在多数洁净室里,HEPA过滤器或者ULPA过滤器是防止通过空气传播的微粒进入洁净室的最后屏障,空气正是通过它们进入受控空间的。洁净室要想达到设计的洁净等级并且保持不变,很大程度上取决于这些过滤器的性能。因此,对所有安装在洁净室里的过滤器进行测试,保证它们符合设计规范,是最普遍且最有效的方法。 通常是在制造过滤器时,对它进行整体效率测试和泄漏测试。此外,在许多受管制行业的洁净室里,例如制药行业或者核工业,还需要定期对这些过滤器进行检查,以确保这些过滤器在有效的使用期限内性能可靠。IEST公布了三个推荐规程(RP):IEST-RP-CC001.4(HEPA 和ULPA过滤器),IEST-RP-CC007.1(ULPA过滤器测试)和IEST-RP-CC034.2(HEPA和ULPA过滤器泄漏测试)。这个三推荐规程可以提供这些过滤器的测试和分类指导。 IEST-RP-CC001.4和IEST-RP-CC034.2都经过了重新修订,新的版本已于2005年发表。IEST-RP-CC001.4根据过滤器的效率和测试方法对过滤器进行分类。新版IEST-RP-CC001.4的主要内容和修订内容将刊登在这个月的专栏里。IEST-RP-CC034.2针对的是过滤器的泄漏测试或者完整性测试,我们将在以后讨论。IEST-RP-CC007.1针对的是ULPA过滤器的测试,Phil Winters在题为“IEST更新并改进了ULPA过滤器测试推荐规程(《洁净室》2005年6月)”的文章中对它专门作了论述。
历史 IEST在1986年首次发表了IEST-RP-CC001,从那时起,它就成为了HEPA过滤器行业应用范围最广的文献。IEST定期对这个文献进行修订,使其与当前的行业惯例保持一致。它也是第一个作为加拿大标准的IEST推荐规程。现在,包括美国食品药物管理局(FDA)和美国国家科学基金会(NSF)在内的几个机构,把这个推荐规程中的过滤器分类作为其操作指南和建议的一部分。在它的第四版和现行的修订版中,这个推荐规程仍然可行,并且符合该行业目前的技术水平。 这个修订版的主要目标是使过滤器分类与过滤器生产商所使用的普通测试方法一致。对不清晰和错误的定义进行修正,同时,在附录中增加了几个相关课题的重要信息。
新内容(和改进的地方) 在新版的推荐规程中,过滤器的种类从旧版的7种增加到现在的11种。新增的过滤器类型(H、I、 J 和K型)建立在使用微粒计数器的过滤器测试的基础之上,是原有的依赖于光度计测试方法的过滤器类型(A、B、C、D和E)的补充。虽然在这两种方法之间还不能划上等号,但是,生产制造商可以利用这些过滤器的新类型,使用这两种方法中的任一种进行过滤器测试。在使用任一种测试仪器的推荐规程中,过滤器的类型必须能够满足最终用户对过滤器性能的要求,这种需求非常迫切。不同的过滤器类型和它们的测试要求详见表1。 大部分技术文献和标准都使用特定的术语和简称;这个推荐规程也不例外。多年来,许多我们非常熟悉的通用术语定义有误,一直未引起大家的注意。这个修订版针对这类错误进行了许多修正,具体包括: HEPA过滤器测试通常把微粒的平均直径假设为0.3μm,这是由光度计测出的平均直径。这些事先假定的悬浮颗粒的大小(即算术平均直径),实际上直径更小,更接近HEPA过滤器的最易穿透粒径(MPPS)。由于过滤器的效率会随着通过过滤器的粒子大小的变化出现较大的差别,因此也就有了这些新术语,目的是描述并阐明它们之间的差异。算术平均直径(CMD)指的是悬浮微粒分布的平均颗粒大小。悬浮颗粒的质量平均直径(MMD) 指的是悬浮微粒质量分布的平均尺寸。微粒的质量一般与其直径的立方数成比例,因此,大多数悬浮颗粒的质量趋向集中在更大的体积区域中,其结果是,平均质量值要大于平均计数或算术值。过滤器的效率取决于微粒的大小(用0.3μm微粒进行测试与用MMD为0.3μm、CMD小于0.2μm的悬浮微粒进行测试为例,前者的过滤器效率更高),因此,这种差异非常大。在这个推荐规程中所列出的过滤器类型,充分考虑到这种差异,因此,也就消除了关于这个课题的种种争议。 ● 在过滤器测试中,我们把聚α烯烃(PAO)作为邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的替代品使用。然而,需要注意的是,不是所有的聚α烯烃(PAO)或邻苯二甲酸二辛酯(DOP)都适用。只有编号为CAS#68649-12-7的PAO和编号为CAS#117-81-7的DOP有合适的微粒尺寸,因此,它们是唯一可以使用的。 ● 请注意,多台通用生成器产生的悬浮微粒的尺寸分布可以尽可能地消除只使用一台或某一种生成器带来的迷惑。 ● 从历史的角度来看,MIL-STD-282明确定义了HEPA过滤器的测试方法,并包含了它的分类,但是,在最近几年的通用实践中,出现了几种HEPA过滤器测试的替代方法,其中包括高流量替代测试系统(HFATS)、美国机械工程师协会(ASME)AG-1测试法,以及在欧洲标准EN1822中所描述的方法。 ● 洛杉矶美国国家实验室根据美国能源部(DOE)的合同研制出HFATS。HFATS提供了一种与MIL-STD-282差不多且限制性较少的测试方法。HFATS使用了粒径检测器,它能够提供有关特定微粒大小的过滤器信息。与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)不同,它还允许使用液体和以更低的浓度来测试过滤器。它的主要的缺点是,增加了测试过滤器所需要的时间,同时还增加了与粒径检测器有关的特定的可变性。 ● 美国国家标准学会(ANSI)N45.8委员会成立于1971年,它的目的是研究和制定适合核设施的高可靠性空气清洁设备的标准,以及用于确定设备性能的相应的测试方法。这个委员会后来改组为美国机械工程师协会(ASME)核设施空气和气体处置委员会(CONAGT)。该委员会发布了ASME AG-1 Section FC、核设施空气和气体处置规范,包含了针对空气清洁、空调组件和附件的设计、制造、检验和测试的规范和标准,以及用于核工厂工程安全系统中的空气清洁组件的规范和标准。特别是,它涵盖了所有HVAC系统组件的设计、运行和测试。最后,根据美国国防部(DOD)非军用标准化的规定,它们变成AG-1。此前适合核应用的相应的过滤器标准——MIL-F-51068、过滤器、微粒(高效阻燃)和MIL-F-51079、过滤器介质、阻燃、高效率,全部都综合到ASME AG-1 Section FC(第六版)中。 ● EN1822是欧洲标准,它把过滤器分类、过滤器介质测试、过滤器整体效率测试以及泄漏测试综合到一个文献里。尽管各个标准之间不能直接划上等号,但是它们之间既有许多相似的地方,也有几个关键性的差别。主要差别是: 1. 以MPPS进行测试,效率只有85%(H10)的过滤器只能算是名义上的HEPA过滤器,它不同于IEST传统意义上的HEPA过滤器。根据IEST传统定义,HEPA过滤器在0.3μmMMD加热法产生DOP时的效率是99.97%。 2. 以MPPS测试过滤器,IEST允许测试计算平均值大小正好低于0.2μm(0.3μm MMD)或者近似于典型的HEPA过滤器的MPPS。 3. EN1822使用单个或离散微粒计数设备来测试特定的过滤器的各个部分,这类过滤器的效率以MPPS计可高达99.95%,甚至更高。而IEST推荐规程允许用户选择光度计(多微粒检测)测量法或者离散微粒计数法来测试过滤器的效率,在多数情况下,还可以用于泄漏测试。 4. 与IEST不同,EN1822允许在扫描测试期间收集基于粒子计数的过滤器采集效率的计算数据。IEST推荐规程则需要做两个完全独立的测试。 这个推荐规程和其他标准一样力求与现有的规程保持一致。它是否能做到这一点,还需要污染控制产业的各位专家多多提供大量宝贵的意见。笔者和IEST非常欢迎您对现有的规程多提建议和意见。如果能加入工作组(WG)的研究中,并提出您的见解,无论是这一问题还是针对IEST发表的建议规程的其他问题,我们都一样欢迎。
志谢 如果没有工作组成员的意见、督促和生动的辩论,就无法在规定的期限内按质保量地完成这个推荐规程。作为这个工作组的主席,我对他们的支持表示衷心的感谢。在这里,我特别要对Jim Wagner表示感谢,他迅速地完成了本文的校对工作。
作者简介 Vijayakumar 博士持有美国明尼苏达大学微粒技术博士学位。他在过滤、过滤器测试和空气质量等方面拥有二十多年的工作经验。他在主要的过滤器、过滤介质和微粒设备公司担任资深技术和营销职务,帮助世界各地的客户解决过滤和过滤器测试方面的问题。他是明尼苏达大学过滤技术短期课程讲师,并在世界各地演讲。目前,他担任TSI公司市场发展总监,负责TSI公司测试设备的新市场和新应用的开发工作。Vijayakumar博士主持IEST 001和034工作组的工作,并兼任其他几个工作组的负责人。在1997年到2001年,他担任“标准与规程”主席。电子信箱:vijay@tsi.com.
表1 推荐的从A型到K型过滤器的测试方法和最小额定值(来源:IEST-RP-CC001.4)
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