Kontrola kvality ovzduší v průmyslových čistých prostorách
Už desítky let v našem prostředí rezonuje téma čistých prostor. Tohle téma protíná také výrobu elektroniky, farmaceutický, automobilový a potravinářský průmysl. Nyní si tohle téma více rozebereme.
Minulost
Přibližně před stoletím byli vybudovány první čisté prostory a to v nemocnicích na operačních sálech a infekčních odděleních. Tyto čisté prostory měly ochránit pacienta před infekcí. Přibližně před půlstoletím se čisté prostory rozšířily i do průmyslového prostředí (v USA). Důvodem byly stále se zvyšující požadavky na čistotu prostředí při výrobě speciálních komponentů letadel.
Současnost
V posledních deseti letech výstavba takovýchto prostor prudce vzorstla a v dnešní době jsou pro některé výrobní technologie zcela nezbytné. Čistota pracovních prostor jde ruku v ruce se zvyšujícími se nároky na kvalitu výrobků. V těchto specifických prostorách se samozřejmě musí kvalita ovzduší testovat. Při takovýchto kontrolách se posuzuje čistota vzduchových filtrů (HEPA, ULPA), tlakové rozdíly mezi jednotlivými prostředími a hlavně počet a velikost částic nečistot v prostoru. Na základě počítání částic dojde k ověření, ža daný prostor splňuje požadavky na požadovanou třídu čistoty.
Normy a definice
Čisté prostory a jejich rozdělení je definováno v normě ČSN EN ISO 14 644 (Čisté prostory a příslušné řízené prostředí). V této normě je uvedena také definice čistých prostor „Čistý prostor je definovaný prostor, ve kterém je koncentrace částic ve vznosu regulována, aby byla splněna specifikovaná třída čistoty pro částice ve vznosu“. Povolená velikost a maximální počet částic jsou uvedeny v jednotlivých třídách čistoty, které jsou uvedeny v první části normy (viz tabulka 1).
| Klasifikační číslo ISO (N) | Maximální limity koncentrace [počet částic/m3] pro částice s velikostí rovnající se a větší než uvedené velikosti |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0,1 µm | 0,2 µm | 0,3 µm | 0,5 µm | 1 µm | 5 µm | |
| ISO třída 1 | 10 | 2 | ||||
| ISO třída 2 | 100 | 24 | 10 | 4 | ||
| ISO třída 3 | 1 000 | 237 | 102 | 35 | 8 | |
| ISO třída 4 | 10 000 | 2 370 | 1 020 | 352 | 83 | |
| ISO třída 5 | 100 000 | 23 700 | 10 200 | 3 520 | 832 | 29 |
| ISO třída 6 | 1 000 000 | 237 000 | 102 000 | 35 200 | 8 320 | 293 |
| ISO třída 7 | 352 000 | 83 200 | 2 930 | |||
| ISO třída 8 | 3 520 000 | 832 000 | 29 300 | |||
| ISO třída 9 | 35 200 000 | 8 320 000 | 293 000 | |||
Tabulka 1. Klasifikace čistých prostor dle ČSN EN ISO 14 644-1
V roce 2019 byla norma ČSN EN ISO 14 644-1 upravena a z tabulky výše byli vypuštěny některé limity na počty částic, které jsou v tabulce škrtnuty červenou barvou.
Čisté prostory v průmyslu
Čisté prostory se kromě nemocnic a výzkumu využívají při výrobě elektroniky (mikroprocesory, televizní obrazovky), při výrobě mikromechanismů, v automobilovém průmyslu, ve farmaceutickém průmyslu, v potravinářském průmyslu atd.
Měření tlakového spádu
Tlakový rozdíl se měří mezi čistými prostory jiných tříd a také mezi čistým prostorem a okolním prostředím. Vzduch proudí ve směru tlakového spádu (z oblasti s vyšším tlakem do oblasti s nižším tlakem) a proto by měl být tlak ve vyšší třídě čistého prostředí vyšší než v okolním čistém prostoru nižší třídy, respektive vyšší než v okolním „běžném“ prostoru. Toto zabezpečuje, že čistý prostor nemůže být kontaminován okolím. Tlakový rozdíl mezi čistým prostorem a běžným protorem by měl být 15 Pa a mezi různými třídami čistých prostor 10 Pa.
Přístroj, který je vhodný pro takovéto měření je např. mikromanometr KIMO MP 110 (viz obrázek 1). Přístroj má dva vstupy, do kterých se přivede vzduch o vyšším a o nižším tlaku a pomocí membrány je změřen tlakový rozdíl.
Měření částic nečistot ve vzduchu
Toto je nejdůležitější část kontroly čistých prostor. Při tomto měření je ověřeno, že koncentrace částic nepřekračuje limity, které jsou stanoveny v normě ČSN EN ISO 14 644.
Pro tato měření se nejčastěji používají laserové čítače, které dokáží stanovit počet a velikost jednotlivých částeček. Tyto přístroje měří počet a velikost částic na základě odrazného záření od částic. Rozptýlené světlo je fokusováno do objektivu a převedeno na el. impuls (viz obrázek 2). Amplituda impulsů udává velikost částic a počet impulsů počet částic.
Obrázek 2. Schema laserového čítače částic
Pro posouzení čistého prostoru je potřeba měření provést na několika místech prostoru (v závislosti na velikosti a třídě čistoty prostoru).
Přístroje pro měření počtu částic
Přístroje se rozdělují na ruční, přenosné a stacionární.
- Ruční: jedná se zpravidla o přístroje s nízkou hmotností. Přístroje mají buďto tři a nebo šest kanálů a některé z nich měří a zaznamenávají i teplotu a vlhkost vzduchu jako např. Přístroj Particle Plus 8306 (viz obrázek 3). Přístroje jsou dodávány s PC softwarem pro vyhodnocení měření na PC. Tyto ruční přístroje se používají na certifikace čistých prostor dle ISO, ověřování kvality filtrů, hledání zdroje znečištění.
- Přenosné: tyto přístroje nejsou již tak manipulovatelné jako ruční, ale nabízejí rychlé vzorkování (průtok 100 l/min). Pevné čítače se používají na certifikace čistých prostor dle ISO, ověřování kvality filtrů, hledání zdroje znečištění.
- Stacionární: tyto přístroje se používají pro nepřetržité monitorování. Lze u nich regulovat průtok vzduchu. Tyto čítače se hodí pro integraci do větších systémů. Příkladem je přístroj Particle Plus 5301P.
Kritéria výběru čítače
Důležitým kritériem je, jaké třídy čistých prostor chcete ověřovat a z tohoto plynoucí monitorované velikost částic. Pro dlouhodobé monitorování jsou vhodné stacionární přístroje. Ty slouží pro kontrolu možného znečištění při běžném provozu. Pro vlastní testování čistých prostor jsou vhodné ruční či přenosné přístroje, které okamžitě vyhodnotí, zda prostor splňuje limity dle jeho třídy.
Společnost Blue Panther s.r.o., která je zástupcem firem KIMO a Particle plus pro Českou a Slovenskou republiku, Vám s výběrem vhodných přístrojů ráda pomůže.
Obrázek 1. KIMO MP 110
Obrázek 3. Particle Plus 8306
Obrázek 4. Particle Plus 5301P
