V rámci činností a úkonů prováděných při měření emisí je potřeba často měřit nejrůznější fyzikální veličiny. Výčet všech fyzikálních veličin je značně rozsáhlý. Cílem tohoto příspěvku je zaměřit se pouze na ty veličiny, jež jsou nejčastěji měřeny při emisních měřeních.
Příspěvek se věnuje problematice měření průtoku plynu v uzavřeném profilu. Zabývá se fyzikálním principem měření a také odkazuje na normované postupy zabývající se touto problematikou. Dále je v krátkosti pojednáváno o principech měření teplot a tlaků, které jsou pro měření průtoku nezbytnými stavovými veličinami.
Tekutinami nazýváme látky, jejichž nejmenší částice se navzájem snadno přemisťují. Přitom rozlišujeme kapaliny, jejichž objem jen velmi málo podléhá vlivu změny tlaku a teploty, od vzdušin neboli plynů a par, které se naopak vyznačují značnou stlačitelností i tepelnou roztažností. Kapaliny, jejichž hlavním představitelem je voda, jsou předmětem studie hydromechaniky. Chování stlačitelných tekutin, zvláště vzduchu, sleduje aeromechanika.
Při přepočtu průtoku na časovou jednotku lišící se od jednotky, během které se průtok stanovoval, musíme ovšem předpokládat, že okamžitý průtok (jako limitní případ: Δτ → 0) zůstává po celou dobu nezměněn.
V proudící tekutině (kapalina, plyn nebo pára) vedle statického tlaku pst působí ještě i tlak dynamický pd. Zatímco pst je veličinou skalární (působí stejně všemi směry), pd je vektorem, který v daném bodě má totožný směr jako vektor rychlosti proudu. Součet (vektorový) obou tlaků se nazývá celkovým tlakem pc.
Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?
Trubka, která je vložena do proudící tekutiny tak, aby její ústí stálo kolmo na směr proudu, bude udávat celkový tlak pc, protože v otvoru trubky se změní kinetická energie proudu na dynamický tlak pd.
Rychlost pohybující se částice tekutiny je v případě prostorového proudění vektor určený třemi složkami vx,y.z ve zvoleném souřadnicovém systému. Vztah (7) pro rychlost platí přesně pouze pro proudění nestlačitelných tekutin nebo plynů s malou rychlostí. V obou případech lze tedy měření rychlosti převést na měření tlaku (pd, pst), známe-li určité fyzikální vlastnosti tekutiny.
Nejjednodušší a nejstarší zařízení pracující na tomto principu byla Pitotova trubice. Šlo v podstatě o již naznačený způsob snímání celkového a statického tlaku. Stejně jako na obr. Rychlostní sondu pro měření tlaků pst a pc prakticky v jediném místě navrhl Prandtl. Tato sonda byla navržena se zřetelem na rozdělení tlaku na povrchu obtékaného rotačního tělesa, které by vzniklo složením rovnoběžného proudu a bodového zdroje. Na čele rotačního tělesa se celá rychlost nerušeného proudu mění v dynamický tlak, takže celkový tlak je tam největší. Dále na křivém povrchu tělesa tlak značně klesá, protože zhuštěním proudnic se tu zvyšuje rychlost. Potom v dostatečné vzdálenosti od čela se opět zvýší na hodnotu přibližně rovnou statickému tlaku v nerušeném proudu (viz obr. č. 2). Tlakový rozdíl vznikající mezi otvorem na čele a štěrbinami na obvodu je relativně malý, čímž je limitováno i její použití při malých rychlostech (tlacích) tekutiny. Prandtlova trubice není vhodná pro samotné určení směru rychlosti proudění.
U ideálně vyvinutého rychlostního profilu (při laminárním i turbulentním proudění) možno přibližně určit měřením v místě vzdáleném o ¼ R od vnitřní stěny potrubí (viz obr.
Tato mezinárodní norma specifikuje manuální metody pro stanovení rychlosti a průtoku plynů v potrubí, výduších a komínech, které ústí do atmosféry. Průměrná rychlost proudu se zjišťuje pomocí Prandtlovy trubice změřením hodnoty rychlosti v ve zvolených bodech průřezu potrubí. Průtok qv se vypočítá vynásobením plochy průřezu průměrnou rychlostí proudu plynu v tomto průřezu.
Čtěte také: Postupy měření emisí 2T
Typ „L“ (viz obr. č. 4) detailněji popsaný v ČSN ISO 10780 je považovaný za standardní rychlostní sondu. Tento typ je také známý jako Prandtlova-Pitotova sonda. Základním požadavkem při měření je rovnoběžnost osy vstupního otvoru (hlavy sondy) s osou kanálu (proudu) v místě měření. Při měření celkového a statického tlaku se při odklonu sondy od směru proudu do ±5° velikost naměřených hodnot prakticky nemění. Při měření dynamického tlaku je jeho hodnota prakticky stálá do odklonu ±15°. Pokud je sonda vyrobena dle nákresu, je její konstanta K = 0,99±0,01, což v podmínkách provozních měření představuje K = 1.
Prandtlova trubice typu „S“ (obr. č. 5) se velmi často používá při proměřování komínů, protože je vhodná k měření spojenému s odběrem vzorku a také proto, že je robustní, malá a snadno zhotovitelná (výhoda potřeby menšího otvoru pro zasunutí do potrubí roste se zvětšující se šířkou stěny potrubí). Pokud je sonda vyrobena dle nákresu, je její konstanta K = 0,84±0,01. Někdy se sonda typu „S“ kombinuje se sondou na odběr vzorku (izokinetický odběr vzorku tuhých látek) a teplotním čidlem.
Reynoldsovo číslo proudu plynu na povrchu Prandtlovy trubice musí být větší než 1200 a rychlost proudu plynu se musí pohybovat v rozmezí 5 až 50 m/s. Při hodnotách Reynoldsova čísla menších než 1200 jsou Prandtlovy trubice náchylné ke značným chybám. Proud plynu nesmí vykazovat žádné pravidelné ani cyklické kolísání tlaku. Zjištěné odchylky od střední hodnoty nesmí v daném bodě přesáhnout ±24 Pa.
V případě kruhového průřezu potrubí se měření musí provést nejméně ve dvou měřicích přímkách, které svírají pravý úhel. Rozdíl mezi průměrnými rychlostmi v obou měřených bodech nesmí překročit 5 %.
Před provedením měření se ujasní účel měření s objednavatelem včetně seznámení se s technologií. Jestliže výrobní proces může probíhat ustáleně, musí být v tomto stavu udržován tak, aby bylo dosaženo optimálních podmínek měření. Měření musí probíhat v přímém úseku potrubí s konstantním tvarem a plochou průřezu, co nejdále po směru toku od jakýchkoli překážek, které by mohly způsobit poruchy nebo změny směru toku.
Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták
Pro zajištění rovnoměrného rozdělení rychlosti plynu v rovině měření musí mít přímý úsek potrubí délku rovnou přinejmenším sedminásobku hydraulického průměru potrubí (v praxi někdy nesplnitelné). Na tomto přímém úseku potrubí se umístí měřicí profil ve vzdálenosti pěti hydraulických průměrů od počátku tohoto úseku. Minimální počet měřicích bodů je určen rozměry měřicího profilu. Obecně tento počet stoupá s rostoucí plochou průřezu potrubí.
Tabulka minimálního počtu vzorkovacích bodů:| Plocha měřicího profilu | Minimální počet měřicích bodů |
|---|---|
| Malá | 4 |
| Střední | 9 |
| Velká | 16 |
Plocha měřicího profilu musí být rozdělena na rovnoploché části a měření rychlosti musí být provedeno ve středu každé části. Žádný z měřicích bodů nesmí ležet ve vzdálenosti menší než 20 mm od stěny potrubí.
Pro rozdělení potrubí kruhových průřezů norma uvádí dvě možnosti. Obě rozdělují průřez potrubí na rovnoploché části. Při základním rozdělení je na rozdíl od tangenciálního rozdělení měřicí bod umístěn ve středu průřezu. Základní a tangenciální rozmístění v potrubí kruhového průřezu je uvedeno na obr. č. 6 a 7. Rozmístění měřicích bodů v potrubí čtyřhranného průřezu je uvedeno na obr. č. 8.
Dále se změří a zapíše atmosférický tlak pamb. Možný vzor formuláře pro zápis výše uvedených údajů je označen jako tab.
Vztah pro výpočet konstanty C odvodíme dosazením vztahu pro výpočet hustoty ρ tekutiny z molární hmotnosti (při efektivních podmínkách) do vztahu (7), který násobíme konstantou Prandtlovy trubice.
Požadavky na pomocná zařízení pro měření Prandtlovou trubicí jsou shrnuty v tab.
V jiných případech má být menší než 5 %. Přítomnost tuhých částic a aerosolů, které mohou ucpat otvory Prandtlovy trubice, může chybu zvyšovat. Zvýšení počtu vzorkovacích bodů může přesnost lehce zvýšit, ale při překročení šestnácti bodů je dosažené snížení chyby velmi malé.
Zákon o ochraně ovzduší 201/2012 Sb. § 6 odst. 5) uvádí: Kontinuálním měřením emisí se zjišťují emise znečišťujících látek a provozní parametry uvedené v příloze č. 4 k tomuto zákonu. Ověření správnosti výsledků kontinuálního měření zajistí provozovatel jednorázovým měřením emisí provedeným autorizovanou osobou podle § 32 odst. 1 písm. a) jednou za kalendářní rok. Každé 3 kalendářní roky provozovatel zajistí kalibraci kontinuálního měření emisí.
Evropská norma ČSN EN 14 181 Stacionární zdroje emisí - Prokazování jakosti automatizovaných měřicích systémů popisuje postupy zabezpečování jakosti potřebné k zajištění toho, aby automatizované měřicí systémy (AMS) instalované k měření emisí do ovzduší byly schopny pro naměřené údaje plnit požadované hodnoty nejistoty stanovené vyhláškou 415/2012 Sb. o přípustné úrovni znečišťování a jejím zjišťování a o provedení některých dalších ustanovení zákona o ochraně ovzduší, která transponuje Směrnici 2010/75/EU o průmyslových emisích.
Normou ČSN EN 14 181 jsou stanoveny následující úrovně prokazování jakosti (QAL) automatizovaných emisních měřicích systémů:
Tato norma se omezuje na zabezpečování jakosti (QA) AMS a nezahrnuje QA systému shromažďování a zaznamenávání údajů příslušného stacionárního zdroje emisí.
Při provádění souběžných měření v průběhu postupů QAL2 nebo AST uvedených v této normě musí být signály AMS vedeny přímo z AMS (např. ve formě analogového nebo digitálního signálu) do nezávislého systému pro záznam údajů náležejícího organizaci provádějící zkoušky QAL2 a AST.
Všechny údaje musí být zaznamenány v nekorigované podobě (bez korekcí např. na teplotu či obsah kyslíku). Systém pro záznam údajů instalovaný společně s AMS na zdroji lze společně s následným systémem řízení jakosti využívat pro záznam výsledků naměřených AMS.
Pro kalibraci (QAL 2) a roční ověřování správnosti (AST) AMS s využitím nezávislé měřicí metody musí být provedeno souběžné měření AMS a normalizovanou referenční metodou (NRM).
Dle vyhlášky 415/2012 Sb. o přípustné úrovni znečišťování a jejím zjišťování a o provedení některých dalších ustanovení zákona o ochraně ovzduší je u těchto metod vyžadováno osvědčení o akreditaci autorizované osoby (pro ČSN EN 14791 a ČSN EN 1911 od 1.9.2013) a s výjimkou ČSN 83 4728.
K získání kalibrační funkce nestačí použití samotných referenčních materiálů, a proto je to zakázáno. Hlavním důvodem je, že tyto referenční materiály neodpovídají matrici sledovaného odpadního plynu, nelze jimi ověřit, zda je vzorkovacím body AMS odebírán reprezentativní vzorek, a nelze je ve všech případech použít s daným vzorkovacím systémem.
Koncentrace analytu se musí v průběhu kalibrace měnit co možná nejvíce tak, aby byla zjištěná kalibrační funkce platná v podmínkách běžného provozu zdroje. Tím se zajistí platnost kalibrace AMS v co možná největším měřicím rozsahu a většině provozních stavů zařízení.
CEN/TR 15983 doporučuje měření provádět, když lze předpokládat nejvyšší emise a nejvíc rozptýlené; například, když se mění hadicové filtry.
Při každé kalibraci musí být provedeno nejméně 15 platných souběžných měření při normálním provozu zařízení. Tato měření musí být rovnoměrně rozdělena do nejméně 3 dnů a současně rovnoměrně v průběhu každého z těchto dnů v časovém intervalu čtyř týdnů. Nejmenší počet 15 platných měření znamená v praxi, že musí být odebráno více jak 15 vzorků, protože při následné analýze se může ukázat, že některé z nich jsou nevhodné.
Laboratoř použije údaje z NRM k určení, zdá má použít metodu A alebo B EN 14181: 2004 vyžaduje, aby se údaje nejdříve přepočetly na vztažné podmínky.
Příslušná kalibrační funkce je platná v případě, že zdroj je provozován uvnitř platného kalibračního rozsahu. Tento platný kalibrační rozsah je definován jako rozsah od nuly do ys,max stanovený při postupu QAL2 navýšený o 10 % kalibračního rozsahu za horní hranicí. To znamená, že pouze hodnoty spadající do tohoto platného kalibračního rozsahu jsou platnými výsledky měření.
Pokud kalibrační funkce nedosahuje k ELV, povoluje EN 14181: 2004 tyto postupy na extrapolování kalibrační funkce:
Emisní hodnoty průmyslových zařízení je možné zpravidla dělit do třech vzorů: data pro zpracování metodou A nebo B, emise mohou být také velmi nízké, případně rozptýlené v okolí nuly. Emise v okolí nuly jsou často výsledkem dobře řízených výrobních procesů.
Norma EN 14181: 2004 nebyla vyvinuta na zjištění a použití kalibrační funkce při nízkých hodnotách emisí. Emise se považují za nízké, pokud koncentrace nepřekročí 95 % intervalu spolehlivosti průměrného denního ELV. V těchto případech může nejistota NRM a AMS zpochybnit přesnost kalibrační funkce.
Pro řešení těchto případů navrhuje technická specifikace CEN/TR 15983 Stationary source emissions Guidance on the application of EN 14181: 2004 následující alternativní postupy:
Uvedené příklady popisují několik postupů, které byly použité oprávněnými orgány, přestože neexistuje specifické pravidlo, který z těchto postupů zvolit.
Pokud jsou emise příliš nízké, absence náhrad znamená, že nemusí být možné nakalibrovat analyzátory tuhých částic, dokonce ani s velkou nejistotou. Pro AMS TZL však neexistují ekvivalentní náhrady referenčních materiálů jako jsou kalibrační plyny pro plynové analyzátory. Proto je místo možností 3 a 4 uvedených výše potřebný alternativní přístup:
Následné podsekce popisují tři alternativní metody na kalibraci:
Při každém ověření musí být provedeno nejméně 5 platných souběžných měření při normálním provozu zařízení v průběhu jednoho dne. Hodnoty hmotnostní koncentrace oxidů dusíku vykazované v AMS jsou shodné v rámci stanovené tolerance s hodnotami měřenými NRM.
Měření emisí znečišťujících látek se provádí v místě před vyústěním odpadního plynu do ovzduší nebo na jiném místě, jestliže je v něm složení odpadního plynu stejné jako ve vyústění nebo je přesně definováno obsahem srovnávací složky, nejčastěji kyslíku tak, aby výsledky měření byly porovnatelné s hodnotami emisních limitů.
Zkušební laboratoř uvádí od dubna 2020 do provozu nový analyzátor měřící na principu Fourierovi transformace (FT-IR) GASMET DX4000 pro měření emisí anorganických a organických látek.
Správnost údajů kontinuálního měření ověřuje jednorázovým měřením autorizovaná osoba podle § 15 odst. 1 písm. a) zákona nejméně jednou za rok a dále při každém významném zásahu do emisního měřicího systému nebo technologického procesu nebo významné změně zpracovávaných surovin nebo spalovaného paliva, a to do 3 měsíců od vzniku některé z uvedených změn. Přípustná tolerance pro ověření správnosti údajů kontinuálního měření je 10 % z hodnoty emisního limitu měřené znečišťující látky, pokud jiný právní předpis nebo orgán ochrany ovzduší nestanoví jinak.
Výpočtem množství emisí je nepřímé zjišťování emisí.
Výpočtem se zjišťují emise u stacionárních zařízení pro spalování paliv o tepelném výkonu do 5 MW určených pro vytápění škol, objektů zdravotnických a sociálních služeb a objektů určených k bydlení. Pro výpočet se použijí emisní faktory uvedené v příloze č. pokud má být dodržování emisních limitů těchto látek dosahováno úpravou technologického řízení výrobního procesu nebo závisí na funkci zařízení k odstraňování emisí; takto se zjišťuje množství emisí pouze těch znečišťujících látek, jejichž emise překračují hodnoty uvedené v písmenech a) až h). Nepřekročení ročních emisí uvedených látek se prokazuje jednorázovým měřením.
Odběr a měření vzorků se provádí v místě vyústění odpadního plynu do ovzduší nebo na jiném vhodném místě před tímto vyústěním, jestliže složení odpadního plynu je stejné jako ve vyústění nebo je přesně definováno obsahem srovnávací složky, nejčastěji kyslíku.
U spaloven zvláštního a nebezpečného odpadu, bez ohledu na jejich výkon, se provádí jednou za kalendářní rok jednorázové měření (§ 10) znečišťujících látek uvedených v § 17 odst.
tags: #hmotnostní #měření #emisí #metody