浅谈现代化工厂洁净室的设计
四川华锐净化 2019-03-31 13:44:22 阅读
摘要：本文主要的工作目的是通过主要空气净化设备使空气依次通过过滤效率由低到高的初、中、高三级过滤器，将其吸附在过滤器上微粒，经过加热（冷却）、加（去）湿等一系列处理过程，设计出洁净度达到千级的、对工作环境温湿度有严格控制的洁净室。
关键字：组合式净化空调机组高效送风口回风口空气吹淋室余压阀
1 引言
随着现代工业高速发展，其产品技术含量更为复杂，为适应愈来愈多的行业依赖于洁净无尘室内生产和装配自己的产品，保证设备的质量稳定和高使用寿命。我单位在产品组装时 由于对环境的要求越来越高，为保证产品质量，需要在洁净的工况进行生产，为此我设计了一个洁净度达到千级的、对工作环境温湿度有严格控制的洁净室。
2 洁净室设计简介
2.1空气洁净度标准
空气洁净技术就是建立洁净环境的技术，洁净环境的主要品质是空气洁净度。空气洁净度是指洁净空气环境中空气含尘量多少的程度，含尘浓度高的洁净度低，含尘浓度低的则洁净度高，空气洁净度标准或级别，就是以含尘浓度来划分的。也就是把从某一个低的含尘浓度起到不超过另一个高的含尘浓度止，这一个含尘浓度范围定为某一个空气洁净度级别，空气洁净度级别是评价空气洁净环境的核心指标。我国《洁净厂房设计规范》规定了洁净厂房空气洁净度等级标准，见表1。
表1：洁净厂房空气洁净度等级
空气洁净度等级 相当于ISO级别 尘粒粒径(μm) 尘粒数(个/m3)
含尘浓度
100级 5 ≥0.5 ≤3,520
≥5 ≤29
1000级 6 ≥0.5 ≤35,200
≥5 ≤2,93
10000级 7 ≥0.5 ≤352,000
≥5 ≤2,930
空气洁净技术的目的，就是要最大限度地将空气介质中的悬浮微粒过滤清除。
2.2洁净室设计原理
所谓洁净室就是为保持室内要求的洁净度等级，采用空气过滤等措施所尽力创造的室内空间，是空气洁净技术创造洁净微环境的最重要、最具代表性的措施。具体的说，就是使空气依次通过过滤效率由低到高的初、中、高三级过滤器，利用微粒的惯性作用和扩散作用将其吸附在过滤器上，再经过加热（冷却）、加（去）湿等一系列处理过程，将净化后的空气通过通风管道送入洁净室，以达到洁净室内空气洁净度等级的要求。
3 洁净室主要参数设计
注油间洁净室属于洁净厂房设计范畴，对于洁净厂房所代表的工业洁净室，是以控制无生命的灰尘微粒的污染为主要任务。二者有机结合起来，为人们提供了一个温湿度适宜、空气洁净的工作环境 。如无特指，下文中的洁净室皆是指注油间洁净室。
3.2洁净室主要参数计算
洁净室的主要性能指标有：洁净度、温湿度、照度、噪声等。下面主要讲述洁净室室内洁净度的计算及校核。
3.2.1取值
换气次数
换气次数是洁净度的量化指标，每一种洁净度级别均对应着不同的换气次数。按照《洁净厂房设计规范》，无特殊要求的千级洁净室的换气次数可取n＝50～60次/h，本次设计取n＝55次/h。
送风量QS
QS=V*n=65*2.8*55=10000 m3/h
新风量Qx
新风的冷（热）湿负荷很大，可占到整个洁净室的1/2以上，为节约能源，就要尽可能地减小新风量。按照《洁净厂房设计规范》，当室内人数为3人时，最小新风量为：Qx1=40x3=120 m3/h；当维持室内+15Pa压力时，最小新风量为：Qx2=65x2.8x2.5=455 m3/h，则新风量为：
Qx=Max(Qx1, Qx2)=455 m3/h，取500m3/h。
3.2.2校核
由于洁净室内设备布置的不均匀性和室内工作人员动作的不可避免性，室内微粒的分布呈不均匀性，因此按照不均匀分布理论校核含尘浓度。
由《空气洁净技术原理》，查得：
Nv=ψ（Ns +）粒/L ………………………………………(1)
其中，Ns =M（1-s）（1-ηn）粒/L…………………………………(2)
Nv：尘粒不均匀分布条件下室内稳定含尘浓度，粒/L
Ns：送风含尘浓度，粒/L
M：设计大气尘浓度，取M=106粒/L
n：换气次数，次/h，本次设计取n=55次/h
ψ：不均匀系数，可由表2确定：
s：回风占送风量的比值，s =（10000-500）/10000=0.95
ηn:新风通路上的过滤器效率
由于新风的含尘浓度远远大于回风，为最经济有效地保护空调机组内的高中效过滤器，新风过滤器选用G3（粗效）+F6（中效）组合式过滤器，η1=0.2，空调机组内设F8（高中效过滤器）η2=0.5，洁净室内设H12（高效过滤器），η3=0.9999，
则计算得：ηn=1-（1-η1）（1-η2）（1-η3）=0.99996
G：单位容积发尘量，粒/m3·min
根据《空气洁净技术原理》图13-1查得：
工人着一般尼龙服，轻微劳动时，洁净室单位容积发尘量为： G=1.2x104粒/m3·min
将以上数值分别带入公式1和2，则有：
Nv=16.4粒/L=16400粒/m3
3.2.3结论
由于Nv=16400粒/m3，小于表一关于千级洁净室含尘浓度的规定，因此当洁净室内最多3人工作，工人着一般尼龙服，轻微劳动时，取换气次数n=55次/h可以满足千级洁净室对洁净度的要求。
4 洁净室主要空气净化设备
4.1组合式净化空调机组
组合式空调机组由新回风混合段、初效过滤段、风机段、热湿处理段、高中效过滤段、整流出风段组成。它的主要选型参数为：风量、风压、制冷（热）量、加湿量、噪声指标等，下面主要介绍一下风量和风压的参数计算。
风量
由前面计算，得送风量QS=10000 m3/h，新风量Qx= 500m3/h，则：回风量QH= QS -QS =9500 m3/h。
风压
《洁净厂房设计规范》规定：“空气过滤器的终阻力宜按初阻力的两倍计算”，初阻力为：高效过滤器200～250Pa，中效过滤器80～100Pa，粗效过滤器50Pa，三级过滤器初阻力之和为330～400Pa，终阻力为660～800Pa，再加上空调机组本身的阻力约为250～300Pa，管道阻力200Pa，则空调机组内风机的全压应为1110～1300Pa。
4.2高效送风口
装设在洁净室内的高效送风口是保护洁净室不受污染的最后一道屏障，因此它的性能直接关系到洁净室的含尘浓度是否合格。它不仅要有较高的过滤效率，内设η3=0.9999 的H12型高效过滤器，还要有较好的均压、扩散性能，使送出的洁净气流更加均匀、稳定。在相同的过滤器和换气次数条件下，送风口越多，气流挤压作用越明显，从而使室内尘浓降低。
5 洁净室空气净化系统原理图
一定量的新鲜空气经过初步过滤后进入到组合式空气处理机组，与从洁净室内回收的一部分空气一起，通过风机加压、热湿处理、杀菌、过滤、均流、消声等一系列处理过程，将洁净无菌、清新怡人的空气通过洁净风管送入洁净室，通过气流的“稀释”作用降低洁净室的室内含尘浓度。为平衡压力，洁净室内的“多余”空气经由余压阀排向室外。
根据《通风与空调工程施工质量验收规范》，空调送风主管内的风速为v1= 8～10m/s，无送回风口的支管风速为v2=5～7m/s，有送回风口的支管风速为v3=3～5m/s，前面计算得送风量QS=10000 m3/h，则单个高效送风口处的送风量QDS=QS/8=1250m3/h，带入公式风管截面积S=Q/v ，得到v1、v2、v3处的送风管管径分别：320x320、500x500、630x500。由于真空泵间内遍布注油间抽真空系统的设备及工艺管道，因此将空调机组高架至下标2.5m处安装，这样既有效利用了真空泵间的空间，又节省了送、回风管道。
关键字：组合式净化空调机组高效送风口回风口空气吹淋室余压阀
1 引言
随着现代工业高速发展，其产品技术含量更为复杂，为适应愈来愈多的行业依赖于洁净无尘室内生产和装配自己的产品，保证设备的质量稳定和高使用寿命。我单位在产品组装时 由于对环境的要求越来越高，为保证产品质量，需要在洁净的工况进行生产，为此我设计了一个洁净度达到千级的、对工作环境温湿度有严格控制的洁净室。
2 洁净室设计简介
2.1空气洁净度标准
空气洁净技术就是建立洁净环境的技术，洁净环境的主要品质是空气洁净度。空气洁净度是指洁净空气环境中空气含尘量多少的程度，含尘浓度高的洁净度低，含尘浓度低的则洁净度高，空气洁净度标准或级别，就是以含尘浓度来划分的。也就是把从某一个低的含尘浓度起到不超过另一个高的含尘浓度止，这一个含尘浓度范围定为某一个空气洁净度级别，空气洁净度级别是评价空气洁净环境的核心指标。我国《洁净厂房设计规范》规定了洁净厂房空气洁净度等级标准，见表1。
表1：洁净厂房空气洁净度等级
空气洁净度等级 相当于ISO级别 尘粒粒径(μm) 尘粒数(个/m3)
含尘浓度
100级 5 ≥0.5 ≤3,520
≥5 ≤29
1000级 6 ≥0.5 ≤35,200
≥5 ≤2,93
10000级 7 ≥0.5 ≤352,000
≥5 ≤2,930
空气洁净技术的目的，就是要最大限度地将空气介质中的悬浮微粒过滤清除。
2.2洁净室设计原理
所谓洁净室就是为保持室内要求的洁净度等级，采用空气过滤等措施所尽力创造的室内空间，是空气洁净技术创造洁净微环境的最重要、最具代表性的措施。具体的说，就是使空气依次通过过滤效率由低到高的初、中、高三级过滤器，利用微粒的惯性作用和扩散作用将其吸附在过滤器上，再经过加热（冷却）、加（去）湿等一系列处理过程，将净化后的空气通过通风管道送入洁净室，以达到洁净室内空气洁净度等级的要求。
3 洁净室主要参数设计
注油间洁净室属于洁净厂房设计范畴，对于洁净厂房所代表的工业洁净室，是以控制无生命的灰尘微粒的污染为主要任务。二者有机结合起来，为人们提供了一个温湿度适宜、空气洁净的工作环境 。如无特指，下文中的洁净室皆是指注油间洁净室。
3.2洁净室主要参数计算
洁净室的主要性能指标有：洁净度、温湿度、照度、噪声等。下面主要讲述洁净室室内洁净度的计算及校核。
3.2.1取值
换气次数
换气次数是洁净度的量化指标，每一种洁净度级别均对应着不同的换气次数。按照《洁净厂房设计规范》，无特殊要求的千级洁净室的换气次数可取n＝50～60次/h，本次设计取n＝55次/h。
送风量QS
QS=V*n=65*2.8*55=10000 m3/h
新风量Qx
新风的冷（热）湿负荷很大，可占到整个洁净室的1/2以上，为节约能源，就要尽可能地减小新风量。按照《洁净厂房设计规范》，当室内人数为3人时，最小新风量为：Qx1=40x3=120 m3/h；当维持室内+15Pa压力时，最小新风量为：Qx2=65x2.8x2.5=455 m3/h，则新风量为：
Qx=Max(Qx1, Qx2)=455 m3/h，取500m3/h。
3.2.2校核
由于洁净室内设备布置的不均匀性和室内工作人员动作的不可避免性，室内微粒的分布呈不均匀性，因此按照不均匀分布理论校核含尘浓度。
由《空气洁净技术原理》，查得：
Nv=ψ（Ns +）粒/L ………………………………………(1)
其中，Ns =M（1-s）（1-ηn）粒/L…………………………………(2)
Nv：尘粒不均匀分布条件下室内稳定含尘浓度，粒/L
Ns：送风含尘浓度，粒/L
M：设计大气尘浓度，取M=106粒/L
n：换气次数，次/h，本次设计取n=55次/h
ψ：不均匀系数，可由表2确定：
s：回风占送风量的比值，s =（10000-500）/10000=0.95
ηn:新风通路上的过滤器效率
由于新风的含尘浓度远远大于回风，为最经济有效地保护空调机组内的高中效过滤器，新风过滤器选用G3（粗效）+F6（中效）组合式过滤器，η1=0.2，空调机组内设F8（高中效过滤器）η2=0.5，洁净室内设H12（高效过滤器），η3=0.9999，
则计算得：ηn=1-（1-η1）（1-η2）（1-η3）=0.99996
G：单位容积发尘量，粒/m3·min
根据《空气洁净技术原理》图13-1查得：
工人着一般尼龙服，轻微劳动时，洁净室单位容积发尘量为： G=1.2x104粒/m3·min
将以上数值分别带入公式1和2，则有：
Nv=16.4粒/L=16400粒/m3
3.2.3结论
由于Nv=16400粒/m3，小于表一关于千级洁净室含尘浓度的规定，因此当洁净室内最多3人工作，工人着一般尼龙服，轻微劳动时，取换气次数n=55次/h可以满足千级洁净室对洁净度的要求。
4 洁净室主要空气净化设备
4.1组合式净化空调机组
组合式空调机组由新回风混合段、初效过滤段、风机段、热湿处理段、高中效过滤段、整流出风段组成。它的主要选型参数为：风量、风压、制冷（热）量、加湿量、噪声指标等，下面主要介绍一下风量和风压的参数计算。
风量
由前面计算，得送风量QS=10000 m3/h，新风量Qx= 500m3/h，则：回风量QH= QS -QS =9500 m3/h。
风压
《洁净厂房设计规范》规定：“空气过滤器的终阻力宜按初阻力的两倍计算”，初阻力为：高效过滤器200～250Pa，中效过滤器80～100Pa，粗效过滤器50Pa，三级过滤器初阻力之和为330～400Pa，终阻力为660～800Pa，再加上空调机组本身的阻力约为250～300Pa，管道阻力200Pa，则空调机组内风机的全压应为1110～1300Pa。
4.2高效送风口
装设在洁净室内的高效送风口是保护洁净室不受污染的最后一道屏障，因此它的性能直接关系到洁净室的含尘浓度是否合格。它不仅要有较高的过滤效率，内设η3=0.9999 的H12型高效过滤器，还要有较好的均压、扩散性能，使送出的洁净气流更加均匀、稳定。在相同的过滤器和换气次数条件下，送风口越多，气流挤压作用越明显，从而使室内尘浓降低。
5 洁净室空气净化系统原理图
一定量的新鲜空气经过初步过滤后进入到组合式空气处理机组，与从洁净室内回收的一部分空气一起，通过风机加压、热湿处理、杀菌、过滤、均流、消声等一系列处理过程，将洁净无菌、清新怡人的空气通过洁净风管送入洁净室，通过气流的“稀释”作用降低洁净室的室内含尘浓度。为平衡压力，洁净室内的“多余”空气经由余压阀排向室外。
根据《通风与空调工程施工质量验收规范》，空调送风主管内的风速为v1= 8～10m/s，无送回风口的支管风速为v2=5～7m/s，有送回风口的支管风速为v3=3～5m/s，前面计算得送风量QS=10000 m3/h，则单个高效送风口处的送风量QDS=QS/8=1250m3/h，带入公式风管截面积S=Q/v ，得到v1、v2、v3处的送风管管径分别：320x320、500x500、630x500。由于真空泵间内遍布注油间抽真空系统的设备及工艺管道，因此将空调机组高架至下标2.5m处安装，这样既有效利用了真空泵间的空间，又节省了送、回风管道。
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