Beregning av brukstid for gass- og dampfiltre

Last modified: 20. March 2023
Du er her:
Estimated reading time: 4 min

Det kan være utfordrende å beregne filterlevetiden for et gassfilter da det er mange faktorer som påvirker denne. Eksempel på slike faktorer er; konsentrasjon og sammensetning av forurensning, belastning (pustefrekvens og mengde), variasjon i eksponeringen, temperatur, fuktighet, filterutforming, om filteret har vært benyttet tidligere og hvordan det oppbevares.

Produsentens veiledning for bytte av filterkassettbytte bør alltid følges og filterkassettene skal alltid byttes når det er indikasjoner på gjennombrudd (f.eks. lukt, smak eller irritasjon). Produsentenes veiledning kan imidlertid ofte være litt for forenklet og ofte gi liten hjelp til oss som yrkeshygienikere, når vi blir bedt om å foreslå en rutine for filterskifte.

Det kan derfor være nyttig å kunne estimere gjennombruddstiden, hvor gjennombruddstid refererer til tiden det tar for en forurensning å trenge inn i filterkasseten og nå en bestemt konsentrasjon på baksiden av kassettens «rene» side. F.eks. skal et gassfilter av type A1 i hht. NS-EN 14387:2021 [1] ha en minimum gjennombruddstid for 1000 ppm sykloheksan på 70 minutter (med en gjennombruddskonsentrasjon på 10 ppm).

Figur 1: Gassfilter type A1

En måte å illustrere hvordan denne gjennombruddstiden kan estimeres er ved hjelp av Wheelers ligning [2], som noe forenklet kan uttrykkes:

Gjennombruddstid (T) = (Q × W) / (C × QF)

Hvor:

T er gjennombruddstiden (minutter)

Q er den volumetriske strømningshastigheten til luft gjennom filterkassetten (liter per minutt)

W er massen av det adsorberende materialet i filterkassetten (gram)

C er konsentrasjonen av forurensning i luften (milligram per liter)

QF er en faktor som står for adsorpsjonseffektiviteten til filterkassetten (uten enhet)

Denne ligningen er imidlertid en veldig forenkling og gir lite hjelp i vurdere brukstid for filtre ved samtidig eksponering for flere stoffer, ved ulik temperatur og luftfuktighet. Det har derfor lenge vært arbeidet med å forstå bedre hva som skjer i en filterkassett og utvikle bedre verktøy for å estimere gjennombruddstiden.

Fuktighet kan ha betydelig innvirkning på filterkassettens levetid. Omfanget av påvirkningen avhenger av de fysiske egenskapene til gassene eller dampene, samt typen og utformingen av filterkassettens som brukes. Fuktighet kan påvirke filterkassettens på følgende måter:

Adsorpsjonskapasitet De fleste filterkassettens bruker adsorberende materialer som aktivert karbon for å fange opp forurensninger. Tilstedeværelsen av fuktighet kan redusere adsorpsjonskapasiteten til disse materialene, da vannmolekyler kan konkurrere med de farlige gassene eller damper om adsorpsjonssteder. Dette kan føre til at kassetten mettes raskere, og reduserer dens effektive levetid.

Kjemiske reaksjoner Noen filterkassetter inneholder materialer som reagerer med bestemte gasser eller damper for å nøytralisere dem. Fuktighet kan forstyrre disse kjemiske reaksjonene, enten ved å fortynne de reaktive stoffene eller ved å reagere direkte med dem. I begge tilfeller er kassettens evne til å nøytralisere forurensningene redusert, noe som forkorter levetiden.

Hygroskopiske stoffer Noen gasser og damper er hygroskopiske, noe som betyr at de lett absorberer fuktighet fra omgivelsene. Når en filterkassett utsettes for et hygroskopisk stoff i et fuktig miljø, kan fuktigheten akselerere metningen av filterkassett en, og redusere dens effektivitet.

Fysiske egenskaper til gasser og damper – Effekten av fuktighet på filterkassettens levetid kan også avhenge av de spesifikke fysiske egenskapene til gassene eller dampene som filtreres. For eksempel kan fuktighet ha en mer betydelig innvirkning på adsorpsjonen av polare molekyler sammenlignet med ikke-polare molekyler, ettersom polare molekyler kan danne sterkere interaksjoner med vannmolekyler.

Gjennombruddstid for organiske gasser og damper

En av de som har vært har vært sentral i denne utviklingen er Gary O. Wood. Han og hans kolleger har gjennom testing og modellering utviklet bedre estimeringsmetode, som et supplement til leverandørenes egne anbefalinger [3-6]. NIOSH har på bakgrunn av Woods arbeid laget et verktøy for vurdering av filterlevetid [7].

Dette verktøyet gjør det bl.a. mulig å estimere filterlevetiden ved samtidig eksponering for flere ulike stoffer, samt ta høyde for temperatur og luftfuktighet. Modellene som verktøyet er bygget på er testet og validert med vanlig kullfilter av typen 3M 7251, som er et filter som kan sammenlignes med et A1 filter. Verktøyet kan derfor ikke med default verdier benyttes til vurdering av gjennombruddstid for andre typer filtre.

Gjennombruddstider kan estimeres ved hjelp av verktøyet MultiVapor 2.2.5 [7]. Bruk av verktøyet for sykloheksaner illustrert i Figur 2.

Figur 2: Estimering av gjennombruddstid ved hjelp av verktøyet MultiVapor 2.2.5

I Figur 3 er vist betydningen av luftfuktighet på gjennombruddstiden for et typisk A1 filter som er eksponert for 1000 og 100 ppm sykloheksan. Gjennombruddstidene er estimert ved hjelp av verktøyet MultiVapor 2.2.5 [7]. Dette eksemplet viser at luftfuktigheten vil kunne ha svært stor betydning for gjennombruddstiden for et filter og spesielt ved brukssituasjoner hvor vi ville ha forventet lang brukstid.

Figur 3: Estimering av gjennombruddstiden (i minutter) for et typisk A1 filter eksponert for hhv. 1000 og 100 ppm sykloheksan ved 50 til 99% RH ved 23°C ved hjelp av MultiVapor 2.2.5 [7] for en gjennombruddskonsentrasjon på 10 ppm og en gjennomstrømningshastighet på 30 l/min.

For å redusere effekten av fuktighet på filterkassettens levetid, bør:

  • Filterkassettene oppbevares på et kjølig, tørt sted for å forhindre adsorpsjon av fuktighet.
  • Det implementer tekniske tiltak, for å redusere fuktighetsnivået i arbeidsmiljøet, for eksempel avfukting.
  • Filterkassetten byttes i henhold til produsentens anbefalinger eller når det er indikasjoner på gjennombrudd (f.eks. lukt, smak eller irritasjon).

Når gjennombruddstiden er estimert kan denne benyttes i en samlet vurdering av brukstid for et filter, hvor det bl.a. tas hensyn til hvor hyppig åndedrettsvernet og filteret benyttes (daglig, ukentlig, månedlig), hvilken fare gjennombrudd vil innebære, annen samtidig eksponering og arbeid og hvordan filteret oppbevares og lagres. Det må sørges for rutiner for tilbakemelding, hvis noen opplever indikasjoner på gjennombrudd.

Det anbefales å bruke en sikkerhetsfaktor på minimum 50% når brukestiden for filteret estimeres. Det vil si at når gjennombruddstiden er estimert så benyttes halvparten av denne som brukstid for filteret.

Referanser

[1]       NS-EN 14387. Åndedrettsvern. Gassfiltre og kombinerte filtre. Krav, prøving, merking, Norsk Standard, 2021.

[2]       A. Wheeler og A. J. Robell, “Performance of fixed-bed catalytic reactors with poison in the feed,” Journal of Catalysis, vol. 13, nr. 3, s. 299-305, 1969/03/01/ 1969.

[3]       G. O. Wood og E. S. Moyer, “A review of the wheeler equation and comparison of its applications to organic vapor respirator cartridge breakthrough data,” Am Ind Hyg Assoc J, vol. 50, nr. 8, s. 400-7, Aug 1989.

[4]       G. O. Wood, “Estimating service lives of organic vapor cartridges ii: A single vapor at all humidities,” J Occup Environ Hyg, vol. 1, nr. 7, s. 472-92, Jul 2004.

[5]       G. O. Wood og J. L. Snyder, “Estimating service lives of organic vapor cartridges iii: Multiple vapors at all humidities,” J Occup Environ Hyg, vol. 4, nr. 5, s. 363-74, May 2007.

[6]       G. O. Wood og P. Lodewyckx, “An extended equation for rate coefficients for adsorption of organic vapors and gases on activated carbons in air-purifying respirator cartridges,” AIHA Journal, vol. 64, nr. 5, s. 646-650, 2010.

[7]       The National Personal Protective Technology Laboratory (NPPTL), “Multivapor™ version 2.2.5 application,” National Institute for Occupational Safety and Health2018, https://www.cdc.gov/niosh/npptl/multivapor/multivapor.html.

Was this article helpful?
Dislike 0
Views: 165
X