高效過濾器完整性測試方法及現場驗證流程詳解 一、引言 高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）和超高效空氣過濾器（Ultra-Low Penetration Air Filter，簡稱ULPA）廣泛...
高效過濾器完整性測試方法及現場驗證流程詳解
一、引言
高效空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter，簡稱HEPA）和超高效空氣過濾器（Ultra-Low Penetration Air Filter，簡稱ULPA）廣泛應用於潔淨室、製藥車間、醫院手術室、生物安全實驗室等對空氣質量要求極高的場所。其核心功能是通過物理攔截、慣性碰撞、擴散沉降等方式去除空氣中粒徑在0.3微米或更小的顆粒物，確保空氣潔淨度達到ISO 14644-1標準或其他相關行業規範。
為確保高效過濾器在安裝後仍保持其設計性能，必須進行完整性測試（Integrity Test）。完整性測試旨在檢測過濾器是否存在泄漏、破損或密封不良等問題，從而保證其過濾效率符合預期要求。本文將詳細介紹高效過濾器完整性測試的方法原理、測試設備、參數設置、操作流程以及現場驗證的具體實施步驟，並結合國內外權威文獻進行分析與總結。
二、高效過濾器完整性測試的基本原理
2.1 測試目的
完整性測試的核心目的是：
- 檢測過濾器本體是否存在製造缺陷；
- 確認過濾器與框架之間的密封是否完好；
- 驗證安裝過程中是否造成損傷；
- 確保係統整體氣密性和過濾效率達標。
2.2 常見測試方法分類
根據國際標準ISO 14644-3、美國IEST-RP-CC034.3、中國GB/T 13554-2020《高效空氣過濾器》等相關規範，常用的完整性測試方法包括：
| 測試方法 | 適用對象 | 原理簡述 | 標準依據 |
|---|---|---|---|
| 光度計掃描法（Aerosol Photometric Scan Method） | HEPA/ULPA過濾器 | 使用氣溶膠發生器產生挑戰粒子，通過光度計掃描下遊側檢測泄漏點 | ISO 14644-3、IEST RP-CC034.3 |
| 計數掃描法（Aerosol Particle Counting Scan Method） | ULPA過濾器 | 利用粒子計數器檢測下遊粒子濃度變化 | IEST RP-CC001.4 |
| DOP檢漏法（Di-Octyl Phthalate Test） | HEPA過濾器 | 使用DOP氣溶膠作為挑戰粒子，測量透過率 | 早期標準，現多被替代 |
| 定量光度法（Quantitative Photometric Method） | HEPA/ULPA | 在上遊注入已知濃度氣溶膠，測量下遊總透過率 | ISO 14644-3 |
注：DOP法因環保問題已被部分國家淘汰，取而代之的是使用PAO（Polyalphaolefin）、DEHS（Diethylhexyl Sebacate）等環保型氣溶膠。
三、完整性測試設備與產品參數
3.1 主要測試設備組成
一套完整的完整性測試係統通常包括以下設備：
| 設備名稱 | 功能說明 | 常見品牌 | 技術參數示例 |
|---|---|---|---|
| 氣溶膠發生器 | 生成均勻分布的挑戰粒子 | TSI, Palas, ATI | 輸出粒徑範圍：0.1~2.0μm；輸出濃度：≥100,000 particles/cm³ |
| 光度計（Photometer） | 測量氣溶膠濃度 | TSI 9010, ATI 2H | 測量範圍：0.001%~100%穿透率；精度±2%讀數 |
| 粒子計數器（Particle Counter） | 用於ULPA計數掃描法 | Lighthouse, Climet | 通道數：6通道；粒徑範圍：0.3~10μm |
| 掃描探頭 | 移動式檢測下遊泄漏 | 自製或集成於係統中 | 掃描速度：≤5 cm/s；采樣流量：1 CFM（28.3 L/min） |
| 控製單元與軟件 | 數據采集與分析 | LabVIEW、TSI TrakPro等 | 支持數據導出、圖形顯示、自動報警等功能 |
3.2 關鍵技術參數設定建議
| 參數 | 推薦值 | 說明 |
|---|---|---|
| 上遊氣溶膠濃度 | ≥20 μg/L | 保證足夠信號強度 |
| 掃描速度 | ≤5 cm/s | 避免遺漏泄漏點 |
| 探頭距離濾麵 | 1~3 cm | 提高檢測靈敏度 |
| 測試持續時間 | 單個過濾器約5~10分鍾 | 視尺寸而定 |
| 泄漏判定閾值 | ≥0.01%（光度法）或≥0.0001%（計數法） | 依標準設定 |
四、完整性測試方法詳解
4.1 光度計掃描法（Photometric Scan）
4.1.1 方法描述
該方法適用於HEPA和ULPA過濾器，主要步驟如下：
- 上遊氣溶膠注入：使用氣溶膠發生器向過濾器上遊端噴射PAO或DEHS氣溶膠；
- 穩定濃度：等待上遊氣溶膠濃度穩定；
- 掃描檢測：使用光度計探頭沿濾材表麵緩慢移動，記錄下遊氣溶膠濃度；
- 數據分析：計算局部穿透率（Leakage %），判斷是否超過閾值。
4.1.2 泄漏判定標準（以ISO 14644-3為準）
| 類別 | 過濾器類型 | 大允許穿透率 |
|---|---|---|
| HEPA H13/H14 | HEPA | ≤0.03% |
| ULPA U15/U16/U17 | ULPA | ≤0.001% |
若某點穿透率超過上述限值，則視為泄漏點，需標記並修複。
4.1.3 優缺點分析
| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 快速直觀，適合大麵積檢測 | 對ULPA靈敏度不足 |
| 成本較低 | 依賴人工操作 |
4.2 計數掃描法（Counting Scan）
4.2.1 方法描述
適用於ULPA過濾器，因其穿透率極低，需采用高靈敏度粒子計數器進行檢測：
- 挑戰粒子生成：使用DEHS或PSL（Polystyrene Latex）粒子；
- 上遊粒子濃度控製：維持在10^5 particles/cm³以上；
- 逐點掃描：使用粒子計數器探頭在濾麵下方移動；
- 計算局部穿透率：對比上下遊粒子數量。
4.2.2 穿透率計算公式
$$
text{Local Penetration (%)} = frac{C{text{downstream}}}{C{text{upstream}}} times 100%
$$
其中：
- $ C_{text{downstream}} $：下遊粒子濃度；
- $ C_{text{upstream}} $：上遊粒子濃度。
4.2.3 優缺點分析
| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 靈敏度高，適合ULPA檢測 | 成本高，操作複雜 |
| 可定量分析 | 易受環境幹擾 |
4.3 定量光度法（Quantitative Photometric Method）
4.3.1 方法描述
適用於批量測試或在線監測，不強調局部掃描，而是測定整個過濾器的總體透過率：
- 連續氣溶膠注入；
- 同時測量上下遊氣溶膠濃度；
- 計算平均穿透率；
- 判定是否合格。
4.3.2 應用場景
- 工廠出廠前測試；
- 在線監測係統；
- 大規模潔淨室驗收。
五、現場驗證流程詳解
5.1 準備階段
| 步驟 | 內容 |
|---|---|
| 1. 確認測試計劃 | 包括測試對象、測試人員、設備清單、測試標準 |
| 2. 檢查設備狀態 | 氣溶膠發生器、光度計、粒子計數器校準情況 |
| 3. 清潔測試區域 | 確保無塵、無幹擾粒子 |
| 4. 搭建測試平台 | 設置氣溶膠注入口、探頭路徑、數據采集終端 |
5.2 實施階段
| 步驟 | 內容 |
|---|---|
| 1. 啟動氣溶膠發生器 | 注入指定濃度氣溶膠 |
| 2. 等待穩定 | 一般5~10分鍾 |
| 3. 開始掃描檢測 | 按照既定路徑移動探頭 |
| 4. 實時記錄數據 | 使用軟件自動記錄並繪製趨勢圖 |
| 5. 異常點處理 | 發現泄漏點立即標記，暫停測試並拍照記錄 |
5.3 後期處理與報告
| 步驟 | 內容 |
|---|---|
| 1. 數據整理 | 導出Excel或PDF格式報告 |
| 2. 圖形展示 | 繪製穿透率熱力圖或趨勢曲線 |
| 3. 問題匯總 | 列出所有異常點及處理建議 |
| 4. 簽字確認 | 由測試負責人、項目方簽字認可 |
六、常見問題與解決方案
| 問題現象 | 原因分析 | 解決方案 |
|---|---|---|
| 穿透率偏高 | 濾紙破損、密封條老化 | 更換過濾器或重新密封 |
| 數據波動大 | 氣流不穩定、探頭未緊貼 | 檢查風機風量、調整探頭位置 |
| 誤報泄漏點 | 環境粉塵幹擾 | 重新清潔測試區，重複測試 |
| 無法達到規定濃度 | 氣溶膠發生器故障 | 更換設備或檢修 |
七、國內外參考標準與文獻引用
7.1 國內標準
- GB/T 13554-2020 《高效空氣過濾器》
- GB 50591-2010 《潔淨室施工及驗收規範》
- JGJ 71-1990 《潔淨廠房設計規範》
7.2 國際標準
- ISO 14644-3:2019 Cleanrooms and associated controlled environments — Part 3: Test methods
- IEST-RP-CC034.3: HEPA and ULPA Filter Leak Tests
- US FDA Guidelines for Aseptic Processing
7.3 文獻引用
- 李明等. 潔淨室高效過濾器完整性測試方法研究[J]. 潔淨與空調技術, 2021(2):45-50.
- 趙誌剛. 高效過濾器現場檢漏技術探討[J]. 空調淨化, 2019(4):22-26.
- Kanaoka, C., et al. (2001). "Performance of HEPA filters under high humidity conditions." Journal of Aerosol Science, 32(5), 641–650.
- Willeke, K., & Baron, P. A. (1993). Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications. Van Nostrand Reinhold.
- Institute of Environmental Sciences and Technology (IEST). (2013). IEST-RP-CC034.3: HEPA and ULPA Filter Leak Tests.
八、結語（略）
本文內容來源於公開出版物、國家標準及行業實踐指南，僅供學術交流與工程應用參考。具體實施應結合實際工程條件和技術規範執行。
參考文獻
- 百度百科 – 高效空氣過濾器 http://baike.baidu.com/item/高效空氣過濾器
- 百度百科 – 潔淨室 http://baike.baidu.com/item/潔淨室
- 國家標準化管理委員會. GB/T 13554-2020 高效空氣過濾器[S].
- 國家標準化管理委員會. GB 50591-2010 潔淨室施工及驗收規範[S].
- ISO. (2019). ISO 14644-3:2019 Cleanrooms and associated controlled environments — Part 3: Test methods.
- IEST. (2013). IEST-RP-CC034.3: HEPA and ULPA Filter Leak Tests.
- 李明等. 潔淨室高效過濾器完整性測試方法研究[J]. 潔淨與空調技術, 2021(2):45-50.
- 趙誌剛. 高效過濾器現場檢漏技術探討[J]. 空調淨化, 2019(4):22-26.
- Kanaoka, C., et al. (2001). "Performance of HEPA filters under high humidity conditions." Journal of Aerosol Science, 32(5), 641–650.
- Willeke, K., & Baron, P. A. (1993). Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications. Van Nostrand Reinhold.
