空气过滤器使用现场案例
Some In-site Cases of Air Filters

谢宏伟
华飞彩色显示系统有限公司

摘要

    分析电子工厂过滤器使用现场若干典型案例，介绍解决那些问题的思路和方法。问题包括设计、过滤器性能和质量、现场操作。经验表明，只要工作仔细一些，许多故障可以避免或被及时排除。

关键词

空气过滤器 HEPA 空调 通风 现场

阅读目录：

1 案例一，预过滤器破不得
2 案例二，过滤器的密封
3 案例三，过滤器享用“土耳其浴”
4 案例四，过滤器的寿命
5 案例五，氢氟酸腐蚀过滤器
6 案例六，专家干瞪眼的事
7 案例七，“破鼓万人擂”的过滤器
8 感谢
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    电子工厂大量使用空气过滤器。笔者在电子工厂动力部门，是常年扎在现场的一名普通工程师。在与过滤器打交道的过程中，我和同事们遇到过许多蹊跷故障，那些故障及排除过程，令人头痛，但很有启示。以下几段案例，或许会给同行们一些启发。

1 案例一，预过滤器破不得

    一间生产彩色显示器的洁净厂房，建成时间不长，空调送风量变小了，温湿度失控，温度远远高出22±1℃的设定值，达到30℃，而且随外界气温升高而升高。厂房与外界的正压也失控，外界的脏空气顺着传递物料的传送带通道进入厂房。室内的洁净度超标，眼看就要停产。

    维护人员立即查找故障，首先怀疑过滤器堵塞，先拆洁净厂房末端的HEPA过滤器，拆下一看HEPA不脏。接着，拆下空调箱内中效过滤器，它有点脏，它比HEPA便宜，先换了再说，空调中的初效过滤器最便宜，也换新的。经过一番折腾，没见到送风量增加多少，转而怀疑过滤器本身问题，厂家来人做了个对比试验，将同批次的过滤器提给出问题的工厂和另一个工厂，同时换上使用。结果，出问题的工厂问题依旧，而另一个工厂使用正常。试验表明不是那家公司过滤器的问题。

    接下来，我们顺着空调系统仔细查询，细心的人发现，新换上去的初效过滤器，边框附近的滤布有裂口。再进一步调查，找到了原因：滤布是玻璃纤维的，操作工不小心搞破了。破的过滤器碎料和尘土一起被吹到换热器上。到了初夏，换热器中通了冷冻水，换热器表面的冷凝水让灰尘和碎纤维成了泥浆，把换热器糊死了。气流通道堵塞，冷风吹不进厂房，温、湿度也就失去控制。

    我们花了好几万元， 雇人逐年清洗换热器，问题解决了，从那以后，操作工在更换过滤器时，记住了要轻拿轻放。我们还从中得到了另一个启发，遇到用了很长时间阻力仍不报警的过滤器，也许是破了，气流短路了。

2 案例二，过滤器的密封

    HEPA过滤器边框上有一圈弹性很好的密封垫，与高效送风口的密封端面严密地贴合在一起。在使用过程中，有些维护和施工的人员会站到风口上，如果不小心，或高效送风口结构强度差，风口的结构可能会变形，过滤器与结构的密封端出现缝隙，未经HEPA过滤的空气从缝隙进入净化厂房，破坏了洁净度。出现这种现象，短时间内不宜被发觉，我们曾以为是HEPA过滤器有问题，但时间长了，缝隙周围会出现灰尘痕迹。当发现洁净度超标准，我们就先打开送风口的均流孔板， 用仪器检查是否有漏风。另外，有些HEPA过滤器上的密封垫是弹性好、半圆形截面、连续无接缝的密封垫，它与过滤器安装端面是线接触，而另一些HEPA上的密封垫是四条平垫拼起来的，是面接触。线接触密封优于面接触。

    空调箱中的初、中效过滤器一般不带密封垫，运行时，即使四周漏风，也很难察觉。如果漏风多，压差阻力读数可能不正常增长，但被这些预过滤器保护的洁净室末端的HEPA过滤器得不到有效保护，使用寿命将缩短。

    有时， 预过滤器效率不低， 但被保护的HEPA过滤器寿命依然短。那问题常出在空调箱内的预过滤器密封上。尽管不像HEPA过滤器的密封那么严格，但必须有密封。空调箱应该为过滤器提供可靠的密封结构。有性能良好的密封垫，还要有方便、可靠的卡紧机构。如果缺少卡紧机构或那些机构未正常使用，空调关机时空气回流，可能将过滤器吹落，过滤器不在原位，等于没有过滤段。在现场，预过滤器的密封和卡紧故障经常出现，有设备本身问题，有过滤器问题，也有操作问题。

3 案例三，过滤器享用“土耳其浴”

    C厂洁净厂房的空调箱是一家新办的空调厂制造的，据说空调箱的设计者是位东南亚的空调专家。工厂初秋开始运行， 没多久， 天气转凉，空气干燥，工艺要求的室内空气湿度为57±5%，于是空调进入加湿运行状态，空调箱的加湿直接使用蒸汽。加湿的第二天，问题出现了：厂房内温度上升，湿度下降，生产线上的产品全部报废。

    我们立即组织专家去检查故障，发现空调送风量小，空调箱内积水较多，靠近加湿器的中效过滤器全部被打湿，而空调的控制系统因检测到室内湿度低，仍在指挥空调系统加湿，加湿器的喷管喷出干蒸汽（疏水正常工作），遇到冷风形成湿蒸汽，将距离加湿器仅50cm, 的中效过滤器泡了个透。那种过滤器泡水后，风阻激增，造成空调风量降低，再加多个蒸汽，也到不了洁净厂房，全留在空调箱里了。有的过滤器厂家趁机来到C厂推销“防打湿过滤器”，我们试验了几次，没有哪只过滤器能长时间承受那种蒸汽浴。几个厂家试验了几次不成功，就没动静了。

    东南亚是热带海洋性气候，空调箱几乎都是除湿状态运行，我们估计，那位专家过去很少遇到加湿问题。而我们的工作环境，全年有一半时间需要加湿。那套空调的加湿控制仅有个开关，加湿量不可调，需要加湿时，阀门一下全开，喷出的蒸汽遇到冷的过滤器表面，立即凝结成液态水。又加上蒸汽喷管出口离过滤器太近，雾化距离太短，含小水滴的蒸汽在没有完全扩散成气态水前，被过滤器当颗粒物挡住了。过滤器被水堵死了，空调系统就乱套了。

    找到了原因，我们将简单的开关控制换成线性度较好的线性蒸汽调节阀，拉大了加湿器与过滤器的距离，并加装扰流板。采取这些措施后，就不再发生水汽打湿中效过滤器的现象了。

4 案例四，过滤器的寿命

    HEPA过滤器的使用寿命与空调箱的进风量大小有关。我公司建厂10多年了，早期厂房的高效过滤器的使用寿命一般为5年。2001年初一个新车间投入运行，2年多后，高效过滤器的阻力达到650Pa以上，过滤器报废。查找原因时我们发现，那个车间1220×610mm, 高效过滤器的设计风量为送风3150m³/h，远远高于我公司其他车间的情况。

    过滤器的寿命还与空调箱送风的品质有关。还是上个案例提到的那个C工厂，厂房北边不到百米处，有一个四百米长、五十米宽的大厂房正在土建施工。秋、冬、早春的天气较干燥，又时常刮北风，随风扬起的沙尘直接扑向C厂房。C厂房内的空调箱上的初效过滤器，使用不到半个月就堵塞了。而离C厂房较远的D厂房，空调箱内过滤器的更换周期正常。当时有人曾认为C厂房用的过滤器容尘量低。我们用显微镜观察过滤材料，看到C、D厂房过滤器上积聚的灰尘粒子尺寸是不一样的，C厂换下的过滤器上颗粒物直径明显大些。C厂空调吸入的粉尘多，过滤器的使用寿命当然就短。

    E厂房内需要走叉车，初期用的是烧柴油的叉车，因为柴油叉车力量大。可就是这些柴油叉车，也让过滤器出问题了。未完全燃烧的多碳氧化物在空气中飘散，通过回风进入空调箱，并在过滤器上凝聚。我们用高倍显微镜观察，发现凝聚物在初、中效过滤器上呈半流动状态。那些凝聚物有可能迁移到滤材背面，并因不均匀的加热和加湿空气而挥发， 进入下游的HEPA过滤器，加剧HEPA过滤器的阻塞。后来，E厂改用了电动叉车，减轻了厂房内的化学污染，也缓解了过滤器阻塞现象。

5 案例五，氢氟酸腐蚀过滤器

    空气中的化学污染物可能影响过滤器。电子工厂的排风系统出故障，或厂房内的挥发性、腐蚀性气体的泄漏都可能对过滤器造成致命伤害。E厂房和B厂房使用氢氟酸，在厂房顶部，有专门处理排风酸雾的洗涤塔，用PH值超出8的碱溶液来清洗被排出气体中的酸雾，使之达到排放标准。正常情况下，在此周围的空调进风口吸进的新鲜空气中，酸的含量几乎可以忽略。但是，有时洗涤塔中用于中和酸雾的碱计量泵坏了，喷淋水溶液的PH值已低于5，排风中酸超标，如果排风口离吸风口距离近，酸风再被空调箱吸进，就会对过滤器产生影响。氢氟酸和它的挥发物氟化氢对化纤材料制成的初、中效过滤器几乎没影响，但对玻璃纤维的HEPA过滤器影响巨大，它们腐蚀玻璃，与玻璃纤维反应生成氟化硅。我们曾观察HEPA过滤器的滤芯，看到一层灰白色的粉末，化学分析的结果是含F和Si元素的物质。

    多数情况下，对设计合理的空调系统，空气中的氟化氢含量不高，过滤器被腐蚀的现象不很严重。可怕的是，现场常规过滤器检测手段无法发现过滤器是否受到氟化氢腐蚀，更无法判定腐蚀程度。而HEPA过滤器受到腐蚀可能引发严重的生产和安全事故。

    C工厂曾发生过一起严重的酸雾影响HEPA过滤器的事件。在彩色显象管涂层工序，出现废品时，需要用较浓的混酸溶液清洗掉玻璃表面的涂层，有时废品较多，酸雾来不及从工位上的正常排风口排出，而扩散到整个厂房。有一次，弥散的酸雾竟将厂房的窗户上的玻璃腐蚀成了毛玻璃。室内空气中氟化氢因送风口的涡流作用接触HEPA过滤器的表现，将玻璃纤维过滤材料迅速腐蚀，造成了HEPA破损漏风。这样的事我们曾经遇到，HEPA过滤器刚换上去不到一年，就毁了。而这样的情况发生时，净化设备运行的人员，可能不会立即发现生产线的操作人员不当的操作，只能事先预防。

    在国内生产彩色显象管的企业，只有个别企业有氢氟酸的车间采用全新风空调系统，以避免氢氟酸对空调系统，尤其是对过滤器的损害。上面提出的事例恰恰发生在最安全的全新风空调系统。多数企业出于节能考虑，同类车间采用的是少部分新风、大部分回风的空调系统，那些工厂的氢氟酸腐蚀过滤器问题可能更严重。在这里，我们仅说到了氢氟酸对设备的伤害，如果考虑它对操作工的伤害，空调行业可能需要对有氢氟酸车间的空调系统进行重新设计。

6 案例六，专家干瞪眼的事

    有一次，一个净化厂房的洁净度不合格。厂家来人拿着测量仪器测量，HEPA过滤器下方0.5M范围内的粒子浓度在受控范围内，可再往下测，各当量直径的粒子浓度逐渐增加，到了工位，早就超标了。然后再测风速，发现车间没达到规定换气次数。打开空调箱，发现带动风机的皮带打滑，风机丢转，送风量小了。我们遇到过大量类似蹊跷故障，有时，细心的操作工比请来的专家更解决问题。还是那个C厂房，有限的洁净厂房塞满了生产线，其生产线个体数是正常的2.5倍。当时那个厂的自动化程度不高，所以生产操作人员很多，一个班次有近八百人。众多人员给洁净厂房带来麻烦，人的产尘量加大，且人员是走动的，控制的难度更大。尤其是冬天，人带进洁净厂房的灰尘更多。在无奈的情况下，加大换气次数是我们当时的唯一的选择。可随着风速加大，过滤器的阻力也增加，又引发出一系列其他问题。我们曾在送风管内测风速、风压，其数值均高出正常值很多。

    有个极端事例发生在LAC车间。原来只能容纳一条生产线的洁净厂房，放置了三条线。为了将易挥发的有机废气排出，而不让厂房形成太大的的负压，空调送风量高出正常值的2倍还多，站在送风口下，人的感觉像吹电风扇。结果，这样吹了一年不到，有的HEPA吹坏了。

    上述两个厂房的HEPA过滤器都出现过严重事故，甚至被吹破过，我们请教过一堆专家，也有些过滤器厂商来推销据说可以满足那种环境的新型过滤器，可谁都没能解决问题。后来，我们停运一部分生产线，减少了车间操作人员，并提高了生产的自动化程度，以便使我们可以将空调送风量降低到合理范围，局面才有所改善。

7 案例七，“破鼓万人擂”的过滤器

    有一阶段，新进厂的员工检测有挥发性酸的工位时，发现光电粒子计数器的显示粉尘浓度远远高于周围环境，就抱怨净化系统和过滤器有问题。其实，工位周围测量的数据是正常的，而工位的排风有些故障，空气中的酸雾影响了仪器读数，使用光电原理的粒子计数器，环境中的挥发性有机化合物和酸性气体可能附着在光学元件上，使信号失真。而我们的工位上有氢氟酸，它腐蚀玻璃，它可能致命地损伤含光学玻璃元件的粒子计数器。

    CDT工厂有一道防静电、防眩光涂层工艺，一段时间，那里的良品率很低，废品主要是由于涂层表面出现斑点，有白色的斑点，也有黑色的斑点，给人的直觉是落上了灰尘。那是个洁净车间，按理说空气很干净的，也许是灰尘落进原料桶里了。我们请来了欧洲专家，按专家的建议采用国外著名公司的1μm液体过滤器滤料制造的过滤器，但试验了多次问题依旧。我们又请来了发明那种涂层工艺的专家，他也认为出废品与空气脏有关。只有出现高浓度10μm以上的颗粒物时，才可能出现那种斑点，可我们的厂房没那么脏。

    同事们反复观测生产线的每个工位，我们发现出废品的原因并不是空气洁净度不好。有一道工序的气动部件上喷出的小水滴溅到工件表面，由此造成出白点的废品；另一道工序的下料力量太大，飞溅出液滴落到工件表面，再被均匀地涂复一遍，由此产生出黑点的废品。找到了原因，对工艺进行了相应改进，产品合格率就提高了。

    在高度自动化的生产线上，没有人能用肉眼观察到如此小的颗粒物飞溅，大家习惯性怪罪净化系统。过滤器推销商没有穿工作服的习惯，他们很少深入现场帮我们查找原因，经常是我们这些客户在为他们澄清责任。

8 感谢

    在日常处理过滤器的过程中，我得到了同事们耐心、细致的帮助，得到领导的鼓励和支持。中国农科院的蔡杰博士曾建议我总结遇到过的过滤器故障，促使我撰写本文。

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