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
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
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 2016
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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
Foreword
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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
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different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
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constitute an endorsement.
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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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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.;
— 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.
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]
2 © ISO 2016 – All rights reserved
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]
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;
4 © ISO 2016 – All rights reserved
— 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 %.
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;
6 © ISO 2016 – All rights reserved
— climatic conditions of the air and rooms during the tests, if needed;
— aerosol preparation;
— health and safety.
Where this is no longer possible, more specialized means of addressing the problem need to be
developed and implemented.
5.2.2 Choice of injection and sampling locations
The sampling location shall provide the ability to extract a representative sample. For existing plants,
where it is not possible, sampling locations should be selected to provide representative samples to the
best feasible extent. The injection and sampling locations shall be located in a way to ensure the optimum
possible homogeneity of concentrations at sampling locations (ISO 14644-3 and ISO 2889) according to
the guidelines defined in the annexes, particularly Annex C and Annex E. The expected homogeneity at
the sampling point depends on the expected accuracy of the filter’s decontamination factor.
The design of new injection and sampling ports/probes should, as far as possible, ensure that a
suitable cross section of the duct can be accessed to extract representative samples to the best feasible
extent and that sampling points are appropriately placed to assist fault identification. Representative
sample(s) shall be extracted from location(s) where the contributing airstreams are blended to the
greatest prevailing extent. If the sample is extracted from another location (e.g., because of accessibility
conditions), then the uncertainties that are induced shall be assessed. The sample probe shall be located
at the best available location (see Annex E). Consideration may be given to installing a device or devices
to improve mixing. In this case, the sampling probe may contain a single or multiple sampling points. In
circumstances where the well-mixed criteria are not achieved, a multi-sampling probe may be used or
needed to get a representative sample.
For facilities that could not characterize fully the filtration system after careful evaluation, one or
more of the following steps should be taken in circumstances where these previous criteria cannot be
satisfied in effluent systems designed and constructed prior to the publication of this International
Standard:
a) select another well mixed location for the sampling probe;
b) install features that promote mixing;
c) perform an in situ test or simulation demonstrating that a representative sample is being collected.
The values of the properties that signify a well-mixed location for sample extraction can be characterized
by certain parameters that are specified in 5.2.5.
5.2.3 Conditions for the ventilation systems on which the test is performed
The ventilation systems on which the in situ test is performed should be under normal operating
conditions (e.g. not in degraded mode) when the test is performed. If normal conditions are not achieved
when the test is performed, then the effects on the tests results shall be evaluated. The results’ validity
depends on the chosen test conditions. Generally, for the filters meeting the specifications described in
5.1, the tests results show greater decontamination factors for lower flow rates.
5.2.4 Climatic conditions in the rooms where the injection/sampling is performed
Room air temperature and air humidity should be established under nominal conditions where the
sampling is performed.
The conditions in the ventilation system during normal operations shall not exceed the following:
— during normal operations: the stated maximum rating for any component contained within the
system;
— during testing: the stated maximum rating of any apparatus used to undertake the test.
Additionally, if it is necessary to compare further the efficiency results,
— the climatic conditions of the air and rooms during the test should be compatible with the materials
used for the test, and
— the background particulate levels in the air should be low enough to ensure sufficient detection
sensitivity to the challenge aerosol (see Annex B).
5.2.5 Apparatus selection and preparation
5.2.5.1 General
The apparatus should be able to operate at the climatic conditions of the filtration system under test
(5.2.4). The sampling flow rates for upstream and downstream shall not differ by greater than 5 %
when connected to the system under test.
The tubing connecting the sampling probes (either installed or otherwise) to the sampling apparatus
shall be as short as possible and the length for upstream and downstream shall be the same to minimize
transit time and line losses.
All apparatus used for performing tests as described in this International Standard shall have a valid
calibration certificate.
For the efficiency accountancy test, defined in Annex C, any apparatus shall be selected to work
covering the MPPS range of the particular filtration system under test, and be able to determine, at a
sufficient confidence level, the required efficiency/decontamination factor to satisfy the regulations or
users’ acceptance criterion.
5.2.5.2 Injected aerosol properties
The efficiency of filters varies with particle size and exhibits a minimum efficiency at a particle size
which is typically close to 0,15 μm for HEPA filters made with glass microfibre media due to the
influence of particle inertia and diffusivity, as well as other parameters of usually lesser influence such
as fibre size and electrostatics.
In order to ensure that the filter is stringently tested, they are usually challenged with particles at, or
close to, the MPPS. While the majority of clean new filters which use standard glass fibre filter media
have an MPPS to test aerosols in the 0,1 μm to 0,2 μm range, this is not always the case and this changes
as filters age, as local and average flow rates vary, and as lifetime conditions change.
While injecting a narrow range covering the MPPS is fundamental for the efficiency accountancy test
method (in Annex C), this is less important for the integrity test.
It is nevertheless important that the test aerosol is carefully controlled with regards to its
— type,
— size (mass median diameter),
— standard deviation,
— generation method,
— electrostatic charge
— toxicity.
8 © ISO 2016 – All rights reserved
A list of suitable candidates is mentioned in Annex A (e.g. uranine, dispersed oil particulates such as
di-2-ethyl hexyl sebacate (DEHS), Ondina oil or poly-alpha olefin (PAO)). Any other aerosol (e.g. sodium
produced in a flame) would be suitable if it meets the requirements given in this International Standard.
The use of aerosols that would create other physical phenomena, such as electrostatic properties, that
can interfere with the results shall be avoided. Test aerosols shall not carry significant electrostatic
charge. In particular, aerosols with electrostatic properties (e.g. polystyrene latex) shall be avoided.
When an aerosol is generated from aqueous or other polar solution or suspension, consideration should
be given for diluting air through a neutralizer, i.e. a source of bipolar ions, immediately before mixing
with the output from the aerosol generator.
The aerosol to be injected shall, therefore, be at a size that shall cover MPPS range (generally 0,1 µm
to 0,2 µm, depending on flow rates and media). A broader range (typically 0,1 µm to 0,5 µm) should be
accepted, in accordance with national agreement with the national regulations in force, if both aerosol
selection and chosen method are proven to give adequate results with regards to the results needs.
NOTE Generally, a safety margin is already applied; a margin is implemented between the criteria used in
the safety case and the results.
Key
1 MPPS range
2 acceptable aerosols range to inject
Figure 2 — Efficiency of a filter depending on an aerosol injection range (covering MPPS range)
The geometrical standard deviation of the challenge particle size distribution generated should be less
than 2 for the method described in Annex C, and less than 2,5 for the method described in Annex B (see
ISO 29463-2).
The quantity of injected particles at MPPS shall be enough to minimize uncertainties for the calculation
of the efficiency/decontamination factor, taking into account the expected efficiency/decontamination
factor. The total quantity of injected particles shall also minimize uncertainties for the calculation of
the decontamination factors.
The following conditions should be met:
a) the median mass particle diameter should be close to MPPS range, preferably around 0,15 μm; but a
higher median mass particle diameter is acceptable if the apparatus and the methods are adequate
to achieve the required conservative result;
b) the particles to be injected shall be measurable by the monitoring apparatus, otherwise, the test
cannot be performed;
c) the concentration of the aerosol challenge upstream of the filter should be sufficiently high to
achieve acceptable and measurable concentration downstream the filter.
5.2.5.3 Qualification and selection of testing apparatus
The devices used for the efficiency measurement (samplers, injectors, flow meters, particle counters)
shall be qualified prior to the test measurements and should meet the requirements of ISO 14644-3:2005,
Annex C.
The aerosol generator shall have the capacity to produce statistically enough particles with regards to
air flow rate through the filter and filter expected efficiency/decontamination factor (see ISO 29463-4
and EN 1822-5). The aerosol properties are method-dependent.
For efficiency accountancy testing, the challenge aerosol measuring instrument shall have a linear
range of at least 100 000 times the minimum detectible quantity of the instrument and an accuracy in
accordance with the facility project specifications.
For integrity testing, the aerosol measuring system shall have a range capable of measuring penetrations
down to 0,01 % (efficiencies between 99 % and 99,99 % with respect to the challenge aerosol).
The sampling device shall be able to sample at the specified flow rate and at the climatic conditions of
the filtration system under test, and it shall be sufficiently leak-tight to prevent the dilution effects of
in leakage and to reduce the risk of expelling contaminated air to the working environment. Provision
shall be made for routing the device exhaust back to the ducts downstream of the sampling points
when required. The sampling line lengths shall be sized to reduce the transit time to a minimum and
the material shall be chosen to minimize sampling losses.
The injection point and upstream and downstream sampling points should be placed to ensure an
adequate homogeneity of challenge and aerosol particle concentration (see Annex E).
5.2.6 Qualification of the test personnel
All personnel conducting the tests shall be deemed suitably qualified and experienced. This can
be demonstrated by the completion of a relevant training programme (either internal or external),
knowledge of test methods and equipment and ongoing demonstration of competence.
5.2.7 Health and safety
The health and safety of the test personnel shall be ensured by the completion of any relevant training
courses required by the management systems of the test location.
Prior to commencement of testing, risk assessments shall be conducted that consider the following:
— test location (access, egress, temperature, radiological conditions, power requirements, etc.);
— aerosol generation (toxicity, propellants, etc.);
— compatibility of aerosol to plant components;
— sampling methods (probes, exhaust air, etc.).
10 © ISO 2016 – All rights reserved
5.2.8 Test conditions
The test conditions for each of the test methods shall be recorded, for the following parameters:
— the climatic measurements for the system under test;
— the quantity of aerosol to inject;
— the upstream and downstream measurements to be performed;
— the test duration.
The flow rate shall be controlled or monitored.
The climatic conditions for the system under test should be recorded. In particular, where
possible/appropriate, the following parameters should be measured:
— velocity profile at the upstream sampling position (when multi-point sampling);
— velocity profile at the downstream sampling position (when multi-point sampling);
— duct depression;
— filter differential pressure(s);
— temperature;
— humidity.
The effects of turbulent flows on velocity profiles are less important than for laminar flows.
Checks shall be made upstream and downstream of the sampling points to confirm the homogeneity
of the challenge aerosol and to determine the downstream concentration levels. The required
measurements are dependent on the configuration of the plant under test (i.e. mixing lengths, duct
geometry, perturbations, etc.) and need to be assessed prior to commencement of testing (see Annex E).
6 Test sequence
6.1 Evaluation of filtration system under test
Prior to testing, the filtration system shall be assessed and the existing testing provisions evaluated
(see Annex E). Where practicable, key features shall be identified such as the following:
— injection point (type, geometry and location);
— upstream velocity measurement and sampling point(s) (type, geometry and location);
— downstream velocity measurement and sampling point(s) (type, geometry and location);
— duct sizes and geometry;
— filtration plant (housing type, number of housings, differential pressure measurement provisions,
design parameters, etc.);
— location of duct perturbations, grills, dampers, flow straighteners, mixing devices, filter housings,
fans, etc.;
— distances from injection point to filters, injection point to upstream sampling point, filters to
downstream sampling point, etc.
A statement needs to be prepared examining the effectiveness of the existing testing provisions in
relation to meeting the objectives of the test. Where a deficiency has been identified, further provisions
shall be specified to ensure the requirements of Clause 5 are satisfied.
6.2 Preparation of test equipment
The test equipment selected shall enable the test to be performed using the provisions identified in 6.1.
All test equipment shall be prepared according to the manufacturer’s recommendations, shall be within
calibration (where applicable) and shall be tested as electrically safe (where applicable).
Equipment shall be transported to the test location in such a manner as to prevent damage.
6.3 Preparation of log sheets
Using the information obtained in 6.1, appropria
...
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 2016
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ii © ISO 2016 – Tous droits réservés
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
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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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.
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.
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]
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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]
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.
4 © ISO 2016 – Tous droits réservés
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).
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 spécifiques concernant l’applicabilité des résultats d’essai doivent être détaillées sur la/les
fiche(s) de résultats; par exemple, limitation d’accès aux points de prélèvement idéal à cause de débits
de dose élevés, ou difficulté de garantir des débits d’air de conception, température, humidité, etc. dans
le système de ventilation.
Les résultats des essais sont fournis uniquement pour le régime de ventilation auquel l’essai a été
réalisé.
NOTE La surveillance continue de l’efficacité, qui est un cas spécifique, est rarement implantée dans les
installations industrielles, elle obéit cependant aux mêmes principes.
5 Prérequis
5.1 Caractérisation initiale du filtre
Le filtre, la batterie de filtres ou les filtres montés en série à soumettre à essai doivent avoir été
initialement certifiés à l’usine selon une norme donnée (par exemple ISO 29463) pour les filtres neufs
et conformément aux normes nationales pertinentes pour les filtres déjà installés dans les installations.
L’ISO 29463-1 donne une classification de tous les filtres ayant une efficacité comprise entre 95 % et
99,999 999 5 %. Étant donné que les efficacités sont mesurées au MPPS du filtre, l’efficacité d’un filtre à
toutes les tailles de particules est meilleure que celle pour la classe du filtre. Cela signifie que ces filtres
assurent une élimination des particules supérieure ou égale à la classe d’efficacité du filtre pour toutes
les tailles de particules. En outre, dans cette classification, les filtres ayant une efficacité supérieure à
99,95 % sont soumis à un essai d’étanchéité. Bien que la présente norme évite délibérément de prescrire
des classes de filtre spécifiques pour une utilisation finale spécifique, le système de classification fournit
une base solide pour la sélection des filtres utilisés pour la protection nucléaire, lorsqu’un facteur de
décontamination minimal de sécurité est exigé. Pour cette utilisation finale, des classes ISO 35 à 45H et
50U (99,95 % à 99,995 % et 99,999 % respectivement au MPPS) fourniront généralement des facteurs
de décontamination de sécurité acceptables. Dans certaines applications spécifiques où des facteurs de
sécurité plus élevés sont exigés, des filtres de classe ISO 55 à 75U peuvent être spécifiés pour le dernier
étage de filtration.
NOTE La sélection du filtre à soumettre à essai prend en compte le fait que le débit de fonctionnement (débit
nominal utilisateur) est aussi proche que possible ou inférieur au débit nominal spécifié par le fabriquant de
façon à assurer que le filtre fonctionne dans sa classe.
5.2 Conditions de préparation
5.2.1 Généralités
Afin d’obtenir des résultats d’essai in situ les plus valables et utiles possible, le mode opératoire d’essai
doit être réalisé lorsque l’installation fonctionne à ou au plus près de ses conditions de fonctionnement
normales.
Contrairement aux essais de production dans des environnements industriels, des limitations d’accès
peuvent être engendrées par des facteurs tels que les niveaux de radiation ou même directement par
des obstacles physiques, empêchant l’accès par ailleurs aux meilleurs points de prélèvement possible.
6 © ISO 2016 – Tous droits réservés
Il convient que ces considérations soient prises en compte en avance dans la mesure du possible,
par exemple en réalisant des essais de caractérisation complets du système avant l’introduction de
matériaux radioactif/toxique, c’est-à-dire:
— qualification des points d’injection et d’échantillonnage pour assurer un aérosol entièrement
mélangé en amont et en aval du filtre;
— conditions dans le système de ventilation et son fonctionnement pendant l’essai;
— choix et préparation de l’appareillage;
— qualification du personnel en charge de l’essai;
— conditions d’essai;
— conditions climatiques de l’air et des pièces pendant les essais, si nécessaire;
— préparation des aérosols;
— santé et sécurité.
Lorsque cela n’est plus possible, des moyens plus spécialisés de prise en compte du problème ont besoin
d’être développés et implantés.
5.2.2 Choix des points d’injection et d’échantillonnage
Le point d’échantillonnage doit permettre de prélever un échantillon représentatif. Pour les installations
existantes, lorsque cela est impossible, il convient de choisir des points d’échantillonnage permettant
d’obtenir autant que possible des échantillons représentatifs. Les points d’injection et d’échantillonnage
doivent être positionnés de manière à assurer une homogénéité optimale des concentrations aux points
d’échantillonnage (ISO 14644-3 et ISO 2889) selon les lignes directrices définies dans les annexes,
en particulier Annexe C et Annexe E. L’homogénéité attendue au point d’échantillonnage dépend de
l’exactitude attendue du facteur de décontamination du filtre.
Il convient que la conception des orifices/sondes d’injection et d’échantillonnage permette autant
que possible d’accéder à une section du conduit adéquate afin de prélever des échantillons les plus
représentatifs possible et de positionner les points d’échantillonnage de façon appropriée pour faciliter
l’identification des défauts. Un (des) échantillon(s) représentatif(s) doit (doivent) être prélevé(s) au(x)
point(s) où les écoulements d’air contribuant sont mélangés le plus possible. Si l’échantillon est extrait
d’un autre point (par exemple, à cause des conditions d’accessibilité), alors les incertitudes qui sont
induites doivent être évaluées. La sonde d’échantillonnage doit être placée au meilleur emplacement
disponible (voir Annexe E). Il peut être envisagé l’installation d’un ou plusieurs dispositifs pour
améliorer le mélange. Dans ce cas, la sonde d’échantillonnage peut contenir un seul ou plusieurs
points d’échantillonnage. Dans les cas où le critère « bien mélangé » n’est pas satisfait, une sonde
d’échantillonnages multiples peut être utilisée ou nécessaire pour obtenir un échantillon représentatif.
Pour les installations ne permettant pas de caractériser entièrement le système de filtration, après une
évaluation attentive, il convient de suivre une ou plusieurs des étapes suivantes dans les cas où les
critères précédents ne peuvent pas être satisfaits dans les systèmes d’effluents conçus et construits
avant la publication de la présente Norme internationale:
a) sélectionner un autre point bien mélangé pour la sonde d’échantillonnage;
b) installer des dispositifs qui favorisent le mélange;
c) réaliser un essai ou une simulation in situ démontrant qu’un échantillon représentatif est prélevé.
Les valeurs des propriétés qui révèlent un point bien mélangé pour le prélèvement d’échantillons
peuvent être caractérisées par certains paramètres qui sont spécifiés au 5.2.5.
5.2.3 Conditions pour les systèmes de ventilation sur lesquels l’essai est réalisé
Il convient que les systèmes de ventilation sur lesquels l’essai in situ est réalisé soient dans des
conditions normales de fonctionnement (par exemple, pas en mode dégradé) lorsque l’essai est réalisé. Si
des conditions normales ne sont pas atteintes lorsque l’essai est réalisé, alors les effets sur les résultats
doivent être évalués. La validité des résultats dépend des conditions d’essai choisies. Généralement,
pour les filtres respectant les spécifications décrites en 5.1, les résultats d’essais montrent des facteurs
de décontamination plus importants pour des débits inférieurs.
5.2.4 Conditions climatiques dans les pièces où l’injection/échantillonnage est réalisé(e)
Il convient de déterminer la température et l’humidité de l’air dans la pièce dans les conditions
nominales dans lesquelles l’échantillonnage est réalisé.
Les conditions dans le système de ventilation en fonctionnement normal ne doivent pas dépasser les
valeurs suivantes:
— dans les conditions normales: les caractéristiques maximales spécifiées pour chaque composant
contenu dans le système;
— pendant les essais: les caractéristiques maximales spécifiées pour tout appareillage utilisé pour
réaliser l’essai.
De plus, s’il est ensuite nécessaire de comparer les résultats en termes d’efficacité:
— il convient que les conditions climatiques de l’air et des pièces pendant l’essai soient compatibles
avec les matériels utilisés pour l’essai; et
— il convient que les concentrations de fond des particules dans l’air soient suffisamment basses afin
d’assurer une sensibilité de détection suffisante pour l’aérosol d’essai (voir Annexe B).
5.2.5 Choix et préparation de l’appareillage
5.2.5.1 Généralités
Il convient que l’appareillage soit en mesure de fonctionner dans les conditions climatiques du système
de filtration soumis à essai (5.2.4). Les débits d’échantillonnage en amont et en aval ne doivent pas
différer de plus 5 % après raccordement au système soumis à essai.
Les tubes raccordant les sondes d’échantillonnage (installées ou autres) à l’appareillage
d’échantillonnage doivent être aussi courts que possible et la longueur en amont et en aval doit être la
même pour limiter le temps de transit et les pertes dans les canalisations.
Tous les appareillages utilisés pour réaliser les essais décrits dans la présente Norme internationale
doivent avoir un certificat d’étalonnage en cours de validité.
Pour l’essai d’efficacité réglementaire, défini en Annexe C, tout appareillage doit être choisi de manière
à fonctionner dans la plage de MPPS du système de filtration particulier soumis à essai et être en
mesure de déterminer, avec un niveau de confiance suffisant, l’efficacité/le facteur de décontamination
requis(e) pour satisfaire à la réglementation ou au critère d’acceptation des utilisateurs.
5.2.5.2 Propriétés de l’aérosol injecté
L’efficacité des filtres varie en fonction de la taille des particules; ils présentent une efficacité minimale
à une taille de particules qui est généralement de l’ordre de 0,15 µm pour les filtres HEPA en fibres de
verre en raison de l’influence de l’inertie et de la diffusivité des particules ainsi que d’autres paramètres
généralement de moindre importance, tels que la taille et les propriétés électrostatiques des fibres.
Pour s’assurer que le filtre est soumis à un essai rigoureux, il est généralement évalué avec des particules
ayant une taille égale ou proche de la dimension des particules pour laquelle la pénétration est la plus
8 © ISO 2016 – Tous droits réservés
élevée (MPPS). Bien que la majorité des filtres neufs propres qui utilisent un médium filtrant standard
en fibres de verre ait un MPPS permettant de soumettre à essai des aérosols compris dans la plage de
0,1 µm à 0,2 µm, cela n’est pas toujours le cas et cela varie en fonction de l’âge des filtres, des variations
des débits locaux et moyens et des variations des conditions pendant la durée de vie.
Alors qu’injecter une bande étroite couvrant le MPPS est fondamental pour la méthode de l’essai
d’efficacité réglementaire (en Annexe C), cela est moins important pour l’essai d’intégrité.
Il est cependant important que l’aérosol d’essai soit contrôlé attentivement en ce qui concerne:
— son type;
— sa taille (diamètre moyen en masse);
— son écart-type;
— sa méthode de génération;
— sa charge électrostatique;
— sa toxicité.
Une liste de candidats adéquats est donnée à l’Annexe A (par exemple, uranine, particules d’huile
dispersées telles que le sébacate de di-éthyl-2-hexyle (DEHS), huile Ondina ou poly(alpha-oléfine)
(PAO)). Tout autre aérosol (par exemple, sodium produit dans une flamme) conviendra s’il répond aux
exigences données dans la présente Norme internationale.
L’utilisation d’aérosols pour lesquels d’autres phénomènes physiques, tels que les propriétés
électrostatiques, peuvent interférer avec les résultats, doit être évitée. Les aérosols d’essai ne doivent
pas véhiculer des charges électrostatiques significatives. En particulier, les aérosols ayant des propriétés
électrostatiques (par exemple le latex de polystyrène) doivent être évités. Lorsqu’un aérosol est généré
à partir d’une solution aqueuse ou d’une autre solution ou suspension polaire, il convient d’envisager de
diluer l’air à travers un neutraliseur, par exemple une source d’ions bipolaires, immédiatement avant le
mélange avec la sortie du générateur d’aérosol.
L’aérosol à injecter doit donc avoir une taille couvrant la plage de MPPS (généralement de l’ordre de
0,1 μm à 0,2 μm selon les débits et les média). Il convient d’accepter une plage plus étendue (généralement
de 0,1 μm à 0,5 μm), conformément à un accord national avec l’autorité de sûreté nucléaire, s’il est
démontré que le couple aérosol/méthode choisi donne des résultats adéquats eu égard aux besoins en
termes de résultats.
NOTE Généralement, une marge de sécurité est déjà appliquée; une marge est prise entre les critères utilisés
dans le dossier de sûreté et les résultats.
Légende
1 plage de MPPS
2 plage d’aérosol acceptable à injecter
Figure 2 — Efficacité d’un filtre en fonction de la plage d’injection d’aérosol
(couvrant la plage de MPPS)
Il convient que l’écart-type géométrique de la distribution granulométrique de l’aérosol d’essai généré
soit inférieur à 2 pour la méthode de l’Annexe C, et inférieur à 2,5 pour la méthode de l’Annexe B (voir
l’ISO 29463-2).
La quantité de particules injectées ayant le MPPS doit être suffisante pour réduire au minimum les
incertitudes pour le calcul de l’efficacité/du facteur de décontamination, compte tenu de l’efficacité/du
facteur de décontamination attendu(e). La quantité totale de particules injectées doit également réduire
au minimum les incertitudes pour le calcul des facteurs de décontamination.
Il convient que les conditions suivantes soient remplies:
a) il convient que le diamètre moyen en masse des particules se situe de préférence autour de la plage
de MPPS, de préférence autour de 0,15 µm; mais un diamètre moyen en masse des particules plus
élevé est acceptable si l’appareillage et les méthodes sont adéquats pour garantir les résultats
conservateurs requis;
b) les particules à injecter doivent être mesurables par l’appareillage de contrôle, sinon, l’essai ne peut
pas être réalisé;
c) il convient que la concentration de l’aérosol d’essai en amont du filtre soit suffisamment élevée pour
atteindre une concentration acceptable et mesurable en aval du filtre.
5.2.5.3 Qualification et sélection de l’appareillage d’essai
Les dispositifs utilisés pour le mesurage de l’efficacité (échantillonneurs, injecteurs, débitmètres,
compteurs de particules) doivent être qualifiés avant les mesures d’essai et il convient qu’ils satisfassent
aux exigences de l’ISO 14644-3:2005, Annexe C.
10 © ISO 2016 – Tous droits réservés
...
Questions, Comments and Discussion
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