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洁净车间设备管理---洁净厂房的设备节能运行
来源:广东三汇净化科技有限公司 人气:378 发表时间:2015-07-13

洁净车间设备管理---洁净厂房的设备节能运行
1、净化车间的节能潜力
净化车间是能量消耗大户,这是因为:
(1)要使用净化空调系统保持洁净生产环境所必需的空气洁净度等级、压差、温度、相对湿度等要求。
(2)要使用通风换气装置,包括全室或局部的送、排风装置。净化厂房内应根据产品生产过程的要求排除生产过程中产生的粉尘、热量、有机溶剂等,防止污染和交叉污染,与此同时需向洁净室内送入相应的或必需的室外新鲜空气。根据不同的空气洁净度等级的要求需要有一定的换气次数/排风量。
(3)为进行正常的产品生产,净化厂房内的生产工艺设备需按产品的特点供应电力、纯气、纯水、高纯化学晶体等,这些也需消耗大量的能源。伴随着电力等能量的消耗,在洁净室内产生的各种形式的发热量还需进行冷却,有时这种冷负荷量是不可忽视的。
洁净厂房所需的净化空调系统与一般工业厂房或办公楼的冷空调系统相比,前者因空气洁净度等级和洁净车间内生产工艺要求的不同,冷负荷大约为2093~6280Kj/(m².h),而后者的冷负荷仅335~502kJ/(m².h)。半导体集成电路制造或生物医药产品的主要生产工序都要求在洁净车间内进行,为了保持相应的空气洁净度等级,需要将大量的空气通过高效过滤器过滤后送入洁净厂房内,办公楼的一般空调房间的换气次数为10次/h以下,而大规模集成电路生产所需的5级(10级)、4级(10级)、3级(1级)净化厂房的换气次数可能达到百次,其送风量将会比一般空调系统大数十倍以致百倍以上,因此洁净厂房的净化空调系统及其制冷机的耗电量比其他类型建筑物的一般空调系统及其制冷机的耗电量大得多。据调查统计,大规模集成电路制造工厂洁净厂房的净化空调系统及其制冷机的耗电量约占工厂总耗电量的50%左右,制药工厂洁净厂房的净化空调系统及其制冷机的耗电量约占工厂总耗电量的60%左右。
如上所述,洁净厂房的耗电量是很大的,若净化厂房设计时有精心、周密的规划,节约能源、降低能量消耗是可能的,节能的潜力是很大的。有关调查分析表明,即使空气洁净度等级相同的洁净室,由于设计和设备配置的不同,能耗量可能相差50%以上。以下主要叙述目前国内外已在洁净厂房中应用的或可能应用的一些降低能量消耗的技术措施,供广大读者参考。
2、洁净室规划与设计的节能技术措施
(1)洁净厂房的位置选择。洁净厂房应尽可能设置在大气含尘和有害气体浓度较低、自然环境较好的区域,以减轻洁净厂房净化空调系统过滤装置的负载。从而减少经常的运行能量的消耗。
(2)工厂总平面布置。在确保产品生产质量的前提下,尽可能按产品生产工艺要求有序地将各生产车间、辅助生产车间、仓库、共用动力设施组合为一幢综合生产厂房,做到缩短各种共用动力管线、减少运输量或运输距离,并使某些共用动力设施靠近负荷中心,从而减少能量损耗,提高能源使用效率。
(3)洁净厂房的工艺平面布置。在进行洁净厂房内的工艺平面布置时应十分重视贯彻节能的要求。在洁净室内只能布置有洁净要求的生产工序、生产设备和必要的房间,且应按不同的空气洁净度等级要求分别集中布置,尽最大努力减少洁净室的面积,因为减少洁净室的面积或减少高级别洁净室的面积就是降低能耗。在满足生产工艺和噪声要求的前提下,要求洁净度高的洁净室尽量靠近空调机房,以减少管线长度,减少能耗。
设计洁净厂房时应仔细了解产品生产工艺特点和要求,正确规划洁净室(区),恰当地确定空气洁净度等级,精心进行洁净厂房的平面和空间设计,将工艺生产区、生产服务区,人员净化、物料净化和其他辅助用房分区布置,同时考虑生产操作、工艺设备的安装和维修、管线布置、气流流型以及净化空调系统、各种共用动力设施进行综合协调,既满足产品生产质量要求的空气洁净度等级又只占用较小的洁净室面积。洁净室平面和空间布置设计应尽可能采用洁净小室、洁净工作台、层流罩、洁净隧道、微环境等方式,最大可能地降低能耗。实践表明,合理的降低高级别洁净室面积是减少能耗、节约能源的有效措施。
(4)在进行建筑平面、立面设计时,应努力贯彻节能要求,与业主和工艺设计人员密切配合。在确定门窗数量、位置、大小和外墙构造、厚度以及立面造型时,既要满足产品生产工艺要求,使建筑外形美观、适用、又要符合国家的节能要求,尽量降低能量消耗。例如建筑平面或立面的凹凸变化会使建筑外形活泼生动,但这种变化也会增加外墙的面积,而建筑外墙的热损耗是建筑能耗的重要组成部分。尤其是洁净厂房的室内外温差较大,建筑外墙面积的增加使建筑能耗的增加幅度更大,所以洁净厂房的建筑外形不可过分追求变化,而可采取与产品特点相适应的一些简洁、明快的外形、色调,使洁净厂房造型美观、大方,现代感强。洁净厂房的围护结构应采用隔热性能和气密度好的材料及结构。建筑外墙内侧保温或夹芯保温复合墙板等的推广应用都是降低建筑能耗的重要措施。
洁净厂房门窗设计的恰当与否是降低洁净厂房建筑能耗的重要课题。这里首先是控制好窗墙比,按洁净室的特点尽量减少外墙上的窗面积;其次是确保满足门窗构造的气密性要求,选择优质可靠的材料,确保门窗的保温(冷)效果和减少冷风渗透,防止“冷桥”象限的发生。
(5)降低洁净室的热(冷)负荷的技术措施
1)、在满足生产工艺的前提下,从节约能源的角度出发,按不同工序或房间的不同要求确定空气洁净度等级、温度、相对湿度参数,可能就低时尽可能采用较低的取值。
设计洁净厂房时,应与业主、产品生产工艺技术提供者充分交流,反复讨论比较,合理进行洁净分区规划,尽可能减少洁净室面积或减少高级别类洁净室的面积,这是降低洁净厂房的热(冷)负荷的有效途径。
2)、在产品生产工艺提供者的密切配合下,准确地确定洁净室需设排风装置的房间或工序或生产设备的排风量。这是由于洁净室内排风量的增加意味着净化空调系统的补充新风量的增加,也就是新风处理能耗的增加。在洁净厂房设计中有时会出现由于排风量的增加使净化空调系统的新风量大于规定的新鲜空气需用量,从而使设计的热(冷)负荷增加,因此,准确地确定洁净室内排风量是降低能耗的重要技术措施之一。
3、加强并落实建筑和设备的隔热保温措施。这里包括洁净室的墙体、地面、吊顶(或屋面)、门窗的构造、材质等是否满足隔热保温要求,能否可靠的确保洁净室内的温度、相对湿度要求并尽可能降低热(冷)损失;加强洁净室内生产设备的隔热保温措施,尽量减少排热量;加强各类风管、水气管道的隔热保温措施,减少能耗。
4)、设计洁净厂房时应认真了解和掌握洁净室内的生产设备负荷率、开工率和运行时间的实际情况,实事求是地计算各类生产设备的发热量。由于供给生产设备的电能或其他能源在产品生产过程中大部分转换给产品或由排风装置、冷却水装置带走,少部分转入室内成为净化空调的一部分热负荷,这一部分热量的计算与多种因素有关,因此需要认真、仔细了解并积累必要的基础数据,尽可能做到较为准确地计算生产设备的发热量,以便为恰当计算净化空调系统的热(冷)负荷提供依据。
5)、准确地核算洁净室内操作人员的数量。操作人员发热量也是净化空调系统热(冷)负荷的重要组成部分,对洁净室内操作人员较多的洁净厂房进行设计时,认真核实人员数量尤为重要。
3、洁净空调系统的节能措施
洁净室的能量消耗分布在冷热源、空气处理、空气输送等各个环节中,节能也应针对不同的环节采取措施。
(1)冷热源环节节能措施。常规净化空调冷热源采用制冷机组加锅炉配置。热天洁净室内转移的热量通过冷却塔向大气排放,受大气影响大,能效在2.8~3.5;冷天靠锅炉燃煤、油或耗电提供所需热量,能效在0.3~0.9.
节能型冷热源采用地源热泵加辅助设施配置,一般不受天气影响,夏天能效比在4以上,冬天能效比在2.5以上。需要注意的是地理管的间距不宜过小,应考虑当地土壤传热能力,合理确定最小间距。因为土壤的传热主要靠导热,间距过小会造成土壤冷热量扩散不足,设计容量无法达到,严重时还会造成机组停机。
(2)空气处理环节节能措施。空气处理分为新风处理和循环风处理。对于高湿高热的工艺过程或对湿度精度要求高的情况,需要在冷凝去湿后加热,造成冷热对冲,能量损耗。解决的办法一般是采用二次回风空气处理。
夏季新风处理中为了保证湿度需要大量去湿,以往做法是现在表冷器将空气过冷,让空气中水分凝出,再用电或蒸汽加热,以保证送风温度。这样做必然带来冷热对冲的能量损失。近年来,有人提出利用制冷循环的冷凝热再热除湿后的空气。某国内知名净化设备企业开发的新型新风处理机,它集制冷机和空气处理机于一体,利用压缩机出来的高温制冷剂对蒸发冷凝后的新风进行再热,既避免了冷热对冲,又减少了冷凝器对大气的热量排放。该企业专门开发了所需的PLC控制器,根据热湿负荷调控高温制冷剂在冷凝器和再热冷凝器之间的分配,保证机组的正常稳定运行。
(3)空气输送环节节能措施。处理后的空气通过风管送往净化空间,现在已大量采用变频风机,根据洁净度和正压变化,与排风阀联动调节风量。合理的风管系统和分布布置洁净室可以大大减少空气输送的能量损失。
(4)减少净化空调系统送风量和降低系统阻力的节能措施。
1)、按生产工艺要求的不同空气洁净度等级和不同的工作时间、班次合理划分净化空调系统。对于不连续使用的或科研用洁净室,由于工作时间不同划分非不同的净化空调系统,既方便使用又能减少能耗;对于不同空气洁净度等级的各个洁净房间可以视洁净室的布置情况和生产工艺要求,由一个或多个净化空调系统供给净化空气。
2)、采取必要技术措施,减少生产设备的排热量,降低排风量。如将可能采用水冷方式的生产设备尽可能地选用水冷设备;加强生产设备的隔热、保温措施等。
3)、与产品生产工艺技术提供者密切配合,尽可能减少洁净室排入大气的排风量。这类技术措施有:
①改进设备构造及性能或选用先进的生产设备,少排或不排入大气。
②合理组织排风系统,尽量将同类、相同使用时间的排风装置划分为一个排风系统,避免因各排风装置无须使用时仍与排风系统接通,增加了排风系统排风量。
③设置排风量的最佳控制方式,若可能时将排风量的控制装置与相应的净化空调系统的送风装置联动控制,可以较好地根据排风量大小控制送风量等。
4)、合理组织净化空调系统中各种空气过滤器的设置,对较大型的洁净厂房的净化空调系统的新风集中进行空气净化处理。
5)、净化空调系统设计应合理利用回风。在产品生产过程中不产生有害物或不发生交叉污染时,净化空调系统在保证新鲜空气量和保持洁净车间规定的压差值的条件下,为了减少能耗应尽量利用回风。对于换气次数大的单向流洁净室,当空调机房距单向流洁净室较远时可以采用一部分空气不回机房而直接循环使用,可使能耗降低。今年来设计建建造的一些空气洁净度要求严格的单向流洁净车间也已采用新风集中处理后与回风混合进入空气循环系统。这种空气循环系统有轴流风机竖井式、风机过滤单元(FFU)等。风机过滤单元送风方式的净化实践,这类空气循环系统在某些条件下比常规集中净化空调系统节约能量。
当产品生产过程中产生大量有害物质,局部排风又不能满足卫生要求,或对其他工序有影响或交叉污染时,才能采用直流式净化空调系统。在生物制药洁净工程设计中,按照GMP的规定,为避免各类产品的性能特点或各工序间的不同生产特点引发的交叉污染,常有一些洁净房间应采用直流式排风装置。为防止一些有害物对周围环境的影响,还应在排风系统通到大气的出风口装设排风过滤处理装置。
6)、合理进行净化空调系统的风管设计。布置风管时应尽量缩短风管长度,减少不必要弯管、附件的设置、简化风管形状。努力降低风管系统的阻力,以减少耗能。
7)、采用变流量控制风量、水量。根据洁净车间内实际运行情况的不断变化,应采用不同的送风量和相应的冷(热)水流量。如前所述,洁净工程的送风量是由所要求的空气洁净度等级所确定的,但在实际运行中房间的洁净度等级经常受到发尘量、压差等因素的影响,因此送风量不可避免地可能发生变化。为了降低运行费用、减少能耗,在洁净空调系统设计时应采用技术措施,配置变风量、变水量装置,只要的技术措施如下:
①根据检测得到的洁净厂房内的尘粒数量或房间压力值控制调节送风量。
②根据生产过程的特点,采取技术措施,减少或关闭不工作的生产工序或房间,从而减少整个系统的送风量。选用检测、控制房间或设备的排风的装置,按需要控制排风量或开停排风机或排风阀。避免房间或设备不生产时仍开启排风机或排风阀而消耗电能、增加不必要的送风量。
③风机、水泵合理的采用变频机组,根据送风量、供水量的多少,改变风机、水泵的转速,降低电能消耗。
④净化空调系统的空调机组采用冷水量、热水量或蒸汽量的变流量控制。

净化厂房:

资料来源:洁净工程公司 www.gdsanhui.com

 


 

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