CZ307466B6 - Zkušební trať k testování zařízení pro odběr vzorků emisí - Google Patents

Abstract

Zkušební trať slouží k testování vzorkovacího zařízení, které se používá při měření koncentrací škodlivin proudících v potrubí jako heterogenní směs typu aerosol. Vzorkovací zařízení pracuje s izokinetickým odběrem vzorku aerosolu, například podle technické normy ISO 9096 pro emisní měření prachu. Předmětná zkušební trať, která se k testovanému vzorkovacímu zařízení připojí pomocí hermetické spojky (13), je opatřená trubkovým nástavcem (14) obsahujícím průtokoměr (16) a dávkovač (17) škodliviny. Rychlost proudění aerosolu kolem hubice (4) vzorkovacího zařízení modeluje simulátor (20) řízený jednotkou (21). Na základě této rychlosti nastaví ústředna (6) na čerpadle (5) žádanou intenzitu odsávání. Kvalita izokinetického odsávání je testována porovnáním simulované rychlosti aerosolu s rychlostí vzduchu v ústí (4) hubice (3), kterou naměří průtokoměr (16).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zkušební tratě k testování zařízení pro odběr vzorků emisí, speciálně zařízení pracujících s izokinetickým odběrem vzorků.

Dosavadní stav techniky

Předmětná zkušební trať spadá do oboru měření emisí škodlivin, konkrétně do oblasti měření koncentrací škodlivin proudících v potrubí v podobě heterogenních směsí typu aerosolu, tj. směsi nosné plynné vzdušiny a unášených pevných či kapalných částic. Jedna nebo více škodlivin se přitom mohou nacházet v libovolných přítomných fyzikálních skupenstvích nebo na ně mohou být nějakým způsobem vázány. V těchto případech se k měření emisí používá vzorkovací zařízení, které provádí odsávání vzorku aerosolu z potrubí pomocí tzv. izokinetického odběru. Takovýto způsob měření popisují např. technické normy ISO 9096, EN 13284-1, EN 14385 a EN 1911-1 pro emisní měření prachu, těžkých kovů a chlorovodíku.

Konstrukce vzorkovacího zařízení se řídí požadavky příslušných technických norem. Součástí vzorkovacího zařízení je mj. trubková sonda ve tvaru L, která se při měření emisí na průmyslovém zdroji emisí zasouvá přes měřicí otvor ve stěně potrubí do proudu aerosolu. Na vstupu do sondy na jejím kratším ramenu je hubice, která je svým kruhovým ústím otočena kolmo na směr proudění aerosolu. Vně potrubí je umístěno čerpadlo vzorkovacího zařízení, které odsává z potrubí přes sondu vzorek aerosolu.

Pro získání reprezentativního vzorku aerosolu musí být sonda v potrubí postupně umísťována do předepsané sítě měřicích bodů a v nich musí být při odsávání plněna podmínka izokinetického odběru. To znamená, že intenzita odsávání vzorku musí být v daném bodě v každém okamžiku taková, aby rychlost nosné vzdušiny před hubicí, tj. rychlost nabíhajícího proudu vně hubice těsně před jejím ústím, byla shodná s rychlostí uvnitř hubice, resp. rozdíl těchto rychlostí se musí pohybovat v přípustných tolerancích. Pouze při takovém odsávání si proudnice aerosolu udrží původní tvar i v kritickém místě na vstupu do ústí hubice do sondy. A to je předpoklad reprezentativního odběru vzorku aerosolu. Intenzitu odsávání nastavuje regulační obvod vzorkovacího zařízení především na základě hodnot okamžité lokální rychlosti a teploty nosné vzdušiny v potrubí pro danou polohu hubice sondy. Minimálně u těchto veličin si lokální parametry měří vzorkovací zařízení vlastními čidly. Řídicím prvkem regulačního obvodu je tzv. řídicí ústředna. Podle vybavení testovaného vzorkovacího zařízení může mít úroveň od programovatelné kalkulačky až po složitější prvek vybavený mikroprocesorem pro on-line řízení. Ústředna vyhodnocuje měřené hodnoty z čidel a umožňuje nastavovat intenzitu odsávání. A to opět různými způsoby. Od manuálního prostřednictvím obsluhy vzorkovacího zařízení až po plně automatické ovládání. Vzorek aerosolu zachycený hubicí postupuje dál vzorkovacím zařízením. Škodliviny se zadržují v zachycovači umístěném mezi sondou a odsávacím čerpadlem. Část škodliviny se může zachytit i v dopravních trasách vzorkovacího zařízení jako tzv. depozit. Ten je po skončení odběru ze vzorkovacího zařízení předepsaným způsobem vyjmut a přidán do zachycovače. Souhrn činností souvisejících s odsáváním vzorku aerosolu a zachycením škodliviny do zachycovače se obvykle nazývá termínem vzorkování. Kvalita vzorkování závisí na technické úrovni vzorkovacího zařízení a na kvalitě práce osob pověřených obsluhou tohoto zařízení. Po ukončení vzorkování probíhá analytická část měření emisí již obvykle v prostředí stálé laboratoře. Zde se v matrici zachycovače určí zachycená hmotnost škodliviny. Z této hodnoty a z objemu odebraného vzorku nosné vzdušiny se stanoví koncentrace škodliviny v potrubí zdroje emisí.

- 1 CZ 307466 B6

Kvalita vzorkování se v současnosti řeší formou ověřování výsledků naměřené koncentrace na reálném provozním zařízení. Takovéto provozní zařízení se však od běžného zařízení liší tím, že je vybráno tak, že má ideálnější podmínky pro vzorkování. Tzn., vybírají se zařízení, na kterých lze dobře popsat vztažnými hodnotami všechny relevantní veličiny důležité pro uskutečnění vzorkování. Za vztažnou hodnotu je považována hodnota, která je nejlepším možným odhadem správné hodnoty a je později použita při statistickém zpracování výsledků za účelem hodnocení kvality vzorkování. Vybrané provozní zařízení je tak významově povýšeno na zkušební zařízení. Na něm se pak do příslušného místa potrubí se známými lokálními parametry vztažných hodnot vkládá hubice sondy vzorkovacího zařízení a obvyklým způsobem se podle příslušných technických norem uskuteční vzorkování. Nakonec se měřené výsledky porovnají se vztažnými hodnotami a provede se vyhodnocení kvality vzorkování. Praktické ověřování kvality vzorkování se koná na vhodně vybraných zařízeních, kde se organizují tzv. terénní zkoušky a mezilaboratorní porovnání výsledků měření. To je zmíněno např. v technické normě EN 14385. Při mezilaboratorním porovnání lze také využít souběžného měření koncentrace, které je prováděno autonomním monitorovacím systémem provozního zařízení. To vede k dalšímu upřesnění vztažné hodnoty koncentrace. Tento postup je pro případ měření prachu popsán v článku Mezilaboratorní porovnávání zkoušek měření tuhých znečišťujících látek v emisích [V. Bureš, M. Brabec, V. Hejtmánek; Ochrana ovzduší č. 1; 2005; Občanské sdružení Ochrana kvality ovzduší]. V tomto odborném časopise je popsáno měření na zkušebním zařízení, kterým je teplárna s kotlem na tuhá paliva. Místo pro odběr vzorku je zvoleno v ideálně dlouhé rovné části kouřovodu za filtrem tuhých znečišťujících látek. Potrubí kouřovodu má průměr 5,4 metru a v tomto profilu se provádí současné testování až čtyř vzorkovacích aparatur. Na uváděném zkušebním zařízení se stanoví celkem spolehlivě vztažná hodnota koncentrace prachu a také dispozice měřicích míst je výborná. Ale porovnávací měření lze provádět jen při běžných provozních stavech teplárny. To znamená do hodnoty koncentrace prachu cca 10 mg/m³. Porovnávací měření na vybraných provozních zařízení jsou také organizována např. v rámci mezinárodního akreditačního systému tzv. formou zkoušení způsobilosti.

Nevýhodou testování prováděného tímto způsobem jsou mimo jiné již omezení vyvolaná samotným výběrem vhodných zařízení pro účely testování z pohledu kategorie použité technologie, problémy s dispozicí měřicích míst pro současné odběry z více vzorkovacích zařízení, omezené možností nastavování různých provozních stavů, problémy s koordinací programu testování s provozovatelem s ohledem na jeho komerční potřeby atd. Když už se konkrétní zkušební zařízení vybere, je více méně obecně známé v jakých mezích se dají očekávat vztažné hodnoty koncentrace škodlivin. To může negativně ovlivnit jednání obsluhy při testovacím procesu. Komplikace s určením vztažných hodnot koncentrace na zkušebním zařízení mohou vést ke zjednodušování provozních podmínek, např. je testování provedeno při časově ustáleném proudění, což však je v rozporu s požadavkem testovat vzorkovací zařízení v podmínkách běžného provozu. V některých případech se obtížně určují lokální rychlosti a koncentrace aerosolu v konkrétním místě potrubí. Tzn. v místě polohy ústí testované měřicí hubice. Paralelní a pro testování nezávislé měření těchto lokálních parametrů stejným typem sondy, tj. invazivní metodou, narušuje proudění v okolí testované hubice a znehodnocuje podmínky pro vzorkování. Naproti tomu souběžné měření rychlosti a koncentrace aerosolu neinvazivními sondami je běžné jen pro určení středních průřezových hodnot. A to zcela nenaplňuje potřeby testování. Zde je nutné spolehlivě znát přímo lokální hodnoty těchto parametrů. Obtížná je kontrola i dílčích činností vzorkování. Většinou se kontroluje až závěrečný výsledek měřené koncentrace s její vztažnou hodnotou.

Principiálně lepší podmínky pro testování se mohou připravit v laboratorních podmínkách na speciálně konstruované zkušební trati popsané např. v článku Testovací trať pro stanovení tuhých znečišťujících látek [J. Horák; Sborník referátů z 13. mezinárodní konference Měření emisí; EMPLA 2008], respektive i na fyzikálním modelu reálného zařízení. Protože se však opět jedná o vložení hubice do profilu potrubí s proudícím aerosolem, problémy s určením lokální rychlosti a koncentrace se objevují i zde.

-2 CZ 307466 B6

Účelem tohoto vynálezu je návrh jednodušším, reprodukovatelnějším současných zkušebních zařízeních.

zkušební tratě umožňující testování kvality vzorkování a prokazatelnějším způsobem, než lze dosáhnout na

Podstata vynálezu

Výše uvedeného účelu je dosaženo pomocí zkušební tratě v provedení podle předmětného vynálezu jehož podstata spočívá v tom, že v prvním provedení sestává z trubkovitého nástavce opatřeného průtokoměrem a alespoň jedním dávkovačem škodliviny a zakončeným hermetickou spojkou pro připojení testovaného zkušebního zařízení, a dále ze simulátoru proudění se signálovým výstupem pro připojení na ústřednu testovaného vzorkovacího zařízení. Ve druhém provedení sestává ze samostatného trubkovitého nástavce, opatřeného průtokoměrem a hermetickou spojkou pro připojení hubice testovaného zkušebního zařízení a dále ze simulátoru proudění se signálovým výstupem pro připojení na ústřednu testovaného vzorkovacího zařízení a ve třetím provedení sestává ze samostatného trubkovitého nástavce opatřeného alespoň jedním dávkovačem škodliviny a hermetickou spojkou pro připojení hubice testovaného zkušebního zařízení. Dále podle tohoto vynálezu může být kterýkoliv z výše uvedených trubkových nástavců opatřen ohřívačem nosné vzdušiny a/nebo zvlhčovačem nosné vzdušiny a/nebo čidlem teploty a/nebo pomocným čerpadlem. Rovněž podle tohoto vynálezu mohou být signálový výstup simulátoru proudění a/nebo výstup čidla teploty a/nebo průtokoměru a ovládací vstupy dávkovačů škodlivin a/nebo ohřívače nosné vzdušiny a/nebo zvlhčovače nosné vzdušiny napojeny na řídicí jednotku zkušební tratě.

Konstrukční řešení navrhované zkušební tratě vychází ze skutečnosti, že proces vzorkování má dvě fáze. V první fází je třeba zajistit v ústí hubice sondy vzorkovacího zařízení podmínky pro izokinetický odběr vzorků, nezbytný pro získání reprezentativního množství škodliviny. V druhé fázi je nutné, aby se pokud možno veškeré množství škodliviny prošlé ústím sondy dopravilo spojovacím potrubím do zachycovače škodliviny. A to včetně depozitu, který ulpěl v jiných částech vzorkovacího zařízení. Jak je podrobně objasněno dále, obě uvedené stěžejní činnosti vzorkování předmětná testovací trať zcela jednoznačně zajišťuje a ověřuje.

Objasnění výkresů

Vynález je dále podrobněji objasněn pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je schematicky znázorněn příklad uspořádání testovaného vzorkovacího zařízení. Příklad provedení předmětné zkušební tratě ve spojení s testovaným zařízením je schematicky znázorněn na obr. 2.

Příklady uskutečnění vynálezu

Pro pochopení činnosti předmětné zkušební tratě je třeba konkrétněji popsat princip a funkci zkoušeného vzorkovacího zařízení. Jedna z jeho možných variant je znázorněna na obr. 1.

Při měření emisí ve skutečných provozních podmínkách se do určeného místa potrubí 1 s proudem 2 aerosolu vkládá sonda se vzorkovací hubicí 3. Tvar hubice 3 musí splňovat podmínky příslušných technických norem. Její ústí 4 má obvykle průměr v rozmezí 4 až 20 mm a je natočeno kolmo na směr proudění aerosolu. Odsávání vzorku z potrubí 1 do vzorkovacího zařízení zabezpečuje odsávací čerpadlo 5 tak, že v ústí 4 hubice 3 jsou dosaženy podmínky izokinetického odběru. Průběžné plnění těchto podmínek zabezpečuje regulační obvod. Jak na obr. 1, tak i následujícím obr. 2 jsou regulační obvody naznačeny přerušovanými čárami. Na obr. 1 je řídicím prvkem ústředna 6 vzorkovacího zařízení. Do ní přicházejí signály 7 s informacemi o parametrech proudění nosné vzdušiny v daném místě potrubí 1 ze skupiny čidel 8 snímajících dynamický tlak, statický tlak, teplotu a vlhkost vzdušiny. Po doplnění informace o chemickém

-3 CZ 307466 B6 složení vzdušiny, které je obvykle konstantní, se vypočítá rychlost proudění nosné vzdušiny. Z ní se určí postupem popsaným v příslušných technických normách objemový průtok vzdušiny na měřiči 9 průtoku tak, aby zajišťoval v ústí 4 hubice 3 podmínku izokinetického odběru. Ústředna 6 vzorkovacího zařízení musí vzít v úvahu i možné zmenšení objemového průtoku, které je ekvivalentní množství zkondenzované vody v chladiči 10. Ten se v některých případech umisťuje před měřič 9 průtoku vzorkovacího zařízení. Na základě podmínky pro izokinetický průtok nastavuje regulační obvod pomocí ventilu 11 výkon odsávacího čerpadla 5. Měřičem 9 průtoku zjištěný objemový průtok funguje v regulačním obvodu jako zpětná vazba reagující na změny stavových parametrů proudící vzdušiny, především na změnu rychlosti proudění a teploty, před ústím 4 hubice 3 a případně na měnící se aerodynamický odpor celého vzorkovacího zařízení. Odsátý vzorek aerosolu se dostává dopravními trasami vzorkovacího zařízení do zachycovače 12.

V jeho matrici se průběžně zachycuje škodlivina. Po ukončení vzorkování obsluha vzorkovacího zařízení zachycovač 12 vyjme, předepsaným způsobem izoluje depozit a ten připojí do matrice zachycovače 12, který následně přenese do laboratoře. Tím končí činnost nazývaná vzorkování.

V předchozím i v následujícím textu jsou termíny měřič průtoku a průtokoměr použit ve smyslu měřidla objemového průtoku. Aby mohly být výpočty spojené s nastavením izokinetického průtoku provedeny, předpokládá se, že v daném místě jsou kromě měřené hodnoty objemového průtoku známy i údaje o složení vzdušiny, jejím tlaku a teplotě. Prakticky k tomu musí být u těchto měřidel umístěna i čidla na měření statického tlaku a teploty vzdušiny. Informace o parametrech chemického složení a vlhkosti vzdušiny se u vzorkovacího zařízení obvykle řeší jiným způsobem a příslušná čidla u průtokoměru nejsou umístěna.

Vzorkovací zařízení, např. ve výše popsaném uspořádání, je při testování upevněno na stojanu předmětné zkušební tratě znázorněné na obr. 2. Tato zkušební trať je konstruována pro současné testování obou fází vzorkování. Na vzorkovací hubici 3 testovaného zařízení se přes hermetickou spojku 13 nasadí trubkový nástavec 14, kterým je do zkušební tratě nasáván proud 15 okolního čistého vzduchu s danou vlhkostí. Nástavec 14 má pro dosažení vyhovujících tlakových ztrát přiměřenou, obvykle větší, světlost vzhledem ke světlosti ústí 4 hubice 3 a obsahuje objemový průtokoměr 16 a jeden nebo více dávkovačů 17 škodlivin. Případnou možnost testovat vzorkovací zařízení i pro náročné provozní podmínky zabezpečuje umístění ohřívače 18 a zvlhčovače 19 nosné vzdušiny v nástavci 14.

Simulátor 20 generuje na zkušební trati pro fiktivní polohu hubice 3 ve fyzicky neexistujícím potrubí 1 signály 7 parametrů představující příslušné lokální hodnoty veličin dynamického a statického tlaku nosné vzdušiny. Dále může generovat i parametry teploty. Ta však může být vytvářena i fyzicky pomocí ohřívače 18. Jelikož ústředna 6 zpracovává informace o množství kondenzátu v chladiči 10 za účelem korekce průtoku na měřiči 9 průtoku, je nutno případnou změnu vlhkosti nosné vzdušiny vytvářet výhradně fyzicky pomocí zvlhčovače 19. Chemické složení vzdušiny se považuje pro účely testování za konstantní a do ústředny 6 je obvykle zadáváno obsluhou vzorkovacího zařízení manuálně.

Řídicí ústředna 6 vzorkovacího zařízení signály 7 parametrů vyhodnotí a na základě podmínky izokinetického odběru stanoví požadovanou intenzitu odsávání vzorku. To se provede vyjádřením hodnoty objemového izokinetického průtoku měřeného na měřidle 9 průtoku. Paralelně totéž učiní i řídicí jednotka 21 zkušební tratě, ale pro objemový průtokoměr 16 v trubkovém nástavci 14. Oba tyto izokinetické objemové průtoky jsou v konkrétním průřezu kanálu výpočtovými vztahy uvedenými v příslušných technických normách průběžně korigovány na tlak a teplotu nosné vzdušiny v příslušném místě měření průtoku. Případně i na odlišné chemické složení nosné vzdušiny, především na její vlhkost, je-li vědomě a měřitelně měněna buď v nástavci zkušební tratě pomocí zvlhčovače 19, nebo v samotném testovaném odběrovém zařízení v chladiči 10.

Ústřednou 6 vzorkovacího zařízení požadovanou hodnotu izokinetického průtoku zajišťuje příslušný výkon odsávacího čerpadla 5. Výkon je podle provedení vzorkovacího zařízení

-4CZ 307466 B6 nastavován automaticky či manuálně prostřednictvím regulačního obvodu za pomoci regulačního ventilu H či jiného obdobného zařízení testovaného vzorkovacího zařízení. Současně je hodnota izokinetického průtoku v daném čase známa díky výpočtu řídicí jednotkou 21 i v místě objemového průtokoměru 16. Na něm je tedy znám vždy aktuální poměr skutečně měřeného průtoku ku izokinetickému průtoku. Časový průběh záznamu tohoto poměru je podkladem k hodnocení kvality dodržování podmínky izokinetického odběru.

Zároveň s testováním dodržování podmínky izokinetického odběru je do ústí 4 hubice 3 přes nástavec 14 vnášena škodlivina dávkovačem 17. Porovnáním této vstupní hmotnosti s hmotností škodliviny zachycené v zachycovači 12 se určí hledaná účinnost záchytu. Do zachycené hmotnosti je nutno zahrnout i depozit škodliviny usazený na dopravních trasách mezi hubicí 3 a zachycovačem 12. Dále je třeba v návazné analytické části zohlednit i účinnost stanovení škodliviny v matrici zachycovače 12.

Simulátor 20 proudění modelující statický a dynamický tlak nosné vzdušiny, případně i její teplotu, může příslušné signály generovat jako elektrické signály 7. Ty jsou pak předávány příslušnými vstupy do ústředny 6 vzorkovacího zařízení a řídicí jednotky 21 zkušební tratě. Nebo může tyto parametry vytvářet na fyzikálním základu např. v uzavřených komůrkách pomocí regulovatelného pohybu pístu a elektrického ohřevu. Čidla 8 umístěná v těchto komůrkách přenáší příslušné signály 7 parametrů do ústředny 6 vzorkovacího zařízení a řídicí jednotky 21 zkušební tratě. V případě jednoduchého provedení vzorkovacího zařízení s plně manuálním řízením může funkci simulátoru nahradit např. pouze displej zobrazující v určitém časovém režimu příslušné hodnoty veličin.

Objemovým průtokoměrem 16 může být s výhodou turbínový průtokoměr nebo ultrazvukový průtokoměr určený pro vzdušinu bez přítomnosti prachu. Tyto průtokoměry mají principiálně široký měřicí rozsah a umožňují měření okamžitého i integrálního objemového průtoku. Nástavec 14 může mít více dávkovačů 17, které však musí být přizpůsobeny formě dávkované škodliviny, tzn., zdaje v tuhém nebo kapalném nebo plynném skupenství. Pro účely testování za ztížených provozních podmínek může být zařazen do nástavce též ohřívač 18 nosné vzdušiny a/nebo zvlhčovač 19 vzdušiny. Nastavovanou relativní vlhkost vzdušiny v ústí 4 hubice 3 lze určit z průtoku vzdušiny, z dodaného množství vody zvlhčovačem 19 a z teploty vzdušiny měřené čidlem 22. Pro snazší ovládání zkušební tratě je ovládání simulátoru 20, ohřívače 18 vzdušiny, zvlhčovače 19 vzdušiny a dávkovače 17 škodliviny řízeno procesorem řídicí jednotky 21 zkušební tratě. V případě, že výkon odsávacího čerpadla 5 nedostačuje pro překonání aerodynamického odporu vloženého nástavce 14, lze na vstupu do nástavce 14 instalovat pomocné čerpadlo.

Jak je uvedeno výše, proces vzorkování má dvě fáze. Kvalitu první fáze vzorkování určuje míra dodržování podmínky izokinetického odběru. Protože je tato podmínka definovaná v příslušných technických normách pomocí shody rychlosti samotné nosné vzdušiny uvnitř hubice a před hubicí sondy, pro účely testování této fáze není třeba používat aerosol. Z toho vyplývá, že se celý problém kontroly první fáze vzorkování nemusí řešit přes hmotnost zachycené škodliviny, ale mnohem jednodušeji přes informace o okamžitých rychlostech nosné vzdušiny uvnitř hubice a před hubicí. Poměr těchto rychlostí se nazývá izokinetický poměr a příslušné technické normy udávají, v jakém rozmezí hodnot se odběr považuje za izokinetický. Obvykle je to interval hodnot v rozmezí 0,9 až 1,1. Tato oblast poměru rychlostí nosné vzdušiny zaručuje získání reprezentativního vzorku jak aerosolu, tak i hmotnosti škodliviny.

Na určení rychlosti vzdušiny před hubicí 3 má při reálném měření emisí vzorkovací zařízení k dispozici vlastní rychlostní sondu. Ta musí poskytovat objektivní měření jak při běžném emisním měření, tak i při měření na současných typech zkušebních zařízení. Právě s určením vztažné hodnoty této rychlosti mají současná zkušební zařízení jisté problémy. Navrhovaná zkušební trať se jim vyhýbá tím, že k vyvolání efektu proudění nosné vzdušiny v potrubí aplikuje metodu modelování. K tomu používá simulátor, který generuje přímo lokální parametry představující

- 5 CZ 307466 B6 statický a dynamický tlak vzdušiny a případně i teplotu nosné vzdušiny v místě před hubicí sondy. Modelování proudění přináší další zjednodušení konstrukce zkušební trati tím, že testované vzorkovací zařízení se nemusí vkládat do potrubí s proudící nosnou vzdušinou. Zkušební trať toto potrubí neobsahuje.

Simulátor 20 zkušební tratě předá ve vhodné formě parametry představující proudící nosnou vzdušinu těsně před hubicí 3 do ústředny 6 testovaného vzorkovacího zařízení. Taje zpracuje tak, jak by to při běžném použití provedla s parametry získanými ze svých vlastních čidel 8. Výsledkem je, že pro testované vzorkovací zařízení jsou pro rozhodující parametry odběru vytvářeny metodou modelování situace popisující reálné provozní prostředí v potrubí a na základě toho je čerpadlo vzorkovacího zařízení nastavováno na intenzitu odsávání nosné vzdušiny odpovídající požadavku na izokinetický odběr. Nosnou vzdušinou, ale jen pro potřeby sledování děje uvnitř hubice 3, je v tomto případě okolní vzduch nasávaný z prostoru umístění zkušební tratě. Pro potřeby testování musí mít vzduch známou hodnotu vlhkosti a je vhodné, aby neobsahoval škodliviny.

Dále je podstatné, že před hubici 3 sondy testovaného vzorkovacího zařízení je pomocí hermetické spojky 13 nasazen trubkový nástavec 14 zkušební tratě. Je zhruba 1 m dlouhý a má přibližně stejný vnitřní průměr jak hubice 3 sondy. V tomto předřazeném nástavci 14 je umístěn průtokoměr 16, kterým prochází veškerá nasávaná vzdušina. Díky tomu je známa i rychlost vzdušiny uvnitř hubice sondy. Pro testování je cenné, že tato významná rychlost je zjištěna jednoznačně, velice přesně a nezávisle na přístrojích testovaného vzorkovacího zařízení. Podobné použití nástavce 14 by na stávajících zkušebních zařízeních samozřejmě vyvolalo nepřípustné ovlivnění proudění vzdušiny před hubicí 3. V podmínkách simulovaného proudění k tomu však evidentně nemůže doj ít.

Parametry generované simulátorem 20 proudění jsou kromě ústředny 6 testovaného vzorkovacího zařízení, předávány paralelně také do řídicí jednotky 21 zkušební tratě. Tato jednotka je obdobou ústředny 6 vzorkovacího zařízení a podobně jako ona analogickými výpočtovými vztahy vyřeší pro izokinetickou podmínku příslušný průtok odsávané vzdušiny. Jen s tím rozdílem, že to provede pro průtokoměr 16 umístěný v nástavci 14 zkušební tratě. Na tomto měřidle je tedy na základě parametrů generovaných simulátorem 20 v každém okamžiku známa žádaná hodnota průtoku pro izokinetickou podmínku a skutečně měřená hodnota průtoku vyvolaná činností testovaného vzorkovacího zařízení. Je podstatné, že oba průtoky jsou odvozeny ze stejných parametrů generovaných jedním simulátorem 20.

Pro průtokoměr v nástavci platí, že poměr zde měřeného průtoku ku žádanému průtoku pro izokinetický odběr je stejný jako je rychlost uvnitř hubice ku rychlosti před hubicí a rovná se izokinetickému poměru. Časový průběh izokinetického poměřuje pak podkladem pro hodnocení kvality izokinetického odběru.

Testování druhé fáze vzorkování spočívá ve zjištění účinnosti přenosu hmotnosti škodliviny z ústí 4 hubice 3 sondy do zachycovače 12. K. tomu je nutno znát v prvé řadě hmotnost škodliviny na vstupu do ústí 4 hubice 3. Určit toto množství přesně je pro současná zkušební zařízení obtížný úkol. U předmětné zkušební tratě je to ale velice jednoduché. Stačí za chodu odsávacího čerpadla 5 testovaného vzorkovacího zařízení přivést přímo a pouze do nástavce 14 zkušební trati jistou hmotnost škodliviny prostřednictvím dávkovače 17. Stejná hmotnost musí projít i hubicí 3 sondy. Přičemž pro potřeby testování není podstatné, jak velká hmotnost se do nástavce 14 dávkuje, protože účelem je zjistit účinnost záchytu, do kterého je zahrnut i případný depozit. Znamená to, že v žádném případě nemusí být vstupní hmotnost škodliviny v relaci s výsledkem první fáze, tedy v relaci s kvalitou dodržování izokinetického poměru. Pro dobrou funkci zachycovače 12 je ale samozřejmě výhodné, aby bylo v hubici 3 dosahováno alespoň rámcově reálných hodnot koncentrace škodliviny. Jinak by neúměrně vysoká koncentrace mohla např. ovlivnit účinnost funkce samotného zachycovače 12.

-6CZ 307466 B6

Pro druhou fázi testování musí mít nástavec 14 alespoň jeden dávkovač 17 škodliviny. Průtokoměr 16 obsahovat nemusí. Vzhledem k tomu, že hodnota průtoku je pro testování druhé fáze vedlejším parametrem, stačí koncentraci škodliviny nastavit jen přibližně, podle údajů měřiče 9 průtoku vzorkovacího zařízení. Přesně je nutno při druhé fáze znát celkovou hmotnost škodliviny.

Při skutečném měření emisí jsou samozřejmě obě fáze vzorkování na sobě závislé. Spojuje jak časová souvislost daná kontinuálním průchodem vzorku aerosolu vzorkovacím zařízením, tak i celý komplet souvislostí spojených se zachycením hmotnosti škodliviny. Navrhované konstrukční řešení zkušební tratě při respektování podstaty obou fází vzorkování však umožňuje testovat tyto fáze odděleně, jak z časového aspektu, tak i po stránce sledování pohybu hmotnosti škodliviny. Nezávislost fází na sobě pro testování druhé fáze znamená, že intenzita odsávání vzduchu nemusí být přesně sledována. Dokonce nemusí být ani řízena simulátorem proudění. To znamená, že odsávání lze vhodně řídit, s ohledem na dosahovanou hodnotu koncentrace škodliviny, na ústředně vzorkovacího zařízení ručně nebo lze volit i konstantní nastavení odsávání.

Posledním úkolem při testování druhé fáze vzorkování je požadavek znát množství škodliviny zachycené v zachycovači 12. To závisí na konstrukčních a materiálových parametrech zachycovače 12 a na kvalitě práce obsluhy testovaného vzorkovacího zařízení. Dále i na kvalitě provedeného analytického rozboru pro určení hmotnosti zachycené škodliviny. Tato navazující analytická část už ale nespadá podle definice do oblasti vzorkování. Nicméně je nevyhnutelná pro hodnocení kvality vzorkování. Jistou komplikací při zjišťování skutečně zadrženého množství škodliviny v zachycovači je, že analytická část nemusí mít obecně 100% účinnost zjištění konkrétní škodliviny v matrici zachycovače 12. Existují však standardní metody jak účinnost a přesnost analytického rozboru stanovit. V tom případě známá účinnost analytického rozboru a rozborem identifikovaná hmotnost záchytu umožní vyjádřit skutečnou hmotnost škodliviny v zachycovači 12. Poměr mezi touto hmotností a hmotností škodliviny vstupující do ústí hubice je parametrem pro hodnocení kvality záchytu škodliviny. Obě fáze lze testovat i současně, i když mezi nimi z hlediska hmotnosti škodliviny souvislost ani v tomto případě není. Při tomto provedení zkušební tratě musí být v činnosti simulátor proudění a nástavec musí obsahovat minimálně průtokoměr a nejméně jeden dávkovač škodliviny.

Principiálně lze měřicí trať použít i na testování dalších typů sestav vzorkovacího zařízení uváděných v příslušných technických normách. Technické řešení zkušební tratě umožňuje testovat vzorkovací zařízení s více škodlivinami vyskytujícími se v pevném, kapalném či plynném skupenství a s různým počtem zachycovačů pracujících na principu filtrace, absorpce, adsorpce či na kombinaci těchto funkcí. Základní kritéria pro vyhodnocení kvality vzorkování předepisují příslušné technické normy. Vytvoření ostatních kritérií související s konstrukcí navrhované zkušební trati je otázkou metodiky testování, což není předmětem tohoto vynálezu.

Průmyslová využitelnost

Zkušební trať lze využívat za účelem vývoje nových typů vzorkovacích zařízení, pro verifikaci metod měření emisí, na ověřování kvality vzorkování pro účely akreditace apod.

Claims (6)

1. Zkušební trať k testování vzorkovacího zařízení pro odběr vzorků emisí pracujícího s izokinetickým odběrem vzorků, vyznačující se tím, že sestává z trubkovitého nástavce (14) opatřeného průtokoměrem (16) a alespoň jedním dávkovačem (17) škodliviny a zakončeného hermetickou spojkou (13) pro připojení testovaného zkušebního zařízení, a dále ze simulátoru (20) proudění se signálovým výstupem pro připojení na ústřednu (6) testovaného vzorkovacího zařízení.

2. Zkušební trať k testování vzorkovacího zařízení pro měření emisí pracujícího s izokinetickým odběrem vzorků, vyznačující se tím, že sestává z trubkovitého nástavce (14) opatřeného průtokoměrem (16) a hermetickou spojkou (13) pro připojení hubice testovaného zkušebního zařízení a dále ze simulátoru (20) proudění se signálovým výstupem pro připojení na ústřednu (6) testovaného vzorkovacího zařízení.

3. Zkušební trať k testování vzorkovacího zařízení pro měření emisí pracujícího s izokinetickým odběrem vzorků, vyznačující se tím, že sestává z trubkovitého nástavce (14) opatřeného alespoň jedním dávkovačem (17) škodliviny a hermetickou spojkou (13) pro připojení testovaného zkušebního zařízení.

4. Zkušební trať podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že trubkový nástavec (14) je opatřen ohřívačem (18) nosné vzdušiny a/nebo zvlhčovačem (19) nosné vzdušiny a/nebo čidlem (22) teploty a/nebo pomocným čerpadlem.

5. Zkušební trať podle nároku 1 nebo 2 nebo 4, vyznačující se tím, že signálový výstup simulátoru (20) proudění anebo výstup čidla (22) teploty a/nebo průtokoměru (16) a ovládací vstupy dávkovačů (17) škodlivin a/nebo ohřívače (18) nosné vzdušiny a/nebo zvlhčovače (19) nosné vzdušinyjsou napojeny na řídicí jednotku (21) zkušební tratě.

6. Zkušební trať podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že výstup čidla (22) teploty a ovládací vstupy průtokoměru (16) a/nebo dávkovačů (17) škodlivin a/nebo ohřívače (18) nosné vzdušiny a/nebo zvlhčovače (19) nosné vzdušinyjsou napojeny na řídicí jednotku (21) zkušební tratě.