Część 21: Techniki pobierania próbek dla cząstek stałych w powietrzu

Norma ISO 14644-21

ISO 14644-21 omawia fizyczne ograniczenia związane z umieszczaniem sondy licznika cząstek oraz przewodów w celu zapewnienia reprezentatywnych pomiarów. Duża część normy poświęcona jest cząstkom o rozmiarze 5 mikrometrów i większych.

Dokument identyfikuje kluczowe czynniki wpływające na efektywność procesu pobierania próbek powietrza podczas klasyfikacji i monitorowania. Omawiane są również dobre praktyki pozwalające na osiągnięcie zrównoważonego kompromisu między dokładnością liczenia cząsteczek a praktycznym wykonywaniem pomiarów w realnych warunkach.

W celu wsparcia podejmowania decyzji, w dokumencie zaprezentowane zostało drzewo decyzyjne, służące do identyfikacji kluczowych czynników wpływających na pomiary cząstek w powietrzu, a także określenia, czy dany system wymaga dalszej oceny ryzyka. Dodatkowo, przykłady problemów związanych z aplikacjami i wykorzystaniem drzewa decyzyjnego ilustrują praktyczne wyzwania.

Należy zaznaczyć, że zrozumienie dokumentu jest możliwe po zapoznaniu się z normami ISO 14644-1 oraz ISO 14644-2, stanowiącymi cenny przewodnik dla profesjonalistów zajmujących się kwalifikacją pomieszczeń czystych i monitorowaniem jakości powietrza.

 

Określenie stężenia cząstek stałych w powietrzu

Znaczenie prawidłowego pomiaru stężenia cząstek stałych w powietrzu oraz monitorowania pomieszczenia czystego ma istotny wpływ na  właściwą interpretację wyników. Ciągłe doskonalenie metod odgrywa kluczową rolę w kontekście zarządzania jakością. Dynamiczny cykl Planuj-Wykonaj-Sprawdź-Działaj (ang. Plan-Do-Check-Act, PDCA) znajduje zastosowanie w kontroli zanieczyszczeń w pomieszczeniach czystych. Kluczowe informacje pozyskane z klasyfikacji oraz działań monitorujących stanowią podstawę do ustalenia i potwierdzenia skuteczności kontroli. Proces ten obejmuje wprowadzanie zmian i ulepszeń, a efektem są kolejne oceny i powtórzenia cyklu PDCA. Poniżej znajduję rysunek ilustrujący znaczenie klasyfikacji i monitorowania oraz to, jak wpływają one na proces ciągłego monitorowania.

 

Klasyfikacja

Klasyfikacja czystości pomieszczenia czystego określana jest dla stanu pomieszcze0nia i wyszczególnionej wielkości cząstek. Rozmiary cząstek dostępne do klasyfikacji są zdefiniowane w normie ISO 14644-1:2015, Tabela 1 określa wszystkie rozmiary cząstek możliwe do pomiaru za pomocą laserowego licznika w powietrzu. Miejsca pobierania próbek i minimalne objętości próbek wybierane są przy użyciu procedury opisanej w normie ISO 14644-1. Zadowalające wyniki stężeń cząstek zawieszonych w powietrzu uzyskane podczas pobierania próbek w tych lokalizacjach dają pewność, że zmierzona objętość będzie zgodna z określoną klasą.

Monitorowanie

Monitorowanie wyjaśniono i zilustrowano w normie ISO 14644-2:2015. Działanie  to obejmuje rejestrowanie i analizowanie danych dotyczących różnych parametrów w celu wsparcia demonstracji kontroli. Trendy danych uzyskanych z monitorowania za pomocą laserowych liczników cząstek zawieszonych w powietrzu służą do zrozumienia zmian liczby cząstek w czasie i ich związku z określoną i utrzymywaną czystością pomieszczenia czystego lub strefy czystej.

 

Pomiary cząstek w powietrzu

Wybór urządzenia

Pobieranie reprezentatywnych próbek powietrza w celu oceny jego czystości nie zawsze można przeprowadzić bezpośrednio przez umieszczenie licznika cząstek w wyznaczonym punkcie ze względu na ograniczenia dostępu i rozmiary urządzenia. Wybór odpowiedniego narzędzia pomiarowego należy uzależnić od na przykład:

• wielkości cząstek;
• wymaganej minimalnej objętości i szybkości pobierania próbki.

W dokumencie została sporządzona tabele zawierające porównanie przenośnego/ręcznego/zdalnego licznika cząstek w zależności od istotnych parametrów.

Określenie stanu pomieszczenia czystego

W normie ISO 14644-1 zdefiniowano trzy stany pomieszczenia czystego:

• powykonawczy,
• w spoczynku
• operacyjny.

Umiejscowienie punktów pomiarowych

Norma opisuje szeroko aspekty, które należy rozważyć podczas doboru punktów do klasyfikacji oraz możliwości praktycznych z zastosowaniem sondy bezpośrednio na urządzeniu oraz z sondy (punktu poboru) oddalonej od licznika (punktu pomiaru) z wykorzystaniem rurki pomiarowej.

Dobór punktów monitorowania cząstek jest również bardzo istotny i rozważania uwzględniają takie aspekty jak monitorowanie okresowe strefy czystej z wykorzystaniem przenośnych liczników cząstek oraz monitorowaniem ciągłym z użyciem zdalnych liczników cząstek z sondami pomiarowymi zamocowanymi na stałe obsługiwanych przez system nadrzędny. Podczas doboru punktu należy zastanowić się nad rodzajem dostępnego rozwiązania licznika cząstek, jak również nad jego fizycznym umiejscowieniem w monitorowanej strefie, żeby nie ograniczać funkcjonalności kontrolowanej strefy.

 Błędy pomiaru cząstek

W dokumencie zostały zawarte potencjalne błędy związane z liczeniem cząstek stałych. Norma opisuje zagrożenie związane z pomiarami i wskazuje na prawidłowe rozwiązania tych problemów.

Norma ISO 14644-21 wyszczególnia:

• Błąd pobierania próbek,
• Błąd pomiaru,
• Błąd związany z transportem próbki poprzez rurki do licznika.

 

Błąd pobierania próbek

Na błąd próbkowania mają wpływ:

• konstrukcja i umiejscowienie miejsca poboru próbki,
• izokinetyczność pobierania próbek,
• Próbkowanie izoosiowe.

Izokinetyczne pobieranie próbek

Przy ocenie czystości powietrza, próbkowanie izokinetyczne zapewnia wyrównanie prędkości przepływu wlotowego powietrza do sondy. Odpowiednio zaprojektowana izokinetyczna sonda umożliwia reprezentatywne pobieranie próbek, minimalizując błędy i odchylenia. Aby osiągnąć izokinetyczne warunki pomiaru liczniki cząstek o niskim przepływie mają mniejsze sondy pomiarow, a te o dużym przepływie – większe. Pobieranie super-izokinetyczne zwiększa zliczanie mniejszych cząstek, a podizokinetyczne – większych. Akceptowalna tolerancja błędu próbkowania mieści się w zakresie ±5% prędkości przepływu. Poniżej przedstawiono rysunek przedstawiający próbkowanie super-izokinetyczne i izokinetyczne.

Rys.2 1 – próbkowanie super-izokinetyczne, 2-próbkowanie izokinetyczne. Źródło: materiały PMS

Błąd pomiaru

W tej sekcji skupiono się na kluczowych elementach i zmiennościach związanych z pomiarem wykonywanym przez liczniki cząstek. Dlatego zrozumienie działania laserowych liczników oraz uwzględnienie wpływu zmiennych przez użytkowników jest istotne dla jakości pobierania próbek.

Szczegółowa zasada działania licznika cząstek została omówiona w artykule:  Czemu twój licznik cząstek nie liczy cząstek?

Laserowe optyczne liczniki cząstek wykorzystują pięć głównych systemów:

1 – laser i optyka,
2 – strefa obrazowania,
3-  fotodetektor,
4 – analizator wysokości impulsu,
5 –  interfejs użytkownika w liczniku ( na zdjęciu interfejs Lasair PRO)

Błąd związany z transportem próbki poprzez rurki do licznika

W przypadku pobierania próbek w określonym miejscu, czy to do celów klasyfikacji czy monitorowania, często istnieje konieczność transportu próbki od źródła do punktu pomiaru (licznika cząstek). Transport cząstek do licznika nieuchronnie wiąże się z błędami pobierania próbek i  błędami pomiarowymi, które kumulują się z czynnikami transportu próbki. Błędy transportu mogą być spowodowane „utratą” cząstek w wyniku transportu i potencjalnego ich uwalniania poprzez oderwanie konglomeratów i fałszywe zliczenia.

Na błędy pomiaru mogą mieć wpływ takie aspekty jak:

• materiały, z których wykonane są rurki do pobierania próbek,
• długości przewodów pomiarowych,
• zagięcia rurek pomiarowych,
• osprzęt, złącza, zawory.

Istnieje kilka rodzajów rurek, które mogą być używane w zależności od sytuacji, w której mają być pobierane próbki. W zależności od zastosowań i rozwiązań najbardziej korzystnych dla użytkowników stosuję się rurki wykonane z:

• Stali nierdzewnej;
• Rurki Bev-a-Line.

Drzewo decyzyjne

Norma ISO 14644-21 zawiera trzy rozbudowane drzewa decyzyjne dla trzech najczęstszych przykładów. Dla każdego z wymienionych przypadków zostały omówione kwestie zaawansowane oraz optymalne progi alarmowe i działania. Rozważone zostały również rozwiązania minimalizujące ryzyko utraty cząstek.

Nasze rozwiązania

Uważasz że powyższa część artykułu jest przydatna? Chcesz dowiedzieć się więcej? Chciałbyś skorzystać z dedykowanego szkolenia? Skontaktuj się z nami poprzez formularz a my skontaktujemy się z Tobą.

Zobacz wykaz artykułów poświęconych normie ISO 14644 i bądź na bieżąco.

Sprawdź nasze pozostałe artykuły:

Klasyfikacja pomieszczeń czystych – Norma ISO 14644-1 ,

Monitorowanie pomieszczeń czystych -Norma ISO 14644-2.

Metody badań– Norma ISO 14644-3,