高效过滤器完整性测试方法及现场验证流程详解 一、引言 高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）和超高效空气过滤器（Ultra-Low Penetration Air Filter，简称ULPA）广泛...
高效过滤器完整性测试方法及现场验证流程详解
一、引言
高效空气过滤器（High-Efficiency Particulate Air Filter，简称HEPA）和超高效空气过滤器（Ultra-Low Penetration Air Filter，简称ULPA）广泛应用于洁净室、制药车间、医院手术室、生物安全实验室等对空气质量要求极高的场所。其核心功能是通过物理拦截、惯性碰撞、扩散沉降等方式去除空气中粒径在0.3微米或更小的颗粒物，确保空气洁净度达到ISO 14644-1标准或其他相关行业规范。
为确保高效过滤器在安装后仍保持其设计性能，必须进行完整性测试（Integrity Test）。完整性测试旨在检测过滤器是否存在泄漏、破损或密封不良等问题，从而保证其过滤效率符合预期要求。本文将详细介绍高效过滤器完整性测试的方法原理、测试设备、参数设置、操作流程以及现场验证的具体实施步骤，并结合国内外权威文献进行分析与总结。
二、高效过滤器完整性测试的基本原理
2.1 测试目的
完整性测试的核心目的是：
- 检测过滤器本体是否存在制造缺陷；
- 确认过滤器与框架之间的密封是否完好；
- 验证安装过程中是否造成损伤；
- 确保系统整体气密性和过滤效率达标。
2.2 常见测试方法分类
根据国际标准ISO 14644-3、美国IEST-RP-CC034.3、中国GB/T 13554-2020《高效空气过滤器》等相关规范，常用的完整性测试方法包括：
| 测试方法 | 适用对象 | 原理简述 | 标准依据 |
|---|---|---|---|
| 光度计扫描法（Aerosol Photometric Scan Method） | HEPA/ULPA过滤器 | 使用气溶胶发生器产生挑战粒子，通过光度计扫描下游侧检测泄漏点 | ISO 14644-3、IEST RP-CC034.3 |
| 计数扫描法（Aerosol Particle Counting Scan Method） | ULPA过滤器 | 利用粒子计数器检测下游粒子浓度变化 | IEST RP-CC001.4 |
| DOP检漏法（Di-Octyl Phthalate Test） | HEPA过滤器 | 使用DOP气溶胶作为挑战粒子，测量透过率 | 早期标准，现多被替代 |
| 定量光度法（Quantitative Photometric Method） | HEPA/ULPA | 在上游注入已知浓度气溶胶，测量下游总透过率 | ISO 14644-3 |
注：DOP法因环保问题已被部分国家淘汰，取而代之的是使用PAO（Polyalphaolefin）、DEHS（Diethylhexyl Sebacate）等环保型气溶胶。
三、完整性测试设备与产品参数
3.1 主要测试设备组成
一套完整的完整性测试系统通常包括以下设备：
| 设备名称 | 功能说明 | 常见品牌 | 技术参数示例 |
|---|---|---|---|
| 气溶胶发生器 | 生成均匀分布的挑战粒子 | TSI, Palas, ATI | 输出粒径范围：0.1~2.0μm；输出浓度：≥100,000 particles/cm³ |
| 光度计（Photometer） | 测量气溶胶浓度 | TSI 9010, ATI 2H | 测量范围：0.001%~100%穿透率；精度±2%读数 |
| 粒子计数器（Particle Counter） | 用于ULPA计数扫描法 | Lighthouse, Climet | 通道数：6通道；粒径范围：0.3~10μm |
| 扫描探头 | 移动式检测下游泄漏 | 自制或集成于系统中 | 扫描速度：≤5 cm/s；采样流量：1 CFM（28.3 L/min） |
| 控制单元与软件 | 数据采集与分析 | LabVIEW、TSI TrakPro等 | 支持数据导出、图形显示、自动报警等功能 |
3.2 关键技术参数设定建议
| 参数 | 推荐值 | 说明 |
|---|---|---|
| 上游气溶胶浓度 | ≥20 μg/L | 保证足够信号强度 |
| 扫描速度 | ≤5 cm/s | 避免遗漏泄漏点 |
| 探头距离滤面 | 1~3 cm | 提高检测灵敏度 |
| 测试持续时间 | 单个过滤器约5~10分钟 | 视尺寸而定 |
| 泄漏判定阈值 | ≥0.01%（光度法）或≥0.0001%（计数法） | 依标准设定 |
四、完整性测试方法详解
4.1 光度计扫描法（Photometric Scan）
4.1.1 方法描述
该方法适用于HEPA和ULPA过滤器，主要步骤如下：
- 上游气溶胶注入：使用气溶胶发生器向过滤器上游端喷射PAO或DEHS气溶胶；
- 稳定浓度：等待上游气溶胶浓度稳定；
- 扫描检测：使用光度计探头沿滤材表面缓慢移动，记录下游气溶胶浓度；
- 数据分析：计算局部穿透率（Leakage %），判断是否超过阈值。
4.1.2 泄漏判定标准（以ISO 14644-3为准）
| 类别 | 过滤器类型 | 大允许穿透率 |
|---|---|---|
| HEPA H13/H14 | HEPA | ≤0.03% |
| ULPA U15/U16/U17 | ULPA | ≤0.001% |
若某点穿透率超过上述限值，则视为泄漏点，需标记并修复。
4.1.3 优缺点分析
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 快速直观，适合大面积检测 | 对ULPA灵敏度不足 |
| 成本较低 | 依赖人工操作 |
4.2 计数扫描法（Counting Scan）
4.2.1 方法描述
适用于ULPA过滤器，因其穿透率极低，需采用高灵敏度粒子计数器进行检测：
- 挑战粒子生成：使用DEHS或PSL（Polystyrene Latex）粒子；
- 上游粒子浓度控制：维持在10^5 particles/cm³以上；
- 逐点扫描：使用粒子计数器探头在滤面下方移动；
- 计算局部穿透率：对比上下游粒子数量。
4.2.2 穿透率计算公式
$$
text{Local Penetration (%)} = frac{C{text{downstream}}}{C{text{upstream}}} times 100%
$$
其中：
- $ C_{text{downstream}} $：下游粒子浓度；
- $ C_{text{upstream}} $：上游粒子浓度。
4.2.3 优缺点分析
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 灵敏度高，适合ULPA检测 | 成本高，操作复杂 |
| 可定量分析 | 易受环境干扰 |
4.3 定量光度法（Quantitative Photometric Method）
4.3.1 方法描述
适用于批量测试或在线监测，不强调局部扫描，而是测定整个过滤器的总体透过率：
- 连续气溶胶注入；
- 同时测量上下游气溶胶浓度；
- 计算平均穿透率；
- 判定是否合格。
4.3.2 应用场景
- 工厂出厂前测试；
- 在线监测系统；
- 大规模洁净室验收。
五、现场验证流程详解
5.1 准备阶段
| 步骤 | 内容 |
|---|---|
| 1. 确认测试计划 | 包括测试对象、测试人员、设备清单、测试标准 |
| 2. 检查设备状态 | 气溶胶发生器、光度计、粒子计数器校准情况 |
| 3. 清洁测试区域 | 确保无尘、无干扰粒子 |
| 4. 搭建测试平台 | 设置气溶胶注入口、探头路径、数据采集终端 |
5.2 实施阶段
| 步骤 | 内容 |
|---|---|
| 1. 启动气溶胶发生器 | 注入指定浓度气溶胶 |
| 2. 等待稳定 | 一般5~10分钟 |
| 3. 开始扫描检测 | 按照既定路径移动探头 |
| 4. 实时记录数据 | 使用软件自动记录并绘制趋势图 |
| 5. 异常点处理 | 发现泄漏点立即标记，暂停测试并拍照记录 |
5.3 后期处理与报告
| 步骤 | 内容 |
|---|---|
| 1. 数据整理 | 导出Excel或PDF格式报告 |
| 2. 图形展示 | 绘制穿透率热力图或趋势曲线 |
| 3. 问题汇总 | 列出所有异常点及处理建议 |
| 4. 签字确认 | 由测试负责人、项目方签字认可 |
六、常见问题与解决方案
| 问题现象 | 原因分析 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 穿透率偏高 | 滤纸破损、密封条老化 | 更换过滤器或重新密封 |
| 数据波动大 | 气流不稳定、探头未紧贴 | 检查风机风量、调整探头位置 |
| 误报泄漏点 | 环境粉尘干扰 | 重新清洁测试区，重复测试 |
| 无法达到规定浓度 | 气溶胶发生器故障 | 更换设备或检修 |
七、国内外参考标准与文献引用
7.1 国内标准
- GB/T 13554-2020 《高效空气过滤器》
- GB 50591-2010 《洁净室施工及验收规范》
- JGJ 71-1990 《洁净厂房设计规范》
7.2 国际标准
- 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 文献引用
- 李明等. 洁净室高效过滤器完整性测试方法研究[J]. 洁净与空调技术, 2021(2):45-50.
- 赵志刚. 高效过滤器现场检漏技术探讨[J]. 空调净化, 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、结语（略）
本文内容来源于公开出版物、国家标准及行业实践指南，仅供学术交流与工程应用参考。具体实施应结合实际工程条件和技术规范执行。
参考文献
- 百度百科 – 高效空气过滤器 https://baike.baidu.com/item/高效空气过滤器
- 百度百科 – 洁净室 https://baike.baidu.com/item/洁净室
- 国家标准化管理委员会. GB/T 13554-2020 高效空气过滤器[S].
- 国家标准化管理委员会. GB 50591-2010 洁净室施工及验收规范[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. 洁净室高效过滤器完整性测试方法研究[J]. 洁净与空调技术, 2021(2):45-50.
- 赵志刚. 高效过滤器现场检漏技术探讨[J]. 空调净化, 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.
