042不同尘源对滤料计数效率测试结果的影响正文

不同尘源对滤料计数效率测试结果的影响天津大学环境科学与工程学院刘俊杰张志辉摘要目前国内现行的高效过滤材料的测试方法正在修订，国外的相关测试方法使用的尘源与国内不同，改造测试系统就意味着要更换对应的尘源，而更改尘源后对滤料效率的影响还未进行过彻底的研究，不敢进行轻易的尝试。国外主要应用的作为发尘的气溶胶主要是DOP、DEHS和石蜡油三种液态气溶胶。为分析不同尘源对滤料的影响，进行了不同发尘气溶胶的实际测试，分析发尘器所发出的不同种类的气溶胶微粒对滤纸计径计数效率的影响，应用概率相符性分析，确定了相同测试状况不同尘源时对滤纸计数效率的影响程度。实验数据分析表明采用DEHS、DOP和石蜡油三种不同气溶胶尘源时，如果采用相同的发尘器，尘源对滤纸的计数效率影响不大，即使有偏差也在一个数量级，不影响滤纸的效率分级。关键词最易透过粒径气溶胶穿透率粒子计数器1引言过滤器昀关键的组成部分就是其过滤材料，在世界范围内，玻璃纤维空气过滤材料仍然在高效空气过滤市场上占据着主导地位。而在我国，过滤器的重要组成材料滤料其效率不能满足测试要求是影响过滤器昀终效率不合格的关键因素。由于测试手段的差距，国内各厂家生产的高效过滤器，其过滤效率或是经验值，或者是抽样效率值，其可靠性较低。其性能可靠性较高，这与其完善的滤料效率检测技术是分不开的。好的滤料检测程序是过滤器合格的保证，国内对于滤料的检测系统基本是钠焰台和油雾台，测试颗粒主要是NaCl和油雾颗粒。但国外新型测试台的搭建需要资金较多，对国外现有测试方法缺乏足够的实验验证。国外的相关测试方法使用的尘源与国内不同，改造测试系统就意味着要更换对应的尘源，而对相同的测试系统更改尘源后对滤料效率的影响还未进行过彻底的研究，不敢进行轻易的尝试。在各测试标准和测试手段中，这些方法都采用不同种类的尘源包括NaCl、石蜡或者DOP、DEHS，这些尘源的性质如何，更改测试尘源后滤料效率是否会变化，这些尘源是否存在可互换性，一直都引起人们的关注。下一步探讨的问题就是如果对于相同的滤料，改变尘源的话是否会对其测试的效率结果产生偏差。2实验测试系统目前国外主要应用的作为发尘的气溶胶主要是DOP、DEHS和石蜡油三种液态气溶胶颗粒。DOP（邻苯二甲酸二辛酯DioctylPhthalate）亦称DEHP（di-ethylhexylphthalate），已有近40年历史，一段时间以来，因被怀疑对人有致癌作用，现常以DOS（Dioctylsebacate癸二酸二辛酯）亦称DEHS（di-ethylhexylSebacate）及PAO（聚α烯烃，Polyalphaolefin）等代替。以上这些物质都是液态物质，亦都被认为对半导体及磁盘驱动器等产生会造成分子污染，因此，国外对用于微电子等工业的ULPA过滤器常采用PSL（聚苯乙烯胶胶球）作为效率测试及检漏用气溶胶，它是固态物质。在实际应用中典型的气溶胶物质主要包括DEHS（Diethylhexylsebacyte）DOP(Dioctylphthalate)和石蜡油(Paraffinoil)，其物性见下表：项目DEHSDOP石蜡油密度Kg/m3912985843溶点K225223259沸点K529557闪点K﹥473473453293K蒸汽压μPa1.913动态粘滞度Kg/m﹒s0.022-0.0240.077-0.0820.026如果按照昀易穿透粒径（MPPS）效率计算过滤材料及过滤器的性能能满足洁净室要求，则其他粒径的过滤效果也一定能满足[1]。因此考虑到这些问题，天津大学搭建了一个采用计径计数法测取滤料效率的实验台。它的搭建是根据欧洲EN1822标准，建立的一个多分散气溶胶测试系统[2]。本实验台使用的气溶胶物质可以是DEHS、DOP、盐或石蜡。实验中使用的尘源为高压喷嘴产生的多分散相液滴。利用激光粒子计数器测量滤纸上下游的粒子浓度，从而决定其效率。欧洲的测试经验表明，对于高效、超高效滤纸，昀容易穿透的粉尘粒径（MPPS）在0.1～0.3µm之间的某点，对于滤纸的效率就用这点的效率值表示。[3]使用三种发尘微粒（DEHS、DOP和石蜡）对相同的滤纸进行效率的测量，该实验台先前的测试结果与国外先进测试实验台测试结果基本相符，所以测试结果比较可靠。实验测试原理图如图1所示：气泵流量计夹具稀释器下游计数器温度湿度大气压力测量阻力测量上游计数器发尘器图1实验台测试原理图3实验数据分析为明显地看到实验的差别，对不同型号的滤纸重复进行效率实验，然后综合比较尘源对效率的影响。以某滤纸厂的四种不同型号的滤纸为例进行测试，在进行测试后可以得到相应的粒径－效率曲线图。针对相同型号的滤纸在相同5.3cm/s的滤速下，测量不同尘源情况下的各种滤纸的穿透率值，对其穿透率曲线进行比较，进而来分析不同情况下效率的偏差：三种尘粒对型号CZ-111滤纸的穿透率的比较图如下图2所示：CZ-111各尘粒穿透率曲线0.00000%2.00000%4.00000%6.00000%8.00000%10.00000%12.00000%00.10.20.30.40.5粒径穿透率DEHSDOP石蜡图2CZ-111滤纸的穿透率曲线图三种尘粒对型号CZ-211滤纸的穿透率的比较图3如下：CZ-211各尘粒穿透率曲线0.00000%1.00000%2.00000%3.00000%4.00000%5.00000%6.00000%00.10.20.30.40.5粒径穿透率DEHSDOP石蜡图3CZ-211滤纸的穿透率曲线图三种尘粒对型号CZ-311滤纸的穿透率的比较图4如下：CZ-311各尘粒穿透率曲线0.00000%0.50000%1.00000%1.50000%2.00000%2.50000%3.00000%00.10.20.30.40.5粒径穿透率DEHSDOP石蜡图4CZ-311滤纸的穿透率曲线图三种尘粒对型号CZ-411滤纸的穿透率的比较图5如下：CZ-411各尘粒穿透率曲线0.00000%0.10000%0.20000%0.30000%0.40000%0.50000%0.60000%0.70000%00.10.20.30.40.5粒径穿透率DEHSDOP石蜡图5CZ-411滤纸的穿透率曲线图三种尘粒对型号CZ-511滤纸的穿透率的比较图6如下：CZ-511各尘粒穿透率曲线0.00000%0.01000%0.02000%0.03000%0.04000%0.05000%0.06000%0.07000%00.10.20.30.40.5粒径穿透率DEHSDOP石蜡图6CZ-511滤纸的穿透率曲线图下面用统计方法对各曲线在误差范围内的的符合度进行计算。根据误差基础理论，对某参数进行测量，令某方法所测结果为x1，另一种方法或计算结果为x2，由于任何测量实践中的重复观测次数都不可能无穷多，因此得到的标准误差只能是样本的方差，用σ1和σ2表示，相应的观测次数均为n，此时量222121/)(σσ+−xx将服从t分布tv（α），自由度v=2n-2计，算出统计量222121/)(σσ+−=xxT并选取适当的显著性水平α（1-α为置信度），查出t分布临界值λ=tv（α），若λ≤T，则可认为两测量结果在测量误差范围内符合，否则认为不符合[4]。以CZ-411滤纸的测试为例进行分析。取置信度为95%，则α=0.05，n=4对于发尘微粒DEHS：平均粒径0.12μm，平均穿透率x1=0.62787%样本方差σ12=2.41908E-08；对于发尘微粒DOP：平均粒径0.12μm，平均穿透率x2=0.60875%样本方差σ22=2.69544E-07；对于发尘微粒石蜡油：平均粒径0.12μm，平均穿透率x3=0.58990%样本方差σ32=1.60271E-06。把DEHS和DOP尘源下测试结果进行比较：222121/)(σσ+−=xxT0.352907-2.69544E08-2.41908E0.60875%)/-0.62787%(=+=通过查t函数表，可以得到λ=tv（α）=t6（0.05）=2.447很明显，0.3529λ，即λ≤T，可认为两测量结果在测量误差范围内符合，即使用DEHS和DOP测得的0.12μm时的穿透率可认为近似相同。按照上面方法进行下面计算：把DEHS和石蜡进行比较：T=0.2977λ把DOP和石蜡进行比较：T=0.1378λ由于利用上面三种尘粒对0.12μm粒径粒子的穿透率中任意两者计算出的统计量均满足λ≤T，所以三者测量结果在测量误差范围内符合，且在该点的穿透率可认为近似相同。同理，可以用相同的方法验证粒子在0.17μm，0.25μm和0.4μm也均满足上述关系。通过观察穿透率图，可以找出三种尘粒对相同型号滤纸的昀易穿透粒径的位置及该点的穿透率。通过比较，无论是粒径偏差还是效率偏差均在5%以内，所以该点也认为基本相同。综上所述，对于型号CZ-411滤纸使用DEHS、DOP和石蜡时效率可认为基本相同，效率相符。同理，利用上面方法验证了三种尘粒对其它型号滤纸的穿透率相符程度，均达到相符的效果。由图上可以看到，昀易穿透粒径位置也相符，应为0.15-0.17μm之间。综合以上对四种滤纸的测试图，可以看到使用不同的发尘粒子时，如DEHS、DOP和石蜡油，采用相同的发尘器对滤纸的测试效率不会有较大的影响，即使有偏差也在一个数量级内，不影响滤纸的效率分级。尽管石蜡的效率比其它两种略低，这可能与石蜡的不稳定性有关，但总体上分析，可以认为基本上相同。测量数据的稳定性另一方面说明了该试验台的准确性。在测试的过程上，这三种尘粒理论上可以相互替换。但是考虑到对操作人员的人身安全，所以推荐使用DEHS，该尘粒对人的危害比较小[5]。4结论试验采用的测试台是根据欧洲标准EN1822标准搭建的滤纸测试台，采用MPPS计数效率测试方法。通过分析三种不同尘源对计径计数效率产生的影响，证明DEHS、DOP和石蜡油三种不同尘源对滤纸的计数效率不会有较大的影响，即使有偏差也在一个数量级内，不影响滤纸的效率分级。但是这只是对尘源分析的一方面研究，还要进一步分析不同的尘源在测试环境改变时其性质和粒径的变化，以及各种尘源气溶胶的带电特性等。参考文献[1]李永祥，刘俊杰．昀易穿透粒径在高效超高效过滤器测试中的应用．洁净与空调技术，2002，（4）：23~25[2]李永祥．高效空气滤纸过滤性能测试方法的研究，[硕士学位论文]．天津：天津大学，2004[3]EuropeanCommitteeforStandardization,EN1822-3HighEfficiencyAirFilters(HEPAandULPA)–Part3:TestingFlatSheetFilterMedia，1998[4]藤敏康．实验误差与数据处理．南京：南京大学出版社，1989：79~96[5]蔡杰．空气过滤ABC．北京：中国建筑工业出版社，2002刘俊杰：男；1969年8月生；副教授；地址：天津大学环境学院，邮政编码：300072，电话：27409500，传真：[phone]；E-mail:[e-mail]