🌿 Wasserdampf im Abgas — Kondensations-/Adsorptionsverfahren (Referenzverfahren)
Kurz gefasst
Probenahme eines bekannten Gasvolumens mit einer beheizten Sonde durch einen Filter in ein Auffangsystem (Adsorption oder Kondensation + Adsorption) und Bestimmung des Wasserdampfgehalts aus der Massenzunahme des Systems; bei gesättigten Gasen — aus der Gastemperatur; Standardreferenzverfahren für 4–40 Vol. Die Prüfung erfolgt nach PN-EN 14790:2017-04 (EN 14790:2017); Bereich: 4–40 Vol.-%; 29–250 g/m³ feuchtes Gas; Validierung 7–26 Vol.-%, Probenahme 30 min. Das Verfahren umfasst 6 Schritte; eingesetzt wird sie unter anderem für: Messung der Abgasfeuchte, die jede Emissionsmessung begleitet — Umrechnung der Konzentrationen auf trockenes Gas, Kalibrierung und Kontrolle (QAL2, AST) peripherer AMS für Wasserdampf — Referenzverfahren nach der Verordnung über Emissionsmessungen, Abfallverbrennungs- und Mitverbrennungsanlagen, Großfeuerungsanlagen, Anlagen mit nasser Entschwefelung (gesättigte Gase — Temperaturverfahren).
Auf einen Blick
- Norm: PN-EN 14790:2017-04 (EN 14790:2017)
- Kategorie: Umwelt
- Verfahrensschritte: 6
- Bereich: 4–40 Vol.-%; 29–250 g/m³ feuchtes Gas; Validierung 7–26 Vol.-%, Probenahme 30 min
- Sondentemperatur: ≥ 120 °C und ≥ 20 °C über dem (Säure-)Taupunkt; ohne Beheizung zulässig bei Gas > 200 °C, wenn die Temperatur hinter dem Filter nicht unter den Säuretaupunkt fällt
- Gaszähler: erweiterte Unsicherheit ≤ 5 % des Volumens; Temperatur und Druck ≤ 2 %; ein trockener Gaszähler erfordert eine Trocknung auf < 10 g/m³ (Taupunkt 10,5 °C, 1,25 Vol.-%)
Übersicht
EN 14790:2017 legt ein Standardreferenzverfahren (SRM) fest, das auf einem Probenahmesystem mit der Kondensations-/Adsorptionstechnik beruht und der Bestimmung der Wasserdampfkonzentration im Abgas aus Kanälen und Schornsteinen dient. Sie gibt Leistungskenngrößen und Kriterien für die Messeinrichtungen an, wird für die periodische Überwachung sowie für die Kalibrierung und die Kontrolle automatischer Messsysteme (AMS) angewendet und legt die Kriterien für die Gleichwertigkeit alternativer Verfahren fest (EN 14793). Anwendungsbereich: 4–40 Vol.-% Wasserdampf, also 29–250 g/m³ feuchtes Gas (die obere Grenze hängt vom maximalen Dampfdruck bei der jeweiligen Temperatur ab); alle Konzentrationen werden unter Normbedingungen (273 K, 101,3 kPa) angegeben. Für gesättigte Gase ist das Kondensations-/Adsorptionsverfahren nicht anwendbar — die Norm gibt Hinweise für Gase mit Tröpfchen. Sie wurde in Feldversuchen an Verbrennungs- und Mitverbrennungsanlagen sowie an Großfeuerungsanlagen für Zeiträume von 30 min im Bereich 7–26 Vol.-% validiert. Die Ausgabe 2017 ersetzte EN 14790:2005. Die Messung des Wasserdampfs dient der Umrechnung der Emissionsergebnisse auf trockenes Gas; die Verordnung über die Durchführung von Emissionsmessungen weist PN-EN 14790 (oder ein gleichwertiges instrumentelles Verfahren) als Referenzverfahren für den Wasserdampfgehalt bei der Kontrolle kontinuierlicher Messungen aus.
Prinzip der Methode
Es wird angenommen, dass sich das Gas im Schornstein näherungsweise im adiabatischen Gleichgewicht befindet — Tröpfchen können nur in einem gesättigten Gas entstehen, das Fehlen von Tröpfchen bedeutet also ein ungesättigtes Gas. Die Gasprobe wird mit konstantem Volumenstrom entnommen; der Wasserdampf wird durch Adsorption oder durch Kondensation mit Adsorption aufgefangen, und die Dampfmasse wird aus der Massenzunahme des Auffangsystems bestimmt. Bei Tröpfchen liefert das Verfahren zu hohe Werte: Ist der gemessene Wert gleich dem Wert für gesättigtes Gas bei der jeweiligen Temperatur und dem jeweiligen Druck (Tabelle in Anhang B) oder höher, so wird das Ergebnis verworfen und das Gas als gesättigt angesehen — dann wird das Temperaturverfahren angewendet: eine Temperatursonde im Gasstrom bis zum Erreichen des Gleichgewichts, und der Dampfgehalt wird aus der Tabelle des Flüssigkeits-Gas-Gleichgewichts abgelesen. Alle Teile vor dem Auffangsystem werden beheizt und bestehen aus Werkstoffen, die mit Wasserdampf nicht reagieren (nichtrostender Stahl, Borosilicatglas, Quarz, PTFE, Titan); die Sonde liegt in einem Heizmantel mit einer Temperatur von mindestens 120 °C und 20 °C über dem (Säure-)Taupunkt. Auffangsystem: mindestens eine Patrone/Waschflasche mit einem Trockenmittel (z. B. eingefärbtes Kieselgel) oder eine Kondensationsstufe (wahlweise mit Kühlung) und eine Adsorptionsstufe; eine Kondensation von Wasser in nicht gewogenen Teilen ist unzulässig, und die Wirksamkeit des Systems wird nach der Norm überprüft.
Anwendungen
- Messung der Abgasfeuchte, die jede Emissionsmessung begleitet — Umrechnung der Konzentrationen auf trockenes Gas
- Kalibrierung und Kontrolle (QAL2, AST) peripherer AMS für Wasserdampf — Referenzverfahren nach der Verordnung über Emissionsmessungen
- Abfallverbrennungs- und Mitverbrennungsanlagen, Großfeuerungsanlagen, Anlagen mit nasser Entschwefelung (gesättigte Gase — Temperaturverfahren)
- Gleichzeitige Probenahme mit SO₂ (EN 14791) oder HCl (EN 1911) mit derselben Sonde, wenn keine Tröpfchen vorliegen
- Bestimmung des Volumenstroms des trockenen Gases (EN ISO 16911-1)
Schlüsselparameter
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Bereich | 4–40 Vol.-%; 29–250 g/m³ feuchtes Gas; Validierung 7–26 Vol.-%, Probenahme 30 min |
| Sondentemperatur | ≥ 120 °C und ≥ 20 °C über dem (Säure-)Taupunkt; ohne Beheizung zulässig bei Gas > 200 °C, wenn die Temperatur hinter dem Filter nicht unter den Säuretaupunkt fällt |
| Gaszähler | erweiterte Unsicherheit ≤ 5 % des Volumens; Temperatur und Druck ≤ 2 %; ein trockener Gaszähler erfordert eine Trocknung auf < 10 g/m³ (Taupunkt 10,5 °C, 1,25 Vol.-%) |
| Waage | Auflösung ≤ 0,1 g oder 2 % der Wassermasse |
| Barometer und Thermometer | Barometer ≤ 1 kPa; Gasthermometer 273–373 K, Unsicherheit ≤ 2,5 K, geringe Trägheit |
| Unsicherheit des Verfahrens | relative erweiterte Unsicherheit ≤ 20 % beim Messwert; Kriterien nach Tab. 1 (Volumen ≤ 2,5 %, T ≤ 2 %, p ≤ 2 %, Leckrate ≤ 2 % des Volumenstroms) |
Norm
- Normnummer
- PN-EN 14790:2017-04 (EN 14790:2017)
- Titel (PL)
- Emisja ze źródeł stacjonarnych — Oznaczanie pary wodnej w przewodach — Standardowa metoda odniesienia
- Title (EN)
- Stationary source emissions — Determination of the water vapour in ducts — Standard reference method
Schritt-für-Schritt-Verfahren
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Planung
Plane die Messung nach EN 15259 zusammen mit den Messungen der Komponenten; stimme die Betriebsbedingungen mit dem Betreiber ab. Eine Messung in einem repräsentativen Punkt ist zulässig, wenn die Anforderungen der EN 15259 an die Konzentrationsverteilung erfüllt sind; andernfalls — eine Rastermessung.
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Aufbau des Systems
Wiege das Auffangsystem vor der Probenahme; fülle die Kondensationswaschflaschen mit Wasser (weniger als die Hälfte des Volumens) oder mit der Absorptionslösung einer anderen Komponente, die letzte Patrone — mit dem Trockenmittel. Verbinde die beheizte Sonde, den Filter, das Auffangsystem, die Pumpe und den Gaszähler; führe eine Dichtheitsprüfung durch (Leckrate ≤ 2 % des Volumenstroms).
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Probenahme
Führe die Sonde im Heizmantel (≥ 120 °C, ≥ 20 °C über dem Taupunkt) in den Messpunkt ein und entnimm das Gas mit konstantem Volumenstrom über die festgelegte Zeit (z. B. 30 min); notiere dabei Volumen, Temperatur und Druck am Gaszähler sowie den Atmosphärendruck. Überprüfe die Wirksamkeit des Auffangens nach der Norm.
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Wägung
Wiege das Auffangsystem nach der Probenahme (Auflösung ≤ 0,1 g oder 2 % der Wassermasse); überprüfe die Wiederholbarkeit der Wägung; schütze die Waage im Feld vor Temperaturschwankungen, Zugluft und Erschütterungen.
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Prüfung der Sättigung
Vergleiche das Ergebnis mit dem Sättigungswert für die Temperatur und den Druck des Gases (Anhang B); ist es gleich oder höher — verwirf das Ergebnis, sieh das Gas als gesättigt an und bestimme den Dampfgehalt mit dem Temperaturverfahren (Temperatursonde bis zum Gleichgewicht, Ablesung aus der Tabelle).
-
Berechnungen
Berechne die Wassermasse, das Volumen des trockenen Gases unter Normbedingungen (mit Korrektur um den Wasserdampf beim nassen Gaszähler), die Massenkonzentration des Wasserdampfs in g/m³ und den Volumenanteil; erstelle das Unsicherheitsbudget (Anhang D) und den Prüfbericht.
Erforderliche Geräte und Apparatur
| Gerät | Beispiel | Richtpreis |
|---|---|---|
| Beheizte Probenahmesonde mit Heizmantel und Schutzrohr | nichtrostender Stahl, Borosilicatglas, Quarz, PTFE oder Titan; markiert, um die Messpunkte zu treffen | — |
| Filtergehäuse mit Partikelfilter | im Schornstein (hinter der Düse) oder außerhalb des Schornsteins, ohne kalte Abschnitte mit der Sonde verbunden | — |
| Auffangsystem | Patronen/Waschflaschen mit Trockenmittel (eingefärbtes Kieselgel) oder eine Kondensationsstufe mit wahlweiser Kühlung (Eis, kryogenes System) + eine Adsorptionsstufe; Beispiele in Anhang C | — |
| Dichte Pumpe, Schwebekörperdurchflussmesser, Ausgleichsbehälter, Regelventil | konstanter Probenahmestrom | — |
| Trockener oder nasser Gaszähler mit Thermometer und Manometer | Unsicherheit ≤ 5 %; bei einem trockenen Gaszähler ein Kondensator/Trockner (Kieselgel 1–3 mm, bei 110 °C ≥ 2 h getrocknet) | — |
| Waage, Barometer, Gasthermometer | Waage ≤ 0,1 g; Barometer ≤ 1 kPa; Thermometer 273–373 K ≤ 2,5 K | — |
Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien
| Reagenz | CAS | Details |
|---|---|---|
| Trockenmittel (z. B. eingefärbtes Kieselgel) | — | Adsorptionsstufe für den Wasserdampf; vor dem Gebrauch getrocknet |
| Wasser (oder Absorptionslösung nach EN 14791 / EN 1911) | — | Füllung der Waschflaschen der Kondensationsstufe (weniger als die Hälfte des Waschflaschenvolumens) bei gemeinsamer Probenahme mit SO₂ oder HCl |
Arbeitsschutz und Sicherheit
- Die beheizte Sonde und das Filtergehäuse können Verbrennungen verursachen; kryogenes System (Trockeneis) — Schutzhandschuhe, Lüftung
- Arbeit auf der Schornsteinbühne — Absturzsicherung; bei sauren Gasen Atemschutz beim Öffnen der Messöffnungen
- Absorptionslösungen anderer Komponenten (H₂O₂, Säuren) — nach ihren Sicherheitsdatenblättern
Häufige Fragen
Welche Norm beschreibt diese Prüfung?
Die Prüfung erfolgt nach PN-EN 14790:2017-04 (EN 14790:2017) — „Stationary source emissions — Determination of the water vapour in ducts — Standard reference method“.
Wie funktioniert diese Methode?
Es wird angenommen, dass sich das Gas im Schornstein näherungsweise im adiabatischen Gleichgewicht befindet — Tröpfchen können nur in einem gesättigten Gas entstehen, das Fehlen von Tröpfchen bedeutet also ein ungesättigtes Gas. Die Gasprobe wird mit konstantem Volumenstrom entnommen; der Wasserdampf wird durch Adsorption oder durch Kondensation mit Adsorption aufgefangen, und die Dampfmasse wird aus der Massenzunahme des Auffangsystems bestimmt.
Wie groß sind Messbereich und Genauigkeit?
Bereich: 4–40 Vol.-%; 29–250 g/m³ feuchtes Gas; Validierung 7–26 Vol.-%, Probenahme 30 min; Sondentemperatur: ≥ 120 °C und ≥ 20 °C über dem (Säure-)Taupunkt; ohne Beheizung zulässig bei Gas > 200 °C, wenn die Temperatur hinter dem Filter nicht unter den Säuretaupunkt fällt; Gaszähler: erweiterte Unsicherheit ≤ 5 % des Volumens; Temperatur und Druck ≤ 2 %; ein trockener Gaszähler erfordert eine Trocknung auf < 10 g/m³ (Taupunkt 10,5 °C, 1,25 Vol.-%); Waage: Auflösung ≤ 0,1 g oder 2 % der Wassermasse.
Wie lange dauert die Prüfung?
Das Verfahren umfasst 6 Schritte. Die Norm gibt nicht für jeden Schritt eine Dauer an — maßgeblich ist das Verfahren des Labors.
Welche Geräte werden benötigt?
Beheizte Probenahmesonde mit Heizmantel und Schutzrohr, Filtergehäuse mit Partikelfilter, Auffangsystem, Dichte Pumpe, Schwebekörperdurchflussmesser, Ausgleichsbehälter, Regelventil, Trockener oder nasser Gaszähler mit Thermometer und Manometer, Waage, Barometer, Gasthermometer.
Wo wird diese Prüfung eingesetzt?
Messung der Abgasfeuchte, die jede Emissionsmessung begleitet — Umrechnung der Konzentrationen auf trockenes Gas; Kalibrierung und Kontrolle (QAL2, AST) peripherer AMS für Wasserdampf — Referenzverfahren nach der Verordnung über Emissionsmessungen; Abfallverbrennungs- und Mitverbrennungsanlagen, Großfeuerungsanlagen, Anlagen mit nasser Entschwefelung (gesättigte Gase — Temperaturverfahren); Gleichzeitige Probenahme mit SO₂ (EN 14791) oder HCl (EN 1911) mit derselben Sonde, wenn keine Tröpfchen vorliegen; Bestimmung des Volumenstroms des trockenen Gases (EN ISO 16911-1).
Welche Sicherheitsmaßnahmen gelten?
Die beheizte Sonde und das Filtergehäuse können Verbrennungen verursachen; kryogenes System (Trockeneis) — Schutzhandschuhe, Lüftung; Arbeit auf der Schornsteinbühne — Absturzsicherung; bei sauren Gasen Atemschutz beim Öffnen der Messöffnungen; Absorptionslösungen anderer Komponenten (H₂O₂, Säuren) — nach ihren Sicherheitsdatenblättern.
Welches Labor führt diese Prüfung durch?
Die Prüfung führen nach ISO/IEC 17025 akkreditierte Labore durch. Auf LabCoda finden Sie sie über die Normnummer PN-EN 14790.