ISO 16170:2016
(Main)In situ test methods for high efficiency filter systems in industrial facilities
In situ test methods for high efficiency filter systems in industrial facilities
ISO 16170:2016 specifies in situ test methods for high efficiency particulate air filters used to limit releases towards the environment (e.g. from nuclear facilities or facilities with aerosol toxic or biological releases). This applies where installations of these filters are used to clean effluent air before discharge to the environment from industrial (including nuclear) installations where toxic/radioactive/biological materials are handled or processed. It excludes the application already covered by ISO 14644‑3. The scope of ISO 16170:2016 includes detail of two methods, either of which applies to the periodic testing of high efficiency filters which are used in demanding applications aiming at protecting the environment, such as the nuclear industry. In the case of nuclear applications, ISO 16170:2016 is applicable to installations covered by ISO 17873 (applications other than nuclear reactors) and ISO 26802 (nuclear reactors). The two reference methods specified in ISO 16170:2016 are not equivalent, but related to, the requirements to be addressed by the test results. The choice of which of the two methods is adopted in any specific case depends on whether the outcome requires an integrity test or a statutory efficiency accountancy test. For industries handling or processing radioactive or toxic materials giving rise to a risk of possible release, the main goal of the tests is to confirm that the filter installation is fit for purpose. In the case of integrity tests (Annex B), this is to confirm that no significant leakage of toxic aerosols through the filter installation is possible. In the case of efficiency accountancy tests (Annex C), the test is designed to make an accurate measurement of decontamination factor with respect to the MPPS size range of particles. The reference method described in Annex B (integrity test) requires a test aerosol of dispersed oil particles mainly submicrometre in size range, which is stable during the test procedure and compatible with other installation components. Particle concentrations are measured in real time by light scattering instrumentation (optical detectors). The reference method described in Annex C (efficiency accountancy test) requires a test aerosol of particles having a narrow size range centred on MPPS size range for HEPA filter media. Their concentration both upstream and downstream the filters is measured by fluorimetric analysis of aqueous solution obtained by washing the membrane sampling filters. It should be noted that the requirements for an efficiency accountancy test also cover the requirements of an integrity test, which is considered to be a minimum requirement. Test methods developed in ISO 16170:2016 do not cover the other in situ performance requirements, such as mechanical resistance, bursting resistance or humidity resistance. Specific systems operating at high temperature or with specific gaseous effluents might require specific test methods. The engineering design of HEPA and ULPA filter installations does not fall within the scope of ISO 16170:2016. NOTE In the field of filters for general ventilation applications, ISO 29462 is a detailed and comprehensive description of a method which uses scanning and particle counting methods to evaluate the performance of a filter in terms of particle grade efficiency, as well as pressure drop. Such a method and procedure would not be applicable in those nuclear installations where quantification of the decontamination factor at MPPS size is needed.
Méthodes d'essai in situ pour les systèmes filtrants à très haute efficacité dans les installations industrielles
L'ISO 16170 :2016 spécifie les méthodes d'essai in situ des filtres à très haute efficacité des particules contenues dans l'air utilisés afin de limiter les rejets dans l'environnement (par exemple, installations nucléaires ou installations rejetant des aérosols toxiques ou biologiques). Ceci s'applique lorsque des installations comprenant ces filtres sont utilisées, dans des installations industrielles (y compris nucléaires) dans lesquelles des matériaux toxiques/radioactifs/biologiques sont manipulés ou préparés, afin de nettoyer les effluents gazeux avant de les rejeter dans l'environnement. Elle exclut l'application déjà traitée dans l'ISO 14644‑3. Le domaine d'application de l'ISO 16170 :2016 inclut le détail de deux méthodes, qui s'appliquent toutes deux aux essais périodiques des filtres à très haute efficacité utilisés dans des applications exigeantes dans le but de protéger l'environnement, telles que l'industrie nucléaire. Dans le cas des applications nucléaires, l'ISO 16170 :2016 est applicable aux installations couvertes par l'ISO 17873 (applications autres que les réacteurs nucléaires) et ISO 26802 (réacteurs nucléaires). Les deux méthodes de référence spécifiées dans l'ISO 16170 :2016 ne sont pas équivalentes mais liées par les exigences présentées dans les résultats d'essai. Le choix d'utiliser l'une ou l'autre des deux méthodes dans chaque cas spécifique dépend si les résultats requièrent un essai d'intégrité ou un essai de quantification de l'efficacité à visée réglementaire. Pour les industries manipulant ou préparant des matériaux radioactifs ou toxiques ayant pour conséquence un risque plus élevé de rejet possible, l'objectif principal des essais est de confirmer que l'installation de filtre est apte à l'emploi. Dans le cas d'essais d'intégrité (Annexe B), l'objectif est de confirmer qu'aucune fuite significative d'aérosols toxiques par l'installation de filtre n'est possible. Dans le cas d'un essai d'efficacité réglementaire (Annexe C), l'essai est conçu pour faire une mesure précise du facteur de décontamination en fonction de la plage granulométrique MPPS. La méthode de référence décrite à l'Annexe B (essai d'intégrité) requiert un aérosol d'essai de particules d'huile dispersées principalement dans la plage de dimensions submicronique, stable pendant le mode opératoire d'essai et compatible avec les autres composants de l'installation. Les concentrations de particule sont mesurées en temps réel par un détecteur à diffusion de lumière (détecteurs optiques). La méthode de référence décrite à l'Annexe C (essai d'efficacité réglementaire) requiert un aérosol d'essai de particules ayant une plage de dimensions étroite centrée sur la plage granulométrique MPPS pour les média filtrants HEPA. Leurs concentrations en amont et en aval des filtres est mesurées par analyse fluométrique des solutions aqueuses obtenues en lavant la membrane des échantillons de filtres. Il convient de noter que les exigences pour un essai d'efficacité réglementaire couvrent également les exigences d'un essai d'intégrité, qui est considéré comme une exigence minimum. Les méthodes d'essai développées dans l'ISO 16170 :2016 ne couvrent pas les autres exigences de performance in situ telles que la résistance mécanique, résistance à l'éclatement ou résistance à l'humidité. Des systèmes spécifiques opérant à haute température ou produisant des effluents gazeux spécifiques peuvent être couverts par des méthodes d'essai spécifiques. La conception d'installations de filtres HEPA et ULPA (THE) ne fait pas partie du domaine d'application de l'ISO 16170 :2016. NOTE Dans le domaine des filtres pour les applications de ventilation générale, l'ISO 29462 est une description détaillée et complète d'une méthode qui utilise des techniques de balayage et de comptage de particules pour évaluer les performances d'un filtre en termes d'efficacité en fonction de la classe des particules et de la perte de charge. Cette méthode et ce mode opératoir
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16170
First edition
2016-07-01
Corrected version
2017-04
In situ test methods for high efficiency
filter systems in industrial facilities
Méthodes d’essai in situ pour les systèmes filtrants à très haute
efficacité dans les installations industrielles
Reference number
ISO 16170:2016(E)
©
ISO 2016
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ISO 16170:2016(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Principle of the method . 4
5 Prerequisites . 6
5.1 Filter initial characterization . 6
5.2 Preparatory conditions . 6
5.2.1 General. 6
5.2.2 Choice of injection and sampling locations. 7
5.2.3 Conditions for the ventilation systems on which the test is performed . 7
5.2.4 Climatic conditions in the rooms where the injection/sampling is performed . 7
5.2.5 Apparatus selection and preparation . 8
5.2.6 Qualification of the test personnel .10
5.2.7 Health and safety .10
5.2.8 Test conditions.11
6 Test sequence .11
6.1 Evaluation of filtration system under test .11
6.2 Preparation of test equipment .12
6.3 Preparation of log sheets .12
6.4 Monitoring of climatic conditions .12
6.5 Aerosol generation setup .12
6.6 Sampling equipment setup .12
6.7 Monitoring of upstream challenge .12
6.8 Monitoring of downstream .13
6.9 Test performance .13
6.10 Calculations .13
7 Evaluation and report .14
Annex A (informative) Aerosol candidates for in situ testing .16
Annex B (normative) Integrity testing — Typical methodology using dispersed oil test aerosols .17
Annex C (normative) Efficiency accountancy testing — Uranine test method .26
Annex D (informative) Leakage test methods .33
Annex E (informative) Guideline for representative sampling .34
Bibliography .36
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ISO 16170:2016(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www. iso. org/d irectives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
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any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www. iso. org/p atents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO
principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary
information.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 142, Cleaning equipment for air and other
gases.
This corrected version of ISO 16170:2016 incorporates the following corrections.
All figures have been replaced with higher quality diagrams.
In C.3.2 the key and cross-references within the text to Figure C.3 have been corrected.
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ISO 16170:2016(E)
Introduction
Methods for measuring the performance of high efficiency gas cleaning devices are described in a
number of existing standards. These specify procedures for quality assurance following manufacture
(e.g. ISO 29463 and EN 1822).
Some other standards specify the filter medium used in such devices, how they are constructed and
how they are installed within industrial facilities.
Installations of high efficiency particulate filters are extensively used within nuclear and toxic material
processing plants and laboratories to confine these materials within the facility and prevent their
discharge to the environment.
Radioactive and other toxic materials are confined within processing facilities inside containment zones
bordered by barriers. Air and gases vented from these zones are decontaminated by passage through
a series of highly efficient particulate filters before final discharge to the environment. The membrane
(filter medium) of the filters acts as part of the containment barrier. In view of its perceived fragility,
confirmation of its integrity is required on a periodic basis because operational safety cases depend on
the knowledge that the effectiveness of these filters is maintained at all times. These periodic checks
are made by the procedure(s) known as “in-situ” or “in-place” testing.
The basic principles of in situ tests on installed filters are the same as for laboratory tests, such as those
described in EN 1822 and ISO 29463, insofar as known quantities of a challenge aerosol are dispersed
into the airstream upstream of the filter installation; the particulate contents of the unfiltered
and filtered air are sampled and analysed to determine whether the integrity of the filters has been
compromised.
In the case of testing a single unit (manufacturer’s production test or in the case of a laboratory testing
on a single filter unit), the purpose is to confirm that the unit performance [efficiency/penetration at
Most Penetrating Particle Size (MPPS) and other parameters] lies within specified limits, and further,
that the results are globally reproducible. To achieve this requires the use of a laboratory test rig
setup with full dispersion of a challenge aerosol, prescribed geometry of the test rig, and to obtain
and analyse fully representative particulate samples both upstream and downstream of the test filter.
Some ventilation systems are highly complex and it should be noted that many facilities use ventilation
systems in which a high percentage of the air is recirculated.
The purpose of an in situ test is to detect any adverse change in the filtration performance of the
installation and to compare it with the expected efficiency or decontamination factor. Such a change
might be caused by deterioration of a unit or units or a faulty sealing system and would be manifested
by the appearance of a proportion of unfiltered aerosol in the effluent airstream. Testing methodologies
developed in this International Standard do not cover the other requirements that relate to filters in
terms of mechanical resistance, burst strength or temperature and moisture resistance.
It is neither fully necessary nor useful for the results of an in situ test to replicate the results of
production tests on the individual filters in the installation, nor is it necessary to confine the test
aerosol size distribution to one which replicates that used in production tests.
No International Standard for general in situ testing of high efficiency filters has been produced before,
explaining the needs for such an International Standard.
This International Standard describes the requirements for test equipment, data interpretation and
reporting for the in situ testing of HEPA and ULPA air cleaning installations designed for the removal of
airborne particulate contamination in high-integrity ventilation systems.
This International Standard includes specification of the test interval, aerosol type, aerosol mixing and
measurement methods, i.e. the following:
— aerosol: solid or liquid, monodisperse or polydisperse;
— mixing: degree of mixing, mixing lengths, etc.;
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ISO 16170:2016(E)
— method: injection, detection.
This International Standard proposes an outline testing philosophy to highlight the following:
— principle of the method;
— prerequisites;
— preparatory conditions;
— injected aerosol properties;
— qualification and selection of measuring devices;
— qualification of test personnel;
— test setup;
— test sequence;
— evaluation and reporting.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 16170:2016(E)
In situ test methods for high efficiency filter systems in
industrial facilities
1 Scope
This International Standard specifies in situ test methods for high efficiency particulate air filters used
to limit releases towards the environment (e.g. from nuclear facilities or facilities with aerosol toxic or
biological releases). This applies where installations of these filters are used to clean effluent air before
discharge to the environment from industrial (including nuclear) installations where toxic/radioactive/
biological materials are handled or processed.
This International Standard excludes the application already covered by ISO 14644-3.
The scope of this International Standard includes detail of two methods, either of which applies to the
periodic testing of high efficiency filters which are used in demanding applications aiming at protecting
the environment, such as the nuclear industry.
In the case of nuclear applications, this International Standard is applicable to installations covered by
ISO 17873 (applications other than nuclear reactors) and ISO 26802 (nuclear reactors).
The two reference methods specified in this International Standard are not equivalent, but related to,
the requirements to be addressed by the test results. The choice of which of the two methods is adopted
in any specific case depends on whether the outcome requires an integrity test or a statutory efficiency
accountancy test.
For industries handling or processing radioactive or toxic materials giving rise to a risk of possible
release, the main goal of the tests is to confirm that the filter installation is fit for purpose. In the case
of integrity tests (Annex B), this is to confirm that no significant leakage of toxic aerosols through the
filter installation is possible.
In the case of efficiency accountancy tests (Annex C), the test is designed to make an accurate
measurement of decontamination factor with respect to the MPPS size range of particles.
The reference method described in Annex B (integrity test) requires a test aerosol of dispersed oil
particles mainly submicrometre in size range, which is stable during the test procedure and compatible
with other installation components. Particle concentrations are measured in real time by light
scattering instrumentation (optical detectors).
The reference method described in Annex C (efficiency accountancy test) requires a test aerosol
of particles having a narrow size range centred on MPPS size range for HEPA filter media. Their
concentration both upstream and downstream the filters is measured by fluorimetric analysis of
aqueous solution obtained by washing the membrane sampling filters.
It should be noted that the requirements for an efficiency accountancy test also cover the requirements
of an integrity test, which is considered to be a minimum requirement.
Test methods developed in this International Standard do not cover the other in situ performance
requirements, such as mechanical resistance, bursting resistance or humidity resistance. Specific
systems operating at high temperature or with specific gaseous effluents might require specific test
methods.
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ISO 16170:2016(E)
The engineering design of HEPA and ULPA filter installations does not fall within the scope of this
International Standard.
NOTE In the field of filters for general ventilation applications, ISO 29462 is a detailed and comprehensive
description of a method which uses scanning and particle counting methods to evaluate the performance of a filter
in terms of particle grade efficiency, as well as pressure drop. Such a method and procedure would not be applicable
in those nuclear installations where quantification of the decontamination factor at MPPS size is needed.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 29463-1, High-efficiency filters and filter media for removing particles in air — Part 1: Classification,
performance testing and marking
ISO 14644-3:2005, Cleanrooms and associated controlled environments — Part 3: Test methods
ISO 17873, Nuclear facilities — Criteria for the design and operation of ventilation systems for nuclear
installations other than nuclear reactors
ISO 26802, Nuclear facilities — Criteria for the design and the operation of containment and ventilation
systems for nuclear reactors
ISO 2889, Sampling airborne radioactive materials from the stacks and ducts of nuclear facilities
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
aerosol
system of solid or liquid particles suspended in gas
Note 1 to entry: In general, one divides the atmospheric aerosol into three size categories: the ultrafine range
x ≤ 0,1 μm, the fine range 0,1 μm < x ≤ 1 μm, and the coarse range x > 1 μm, where x is the particle diameter.
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.1]
3.1.1
monodisperse aerosol
aerosol (3.1), the width of whose distribution function, described by the geometric standard deviation
σ , is less than 1,15 μm
g
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.2]
3.1.2
polydisperse aerosol
aerosol (3.1), the width of whose distribution function, described by the geometric standard deviation
σ , exceeds 1,5 μm
g
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.3]
3.1.3
quasi-monodisperse aerosol
aerosol (3.1), the width of whose distribution function, described by the geometric standard deviation
σ , is between 1,15 μm and 1,5 μm
g
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.4]
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ISO 16170:2016(E)
3.1.4
test aerosol
aerosol (3.1) used for determining filter efficiency
3.2
decontamination factor
ratio between the concentration or particles number upstream the filter and the concentration or
particles number contamination downstream the filter
Note 1 to entry: This ratio is also defined by 1/(1- overall efficiency (3.13)).
3.3
effective filter media area
area of the media contained in the filter (without adhesive spaces or ligament) and passed by air during
operation
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.11]
3.4
efficiency
E
fraction of contaminant entering the filter which is retained
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.55]
3.5
efficiency accountancy test
in-situ test procedure meeting a requirement for an accurate system overall efficiency (3.13)
determination at MPPS (3.11)
3.6
integrity test
in-situ test procedure meeting the requirement for confirming the absence of unfiltered leakage of
the system
3.7
filter element
filtering material in a preformed shape being a part of a complete filter
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.67]
3.8
filter face area
frontal face area of the filter including the header frame
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.83]
3.9
HEPA filter
filter with performance complying with requirements of filter class ISO 35 – ISO 45 as per ISO 29463-1
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.88]
3.10
filter medium
material used for filtering
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.90]
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ISO 16170:2016(E)
3.11
most penetrating particle size
MPPS
particle size at which the minimum of the particle size efficiency (3.14) curve occurs under test
conditions
Note 1 to entry: This MPPS is media and ventilation conditions dependent. This MPPS is in the 0,1 µm to 0,2 µm
medium aerodynamic size range for fibreglass type filters commonly used in nuclear applications.
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.129]
3.12
user nominal air volume flow rate
q
v,nom
air volume flow rate specified by the user, at which the filter element (3.7) is tested in situ
Note 1 to entry: This flow rate may be different from the one specified by the manufacturer.
3.13
overall efficiency
efficiency averaged over the whole superficial face area (3.15) of a filter element (3.7) under given
operating conditions of the filter
Note 1 to entry: It is expressed in percentage (%).
3.14
particle size efficiency
efficiency for a specific particle diameter
Note 1 to entry: The efficiency plotted as a function of the particle diameter gives the fractional efficiency curve.
Note 2 to entry: It is expressed in percentage (%).
3.15
superficial face area
cross-sectional area of the filter element (3.7) through which the air flow passes
3.16
ULPA filter
filters with performance complying with requirements of filter class ISO 55 – ISO 75 as per ISO 29463-1
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.100]
3.17
user nominal filter medium face velocity
nominal air volume flow rate divided by the effective filter medium (3.10) area
4 Principle of the method
For industries handling radioactive and/or toxic materials, the main goals of the tests are the following.
a) For efficiency accountancy tests: to confirm that the overall filtration efficiency, in particular the
decontamination factor for the MPPS size range and other performance parameters, remain within
the operating envelope criteria authorized in the site operating licence.
b) For integrity tests: to detect any significant leakages of airborne particles bypassing the filter media.
The test procedure follows the following sequence:
— measure the main ventilation parameters (e.g. flow rates, pressure drops, temperature and
humidity) of the system under test;
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— inject the appropriate quantity/quantities and type of the test aerosol into the airstream(s) upstream
of the filter installation with a size distribution covering the MPPS range;
— measure the concentration of aerosol challenging the filter installation upstream of the filters;
— measure the quantity of aerosol present in the airflow downstream of the filter installation;
— calculate the efficiency or decontamination factor(s) within a size range covering the most
penetrating particle size (MPPS);
— compare the measured value(s) against the required regulatory value(s) or other criteria, such as
MPPS filter classification.
Figure 1 shows one general principle of the method, which is then further refined for the different
methods.
Key
1 injected particles injection
2 provisions for homogenization
3 upstream representative sampling
4 downstream representative sampling
5 representative samples (this is done using different techniques in Annex B and Annex C)
6 mobile or fixed unit
7 filter(s) to be tested
8 fan (in many nuclear installations, it is customary to return the sample to the duct from which it was originally
withdrawn downstream of the original sampling point)
Figure 1 — Principle of the method for representative sampling
According to ISO 29463-1, the MPPS range value should be obtainable from the media manufacturer
for the typical media that are installed (e.g. 0,1 µm to 0,2 µm for HEPA filters constructed with glass
microfibre media).
For efficiency accountancy tests, the chosen method shall be capable of measuring values within the
range of 10 to 100 000 (efficiency range 90 % to 99,999 %), for particles sizes covering the MPPS range.
For integrity tests, an accurate measurement is not as important as for efficiency accountancy tests but
the method shall cover ranges of efficiency between 90 % and 99,99 %.
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If it is needed to compare further the efficiency results, the parameters having an impact on the filter
efficiency results should be reliably known for the test (e.g. flow rates, pressure drop, temperature,
humidity).
Specific limitations on the applicability of the test results shall be detailed on the results sheet(s); for
example, limitations on access to ideal sampling locations because of high dose rates, or difficulty in
ensuring design flow rates, temperature, humidity, etc. within the ventilation system.
The results of the tests are provided only for the ventilation regime at which the test has been
performed.
NOTE The specific case of continuous efficiency monitoring is rarely implemented in industrial facilities but
obeys to the same principles.
5 Prerequisites
5.1 Filter initial characterization
The filter, bank of filters or filters in series to be tested shall have been initially certified in the
manufacture according to a given standard (e.g. ISO 29463) for new filters or for filters already installed
in the facilities according to relevant national standards.
ISO 29463-1 provides a classification of all filters with efficiencies ranging from 95 % to 99,999 999 5 %.
Since the efficiencies are measured at the MPPS of the filter, the efficiency of a filter at any particle size
is better than at the filter class. That is, these filters provide particle removal at, or better than, the
filter class efficiency at all particle sizes. In addition, in this classification, filters with efficiencies higher
than 99,95 % are tested for leaks. Although this document deliberately avoids prescribing specific filter
classes for specific end use, the classification scheme provides a sound basis for selecting filters for
nuclear protection where a minimum decontamination safety factor is required. For this end use, ISO
Class 35H to 45H, and 50U (99,95 %, 99,995 % and 99,999 %, respectively at MPPS) generally provides
commonly acceptable decontamination safety factors. For some specific applications where higher
safety factors are required, ISO Class 55 to 75U filters may be specified for the last filtration stage.
NOTE The selection of the filter to be tested considers that the filter operating flow rate (user nominal
flowrate) is as close as possible, or lower than, the nominal flow rate specified by the manufacturer in order to
ensure that the filter performs as classified.
5.2 Preparatory conditions
5.2.1 General
To obtain the most valuable and useful in-situ test results, the test procedure shall be carried out when
the plant is operating either at or as close as possible to its normal operating conditions.
Unlike production testing in industrial environments, access limitations may be created by factors
such as radiation levels or even straightforward physical obstruction, preventing access to otherwise
best possible sampling locations. These considerations should be addressed in advance to the best
possible extent, e.g., by carrying out full system characterization tests before the introduction of
radioactive/toxic materials, i.e., the following:
— qualification of injection and sampling locations to ensure fully mixed aerosol both upstream and
downstream of the filter;
— conditions in the ventilation system and its operation during the test;
— apparatus selection and preparation;
— qualification of test personnel;
— test conditions;
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ISO 16170:2016(E)
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16170
Première édition
2016-07-01
Version corrigée
2017-04
Méthodes d’essai in situ pour les
systèmes filtrants à très haute
efficacité dans les installations
industrielles
In situ test methods for high efficiency filter systems in industrial
facilities
Numéro de référence
ISO 16170:2016(F)
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ISO 2016
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ISO 16170:2016(F)
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ISO 16170:2016(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Principe de la méthode . 4
5 Prérequis . 6
5.1 Caractérisation initiale du filtre . 6
5.2 Conditions de préparation . 6
5.2.1 Généralités . 6
5.2.2 Choix des points d’injection et d’échantillonnage . 7
5.2.3 Conditions pour les systèmes de ventilation sur lesquels l’essai est réalisé . 8
5.2.4 Conditions climatiques dans les pièces où l’injection/échantillonnage
est réalisé(e) . 8
5.2.5 Choix et préparation de l’appareillage . 8
5.2.6 Qualification du personnel en charge de l’essai.11
5.2.7 Santé et sécurité .11
5.2.8 Conditions d’essai .11
6 Séquence d’essai .12
6.1 Évaluation du système de filtration soumis à essai .12
6.2 Préparation de l’équipement d’essai.12
6.3 Préparation des fiches de contrôle .13
6.4 Surveillance des conditions climatiques.13
6.5 Installation de génération d’aérosol .13
6.6 Installation de l’équipement d’échantillonnage .13
6.7 Surveillance de l’aérosol d’essai en amont .13
6.8 Surveillance de l’aval . .13
6.9 Réalisation de l’essai .14
6.10 Calculs .14
7 Évaluation et rapport .15
Annexe A (informative) Aérosols candidats pour les essais in situ .17
Annexe B (normative) Essai d’intégrité — Méthode type utilisant des aérosols d’essai à
l’huile dispersée .18
Annexe C (normative) Essai de quantification de l’efficacité − Méthode d’essai avec de l’uranine .28
Annexe D (informative) Méthodes d’essai d’étanchéité .35
Annexe E (informative) Lignes directrices relatives au prélèvement
d’échantillons représentatifs .36
Bibliographie .38
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ISO 16170:2016(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien
suivant: Avant-propos — Informations supplémentaires.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 142, Séparateurs aérauliques.
La présente version corrigée de l’ISO 16170:2016 inclut les corrections suivantes:
— toutes les figures ont été remplacées par des figures de meilleure qualité;
— en C.3.2, la légende de la Figure C.3 a été corrigée, et, dans le texte, les références aux éléments de la
figure ont également été corrigées;
— dans la version française, en C.3.3, dernière phrase, « révolution » a été remplacé par « résolution ».
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ISO 16170:2016(F)
Introduction
Des méthodes de mesurage de la performance des dispositifs d’épuration des gaz à très haute efficacité
sont décrites dans un certain nombre de normes existantes. Celles-ci spécifient des procédures
d’assurance de la qualité après fabrication (par exemple, ISO 29463 et EN 1822).
D’autres normes spécifient le médium filtrant utilisé dans de tels dispositifs et la façon dont ces
dispositifs sont construits et installés dans les installations industrielles.
Les installations de filtration à très haute efficacité des particules contenues dans l’air sont massivement
utilisées dans les usines et les laboratoires de traitement des matières nucléaires et toxiques afin de
confiner ces matières dans l’installation et d’empêcher leur rejet dans l’environnement.
Les matières radioactives et autres matières toxiques sont confinées dans les installations de traitement
à l’intérieur de zones de confinement délimitées par des barrières. L’air et les gaz évacués de ces zones
sont décontaminés en passant à travers une série de filtres à particules à très haute efficacité avant leur
rejet final dans l’environnement. La membrane (médium filtrant) des filtres agit comme une partie de la
barrière de confinement. Eu égard à sa fragilité supposée, il est nécessaire de s’assurer de son intégrité
de façon périodique car les scénarios de sûreté de fonctionnement dépendent de la connaissance du
maintien permanent de l’efficacité de ces filtres. Ces contrôles périodiques sont réalisés en appliquant
un (des) mode(s) opératoire(s) connus en tant qu’essais «in situ».
Les principes de base des essais in situ de filtres installés sont les mêmes que pour les essais en
laboratoire tels que décrits dans l’EN 1822 et l’ISO 29463, dans la mesure où des quantités connues d’un
aérosol d’essai sont dispersées dans le courant d’air en amont de l’installation de filtration et les teneurs
en particules de l’air non filtré et de l’air filtré sont échantillonnées et analysées afin de déterminer si
l’intégrité des filtres a été compromise.
Dans le cas d’essais d’une seule unité (essai de production du fabricant ou dans le cas d’essais de
laboratoire sur une cellule filtrante seule), l’objectif est de s’assurer que les performances de l’unité
(efficacité/pénétration à la taille de particules MPPS et autres paramètres) se situent dans les limites
spécifiées et que le résultat est globalement reproductible. Pour ce faire, il est nécessaire d’utiliser un
montage d’essai en laboratoire avec une dispersion complète de l’aérosol d’essai, une géométrie de banc
d’essai prescrite et de prélever et d’analyser des échantillons d’aérosol totalement représentatifs aussi
bien en amont qu’en aval du filtre d’essai. Certains systèmes de ventilation sont très complexes et il
convient de noter que de nombreuses installations utilisent des systèmes de ventilation dans lesquels
un fort pourcentage de l’air est remis en circulation.
Le but d’un essai in situ est de détecter toute altération des performances de filtration de l’installation et
de les comparer à l’efficacité ou au facteur de décontamination attendu(e). Une telle altération peut être
due à une détérioration d’une ou plusieurs unités ou à un défaut d’étanchéité du système et se manifeste
par l’apparition d’une proportion d’aérosol non filtré dans les effluents gazeux. Les méthodologies
d’essai développées dans la présente Norme internationale ne s’appliquent pas aux autres exigences
relatives aux filtres en termes de résistance mécanique, résistance à l’éclatement ou résistance à la
température et à l’humidité.
Il n’est pas vraiment nécessaire ni utile que les résultats d’un essai in situ reproduisent les résultats
des essais de production sur les filtres individuels de l’installation; il n’est pas nécessaire non plus de
limiter la distribution granulométrique de l’aérosol d’essai à une distribution reproduisant celle utilisée
lors des essais de production.
A ce jour, l’absence de norme internationale relative aux essais généraux in situ des filtres à très haute
efficacité explique la nécessité d’une telle Norme internationale.
La présente de Norme internationale décrit les exigences pour l’équipement d’essai ainsi que
l’interprétation et la consignation des données relatives à l’essai in situ des dispositifs d’épuration
d’air HEPA et ULPA (THE) destinés à éliminer la contamination par les aérosols dans les systèmes de
ventilation à haute intégrité.
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ISO 16170:2016(F)
La présente Norme internationale inclus la spécification de l’intervalle d’essai, du type d’aérosol, du
mélange de l’aérosol et des méthodes de mesurage, c’est-à-dire:
— aérosol: solide ou liquide, monodispersé ou polydispersé;
— mélange: degré de mélange, longueurs de mélange, etc.;
— méthode: injection, détection.
La présente Norme internationale propose un principe général d’essai pour mettre en évidence les
points suivants:
— le principe de la méthode;
— les prérequis;
— les conditions de préparation;
— les propriétés de l’aérosol injecté;
— la qualification et la sélection des dispositifs de mesurage;
— la qualification du personnel en charge de l’essai;
— le montage d’essai;
— la séquence d’essai;
— l’évaluation et le rapport d’essai.
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NORME INTERNATIONALE ISO 16170:2016(F)
Méthodes d’essai in situ pour les systèmes filtrants à très
haute efficacité dans les installations industrielles
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie les méthodes d’essai in situ des filtres à très haute efficacité
des particules contenues dans l’air utilisés afin de limiter les rejets dans l’environnement (par exemple,
installations nucléaires ou installations rejetant des aérosols toxiques ou biologiques). Ceci s’applique
lorsque des installations comprenant ces filtres sont utilisées, dans des installations industrielles (y
compris nucléaires) dans lesquelles des matériaux toxiques/radioactifs/biologiques sont manipulés ou
préparés, afin de nettoyer les effluents gazeux avant de les rejeter dans l’environnement.
La présente Norme internationale exclut l’application déjà traitée dans l’ISO 14644-3.
Le domaine d’application de la présente Norme internationale inclut le détail de deux méthodes, qui
s’appliquent toutes deux aux essais périodiques des filtres à très haute efficacité utilisés dans des
applications exigeantes dans le but de protéger l’environnement, telles que l’industrie nucléaire.
Dans le cas des applications nucléaires, la présente Norme internationale est applicable aux installations
couvertes par l’ISO 17873 (applications autres que les réacteurs nucléaires) et ISO 26802 (réacteurs
nucléaires).
Les deux méthodes de référence spécifiées dans la présente Norme internationale ne sont pas
équivalentes mais liées par les exigences présentées dans les résultats d’essai. Le choix d’utiliser l’une
ou l’autre des deux méthodes dans chaque cas spécifique dépend si les résultats requièrent un essai
d’intégrité ou un essai de quantification de l’efficacité à visée réglementaire.
Pour les industries manipulant ou préparant des matériaux radioactifs ou toxiques ayant pour
conséquence un risque plus élevé de rejet possible, l’objectif principal des essais est de confirmer que
l’installation de filtre est apte à l’emploi. Dans le cas d’essais d’intégrité (Annexe B), l’objectif est de
confirmer qu’aucune fuite significative d’aérosols toxiques par l’installation de filtre n’est possible.
Dans le cas d’un essai d’efficacité réglementaire (Annexe C), l’essai est conçu pour faire une mesure
précise du facteur de décontamination en fonction de la plage granulométrique MPPS.
La méthode de référence décrite à l’Annexe B (essai d’intégrité) requiert un aérosol d’essai de particules
d’huile dispersées principalement dans la plage de dimensions submicronique, stable pendant le mode
opératoire d’essai et compatible avec les autres composants de l’installation. Les concentrations de
particule sont mesurées en temps réel par un détecteur à diffusion de lumière (détecteurs optiques).
La méthode de référence décrite à l’Annexe C (essai d’efficacité réglementaire) requiert un aérosol
d’essai de particules ayant une plage de dimensions étroite centrée sur la plage granulométrique MPPS
pour les média filtrants HEPA. Leurs concentrations en amont et en aval des filtres est mesurées par
analyse fluométrique des solutions aqueuses obtenues en lavant la membrane des échantillons de
filtres.
Il convient de noter que les exigences pour un essai d’efficacité réglementaire couvrent également les
exigences d’un essai d’intégrité, qui est considéré comme une exigence minimum.
Les méthodes d’essai développées dans la présente Norme internationale ne couvrent pas les autres
exigences de performance in situ telles que la résistance mécanique, résistance à l’éclatement ou
résistance à l’humidité. Des systèmes spécifiques opérant à haute température ou produisant des
effluents gazeux spécifiques peuvent être couverts par des méthodes d’essai spécifiques.
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ISO 16170:2016(F)
La conception d’installations de filtres HEPA et ULPA (THE) ne fait pas partie du domaine d’application
de la présente Norme internationale.
NOTE Dans le domaine des filtres pour les applications de ventilation générale, l’ISO 29462 est une
description détaillée et complète d’une méthode qui utilise des techniques de balayage et de comptage de
particules pour évaluer les performances d’un filtre en termes d’efficacité en fonction de la classe des particules
et de la perte de charge. Cette méthode et ce mode opératoire ne seraient pas applicables à l’industrie nucléaire
car le facteur de décontamination à la taille MPPS ne serait pas atteint.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 29463-1, Filtres à haut rendement et filtres pour l’élimination des particules dans l’air — Partie 1:
Classification, essais de performance et marquage
ISO 14644-3:2005, Salles propres et environnements maîtrisés apparentés — Partie 3: Méthodes d’essai
ISO 17873, Installations nucléaires — Critères pour la conception et l’exploitation des systèmes de
ventilation des installations nucléaires autres que les réacteurs nucléaires
ISO 26802, Installations nucléaires — Critères pour la conception et l’exploitation des systèmes de
confinement et de ventilation des réacteurs nucléaires
ISO 2889, Échantillonnage des substances radioactives contenues dans l’air dans les conduits et émissaires
de rejet des installations nucléaires
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
aérosol
système de particules solides ou liquides suspendues dans un gaz
Note 1 à l’article: En général, l’aérosol atmosphérique est divisé en trois catégories de dimension: la plage ultrafine
x ≤ 0,1 μm, la plage fine 0,1 μm < x ≤ 1 μm, et la plage grossière x > 1 μm, où x est le diamètre de la particule.
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.1]
3.1.1
aérosol monodispersé
aérosol (3.1) dont la distribution présente un écart-type géométrique σ inférieur à 1,15 μm
g
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.2]
3.1.2
aérosol polydispersé
aérosol (3.1) dont la distribution présente un écart-type géométrique σ supérieur à 1,5 μm
g
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.3]
3.1.3
aérosol quasi-monodispersé
aérosol (3.1) dont la distribution présente un écart-type géométrique σ compris entre 1,15 μm et 1,5 μm
g
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.4]
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ISO 16170:2016(F)
3.1.4
aérosol d’essai
aérosol (3.1) utilisé pour déterminer l’efficacité d’un filtre
3.2
facteur de décontamination
rapport entre la concentration ou le nombre de particules en amont du filtre et la concentration ou le
nombre de particules de contamination en aval du filtre
Note 1 à l’article: Ce rapport est également défini par 1/(1 - efficacité globale (3.13)).
3.3
surface effective du médium filtrant
aire du médium contenu dans l’élément filtrant (sans les surfaces adhésives ou ligaments) et traversée
par le flux d’air pendant le fonctionnement
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.11]
3.4
efficacité
E
fraction de contaminant pénétrant dans le filtre qui est retenue
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.55]
3.5
essai d’efficacité réglementaire
mode opératoire d’essai in situ répondant à une exigence pour une détermination de l’efficacité globale
(3.13) du système exacte à MPPS (3.11)
3.6
essai d’intégrité
mode opératoire d’essai in situ répondant à une exigence pour confirmer l’absence de fuite non filtrée
dans le système
3.7
élément filtrant
matériau filtrant d’une forme préformée faisant partie d’un filtre complet
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.67]
3.8
surface frontale du filtre
aire de la surface frontale du filtre, y compris le cadre
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.83]
3.9
filtre HEPA
filtre avec des performances satisfaisant aux exigences de la classe de filtre ISO 35 — ISO 45
conformément à l’ISO 29463-1
Note 1 à l’article: Concerne la version française: en français, HEPA se traduit par «très haute efficacité».
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.88 – Modifiée par l’ajout de la Note 1]
3.10
médium filtrant
matériau utilisé pour la filtration
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.90]
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ISO 16170:2016(F)
3.11
dimension des particules pour laquelle la pénétration est la plus élevée
MPPS
dimension des particules pour laquelle le minimum de la courbe d’efficacité en fonction de la taille des
particules (3.14) se produit dans les conditions d’essai
Note 1 à l’article: Ce MPPS dépend du médium et des conditions de ventilation. Ce MPPS se situe dans la plage de
dimension aérodynamique du médium de 0,1 μm à 0,2 μm pour les filtres en fibres de verre couramment utilisés
dans les applications nucléaires.
[SOURCE: ISO 29464:2011; 3.1.129]
3.12
débit volumique d’air nominal utilisateur
q
v,nom
débit volumique d’air spécifié par l’utilisateur, auquel l’élément filtrant (3.7) est soumis à essai in situ
Note 1 à l’article: Ce débit peut être différent de celui spécifié par le fabricant.
3.13
efficacité globale
efficacité moyennée sur toute la surface frontale de passage (3.15) d’un élément filtrant (3.7) dans des
conditions données de fonctionnement du filtre
Note 1 à l’article: Elle est exprimée en pourcentage (%).
3.14
efficacité en fonction de la taille des particules
efficacité pour un diamètre spécifique de particules
Note 1 à l’article: L’efficacité établie en fonction du diamètre des particules permet de tracer la courbe d’efficacité
fractionnelle.
Note 2 à l’article: Elle est exprimée en pourcentage (%).
3.15
surface frontale de passage
aire de la section transversale de l’élément filtrant (3.7) traversée par le flux d’air
3.16
filtre ULPA
filtre avec des performances satisfaisant aux exigences de la classe de filtre ISO 55 — ISO 75
conformément à l’ISO 29463-1
[SOURCE: ISO 29464:2011, 3.1.100]
3.17
vitesse frontale nominale sur le médium filtrant utilisateur
débit volumique d’air nominal divisé par la surface effective du médium filtrant (3.10)
4 Principe de la méthode
Pour les industries manipulant des matériaux toxiques et/ou radioactifs, les objectifs principaux des
essais sont les suivants:
a) Pour les essais d’efficacité réglementaire: de confirmer que l’efficacité de filtration globale, en
particulier le facteur de décontamination pour les plages de dimensions MPPS et d’autres paramètres
de performance, reste dans l’enveloppe des critères autorisée sur le permis d’exploitation du site.
b) Pour les essais d’intégrité: de détecter toutes fuites significatives de particules aériennes de
dérivation du média filtrant.
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ISO 16170:2016(F)
Le mode opératoire d’essai suit les séquences suivantes:
— mesurer les paramètres de ventilation adéquats (par exemple débits, pertes de charge, température
et humidité) du système soumis à essai;
— injecter la quantité/les quantités et le type adéquats d’aérosol d’essai dans le(s) écoulement(s) d’air
en amont du filtre de l’installation avec une distribution granulométrique couvrant la plage de MPPS;
— mesurer la concentration d’aérosol sollicitant l’installation de filtre en amont des filtres;
— mesurer la quantité d’aérosol présent dans le flux d’air en aval de l’installation de filtre;
— calculer l’efficacité ou le(s) facteur(s) de décontamination dans une plage de dimension couvrant la
dimension des particules pour laquelle la pénétration est la plus élevée (MPPS);
— comparer la/les valeur(s) mesurée(s) à la/les valeur(s) requise(s) dans les réglementations ou tout
autre critère, tel que la classification des filtres MPPS.
La Figure 1 monte un principe général de la méthode, qui peut ensuite être affiné pour les différentes
méthodes.
Légende
1 injection de particules injectées
2 dispositif d’homogénéisation
3 échantillonnage représentatif amont
4 échantillonnage représentatif aval
5 échantillons représentatifs (ceci est réalisé en utilisant différentes techniques de l’Annexe B et de l’Annexe C)
6 unité mobile or fixe
7 filtre(s) à soumettre à essai
8 ventilateur (dans de nombreuses installations nucléaires, il est d’usage de renvoyer l’échantillon dans le conduit
duquel il a été prélevé à l’origine, en aval du point de prélèvement d’origine)
Figure 1 — Principe de la méthode pour un échantillon représentatif
Selon l’ISO 29463-1, il convient que la plage de MPPS soit mise à disposition par le fabricant de média
pour les média types installés (par exemple, 0,1 μm à 0,2 μm pour des filtres HEPA fabriqués avec des
média en microfibres de verre).
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ISO 16170:2016(F)
Pour les essais d’efficacité réglementaire, la méthode choisie doit permettre de mesurer des valeurs
dans la plage 10 à 100 000 (plage d’efficacité 90 % à 99,999 %), pour les tailles de particule couvrant la
plage MPPS.
Pour les essais d’intégrité, une mesure précise n’est pas aussi importante que pour les essais d’efficacité
réglementaire mais la méthode doit couvrir les plages d’efficacité entre 90 % et 99,99 %).
Lorsqu’il est nécessaire de comparer les résultats d’efficacité, il convient que les paramètres ayant un
impact sur les résultats d’efficacité du filtre soient connus avec fiabilité pour l’essai (par exemple débits,
perte de charge, température, humidité).
Les limites spécif
...
Questions, Comments and Discussion
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