膜切無塵車間設計裝修:影響潔凈室設計、建造成本的十五個因素

 xinwen   2020-02-25 07:56   64 人閱讀  0 條評論

關于膜切無塵車間設計裝修內容如下:

在潔凈室內建造十分完善的系統,可以充分保證生產加工過程中的潔凈度。任何設計標準的變化,必將對潔凈室的質量產生特殊效果。以下這十五個因素將決定一個潔凈室在施工方面的費用。這項花費可能在每平方英尺180美元到2,800美元之間(要看是不是包括工具以及裝配和工藝設備的費用)。

愛斯基摩人能夠用很多的詞匯來描繪雪,而我們的工業對于潔凈只有一個單詞和明確的價格來說明它。我們常常發現,客戶會支付很高的設計費用,為了一個超出其工藝要求的潔凈室而支付無謂的費用。

潔凈室的設計和施工通常是在非常緊張的時間限定下完成的,可供選擇、改變、和其他可行性改進的機會很少。因此,鼓勵使用“標準件復制”(cookie-cutter repeats)來避免新設計方法中的潛在風險。這些標準的潔凈室設計方案可能會減輕設計者的任務,但不會改進項目的經濟性或者降低施工成本。因為每個潔凈室所要求的條件在一些細微的方面都是不同的,若不是所進行的設計/施工模型完全相同,那么采用標準的潔凈室設計方案是無效的。

除非業主對于一個特殊的設計模型十分有信心,通常工程師都被要求設計一個比客戶預期更加嚴格的潔凈室,這樣即使在某些方面出了差錯,他們至少仍能夠達到預期目的。過多的設計預算可能會浪費金錢,但是當實際需求的預算還沒有評估出來之前,這樣做是必須的。潔凈室花費的增加與設計和施工專家、潔凈室開發者和業主三者之間的相互信任成反比。

項目負責

工具動力供應與生產設備的有效連接;維修區域、管槽、走廊、暖通、動力專業設備間和動力站的位置等問題的合理安排,這些是潔凈室設計經濟性的主要方面。在項目剛剛開始時就應該考慮到這些因素,并通過由建筑師、工程師、承包商和業主組成的進行評估。這樣才能確保所有參與者十分了解用戶的生產目標和要求,這點是一個設計施工項目在經濟性方面取得成功的關鍵。

簡單的說,業主對于所需潔凈室的類型特征進行恰當的選擇,會對最終的花費產生至關重要的影響。這沒有“數字猜謎游戲”式的解決方案。業主、工程師、建筑師、承包商都必須了解規范或ISO標準中那些不必要的變量/因素對于花費的影響,因此需要評估每一個生產細節和生產要求。在開始任何的設計之前,這個團隊必須要一起工作以確定目標、需求和期望。

個案研究

為分析潔凈室施工花費與十五個關鍵設計因素的關系,我們將美國二十個潔凈室設施的數據編輯如下:

在1983年至2003年間,建立的十個微電子生產工廠,潔凈室的潔凈度等級是ISO5級和ISO 6級

在1983年至1996年間,建立的四個制藥和生物制藥工廠,潔凈室的潔凈度等級是ISO 5級和ISO 7級。

在1994年至2003年間,建立瓣十個微電子生產工廠,潔凈室的潔凈度等級分別是ISO3級、ISO 5級、ISO7級和ISO 8級。

在1994至2004年前,建立的八個生物制藥工廠,潔凈室的潔凈度等級分別是ISO4級、ISO5級、ISO7級和ISO8級。

通過對暖通、動力專業(HVAC,工藝管道)工程費用數據的推斷,綜合考慮地點、勞務費用和通貨膨脹等因素,進行調整,從而得到一個統一的關于潔凈室暖通、動力專業工程費用分類的簡單描述,該分類包括ISO3級、ISO5級、ISO7級和ISO8級每一類的潔凈室。

本次分析所選擇的潔凈室,設施面積相差不多,都在40,000到60,000平方英尺之間,并且都有30%到40%的生產窨被不同等級的潔凈室、潔凈室走廊和氣閘占用。使用相同的方法計算暖通、動力專業設備的生產費用,從而得到花費的詳細統計如表2所示。這種方法統一了暖通、動力專業工程費用,而沒有區分微電子潔凈室、制藥和生物制藥潔凈室(計算數據如表3、表4、表5、表6和表7所示)。

基于以上這些表格,以ISO 5級潔凈室暖、動力專業工程花費為基線繪制了“關鍵價值因素”圖表(圖1);從而得到花費因素價值數據,如表8所示。這些經驗變量可以用百分數的形式乘以每平方英尺的工程費用來計算不同類型潔凈室的花費,也能在項目初期幫助進行工程費用評估。

成功的十五個方法

利用以下十五個成本因素變量,提供可供選擇的設計方案動態數據庫,對基本的潔凈室設計和標準進行改進,盡量滿足工廠的需求,通過這些方法我們應能夠減少項目的工程費用。ATI的建筑師和工程師(Danville,Calif.;)應用這些方法成功地為生物制藥學、微電子學和食品加工行業的潔凈室進行設計,并實施了施工工程。

1. 換氣次數?;ㄙM因素變量:-0。08至0。19

潔凈室內的空氣分配設備(通常是吊頂過濾器)被設計成“噴淋式”,用來提供統一的、潔凈的已過濾的空氣。向房間補給的空氣量,讓人想起與普通的淋浴噴頭相反的消防龍頭。美國聯邦標準209E、日本標準JIS B9920和ISO 標準14644-1的標題是:潔凈室外和相關控制環境——第一部分:清潔空氣的分級。這些標準提供了潔凈室參數、分級和檢測方法的指導方針,但并未說明如何經濟有效地達到要求。這是因為每種生產過程和潔凈室外的要求是不同的,因此,可以采用不同的再循環空氣量,達到預期的環境要求。

至少有五種不同的“可能”設計能夠達到預期的結果,然而只有一種設計是最佳方案。為項目尋找最佳和最經濟的解決方案,是潔凈室外換氣項目的最基本的目標理念。

如表1所示,換氣次數和再循環數量變化對于確定房間的級別是十分重要的。例如,通過300次的換氣次數能夠達到M2級潔凈室的要求,但也可能540次的換氣次數仍不能滿足要求。

房間內污染物的比率和實際微粒產生情況,是影響潔凈室空氣換氣次數的主要因素。在生產過程中,不對其他因素產生任何影響的情況下,清除微粒的速度是非常重要的。其他可能影響再循環空氣數量的因素是:房間的結構、設備的位置、設備表面溫度、空氣對流、氣流類型(單向通過敏感區或者通過全空間)、操作空間和規章、使用的材料和化學藥品等。

潔凈室可能需要在靜態下進行鑒定,在工況下進行鑒定,對生產過程進行確認或者cGMP認證。由綜合服務管理部制定的聯邦標準209(e),建議100或90fpm。然而有可能建立一個空氣流動速度較低,但比100級潔凈度更高的潔凈室。實際上,已經有潔凈室的空氣流動速度是45cfm/平方英尺。

2. 單向的、紊流的、垂直或水平氣流。

花費因素變量:-0.073至0.18

在許多案例中,單向氣流只在小空間和潔凈室的敏感區域內使用,并且使用微環境。污染物的源頭可能存在于手套箱、過濾模塊等地方。多數設計為整體單向氣流潔凈室外的方案,只有在這些區域中沒有作業者、生產設備和排風裝置時才能實現單向氣流。垂直或水平氣流的選擇,取決于房間的結構和設備的安放位置,紊流就可以將污染物帶走。

潔凈室內的架空地板是用來掩蓋工具、設備與動力設備之間的電線、通訊電纜、水電、管道的連接的。后來,為了節約成本,在“bay-and-chase”式的潔凈室結構中,這些架空地板被當作從港灣到夾層的回內通道。在完全單向氣流的潔凈室內,人們希望微粒從工作區域流到帶小孔的地板下。我們已經成功的建立了10級和100級的潔凈室,在這些潔凈室內沒有架空地板,采用墻下部回風系統,而且潔凈室的氣流被設計成紊流。

另個一種辦法是用薄的空氣噴射裝置隔離超清潔區域,這種空氣噴射的速度是每分鐘500到800英尺。它的功能類似于塑料門簾。

3. 空氣過濾?;ㄙM因素變量:-0.032至0.10

采用未端HEPA過濾器對空氣進行過濾,0.3到0.5微米的去除效率為99.99%,0.12微米的去除效率為99.999%;若使用ULPA過濾器,0.12微米的去除效率為99.99995%。

根據潔凈室外的用途,也可以選擇其他的設備,例如,在循環風加新風處理系統中,使用HEPA過濾器用碳吸附或相似功能的合成過濾器處理VOC,靜電過濾箱,等等。

在潔凈室市場上,風機過濾不再是新產品,正確的應用它可以為許多高水平潔凈室提供卓越的、經濟的解決方案,尤其是在吊頂高度有限的建筑內。已證明降低成本和減小過濾器的壓降(在潔凈室壽命期內,使用低等級過濾器,長時間采用高壓降方式運轉,所帶來的效益并不總是十分明顯)。

4. 空氣處理器?;ㄙM因素變量:-0.07至0.15

新風處理空調箱[Make-up AHU s]。典型的新風處理空調箱(初級AHU s)為循環風空調箱(二級AHU s)提供必需的新風。新風由離心排風機、軸流或plug風機加上過濾器、預熱和再熱用熱水盤管、冷卻和除濕使用的冷凍水盤管、蒸汽和絕熱加濕器等組成。附件和差異包括靜電空氣混合器、蒸汽預熱盤管、超聲波加濕器、鹽水、除濕用的直接交換[Dx]或乙二醇低溫冷凍盤管、VOC吸附過濾器、噪聲衰減器,VFP(變頻)驅動等。

最近12年,M&I傳熱產品公司(位于米西所加,)成功地研制和生產了非常經濟、可靠的風機系統。這些系統工作起來非常安靜,并且消耗的能源很低,通常比離心式或plug風機系統能耗少20%。

新風處理空調箱通道是將空氣注入集管,再通過支管系統給循環風空調箱提供新風。在初級和二級風管上進行空氣測量,并調節送風機、VFD或進口風閥以便恒定風量。Magnahelic講量器臨測安裝在各個空調箱內HEPA過濾器布袋過濾器和預過濾器的荷載。有吊頂風機過濾器的情況下,新風處理空調箱出來的空氣進入循環風空調箱再送出。

循環風空調箱(Recirculation AHU s)。典型的循環風空調箱由高效離心式風機、過濾器和濕熱(干)冷盤管組成。附加和差異包括用于局部溫度控制的再熱盤管、用于局部濕度控制的蒸汽或超聲波加濕器、風量恒定控制箱。這種采用Whisper-Air and Compac Space 風機系統的方式提供了一種節約成本和充分使用能源的選擇。

多重循環風空調箱通過送風管,再經過ULPA過濾器或HEPA過濾器,將空氣送入潔凈室,在潔凈度等級為10級和1級的潔凈間的吊頂上,這些過濾器通常是100%覆蓋。垂直單向氣流向下通過潔凈間,穿過帶孔的架空地板磚進入地板下面的回風空間,再通過垂直回風夾道向上進入吊頂回風靜壓箱。然后 ,空氣再次進入循環風空調箱,以上的空氣循環再次重復。如果是使用吊頂風機過濾器,在風機過濾器上面的吊頂空間時,可以安裝水或直接交換冷卻[DX-cooled]風機盤管實現表面冷卻。

5. 空氣壓差?;ㄙM因素變量:-0.041至0.08

潔凈室增壓是必須的,它的作用是確保潔凈室遠離其臨近區域的污染,控制有害污染物的流向,防止不同區域間的交叉污染,并幫助保持所要求的溫度和濕度水平。

潔凈室與相關走廊、設施內的其他區域的壓差應維持在0.25到0.005英寸水柱(in.w.g.)之間。一般制藥企業所要求的壓差值比這更高,在不同區域之間采用層疊壓差來避免交叉污染。在不同的區域間安裝一系列的層疊式氣閘和允許空氣快速擴散的正壓門,從而產生壓差。好的微電子潔凈室設計中,通常在潔凈室的入口安裝一個半密封的氣閘來使壓差保持在0.02到0。005in.w.g.之間。更衣間和穿衣間用氣閘分離。入口入的機械風淋相對于它的必要性而言,更是設施文化和潔凈室的原則問題。

許多微電子和光刻潔凈室成功地采用被動氣壓控制,只有在大門全部打開的情況下,入口處的風量維持在每分鐘50到100英尺。一些生物制藥企業要求主動壓差控制,采用補充新風的方式,自動補足通過門泄漏的空氣(當門打開時)。

壓差臨測器用來完成這個任務,例如Henry G.Dietz公司的產品(長島市,紐約;)。監視器可能被安裝在潔凈室外面,而在潔凈室內有一個LED的顯示器,該顯示器帶有一個聲音報警裝置和兩個指示器,可以表示氣壓的正常與否。這種設備在生物制藥潔凈室中有生物限制要求的區域內通常用來測負壓值,而在電子類潔凈室內,通常用來檢測負壓值,而在電子類潔凈室內,通常用來檢測正壓值。它帶有數字壓差顯示器,顯示的精確度是0.001 in.w.c.,測量壓力值或真空度的范圍是0.5 in.w.c。壓差通過閃亮LED和自動報警裝置來表示。當打開大門時,設備內部有一個可調整的延遲報警時間,用來避免啟動聲音報警裝置。

6. 溫度控制?;ㄙM因素變量:-0.0321至 0.15

溫度和濕度的變化能夠引起生產設備的誤差,從而影響生產過程的可重復性,最終導致產品合格率降低、增加浪費。因此,潔凈室對溫度嚴格控制要求是顯而易見的,這項花費是必須的。

通常情況下,要求工程師在設計時降低施工費用,同時要求在很大區域內對溫度進行精確的控制,允許的溫度變化范圍在±4到6華氏度之間(例如使用卷簾門的倉庫)。在沒有硬墻和氣閘裝置時,這將是十分苛刻的要求,并且實際上無法控制濕度的變化。人們通常認為潔凈室外的潔凈度、溫度、濕度和氣壓等項目的層疊性是非常容易達到的,并且很容易維持,但需要仔細的評估這些項目的誤差范圍。

如果對潔凈室內的暖通、動力專業裝置和控制系統有嚴格要求,例如潔凈室的溫度控制要求為正負0.1華氏度所用花費,可能比基準點為70華氏度,±2.0度(即標準要求68到72華氏度)的高出20%到50%。

在每個潔凈室區域內,有局部自動調溫器來控制設計溫度。它能驅動安裝在風管上的局部再熱或再冷盤管工作,來滿足房間內的濕熱的要求。如果使用風機盤管裝置,局部自動調溫器控制本區域內盤管出口空氣的溫度。

7. 溫度控制?;ㄙM因素變量:-0.034至0.19

每個潔凈室內的相對濕度,通過局部濕度調節器來進行控制。如果窨內的相對濕度較高,恒濕器通過降低冷凍盤管流出空氣的溫度來加強除濕。同時,再熱盤管提供熱量來保持窨的溫度。任何一個潔凈間的相對濕度超出了設計范圍,局部恒濕器將啟動安裝在風管上的局部濕度調節器。當必須滿足精確的濕度控制時,通常利用空調箱中的新風的絕熱增濕效果來實現,并通過潔凈室的結^

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