ERIKOISTILOJEN ILMANPUHDISTUS Elektroniikan suojaaminen korroosiolta Ilman epäpuhtauksien vaikutus elektronisten laitteiden, kuten tietokoneiden ja prosessinohjausjärjestelmien toimintavarmuuteen on kiistaton. Ongelman syynä ovat ympäröivässä ilmassa olevat korroosiota aiheuttavat epäpuhtaudet. Esimerkiksi jo hyvin pienet rikin, kloorin ja typen yhdisteiden pitoisuudet hapettavat metallipintoja ja aiheuttavat siten pahojakin toimintahäiriöitä järjestelmissä. osoittautunut suureksi käyttöhäiriöiden aiheuttajaksi etenkin teollisuudessa, joka itse tuottaa ko. epäpuhtauksia (mm. puunjalostus- ja kemianteollisuus). Nämä häiriöt voivat tulla hyvinkin kalliiksi riippuen siitä, kuinka paljon vahinkoa ne aiheuttavat prosessille. Poistamalla ilmanpuhdistuksen avulla korroosiota aiheuttavat tekijät laiteympäristössä voidaan häiriöiden syntyä vähentää huomattavasti. Yleisimmän ongelman elektronisissa järjestelmissä korroosio aiheuttaa piirikortin kontaktipinnassa. Ylimenovastus kasvaa ja pienistä sähköjännitteistä ja virranvoimakkuuksista johtuen ei tarvita kovinkaan suurta oksidikerrosta kosketuspintojen välissä kun sähköinen viesti muuttuu jo ratkaisevasti. KAASUMAISET EPÄPUHTAUDET JA NIIDEN AIHEUTTAMAT HAITAT ISA STANDARDI Pöly eli partikkeli muodossa olevat ilman epäpuhtaudet aiheuttavat haittaa elektronisille järjestelmille monella eri tavalla. Esimerkiksi pölyn ominaisuuksista magneettisuus, eristävyys, sähkönjohtokyky, kiinnittyvyys sekä kemialliset ominaisuudet aiheuttavat laitteissa ja järjestelmissä toimintahäiriöitä. Ongelma on kuitenkin sangen helppo hallita perinteisellä suodatustekniikalla. Suurimman uhan elektroniikalla ja sähkölaitteiden luotettavalle toiminnalle muodostavatkin reaktiiviset kaasut, kuten rikkidioksidi (SO2), rikkivety (H2S), typen oksidit (NOx) ja kloori (Cl2) yhdisteineen, aiheuttaen metallipinnoilla korroosiota. Tämä on Kuinka nopeasti korroosio aiheuttaa ongelmia, riippuu siitä, mitä epäpuhtauksia ilmassa on ja mikä on niiden yhteisvaikutus. Lisäksi mm. ympäröivän ilman kosteus ja lämpötila vaikuttavat tapahtuman nopeuteen. Instrument Society of America (ISA) on julkistanut standardin Ilman laatuvaatimukset prosessien mittaus- ja säätöjärjestelmille. ISA S71.04-1985 Korroosiota aiheuttava epäpuhtaus Luokka / pitoisuus ppb (mm³/m³) G1 G2 G3 GX Rikkivety (H2S) Rikkidioksidi (SO2) Kloori (Cl2) Typen oksidit (NOx) <3 <1 <50 0 <2 <125 <50 <300 <1250 > =50 >=300 >=10 >= 1250 Oksidifilmin paksuus kuparilevyllä Å/KK <300 00 <2000 >=2000 G1 suopea, ei ongelmaa G2 kohtalainen, ongelmia saattaa esiintyä G3 ankara, ongelmia suurella todennäköisyydellä GX erittäin ankara, vaatii aina erityistoimenpiteitä Kuva 2: Ilmanpuhdistusluokitus ISA standardin mukaisesti. Kuva 1: Korroosion aiheuttamia tuhoja piirikortissa. www.climecon.fi Eri maissa on luotu myös kansallisia standardeja jotka ovat pitkälti yhtenevät ISA-standardin sisällön kanssa. Lämmittäjänkatu 4 A, FI-00880 HELSINKI, Finland Puhelin +358 20 198 6600, Fax +358 020 198 6609 1
Ilmanpuhdistus Järjestelmän valinta Teollisuusympäristössä saavutetaan riittävä ilman puhtaus ainoastaan ilmanpuhdistuksen avulla. Ilmanpuhdistusta suunniteltaessa lähtökohtana ovat ulkoilman epäpuhtaudet. Tästä johtuen ulkoilmavirta ko. tiloihin tulee minimoida. Periaatteessa ulkoilmaa tarvitaan vain tilan paineistamiseksi (n. 15 Pa). Järjestelmän esisuodattimena käytetään vähintään F5 luokan kuitusuodatinta, jonka tehtävänä on ensisijaisesti suojata kemiallista suodatinta tukkeutumasta. Kemiallinen suodatin voi olla yksi- tai useampiportainen riippuen ulkoilman epäpuhtauksien laadusta ja pitoisuuksista. Ulkoilmavirran lisäksi on usein perusteltua käyttää myös kierto- ja/tai kierrätysilmaa. Näin saadaan ulkoilmasta tulevat epäpuhtaudet halutulle tasolle ja toisaalta voidaan poistaa laitetilassa syntyvät tai sinne hallitsemattomasti kulkeutuvat epäpuhtaudet. 1 2 4 3 1 Suojeltava tila: ISA: G1 Ylipaine: n. 15 Pa 1. Esisuodatin F 5 3. Kierrätyilman puhdistin Tyyppi KPC, kun 2. Make-up puhdistin viipymä 0,07 0,25 s Tyyppi PSA, kun viipymä 0,25 1,5 s 4. Jälkisuodatin F 9 Tyyppi TPC, kun viipymä 1,5 3,0 s 1 2 4 Puhdistusjärjestelmän jälkisuodattimena tulee käyttää vähintään F9 luokan kuitusuodatinta. Tällä estetään kemiallisesta suodattimesta mahdollisesti irtoavan pölyn kulkeutuminen laitetilaan. Suojeltava tila: ISA: G1 Ylipaine: n. 15 Pa Kuva 3: Järjestelmävaihtoehdot ja paineistus- ja kierrätysilman puhdistus 2
Suodatusmassalla on väliä Käytettävät suodatusmassat valitaan suodatettavien kaasujen jakauman perusteella. Suodatettavien kaasujen tunnistaminen on oleellista, sillä eri suodatusmassat suodattavat parhaiten vain tiettyjä kaasuja. Aktiivihiili Aktiivihiili on perinteinen kemiallinen suodatusmateriaali. Se on erittäin huokoinen materiaali, jossa on runsaasti kontaktipintaa suodatettaville kaasuille. Aktiivihiilen toiminta perustuu ilman epäpuhtauksien kiinnittymiseen sen pinnalle, mistä johtuen sillä saavutettava erotusaste on rajallinen ja heikko erityisesti pienimolekyylisille kaasuille, kuten rikkivedylle (H2S). Aktiivihiili on parhaimmillaan suurimolekyylisille kaasuille ja suodatettaessa korkeita kaasupitoisuuksia. Kuva 5: Purafil suodatinaine Purafil- laatuja: Purafil Select on tehokas suodatusmassa laajalle joukolle erilaisia ilman kaasumaisia epäpuhtauksia. Purafil CP Select on ns. sekoitemassa jossa yhdistyvät aktivoidun alumiinioksidin ja aktiivihiilen parhaat ominaisuudet. Suodatusmassa toimii paljon laajempialaisemmin kuin mikään yksittäinen suodatusmassa. Puracarb-synenerginen suodatusratkaisu Kuva 4: ECS-aktiivihiili Purafil- tehokas hapettaja Tämä ensimmäinen ns. kemisorbtiota käyttävä suodatusmassa koostuu alumiinioksidista (Al2O3) ja siihen imeytetystä kaliumpermanganaatista (KMnO4), joka reagoi hyvin nopeasti rikkivedyn kanssa. Kaliumpermanganaatti on niin voimakas hapettaja, että se pystyy reagoimaan sekä rikkivedyn, että merkaptaanin suuriin pitoisuuksiin (yli 5 ppm). Puracarb on suodatusaine, johon on yhdistetty eri suodatusmassojen vahvoja ominaisuuksia. Perusmateriaaleina käytetään sekä aktiivihiiltä, että aluminioksidia. Suodatusmassan kemiallisesti reagoivina komponentteina ovat natriumkarbonaatti (NaHCO3) ja kaliumhydroksidi (KOH). Lisäksi suodatusmassa sisältää erilaisia sidosaineita, jotka lujittavat rakeiden runkorakennetta ja lisäävät oleellisesti sen kosteudensietoa. Puracarb suodatusmassa on paras mahdollinen ratkaisu kun ilmasta halutaan poistaa rikkivetyä. Myös rikkidioksidille ja kloorille Puracarb soveltuu erityisen hyvin. Suodatusaine pelletoidaan homogeenisiksi pyöreiksi rakeiksi. Tämä tarkoittaa kohtuullista muuttumatonta painehäviötä ja sen myötä pientä energiankulutusta. Erityisen tärkeä etu saavutetaan kun homogeeninen rae voidaan hyödyntää aivan sen sisintä osaa myöten. Kuva 6: Puracarb suodatinaine 3
Suodatinlaitteet Ilmanpuhdistimet on suunniteltu erittäin vaativiin olosuhteisiin suojaamaan elektroniikkaa ja sähkölaitteita käyttöhäiriöiltä. Erityisesti on kiinnitetty huomiota rakennemateriaaleihin ja rakenteiden tiiviyteen. Moduulirakenteiset ilmanpuhdistimet voidaan varustaa yhdellä tai useammalla kemiallisella suodatinportaalla sekä esi- ja jälkisuodattimilla. Jokainen ratkaisu on suunniteltava aina kunkin kohteen olosuhteiden ja erityisvaatimusten mukaan. Suodattimen mitoituksen tulee aina perustua suodatusmassojen testattuun toimintaan! Puhdistinsarjat: TPC kemiallinen ilmanpuhdistin on suunniteltu käytettäväksi erittäin vaativissa olosuhteissa. Tyypillisesti laitetta käytetään suojaamaan elektroniikkaa ja sähkölaitteita korroosiolta. Kuva 7: PSA kemiallinen ilmanpuhdistin PSA kemiallinen ilmanpuhdistin on suunniteltu käytettäväksi tuloilman puhdistukseen kun taustapitoisuudet ovat suuria ja puhtausvaatimukset korkeat. Laitetta käytetään myös suojaamaan elektroniikkaa ja sähkölaitteita korroosiolta. KPC kemiallinen ilmanpuhdistin on kompakti ratkaisu kun halutaan sekä kaasumaisten että partikkelimuodossa olevien ilman epäpuhtauksien tehokasta puhdistusta. Mittausjärjestelmät Erikoistilojen pitoisuusvaatimukset ovat erittäin alhaisia. Riittävä mittaustarkkuus saavutetaan vain kaikkein tarkemmilla mittareilla. Epäsuoralla mittauksella voidaan seurata tilan ilman aggressiivisuutta. Käytettävissä olevat mittausmenetelmät: CC-korroosiotestin avulla ilman laatu määritetään ISA-standardin mukaiseen luokkaan. Näin mahdollinen ongelma sen suuruus voidaan luotettavasti todeta. CC-testin avulla voidaan myös todeta käytössä olevien ilmanpuhdistusjärjestelmien toimivuus. Jatkuvilla säännöllisin väliajoin tapahtuvilla testeillä varmistetaan ilman laatutaso, joka takaa pysyvän suojan elektroniikan korroosio-ongelmia vastaan. Kuva 8 OnGuard - korroosio- monitori OnGuard-korroosiomonitori on suunniteltu mittaamaan ilman olosuhdemuutoksia reaaliaikaisesti. OnGuard-monitori voidaan kytkeä alueen valvonta- ja hälytysjärjestelmään. Se tunnistaa heti haitalliset epäpuhtaudet ja antaa hälytyksen. Tämä mahdollistaa ongelmiin puuttumisen jo ennen kuin ongelmat ehtivät tekemään tuhojaan suojeltavissa laitteissa. 4
Pelkästään oikeat laitteet eivät riitä Oikeat järjestelmä- ja laiteratkaisut luovat edellytykset saavuttaa haluttu tavoitetaso. Mutta ne eivät yksistään voi sitä taata. Seuraaviin seikkoihin tulee kiinnittää erityistä huomiota: Huolto / Seuranta Laitteiden huolto ja kunnossapito tulee selvittää jo ennen laitteiden asentamista Erityisen tärkeää on seurata kemiallisten suodattimien toimintaa ja huolehtia siitä, että suodatusmateriaali vaihdetaan oikealla hetkellä. Uuden suodattimen ensimmäinen näyte tulee ottaa n. 3-6 kk:n kuluttua suodattimen käyttöönotosta. Aiemmin seurantaan otettujen suodattimien näytteet otetaan edellisen testin tai aikaisemman elinikähistorian perusteella. Myös suodatusmateriaalien vaihdot määräytyvät tehtävän elinikäanalyysin perusteella. Climecon Oy suorittaa suodatusmateriaalien elinikäanalyysejä, jossa kemiallisen suodatusmassan kulumista seurataan näytteiden perusteella. Asiakkaat saavat tuloksista analyysiraportit, josta käy selville mm. suodatusmassan ennustettu vaihtohetki. Climecon Oy neuvoo myös huolto- ja kunnossapitoasioissa. Saatavilla on jokaisen asiakkaan tarpeiden mukaan räätälöityjä huoltopalveluita. Tiiviys Suodatinkehikon, -rungon ja niiden liitosten tulee olla tiiviit ja ohivirtaukset estetty tiiviillä liitoksilla kanavistoon. Koska vaadittava suodatustehokkuus tulee mitoitustilanteessa olla tietyille kaasuille yli 99 %, niin pienikin ohivuoto voi aiheuttaa suodatustehokkuuden radikaalin alenemisen ja epäpuhtauspitoisuuden kohoamisen suojeltavassa tilassa. Huonetilan tulee olla myös mahdollisimman tiivis, jotta voidaan taata sen ylipaine ympäröiviin tiloihin nähden. Henkilökunnan ohjeet Turha liikkuminen puhtaissa tiloissa tulisi kieltää. Samoin kuin näiden tilojen käyttäminen taukotiloina. Varsinkin tupakointi on erittäin haitallista ja romuttaa kerralla ajatuksen asetettujen tavoitetasojen ylläpitämisestä. 5