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高效纤维滤料最易透过粒径计数效率的研究_刘俊杰

我国于1963 年研制成功钠焰法滤料试验台,1964 年建成了高效过滤器的钠焰法试验台[20],国家标准(GB6165-85)及其修订版(GB13554-92)规定的检测方法为钠焰法和油雾法[60,
下载次数:897 浏览次数:1036发布时间:2017-12-23 17:47
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超细纤维玻璃棉生产的滤料,是制造HEPA、ULPA 过滤器的理想材料。滤料的有些指标关系产品性能,如:过滤效率、阻力、抗渗水、可燃物含量;有些指标是为了满足制造过滤器工艺,如:抗张强度、挺度、耐破度、耐折性。纤维直径要均匀稳定,符合正态分布。纤维细长、比表面积大,才能形成较低的空气流阻力和较高的效率,一般纤维的长径比为1000-1500 倍。其中过滤效率是过滤器和滤料最重要的指标[39]。空气过滤器的“过滤效率”是被捕捉的粉尘量与原空气含尘量之比[15]:效率的定义看似简单,但它的数值却因试验方法的不同而大不一样。在决定过滤效率的因素中,粉尘“量”的含义多种多样,由此计算和测量出来的过滤器效率数值也就五花八门。实用中,有粉尘的总计重浓度、粉尘的颗粒计数浓度;有时是针对某一典型粒径粉尘的浓度,有时是所有粒径粉尘的浓度;还有用特定方法间接地反映浓度的通光量(色法)、荧光量(荧光法);有某种状态下的瞬时量,也有发尘试验全过程变化效率值的加权平均量。确定高效过滤器的效率必须明确效率的含义和实验方法,同一个过滤器对不同大小颗粒的过滤效果不同,所以离开测试方法说效率指标没有任何意义多年来是以实验方法作为研究HEPA 过滤器的主要手段,反映了不同时期的检验知识和手段的水平。评价过滤器的效率要采用专用的检测气溶胶。根据LaMer 和Sinckair[40]研究开发的HEPA 过滤器检测系统,1956年,美国军事委员会制定了最早、最完备的高效空气过滤器检测标准MIL-STD-282[41],此标准一直沿用至今,没有大的变更。其效率检测采用热DOP(邻苯二甲酸二辛酯)作为测试尘,当时认为其是0.3 μm 单分散气溶使用光散射式光度计(Light-scattering photometer)检测过滤器前、后气样的浊度比来计算过滤器的过滤效率。即使后来Hinds[42]经过实验发现这种气溶胶不是单分散的,而是具有计数中值直径0.23μm 的多分散气溶胶,美仍然保持这种方法作为测试HEPA 过滤器和滤料的工业标准方法,包括美国环境科学学会(IEST)制定颁发了一系列推荐检测方法的类似标准,如IES-RP-CC007.1-1992、IES-RP-CC001.3-1993[43]。1968年英国制定了英国标准BS-3928,效率检测采用钠焰法[44],即使用多分散气溶胶0.02-0.8μm 的氯化钠结晶固体进行检测。1972年法国制订采用荧光法测量HEPA 过滤器的标准[45],1973年欧洲通风协会制定了EUROVENT4/4标准,沿用了钠焰检测法[46]。前苏联和德国采用油雾法测量HEPA 过滤器效率,1990年德国机械工业标准协会修定了DIN 24184标准,效率检测采用众值径为0.4μm的石蜡油准单分散气溶胶。20世纪80年代出现了ULPA 过滤器,它使过滤效率有了飞跃,上述这类测试方法在评估更高效率的HEPA 过滤器时没有足够的精度。国外曾用0.1μm 或0.12μm 粒子来测量并定义ULPA 过滤器的过滤效率 [47]。传统HEPA 过滤器的定义为DOP 法效≥99.97%。当时,学术界认为最易透过粒径为0.3μm,因此确定DOP 法发尘的质量中值直径为0.3μm[41]。根据过滤理论不难发现,传统的DOP、钠焰检测方法使用的检测气溶胶的粒径高于过滤器和滤料的最易透过粒径(MPPS)[48],所以检测得到的效率比实际的特性高。如图1-3所示[49]。此外,过滤理论已经证明效率是随着不同粒径变化的[7],所以实际检测过滤器时即使采用单分散气溶胶,检测气溶胶的粒径方面稍有误差就会对效率或透过率产生极大的影响。当采用准单分散气溶胶和多分散气溶胶作为检测气溶胶时,情况会更糟。天津大学进行的同滤料对比测试证明,不同试验方法测得的过滤效率相差两个数量级[40]。各种传统的经验检测方法之间很难建立起明确的相互关系。1986年,瑞士研究人员Wepfer 和Schier[50]提出用全新的MPPS 效率方法评价玻纤高效过滤器和滤料。他们的建议以高效空气过滤器的过滤理论为基础,在科学和技术上都有独特的优点。德国很快将其作为正式的典型检测方法应用HEPA 和ULPA 过滤器[51, 52]。随后将其作为新欧洲标准European Standard EN1822[53-57]和美国标准IEST-RP-021[58]的根据。MPPS 效率检测试验中使用的尘源为气溶胶发生器产生的多分散相液体气溶胶,或确定粒径的单分散固体或液体颗粒。利用激光粒子计数器或凝结核计数器测量滤料上下游的不同粒径下的粒子计数浓度,从而决定不同粒径下的过滤效率。我国高效空气过滤器的性能检测标准,是在参照国外相关标准的基础上制定的,在原苏联援建中国的项目中,过滤器试验为采用透平油的油雾法[7]。中国军方标准目前仍规定采用这种方法[59],但这种方法早已被俄罗斯废弃,目前全世界只有中国仍然使用。我国于1963 年研制成功钠焰法滤料试验台,1964 年建成了高效过滤器的钠焰法试验台[20],国家标准(GB6165-85)及其修订版(GB13554-92)规定的检测方法为钠焰法和油雾法[60, 61]。1999 年,核工业系统又制定了一项关于核级过滤器的国家标准GB/T 17939-1999[62]。美国最早采用的DOP 法是世界上应用最广泛、流行时间最长的试验方法,但中国从来没有DOP 法标准,其原因是DOP 法试验台研制不成功[63]。自20 世纪80 年代以来,中国与世界的贸易和技术交流越来越频繁,但中国的高效过滤器及滤料测试标准并未随之改变。
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