极为方便的实现送风口和单向流区域相应的变化。这些功能对传统的末端装置来说,是难于实现的。
对于乱流洁净室,为了有利于送风管路阻力平衡,最简易的方法是使各送风口的高效过滤器阻力相当。这会引起在不同洁净室中送风量与送风面积之间的矛盾。如低级别、小房间的送风口的实际风量会远小于高效过滤器的额定风量;高级别、大房间的送风口则会接近其额定风量,系统阻力难以平衡。采用“阻漏层"方法,可使系统中各高效过滤器均接近其额定风量。小房间可共用一个高效过滤器,大房间可变化阻漏层的面积,极其方便的平衡系统的阻力。此外用“阻漏层"方法还可以实现送风口最佳排列,也很容易形成带状送风口或幅流送风口。室内气流更经济、有效,又能防止污染空气倒灌。
(3)阻漏结构降低造价,简化施工,方便检漏
如上所述,对单向流洁净室中顶棚的高效过滤器不仅仅要求它有过滤作用,而且还要有均流作用和防漏作用。这三个作用的“耦合",必须要求在那么大面积上各高效过滤器同时满足三方面的需要。因此,施工和验收规范中对用作顶棚或隔墙的高效过滤器,不但有过滤效率要求,还有对高效过滤器的初阻力要求。要求各个过滤器的初阻力与全部过滤器的平均初阻力之差小于5%。并且为防止高效过滤器在安装框架上可能产生的泄漏,各种标准或规范都有严格、详细的规定。如此高的要求,而实际运行时通过顶棚高效过滤器的风量又只是它的额定风量的1/3,利用率不高,难于降低其造价。增加阻漏层并不一定就意味着增加造价,因为对于室内气流要求高的场所,高效过滤器顶棚的均流作用就不够了,不得不再添加阻尼层进一步起均流作用,也增加了造价。即使有的不需要阻尼层,也需要网板作为高效过滤器顶棚的保护层。用阻漏层替代阻尼层和保护层,其造价不会高多少。高效过滤器可以安装在顶棚静压箱的侧面或直接安装在邻近的机房内,仅起过滤作用,不起均流作用,与过滤器的初阻力差异无关。由于可以直接采用其额定风量而大大减少了过滤器的台数。另外,采用了亚高效过滤器作阻漏层,不需要在阻漏层与框架间堵漏;阻漏层具有一定的阻力,实际上也起了均流作用。日常维修或更换高效过滤器不必进入室内,这对无菌要求很高的洁净室来说尤为重要。因此阻漏这种概念,降低了造价,简化了施工,方便了检漏。
用洁净室手术室为例来说明“阻漏"这一技术措施的积极作用。通常标准的洁净手术室其长*宽为6m*6m,中间手术台正上方布置3m*4m的局部单向流送风口,按常规做法风口满布高效过滤器,需要设置484mm*484mm高效过滤器48台。断面风速为0.135m/s,风量为15120m3/h。这48台高效过滤器每台必须都同时满足过滤(实际穿透率不应大于出厂合格穿透率的3倍)、均流(每台初阻力与所有各台平均初阻力相差小于5%)和堵漏(48个面与192条边检漏)三个方面的要求,无论哪一方面疏忽,均可能导致整个送风面的失败。
如采用阻漏层的方法,高效过滤器集中设置,该洁净手术室只需要484mm*484mm高效过滤器16台就够了。而对这16台高效过滤器的要求远远低于安装在顶棚上的要求。即使由于种种原因其中一台高效过滤器的实际穿透率大于出厂合格率的3倍,甚至40倍,由于气流在进入静压箱之时或之后已得到充分混合,也会保证整个送风面的成功。另外,高效过滤器的使用寿命主要取决于前置过滤器,尤其是新风过滤器的保护,而不是仅仅取决于设计风量与额定风量的比例。由此可见,阻漏层的结构使单向流送风装置大大简化,成功率大大提高。

 



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