生物制藥潔凈室FFU層流罩的應用
2023-03-27 08:17:29 admin
生物制藥潔凈室FFU層流罩的應用
那么房間實際上的溫度是27．7℃。由于采用不同的產品，不同的功率，不同的效率，并且由于靜壓箱傳熱等因素，房間的溫度甚至會更高。而實際上有些工程，根據竣工后測試，室內溫度達到超過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，房間的實際送風量是：
FFU層流罩產品特性：
1、FFU系統方便靈活，可以適用于任何結構和各等級的潔凈室。它可以用在另外一些產品上，例如;可移動潔凈房，潔凈工作臺，潔凈走廊等。
2、由防銹鋁板，不銹鋼，鋁合金，鋼板烤漆，鍍膜鋼或噴粉的鐵板做成的FFU箱體，結構精巧堅固，便于安裝。
3、功耗低，運行成本低。
4、采用強力風機，可在高靜壓下長期使用，但又可同時維持低噪音。
5、我們的FFU應用范圍，適合從100級到30萬級的各種潔凈室。
層流罩是潔凈室中常用于獲得局部層流(單向流)的凈化設施，用以滿足潔凈室內局部較高潔凈度的要求。層流罩下的區域可以達到100級(相當于IS05級)的空氣潔凈度，在生物制藥、手術室以及電子行業等都有極其廣泛的應用。層流罩的型式有很多。根據安裝型式的不同來區分，有吊裝或支架安裝；根據吊裝設備是否置于潔凈室內又分為明裝和暗裝兩種型式；根據空氣循環動力風機設置區分，有自帶風機的，也有由外部機組送風的。
當今在電子行業普遍使用的FFU(Fan FilterUnit)機組由箱體、無蝸殼風機、高效過濾器以及控制元件等組成，實際就是一種自帶風機層流單元的型式，既可以作層流單元使用，也可以用于亂流潔凈室的送風單元，而且主要是用于電子行業。電子行業的特點是建設規模比較大，潔凈室的空間面積也比較大，潔凈度的等級也比較高，尤其是千級、百級比較多，而且改造也相當頻繁。在電子行業中常規的凈化空調系統往往存在投資大、能耗高、靈活性不夠、改造調整困難，施工周期長，改造費用比較高等缺點。
正是FFU作為送風單元克服了以上缺陷，在國內外的電子潔凈工程得到廣泛應用。它的應用由以下幾部分組成：
(1)FFU機組；
(2)FFU配套的專用龍骨系統；
(3)冷卻盤管(或稱干盤管)；
(4)新風系統。
它的優點是：
(1)系統靈活，改造方便，隨時調整送風單元的數量，從而改變房間的送風量(即換氣次數)。節省空間，吊頂回風靜壓箱中可安排各種管線、燈具、噴淋和靜電中和器等。
(2)如果車間面積很大，省去了很長、很大的回風管，節約能耗。
(3)負壓密封。在FFU運行中不必擔心過濾器安裝不良產生的泄漏。
在生物制藥工程中的應用狀況作為潔凈室應用的另一重要行業，生物制藥行業的特點是規模不是很大(和電子行業相比)，房間分隔較多，單個潔凈室面積不大。整體凈化級別不是很高，但對于控制塵粒和細菌污染有較高的要求。
在清潔、消毒維持正壓，房間整體的密閉性的要求、防止交叉污染和防止室外空氣倒灌等方面都有較高的要求。一般無菌室內都有需設百級層流保護區域，比如洗烘瓶、涼瓶、灌裝、加塞、凍干出粉等需在無菌百級的環境下進行的，包括涉及無菌原料藥及與其直接接觸的包裝材料滅菌后的暴露工序。有些聯動線的工藝設備是附帶層流罩的，而大部分情況是根據工藝設備的布置，由凈化空調設計人員進行百級區域的設計。
目前，許多醫藥工程設計人員采用FFU的組合來滿足局部區域的百級要求(布置見圖1所示)。由于T程設計者對FFU了解不夠，考慮不全面，在設計過程中產生了如下一些問題：
(1)圖紙交待不清，沒有設計相應配套的龍骨系統，也沒有FFU的安裝標高，或沒有考慮吊頂內設置靜壓箱的空間，沒有相應的回風系統，也就沒有相應的FFU的進風來源。
(2)數量眾多FFU的組合使得室內的噪聲超標，而且無法采取消聲措施。
(3)設計未經詳細熱濕負荷計算，送人的一次風量不夠(指經空調機組處理過的送風量)，又沒有配置相應的冷卻盤管，導致室內溫度大大超過設計值。而且由于一次風量的分布不均勻，使得區域內溫度差異大。而且還存在單向氣流速度的均勻性差。
(4)在百級區域不進行工藝生產時，如停止運行FFU，由于負壓密封的負壓狀態被破壞，過濾器密封有泄漏，有可能破壞無菌室的無菌狀態。
探討和分析上述問題產生的原因及其帶來的影響
2．1不注意FFU的安裝方式及回風方式
2．1．1認為數個FFU的組合就能達到相應的百級層流的要求，沒有考慮靜壓箱的安裝方案。僅有平面圖，沒有交待巨大的靜壓箱圖紙，也沒有設計專用的龍骨系統，甚至沒有FFU的安裝標高，也沒有說明是室內直接回風還是通過技術夾墻或者回風管周風。有些設管道井回風，卻沒有經過計算，管道井偏小，風速過大，阻力偏高。而一般情況下，FFU是定型產品，不可能提供過高的余壓，這樣的情況從而導致阻力偏大，風量下降，百級層流的面風速不達標或面風速的差異過大。
2．1．2事實上，如果由管道井回風，往往采用夾芯彩鋼板來分隔也是不妥的。原因是夾芯彩鋼板作為回風管道井，拼接縫隙密封并不好，易造成漏風，而且作為潔凈空氣的通道，其內部因施rT造成的污染也難以清潔。建成使用后，也存在兇氣密性不夠，存在二次污染的可能。
2．1．3生物制藥廠的技術夾層的空間有限，設置回風靜壓箱有一定的難度，而且因為安全、衛生、控制細菌污染等方面的原因，靜壓箱應該是獨立的，有一定的密封要求，不允許其它管路、管線穿越其中。
2．2忽略了FFU的噪聲問題。
2．2．1根據產品資料，單個FFU的噪聲一般在50～55dB(A)，但是FFU的多個組合，疊加后的室內的噪聲就會大大超過這個數值。以一組N臺盧級為52dB(A)的FFU為例進行疊加計算，疊加后的噪聲為：52+10 IogN，當N為56時，噪聲就達到約70dB(A)，顯然這個噪聲不能令人滿意。而且生物制藥潔凈室的房間面積較小，空間高度相對電子廠房來說也低得多，造成在工作面上所感覺到的噪聲程度更為強烈。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噪聲問題。
2．2．2由于房問的狹小，本身還有背景噪聲加上噪聲反射，設備共振等原因，房間的實測噪聲會更高。
2．3室內溫度和風量
2．3．1設計沒有充分考慮FFU的風機溫升，造成室內溫度大大高于設計值。另外如果一次風補入靜壓箱的位置分布不合理，也會導致區域內的溫度分布不均勻。
2．3．2前面提到電子廠房中FFU通常和冷卻盤管配套使用，減少了輸入的一次風量，這是與電子行業生產過程產濕量少的特點是相對應的。但是在制藥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。
2．3．3以圖1所示的某一灌裝室為例，室內溫度為22℃，相對濕度為55％，工藝設備、原輔料、包裝材料、人員燈光、護圍結構等的熱濕負荷，均由系統送人的一次風處理，經計算空調冷負荷為16．3kW，考慮空調風機及管道溫升，設計送風溫度約為14。C。室內點焓值iN=45 kJ／kg干，送風點焓值is=35 kJ／kg干．設計送風量為：
而這里設計沒有考慮FFU風機電機的發熱，而這部分的發熱量恰恰是不容忽視的。這個方案中采用了56臺FFU，這些FFU組合成了百級所需的層流區域，每臺FFU的尺寸是1200×600，層流罩的面積是40．32m2，單臺FFU風量為0．3m3／s。FFU的電機功率取一品牌(取市場產品居中的數值)為248W／臺，經計算風機電機發熱形成的冷負荷：
這個計算公式反映了有多少輸入功率實際上轉換成做功，能量的形式由電能轉換成了熱能，根據有關FFU的資料介紹，最新設計的FFU的實際能耗指標是0．55 kW／(m3／s1如果以這部分的能耗都轉換了熱量。那么，Q=56×0．3×0．55=9．24 kW，通過這兩個冷負荷的計算方法來看。這兩個計算的冷負荷是相吻合的，應該是可以作為計算依據的。
那么房間實際上的溫度是27．7℃。由于采用不同的產品，不同的功率，不同的效率，并且由于靜壓箱傳熱等因素，房間的溫度甚至會更高。而實際上有些工程，根據竣工后測試，室內溫度達到超過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，房間的實際送風量是：
而此時的換氣次數n=51次／ll，如果考慮一定修正系數，事實上送風量還應大一些。通過計算可以看出，采用FFU來做層流罩將會增加系統對房間的送風量。
2．4FFU負壓密封的缺陷
FFU的過濾器采用的是負壓密封的方法，過濾器是簡單地放在T形龍骨上，FFU的風機及箱體再架在過濾器上.簡而言之，過濾器不是采用機械壓緊的方式或液槽密封的方式有效隔斷高效過濾器上下游，即污染與潔凈的兩個區域。為了維持密封，必須有負壓，要有負壓，必須常開FFU機組，這樣做，運行費用比較高。否則一旦停止FFU的運行，FFU的過濾器上游的污染物有污染無菌室的潛在可能，對于生物制藥行業來講是很不安全的。更有甚者，有些設計者將一次風直接送人靜壓箱，一旦FFU停止運行。未經高效過濾器過濾的空氣直接滲漏至百級層流罩區域，將產生嚴重的污染。這種設計方案是存在嚴重缺陷的。另外，FFU出風面未設阻尼層，雖說FFu下的風速均速由FFU來保證，但如果區域較大，每個FFU的空氣流動阻力不一，而FFU下出風面無阻尼層也將導致FFU的面風速差異過大。
歸納一下FFU作為層流罩來使用，尤其是大面積的層流罩，存在以下幾個問題：
(1)噪聲大。
(2)風速不均勻，而且無法達到某螳特定的風(3)FFU發熱量大，溫濕度不易控制。送入的一次風量大，不節能。
(4)采用負壓密封，停機時有污染的可能。
(5)設置靜壓箱技術要求高，生物制藥行業的空間有限，難度很大，如設冷卻盤管，也存在很多困難和隱患。
(6)不節能．為維護過濾器的負壓密封。必須靠運行FFU的風機來產生負壓。
綜合分析比較后，我認為生物潔凈室層流罩采用FFU的方式一定要根據面積大小，吊頂結構形式，作多方面計算分析比較，慎重考慮，給出經濟合理可靠的方案。在此前，也有一些層流罩采用了FFU的方案由于數量較小，或直接安裝在吊頂下，在使用過程中也達到百級的效果，但個案的成功，不等于該方案不存在什么問題，反而是大面積層流罩采用FFU方案的，較明顯出現了上述存在的問題。
根據我的設計經驗，小面積的百級區，可采用明敷吊裝的層流罩，自帶風機進行空氣循環，溫度、噪聲均彳i存在問題。超過一定面積的百級區。應綜合考慮噪聲、溫度、一次風量、造價、運行費用等綜合因素。推薦使用的方案是機組送風層流罩，百級層流罩采用機組送風，經空調機組的一次風可送人百級送風機組(見圖2)。
根據我的設計經驗，小面積的百級區，可采用明敷吊裝的層流罩，自帶風機進行空氣循環，溫度、噪聲均彳i存在問題。超過一定面積的百級區。應綜合考慮噪聲、溫度、一次風量、造價、運行費用等綜合因素。推薦使用的方案是機組送風層流罩，百級層流罩采用機組送風，經空調機組的一次風可送人百級送風機組(見圖2)。
如經冷負荷計算，房間發熱量過大時，也可以在百級送風機組中設置冷卻功能段。
結論：
以上方案在實踐應用中，風速、噪聲、溫濕度都達到了較好的效果。而且空調機組配置變頻器以后，風速的調節、風速的均勻度、噪聲都達到了比較好的效果。而且一旦停止工藝生產時，百級送風機組可以停機，或儀維持正壓值班運行即可，是比較節能的方案。
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