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洁净实验室实现技术措施探讨

发布时间:2022-03-26 09:58:18      点击次数:67

洁净实验室是医疗卫生、生物制药、微电子研发、微生物研究、精密仪器、航空航天制造必备的场所,是实现我国科技自主创新、跨越发展、赶超世界先进水平不可缺少的工具,了解实现洁净实验室技术有助于促进实验室建设与发展。


洁净实验室是空气悬浮粒子浓度受控的实验室,洁净区指空气悬浮粒子浓度受控的限定空间。


目前在不同国家和地区洁净实验室分级不同,如美国、欧洲、日本等有自己的分级标准,我国根据空间悬浮的粒子直径大小和数量分类,分为1—9级,级数越小,所含微粒子总数量越少,所含大直径粒子数越小。如1级洁净室,每立方米空间含有直径0.1μm的粒子不多于10个,直径为0.2μm的粒子数不多于2个,直径大于0.2μm的粒子数为0。


洁净实验室广泛应用于医院的手术室、药品研发生产、微生物研究、微生物产品开发以及微电子元器件开发、精密仪器制造等行业。


对洁净实验室贡献的微粒子主要有内因和外因两个方面,内因是实验室内部材料、设备、人员以及实验室建筑材料产生的微粒子,外因主要是从实验室外部通过实验室缝隙、空调系统、管道、新风系统、外部人员等进入实验室带入的微粒子。粒子包括一般微尘粒子(如尘埃、短纤维)、沉积的微生物以及有害化学物质(如酸性气体、碱性气体、气相可凝聚化合物和气相掺杂化合物)。


控制微粒子产生的核心就是减少实验室内部粒子的产生,防止实验室外部粒子的进入,减少实验室空间内粒子数量,同时将实验室内部的各种微粒子进行过滤或排到实验室之外。为此,洁净实验室采用以下主要措施。


综合平面设计


工艺平面布置合理、紧凑。洁净室(区)内只布置必要的工艺设备以及有空气洁净度等级要求的工序和工作室。洁净区、人员净化、物料净化和其他辅助用房应分区布置,并应与生产操作、工艺设备安装和维修、管线布置、气流流型以及净化空调系统等各种技术设施进行综合协调。在满足生产工艺和噪声要求的前提下,对空气洁净度要求严格的洁净室(区)宜靠近空气调节机房,空气洁净度等级相同的工序和工作室应集中布置。洁净室(区)内对空气洁净度要求严格的工序应布置在上风侧,易产生污染的工艺设备应布置在靠近回风口位置。不同空气洁净度等级房间之间联系频繁时,应设有防止污染的措施,如气闸室、传递窗等。设置单独的物料入口,物料传递路线应最短,物料进入洁净室(区)之前应进行清洁处理。


洁净室(区)内应少设隔间,但火灾危险性等级为甲、乙类的与非甲、乙类相邻的生产区段之间,或有防火分隔要求者应当设置隔间。按产品生产工艺需要有分隔要求时或生产联系少、经常不同时使用的两个生产区段之间可以设置隔间。运行班次或使用时间不同、生产工艺中某工序散发的物质或气体对其他工序的产品质量有影响,对温、湿度控制要求差别大、净化空调系统与一般空调系统等其净化空调系统宜分开设置。


合理结构设计


洁净厂房的耐火等级不应低于二级,应符合现行国家标准GB50016《建筑设计防火规范》有关规定。


洁净室内墙壁和顶棚的表面应平整、光滑、不起尘、避免眩光,便于除尘,并应减少凹凸面,踢脚不应突出墙面;洁净室抹灰应采用符合GB50210《建筑装饰装修工程质量验收规范》中高级抹灰的要求。洁净室地面设计应符合生产工艺要求,地面应平整、耐磨、易清洗、不开裂、不易积聚静电,潮湿地区垫层应有防潮措施。


洁净厂房内给水排水干管应敷设在技术夹层或技术夹道内,也可埋地敷设。洁净室内管道宜暗装,与本房间无关的管道不宜穿过。管道外表面可能结露时,应采取防护措施;防结露层外表面应光滑,易于清洗,并不得对洁净室造成污染。管道穿过洁净室墙壁、楼板和顶棚时应设套管,管道和套管之间应采取可靠的密封措施。无法设置套管的部位也应采取有效的密封措施。空气洁净度等级严于6级的洁净室内不应设地漏,如必须设置时,应采用专用地漏。空气洁净度等级等于或严于7级的洁净室内不宜设排水沟。空气洁净度等级等于或严于7级的洁净室内不应穿过排水立管,其他洁净室内穿过排水立管时不应设检查口。洁净室(区)内的吸尘系统管道应暗敷,吸尘口应加盖封堵。


电源进线应设置切断装置,并宜设在洁净室(区)外便于管理的地点。净室内(区)的配电设备应选择不易积尘、便于擦拭的小型暗装设备,不宜设置大型落地安装的配电设备。洁净室(区)内的电气管线宜暗敷,穿线导管应采用不燃材料。洁净区的电气管线管口及安装于墙上的各种电器设备与墙体接缝处应有可靠的密封措施。当灯具嵌入顶棚暗装时,安装缝隙应有可靠的密封措施。洁净室内一般照明灯具应为吸顶明装,洁净室(区)应采用专用灯具。



空气净化技术


洁净室产生污染的粒子包括悬浮污染、生物污染、空气分子污染、静电污染等。直径为0.1μm-5μm的尘埃是污染洁净室的主要来源,采用空气净化技术是滤除此类微尘的有效措施。可以通过室内空气过滤器,室外补充清洁空气,排除污染空气的措施实现。


应根据空气洁净度等级要求,选用不同的气流流型。洁净室(区)的清扫宜采用移动式高效真空吸尘器,但空气洁净度等级为1级—5级的单向流洁净室宜设置集中式真空吸尘系统。


一般采取多级过滤器,多级预过滤和多级高效甚至超高效过滤器。洁净室(区)与周围空间必须维持一定的压差,并应按工艺要求决定维持正压差或负压差。不同等级的洁净室之间的压差不宜小于5Pa,洁净区与非洁净区之间的压差以及洁净区与室外的压差不应小于10P。洁净室维持不同的压差值所需的压差风量,采用缝隙法或换气次数法确定。


对于化学污染,选用合适的化学过滤器以及合理的充填介质,控制环境中的化学污染物浓度值达到所在环境限定,最终将取得更佳的净化效果。



防静电技术


静电荷产生“力学效应”能吸附尘埃粒子,形成不可忽视的尘埃源,常见的静电来源有工艺设备、部分塑料、人员活动。地面、服装、实验台和家具、包装和装运材料、装配、清洁、试验和维修区都可能产生静电。


一是采用等电位系统消除静电影响。对于表面电阻率小于1012Ω或体积电阻率小于1011Ω・cm、或两者均符合的设施元件、材料、设备进行接地处理,使实验室系统中所有物体(包括人员)都处在同一电位上。如采取腕带、足带、防静电鞋具、防静电手套和指套等。


二是空气电离装置消除静电影响。空气离子化对环境必要的非导体(如电路板材料、器件封装)上的电荷实施中和。可采用局部或全室空气离子化中和手段。常见的有放射性电离器、交流高压电离器、直流高压电离器、X射线电离器。


三是静电防护材料。合理使用导电材料和静电耗散材料,如包括工作服的选择。在静电保护区内,采用低带电和静电耗散材料。静电保护区外,使用低带电和静电放电屏蔽材料。


四是隔栅地面。主要用于单向流洁净室的高架地板,常用材料为铸铝,表面喷涂或复合其他材料。地面覆盖物主要用于非单向流洁净室,与地面粘接,接缝用密封胶填封。地面油漆、涂料、面漆,主要用于环境控制区和静电控制区。



噪声控制技术


噪声将导致相关物品的产生微尘粒子,污染洁净室环境,因此必须加以控制。洁净厂房的平面和空间设计应考虑噪声控制要求。洁净室的围护结构应有良好的隔声性能,并宜使其各部分隔声量相接近。洁净室内的各种设备均应选用低噪声产品。对于辐射噪声值超过洁净室允许值的设备,设置专用隔声或消声设施。


净化空调系统噪声超过允许值时,应采取隔声、消声、隔振等控制措施。除事故排风外,洁净室内的排风系统应进行减噪设计。根据室内容许噪声级要求,净化空调系统风管内风速应符合相关标准要求。



微振控制技术


洁净室应当考虑微振源,并采取微振控制技术加以控制。在结构选型、隔振缝设置、壁板与地面壁板与顶棚连接处,应按微振控制要求设计。洁净室与周围辅助性站房内有强烈振动的设备及连接管道应采取主动隔振措施。


应测定洁净厂房内、外各类振源对洁净厂房精密设备、精密仪器仪表位置处的综合振动影响,以采取被动隔振措施。精密设备、精密仪器仪表的被动隔振措施宜采用能自动校正倾斜的空气弹簧隔振装置。对供应空气弹簧用的气源应进行净化处理。



先进材料技术


各类建筑材料、风管、附件及辅助材料应不燃或难燃且不产生微尘。洁净厂房的建筑围护结构和室内装修,应选用气密性良好,且在温度和湿度变化时变形小、污染物浓度符合现行国家有关标准规定限值的材料。洁净室(区)装饰材料及密封材料不得采用释放对室内各种产品品质有影响物质的材料。墙面抹灰后应刷涂料面层,并应选用难燃、不开裂、耐腐蚀、耐清洗、表面光滑、不易吸水变质发霉的涂料。


文章来源未来实验室学苑

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