Flowkalibrering baseret på EN 16911

Flowkalibrering baseret på EN 16911 30 minutter

Flowkalibrering baseret på EN 16911 Det, der er det gennemgående træk i denne standard, er omhyggeligheden, hvormed ændringer i flow profil er behandlet, det er nemlig det alt afgørende for en korrekt kalibrering af flowmåleren. Vi skelner mellem flowmålere, der: 1. Måler i ét punkt (pitotrør, varmetråds anemometre, optiske korrelations målere) 2. Målere, der måle gennemsnit over kanalen (ultralydsmålere) 3. Målere, der midler under hensyntagen til vægtning af kanalsegmentets størrelse i.h.t. EN 15259 (i mangel af bedre: midlende pitotrør = Anubar og Systech typerne).

Kalibreringens største udfordring er håndtering af ændringer i flowprofil.

Fra valideringstest af EN15259 hentes denne koncentrationsprofil:

Fra valideringstest af EN15259 hentes denne flowprofil:

Det resulterer i denne masseflowprofil fra EN15259 :

EN15259 beskriver hvordan man skal tage prøver i en skorsten, både for gasanalyse og flowmåling. Baggrunden er at alle segmenter, skal være lige store, fordi de bliver vægtet lige meget.

Ved rektangulære kanaler er det lettere at sikre samme areal pr. målepunkt.

Midlende pitotrør (Anubar, Metabar, Systech o.s.v.) løser teoretisk problemet med ændrende flowprofiler: Hullerne placeres som målepunkterne er foreskrevet i fra EN1529, d.v.s. også jævnt fordelt ved kvadratiske kanaler. Den burde derfor være ufølsom for flow profil ændringer, når hullerne er således placeret. Desværre er virkeligheden anderledes.

De skal altså teoretisk kunne udjævne effekten af ujævn og uforudsete flowprofiler. Det gælder dog ikke, hvis enkelte eller flere ujævnt fordelte huller tilstoppes. Der kan også opstå misvisning p.gr.a. luftstrømning fra ét målehul til et andet ved meget stejl flowprofil (høj gradient).

Det gælder selvfølgelig heller ikke hvis måleren misrygtes Her er der ét åbent hul, resten er tilstoppet! Det kommer vi tilbage til

Det gælder selvfølgelig heller ikke hvis hullerne er placeret forkert Rød placering er hvis kanalen var cirkulær efter EN15259; Grøn placering hvis kanalen var rektangulær efter EN15259: Blå placering var som de var sat! Hverken fugl eller fisk

En af de mest anvendte metoder i dag er ultralyd, der måler lineært gennemsnit, hvor den sidder. D.v.s. at den vejer alle segmenter lige meget, selvom de ikke repræsentere det samme areal. Den er derfor følsom for profilændringer.

Hvis flowprofilet ændrer sig, så passer kalibreringen jo kun ved én strømningshastighed, der hvor den er målt. Bl.a. derfor skal flowprofilen efter EN16911 tegnes op ved enhver kalibrering, så man kan se under hvilke forhold, den er lavet. Til gengæld kan vi, med kendskab til flowprofilet, beregne den teoretiske kalibreringsfunktion.

Beregning af teoretisk kalibreringskurve: Blå værdier jævnt fordelt Røde værdier fordelt efter EN15259 mm fra væg m/s mm fra væg m/s 139 15,7 71 15,0 417 18,2 227 16,5 695 20,0 407 18,1 973 21,3 629 19,6 1251 21,9 950 21,2 1529 22,0 1830 21,3 1807 21,4 2151 19,9 2085 20,2 2373 18,4 2363 18,5 2553 16,9 2641 16,1 2709 15,4 Gennemsnit 19,5 18,2 Kalibreringsfaktor: 93,4% Hvis flowprofilet er taget hvor flowmåleren sidder, skal det passe. Hvis kalibreringen ikke passer, er der en fejl et eller andet sted.

Eksempler på teoretiske kalibreringsfaktorer: 1,0318 for akse 1: 0,9685 for akse 2: Gennemsnit 0,9983 ~ 1,0 Derfor er det uhyre vigtigt at anvende en af sine gamle kalibreringer, der højst sandsynligt er lavet med pitotrør, til at kontrollere sin flowprofil, før man vælger kalibreringsmetode.

Kalibreringsmetoder. Der er som før omtalt 3 metoder at vælge imellem efter EN16911 1: 1. Den traditionelle pitotrørsmetode. 2. Radioaktiv tracer (time based) metoden (IndMeas) 3. Dilution tracer metoden (E On)

Kalibrering med pitotrør:

Eksempel på en god kalibrering trods skæv profil: Flow et ændrer sig under kalibrering, men ikke under traversering, og det er det vigtigste.

Eksempel på en dårlig kalibrering: Problemet med den er, at flowet ændrer sig under traversering. Under de forhold er det jo tilfældigt, om det gennemsnit, men måler, er det rigtige billede af flowprofilen, eller det mere er bestemt af flowændringer end flowprofil.

Eksempel på en dårlig kalibrering Den giver alt for stor spredning. Dels kan man næppe opfylde metodetrin 4 i Forordning 601/2010 med denne kalibrering, og dels består den sikkert ikke R² teste efter EN16911, d.v.s. den dumper QAL2.

Eksempel på en AST, hvor 2 af målingerne i det ene plan gik galt. De 2 burde være taget ud som outliers.

Kalibrering med radioaktiv tracer:

Et radioaktivt stof *) sprøjtes ind i kanalen upstream, oftest før sugetræksblæseren (undertryk). Når det radioaktive sporstof passerer de to målestationer, måles tiden imellem, og med kendt afstand, er gennemsnit flow bestemt i m/s Nødvendigt med et lige stykke røggasrør på 20 30 m Detektorerne sættes udenpå skorstenen, åbninger eller flanger er ikke påkrævet. *) 137m Ba udvundet fra 137m Ba/137 Cs radioisotop generator

Detektor (geigertæller) monteret på skorsten

Injecerings udstyret. Tracer aktiveres lige inden det injiceres, med en halveringstid på 2½ minut, så i løbet af et kvarter er det i praksis væk igen.

Detekteringen af første puls (rød) og anden puls (blå)

Tidsbaseret måling med radioaktiv tracer. Der er 2 kalibreringskurver (94,04% og 93,95%).

Reaktionstider. En pitot rørs kalibrering varer ca. 10 minutter pr. traversering. Derfor er det væsentligt at flowmåleren sættes til en midlingstid svarende dertil. ( > 10 minutter). Tracer gas kalibrering er rigtig hurtig. Den måler på nogle sekunder. Derfor er det rigtig vigtigt at flowmåleren sættes om til mindst mulig reaktionstid (midlingstid < 1 sekund). Hvis ikke, får man stærkt forøget spredning. Efter kalibrering kan den sættes tilbage til hvad der ønskes fra kontrolrummet.

Kalibrering med dilution tracer (fortyndings sporstof):

Dilution metoden. En anden metode er fortynding: En sporgas (CH 4 eller N 2 O) sendes ind i kanalen upstream i en bestemt dose hastighed n [mg/sec]. Downstream måles koncentrationen c [mg/m³] Forholdet giver volumetrisk flowrate: n/c [mg/s]/[mg/m³] = v [m³/s]. Denne metode kan også anvendes til kalibrering af væsker strømmende i i åbne kanaler. Her anvendes radioaktiv tracer.

Dilution kalibrering, udført på Amagerforbrændingen under WG23 validation tests. Anvendelse af CH 4 som tracer gav et lavere flow, da det viste sig at der var CH 4 i røggassen i forvejen. N 2 O kalibreringen er korrekt.

Pitotrørs underkendte problem: Swirl d.v.s. det fænomen at røggassen bevæger sig i en spiralform i kanalen, og dets alvorlige indvirkning på både kalibrering med pitotrør og anvendelse af Anubar/Metabar/Systech typerne i drift.

Kalibrering med pitotrør: Data fremlagt af E On i CEN TC264 WG23: Velocity (m/s) 25 20 15 10 Velocity Profile - Full Load- Mean Run 1 Ellips oidal L type elip. Spherical Sfærisk S type 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Radial position, r/r (-) Forventet rigtig profil Den store fejl i yderområderne skyldes swirl selvom den er pænt under kravet til 15º

Spherical (3D) probe

Indvirkning af swirl, d.v.s. at røggassen foretager en cirkulær bevægelse i skorstenen. Pitotrøret er meget følsomt for denne flow type, så med mindre, man har en fuldstændig jævn flowprofil, uden swirl, vil man overestimere flow et.

Et andet tilfælde: Kalibrering foretaget ved 2 forskellige diametre, Ø2,2m og Ø3,0 og derfor er sammenligningen foretaget i m³/h: Forskel +6,9% Pitotrør k= 0,9332 Tracer gas k= 0,8729.

Kalibreringsfaktorer i DK: Anlæg Tracer Pitot Diff, QAL2 : EN 16911 2010 A 0,940 0,970 3,2% 2013 L 1,013 1,083 6,9% 2013 R 0,957 1,035 8,2% 2014 V 0,879 0,933 6,1% 2015 AS 1,025 1,090 6,3%

Sammenfatning: 1. Både pitot rørs og tracer gas kalibrering er godkendte metoder (SRM) til kalibrering. 2. Hvis man anvender ultralydsflowmålere, bør en pitot rørs kalibrering følges op af en beregning af den teoretiske kalibrings faktor, og de 2 skal passe; hvis ikke, er der en fejl et eller andet sted. 3. Hvis der er risiko for swirl, og man betaler afgifter efter flowmålingen, er det værd at overveje en tracergas kalibrering.

Spørgsmål? Tak for opmærksomheden