Фильтры респираторов

Для очистки воздуха от аэрозолей используют фильтры, которые состоят из большого числа тонких волокон. При прохождении воздуха через такой фильтр он огибает волокна, меняя направление движения. Относительно крупные частицы (больше 5 мкм) по инерции не успевают изменить направление движения, сталкиваются с волокном и прилипают к нему (инерционное улавливание). Если частица изменяет направление движения так, что может пройти мимо волокна, но расстояние от её центра до поверхности волокна меньше её радиуса, то она касается волокна и прилипает к нему (улавливание касанием). Если частица очень маленькая (меньше 0.05 мкм), то под действием ударов молекул она совершает хаотичные движения из стороны в сторону относительно своей «усреднённой» траектории, и за счёт этого может столкнуться с волокном (улавливание с помощью диффузии). При наличии электрического заряда на волокне и/или частице появляются кулоновские и/или поляризационные силы, способствующие улавливанию частиц — особенно мелких, до 1 мкм. Иллюстрация разных способов улавливания аэрозолей

При сертификации[1] фильтров и фильтровальных полумасок их проверяют в лабораторных условиях. Измеряется их сопротивление дыханию и проникание аэрозоля контрольного вещества (с заданными свойствами) при определённом расходе воздуха. Как контрольное вещество часто используют аэрозоль, состоящий из частиц хлорида натрия (твёрдые частицы); парафинового масла и диоктилфталата (жидкие частицы). Так как проникание частиц через фильтр зависит от их размера, то при проверке используют такие частицы, размер которых близок к «наиболее проникающим». Если после этого в производственных условиях через фильтр будет проходить воздух, загрязнённый промышленной пылью другого размера, то степень очистки будет выше. При загрязнении фильтра уловленной пылью его свойства изменяются. Поэтому при сертификации фильтры могут проверяться на запыление — их свойства проверяют после того, как они уловили такое количество пыли, которое может попасть на них в течение 1 смены (например — 200 мг на 1 комплект фильтров). При попадании некоторых аэрозолей на фильтры (например — масляного тумана), сделанные из волокон, содержащих электрический заряд, последний может уменьшаться и пропадать, что ухудшает степень очистки фильтров. Фильтры, предназначенные для использования в таких условиях имеют другую маркировку и проверяются при воздействии других аэрозолей.

В настоящее время в ЕС и в РФ принята похожая классификация противоаэрозольных фильтров. А в США классификация противоаэрозольных фильтров отличается от европейской.

Таблица 1. Классификация противоаэрозольных фильтров в ЕС и в РФ (приводится их обозначение и степень очистки) и фильтрующих полумасок (FFP)

Сменные противоаэрозольные фильтры имеют белую окраску.

Респираторы — фильтрующие полумаски изначально разрабатыввались как одноразовое средство защиты. Но на практике их часто использовали неоднократно. В связи с этим новый стандарт ЕС (EN 149:2001+A1:2009 «Respiratory protective devices — Filtering half masks to protect against particles — Requiremments, testing, marking») и ГОСТ Р 12.4.191-2011 требуют указывать возможность неоднократного использования (R) или его невозможность (NR), например: FFP3 R (допустимо неоднократное использование), FFP2 NR (для однократного использования). В отличие от стандарта ЕС (обозначения S, SL) и стандарта США (обозначения N, R, Р), стандарт РФ не позволяет определить — допустимо ли использование фильтра (фильтрующей полумаски) при воздействии жидких аэрозолей, которые способны нейтрализовывать электрические заряды волокон, что ухудшает эффективность очистки.

Таблица 2. Классификация фильтров и фильтрующих полумасок в США (приводится их обозначение и степень очистки)

Цвет фильтра класса Р100 — фиолетовый, у P95, P99, R95, R99 и R100 — оранжевый, у N95, N99 и N100 — (цвет Teal — птица чирок). Среди фильтрующих полумасок наиболее распространёнными являются N95, которые примерно соответствуют FFP2 (ЕС/РФ).

При использовании респираторов без принудительной подачи воздуха замену фильтров обычно проводят при таком загрязнении фильтра, когда становится трудно дышать; или при повреждении фильтра. В США не-маслостойкие фильтры (тип R) нужно заменять каждую смену.

При использовании респираторов с принудительной подачей воздуха фильтры обычно заменяют по мере их загрязнения — когда вентилятор уже не может обеспечить подачу требуемого количества воздуха. Для проверки расхода воздуха изготовители СИЗОД делают разные приспособления. У Airstream Helmet сделана пластинка с отверстиями, которая «присасывается» к отверстию для входа воздуха при достаточно большом расходе, и падает под действием силы тяжести при недостаточно большом расходе. 3М сделала «поплавок», который вставляется в шланг (идущий от блока фильтрации на поясе к маске). Это приспособление «всплывает» в потоке подаваемого воздуха, и величина подъёма зависит от расхода воздуха.

Часть респираторов с принудительной подачей воздуха оснащена датчиками расхода воздуха или датчиками избыточного давления под маской, и их показания могут использоваться для своевременной замены фильтров.

Для очистки воздуха от вредных газов обычно используется поглотитель (сорбент) и/или катализатор. Как поглотитель часто используется активированный уголь, обладающий большой площадью поверхности. Для улучшения улавливания его могут пропитывать разными химическими соединениями. За счёт диффузии молекулы вредных газов достигают его поверхности и улавливаются. Катализатор может использоваться для обезвреживания вредных газов при протекании химической реакции (например СО → СО₂. Если для эффективной работы сорбента или катализатора нужно, чтобы воздух был достаточно сухой, то перед ними размещают поглотитель влаги.

В тех случаях, когда имелся противоаэрозольный фильтр, коробка дополнительно защищала от пыли, дыма и тумана, и на ней имелась белая вертикальная полоса.

Таблица 4. Современная классификация и маркировка противогазных фильтров в ЕС и РФ для средств индивидуальной защиты без принудительной подачи воздуха

Кроме того существуют:

• противогазные фильтры для защиты от специальных соединений SX (фиолетовые, используемые в респираторах без принудительной подачи воздуха), которые не разделяют на классы.
• противогазные фильтры для защиты от органических соединений с низкой температурой кипения, рекомендованные изготовителем АХ (коричневый, только для однократного применения, используемые в респираторах без принудительной подачи воздуха), которые не разделяют на классы.

Если противогазный фильтр предназначен для защиты от нескольких разных вредных газов, то в его обозначении приводится перечень обозначений для отдельных видов улавливаемых вредных газов, например: А2В1, цвет — коричнево-серый.

Работодатель должен гарантировать, что используемые на рабочем месте фильтры будут иметь маркировку и цветовое кодирование, и что эта маркировка не будет удаляться и будет удобночитаема. При этом в США требуют, чтобы фильтры выбирались не по их цвету, а по надписи, где точно указаны вредные вещества, от которых защищает фильтр, и ограничения по его применению.

Таблица 5. Маркировка противогазных фильтров в США (2010г)

Оранжевый цвет может использоваться для окраски всего корпуса фильтра, или как полоска. Но этого цвета нет в таблице, и для определения того, от чего защищает фильтр с такой маркировкой, следует прочитать надпись

При сертификации противогазных фильтров в лаборатории проверяется время их защитного действия при воздействии некоторых вредных газов, перечисленных ниже.

Комбинированный фильтр в разрезе. Внизу, первым по ходу воздуха — противоаэрозольный фильтр (белый, гофрированный), выше — отделение для гранул сорбента (они высыпались).

Таблица 6. Испытания противогазных фильтров при сертификации (РФ)

Важно отметить, что все стандарты по сертификации противогазных фильтров, предназначены только для того, чтобы проверить — соответствуют ли эти фильтры определённому минимальному набору требований, и поэтому эти стандарты и написанные в них значения нельзя использовать для определения защитных свойств в производственных условиях — там, где они будут использоваться.

Конкретные примеры:

• Существуют сотни вредных для здоровья газов. Но в стандартах, перечисленных в конце статьи, нет ни одного, который бы предусматривал испытания респираторов при воздействии сотен вредных веществ, и эти стандарты не позволяют определить срок службы противогазных фильтров при воздействии таких веществ.
• В тех случаях, когда в воздухе рабочей зоны есть именно те вещества, которые указаны в стандарте, нужно учитывать, что из-за различий в: расходе воздуха, температуре и влажности воздуха, концентрации вредных веществ (между лабораторными и производственными условиями) срок службы фильтра может значительно отличатся от величины, указанной в стандарте.

Поэтому стандарты по сертификации противогазных фильтров нельзя использовать для определения их срока службы. Для этого в развитых странах изготовители респираторов дают конкретные указания для конкретных вредных веществ или их сочетания, и конкретных условий применения. Такая информация может предоставляться в виде бесплатного программного обеспечения: MSA — Cartridge Life Calculator, Пример 3М, Пример). Подробнее см. Способы замены противогазных фильтров респираторов.

Своевременная замена противогазных фильтров является очень сложной технической проблемой, и способы её решения описаны в отдельной статье Способы замены противогазных фильтров респираторов.