生物制藥潔凈室FFU層流罩的應(yīng)用

 

FFU層流罩產(chǎn)品特性：

 

1、FFU系統(tǒng)方便靈活，可以適用于任何結(jié)構(gòu)和各等級的潔凈室。它可以用在另外一些產(chǎn)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(jié)構(gòu)精巧堅固，便于安裝。

 

3、功耗低，運行成本低。

 

4、采用強力風(fēng)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(yīng)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(shè)施，用以滿足潔凈室內(nèi)局部較高潔凈度的要求。層流罩下的區(qū)域可以達到100級(相當(dāng)于IS05級)的空氣潔凈度，在生物制藥、手術(shù)室以及電子行業(yè)等都有極其廣泛的應(yīng)用。層流罩的型式有很多。根據(jù)安裝型式的不同來區(qū)分，有吊裝或支架安裝；根據(jù)吊裝設(shè)備是否置于潔凈室內(nèi)又分為明裝和暗裝兩種型式；根據(jù)空氣循環(huán)動力風(fēng)機設(shè)置區(qū)分，有自帶風(fēng)機的，也有由外部機組送風(fēng)的。

 

 當(dāng)今在電子行業(yè)普遍使用的FFU(Fan FilterUnit)機組由箱體、無蝸殼風(fēng)機、高效過濾器以及控制元件等組成，實際就是一種自帶風(fēng)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(fēng)單元，而且主要是用于電子行業(yè)。電子行業(yè)的特點是建設(shè)規(guī)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(dāng)頻繁。在電子行業(yè)中常規(guī)的凈化空調(diào)系統(tǒng)往往存在投資大、能耗高、靈活性不夠、改造調(diào)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(fēng)單元克服了以上缺陷，在國內(nèi)外的電子潔凈工程得到廣泛應(yīng)用。它的應(yīng)用由以下幾部分組成：

 

(1)FFU機組；

 

(2)FFU配套的專用龍骨系統(tǒng)；

 

(3)冷卻盤管(或稱干盤管)；

 

(4)新風(fēng)系統(tǒng)。

 

它的優(yōu)點是：

 

(1)系統(tǒng)靈活，改造方便，隨時調(diào)整送風(fēng)單元的數(shù)量，從而改變房間的送風(fēng)量(即換氣次數(shù))。節(jié)省空間，吊頂回風(fēng)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(fēng)管，節(jié)約能耗。

 

(3)負(fù)壓密封。在FFU運行中不必?fù)?dān)心過濾器安裝不良產(chǎn)生的泄漏。

 

在生物制藥工程中的應(yīng)用狀況作為潔凈室應(yīng)用的另一重要行業(yè)，生物制藥行業(yè)的特點是規(guī)模不是很大(和電子行業(yè)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(xì)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(nèi)都有需設(shè)百級層流保護區(qū)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(huán)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(lián)動線的工藝設(shè)備是附帶層流罩的，而大部分情況是根據(jù)工藝設(shè)備的布置，由凈化空調(diào)設(shè)計人員進行百級區(qū)域的設(shè)計。
 

 

目前，許多醫(yī)藥工程設(shè)計人員采用FFU的組合來滿足局部區(qū)域的百級要求(布置見圖1所示)。由于T程設(shè)計者對FFU了解不夠，考慮不全面，在設(shè)計過程中產(chǎn)生了如下一些問題：

 

(1)圖紙交待不清，沒有設(shè)計相應(yīng)配套的龍骨系統(tǒng)，也沒有FFU的安裝標(biāo)高，或沒有考慮吊頂內(nèi)設(shè)置靜壓箱的空間，沒有相應(yīng)的回風(fēng)系統(tǒng)，也就沒有相應(yīng)的FFU的進風(fēng)來源。

 

(2)數(shù)量眾多FFU的組合使得室內(nèi)的噪聲超標(biāo)，而且無法采取消聲措施。

 

(3)設(shè)計未經(jīng)詳細(xì)熱濕負(fù)荷計算，送人的一次風(fēng)量不夠(指經(jīng)空調(diào)機組處理過的送風(fēng)量)，又沒有配置相應(yīng)的冷卻盤管，導(dǎo)致室內(nèi)溫度大大超過設(shè)計值。而且由于一次風(fēng)量的分布不均勻，使得區(qū)域內(nèi)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(qū)域不進行工藝生產(chǎn)時，如停止運行FFU，由于負(fù)壓密封的負(fù)壓狀態(tài)被破壞，過濾器密封有泄漏，有可能破壞無菌室的無菌狀態(tài)。

 

探討和分析上述問題產(chǎn)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(fēng)方式

 

2．1．1認(rèn)為數(shù)個FFU的組合就能達到相應(yīng)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(shè)計專用的龍骨系統(tǒng)，甚至沒有FFU的安裝標(biāo)高，也沒有說明是室內(nèi)直接回風(fēng)還是通過技術(shù)夾墻或者回風(fēng)管周風(fēng)。有些設(shè)管道井回風(fēng)，卻沒有經(jīng)過計算，管道井偏小，風(fēng)速過大，阻力偏高。而一般情況下，F(xiàn)FU是定型產(chǎn)品，不可能提供過高的余壓，這樣的情況從而導(dǎo)致阻力偏大，風(fēng)量下降，百級層流的面風(fēng)速不達標(biāo)或面風(fēng)速的差異過大。

 

2．1．2事實上，如果由管道井回風(fēng)，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(fēng)管道井，拼接縫隙密封并不好，易造成漏風(fēng)，而且作為潔凈空氣的通道，其內(nèi)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(shù)夾層的空間有限，設(shè)置回風(fēng)靜壓箱有一定的難度，而且因為安全、衛(wèi)生、控制細(xì)菌污染等方面的原因，靜壓箱應(yīng)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(jù)產(chǎn)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(nèi)的噪聲就會大大超過這個數(shù)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(dāng)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(shè)備共振等原因，房間的實測噪聲會更高。

 

2．3室內(nèi)溫度和風(fēng)量

 

2．3．1設(shè)計沒有充分考慮FFU的風(fēng)機溫升，造成室內(nèi)溫度大大高于設(shè)計值。另外如果一次風(fēng)補入靜壓箱的位置分布不合理，也會導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)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(fēng)量，這是與電子行業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)濕量少的特點是相對應(yīng)的。但是在制藥行業(yè)由于濕度要求比較干燥，設(shè)置冷卻盤管是不妥當(dāng)?shù)?。一般是靠加大一次風(fēng)量來消除房間的冷負(fù)荷。

 

2．3．3以圖1所示的某一灌裝室為例，室內(nèi)溫度為22℃，相對濕度為55％，工藝設(shè)備、原輔料、包裝材料、人員燈光、護圍結(jié)構(gòu)等的熱濕負(fù)荷，均由系統(tǒng)送人的一次風(fēng)處理，經(jīng)計算空調(diào)冷負(fù)荷為16．3kW，考慮空調(diào)風(fēng)機及管道溫升，設(shè)計送風(fēng)溫度約為14。C。室內(nèi)點焓值iN=45 kJ／kg干，送風(fēng)點焓值is=35 kJ／kg干．設(shè)計送風(fēng)量為：

而這里設(shè)計沒有考慮FFU風(fēng)機電機的發(fā)熱，而這部分的發(fā)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(qū)域，每臺FFU的尺寸是1200×600，層流罩的面積是40．32m2，單臺FFU風(fēng)量為0．3m3／s。FFU的電機功率取一品牌(取市場產(chǎn)品居中的數(shù)值)為248W／臺，經(jīng)計算風(fēng)機電機發(fā)熱形成的冷負(fù)荷：

 

這個計算公式反映了有多少輸入功率實際上轉(zhuǎn)換成做功，能量的形式由電能轉(zhuǎn)換成了熱能，根據(jù)有關(guān)FFU的資料介紹，最新設(shè)計的FFU的實際能耗指標(biāo)是0．55 kW／(m3／s1如果以這部分的能耗都轉(zhuǎn)換了熱量。那么，Q=56×0．3×0．55=9．24 kW，通過這兩個冷負(fù)荷的計算方法來看。這兩個計算的冷負(fù)荷是相吻合的，應(yīng)該是可以作為計算依據(jù)的。

那么房間實際上的溫度是27．7℃。由于采用不同的產(chǎn)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?xí)摺６鴮嶋H上有些工程，根據(jù)竣工后測試，室內(nèi)溫度達到超過30℃的不在少數(shù)。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(fēng)量是：

 

而此時的換氣次數(shù)n=51次／ll，如果考慮一定修正系數(shù)，事實上送風(fēng)量還應(yīng)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(tǒng)對房間的送風(fēng)量。

 

2．4FFU負(fù)壓密封的缺陷

FFU的過濾器采用的是負(fù)壓密封的方法，過濾器是簡單地放在T形龍骨上，F(xiàn)FU的風(fēng)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(qū)域。為了維持密封，必須有負(fù)壓，要有負(fù)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，F(xiàn)FU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(yè)來講是很不安全的。更有甚者，有些設(shè)計者將一次風(fēng)直接送人靜壓箱，一旦FFU停止運行。未經(jīng)高效過濾器過濾的空氣直接滲漏至百級層流罩區(qū)域，將產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。這種設(shè)計方案是存在嚴(yán)重缺陷的。另外，F(xiàn)FU出風(fēng)面未設(shè)阻尼層，雖說FFu下的風(fēng)速均速由FFU來保證，但如果區(qū)域較大，每個FFU的空氣流動阻力不一，而FFU下出風(fēng)面無阻尼層也將導(dǎo)致FFU的面風(fēng)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(fēng)速不均勻，而且無法達到某螳特定的風(fēng)(3)FFU發(fā)熱量大，溫濕度不易控制。送入的一次風(fēng)量大，不節(jié)能。

 

(4)采用負(fù)壓密封，停機時有污染的可能。

 

(5)設(shè)置靜壓箱技術(shù)要求高，生物制藥行業(yè)的空間有限，難度很大，如設(shè)冷卻盤管，也存在很多困難和隱患。

 

(6)不節(jié)能．為維護過濾器的負(fù)壓密封。必須靠運行FFU的風(fēng)機來產(chǎn)生負(fù)壓。

 

綜合分析比較后，我認(rèn)為生物潔凈室層流罩采用FFU的方式一定要根據(jù)面積大小，吊頂結(jié)構(gòu)形式，作多方面計算分析比較，慎重考慮，給出經(jīng)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(shù)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(xiàn)了上述存在的問題。

根據(jù)我的設(shè)計經(jīng)驗，小面積的百級區(qū)，可采用明敷吊裝的層流罩，自帶風(fēng)機進行空氣循環(huán)，溫度、噪聲均彳i存在問題。超過一定面積的百級區(qū)。應(yīng)綜合考慮噪聲、溫度、一次風(fēng)量、造價、運行費用等綜合因素。推薦使用的方案是機組送風(fēng)層流罩，百級層流罩采用機組送風(fēng)，經(jīng)空調(diào)機組的一次風(fēng)可送人百級送風(fēng)機組(見圖2)。
 

 

如經(jīng)冷負(fù)荷計算，房間發(fā)熱量過大時，也可以在百級送風(fēng)機組中設(shè)置冷卻功能段。

 

結(jié)論：

 

以上方案在實踐應(yīng)用中，風(fēng)速、噪聲、溫濕度都達到了較好的效果。而且空調(diào)機組配置變頻器以后，風(fēng)速的調(diào)節(jié)、風(fēng)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(chǎn)時，百級送風(fēng)機組可以停機，或儀維持正壓值班運行即可，是比較節(jié)能的方案。