Referenční metody měření emisí

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.

Měření rychlosti proudění

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. 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.

Pitotova a Prandtlova trubice

Nejjednodušší a nejstarší zařízení pracující na tomto principu byla Pitotova trubice. Šlo v podstatě o již naznačený způsob snímání celkového a statického tlaku. 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. 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.

Čtěte také: Definice referenčního klimatického roku

U ideálně vyvinutého rychlostního profilu (při laminárním i turbulentním proudění) možno přibližně určit měřením v místě vzdáleném o ¼ R od vnitřní stěny potrubí.

ČSN ISO 10780

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. Typ „L“ 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“ 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.

Čtěte také: Referenční Stanovisko k seismicitě

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 %.

Postup měření

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. 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.

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.

Čtěte také: Zkoumání ekologie

Dále se změří a zapíše atmosférický tlak pamb. 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.

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.

Legislativní požadavky

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

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:

• QAL1 - Posouzení vhodnosti měřicí metody porovnáním s požadovanou nejistotou měření (ČSN ISO 14956) - provádí výrobce AMS.
• QAL2 - Kalibrace AMS a určení variability naměřených hodnot prokazující vhodnost daného AMS - provádí autorizovaná osoba po instalaci AMS a dále v pravidelných intervalech 3 let.
• QAL3 - Zajištění a prokázání požadované jakosti výsledků měření v průběhu normální činnosti AMS spočívající v ověření souladu charakteristik MR s požadavky stanovenými v průběhu QAL1 - provádí provozovatel zdroje průběžně.
• AST - (Annual Surveillance Test) Roční ověření správnosti údajů s cílem určení zda správně funguje a plní zadané charakteristiky a zda platí určená kalibrační funkce a variabilita - provádí autorizovaná osoba jedenkrát za rok.

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).

Normalizované referenční metody

• ČSN EN 13284-1 Stacionární zdroje emisí - Stanovení nízkých hmotnostních koncentrací prachu - Manuální gravimetrická metoda
• ČSN EN 14792 Stacionární zdroje emisí - Stanovení oxidů dusíku (NOx) - Referenční chemiluminiscenční metoda
• ČSN EN 15058 Stacionární zdroje emisí - Stanovení oxidu uhelnatého - Referenční metoda - Nedisperzní infračervená spektrometrie
• ČSN EN 14791 Stacionární zdroje emisí - Stanovení oxidu siřičitého - Referenční metoda - Odměrné stanovení chloristanem barnatým
• ČSN EN 12619 Stacionární zdroje emisí - Stanovení nízkých hodnot hmotnostní koncentrace celkového uhlíku ve spalinách - Kontinuální metoda využívající plamenového ionizačního detektoru
• ČSN EN 1911 Stacionární zdroje emisí - Stanovení hmotnostní koncentrace chloridů vyjádřených jako HCl - Normovaná referenční metoda
• ČSN ISO 21877 Stacionární zdroje emisí - Stanovení hmotnostní koncetrace amoniaku - manuální metoda
• ČSN EN 14789 Stacionární zdroje emisí -Stanovení kyslíku (O2) - Referenční metoda-Paramagnetická metoda
• ČSN P CEN/TS 17340 Stacionární zdroje emisí - Stanovení hmotnostní koncentrace sloučenin fluoru vyjádřených jako HF - normovaná referenční metoda
• ČSN P CEN/TS 17405 Stacionární zdroje emisí - Stanovení objemové koncentrace CO2 - Referenční metoda - Infračervená spektrometrie
• ČSN EN 13211 Kvalita ovzduší - Stacionární zdroje emisí - Manuální metoda stanovení celkové hmotnostní koncentrace rtuti

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.

tags: #referenční #metody #měření #emisí

Oblíbené příspěvky:

• Co znamená potlačování hlasu přírody?
• Témata pro dizertační práce v ekologii
• Ekologická izolace z Vrchlabí
• Zábavné třídění odpadu ve školkách
• Jak na tisk OLPNO