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        探討【FFu凈化單元】在生物制藥無塵潔凈室的應用

        2016-10-08 點擊數:381
         層流罩是 潔凈室中常用于獲得局部層流(單向 電子行業的特點是建設規模比較大,潔凈室的 流)的凈化設施,用以滿足潔凈室內局部較高潔凈 空間面積也比較大,潔凈度的等級也比較高,尤其 度的要求。層流罩下的區域可以達到100級(相當 是千級、百級比較多,而且改造也相當頻繁。 于IS05級)的空氣潔凈度,在生物制藥、手術室以 在電子行業中常規的凈化空調系統往往存在投 及電子行業等都有極其廣泛的應用。 資大、能耗高、靈活性不夠、改造調整困難,施工 層流罩的型式有很多。根據安裝型式的不同來 周期長,改造費用比較高等缺點。 區分,有吊裝或支架安裝;根據吊裝設備是否置于 正是FFU作為送風單元克服了以上缺陷,在國 潔凈室內又分為明裝和暗裝兩種型式;根據空氣循 內外的電子潔凈工程得到廣泛應用。它的應用由以 環動力風機設置區分,有自帶風機的,也有由外部 下幾部分組成: 機組送風的。 (1)FFU機組; 當今在電子行業普遍使用的FFU(FanFilter (2)FFU配套的專用龍骨系統; Unit)機組由箱體、無蝸殼風機、高效過濾器以 及 (3)冷卻盤管(或稱干盤管); 控制元件等組成,實際就是一種自帶風機層流單元 (4)新風系統。 的型式,既可以作層流單元使用,也可以用于亂流 它的優點是: (1)系統靈活,改造方便,隨時調整送風單元的 收稿日期:2008.07.16 數量,從而改變房間的送風量(即換氣次數)。 ————————————————————1 ----------------------- Page 2-----------------------維持正壓,房間整體的密閉性的要求、 回風管,節約能耗。 防止交叉污染和防止室外空氣倒灌等方面都有較高 (3)負壓密封。在FFU運行中不必擔心過濾器 的要求。一般無菌室內都有需設百級層流保護區域, 安裝不良產生的泄漏。 比如洗烘瓶、涼瓶、灌裝、加塞、凍干出粉等需在 2 FFU在生物制藥工程中的應用狀況 無菌百級的環境下進行的,包括涉及無菌原料藥及 作為潔凈室應用的另一重要行業,生物制藥行 與其直接接觸的包裝材料滅菌后的暴露工序。有些 業的特點是規模不是很大(和電子行業相比),房間 聯動線的工藝設備是附帶層流罩的,而大部分情況 分隔較多,單個潔凈室面積不大。整體凈化級別不 是根據工藝設備的布置,由凈化空調設計人員進行 是很高,但對于控制塵粒和細菌污染有較高的要求。 百級區域的設計。 回風口 旦J風滅道 FFU 書.。 電2 卓. 圖1某灌裝車間FFU布置示意圖 目前,許多醫藥工程設計人員采用FFU的組合 帶來的影響。 來滿足局部區域的百級要求(布置見圖1所示)。由 、2.1不注意FFU的安裝方式及回風方式 于T程設計者對FFU了解不夠,考慮不全面,在設 2.1.1認為數個FFU的組合就能達到相應的百級層 計過程中產生了如下一些問題: 流的要求,沒有考慮靜壓箱的安裝方案。僅有平面圖, (1)圖紙交待不清,沒有設計相應配套的龍骨系 沒有交待巨大的靜壓箱圖紙,也沒有設計專用的龍 統,也沒有FFU的安裝標高,或沒有考慮吊頂內設 骨系統,甚至沒有FFU的安裝標高,也沒有說明是 置靜壓箱的空間,沒有相應的回風系統,也就沒有 室內直接回風還是通過技術夾墻或者回風管周風。 相應的FFU的進風來源。 有些設管道井回風,卻沒有經過計算,管道井偏小, (2)數量眾多FFU的組合使得室內的噪聲超標, 風速過大,阻力偏高。而一般情況下,FFU是定型 而且無法采取消聲措施。 產品,不可能提供過高的余壓,這樣的情況從而導 (3)設計未經詳細熱濕負荷計算,送人的一次風 致阻力偏大,風量下降,百級層流的面風速不達標 量不夠(指經空調機組處理過的送風量),又沒有配 或面風速的差異過大。 置相應的冷卻盤管,導致室內溫度大大超過設計值。 2.1.2事實上,如果由管道井回風,往往采用夾芯 而且由于一次風量的分布不均勻,使得區域內溫度 彩鋼板來分隔也是不妥的。原因是夾芯彩鋼板作為 差異大。而且還存在單向氣流速度的均勻性差。 回風管道井,拼接縫隙密封并不好,易造成漏風, (4)在百級區域不進行工藝生產時,如停止運行 而且作為潔凈空氣的通道,其內部因施rT造成的污 FFU,由于負壓密封的負壓狀態被破壞,過濾器密 染也難以清潔。建成使用后,也存在兇氣密性不夠, 封有泄漏,有可能破壞無菌室的無菌狀態。 存在二次污染的可能。 讓我們來探討和分析上述問題產生的原因及其 2.1.3生物制藥廠的技術夾層的空間有限,設置回 2008年第29卷第6期萬方數據 ----------------------- Page 3----------------------- 風靜壓箱有一定的難度,而且因為安全、衛生、控 用了56臺FFU,這些FFU組合成了百級所需的層 制細菌污染等方面的原因,靜壓箱應該是獨立的, 流區域,每臺FFU的尺寸是1200×600,層流罩的 有一定的密封要求,不允許其它管路、管線穿越其中。 面積是40.32m2,單臺FFU風量為0.3m3/s。FFU的 2.2忽略了FFU的噪聲問題。 電機功率取一品牌(取市場產品居中的數值)為 2.2.1 根據產品資料,單個FFU的噪聲一般在 248W/臺,經計算風機電機發熱形成的冷負荷: 50~55dB(A),但是FFU的多個組合,疊加后的室內 Q=1000×nwn2n3苛 的噪聲就會大大超過這個數值。以一組N臺盧級為 N一電機功率,56臺; 52 dB(A)的FFU為例進行疊加計算,疊加后的噪聲 T1一電機效率,取0.6,取相關樣本資料的數據; 為:52+10 IogN,當N為56時,噪聲就達到約70 11l一同時使用系數,取n1=l; dB(A),顯然這個噪聲不能令人滿意。而且生物制藥 n2一安裝功率系數。取nz=0.8; 潔凈室的房間面積較小,空間高度相對電子廠房來 n,一負荷系數,取n,=0.5。 說也低得多,造成在工作面上所感覺到的噪聲程度 Q=100011l×n2×n3昔 更為強烈。南于聲源貼近潔凈室,而,1t.除相隔一個 過濾器外幾乎是開放式的,很難通過消聲手段解決 =1000×l×0.8×0.5×旦=警=9.26 kW 噪聲問題。 這個計算公式反映了有多少輸入功率實際上轉 2.2.2由于房問的狹小,本身還有背景噪聲加上噪 換成做功,能量的形式由電能轉換成了熱能,根據 聲反射,設備共振等原因,房間的實測噪聲會更高。 有關FFU的資料介紹,最新設計的FFU的實際能耗 2.3室內溫度和風量 指標是0.55 kW/(m3/s1 2.3.1設計沒有充分考慮FFU的風機溫升,造成室 如果以這部分的能耗都轉換了熱量。 內溫度大大高于設計值。另外如果一次風補入靜壓 那么,Q=56×0.3×0.55=9.24 kW,通過這兩 箱的位置分布不合理,也會導致區域內的溫度分布 個冷負荷的計算方法來看。這兩個計算的冷負荷是 不均勻。 相吻合的,應該是可以作為計算依據的。 2.3.2前面提到電子廠房中FFU通常和冷卻盤管配 加上FFU的發熱量,房問在設計參數的基礎上 套使用,減少了輸入的一次風量,這是與電子行業 (22。C)升高值為△t。 生產過程產濕量少的特點是相對應的。但是在制藥 At=湍=百萌西{‰=5.6℃。 行業由于濕度要求比較干燥,設置冷卻盤管是不妥 當的。一般是靠加大一次風量來消除房間的冷負荷。 C一空氣比熱,1.01 kJ/kg·oC 2.3.3 以圖1所示的某一灌裝室為例,室內溫度為 那么房間實際上的溫度是27.7℃。由于采用不 22℃,相對濕度為55%,工藝設備、原輔料、包 同的產品,不同的功率,不同的效率,并且由于靜 裝材料、人員燈光、護圍結構等的熱濕負荷,均由 壓箱傳熱等因素,房間的溫度甚至會更高。 系統送人的一次風處理,經計算空調冷負荷為16.3 而實際上有些工程,根據竣工后測試,室內溫 kW,考慮空調風機及管道溫升,設計送風溫度約為 度達到超過30℃的不在少數。而這個溫度對于百級 房間是不能接受的。為了維持房間的22℃溫度,房 14。C。室內點焓值iN=45 kJ/kg干,送風點焓值is =35kJ/kg干.設計送風量為: 間的實際送風量是: (Q1+D2)×3600 I £,:旦:塑:!魚:! 一 r△i 1.2(i^,一is)1.2(45—35) Y xC×At ---1.358 m3/s=4890 n13/h (16.3+9.26)×3600 . =——=9490m3/h 一一 L一房間送風量m3/h; 1.2×1.01×(22一14) Q一室內冷負荷kW; L一房間送風量rll3/h; ^y一空氣比重1.2 kg/m3; Q。一室內冷負荷kW; △i一送風焓差kJ/kg干。 Q:一FFU發熱引起的冷負荷kW; 校核室內的換氣次數為26次m。 1一空氣比重1.2kg/m3; 而這里設計沒有考慮FFU風機電機的發熱,而 C一空氣比熱1.01 kJ/kg·℃; 這部分的發熱量恰恰是不容忽視的。這個方案中采 At一送風溫差℃。 而此時的換氣次數n=51次/ll,如果考慮一定 萬方數據 2008年第29卷第6期 ———————————————] ----------------------- Page 4----------------------- 修正系數,事實上送風量還應大一些。 (3)FFU發熱量大,溫濕度不易控制。送入的一 通過計算可以看出,采用FFU來做層流罩將會 次風量大,不節能。 增加系統對房間的送風量。 (4)采用負壓密封,停機時有污染的可能。 2.4 FFU負壓密封的缺陷 (5)設置靜壓箱技術要求高,生物制藥行業的空 FFU的過濾器采用的是負壓密封的方法,過濾 間有限,難度很大,如設冷卻盤管,也存在很多困 器是簡單地放在T形龍骨上,FFU的風機及箱體再 難和隱患。 架在過濾器上。簡而言之,過濾器不是采用機械壓 (6)不節能.為維護過濾器的負壓密封。必須靠 緊的方式或液槽密封的方式有效隔斷高效過濾器上 運行FFU的風機來產生負壓。 下游,即污染與潔凈的兩個區域。為了維持密封, 綜合分析比較后,我認為生物潔凈室層流罩采 必須有負壓,要有負壓,必須常開FFU機組,這樣 用FFU的方式一定要根據面積大小,吊頂結構形式, 做,運行費用比較高。否則一旦停止FFU的運行, 作多方面計算分析比較,慎重考慮,給出經濟合理 FFU的過濾器上游的污染物有污染無菌室的潛在可 可靠的方案。 能,對于生物制藥行業來講是很不安全的。 在此前,也有一些層流罩采用了FFU的方案, 更有甚者,有些設計者將一次風直接送人靜壓 由于數量較小,或直接安裝在吊頂下,在使用過程 箱,一旦FFU停止運行。未經高效過濾器過濾的空 中也達到百級的效果,但個案的成功,不等于該方 氣直接滲漏至百級層流罩區域,將產生嚴重的污染。 案不存在什么問題,反而是大面積層流罩采用FFU 這種設計方案是存在嚴重缺陷的。 方案的,較明顯出現了上述存在的問題。 另外,FFU出風面未設阻尼層,雖說FFu下 根據我的設計經驗,小面積的百級區,可采用 的風速均速由FFU來保證,但如果區域較大,每個 明敷吊裝的層流罩,自帶風機進行空氣循環,溫度、 FFU的空氣流動阻力不一,而FFU下出風面無阻尼 噪聲均彳i存在問題。 層也將導致FFU的面風速差異過大。 超過一定面積的百級區。應綜合考慮噪聲、溫度、 歸納一下FFU作為層流罩來使用,尤其是大面 一次風量、造價、運行費用等綜合因素。推薦使用 積的層流罩,存在以下幾個問題: 的方案是機組送風層流罩,百級層流罩采用機組送 (1)噪聲大。 風,經空調機組的一次風可送人百級送風機組(見 (2)風速不均勻,而且無法達到某螳特定的風速 圖2)。 要求值,因為FFU是定型產晶,風速是固定的。 空調系統機組 圖2某百級層流罩凈化空調系統流程圖 如經冷負荷計算,房間發熱量過大時,也可以 后,風速的調節、風速的均勻度、噪聲都達到了比 在百級送風機組中設置冷卻功能段。 較好的效果。而且一旦停止工藝生產時,百級送風 3結論 機組可以停機,或儀維持正壓值班運行即可,是比 以上方案在實踐應用中,風速、噪聲、溫濕度 較節能的方案。 都達到了較好的效果。
         

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