B類高效過濾器現場檢漏技術及常見問題解決方案 一、引言 在潔淨室係統中，空氣過濾器是保障空氣質量的核心設備之一。其中，高效顆粒空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）被廣泛...
B類高效過濾器現場檢漏技術及常見問題解決方案
一、引言
在潔淨室係統中，空氣過濾器是保障空氣質量的核心設備之一。其中，高效顆粒空氣過濾器（High-Efficiency Particulate Air Filter, HEPA）被廣泛應用於醫藥、生物製藥、半導體製造、醫院手術室等對空氣質量要求極高的場所。根據中國國家標準《GB/T 13554-2020》以及國際標準《ISO 29463》，高效過濾器按效率分為A、B、C三類，其中B類高效過濾器的額定效率為≥99.99%（針對0.3μm粒子），適用於對微粒控製要求較高的潔淨環境。
盡管B類高效過濾器在出廠時已通過嚴格檢測，但在運輸、安裝或長期運行過程中仍可能出現泄漏，從而影響整個潔淨係統的性能。因此，現場檢漏成為確保過濾器完整性和係統有效性的關鍵環節。本文將係統闡述B類高效過濾器的現場檢漏技術原理、常用方法、操作流程、典型問題及其解決方案，並結合國內外權威文獻與行業實踐，提供詳實的技術參考。
二、B類高效過濾器基本參數與技術規範
2.1 定義與分類依據
根據《GB/T 13554-2020 高效空氣過濾器》標準，高效過濾器按效率等級劃分為：
| 類別 | 粒徑（μm） | 過濾效率（%） | 對應國際標準 |
|---|---|---|---|
| A類 | ≥0.3 | ≥99.97 | H13 |
| B類 | ≥0.3 | ≥99.99 | H14 |
| C類 | ≥0.3 | ≥99.995 | U15及以上 |
注：H13-H14為歐洲標準EN 1822中的分級，B類對應H14級。
B類過濾器通常采用超細玻璃纖維紙作為濾料，具有高比表麵積和低阻力特性，適用於ISO 5級（百級）至ISO 7級（萬級）潔淨室。
2.2 主要性能參數
| 參數項 | 典型值/範圍 | 測試標準 |
|---|---|---|
| 額定風量 | 800–1500 m³/h | GB/T 13554-2020 |
| 初始阻力 | ≤220 Pa | 在額定風量下測得 |
| 麵速 | 0.02–0.05 m/s | 建議運行範圍 |
| 檢漏氣溶膠濃度 | ≥20 μg/L（DOP或PAO） | ISO 29463-4 |
| 掃描速度 | ≤5 cm/s | ANSI/ASHRAE 110-2021 |
| 泄漏限值 | ≤0.01%（即0.0001倍上遊濃度） | IEST-G-CC034.3 |
三、現場檢漏技術原理
高效過濾器的現場檢漏旨在檢測過濾介質、密封邊框、框架連接處是否存在物理破損或密封不良導致的泄漏。其基本原理是：
- 上遊發塵：在過濾器上遊引入穩定濃度的單分散或多分散氣溶膠（如DOP、DEHS、PAO）；
- 下遊掃描：使用光度計或粒子計數器在過濾器下遊表麵以恒定速度移動探測；
- 數據比對：將下遊測得的濃度與上遊濃度進行比值計算，判斷是否超過允許泄漏閾值。
該過程遵循“上遊挑戰—下遊響應”的檢測邏輯，屬於動態實時檢測方法。
四、常用檢漏方法比較
目前主流的現場檢漏方法包括光度計法和粒子計數器法，二者各有適用場景。
| 方法 | 原理說明 | 優點 | 缺點 | 適用標準 |
|---|---|---|---|---|
| 光度計法（Photometer Method） | 測量氣溶膠散射光強度，反映質量濃度 | 設備便攜、成本低、操作簡便 | 分辨率較低，難以識別微小泄漏 | ANSI/ASHRAE 110, JGJ 71-2013 |
| 粒子計數器法（Particle Counter Method） | 統計單位體積內特定粒徑粒子數量 | 靈敏度高（可達0.00005%泄漏） | 設備昂貴、需校準頻繁 | ISO 29463-4, IEST RP-CC006.3 |
| 熒光素鈉法（僅用於完整性測試） | 使用熒光染料溶液噴霧，紫外燈觀察滲漏點 | 可視化定位泄漏位置 | 不適用於在線係統，汙染風險高 | GMP附錄1 |
推薦選擇：對於B類高效過濾器，建議優先采用粒子計數器法，因其靈敏度更高，符合H14級過濾器的嚴苛要求。
五、現場檢漏操作流程（以粒子計數器法為例）
5.1 準備階段
-
確認係統狀態：
- 空調係統穩定運行至少15分鍾；
- 風量調節至額定值的80%-100%；
- 關閉房間內可能幹擾氣流的設備。
-
儀器準備：
- 校準粒子計數器（建議每年送檢一次）；
- 設置采樣流量為28.3 L/min（1 ft³/min）；
- 預熱儀器不少於10分鍾。
-
氣溶膠發生器調試：
- 使用PAO-4（聚α烯烴）或DEHS（鄰苯二甲酸二乙酯）作為示蹤劑；
- 上遊濃度控製在20–100 μg/L之間；
- 使用冷發生器避免高溫損傷濾材。
5.2 檢測實施步驟
| 步驟 | 操作內容 | 注意事項 |
|---|---|---|
| 1 | 上遊采樣測定基準濃度（C₀） | 至少采集3次取平均值，確保穩定性 |
| 2 | 下遊掃描路徑規劃 | 按“S”形或平行線移動，間距≤2cm |
| 3 | 探頭距過濾器表麵距離 | 保持1–5 cm，避免負壓擾動 |
| 4 | 掃描速度控製 | ≤5 cm/s，停留時間≥1s每點 |
| 5 | 異常信號記錄 | 當下遊濃度≥0.01%×C₀時標記位置 |
| 6 | 複測驗證 | 對疑似泄漏點重複檢測2次以上 |
5.3 數據處理與判定
設上遊濃度為 $ C_0 $（單位：particles/m³），某點下遊測得濃度為 $ C_i $，則該點泄漏率 $ L_i $ 計算如下：
$$
L_i = frac{C_i}{C_0} times 100%
$$
若 $ L_i > 0.01% $，則判定為泄漏點。
六、常見問題分析與解決方案
6.1 問題一：上遊濃度不穩定
現象描述：
在檢測過程中，上遊氣溶膠濃度波動超過±10%，導致下遊讀數失真。
原因分析：
- 氣溶膠發生器霧化不均；
- 發生器加熱溫度未達設定值；
- 風道湍流影響混合均勻性。
解決方案：
- 使用帶穩流裝置的高級發生器（如TSI Model 8162）；
- 延長混合段長度（建議≥5倍管徑）；
- 在上遊設置均流板或靜壓箱改善分布；
- 實時監控上遊濃度，自動反饋調節輸出功率。
引用文獻支持：According to ASHRAE Handbook—HVAC Applications (2020), “Uniform aerosol distribution is critical for accurate leak testing, especially for HEPA filters with high efficiency.”（ASHRAE, 2020, Chapter 62）
6.2 問題二：下遊出現間歇性高讀數
現象描述：
掃描過程中某些區域反複出現短暫峰值，但無法複現。
原因分析：
- 探頭移動速度過快；
- 局部渦流造成瞬時粒子聚集；
- 過濾器邊緣存在微小縫隙，受風壓變化影響。
解決方案：
- 降低掃描速度至2–3 cm/s；
- 增加采樣時間至每點2秒以上；
- 使用帶數據記錄功能的智能探頭（如Met One BAM III）；
- 對可疑區域做定點駐留測試（dwell test）。
國內研究支持：據《潔淨技術與工程》（2021年第3期）報道：“部分B類過濾器因邊框密封膠老化，在正壓波動時產生‘呼吸效應’，導致周期性泄漏。”（張偉等，2021）
6.3 問題三：新安裝過濾器即發現泄漏
現象描述：
全新B類過濾器安裝後首次檢漏即發現超標泄漏。
原因分析：
- 運輸途中受到撞擊導致濾紙破損；
- 安裝時用力不當造成密封條變形；
- 框架與靜壓箱之間未完全貼合。
解決方案：
- 檢查包裝是否完好，運輸過程是否有劇烈震動記錄；
- 重新安裝並使用扭矩扳手控製螺栓緊固力（建議≤1.5 N·m）；
- 更換密封墊材料（推薦矽橡膠或閉孔海綿）；
- 采用雙道密封結構（knife-edge seal + gasket）提升可靠性。
國際案例參考：In a study published in Indoor Air (2019), researchers found that up to 12% of newly installed HEPA filters showed leaks due to improper mounting, emphasizing the need for trained technicians.（Chen et al., 2019）
6.4 問題四：多次檢漏結果不一致
現象描述：
同一過濾器在不同時間檢測得出不同結論。
原因分析：
- 檢測人員操作差異（路徑、速度、角度）；
- 係統風量未保持恒定；
- 儀器未定期校準；
- 環境背景粒子濃度波動。
解決方案：
- 製定標準化作業程序（SOP），統一操作規範；
- 在固定時間段進行檢測（避開生產高峰）；
- 每次檢測前校驗儀器零點和斜率；
- 建立電子化檢測檔案，實現可追溯管理。
6.5 問題五：邊框泄漏難以修複
現象描述：
檢測發現泄漏集中於過濾器四周邊緣，尤其是角落部位。
根本原因：
- 密封膠塗布不連續；
- 邊框變形導致接觸麵不平整；
- 長期熱脹冷縮引起粘接失效。
解決方案匯總表
| 修複方式 | 適用情況 | 操作要點 | 耐久性評估 |
|---|---|---|---|
| 補塗矽酮密封膠 | 微小縫隙（<1mm） | 清潔表麵後均勻塗抹，固化24h | ★★★☆☆ |
| 加裝壓緊條（Compression Clamp） | 框架鬆動 | 使用不鏽鋼卡件增強壓力 | ★★★★☆ |
| 更換整體密封墊圈 | 老化嚴重 | 選用EPDM或氟橡膠材質 | ★★★★★ |
| 改用刀口密封結構（Knife-edge Seal） | 新建項目 | 需配套專用過濾器框架 | ★★★★★ |
權威建議：According to IEST Recommended Practice CC006.3, “Edge sealing failures account for over 70% of all HEPA filter leaks in operational facilities.”（IEST, 2022）
七、提高檢漏準確性的關鍵技術措施
7.1 使用自動化掃描係統
傳統手動掃描依賴人工經驗，誤差較大。近年來，自動機械臂掃描係統逐漸普及，具備以下優勢：
- 掃描路徑精確可控；
- 數據自動采集與繪圖；
- 支持三維泄漏雲圖生成；
- 符合FDA 21 CFR Part 11電子記錄要求。
代表性產品如Camfil SafeScan®、Pall KleenTest™ AutoScan等，已在跨國藥企GMP車間廣泛應用。
7.2 引入上遊濃度實時補償算法
現代高端檢測設備內置閉環控製係統，可根據上遊濃度實時調整下遊讀數，消除因氣源波動帶來的誤判。例如：
$$
L_{corrected} = frac{C_i(t)}{C_0(t)} times 100%
$$
此動態補償機製顯著提升了檢測重複性和可信度。
7.3 開展定期預防性維護計劃
建議建立B類過濾器全生命周期管理檔案，包含：
- 初始安裝日期；
- 每次檢漏時間與結果；
- 更換前後阻力變化趨勢；
- 累計運行小時數。
參照《藥品生產質量管理規範》（GMP）要求，B類高效過濾器應每6個月進行一次全麵檢漏，關鍵區域可縮短至3個月。
八、國內外相關標準對比
| 標準名稱 | 發布機構 | 適用範圍 | 泄漏限值 | 檢測方法 |
|---|---|---|---|---|
| GB/T 13554-2020 | 中國國家標準化管理委員會 | 高效過濾器設計、製造、檢驗 | ≤0.01% | 光度計法或粒子計數器法 |
| ISO 29463-4:2011 | 國際標準化組織 | HEPA/ULPA過濾器測試 | ≤0.01%（MPPS） | 粒子計數器法為主 |
| EN 1822:2009 | 歐洲標準化委員會 | 歐盟成員國通用 | ≤0.01% @ MPPS | 必須使用粒子計數器 |
| ANSI/ASHRAE 110-2021 | 美國采暖製冷空調工程師學會 | 實驗室通風櫃及HEPA檢測 | ≤0.01% | 光度計法 |
| JGJ 71-2013 | 中華人民共和國建設部 | 潔淨室施工驗收規範 | ≤0.01% | 推薦粒子計數器法 |
可見，國際主流標準普遍傾向於更高精度的粒子計數器法，我國正在逐步向ISO標準靠攏。
九、典型案例分析
案例背景
某生物製藥企業新建凍幹車間，潔淨級別為ISO 5級，共安裝B類高效過濾器48台。首次檢漏中發現3台存在局部泄漏（大泄漏率達0.038%）。
問題排查
經現場勘查與數據分析，發現問題集中在：
- 兩台位於回風夾道上方，長期受潮濕環境影響；
- 一台安裝時未使用扭矩扳手，導致一側壓緊不足。
解決措施
- 更換密封墊並采用矽酮膠二次密封；
- 對所有過濾器重新緊固，執行標準化安裝流程；
- 三個月後複檢，泄漏率為0%。
效益評估
- 避免了潛在的產品汙染風險；
- 提升了客戶審計通過率；
- 年維護成本下降約18%（減少非計劃停機）。
十、未來發展趨勢
隨著智能製造與數字化轉型推進，B類高效過濾器檢漏技術正朝著以下幾個方向發展：
- 智能化檢測平台：集成物聯網（IoT）傳感器，實現遠程監控與預警；
- AI輔助診斷：利用機器學習模型預測濾器壽命與泄漏概率；
- 綠色氣溶膠替代：研發無毒、可降解的示蹤劑（如蔗糖微粒）；
- 機器人自主巡檢：搭載無人機或軌道式機器人完成高空過濾器檢測。
如華為鬆山湖基地已試點部署全自動HEPA檢測機器人，實現無人化運維。
參考文獻
- GB/T 13554-2020，《高效空氣過濾器》，國家市場監督管理總局，2020年發布
- ISO 29463-4:2011，High-efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA) — Part 4: Test method to determine leakage
- EN 1822:2009，High efficiency air filters (EPA, HEPA and ULPA)，CEN
- ANSI/ASHRAE Standard 110-2021，Method of Testing Performance of Laboratory Fume Hoods
- JGJ 71-2013，《潔淨室施工及驗收規範》，中華人民共和國住房和城鄉建設部
- IEST-G-CC034.3，HEPA and ULPA Filter Leak Tests，Institute of Environmental Sciences and Technology, 2021
- ASHRAE Handbook—HVAC Applications, Chapter 62: "Clean Spaces", 2020 Edition
- Chen, L., Thatcher, T.L., Qi, C. et al. (2019). "Field evalsuation of HEPA Filter Integrity in Healthcare Facilities." Indoor Air, 29(4), 567–578. http://doi.org/10.1111/ina.12553
- 張偉, 李強, 王磊. (2021). 高效過濾器現場檢漏誤差來源分析.《潔淨技術與工程》，第3期，pp. 45–50
- Camfil. (2023). SafeScan® Automated Filter Tester User Manual. Stockholm: Camfil Group
- Pall Corporation. (2022). KleenTest™ Filter Integrity Testing Guide
- 百度百科詞條：“高效空氣過濾器”、“HEPA”、“潔淨室”，訪問日期：2024年6月
（全文約3,680字）
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