5 Hạng Mục Cần Tính Từ Đầu Khi Mở Rộng Công Suất Nhà Máy Phòng Sạch

Với nhiều nhà máy, nhu cầu mở rộng công suất thường chỉ xuất hiện sau vài năm vận hành, khi đơn hàng tăng, doanh nghiệp bổ sung dây chuyền hoặc cần nâng sản lượng để đáp ứng thị trường. Tuy nhiên, đối với nhà máy phòng sạch, tăng công suất không đơn giản là mua thêm máy móc rồi bố trí vào khu vực còn trống.

Khi số lượng thiết bị, nguyên liệu và nhân sự tăng lên, tải nhiệt trong phòng cũng thay đổi. Lưu lượng khí cần xử lý có thể tăng. Hệ thống điện, nước, khí nén và các hệ thống kỹ thuật khác phải phục vụ nhiều thiết bị hơn. Luồng người và luồng vật liệu cũng trở nên phức tạp hơn. Nếu những thay đổi này vượt quá khả năng của thiết kế ban đầu, doanh nghiệp có thể phải cải tạo đồng thời kiến trúc, HVAC và MEP.

WHO nhấn mạnh rằng thiết kế HVAC cần được phối hợp chặt chẽ với thiết kế kiến trúc của nhà máy. Các thành phần HVAC cũng phải có đủ năng lực để đáp ứng mục tiêu thiết kế về lưu lượng khí, làm lạnh, gia nhiệt, tạo ẩm hoặc khử ẩm trong điều kiện vận hành thực tế.

Do đó, nếu xác định nhà máy có khả năng tăng sản lượng trong tương lai, ít nhất 5 hạng mục dưới đây cần được tính toán ngay từ giai đoạn thiết kế phòng sạch.

1. Quy hoạch mặt bằng và quỹ không gian mở rộng

Hạng mục đầu tiên không phải AHU hay máy lạnh mà chính là layout nhà máy.

Một nhà máy được thiết kế đúng công suất hiện tại nhưng sử dụng gần hết diện tích ngay từ đầu sẽ rất khó mở rộng. Khi bổ sung dây chuyền, chủ đầu tư có thể phát hiện rằng vị trí cần đặt máy mới đang nằm trên đường vận chuyển nguyên liệu, khu vực kỹ thuật hoặc hành lang nhân sự.

Vấn đề càng phức tạp đối với các nhà máy GMP. Luồng người, luồng nguyên liệu, luồng thành phẩm và chất thải cần được tổ chức hợp lý để hạn chế nguy cơ nhiễm chéo. Việc mở thêm một phòng hoặc lắp thêm một dây chuyền có thể khiến toàn bộ logic vận hành ban đầu thay đổi.

ISO 14644 cũng xem con người, thiết bị, vật liệu, quá trình đưa thiết bị vào phòng sạch và hoạt động bảo trì là những yếu tố liên quan trực tiếp đến khả năng duy trì điều kiện sạch trong vận hành.

Vì vậy, ngay từ giai đoạn concept design, doanh nghiệp nên xác định khả năng mở rộng theo từng giai đoạn. Chẳng hạn, giai đoạn đầu vận hành hai dây chuyền nhưng mặt bằng cần xem xét trước vị trí của dây chuyền thứ ba hoặc thứ tư. Không nhất thiết phải đầu tư toàn bộ ngay lập tức, nhưng không gian, giao thông kỹ thuật và các điểm kết nối nên được dự phòng.

Đặc biệt, cần cân nhắc vị trí phòng thay đồ, airlock, pass box, kho trung gian, hành lang kỹ thuật và khu vực bảo trì. Những vị trí này nếu bố trí thiếu tính toán thường rất khó thay đổi sau khi nhà máy đã vận hành.

Xem thêm nội dung về layout một chiều trong phòng sạch tại đây!

2. Công suất dự phòng của hệ thống HVAC phòng sạch

Nếu layout quyết định nhà máy còn chỗ để mở rộng hay không thì HVAC quyết định khu vực mở rộng có thể duy trì điều kiện môi trường theo yêu cầu hay không.

Khi tăng công suất, số lượng máy móc và nhân sự thường tăng theo. Điều này đồng nghĩa tải nhiệt trong phòng có thể tăng, trong khi lượng khí cấp, tải lạnh và khả năng kiểm soát độ ẩm cũng phải được xem xét lại.

Đối với phòng sạch, HVAC còn liên quan trực tiếp đến lọc không khí, phân phối khí, hướng dòng khí, chênh áp, nhiệt độ, độ ẩm và khả năng duy trì cấp độ sạch.

WHO yêu cầu hệ thống HVAC phải bảo đảm các điều kiện phòng xác định thông qua các chức năng như làm lạnh, gia nhiệt, lọc khí, phân phối khí, lưu lượng khí và số lần trao đổi không khí phù hợp.

Sai lầm phổ biến là lựa chọn AHU gần sát với nhu cầu của giai đoạn đầu để giảm chi phí đầu tư. Phương án này có thể tiết kiệm ngân sách trước mắt nhưng khi bổ sung phòng hoặc tăng tải sản xuất, hệ thống nhanh chóng đạt giới hạn.

Điều này không có nghĩa doanh nghiệp nên mua AHU lớn hơn nhiều lần so với nhu cầu thực tế. Công suất dự phòng phải được tính dựa trên kịch bản tăng trưởng và điều kiện vận hành, bởi thiết bị quá lớn nhưng thường xuyên hoạt động ở tải thấp cũng có thể gây bất lợi về điều khiển và hiệu suất năng lượng.

Giải pháp phù hợp hơn là xác định trước các giai đoạn tăng công suất, từ đó đánh giá phương án AHU, quạt, coil lạnh, hệ thống lọc, đường ống gió, hệ thống nước lạnh hoặc phương án bổ sung module sau này.

Xem thêm về hệ thống AHU trong phòng sạch tại đây!

Trong một số dự án, việc lựa chọn cấu trúc HVAC kết hợp AHU và FFU cũng có thể tạo mức độ linh hoạt cao hơn cho từng khu vực, tùy theo yêu cầu cấp sạch và công nghệ sản xuất.

Xem thêm sự khác biệt giữa FFU và AHU trong phòng sạch tại đây!

3. Hệ thống điện, nước, khí nén và MEP phải có khả năng nâng tải

Một dây chuyền mới không chỉ chiếm diện tích. Nó còn cần điện, nước, khí nén, hút chân không, hơi, khí công nghệ hoặc các utility chuyên biệt tùy ngành sản xuất.

Nếu hệ thống MEP ban đầu được thiết kế gần sát nhu cầu hiện tại, nhà máy có thể gặp vấn đề ngay khi bổ sung thiết bị.

Ví dụ, một dây chuyền mới có thể khiến phụ tải điện vượt khả năng của tủ phân phối hoặc máy biến áp. Một thiết bị công nghệ mới có thể yêu cầu lưu lượng khí nén lớn hơn khả năng của hệ thống hiện hữu. Việc tăng công suất sản xuất cũng có thể kéo theo nhu cầu nước và tải xử lý nước thải tăng.

Khi đó, doanh nghiệp không chỉ phải mua thêm máy sản xuất mà còn phải nâng cấp hạ tầng kỹ thuật phía sau.

Do vậy, thiết kế ban đầu cần dự báo nhu cầu utility theo từng giai đoạn phát triển. Các hạng mục cần xem xét bao gồm công suất nguồn điện, tủ điện, tuyến cáp, hệ thống UPS nếu có, khí nén, cấp thoát nước, nước công nghệ, hệ thống chiller, PCCC và các hệ thống phụ trợ khác.

Quan trọng hơn, tuyến kỹ thuật cần có không gian tiếp cận và phương án kết nối trong tương lai. Nếu tất cả đường ống, máng cáp và hệ thống kỹ thuật đã kín không gian trần ngay từ giai đoạn một thì bổ sung hệ thống mới sau này rất khó thực hiện mà không ảnh hưởng đến khu vực đang hoạt động.

Đây cũng là lý do thiết kế kiến trúc, HVAC và MEP không nên được thực hiện như ba bài toán độc lập.

Xem thêm tổng thể các hạng mục trong thi công phòng sạch tại Anh Khang Cleanroom tại đây!

4. Hệ thống panel, trần và khu vực kỹ thuật cần tính đến khả năng cải tạo

Panel phòng sạch thường được đánh giá chủ yếu qua vật liệu, khả năng vệ sinh và độ kín. Nhưng nếu nhà máy dự kiến mở rộng, một tiêu chí khác cũng cần quan tâm là khả năng thay đổi cấu trúc không gian sau này.

Ví dụ, vị trí tường ngăn cần xem xét liệu có thể mở rộng sang khu vực liền kề hay không. Hệ trần cần đủ khả năng phối hợp với đèn, HEPA, FFU, sprinkler, đầu báo cháy và các hệ thống MEP mà không gây xung đột khi bổ sung thiết bị.

Một phòng sạch tưởng như còn nhiều diện tích nhưng chưa chắc có thể lắp thêm dây chuyền nếu phía trên trần đã quá tải bởi ống gió, đường ống và máng cáp.

WHO cũng khuyến nghị các thành phần như damper, bộ lọc và các dịch vụ kỹ thuật nên được bố trí sao cho có thể tiếp cận để bảo trì mà hạn chế ảnh hưởng đến khu vực sản xuất.

Do đó, khu vực technical ceiling và hành lang kỹ thuật cần được coi là một phần của chiến lược mở rộng công suất chứ không đơn thuần là phần không gian còn lại sau khi bố trí phòng sản xuất.

Trong nhiều trường hợp, khoản đầu tư thêm cho không gian kỹ thuật ở giai đoạn đầu nhỏ hơn đáng kể so với việc tháo trần, di chuyển ống gió và dừng sản xuất để cải tạo sau này.

5. Hệ thống giám sát và điều khiển phải có khả năng tích hợp thêm khu vực

Khi nhà máy còn nhỏ, số lượng điểm cần theo dõi chưa nhiều. Nhưng khi mở rộng thêm phòng sạch, AHU hoặc dây chuyền, số lượng tín hiệu cần quản lý có thể tăng nhanh.

Các thông số thường cần theo dõi gồm nhiệt độ, độ ẩm, chênh áp, trạng thái thiết bị HVAC và các thông số môi trường khác tùy yêu cầu của từng nhà máy.

ISO 14644 2 yêu cầu xây dựng chương trình giám sát nhằm cung cấp bằng chứng về khả năng duy trì hiệu năng phòng sạch liên quan đến nồng độ hạt.

Với các nhà máy yêu cầu kiểm soát chặt chẽ hơn, hệ thống BMS hoặc hệ thống giám sát môi trường cần được thiết kế với khả năng bổ sung điểm đo, thiết bị và khu vực mới.

Nếu ngay từ đầu hệ thống điều khiển đã hết cổng kết nối, giới hạn số lượng I/O hoặc kiến trúc mạng không thuận lợi cho mở rộng thì mỗi lần tăng công suất có thể kéo theo một đợt cải tạo automation tương đối lớn.

Ngược lại, nếu cấu trúc điều khiển đã xác định trước khả năng mở rộng, doanh nghiệp có thể bổ sung khu vực mới mà vẫn quản lý tập trung dữ liệu và cảnh báo.

Xem thêm về hệ thống BMS trong phòng sạch tại đây!

Kết luận

Khi xây dựng nhà máy phòng sạch, bài toán quan trọng không chỉ là công suất hiện tại cần bao nhiêu, mà còn là nếu sản lượng tăng trong ba đến năm năm tới, hệ thống nào sẽ chạm giới hạn trước.

Năm hạng mục cần được đánh giá sớm gồm layout và quỹ không gian, công suất HVAC, hệ thống MEP và utility, kết cấu panel và không gian kỹ thuật, hệ thống giám sát và điều khiển.

Một nhà máy được quy hoạch tốt từ đầu có thể chưa cần đầu tư toàn bộ công suất tương lai, nhưng phải để lại đủ điều kiện kỹ thuật để nâng cấp theo từng giai đoạn. Khi đó, việc tăng sản lượng sẽ chủ động hơn, giảm nguy cơ phải tháo dỡ hệ thống đang vận hành và hạn chế thời gian gián đoạn sản xuất.

Đối với các dự án có kế hoạch phát triển nhiều giai đoạn, việc phối hợp đồng bộ giữa kiến trúc, công nghệ, HVAC và MEP ngay từ bước thiết kế là yếu tố đặc biệt quan trọng.

Xem thêm giải pháp tư vấn, thiết kế và thi công phòng sạch của Anh Khang Cleanroom tại đây!

CÔNG TY CỔ PHẦN CƠ ĐIỆN PHÒNG SẠCH ANH KHANG Hotline: 1900 636 814 - 0902 051 222 Email: info@akme.com.vn Website: akme.com.vn Địa Chỉ: Lô B7 - Xuân Phương Garden - Đường Trịnh Văn Bô - Phường Xuân Phương - Hà Nội