فیلتراسیون HEPA در محیط های صنعتی حساس

یکی از مهم ترین راهکارهای مهندسی برای کنترل ذرات معلق، کاهش آلودگی هوا و محافظت از کارکنان، تجهیزات و فرایندهای تولید فیلتراسیون HEPA در محیط های صنعتی حساس است. در بسیاری از کارخانه ها، پالایشگاه ها، صنایع دارویی، مراکز تولید مواد غذایی و واحدهای شیمیایی، ذراتی در هوا پراکنده می شوند که شاید با چشم دیده نشوند، اما می توانند سلامت نیروی انسانی، کیفیت محصول و عملکرد دستگاه های صنعتی را تحت تاثیر قرار دهند. سیستم تهویه معمولی یا یک جاروبرقی فاقد فیلتر مناسب نمی تواند این ذرات بسیار ریز را به شکل موثری مهار کند. به همین دلیل، مدیران صنعتی باید از راهکاری استفاده کنند که آلودگی را در نزدیک ترین نقطه به منبع جذب کرده و مانع بازگشت آن به محیط شود.

 فیلتر HEPA چیست و چگونه ذرات صنعتی را جذب می کند؟

فیلتر HEPA یا High Efficiency Particulate Air Filter یک فیلتر هوای ذره گیر با راندمان بسیار بالا است که برای جداسازی ذرات بسیار ریز از جریان هوا طراحی می شود. تولیدکنندگان این فیلتر را معمولا از شبکه ای متراکم و نامنظم از الیاف بسیار نازک شیشه ای، مصنوعی یا ترکیبی می سازند. چین خوردگی های متعدد، سطح تماس فیلتر را افزایش می دهند و به آن اجازه می دهند حجم قابل توجهی از هوا را در یک فضای محدود پالایش کند.

برخلاف تصور رایج، فیلتر HEPA مانند یک توری ساده عمل نمی کند که فقط ذرات بزرگ تر از منافذ خود را نگه دارد. این فیلتر ذرات را با کمک چند سازوکار فیزیکی متفاوت جذب می کند. ذرات درشت تر به دلیل اینرسی حرکت خود از مسیر جریان هوا منحرف می شوند و با الیاف برخورد می کنند. ذرات متوسط مسیر هوا را دنبال می کنند، اما هنگام عبور از کنار الیاف با سطح آن ها تماس پیدا می کنند و به دام می افتند. ذرات بسیار ریز نیز حرکت براونی دارند؛ یعنی به صورت نامنظم جابه جا می شوند و احتمال برخورد آن ها با الیاف افزایش پیدا می کند.

ترکیب این سه سازوکار باعث می شود فیلتر HEPA بتواند طیف گسترده ای از گرد و غبار، دوده، آئروسل، ذرات حاصل از سایش، پودرهای صنعتی و حامل های ذره ای میکروبی را جذب کند. راندمان فیلتر به اندازه ذره، سرعت عبور هوا، ساختار الیاف و کیفیت آب بندی وابسته است. ذراتی که در محدوده اندازه ذره با بیشترین قابلیت نفوذ یا MPPS قرار دارند، سخت تر از سایر ذرات جذب می شوند. این محدوده معمولا حوالی ۰٫۱ تا ۰٫۳ میکرون قرار می گیرد و استانداردهای تخصصی راندمان فیلتر را با توجه به آن ارزیابی می کنند.

چرا صنایع حساس به فیلتراسیون HEPA نیاز دارند؟

یک محیط صنعتی حساس لزوما محیطی کاملا استریل نیست. هر فضایی که انتشار ذرات در آن بتواند سلامت کارکنان، ایمنی فرایند، کیفیت محصول یا دوام تجهیزات را تهدید کند، در این دسته قرار می گیرد. کارخانه های داروسازی، صنایع غذایی، واحدهای الکترونیک، اتاق های تمیز، آزمایشگاه ها، صنایع شیمیایی، پالایشگاه ها، مراکز تولید رنگ و رزین و واحدهای ساخت قطعات دقیق، نمونه هایی از این محیط ها هستند.

در صنایع دارویی و غذایی، ورود ذرات خارجی به خط تولید می تواند خلوص محصول را کاهش دهد و زمینه آلودگی متقاطع را فراهم کند. در صنایع الکترونیکی، حتی مقدار کمی گرد و غبار ممکن است روی قطعات حساس بنشیند و کیفیت اتصال ها یا عملکرد مدارها را مختل کند. در پالایشگاه ها و صنایع شیمیایی نیز ذرات کاتالیست، ترکیبات جامد فرایندی، دوده و گرد و غبار شیمیایی می توانند خطرات تنفسی یا عملیاتی ایجاد کنند.

فیلتراسیون HEPA در محیط های صنعتی حساس انتشار ثانویه آلودگی را محدود می کند. برای مثال، وقتی کارکنان با یک جاروبرقی معمولی گرد و غبار ریز را جمع آوری می کنند، دستگاه ممکن است ذرات درشت را داخل مخزن نگه دارد، اما ذرات ریز را همراه هوای خروجی دوباره وارد سالن کند. این اتفاق آلودگی را از یک سطح مشخص به تمام فضای کار انتقال می دهد. جاروبرقی صنعتی مجهز به سامانه فیلتراسیون مناسب، ذرات را در منبع جمع آوری و جریان هوای خروجی را پالایش می کند.

کلاس های فیلتر HEPA و استانداردهای ارزیابی راندمان

تمام فیلترهایی که با نام HEPA عرضه می شوند، راندمان یکسانی ندارند. استانداردهای معتبر، فیلترها را بر اساس میزان نفوذ ذرات، راندمان جداسازی و نتایج آزمون طبقه بندی می کنند. استاندارد EN 1822 و استاندارد ISO 29463 از منابع شناخته شده برای ارزیابی فیلترهای ذره گیر با راندمان بالا هستند. این استانداردها به تولیدکنندگان و مصرف کنندگان کمک می کنند عملکرد فیلتر را بر اساس روش های قابل اندازه گیری مقایسه کنند.
در طبقه بندی رایج EN 1822، گروه E شامل فیلترهای EPA، گروه H شامل فیلترهای HEPA و گروه U شامل فیلترهای ULPA است. فیلتر H13 حداقل راندمان کلی حدود ۹۹٫۹۵ درصد در اندازه MPPS دارد، در حالی که فیلتر H14 راندمانی در حدود ۹۹٫۹۹۵ درصد ارائه می دهد. فیلترهای ULPA از راندمان بالاتری برخوردارند، اما افت فشار، هزینه خرید و حساسیت بیشتری نیز دارند.

در برخی منابع، معیار ۹۹٫۹۷ درصد برای ذرات ۰٫۳ میکرونی به عنوان تعریف عمومی HEPA مطرح می شود. این معیار بیشتر به استانداردها و کاربردهای رایج ایالات متحده ارتباط دارد. متخصصان هنگام انتخاب فیلتر باید استاندارد مرجع، روش آزمون، اندازه ذره آزمایشی و راندمان کلی یا موضعی را بررسی کنند. مقایسه دو فیلتر فقط بر اساس یک درصد، بدون شناخت روش آزمایش، می تواند نتیجه نادرستی ایجاد کند.

جدول زیر تصویری کلی از کلاس های متداول ارائه می کند:

انتخاب بالاترین کلاس همیشه بهترین تصمیم نیست. فیلتر متراکم تر مقاومت بیشتری در برابر جریان هوا ایجاد می کند و می تواند قدرت مکش یا دبی سامانه را کاهش دهد. اگر موتور، فن، سطح فیلتر و مسیر جریان هوا برای این مقاومت طراحی نشده باشند، دستگاه عملکرد مطلوبی نخواهد داشت. مهندسان باید راندمان جداسازی، افت فشار، دبی لازم و هزینه چرخه عمر را هم زمان بررسی کنند.

تفاوت فیلتر HEPA با فیلترهای معمولی صنعتی

فیلترهای معمولی صنعتی عمدتا ذرات درشت، پرز، الیاف و بخشی از گرد و غبار قابل مشاهده را جذب می کنند. این فیلترها می توانند به عنوان پیش فیلتر عملکرد مناسبی داشته باشند، اما برای کنترل ذرات بسیار ریز طراحی نشده اند. اگر یک دستگاه تنها از چنین فیلتری استفاده کند، ممکن است ظاهر محیط را تمیز کند، در حالی که همچنان مقدار زیادی ذره تنفسی در هوا باقی بماند.

فیلتر HEPA ساختار الیافی پیچیده تر، سطح موثر بیشتر و معیارهای آزمایش دقیق تری دارد. تولیدکننده باید مدیای فیلتر، قاب، چسب آب بندی و مقاومت مکانیکی را به گونه ای طراحی کند که هوای آلوده از مسیرهای جانبی عبور نکند. در کاربردهای حساس، آزمون نشتی موضعی اهمیت زیادی دارد؛ زیرا حتی یک نقص کوچک در قاب یا اتصال می تواند راندمان کل سامانه را کاهش دهد.

فیلترهای معمولی معمولا افت فشار کمتری ایجاد می کنند و تعویض آن ها هزینه پایین تری دارد. به همین دلیل، سامانه های حرفه ای اغلب آن ها را پیش از فیلتر HEPA نصب می کنند. پیش فیلتر ذرات درشت را می گیرد و از بارگذاری سریع فیلتر نهایی جلوگیری می کند. این طراحی عمر فیلتر HEPA را افزایش می دهد و هزینه نگهداری را کنترل می کند.

استفاده از HEPA بدون پیش فیلتر در محیطی که حجم بالایی از خاک، تراشه یا پودر درشت تولید می کند، می تواند فیلتر را خیلی زود مسدود کند. بنابراین یک طراحی چندمرحله ای که ذرات را بر اساس اندازه جدا می کند، عملکرد پایدارتر و اقتصادی تری ارائه می دهد.

مهم ترین آلاینده های قابل کنترل با فیلتر HEPA

فیلتر HEPA برای جذب ذرات جامد و مایع معلق در هوا طراحی شده است. گرد و غبار معدنی، دوده، پودرهای دارویی، ذرات کاتالیست، رنگدانه ها، الیاف ریز، ذرات حاصل از سایش و بخشی از آئروسل های فرایندی می توانند در مدیای این فیلتر به دام بیفتند. قارچ ها، باکتری ها و ویروس ها نیز معمولا به صورت مستقل یا متصل به قطرات و ذرات در هوا جابه جا می شوند و فیلتر مناسب می تواند حامل های آن ها را جذب کند.

با این حال، فیلتر HEPA گازها و بخارات شیمیایی را حذف نمی کند. ترکیبات آلی فرار، بوها، بخارات حلال و گازهای سمی از میان مدیای ذره گیر عبور می کنند. اگر محیط صنعتی با این آلاینده ها روبه رو باشد، طراح باید از جاذب هایی مانند کربن فعال، فیلتر شیمیایی یا سامانه اسکرابر گاز در کنار فیلتر ذره گیر استفاده کند.

فیلتر HEPA نیز آلاینده جذب شده را لزوما نابود نمی کند. میکروارگانیسم یا ترکیب خطرناک ممکن است در ساختار فیلتر باقی بماند. کارکنان هنگام تعویض فیلتر باید از روش مهار ایمن، تجهیزات حفاظت فردی و بسته بندی مناسب استفاده کنند. در کاربردهای پرخطر، سیستم تعویض ایمن فیلتر یا Bag-in/Bag-out از تماس مستقیم تکنسین با آلودگی جلوگیری می کند.

کاربرد فیلتراسیون HEPA در جاروبرقی های صنعتی

جاروبرقی صنعتی یکی از کاربردی ترین تجهیزات برای اجرای فیلتراسیون HEPA در محیط های صنعتی حساس است. این دستگاه آلودگی را پیش از پخش شدن در سالن جمع آوری می کند و به همین دلیل می تواند مکمل موثری برای سیستم تهویه مرکزی باشد. مکش موضعی، به ویژه در زمان نظافت خطوط تولید، تخلیه تجهیزات، جمع آوری پودر یا انجام تعمیرات، از بلند شدن دوباره ذرات جلوگیری می کند.

یک جاروبرقی صنعتی حرفه ای فقط از یک موتور قوی تشکیل نمی شود. قدرت مکش، دبی هوا، سطح فیلتر، ظرفیت مخزن، روش تخلیه، جنس بدنه و طراحی مسیر جریان هوا باید با نوع کاربری هماهنگ باشند. برای جمع آوری پودرهای سبک، دبی هوا اهمیت زیادی دارد؛ در حالی که برای انتقال مواد سنگین تر، خلاء بالاتر می تواند نقش تعیین کننده ای داشته باشد.

در صنایع دارویی و غذایی، بدنه قابل شستشو، سطوح صاف، حداقل نقاط تجمع آلودگی و تخلیه بهداشتی اهمیت پیدا می کنند. در صنایع شیمیایی، سازگاری اجزای دستگاه با مواد خورنده یا خطرناک ضرورت دارد. در پالایشگاه ها و واحدهای فرایندی، کارشناسان باید دمای ماده، قابلیت اشتعال، سمیت و احتمال تولید الکتریسیته ساکن را نیز ارزیابی کنند.

فیلتر چندمرحله ای در این دستگاه ها نتیجه بهتری ایجاد می کند. جداکننده اولیه یا سیکلون، ذرات سنگین را پیش از ورود به فیلتر جدا می کند. پیش فیلتر بار گرد و غبار را کاهش می دهد و فیلتر HEPA مرحله نهایی پالایش را انجام می دهد. این آرایش، افت فشار را کنترل و عمر اجزای گران قیمت را افزایش می دهد. برای اطلاعات دقیق تر درباره این مورد پیشنهاد میکنیم مقاله سیستم مکش صنعتی و جارو برقی صنعتی را بخوانید.

معیارهای انتخاب جاروبرقی صنعتی مجهز به HEPA

نخستین معیار، مشخصات ماده جمع آوری شونده است. کارشناس باید اندازه و چگالی ذرات، حجم تولید، سمیت، رطوبت، دما، خورندگی و قابلیت اشتعال را ثبت کند. این اطلاعات نوع دستگاه، سطح فیلتر، جنس بدنه و روش تخلیه را تعیین می کنند.

معیار دوم، عملکرد آیرودینامیکی دستگاه است. دبی هوا توانایی جابه جایی حجم آلوده را نشان می دهد و میزان خلاء، قدرت دستگاه برای غلبه بر مقاومت مسیر و انتقال مواد را مشخص می کند. بررسی جداگانه این دو شاخص، تصویر ناقصی می سازد؛ زیرا دستگاه باید دبی مناسب را در فشار کاری واقعی تامین کند.

عامل بعدی، سطح و کلاس فیلتر است. فیلتر H13 در بسیاری از کاربردهای صنعتی حساس انتخاب رایجی به شمار می رود، اما بعضی فرایندها به H14 یا راهکار تخصصی تری نیاز دارند. وجود پیش فیلتر، سیکلون یا سامانه پاک سازی فیلتر می تواند عمر فیلتر نهایی را افزایش دهد.

روش جمع آوری و تخلیه باید از انتشار دوباره آلودگی جلوگیری کند. مخزن جداشونده، کیسه پیوسته، کیسه یک بار مصرف یا تخلیه در ظرف دربسته، هر کدام برای شرایط خاصی مناسب هستند. در کاربردهای سمی، روش تعویض ایمن اهمیت بیشتری از راحتی تخلیه دارد.

سخن پایانی

فیلتراسیون HEPA در محیط های صنعتی حساس راهکاری موثر برای کاهش انتشار ذرات ریز و محافظت از کارکنان، محصولات و تجهیزات است. این فناوری در صنایع دارویی، غذایی، شیمیایی، الکترونیکی، پالایشگاهی و بسیاری از واحدهای تولیدی کاربرد دارد. با این حال، دستیابی به راندمان بالا به انتخاب یک فیلتر با نام HEPA محدود نمی شود.

سوالات متداول فیلتراسیون HEPA در محیط های صنعتی حساس

1. آیا فیلتر HEPA ذرات کوچک تر از ۰٫۳ میکرون را جذب می کند؟
   بله. تصور اینکه فیلتر HEPA فقط ذرات ۰٫۳ میکرونی و بزرگ تر را جذب می کند، درست نیست. عدد ۰٫۳ میکرون در برخی معیارها به عنوان اندازه آزمایشی مرجع مطرح می شود، اما سازوکار انتشار یا حرکت براونی به فیلتر کمک می کند بسیاری از ذرات کوچک تر را نیز جذب کند. در واقع، ذراتی در محدوده MPPS سخت تر از سایر ذرات جدا می شوند. ذرات بزرگ تر به کمک برخورد اینرسی و گیر افتادن مستقیم جذب می شوند و ذرات بسیار کوچک به دلیل حرکت نامنظم، احتمال تماس بیشتری با الیاف دارند. به همین دلیل، راندمان فیلتر برای بعضی ذرات کوچک تر از محدوده بحرانی می تواند دوباره افزایش پیدا کند. کاربر باید به استاندارد آزمون و کلاس فیلتر توجه کند، نه اینکه عملکرد را تنها از روی یک اندازه ذره قضاوت کند. همچنین راندمان مدیا با راندمان کل دستگاه تفاوت دارد. آب بندی ضعیف و نشتی محفظه می تواند نتیجه واقعی را کاهش دهد.
2. فیلتر HEPA هر چند وقت یک بار باید تعویض شود؟
   زمان تعویض به میزان گرد و غبار، ساعات کارکرد، سطح فیلتر، وجود پیش فیلتر و شرایط محیط بستگی دارد. در یک محیط کم آلودگی ممکن است فیلتر مدت طولانی کار کند، اما در خطی با حجم زیاد پودر، همان فیلتر خیلی زود به حد نهایی افت فشار برسد. بهترین معیار، اندازه گیری اختلاف فشار و رعایت محدوده اعلام شده از سوی سازنده است. کاهش محسوس دبی مکش، افزایش فشار، تغییر صدای دستگاه یا فعال شدن هشدار فیلتر می توانند نشانه بارگذاری باشند. با این حال، کارکنان نباید فقط به علائم ظاهری تکیه کنند.
3. آیا می توان فیلتر HEPA را روی هر جاروبرقی صنعتی نصب کرد؟
   خیر. نصب فیزیکی فیلتر روی دستگاه به معنای عملکرد صحیح آن نیست. موتور یا فن باید توان غلبه بر افت فشار فیلتر را داشته باشد و محفظه نیز باید کاملا آب بندی شود. اگر دستگاه برای این مقاومت طراحی نشده باشد، قدرت مکش کاهش پیدا می کند و ذرات از منبع جمع آوری نمی شوند. ابعاد فیلتر، سطح مدیا، جهت جریان هوا، استحکام قاب و روش اتصال باید با طراحی دستگاه هماهنگ باشند. استفاده از فیلتر غیراستاندارد یا تغییر خودسرانه محفظه می تواند نشتی ایجاد کند. بهترین راه، انتخاب جاروبرقی صنعتی است که سازنده آن را برای استفاده از فیلتر HEPA طراحی و آزمایش کرده باشد.