DE1962481A1

DE1962481A1 - UEberwachungseinrichtung fuer Luftfilter

Info

Publication number: DE1962481A1
Application number: DE19691962481
Authority: DE
Inventors: Gilbert Richard Stanley; Alter Henry Ward
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1968-12-12
Filing date: 1969-12-12
Publication date: 1970-07-02
Also published as: US3614421A; FR2025957A1

Description

Anmelder: General Electric Company, Schenectadv, New York, USA

Überwachungseinrichtung für Luftfilter

Die Erfindung betrifft eine überwachungseinrichtung für Luftfilter, mit denen Partikel oder Gase aus einer Luftströmung entfernt werden können.

Es sind zahlreiche Filteranlagen bekannt, um die Luft von irgendwelchen unerwünschten Bestandteilen zu befreien. In staubfreien Arbeitsräumen, in welchen empfindliche Mechanismen zusammengebaut . werden, ist es z.B. von Bedeutung, daß alle suspendierten Teilchen aus der Luft in dem Raum entfernt werden. Dieses Problem tritt besonders in der Kerntechnik auf, weil derartige Teilchen oft radioaktiv sein können. Beispielsweise müssen die Abgase eines Kernreaktors so rein wie möglich sein, bevor sie durch einen Abzugskamin abgelassen werden können. In Laboratorien, in welchen stark radioaktive Substanzen benutzt werden, wie beispielsweise Plutonium, müssen die radioaktiven Teilchen aus der Luft entfernt werden.

Bei bekannten Filteranlagen erfolgt beispielsweise eine elektrostatische Ausscheidung oder eine Absorption der betreffenden auszuscheidenden Bestandteile. Die wirksamste Methode zur Ausscheidung von Teilchen mit einer Teilchengröße von 0,01 bis 1 Mikron besteht darin, die Gasströmung durch ein "'absoluten" Filter zu leiten/ welcher ein physikalischer Filter ist, und eine feine Substanz in einer

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solchen Dicke aufweist, daß die Teilchen davon aufgenommen werden. Derartige Filteranlagen sind allgemein verwendbar, wenn sie keine Leckstellen aufweisen. Aufgrund ungeeigneter Installation und Abdichtung können jedoch Leckstellen in der Filteranlage auftreten, oder aufgrund von Bruchstellen in dem Filtermaterial und aufgrund sonstiger Materialfehler.

Es sind eine Reihe von Überwachungsverfahren bekannt, um Leckstellen oder ein sonstiges Fehlverhalten der Filter- Ok anlage nachzuweisen. Die empfindlichste übliche Methode besteht darin, ein Aerosol aus Dioctylphthalat-Tröpfchen in Strömungsrichtung einzuführen und die Konzentration des Aerosols hinter dem Filter mit einer fotometrischen Methode nachzuweisen. Obwohl mit diesem Verfahren Durchbruchwerte von weniger als 0,03 % gemessen werden können, besteht dabei die Schwierigkeit, daß bei einer großen Filteranlage große Aerosol- und Prüfstationen vorgesehen werden müssen. Ferner führt die Verwendung von großen Mengen von Dioctylphthalat zur Verunreinigung der Filter und Verringerung deren Lebensdauer. Deshalb können Aerosol—Verfahren nur gelegentlich verwandt werden, wenn eine Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Filter vermieden werden soll. .

Es wurden auch bereits Versuche unternommen, die Wirksamkeit eines Filters zu messen, indem Zerfallprodukte von Radon auf Glasfilterscheiben hinter und vor dem Filter ; gesammelt wurden. Mit den Filtern erfolgte ein Nachweis von Beta-Strahlung von Zerfallsprodukten von Radon. Es wurde jedoch festgestellt, daß dieses Verfahren nur ausreichend empfindlich für eine Durchdringung bis zu etwa 1 % ist, obwohl damit eine sehr gute Übereinstimmung mit Ergebnissen des Aerosol-Verfahrens oberhalb 1 % erzielt werden können.

Es ist besonders wichtig, daß das Auftreten von Leck-, stellen oder eine sonstige fehlerhafte Arbeitsweise so schnell wie möglich festgestellt werden können. In einem staubfreien Arbeitsraum können die dort hergestellten

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empfindlichen Mechanismen, Arzneimittel oder dergleichen verunreinigt werden, wenn Leckstellen der Filteranlage auftreten. In der Kerntechnik kann eine nicht festgestellte LecksteUe dazu führen, daß zu große Mengen eines radioaktiven Materials in die Umgebung abgelassen werden. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Überwachungseinrichtung für Filteranlagen dahingehend zu verbessern, daß eine erhöhte Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit erzielt werden kann.

Eine Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein für Alpha-Strahlen empfindliches Registriermaterial den Zerfallsprodukten von Radon vor und hinter dem Filter ausgesetzt wird- Nach Entwicklung der durch Alpha-Strahlung erzeugten Spur auf dem Registriermateriäl wird das Verhältnis der Spurdichte vor und hinter dem Filter festgestellt. Dieses Verhältnis ist ein direktes Maß für die Wirksamkeit des Filters. Mit einer derartigen Einrichtung ist es nicht erforderlich, der Luftströmung durch die Filteranlage Fremdstoffe zuzusetzen. Die Filteranlage kanu in dieser Weise kontinuierlich oder diskontinuierlich überwacht werden.

Kürzlich wurde festgestellt, daß die beim Zerfall von Zerfallsprodukten von Radon emittierten Alpha-Teileheη Wirkspuren aus geändertem Material entlang ihrer Bahnen in gewissen Registriermaterialien verursachen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine derartige Spurregistrierung überraschend vorteilhaft bei der Messung der Wirksamkeit einer Filteranlage ist, weil diese Materialien außerordentlich genau verschiedene Mengen von Zerfallsprodukten von Radon in einer Gasströmung unterscheiden können,..jund weil damit außergewöhnlich kleine Mengen von Zerfallsprodukten des Radon in der Gasströmung festgestellt werden können.

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Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen: ■

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Luftfilter mit einer Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine typische Prüfstation; und

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Einrichtung in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine Leitung 10, durch welche die zu filtrierende Gasströmung hindurchgeleitet wird. Ein Filter ist in der Leitung 10 so angeordnet, daß die Gasströmung vollständig durch de» Filter hindurchtreten muß. Die Konzentration der Zerfallsprodukte von Radon wird in der eintretenden Gasströmung in einer Prüfstation 12 gemessen, die vor dem Filter 11 angeordnet ist. Durch die Prüfstation 12 wird Gas durch ein Rohr 13 zu einer Vakuumpumpe 14 gezogen. Eine Anzahl von Prüfeinheiten 15 sind unmittelbar hinter dem Filter 11 angeordnet. Durch die Pumpe 14 wird über die Rohre 13 Gas von den Prüfeinheiten 15 eingezogen. Das aus der Pumpe 14 austretende Gas kann abgelassen oder wieder der Leitung Io vor dem Filter 11 zugeführt werden.

Während die Wirksamkeit des Filters 11 durch eine einzelne Prüfeinheit vor und hinter dem Filter gemessen werden könnte, werden hinter dem Filter vorzugsweise eine Reihe von Prüfeinheiten 15 angeordnet. Mit mehreren Prüfeinheiten kann der Ort einer Leckstelle in dem Filter 11.durch Feststellung der betreffenden Prüfeinheit ausgemacht werden, welche einen Überschuß an Radon oder Zerfallsprodukten davon feststellt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine typische Prüfeinheit, die verwandt werden kann, um ein Registriermaterial an der gewünschten Stelle zu haltern. GewünschtenfalIs können jedoch auch andere geeignet ausgebildete Halter Verwendung finden. Wie Fig. 2 zeigt, hat die Prüfeinheit eine offene Hülse 20, die mit einem Auslaßrohr*21 verbunden ist, das seinerseits

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mit der Vakuumpumpe verbunden ist- Eine perforierte Platte in der Hülse 20 trägt einMembranfilter 23, der Alpha-Strahlen der Zerfallsprodukte des Radons zurückhält. Eine mit drei Armen versehene Stützeinrichtung 24 steht auf der perforierten Platte 22. Die Stützeinrichtung 24 trägt eine Scheibe 25 in der Hülse 20 in einem Abstand von dem Membranfilter 23. Ein Stück des Registriermaterials 26 ist an der Scheibe 25 gegenüber dem Filter 23 angeordnet. Deshalb ist das Registriermaterial 26 der Luftströmung nicht direkt ausgesetzt. Dies trägt dazu bei, daß große Teilchen, die in dem Luftstrom insbesondere im Bereich der Prüfeinheit 12 vorhanden sein können, auf der Oberfläche des Registriermaterials nicht abgelager herden können. Das Registriermaterial 26 kann an der Scheibe 25 in an sich beliebiger Weise befestigt sein. Zweckmäßigerweise findet ein durchsichtiges Band Verwendung, das auf beiden Seiten mit einem druckempfindlichen Material überzogen ist.

Das Registriermaterial 26 ist in einem solchen Abstand von dem Membranfilter 23 angeordnet, der kleiner als die Reichweite von Alpha-Teilchen in Luft ist, die etwa 7 - 10 cm beträgt. Deshalb können bei dem Zerfall von angelagerten Zerfallsprodukten auf dem Membranfilter 23 emittierte Alpha-Teilchen das Material 26 erreichen und eine Spurenbildung verursachen«

Aus den obigen Ausführungen ist ersichtlich, daß eine derartige Überwachungseinrichtung sehr einfach und zuverlässig ist. Dem Gasstrom muß kein Fremdmaterial zugeführt werden, da die Zerfallsprodukte des Radon in der Gasströmung vorhanden sind. Ferner erfolgt kein physischer Kontakt mit dem Filter, und die kleinen Prüfeinheiten in der Luftströmung stellen einen praktisch vernachläßigbaren Strömungswiderstand dar.

Als Registriermaterial kann irgendein Material Verwendung finden/ indem entlang der Bahn von Alpha-Teilchen eine Spur aus geändertem Material erzeugt wird, um das Vor-

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handensein von Radon oder Zerfallsprodukten vor und hinter dem Filter 11 nachzuweisen. Praktische Erfahrungen haben gezeigt, daß beispielsweise Zellulosenitrat und Zelluloseacetat durch Alpha-Teilchen erzeugte Spuren zeigen, die bei der Entwicklung in der Ätzlösung sehr gut feststellbar sind. Derartige zellulosehaltige Materialien finden deshalb vorzugsweise Verwendung. Das Registriermaterial kann eine selbsttragende Schicht oder eine Schicht auf einem Trägermaterial aus Metall, Glas oder Kunststoff sein. Obwohl jede gewünschte Dicke des Registriermaterials Verwendung finden kann, wird es im allgemeinen vorgezogen, daß das Material eine Dicke von mindestens 20 Mikron hat, so daß praktisch die gesamte Länge der Bahn eines Alpha-Teilchens in dem Material aufgezeichnet werden kann. . .

Die Entwicklung der Spuren der Alpha-Teilchen kann in dem Registriermaterial durch irgendein geeignetes Verfahren erfolgen. Vorzugsweise wird die Schicht aus Registriermaterial in eine Ätzlösung eingetaucht, welche das beschädigte Material entlang der Bahn des Alpha-Teilchens bevorzugs angreift. Typische Ätzmittel sind Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Ammoniumhydroxyd, Natriumkarbonat und Mischungen davon. Beste Ergebnisse können mit etwa 6-normalem Natriumhydroxyd erreicht werden. Die Schicht kann in der Ätzlösung während einer geeignet langen Zeit verbleiben. Wenn die Zeitspanne zu kurz ist, sind die Spuren nicht gut sichtbar, während bei einer zu langen Behandlungsdauer die Lösung den Körper des Überzugs zu stark angreift. Die Temperatur der Lösung übt den größten Einfluß auf die Schnelligkeit des Ätzvorgangs aus. Bei einer Behandlung von Zellulosenitrat mit 6-normaler Natriumhydroxydlösung ergeben sich beste Ergebnisse bei einer Behandlungsdauer von 3 5 Minuten bei 40 C. Bei Zimmertemperaturen sind mehrere Stunden erforderlich, uirt dieselben Ergebnisse zu erzieleno

In den folgenden Beispielen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben. Teile und Prozentsätze sind, auf das Gewicht bezogen, falls keine anderen Angaben gemacht wurden, OQ 98 2.7/i 3 18 '

- 7 Beispiel I

Ein sehr wirksames? Filter (erhältlich von der Firma Mine Safety Appliance Company) wird in einer Leitung mit einem

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Querschnitt von etwa 3870 cm angeordnet- Eine Einrichtung wird vorgesehen, um eine Luftströmung mit etwa 30 m /min hindurchzuleiten. Vor dem Filter ist eine in den Fig. 2 und dargestellte Prüfeiriheit angeordnet. Hinter dem Filter sind vier Prüfeinheiten angeordnet, die mit einem gleichen Abstand entlang der Querschnittsfläche der Leitung in etwa 76 cm Entfernung vor dem Filter angeordnet sind. Jede Prüfeinheit

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hat ein Membranfilter, der auf einer perforierten Scheibe aus Kunststoff liegt. Eine Scheibe aus Zellulosenitrat mit einer Schichtdicke von etwa 20 Mikron und ein Durchmesser von etwa 13 mm ist in einem Abstand von etwa 13 mm von dem Filtermaterial angeordnet, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Durch eine derartige Anordnung wurde eine Luftströmung während 16 Stunden durchgeleitet. Jede der Scheiben aus Zellulosenitrat wurde entfernt und in eine 6—normale Lösung aus Natriumhydroxyd bei einer Temperatur von 40 ⁰C während 35 min eingetaucht.

Jede dieser Scheiben wurde dann unter einem Mikroskop ge-

2 prüft und die Anzahl von ausgeätzten Spuren pro cm be-

stimmt. Die Scheibe der Prüfeinheit vor dem Filter hatte

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etwa 6 χ IO Spuren pro cm . Diese Zahl ist kennzeichnend für die Menge von Zerfallsprodukten von Radon, die gewöhnlich in der Atmosphäre vorhanden ist. Jede der Scheiben der

2 Prüfeinheiten hinter dem Filter wies etwa 10 Spuren pro cm auf. Daraus ist ersichtlich, daß die Filteranlage sehr wirksam arbeitet und daß die Filtereigenschaften entlang dem Querschnitt des Filters gleichmäßig sind.

Beispiel II ·

Der Versuch des Beispiels I wurde wiederholt, wobei jedoch der Filter entlang einer Wand der Leitung absichtlich nicht gut !befestigt wurde. Dadurch kann eine kleine Luftmenge zwischen der Wand der Leitung und der Umrandung des Filters

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hindurchtreten. Nach einer Durchleitung von Luft während 16 Stunden wurden die Scheiben aus Zellulosenitrat entfernt und in der beschriebenen Weise entwickelt. Die

4 Scheibe der Prüfeinheit vor dem Filter hatte etwa 6 χ 10

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Spuren pro cm . Die Scheiben der Prüfeinheiten hinter dem Filter, die entfernt von der nicht befestigten Kante des

2 Filters lagen, hatten etwa 10 Spuren pro cm . Daraus ist ersichtlich, daß der Filter in diesen Bereichen wirksam arbeitet. Die Scheiben in der Nähe der nicht befestigten

2 Kante des Filters hatten dagegen etwa lOOO Spuren pro cm Dies zeigt duetlich einen Deffekt des Filters in diesem Bereich ari. Die Zahl der Spuren kennzeichnet die Größe des Lecks.

Beispiel III

Ein absoluter Filter wurde in einer Leitung mit einem Quer-

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schnitt von etwa 5160 cm angeordnet. Durch die Leitung wurden Abgase eines Siedewasserreaktors hindurchgeleitet. Eine Anordnung von Prüfeinheiten'wurde wie in Fig. 1 vorgesehen, wobei jede Prüfeinheit hinter dem Filter einen Abstand von etwa 7,5 cm von dem Filter aufwies. Jede Prüfeinheit hatte einen Membranfilter mit einer durchschnittlichen Porengröße von etwa 5 Mikron. Eine Scheibe aus Zelluloseacetat mit einer Dicke von etwa 30 Mikron und einem Durchmesser von etwa 13 mm wurde etwa 13 ram vor der Filteroberfläche wie in Fig. 2 angeordnet. Das Abgas des Reaktors wurde durch die Filteranlage während 24 Stunden mit einem Durchsatz von etwa 3 m pro Minute hindurchgeleitet. Dieses Gas enthielt in dem Reaktor durch Strahlung erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff, sowie kleine Mengen von Spaltgas wie Xenon, Krypton etc. Bei Beendigung des Versuchs wurden die Scheiben in einer 5-normalen Kaliumhydroxydlösung bei etwa 50 C während 2 Stunden entwickelt. Unter dem Mikroskop wurden dann die Anzahl der Spuren pro cm gezählt* Da das Zellulosematerial nur für Alpha-Teilchen empfindlich ist, wurden durch Gamma-Strahlung und Beta-Strahlung keine Spuren erzeugt,

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welche Strahlung die Schicht aus Zelluloseacetat von anderen Zerfallsprodukten erreichen konnte, die in der Gasströmung vorhanden waren. Die Scheibe der Prüfeinheit vor dem Filter

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hatte etwa 8 χ 10 Spuren pro cm . Die Scheiben der Prüfeinheiten hinter dem Filter hatten etwa. 10 Spuren pro cm . Daraus ist ersichtlich, daß der Filter die Alpha-Strahlen wirksam aus der Gasströmung entfernte« Da die Zahl der Spu-. ren auf jeder Scheibe praktisch gleich war, wies der Filter eine gleichförmige Wirksamkeit entlang seines Querschnitts auf. ·

Beispiel IV

Das Beispiel III wurde wiederholt, wobei jedoch Fehlstellen in dem Filter verursacht wurden, indem ein Stahlstift mit etwa 6 mm Querschnitt teilweise in den Filter an verschiedenen Stellen eingedrückt und wieder entfernt wurde. Nach der beschriebenen Entwicklung der Scheiben wurde die Anzahl der Spuren in jeder Scheibe gemessen. Die

4 vor dem Filter angeordnete Scheibe hatte 8 χ 10 Spuren

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pro cm . Die hinter dem Filter angeordneten Scheiben, die entfernt von den beschädigten Bereichen angeordnet waren,

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hatten etwa 10 Spuren pro cm . Dies zeigt, daß der Filter in diesen Bereichen mit einem guten Wirkungsgrad arbeitete. Die in der Nähe der beschädigten Bereiche angeordneten Scheiben

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hatten dagegen etwa 10 - 10 Spuren pro cm . Dies zeigt an, daß der Filter in diesen Bereichen defekt ist und eine unerwünscht große Menge des auszufiltrierenden Materials hindurchläßt.

Patentansprüche

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Claims

- 10 Patentansprüche ,

ί./ Überwachungseinrichtung für eine Filteranlage", dadurch gekenn ze ic h η e t , daß mindestens eine Prüfeinheit mit einem Registriermaterial für Alphastrahlung vor dem ELlter angeordnet ist, daß mindestens eine Prüf einheit mit dem Registriermaterial hinter dem Filter angeordnet ist, daß ein Teil der Strömung durch eine Filterschicht in jeder Prüfeinheit abgezogen wird, und daß das Registriermaterial in der Nähe dieser Filterschicht angeordnet ist.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, da d u r cn. gekennzeichnet, daß mehrere Prüfeinheiten hinter dem Filter in gleichförmiger Anordnung und gleichem Abstand von dem Filter in einer Entfernung von etwa 7,5 bis 75 cm von der Filteroberfläche angeordnet sind.
3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, d a d, u r c h gekennzeichnet, daß jede Prüfeinheit über eine Leitung mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, durch die ein Teil der Strömung durch die Leitung abgesaugt wird, und daß die Filterschicht gegenüber einer Scheibe aus dem Registriermaterial angeordnet ist, die in Absaugrichtung vor der Filterschicht liegt.
4. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Registriermaterial durch die Stützeinrichtung in einem Abstand von der Fi lter schicht angeordnet ist, der geringer als die Reichweite der Alpha-Teilchen in der Strömung ist«

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