Главная задача распределительной системы заключается в том, чтобы доставить газ от сервисной площадки к технологическому оборудованию без ухудшения его качества. Такие компоненты системы, как трубы и вентили, не должны привносить частицы в газовый поток и должны быть защищены от проникновения загрязнений извне. Система должна быть разработана таким образом, чтобы свести к минимуму возможность возникновения застойных зон, учитывать потерю давления в трубопроводе и обеспечивать требуемую скорость газового потока.
Материалом, который практически всегда применяют, чтобы не только удовлетворить этим критериям, но также обеспечить механическую прочность и коррозионную стойкость, является нержавеющая сталь марки 316L.Дополнительным требованием, действующим в настоящее время, является то, что любые части трубопроводов, вентили или другая арматура, контактирующие с газом, должны быть электрополированы и иметь обработку поверхности лучше, чем Ra 0,40.
Электрополировка Электрополировка - это избирательный процесс электрохимического удаления металла, включающий макро- и микрополирование (макрополирование -это удаление с поверхности следов эрозии, трещин, царапин, посторонних включений, шероховатости, в то время как микрополирование - это удаление очень маленьких неровностей поверхности).
При правильном сочетания состава электролита, тока/напряжения и температуры раствора участки с крупной шероховатостью или области, имеющие высокие плотности дефектов, селективно удаляются с большей скоростью, чем остальная поверхность.
При прохождении тока низкого напряжения через протекающий химический раствор одновременно может проводиться макро- и микрополировка, что позволяет создать максимально гладкую полированную поверхность. Одним из дополнительных преимуществ этого процесса является то, что, поскольку он анодный по природе, из раствора освобождается кислород, который стремится пассивировать поверхность стали, образуя на ней относительно инертную поверхностную пленку.
После электрополировки любые остатки химических веществ должны быть удалены промывкой в деионизованной воде. При использовании для этих целей обычной водопроводной воды некоторые остатки травления могут не удалиться, образуя пятна на поверхности. Поэтому важно, чтобы потенциальный покупатель «чистого» трубопровода проверил, имеет ли его поставщик небольшое производство деионизованной воды для упомянутой выше цели.
Производственным методом, применяемым для соединения компонентов из нержавеющей стали между собой, является орбитальная сварка в инертной атмосфере высокочистого аргона. Параметры каждого сварного шва могут строго контролироваться и быть документированы, чтобы добиться получения герметичных, гладких и не содержащих примесей швов. Особое внимание должно быть уделено всем стадиям производства, чтобы исключить загрязнения, которые может быть трудно или вообще невозможно удалить после сборки системы. Действие этого принципа должно распространяются везде - от упаковки, контроля, очистки и осушки до самой процедуры сварки; большая часть этих операций должна выполняться в условиях чистых помещений.
Posts Tagged ‘частицы’
Вентили Если систему изготавливают из электрополированной нержавеющей стали, то будет логично использовать вентили, которые полностью изготовлены из нержавеющей стали, или вентили, в которых все части, контактирующие с газом, изготовлены из нержавеющей стали. Мембранные вентили обычно предпочтительнее дроссельных, поскольку из последних при работе выделяются микрочастицы. Выбранный вентиль также должен иметь чистые выходные отверстия, размещенные с каждой стороны для удобства сборки и общей очистки системы перед ее использованием.
Вентили должны поставляться производителем в следующем состоянии:
• внутренние поверхности вентиля электрополированы по требуемым для поверхности техническим условиям;
• корпус вентиля и мембрана обезжирены, промыты в деионизованной воде и осушены путем обдувки аргоном;
• очищенный вентиль должен быть упакован в двойную, прочную, свободную от пыли полиэтиленовую упаковку, которая должна быть заполнена аргоном и загерметизирована сваркой; снаружи должен быть приклеен ярлык с указанием даты упаковки.
Необходимо отметить, что при заказе вентилей следует указывать требования к патрубкам, которые должны в точности соответствовать размерам и техническим требованиям материала труб, к которым вентили должны быть присоединены. Если в технических требованиях на вентиль указать различные размеры патрубков на входе и выходе, то такой вентиль может также использоваться в качестве переходника.
Покупатель должен сам убедиться, что процесс очистки, сборки и упаковки в рабочих помещениях поставщика организован удовлетворительно. Для вентилей это более важно, чем для любых других сборочных единиц, поскольку их очистка на месте установки практически нецелесообразна, и даже контроль внутреннего объема фактически невозможен без внесения загрязнений внутрь вентиля.
Финишная обработка поверхности нержавеющей стали Как описывалось выше, коррозионная стойкость нержавеющих сталей обусловлена пассивирующим воздействием обогащенной окисью хрома пленки, которая образуется самопроизвольно на воздухе или еще быстрее в воде. Любое повреждение пассивирующей пленки совершенно очевидно приводит к коррозии. Это может проявляться в виде локальных раковин или более обширных пятен (изменений цвета) - часто похожих на продукты коррозии железа (так называемый «феномен крокуса»). В системах чистой воды общие потери металла из-за этого явления фактически не вызывают серьезных проблем, связанных с повреждениями или выходом из строя элементов систем трубопроводов, но процесс такой коррозии может стать недопустимым источником загрязнений конечного фармацевтического продукта или электронного устройства. Производственные процессы могут вносить свой вклад в аналогичные коррозионные проблемы как за счет нарушения или повреждения пассивирующей пленки, так и за счет других поверхностных воздействий и повреждений. К таким проблемам относятся:
• Глубокие царапины, вдоль которых во время эксплуатации может развиваться коррозия;
• Вкрапленные частицы железа, появляющиеся при использовании стальных проволочных щеток. Эти частицы впоследствии сами будут подвергаться коррозии и инициировать коррозию лежащего ниже слоя нержавеющей стали;
• Накопление и пришлифовка (вкрапление в металл) абразивных включений (обломков, осколков);
• Сварка, которая может оставить окалину от электродов, следы воздействия дуги (кратеры), брызги от сварки, цвета побежалости - все это может стать причиной повреждения защитной пленки и возникновения дефектов в виде трещин;
• Наличие органических загрязнений, таких как жир, масло, следы маркировки краской или мелом, а также липкая лента могут способствовать возникновению питтинговой или щелевой коррозии.
Изложенное выше указывает на то, что процедуры послемонтажной очистки должны являться частью надлежащей производственной практики. И в качестве меры предосторожности покупателю следует включать этот пункт в контракт. Возможные методы очистки обсуждаются ниже.
Термин «предварительная обработка» подразумевает, что это этап предназначен для чего-то, что последует позже, и в большинстве установок предварительная обработка воды предшествует очистке воды ионообменными и мембранами методами. Однако важность предварительной обработки не должна быть недооценена, так как ее успех или неудача будет сильно влиять на результат работы всей установки. Существует большой выбор процессов и вариантов предварительной обработки воды. Сюда входят фильтрация, флоккуляция, дехлорирование (удаление хлора), удаление органики, умягчение, дегазация, дезинфекция и регулирование температуры.Типичный насыпной1 фильтр, показанный на рис. 11.2, представляет собой стальной сосуд, футерованный резиной. Поток обрабатываемой воды направлен сверху вниз сквозь насадку, состоящую из разных сред (материалов) - от антрацита крупной фракции сверху до слоя мелкого песка на дне. Этот «грубый» глубинный фильтр предназначен для удаления из поступающей воды механических частиц, однако он неэффективен для частиц размером менее 5 мкм. Он может также служить для удаления осадков (дисперсных частиц), являющихся продуктами реакций, проходящих вследствие введения химических реактивов на этапах обработки до насыпного фильтра.
Для удаления любых накопившихся веществ-загрязнителей фильтр обычно промывается обратным потоком и псевдоожижением насадки. Частота промывки зависит от объемов загрузки или от величины допустимого гидравлического сопротивления насадки (промывка проводится, когда перепад давления на фильтре достигает заданной величины). Периодическая химическая очистка фильтра от загрязнений также может быть необходима, если обратный поток воды не способен удалить все задержанные вещества путем «взмучивания» насадки (псевдоожижения). Обычный цикл (процесс) очистки может включать различные варианты, в том числе очистку воздухом, помогающую удалять частицы из насадки, особенно если флоккуляция предшествует обработке воды на данном этапе.
Из рис. 10.9 можно видеть, что мембранная фильтрация потенциально может быть использована также и для целей дезинфекции. Действительно, мембранные фильтры с порами размером не более 0,2 мкм очень часто используются для удаления бактерий. Обратный осмос, нано- и ультрафильтрация также обеспечивают высокую степень дезинфекции. Ультрафильтрация в данном случае будет наименее эффективна. Нанофильтрация является высокоэффективным методом по удалению бактерий и вирусов, однако ее нельзя считать столь же эффективной в отношении пирогенов. Обратный осмос, обладающий наиболее плотной структурой мембраны, является наиболее эффективным дезинфекционным методом из этих трех перечисленных мембранных процессов, однако даже его возможности, для данной задачи близкие к абсолютным, не являются универсальными. Более того, по причинам, рассмотренным ранее, исходная вода с высоким содержанием биологических примесей может послужить причиной снижения характеристик установки обратного осмоса. В микроэлектронном производстве вода, поступающая из установок обратного осмоса, обычно подвергается дальнейшей обработке (например, пропускается через ионообменники и фильтры тонкой очистки), где возможен дальнейший рост бактерий, поэтому финишная дезинфекция, например, с помощью УФ-стерилизации, является совершенно необходимым процессом. В фармацевтическом секторе правила по дезинфекции в различных странах сильно отличаются друг от друга. Японская Фармакопея одобрила к применению и ультрафильтрацию, и обратный осмос для производства воды для инъекций. Фармакопея США одобрила для этих целей только обратный осмос и не допускает применения ультрафильтрации. В Европе в настоящее время мембранные процессы для дезинфекции воды для инъекций не применяются, однако этот вопрос является предметом дискуссий, что может привести к изменению правил Европейской Фармакопеи в ближайшем будущем.Предметом настоящей главы являлась оценка целого ряда технологий удаления различных типов примесей из исходной воды. Это важно из-за разной практики, принятой на вооружение различными потребителями высокочистой воды. Все эти различия обусловлены не столько разными требованиями к финишному качеству воды, сколько заметно отличающимися исходными параметрами воды, подаваемой на очистку. Другой существенной трудностью является то, что практически никогда не удается обеспечить эффективное удаление одного типа примесей посредством только одной технологической операции. Так, например, для удаления растворенных ионов требуется «предварительная» деминерализация (для этого можно использовать дистилляцию, обратный осмос и электродеионизацию) с последующей стадией «доводки» (которая включает в себя ионный обмен). Подобно этому, как и обсуждалось выше, растворенную органику, взвешенные в воде твердые частицы и микроорганизмы также можно удалять с применением нескольких стадий и различных процессов. Таким образом, тщательное изучение любой отдельно взятой системы подготовки высокочистой воды, как бы правильно она не была выбрана, не выявит всей полноты картины, так как обычно при спецификации или при разработке системы водоподготовки всегда имеется несколько вариантов, и только знание широкого ряда потенциальных возможностей доступных технологий может явиться предпосылкой для принятия осознанного решения по разработке всей системы подготовки высокочистой воды.
В этом методе применяются мембраны, способные удалять нерастворенные дисперсные частицы, включая коллоиды, совместно с бактериями и вирусами размерами до 0,005 мкм. При этом молекулы воды с эффективным диаметром около 0,0002 мкм могут проходить через ультрафильтрационные (УФ) мембраны, также как и ионы, органические вещества с низким молекулярным весом и газы.
УФ-мембраны обладают диаметром пор в диапазоне от 10~3 мкм до 10 мкм1 и могут быть изготовлены как из различных полимеров (включая полиамиды, поликарбонаты,полисульфон, ПВХ, акрилонитрил, ацетат целлюлозы), так и из керамики. УФ-мембраны и модули на их основе во многом схожи с установками обратного осмоса. Например, большинство УФ-мембран являются асимметричными, однако селективный или «активный» слой у них более толстый (около 10 мкм) и более пористый, чем у мембран для обратного осмоса. УФ-мембранные модули выпускаются в виде трубчатых элементов, в дисковой, рулонной и половолоконной форме и работают в тангенциальном режиме. Условия, при которых происходит просачивание воды через УФ-мембрану, зависят не только от размера пор и их извилистости, но и от перепада давления на мембране, которое обычно находится на уровне 2-5 атм. Рабочее давление в УФ-модулях существенно ниже, чем для обратного осмоса. Это связано с тем, что существующий перепад давления в УФ-модулях достаточен для продавливания воды через мембрану (так как влияние осмотического давления незначительно), а также потому, что для УФ применяются менее плотные мембраны, обеспечивающие проницаемость для воды на два порядка выше, чем это имеет место при обратном осмосе.
Как ультрафильтрационные, так и микрофильтрационные установки успешно применяются как предфильтры для установок обратного осмоса, а также для финишной тонкой очистки воды от микрочастиц и бактерий.
Дополнением к основной задаче очистки воды является также и удаление из нее нераст-воренных компонентов на каждой стадии обработки для предотвращения загрязнения или физического разрушения оборудования, применяемого для очистки воды (например, установок обратного осмоса). Даже коллоидные вещества, имеющие диаметр 0,005 -0,2 мкм и находящиеся в промежуточном состоянии между твердыми частицами и растворенными компонентами, необходимо удалять для защиты RO-мембран от быстрого загрязнения.
Фильтрация с использованием песчаного слоя и других гранулированных сред
Эти методы разработаны для удаления относительно больших частиц - примерно в диапазоне размеров 10 - 30 мкм. Использование песка в качестве фильтрующей среды применяется давно, однако процесс значительно улучшается с точки зрения его эффективности, если в соответствующих слоях фильтрующей емкости использовать фильтрующие материалы с различными размерами гранул и размещать наиболее крупные фракции на входе (см. рис. 11.2 главы 11). Такой многослойный фильтр чаще всего содержит кремниевый песок, гранитный песок и антрацит.
В этом случае вся вода проходит через фильтр (так называемый «тупиковый» режим) и имеет место «глубинная фильтрация» - удаление частиц осуществляется в зависимости от их размера по мере уменьшения размера зазоров между гранулами слоя.
Чтобы повысить эффективность фильтрации, в воду следует добавлять коагулянты перед ее пропусканием через песчаный или многослойный фильтры. Для этого часто используется сульфат алюминия, который при соответствующем уровне рН образует небольшие частицы гидроксида алюминия, заряженная поверхность которых «связывает» коллоидные вещества. Полиэлектролиты, т. е. полимеры, которые содержат ионизированные группы вдоль всей цепочки, также широко используются в качестве коагулянта. Процесс коагуляции обеспечивается отрицательными зарядами, присущими большинству коллоидных веществ, что способствует их связыванию коагулянтами с противоположным зарядом.
Основные принципы Этот метод заключается в удалении из раствора ионов одного типа с их замещением на эквивалентное количество других ионов с таким же зарядом. Таким образом, существует два вида ионного обмена:
1. катионный обмен, в котором удаляются из воды некоторые или все катионы (кальций, натрий, и др.) и
2. анионный обмен, в котором из воды удаляются некоторые или все анионы (хлориды, сульфаты и др.).
На рис. 10.11 показана схематическая диаграмма одного из типов ионообменной системы. Верхнее отделение или колонна (катионообменник) содержит огромное количество мелких (типичный размер 0,5 мм в диаметре) частиц смолы, каждая из которых содержит слабо связанные и, благодаря этому, легко замещаемые (Н)+ ионы и сильно связанные, фиксированные анионы (не показаны для ясности картинки в целом). При проходе воды через колонну катионы любого вида (показаны как прозрачные треугольники) в воде имеют тенденцию абсорбироваться на частицах смолы в обмен на слабо связанные ионы водорода. Таким образом, поступающая из верхнего отделения вода содержит ионы водорода и анионы (показаны как черные треугольники), исходно присутствовавшие в воде. Получающийся раствор проходит через вторую, нижнюю колонну (анионообменник), в котором частицы смолы содержат слабо связанные, замещаемые (ОН)" ионы и сильно связанные, фиксированные катионы (не показаны по тем же причинам). Таким образом, при прохождении воды через нижнюю колонну анионы из раствора (включая также полученные путем замещения из кремния) заменяются на смоле на гидроксильные ионы, и выходящая вода, очищаясь, содержит преимущественно ионы водорода, гидроксильные ионы и молекулы воды, хотя, как будет описано позднее, на практике процесс не обладает 100%-ной эффективностью.Здесь подстрочный индекс R представляет различные ионы со свободными связями на частицах смолы, М+ является однозарядным катионом (например, Na+), присутствующим в воде, а Х- - аналогичным однозарядным анионом (например, СТ), присутствующим в воде.
Ионообменная система, представленная на рис. 10.11 и описанная ранее, удаляет из подаваемой воды все виды ионных загрязнений. Этот процесс часто называют «деминерализацией». Хотя такой тип ионного обмена в значительно большей степени относится к производству высокочистой воды (такой, как этого требует производство электронных компонентов) и, следовательно, ему будет уделено здесь больше внимания, ионный обмен часто используется и в других целях, где требуется удаление определенных ионов.
В этом разделе предлагаются критерии, которыми можно руководствоваться при выборе допустимых строительных решений, материалов и защитных покрытий, используемых в чистых помещениях. Описанные здесь элементы представляют собой наиболее широко используемые в строительстве чистых помещений материалы и компоненты. В общем случае следует применять самые высококачественные конструкции и материалы. Но, тем не менее, выбор подходящего материала всегда должен диктоваться требуемым уровнем защиты от загрязнений (т. е. классом чистоты помещения) и свойствами материалов, которые изложены в начальном разделе настоящей главы.
Чтобы гарантировать отсутствие накопления загрязнений и обеспечить легкость очистки поверхностей, наличие горизонтальных поверхностей и углов в чистом помещении должно быть сведено к минимуму. Таким образом, при проектировании чистых помещений следует предусматривать использоеание:
• застекленных заподлицо окон;
• смонтированных заподлицо со стенами дверных блоков;
• смонтированных заподлицо корпусов светильников и выключателей;
• скрытых каналов для инженерных коммуникаций.
Материалы, которые будут представлены вашему вниманию ниже, удовлетворяют требованиям строительства чистых помещений. На этой стадии мы не будем рассматривать вопрос, какие из них обладают лучшими характеристиками. Основным свойством материалов, используемых в строительстве чистых помещений, является их способность генерировать частицы. К материалам, которые не генерируют частицы и поэтому широко применяются в строительстве чистых помещений, относятся:
• нержавеющие стали;
• металлический лист, покрытый порошковой краской (или анодированный алюминиевый лист);
• бетон с герметизированной поверхностью;• листы пластика, соединенные горячей сваркой;
• безусадочные покрытия из полимерных материалов;
• керамические материалы;
• стекло.
Материалы для отделки чистых помещений должны быть устойчивыми к абразивному износу, стойкими к действию чистящих и дезинфицирующих средств, а также иметь защитные покрытия, которые не разрушаются и не имеют пор. Такими свойствами обладают:
• поверхности нержавеющих сталей;
• защитно-декоративные покрытия горячего отверждения;
• лаковые или эмалевые покрытия на основе эпоксидных смол;
• поверхности из керамики;
• покрытия на основе порошковых красок;
• герметизированный бетон.
Состояние поверхностей чистого помещения может оказывать существенное влияние на чистоту производимых в нем продуктов. Поэтому материалы, используемые в конструкциях чистых помещений, должны выбираться с учетом того, что они не будут генерировать частицы или другие загрязнения, которые смогут загрязнить продукт. Для достижения этих целей материалы должны:
(a) легко поддаваться очистке и там, где это необходимо, быть стойкими к воздействию воды, моющих и дезинфицирующих средств;
(b) быть прочными, не выделять частицы и быть химически инертными;
(c) при необходимости обладать антистатическими свойствами.
Строительство чистых помещений также требует, чтобы материалы, применяемые при строительстве, обеспечивали герметичность конструкций. Эти свойства должны сохраняться в течение всего срока эксплуатации чистого помещения. Чтобы обеспечить выполнение этих условий, следует рассмотреть различные типы материалов, соответствующих перечисленным требованиям, а также характерные свойства конструкций.
В настоящей главе рассматриваются все внутренние поверхности чистого помещения за исключением устройств подачи воздуха и финишных фильтров высокой эффективности. Здесь также рассматриваются смежные с чистым помещением зоны переодевания персонала, воздушные шлюзы, дверные проемы, а также поверхности любого оборудования для уборки и транспортировки, работа которого связана с обслуживанием чистых помещений.