📏 Geschwindigkeit und Volumenstrom von Gasen in Kanälen — Staurohr (manuelles Referenzverfahren)

Metrologie PN-EN ISO 16911-1

Übersicht

EN ISO 16911-1 legt ein Verfahren zur periodischen Bestimmung der axialen Geschwindigkeit und des Volumenstroms des Gases in Emissionskanälen und -schornsteinen sowie zur Kalibrierung der am Schornstein installierten automatischen Systeme zur Strömungsüberwachung fest. Es wird für runde und rechteckige Kanäle mit Messplätzen angewendet, die EN 15259 erfüllen; die Grenzen der Kanalabmessungen ergeben sich aus den praktischen Möglichkeiten der beschriebenen Geräte. Für alle Strömungsmessungen muss die metrologische Rückführbarkeit auf nationale oder internationale Normale nachgewiesen sein. Damit das Verfahren als Standardreferenzverfahren dienen kann, weist der Anwender nach, dass seine Leistungskenngrößen nicht schlechter als die Kriterien der Norm sind, und gibt die Gesamtunsicherheit auf dem Vertrauensniveau von 95 % an; die einzelnen Verfahren haben bei einer Geschwindigkeit von 20 m/s Unsicherheiten von 1–10 %. Die Norm beschreibt das Geschwindigkeitsprofil aus Punktmessungen und den Volumenstrom aus einem Punktraster sowie die alternativen Verfahren: Tracerverdünnung (Anhang C), Tracerlaufzeit (Anhang D) und Berechnung aus dem Energieverbrauch (Anhang E) samt Hinweisen dazu, wann sie anzuwenden sind. Teil 2 betrifft die automatischen Messsysteme. In der polnischen Verordnung über Emissionsmessungen wird die Strömungsgeschwindigkeit der Gase „mit einem beliebigen Verfahren, das die geforderte Qualität gewährleistet" gemessen, und der Volumenstrom wird zur Berechnung der Emission bestimmt; PN-EN 13284-1 verlangt, dass die Messung der punktuellen Geschwindigkeit für die Isokinetik EN ISO 16911-1 erfüllt.

Prinzip der Methode

Die axiale Geschwindigkeit in einem Punkt wird mit einer von zwei Techniken bestimmt: durch die Messung der Druckdifferenz mit einem Staurohr (Prinzip nach ISO 3966 — eine Druckbohrung liegt im Staudruck des Gases, die übrigen im statischen Druck; die Differenz misst ein externer Aufnehmer) in der Standardausführung L, als S-Staurohr oder als mehrachsiges 2D-/3D-Staurohr (Verfahren nach ISO 10780, ISO 3966 und US EPA Method 2; 2D-Staurohre nach der QA/QC der EPA Method 2G) oder mit einem kalibrierten Flügelradanemometer. Der Volumenstrom wird aus einer Reihe von Punktmessungen der Geschwindigkeit im Messquerschnitt bestimmt: Die Punkte werden nach dem Prinzip gleicher Flächen angeordnet (EN 15259; für runde Kanäle das Tangentenverfahren, denn der Mittelpunkt des allgemeinen Verfahrens liefert das Maximum und nicht den Mittelwert), die mittlere Geschwindigkeit wird in guter Näherung als Mittelwert der Punktmessungen angenommen, und der Volumenstrom = mittlere axiale Geschwindigkeit × Querschnittsfläche, erforderlichenfalls mit einer Korrektur für den Wandeffekt (Faktor WAF). Das Ergebnis wird im Schornsteinzustand oder unter Normbedingungen (273,15 K, 101,325 kPa) für feuchtes oder trockenes Gas angegeben — für die Umrechnungen werden O₂ (EN 14789) und Wasserdampf (EN 14790) benötigt. Die Norm legt auch den Drall (die tangentiale Strömungskomponente) und die Qualitätskontrollen der Messbedingungen fest.

Anwendungen

• Bestimmung des Volumenstroms des Abgases zur Berechnung der Massenemission (kg/h) aus Schornsteinen und Kanälen
• Kalibrierung automatischer Systeme zur Strömungsüberwachung (AMS) nach Teil 2 der Norm und EN 14181
• Festlegung der isokinetischen Bedingungen bei der Probenahme von Staub (EN 13284-1), Metallen (EN 14385), HCl und anderen Komponenten
• Prüfung der Homogenität und des Geschwindigkeitsprofils im Messquerschnitt (EN 15259), Erkennen von Drall
• Energiebilanzen und Kontrolle der Rauchgasventilatoren — alternative Verfahren (Tracer, Energie)

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN ISO 16911-1:2013-07 (ISO 16911-1:2013)

Titel (PL)

Emisja ze źródeł stacjonarnych — Manualne i automatyczne wyznaczanie prędkości i strumienia objętości w przewodach — Część 1: Manualna metoda odniesienia

Title (EN)

Stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts — Part 1: Manual reference method

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Messplatz und Messpunkte

   Prüfe, ob die Messstrecke und der Messquerschnitt EN 15259 erfüllen; lege die Messlinien und Messpunkte nach dem Prinzip gleicher Flächen fest (runde Kanäle — Tangentenverfahren); miss die Abmessungen des Kanals (Fläche A).

2. Vorbereitung der Geräte

   Verwende ein Staurohr (oder ein Anemometer) mit gültiger Kalibrierung und bekanntem Faktor; prüfe die Dichtheit der Druckleitungen und den Nullpunkt des Aufnehmers; bereite die Messung von Temperatur, statischem Druck und Gaszusammensetzung (O₂, H₂O) vor.

3. Punktmessungen

   Richte das Staurohr in jedem Rasterpunkt axial aus (bei 2D-/3D-Staurohren bestimme den Strömungswinkel und den Drall), lies den Staudruck (Mittelwert aus einer Reihe von Ablesungen, Standardabweichung), die Temperatur und den statischen Druck ab.

4. Geschwindigkeiten und Mittelwert

   Berechne die Geschwindigkeit in jedem Punkt aus Δp, dem Faktor des Staurohrs und der Gasdichte (aus Temperatur, Druck und Zusammensetzung); bestimme die mittlere axiale Geschwindigkeit als Mittelwert der Punktmessungen, erforderlichenfalls mit einer Korrektur für den Wandeffekt (WAF).

5. Volumenstrom

   Berechne den Volumenstrom als Produkt aus der mittleren axialen Geschwindigkeit und der Querschnittsfläche; rechne auf Normbedingungen und auf trockenes Gas um (O₂, Wasserdampf) sowie — wenn gefordert — auf den Bezugssauerstoffgehalt.

6. Qualitätskontrolle und Prüfbericht

   Führe die Qualitätskontrollen der Messbedingungen durch (Profil, Drall); schätze die Unsicherheit (ISO 20988, GUM) auf dem Niveau von 95 % ab und weise die metrologische Rückführbarkeit nach; gehe bei den alternativen Verfahren (Tracer, Energie) nach den Anhängen C–E vor.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Arbeit auf der Schornsteinbühne an Messöffnungen mit heißen Gasen — Absturzsicherung, hitzebeständige Handschuhe
• Lange Staurohre in Kanälen unter Über- oder Unterdruck — gegen Herausreißen oder Einziehen sichern
• Tracergase (alternative Verfahren) sind nach ihren Sicherheitsdatenblättern anzuwenden

Häufige Fragen