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      潔凈車間的內外壓差如何控制

      2020-10-31 09:46:43

      1 壓差控制在無塵車間中是一個非常重要的環節。


      只有通過對凈化區域的壓差進行控制,保證合理的氣流組織,才能達到凈化和工藝的要求。例如潔凈廠房必須保持的正壓使外界未經凈化的空氣不會進人凈化區域,保證潔凈級別;并且通過對各凈化區域的不同的壓差控制,達到凈化分區的作用,在GMP中就要求不同凈化級別區域的壓差應得到控制不小于+5Pa。


      在生物安全潔凈室中,壓差控制更是保證安全防護屏障的關鍵指標,在《生物安全實驗室建筑技術規范》中指出必須使實驗室的負壓梯度得到穩定可靠的控制。因此對于無塵車間來說,壓差控制是非常重要的。


      壓差控制在實現中是比較困難,特別是在生物安全實驗室中,要得到并保持準確、穩定的壓差對于控制工程師而言是一件具有挑戰性的任務。因此在設計壓差控制系統時,必須要根據實際情況從以下幾個方面進行分析和確定:


      ①風險分析評估;

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      ②定風量系統和變風量系統選擇;


      ③壓差控制和余風量控制方法;


      ④控制信號與噪聲的影響;


      ⑤制穩定性及響應速度;


      ⑥建筑結構對壓差控制的影響;風管泄漏對壓力控制的影響。


      首先,必須對壓差控制的風險進行分析,例如對于高等級的生物安全實驗室而言,因為它有生物污染的高風險,各種相關的標準都對其有保持穩定負壓梯度防止污染泄漏的嚴格要求,因此控制系統就必須能夠穩定可靠的實現這樣的控制目標。


      2 壓差控制方法


      對于壓差控制系統來說,其所達到的結果實質上是對滲人或滲出空氣的控制,就其控制策略而言可分為被動式和主動式控制。


      定風量(CAV)是一種被動式的控制方法,它使用手動風量調節閥,通過簡單的送風和排風平衡,送風比排風少(或多)的量(余風量),來達到所期望的壓差。在選擇定風量這樣的控制策略時必須認真的考慮,因為定風量系統有突出的局限性。


      主要有以下幾點:


      (1)所有時間,設備必須保持恒定的送風量和排風量。


      (2)不能有任何排風設備(如生物安全柜等)增加或減少,靈活性差。未來的擴展會由于系統容量限制而受限。


      (3)必須按全負荷設計,要有較大的余量來彌補由于過濾器等造成的送風和排風系統性能的下降,連續的全負荷運行使能耗極大,因此運行成本非常高。


      (4)由于風機系統、過濾器系統等性能下降或風閥位置改變等情況下,系統經常要重新進行風平衡調試,需要大量的維護。


      (5)由于在所有時間都是大風量運行,噪音會過高。因此如果不能接受以上的局限性時,就不應選取這樣的控制策略。目前,通過在送風管和排風管上采用壓力無關型的定風量控制裝置(如文丘里閥)的定風量系統,在程度上可以主動的、動態的調節流量,消除系統靜壓波動造成的對流量的影響,從而保證流量的恒定和控制的穩定。


      變風量系統(VAV)是一種主動式的壓力控制策略,它通過電動風量調節閥連續不斷的對送風量或排風量進行調節,以保持希望的壓力。主動式的VAV壓力控制方法可以分為兩種:純壓差控制(OP)和余風量(又稱為流量追蹤)控制(AV).


      2.1純壓差控制方法


      純壓差控制方法相對而言簡單明了,其基本原理如圖1。其控制原理為:壓差傳感器測量室內與參照區域的壓差(OP),與設定點(即期望的壓差)比較后,控制器根據偏差按PID調節算法對送風量(或排風量)進行控制,從而達到要求的壓差??梢钥闯?,送風量(或排風量)是壓差(Δp)、設定點以及PID常數(α,β)的函數。


      另外一種相似的壓差控制方法則是根據伯努利原理,利用一個裝在小管內的風速探頭,將小管置于潔凈室與參照區之間的開孔中,由于潔凈室內與參照區的壓力差將使空氣從此小管中流過,管中的風速探頭就可傳感潔凈室內與參照區之間的空氣流速,從而根據伯努利原理利用風速計算出潔凈室與參照區的壓差,根據此壓差信號,按照上述的方法,控制器對潔凈室的送風或排風量進行控制,達到所期望的壓差值,這樣的方法稱為“偽壓差”控制方法。


      2.2余風量(氣流追蹤)控制方法


      潔凈室的送風量與排風量之間保持的風量差(稱為余風量),必然會導致潔凈室產生的壓差。余風量(氣流追蹤)控制即控制系統實時測量風量(送風和排風量)變化,通過調節送風量或排風量,動態的達到相應的風量平衡,使送風量和排風量之間保持恒定的風量差,從而維持恒定的壓差。


      其基本原理見圖2,控制系統利用氣流測量裝置實時測量送風量和排風量,排風量可以在排風主管上測量,或如圖中在各個單獨的排風上進行測量并求和,控制器據此調節送風量,使其追蹤排風量的變化,保持的余風量,從而達到所希望的壓差值??梢钥闯鲇囡L量控制是一個開環控制系統。


      在這里,余風量就是達到所希望壓差時滲人或滲出潔凈室的空氣流量(單位為CFM )。負的余風量即總排風量大于總送風量,它將導致負壓的產生,而正的余風量則是總送風量大于總排風量,它將導致正壓產生。


      上述的兩種壓差控制方法,在實際運用中都必須按照預定的頻率進行驗證。例如對余風量控制,每半年就應該進行對設定的余風量進行校正。

              

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