EN16911 Ny standard for manuel og automatisk flowmåling af røggas

 

Baggrund

 

Igennem længere tid har EU kommissionen interesseret sig voldsomt for udledning af drivhusgasser, ikke mindst i forbindelse med handel med udslipsmængder, den såkaldte ”quota trading”.

I den forbindelse er der skrevet standarden  EN ISO 11771 Luftkvalitet – Bestemmelse af tidsvægtet masseemission og emissionsfaktorer, eller på engelsk  Air Quality – Determination of time averaged mass emission and emission factors.

Hvis man ikke kan anvende emissionsfaktorer, skal man jo måle, og derfor er flow kommet mere og mere i søgelyset, da en række undersøgelser viste at der kunne forekomme endog meget store fejl ved at lægge ISO 10780 og ISO 14164 til grund for målingerne, ikke fordi det er dårlige standarder, men fordi de ikke tager fat om de problemer, der opstår ved beregning af et samlet årsudslip. De er nemlig skrevet til andet formål.

 

EN16911 består således 2 standarder:

 

EN16911-1: Air Quality — Measurement of stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and volumetric flow in ducts - Part 1:  Manual Reference Method

 

Det er standarden for den manuelle måling, d.v.s. de forskrifter, som et måleinstitut skal anvende, når de laver en kontrolmåling eller en kalibrering i en røggaskanal.

Den har mindre interesse for anlægsejere, og skal derfor heller ikke omtales her, udover at den skal bruges som reference når man udbyder og/eller ordrer en sådan måling, f.eks. QAL2 af en flowmåler.

 

EN16911-2: Air Quality — Measurement of stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and volumetric flow in ducts - Part 2:  Automated measuring systems.

 

Part 2 derimod er interessant for anlægsejere, og den er væsensforskellig fra, hvad der hidtil er brugt baseret på ovennævnte ISO standarder.

Arbejdsgruppen, der skrev EN16911-2 standarden for valg, installation, kalibrering og vedligehold af anlægsflowmålere, fastslog, at da målet var en korrekt estimering af årsudslip, beregnet fra af over 15.000 enkelte  ½-times værdier (faktisk 17.520 hvis man opererer alle 365 dage i 24 timer hver dag), så betyder den tilfældige fejl (målepræcision) ikke ret meget, derimod er det meget vigtigt at have styr på den systematiske fejl. 

Sagt på en anden måde: Den tilfældige fejl formindskes voldsomt fordi man tager gennemsnittet af så mange målinger, mens den systematiske  fejl kun forstærkes af at man tager gennemsnittet af så mange målinger.

Derfor er EN16911-2 opbygget med det formål at undgå systematiske fejl, hvad der da også står i introduktionen i standarden.

 

EN16911-2 har 2 "spor" at vælge imellem:

 

Det ene spor: til EN14181

 

Det ene spor er at følge EN14181 meget tæt, idet man dog ikke har en grænseværdi og usikkerhedsgrænse fra et EU direktiv. Da standarden imidlertid er skrevet med det formål at opnå de meget høje præcisionskrav, som EU beslutning om drivhusgasser fra 18. juli 2007 forlanger, foreskriver den derfor at man i beregningerne af usikkerhedskrav fra EN14181 skal anvende højeste måleværdi under kalibreringen (QAL2 eller AST) som grænseværdi (ELV) og en højeste usikkerhed, σD i EN14181, på 2%.   

Det lyder meget skrapt, men de mange test, som arbejdsgruppen har gennemført på både et affaldsforbrændingsanlæg og et kulfyret kraftværk, viser at det sagtens kan lade sig gøre.

Før indkøb af en flowmåler skal en QAL1-beregning gennemføres, se afsnit om EN14181 herom, og under drift skal QAL3 gennemføres, se ligeledes afsnit under EN14181 herom.

 

Det andet spor: Preinvestigation

 

Det andet spor er baseret på en forundersøgelse af flowforholdene i kanalen før anlægsmålerne anskaffes. Det er en filosofi, der er i tråd med EN15259, der ligeledes foreskriver en forundersøgelse af kanalen før, eller i forbindelse med de første manuelle målinger gennemføres.

Da systematiske fejl er i fokus i 16911-2, og den mest betydende kilde for systematiske fejl er ændringer i flowprofilet i kanalen hvor en flowmåler placeres, skal forundersøgelsen vise, om der sker sådanne ændringer fra værkets toplast (højeste flow hastigheder) til minimal last (laveste flowhastigheder), samt bestemme indflydelsen på en flowmålers kalibrering.

Samtidigt skal forundersøgelsen vise om en enkeltpunktsmåling kan anvendes, eller der skal en måling på tværs af kanalen til for at opnå tilstrækkelig målekvalitet.

I komplicerede tilfælde, f.eks. kanaler med megen rotation af flowet i kanalen (på engelsk kaldet swirl) kan en måling med flere målestrækninger på tværs af kanalen komme på tale.

Skriv en tekst her

 

CFD (Computational Fluid Dynamics)

 

Som noget ganske nyt er det tilladt at gennemføre en denne preinvestigation på en computermodel, et såkaldt Computational Fluid Dynamics -program. Standarden indeholder et annex med retningslinier herfor.

 

Lempelser for QAL2 og AST

 

En preinvestigation koster selvfølgelig noget, men kompensationen er at både QAL2 og AST bliver reduceret i omfang, da flowets dynamiske forhold er kortlagt en gang for alle.

Hvis preinvestigation ikke er gennemført, skal man gennemføre en QAL2 på 15 målepunkter og en AST på 5 målepunkter, tilrettelagt således at såvel maksimalt som minimalt flow er dækket ind under QAL2- og AST- proceduren.

Hvis preinvestigation er gennemført, kan man nøjes med 9 målepunkter ved det flow, der nu er for hånden den dag QAL2 målingen gennemføres.

Det er således en ikke uvæsentlig besparelse fremover, der kan opnås ved at gennemføre en preinvestigation, og det er da også intentionen at motivere bygherrer til at gøre det.

På den anden side fandt arbejdsgruppen der rimeligt, at hvis man sætter en flowmåler op efter at have vist ved QAL1-gennemgangen at den er egnet, og den består QAL2 kalibrering, så må den accepteres med de krav som den almindelige kvalitetssikringsstandard EN14181 foreskriver.

 

Nye metoder til kalibrering.

 

Den traditionelle kalibreringsmetode med pitotrør er hovedemnet i EN16911-1, men som noget ligeledes nyt har arbejdsgruppen gennemført eksperimenter med såkaldte tracer metoder, og kalibrering med disse har vist sig uhyre præcise.

Til venstre ses 2 eksempler med henh. 2 kalibreringer med radioaktiv tracer og 3 kalibreringer med fortyndingstracer. Regressionslinierne falder sammen, man ser kun én linie.

En anden fordel ved tracermetoderne er at man kan gennemføre mange målinger ret hurtigt.

Der er 2 metoder, en metode med et mildt radioaktivt sporstof, hvor røggashastigheden i m/s bestemmes ved tidstagning, og en metode med enten CH4 eller N2O som tracer, hvor fortyndingen måles og volumeflowet i m³/s derved bestemmes direkte. Valg af tracer afhænger af hvilke stoffer man har i sin røggas i forvejen.

Eksperimenterne viste at disse metoder var mindst ligeså gode som traversering med pitotrør, og i de fleste tilfælde en del bedre. Valg af metode kan derfor afhænge af om alligevel skal måle andre parametre, og derfor under alle omstændigheder skal lave en traversering med pitotrør, eller om kun kun skal lave en kalibrering af en flowmåler .

 

Problemer med kalibrering af flowmålere

 

 

Der gennemføres en del flowmålerkalibreringer for tiden bl.a. på grund af de skærpede regler for NOx afregning.

Undertiden kan det være svært at opnå tilstrækkelig præcision ved kalibrering.

Uanset hvor mange kalibrerings-punkter man laver, er spredningen for stor, eller der opstår kalibreringspunkter i flere ”klumper”.

For at komme nærmere en årsag er en analyse af flowprofilen et godt værktøj. Nedenfor vises 2 eksempler som kunne være til inspiration ved andre problematiske kalibreringer.

Flowmåler kalibrering

Måler uheldigt placeret

 

I dette tilfælde opnåedes en rimelig kalibrering, blot med en kalibreringsfaktor der lå pænt over 1,00.

Da flowmåleren måler tværs over kanalen, og ellers er installeret korrekt, undrede at det blev en kalibrering, der lå så langt fra, hvad de troede var korrekt.

En analyse af de enkelte traverseringer ses til venstre herfor.

Den viser at langs den akse, akse 1,  hvor flowmåleren måler, er flowprofilet stærkt skævt, mens aksen vinkelret derpå, akse 2,  viser en pæn jævn profil.

Havde flowmåleren nu siddet i akse 2, havde den vist korrekt med en kalibreringsfaktor tæt på 1,00.

 

Men det ses tillige at flowprofilet ikke ændrer sig væsentligt fra måling til måling, alle flowprofiler i en akse er næsten identiske, selvom flow’et variere fra ca. 13 til ca. 16 m/s.

Det er rigtig godt, for det betyder at flowmåleren vil måle rigtigt, når den er korrigeret med kalibreringsfaktoren, selvom den sidder et sted, hvor den ikke måler det korrekte gennemsnit.

Man kan udtrykke det som at den måler for lidt, men den måler ”konstant for lidt” og er derfor kalibrerbar.

Og det er jo formålet med et hele. 

Flowprofil, der ændrer sig

 

Anderledes forholder det sig med dette eksempel. Det er flowmålere, der er kalibreret 2 gange, og begge gange er de ikke opnået tilstrækkelig stor nøjagtighed (tilstrækkelig lav varians).

Som det ses, er flowprofilet ikke kun ujævn, den ændrer sig også fra måling til måling, i begge akser, så det er ikke noget under, at den ikke er særlig godt kalibrérbar.

Det ses på flowprofil i akse 1 at ikke alene er der en ”pukkel” i flowprofilet ca 30 cm inde, men profilets ”hældning” på det lange stykke er heller ikke den samme.

 

Derudover er der ind imellem et par, f.eks. den blå på akse 1der ligger nederst i venstre side ved 10 m/s, som ikke udviser denne ”pukkel”, ligesom den lysegrønne næsten øverst ligefrem har et ”dyk” hvor de andre profiler har en pukkel.

På akse 2 ses de sammen fænomener på den lysegrønne øverst, men også på den bordeaux-farvede næsten nederst.

 

Konklusion

Heraf kan man konkludere følgende:

  1. Får man lavet en kalibrering med traversering med pitotrør, skal man i kontrakten forlange flowprofiler præsenteret for hver enkelt traversering , f.eks. som vist ovenfor, idet det er den bedste kvalitetssikring af kalibreringen.
  2. Hvis profilerne ligger som vist i eksempel 1 er kalibreringen troværdig i den forstand, at man kan stole på at den også er gældende fremover.
    Hvis den ligner eksempel 2 er det tvivlsomt om kalibreringen, hvis den gentages, giver samme resultat, og man bør overveje at flytte flowmåleren, eller ændre konfiguration.
     
  3. Det vigtigste er at man overhovedet beskæftiger sig med flowprofiler, når man kalibrerer flowmålere.