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(jí)的潔凈室。它可以用在另外一些產(chǎn)品上，例如;可移動(dòng)潔凈房，潔凈工作臺(tái)，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(jiān)固，便于安裝。

 

3、功耗低，運(yùn)行成本低。

 

4、采用強(qiáng)力風(fēng)機(jī)，可在高靜壓下長(zhǎng)期使用，但又可同時(shí)維持低噪音。

 

5、我們的FFU應(yīng)用范圍，適合從100級(jí)到30萬級(jí)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(dá)到100級(jí)(相當(dāng)于IS05級(jí))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(dòng)力風(fēng)機(jī)設(shè)置區(qū)分，有自帶風(fēng)機(jī)的，也有由外部機(jī)組送風(fēng)的。

 

 當(dāng)今在電子行業(yè)普遍使用的FFU(Fan FilterUnit)機(jī)組由箱體、無蝸殼風(fēng)機(jī)、高效過濾器以及控制元件等組成，實(shí)際就是一種自帶風(fēng)機(jī)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(diǎn)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(jí)也比較高，尤其是千級(jí)、百級(jí)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(zhǎng)，改造費(fèi)用比較高等缺點(diǎn)。

 

正是FFU作為送風(fēng)單元克服了以上缺陷，在國(guó)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(jī)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(diǎn)是：

 

(1)系統(tǒng)靈活，改造方便，隨時(shí)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(zhǎng)、很大的回風(fēng)管，節(jié)約能耗。

 

(3)負(fù)壓密封。在FFU運(yùn)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(diǎn)是規(guī)模不是很大(和電子行業(yè)相比)，房間分隔較多，單個(gè)潔凈室面積不大。整體凈化級(jí)別不是很高，但對(duì)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(jí)層流保護(hù)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(jí)的環(huán)境下進(jìn)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(dòng)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(jì)人員進(jìn)行百級(jí)區(qū)域的設(shè)計(jì)。
 

 

目前，許多醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)人員采用FFU的組合來滿足局部區(qū)域的百級(jí)要求(布置見圖1所示)。由于T程設(shè)計(jì)者對(duì)FFU了解不夠，考慮不全面，在設(shè)計(jì)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(jì)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(jìn)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(jì)未經(jīng)詳細(xì)熱濕負(fù)荷計(jì)算，送人的一次風(fēng)量不夠(指經(jīng)空調(diào)機(jī)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(jì)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(jí)區(qū)域不進(jìn)行工藝生產(chǎn)時(shí)，如停止運(yùn)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(gè)FFU的組合就能達(dá)到相應(yīng)的百級(jí)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(jì)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(jì)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(jí)層流的面風(fēng)速不達(dá)標(biāo)或面風(fēng)速的差異過大。

 

2．1．2事實(shí)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?yàn)榘踩⑿l(wèi)生、控制細(xì)菌污染等方面的原因，靜壓箱應(yīng)該是獨(dú)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(gè)FFU的噪聲一般在50～55dB(A)，但是FFU的多個(gè)組合，疊加后的室內(nèi)的噪聲就會(huì)大大超過這個(gè)數(shù)值。以一組N臺(tái)盧級(jí)為52dB(A)的FFU為例進(jìn)行疊加計(jì)算，疊加后的噪聲為：52+10 IogN，當(dāng)N為56時(shí)，噪聲就達(dá)到約70dB(A)，顯然這個(gè)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(duì)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(qiáng)烈。南于聲源貼近潔凈室，而，1t．除相隔一個(gè)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(shí)測(cè)噪聲會(huì)更高。

 

2．3室內(nèi)溫度和風(fēng)量

 

2．3．1設(shè)計(jì)沒有充分考慮FFU的風(fēng)機(jī)溫升，造成室內(nèi)溫度大大高于設(shè)計(jì)值。另外如果一次風(fēng)補(bǔ)入靜壓箱的位置分布不合理，也會(huì)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(diǎn)是相對(duì)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(duì)濕度為55％，工藝設(shè)備、原輔料、包裝材料、人員燈光、護(hù)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(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷為16．3kW，考慮空調(diào)風(fēng)機(jī)及管道溫升，設(shè)計(jì)送風(fēng)溫度約為14。C。室內(nèi)點(diǎn)焓值iN=45 kJ／kg干，送風(fēng)點(diǎn)焓值is=35 kJ／kg干．設(shè)計(jì)送風(fēng)量為：

而這里設(shè)計(jì)沒有考慮FFU風(fēng)機(jī)電機(jī)的發(fā)熱，而這部分的發(fā)熱量恰恰是不容忽視的。這個(gè)方案中采用了56臺(tái)FFU，這些FFU組合成了百級(jí)所需的層流區(qū)域，每臺(tái)FFU的尺寸是1200×600，層流罩的面積是40．32m2，單臺(tái)FFU風(fēng)量為0．3m3／s。FFU的電機(jī)功率取一品牌(取市場(chǎng)產(chǎn)品居中的數(shù)值)為248W／臺(tái)，經(jīng)計(jì)算風(fēng)機(jī)電機(jī)發(fā)熱形成的冷負(fù)荷：

 

這個(gè)計(jì)算公式反映了有多少輸入功率實(shí)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(jì)的FFU的實(shí)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(gè)冷負(fù)荷的計(jì)算方法來看。這兩個(gè)計(jì)算的冷負(fù)荷是相吻合的，應(yīng)該是可以作為計(jì)算依據(jù)的。

那么房間實(shí)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?shí)際上有些工程，根據(jù)竣工后測(cè)試，室內(nèi)溫度達(dá)到超過30℃的不在少數(shù)。而這個(gè)溫度對(duì)于百級(jí)房間是不能接受的。為了維持房間的22℃溫度，房間的實(shí)際送風(fēng)量是：

 

而此時(shí)的換氣次數(shù)n=51次／ll，如果考慮一定修正系數(shù)，事實(shí)上送風(fēng)量還應(yīng)大一些。通過計(jì)算可以看出，采用FFU來做層流罩將會(huì)增加系統(tǒng)對(duì)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(jiǎn)單地放在T形龍骨上，F(xiàn)FU的風(fēng)機(jī)及箱體再架在過濾器上.簡(jiǎn)而言之，過濾器不是采用機(jī)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(gè)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(jī)組，這樣做，運(yùn)行費(fèi)用比較高。否則一旦停止FFU的運(yùn)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(duì)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(jì)者將一次風(fēng)直接送人靜壓箱，一旦FFU停止運(yùn)行。未經(jīng)高效過濾器過濾的空氣直接滲漏至百級(jí)層流罩區(qū)域，將產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。這種設(shè)計(jì)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(gè)FFU的空氣流動(dòng)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(gè)問題：

 

(1)噪聲大。

 

(2)風(fēng)速不均勻，而且無法達(dá)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(jī)時(shí)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(hù)過濾器的負(fù)壓密封。必須靠運(yùn)行FFU的風(fēng)機(jī)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(jì)算分析比較，慎重考慮，給出經(jīng)濟(jì)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(dá)到百級(jí)的效果，但個(gè)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(jì)經(jīng)驗(yàn)，小面積的百級(jí)區(qū)，可采用明敷吊裝的層流罩，自帶風(fēng)機(jī)進(jìn)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(jí)區(qū)。應(yīng)綜合考慮噪聲、溫度、一次風(fēng)量、造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等綜合因素。推薦使用的方案是機(jī)組送風(fēng)層流罩，百級(jí)層流罩采用機(jī)組送風(fēng)，經(jīng)空調(diào)機(jī)組的一次風(fēng)可送人百級(jí)送風(fēng)機(jī)組(見圖2)。
 

 

如經(jīng)冷負(fù)荷計(jì)算，房間發(fā)熱量過大時(shí)，也可以在百級(jí)送風(fēng)機(jī)組中設(shè)置冷卻功能段。

 

結(jié)論：

 

以上方案在實(shí)踐應(yīng)用中，風(fēng)速、噪聲、溫濕度都達(dá)到了較好的效果。而且空調(diào)機(jī)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(dá)到了比較好的效果。而且一旦停止工藝生產(chǎn)時(shí)，百級(jí)送風(fēng)機(jī)組可以停機(jī)，或儀維持正壓值班運(yùn)行即可，是比較節(jié)能的方案。