ISO 16911-2:2013
(Main)Stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts — Part 2: Automated measuring systems
Stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts — Part 2: Automated measuring systems
ISO 16911-2:2013 describes specific requirements for automated measuring system (AMS) flow monitoring. It is partly derived from EN 14181 which is the general document on the quality assurance of AMSs and is applicable in conjunction with that document. ISO 16911-2:2013 specifies conditions and criteria for the choice, mounting, commissioning and calibration of AMSs used for determining the volume flow rate from a source in ducted gaseous streams. ISO 16911-2:2013 is applicable by correlation with the manual reference methods described in ISO 16911-1. ISO 16911-2:2013 is primarily developed for monitoring emissions from waste incinerators and large combustion plants. From a technical point of view, it can be applied to other processes for which flow rate measurement is required with a defined and minimized uncertainty.
Émissions de sources fixes — Détermination manuelle et automatique de la vitesse et du débit-volume d'écoulement dans les conduits — Partie 2: Systèmes de mesure automatiques
L'ISO 16911-2:2013 décrit les exigences spécifiques pour les systèmes automatiques de mesurage (AMS) mesurant le débit. Elle est en partie dérivée de l'EN 14181 qui est le document général sur l'assurance qualité des AMS et qui est applicable conjointement avec le présent document. L'ISO 16911-2:2013 spécifie les conditions et les critères de choix, de montage, de mise en service et d'étalonnage des AMS utilisés pour déterminer le débit-volume d'écoulement d'une source dans les effluents gazeux canalisés. L'ISO 16911-2:2013 est applicable par corrélation avec les méthodes manuelles de référence décrites dans l'ISO 16911-1. L'ISO 16911-2:2013 est principalement développée pour la surveillance des émissions des incinérateurs de déchets et des grandes installations de combustion. D'un point de vue technique, elle peut être appliquée à d'autres procédés pour lesquels le mesurage du débit doit être effectué selon une incertitude définie et réduite au minimum.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16911-2
First edition
2013-03-01
Stationary source emissions — Manual
and automatic determination of velocity
and volume flow rate in ducts —
Part 2:
Automated measuring systems
Émissions de sources fixes — Détermination manuelle et automatique
de la vitesse et du débit-volume d’écoulement dans les conduits —
Partie 2: Systèmes de mesure automatiques
Reference number
©
ISO 2013
© ISO 2013
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviations . 4
4.1 Symbols . 4
4.2 Abbreviations . 5
5 Principle . 6
5.1 General . 6
5.2 Importance of minimizing systematic errors . 6
5.3 Relationship to EN 14181 . 7
6 Type testing, quality assurance level 1 data . 7
6.1 Introduction . 7
6.2 Performance criteria . 8
6.3 Flow reference material or procedure. 8
6.4 Quality assurance level 1 calculation . 9
6.5 Velocity check points and quality assurance level 3 . 9
7 Selection of automated measuring system location .10
7.1 General .10
7.2 Selection based upon pre-investigation .10
7.3 Selection based upon a predictable flow profile .10
7.4 Qualifying the automated measuring system calibration through a type 2 quality
assurance level 2 procedure .11
7.5 Ports and working platforms .11
8 Pre-investigation of flow profile .11
8.1 General .11
8.2 Pre-investigation by measurement .12
8.3 Pre-investigation by computational fluid dynamics (CFD).13
8.4 Automated measuring system selection guide .14
8.5 Quality assurance level 2 requirements .14
9 Calibration and validation of the automated measuring system (quality assurance level 2
and annual surveillance test) .14
9.1 Selection of calibration method .14
9.2 Selection of calibration method, if calculation methods are used .15
9.3 Calibration procedure .15
9.4 Functional tests .15
9.5 Parallel measurements with a standard reference method .15
9.6 Wall effects .16
9.7 Automated measuring system flow calibration procedure with transit time tracer .17
9.8 Data evaluation .17
9.9 Calibration function of the automated measuring system and its validity .17
9.10 Calculation of variability .18
9.11 Test of variability and annual surveillance test of validity of the calibration function .18
2 18
9.12 Test of R .
9.13 Quality assurance level 2 and annual surveillance test report .18
10 Commissioning documentation .19
11 On-going quality assurance during operation (quality assurance level 3) .19
12 Assessment of uncertainty in volume flow rate .19
Annex A (informative) Example of calculation of the calibration function (data from tests in
Copenhagen and Wilhelmshaven) .20
Annex B (informative) Flow profile characteristics .32
Annex C (informative) Determination of measuring points and/or paths .37
Annex D (normative) Treatment of a polynomial calibration function .41
Annex E (normative) Values of k (N) and t .42
v 0,95(N − 1)
Annex F (informative) Example of a pre-investigation measurement .43
Annex G (informative) Computational fluid dynamics issues .50
Annex H (informative) The use of time of flight measurement instruments based on modulated
laser light .54
Annex I (informative) Relationship between this International Standard and the essential
requirements of EU Directives .55
Bibliography .56
iv © ISO 2013 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International
Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies
casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 16911-2 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) in collaboration with
ISO Technical Committee TC 146, Air quality, Subcommittee SC 1, Stationary source emissions.
ISO 16911 consists of the following parts, under the general title Stationary source emissions — Manual
and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts:
— Part 1: Manual reference method
— Part 2: Automated measuring systems
Introduction
EN ISO 16911-2 describes the quality assurance (QA) procedures related to automated measuring
systems (AMSs) for the determination of the volume flow rate of flue gas with a total uncertainty that
[4]
accords with the requirements of Commission Decision of 2007-07-18.
The calibration and validation of flow AMSs are performed by parallel measurements with the reference
manual method described in EN ISO 16911-1.
The purpose of EN ISO 16911-2 is to secure flow monitoring with a minimized uncertainty for use
[1] [2] [5]
according to EU Directive 2000/76/EC, EU Directive 2001/80/EC, and EU Directive 2010/75/EU.
The purpose of EN ISO 16911-2 is also to secure flow monitoring with an overall uncertainty equal
[4]
to or less than stipulated in Commission Decision of 2007-07-18 and establishing guidelines for the
[3]
monitoring and reporting of greenhouse gas emissions pursuant to Directive 2003/87/EC.
vi © ISO 2013 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16911-2:2013(E)
Stationary source emissions — Manual and automatic
determination of velocity and volume flow rate in ducts —
Part 2:
Automated measuring systems
1 Scope
EN ISO 16911-2 describes specific requirements for automated measuring system (AMS) flow monitoring.
It is partly derived from EN 14181 which is the general document on the quality assurance of AMSs and
is applicable in conjunction with that document.
EN ISO 16911-2 specifies conditions and criteria for the choice, mounting, commissioning and
calibration of AMSs used for determining the volume flow rate from a source in ducted gaseous
streams. EN ISO 16911-2 is applicable by correlation with the manual reference methods described in
EN ISO 16911-1.
EN ISO 16911-2 is primarily developed for monitoring emissions from waste incinerators and large
combustion plants. From a technical point of view, it can be applied to other processes for which flow
rate measurement is required with a defined and minimized uncertainty.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 14956, Air quality — Evaluation of the suitability of a measurement procedure by comparison with a
required measurement uncertainty
EN ISO 16911-1:2013, Stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and
volume flow rate in ducts — Part 1 Manual reference method
EN 14181:2004, Stationary source emissions — Quality assurance of automated measuring systems
EN 15267-3:2007, Air quality — Certification of automated measuring systems — Part 3: Performance criteria
and test procedures for automated measuring systems for monitoring emissions from stationary sources
EN 15259, Air quality — Measurement of stationary source emissions — Requirements for measurement
sections and sites and for the measurement objective, plan and report
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in EN 14181 and the following apply.
3.1
automated measuring system
AMS
measuring system permanently installed on site for continuous monitoring of flow
Note 1 to entry: An AMS is a monitoring technology which is traceable to a reference method.
Note 2 to entry: The AMS is a complete system for measuring flow rate, and includes the features required for
conducting regular functional checks.
3.2
cross-sensitivity
response of the AMS to determinants other than flow rate, e.g. caused by the presence of particulate
matter, changes in gas composition, duct temperature
3.3
linearity
lack of fit
systematic deviation, within the range of application, between the accepted value of a flow reference
material applied to the measuring system and the corresponding measurement result produced by the AMS
Note 1 to entry: The linearity test is described in EN 15267-3:2007, Annex B.
3.4
limit of detection
minimum value of the measurand for which the measuring system is not in the basic state, with a
stated probability
Note 1 to entry: Basic state is normally the zero reading or the minimum measured by the instrument.
3.5
period of unattended operation
maintenance interval
maximum interval of time for which the performance characteristics remain within a predefined range
without external servicing, e.g. calibration or adjustment
3.6
reproducibility under field conditions
measure of the agreement between two measurements in field tests at a level of confidence of 95 %
expressed as the standard deviation of the difference of paired measurements:
n
xx−
()
∑ 12ii
(1)
i=1
s =
D
2n
where
x is the ith measurement result of AMS 1;
1i
x is the ith measurement result of AMS 2;
2i
n is the number of parallel measurements.
Note 1 to entry: The absolute reproducibility in the field, R , is calculated according to:
f,abs
R = t × s (2)
f,abs 0,05(N − 1) D
where
t is the two-sided Student t-factor at a confidence level of 0,05, with N − 1 degrees of freedom.
0,05(N − 1)
Note 2 to entry: Adapted from EN 15267-3:2007.
2 © ISO 2013 – All rights reserved
3.7
standard reference method
SRM
method described and standardized to define an air quality characteristic, temporarily installed on site
for verification purposes
Note 1 to entry: For the purposes of EN ISO 16911-2, the manual reference methods are described in EN ISO 16911-1.
3.8
flow reference material
surrogate for flow for testing the AMS performance
Note 1 to entry: A surrogate for flow is normally the parameter measured directly by the instrument, e.g. pressure,
time delay, temperature, heat dissipation or frequency.
3.9
lower reference point
output of the instrument in response to an internally generated function, intended to represent a defined
amount of the measured flow at or close to the lowest flow rate that the system can measure with a
given uncertainty
3.10
upper reference point
output of the instrument in response to an internally generated function, intended to represent a defined
amount of the measured flow at or close to the highest flow rate the system is intended to measure in a
given installation
3.11
flow profile
represented by two diagrams showing the gas velocity in the axial direction along a line across the duct
passing through the centre of gravity of the duct, and a line perpendicular to the first
Note 1 to entry: The gas velocity is expressed in m/s.
3.12
crest factor
peak-to-average ratio
characteristic of a flow profile, calculated from the measured peak value of each flow profile divided by
the average value of each flow profile in the primary and secondary monitoring paths
Note 1 to entry: If the measurement is made according to EN ISO 16911-1 and EN 15259, each measurement
represents the same area of flow in the duct, and the crest factor divisor can be calculated from a simple average
of the individual measurements.
Note 2 to entry: Crest factor shall be calculated for both flow profiles, the primary and secondary monitoring
paths, which are perpendicular to each other.
3.13
skewness
measure of asymmetry defined as the total flow to the left of the centre of the duct divided by the total
flow to the right of the centre of the duct, or the inverse thereof, whichever is larger than 1,00
Note 1 to entry: If the measurement is made according to EN ISO 16911-1 and EN 15259, each measurement
represents the same area of flow in the duct, and the skewness can be calculated from a simple average of the
individual measurements, not including a possible measurement in the centre of the duct.
Note 2 to entry: Skewness shall be calculated for both flow profiles, perpendicular to each other.
3.14
swirl
also referred to as cyclonic flow, is the tangential component of the gas velocity vector
3.15
certification range
range over which the flow monitor has been tested
Note 1 to entry: The certification range is normally from zero, if the instrument reads zero, or from the lower
reference point, if the instrument does not read zero.
Note 2 to entry: The flow monitor is tested according to EN 15267-3 and EN ISO 16911-2.
3.16
primary monitoring path
P
line across the duct through the centre and where the maximum velocity is expected to be found
3.17
secondary monitoring path
S
line across the duct through the centre perpendicular to the primary monitoring path
3.18
Reynolds number
Re
d
Re=ρv
m
(3)
η
dyn
where
ρ is the gas density, in kg/m ;
v is the gas velocity, in m/s;
m
d is the duct diameter, in m;
η is the dynamic viscosity, in Pa s
dyn
4 Symbols and abbreviations
4.1 Symbols
a intercept of the calibration function
b slope of the calibration function
D
i ˆ
difference between measured SRM value y and calibrated AMS value y
i
i
D average of D
AVG i
D amount by which the AMS has to be adjusted when drift is detected
d duct diameter
k , k (N) test value for variability (based on a χ -test, with a β-value of 50 %, for N numbers of
v v
paired measurements)
n number of paired samples in parallel measurements
q volume flow rate
V
4 © ISO 2013 – All rights reserved
R coefficient of determination from a linear regression
Re Reynolds number
R absolute reproducibility in the field
f.abs
s standard deviation of the differences D in parallel measurements
D i
t two-sided Student t-factor at a confidence level of 95 % with N − 1 degrees of freedom
0,95(N − 1)
t two-sided Student t-factor at a confidence level of 5 %, with N − 1 degrees of freedom
0,05(N − 1)
v weighted average of velocity across a monitoring path
AVG
v weighted average of velocity to the left of the centreline
L, AVG
v velocity measured at a point 12 % of the diameter from the duct wall to the left of the cen-
L, 12 %
treline, L
12 %
v peak velocity value on the monitoring path
PEAK
v gas velocity, in m/s
m
v weighted average of velocity to the right of the centreline
R, AVG
v velocity measured at a point 12 % of the diameter from the duct wall to the right of the
R, 12 %
centreline, R
12 %
x measured signal obtained with the AMS at AMS measuring conditions
x ith measured signal obtained with the AMS at AMS measuring conditions
i
x average of AMS measured signals x
AVG i
x ith measurement result of AMS 1
1i
x ith measurement result of AMS 2
2i
y result obtained with the SRM
y average of the SRM results y
AVG i
y best estimate for the “true value”, calculated from the AMS measured signal x by means of
cal
the calibration function
η dynamic viscosity, in Pa s
dyn
ρ gas density, in kg/m
σ uncertainty derived from requirements of legislation
4.2 Abbreviations
AMS automated measuring system
AST annual surveillance test according to EN 14181
CFD computational fluid dynamics
ELV emission limit value
SRM standard reference method
QA quality assurance
QAL1 quality assurance level 1 according to EN 14181
QAL2 quality assurance level 2 according to EN 14181
QAL3 quality assurance level 3 according to EN 14181
5 Principle
5.1 General
[1]–[3][5]
To achieve the uncertainty required by the relevant EU Directives and the EU Commission
[4]
Decision, the focus of EN ISO 16911-2 is the systematic error.
EN ISO 16911-2 allows three different ways of achieving high accuracy:
— assuring correct installation by means of a pre-investigation, see 7.2;
— establishing that a fully developed flow profile is present, see 7.3;
— assuring correct measurement by a quality assurance level 2 (QAL2), see 7.4.
Noting that, if a pre-investigation has been performed, the subsequent QAL2 and annual surveillance
test (AST) may be reduced in scope, see 9.1 b).
EN ISO 16911-2 also introduces some extra requirements to type testing according to EN 15267-3,
see Clause 6.
5.2 Importance of minimizing systematic errors
[4]
The uncertainties required in Commission Decision of 2007-07-18, 2.1.3, are dependent on the “tier”
of the plant and shall be:
— 10 % for tier 1;
— 7,5 % for tier 2;
— 5 % for tier 3;
— 2,5 % for tier 4.
These uncertainties include the uncertainty for both concentration monitoring and volume flow rate
monitoring, and are uncertainties for the yearly mass emission.
The uncertainty of any measurement is combined from the uncertainties originating from random
errors and systematic errors.
Since the random error component can be reduced by repeated measurements, and the factor it is
reduced by, according to the general theory of propagation of errors, is the square root of the numbers
of measurements, the random error component of the yearly average is negligible. For example, the
yearly average is combined of (ideally) up to 17 520 half-hourly averages, in which case the uncertainty
originating from the random error component carried from the individual half-hourly average is reduced
by a factor of around 132.
However, the systematic error is not reduced by repeated measurements.
6 © ISO 2013 – All rights reserved
In flow monitoring, systematic errors originate from a series of sources, e.g. changing flow profiles
under plant operating conditions not covered by the calibration function or changes in the monitoring
system, caused by contamination, blocking of holes, drift in electronics, and general wear and tear.
EN ISO 16911-2 therefore focuses on reducing the systematic error of each individual measurement.
Specifically, a pre-investigation test is recommended in order to assess whether the flow profile
changes under different plant operating conditions and this test is used for the selection and
configuration of the AMS.
5.3 Relationship to EN 14181
EN ISO 16911-2 is applicable in conjunction with the general document, EN 14181, on quality assurance
(QA) of AMSs and provides indications which are specific to flow measurements.
EN ISO 16911-2 follows, as far as possible, the structure of EN 14181, with the caveat that the emission
limit value (ELV) and the uncertainty limit specified as a 95 % confidence interval for flow monitoring
are not stated in any EU Directive. Since these data are required by the procedure prescribed in EN 14181,
suggestions for surrogate values are given in EN ISO 16911-2.
If a pre-investigation has been performed, the number of paired measurement points required for a
calibration is reduced.
An alternative calibration method has been added (method D) using linear regression and forcing the
regression line through the zero point.
6 Type testing, quality assurance level 1 data
6.1 Introduction
6.1.1 General
[6]
According to EN 14181 and EN 15267, the flow monitoring system shall consist of all necessary parts to
keep the flow monitor operating within a specified uncertainty. These components shall include, but are
not limited to, necessary air-purging systems and auxiliary equipment to control continued operation
within the stipulated uncertainty.
Either 6.1.2 or 6.1.3 applies as appropriate.
6.1.2 Requirements within the European Economic Area
The relevant performance characteristics of the AMS shall be documented by the manufacturer and/or his
European representative by suitability tests performed according to the relevant European Standards.
6.1.3 Requirements outside the European Economic Area
The relevant performance characteristics of the AMS shall be documented by the manufacturer by
suitability tests performed according to the relevant standards.
6.1.4 Conclusion
These tests are usually carried out in the framework of certification or type approval procedures according
[6]
to EN 15267, and the AMS delivered to the plant shall have the same characteristics as the tested devices.
The tests comprise of a separate laboratory test and a 3 month field test in a typical application.
The test report shall include the total AMS uncertainty calculated according to EN 14181 and ISO 14956.
6.2 Performance criteria
The requirements for the test results are developed from EN 15267-3 and stated in Table 1 and Table 2.
EN 15267-3 requires the manufacturer to describe, and the test laboratory to assess, the quality
assurance level 3 (QAL3) functionality.
EN ISO 16911-2 also requires the manufacturer to describe and the test laboratory to assess the capability
of the AMS to be linearity tested as a part of the functional test. If another test, other than the linearity
test, is assessed and certified by a test laboratory, that test is sufficient as part of the functional test.
The manufacturer shall declare and quantify any influencing parameters known to affect instrument
uncertainty, e.g. gas temperature, change in specific mass and/or specific heat capacity, gas composition,
gas pressure, as well as any method of compensation.
Interference tests shall be performed and the sensitivity coefficients shall be calculated and reported
according to EN 15267-3.
Using test results from the type approval certificate according to EN 15267-3 and ISO 14956, the total
uncertainty, systematic and random, of the results obtained for the flow AMS shall be calculated and reported.
6.3 Flow reference material or procedure
Most volume flow rate monitors measure flow indirectly using an associated parameter, e.g. differential
pressure, heat loss or transit time, in which case a flow reference material or procedure is used to test
these parameters.
The part of the monitor not tested by the reference material or procedure shall be tested by a procedure
described by the manufacturer and assessed and documented during the type approval.
The test laboratory shall assess whether the flow reference procedure provided for testing the AMS
functionality challenges all or as much of the AMS as possible with a repeatable reference value and a
specified uncertainty, see Table 1 and 2.
Table 1 — Automated measuring system performance criteria in laboratory tests
Performance characteristic Performance criteria
Response time ≤60 s
a
Repeatability standard deviation at lower reference point ≤2,0 %
a
Repeatability standard deviation at upper reference point ≤2,0 %
a
Lack of fit ≤3,0 %
Lower reference point shift due to ambient temperature change from 20 °C within
a
≤5,0 %
specified range
Upper reference point shift due to ambient temperature change from 20 °C within
a
≤5,0 %
specified range
a
Influence of voltage at +15 % and at −10 % from nominal supply voltage ≤2,0 %
a
Influence of vibration ≤2,0 %
b
Assessment of QAL3 check capability Pass
b
Assessment of linearity check capability Pass
a
Percentage value as percentage of the upper limit of the certification range.
b
The test house shall assess the possibility for the test procedure as described in 6.2.
8 © ISO 2013 – All rights reserved
Table 2 — Automated measuring system performance criteria in field tests
Performance characteristic Performance criteria
Coefficient of determination of calibration function, R ≥0,90
Response time ≤60 s
Period of unattended operation (maintenance interval) ≥8 days
a
Lower reference point drift within maintenance interval ≤2 %
a
Upper reference point drift within maintenance interval ≤4 %
Availability ≥95 %
Reproducibility, R ≤3,3 %
f
a
Percentage value as percentage of the upper limit of the certification range.
6.4 Quality assurance level 1 calculation
6.4.1 General
Either 6.4.2 or 6.4.3 applies as appropriate.
6.4.2 Requirements within the European Economic Area
The AMS shall be approved and certified according to EN 15267-3 and the additional requirements in
EN ISO 16911-2.
6.4.3 Requirements outside the European Economic Area
The AMS shall meet the requirements specified in EN 15267-3 and the additional requirements in
EN ISO 16911-2.
6.4.4 Conclusion
The instrument configuration shall be audited by the test laboratory during type testing, and this
auditing shall include the geometrical configuration, including measurement of the duct cross-sectional
area and any reference quantity with an influence on the flow monitoring result, e.g. changes in flow
profile, changes in temperature, changes in pressure, changes in gas composition, and contamination.
All of these influences shall be estimated within a combined expanded uncertainty, calculated as
described in ISO 14956.
The test laboratory shall assess the influence of the change in flow profile on the flow monitor reading.
NOTE This facilitates the end user to estimate the expected flow profile influence, when the result of the pre-
investigation is known.
6.5 Velocity check points and quality assurance level 3
EN 15267-3 requires the manufacturer to provide a description of the methodology used by the AMS to
determine whether it is operating according to its product specification. This is made up of AMS checks
(automatic or manual internal zero point or lower reference point and upper reference point), combined
with an additional procedure, if the instrument checks do not challenge the whole measurement chain.
The test laboratory shall assess whether the mechanism for determining the internal reference points,
being at zero or defined lower reference velocity and upper reference velocity points, is as comprehensive
as is practical for the measurement technique used. The internal control combined with a procedure
shall be capable of detecting instrument malfunction, including problems caused by contamination and
internal drift.
The manufacturer shall provide details of this procedure in the instruction manual describing how to ensure
the correct operation of the parts of the measurement not tested by the internal reference point checks.
The QAL3 test shall be made up of the reference point checks and, if required, the results of the
inspection procedure.
7 Selection of automated measuring system location
7.1 General
The axial position of the AMS on the duct (normally vertical) as well as its circumferential position on
the duct perimeter may have a significant influence on the AMS performance.
It is strongly recommended that a pre-investigation be performed as described in Clause 8 in order to
characterize the flow so that the AMS can be located in a position where changes in the flow profile do
not adversely affect AMS performance.
NOTE To reduce costs, the pre-investigation can be done together with the investigation of the homogeneity
test required by EN 15259.
The pre-investigation also enables the operator to determine whether a point AMS, probe AMS or cross-
duct AMS measurement satisfies the uncertainty requirements of EN ISO 16911-2, see Table 2.
[5]
NOTE The EU Directive 2010/75/EU states in Article 38, Section 3, and in Article 48, Section 3, that “The
competent authority shall determine the location of the sampling or measurement points to be used for the
monitoring of emissions”.
This section is intended to be a guideline for operators to enable them to make a good engineering decision.
If more than one AMS is being used, the AMSs shall be mounted so that they do not interfere with one another.
7.2 Selection based upon pre-investigation
A pre-investigation shall be performed according to Clause 8.
The location shall be chosen to give a representative measurement that also minimizes influence of
changes in the flow profile on the flow measurement uncertainty.
The proposed location and monitoring path(s) shall be determined based upon the recorded change in
flow profile, quantified using the crest factor and skewness of the flow profile as described in Annex F.
The installer shall select the AMS measurement location in accordance with the instructions given by
the manufacturer or in consultation with the manufacturer’s representative. The operator is advised to
liaise with the competent authority to ensure this location meets with their approval.
7.3 Selection based upon a predictable flow profile
The position of an AMS may be decided without a pre-investigation if it can be positioned in a place where
the flow profile is fully developed and cannot change, and if it is accepted by the competent authority.
This is normally achieved if all of the following criteria are fulfilled:
— the monitoring point is at least 25 times the hydraulic diameter, away from any upstream disturbance,
and at least five times the hydraulic diameter from any downstream disturbance;
— the flow has a Reynolds number larger than 10 000;
— the duct has no movable dampers or guide vanes;
— the duct does not have multiple feeds;
10 © ISO 2013 – All rights reserved
— the duct does not have off centre feeds.
If the above conditions are all met, any AMS should be suitable, including measurement at a single point.
NOTE For a fully developed turbulent flow, in a duct with a circular cross-section, the average flow is expected
to be identical to the flow at a point 12 % of the diameter from the wall.
In this case the QAL2 procedure may be performed according to Clause 9 with a reduced number of data
points.
If this installation does not pass the QAL2 procedure, as specified in Clause 9, even though the above
conditions are fulfilled, the procedure described in 7.4 shall be used, or a pre-investigation shall be
carried out as described in Clause 8.
7.4 Qualifying the automated measuring system calibration through a type 2 quality as-
surance level 2 procedure
An operator may opt not to perform a pre-investigation, e.g. where there is pre-existing equipment
installed, provided that a type 2 QAL2 procedure is performed and passed.
The installation can be approved according to EN ISO 16911-2 without having made a pre-investigation,
if the QAL2 calibration is performed with measurement points spread from the highest flow rate the
plant is designed to operate at continuously, down to the lowest flow rate the plant is designed to operate
at continuously (at least the flow rate so low, that is occurring lower no more than 10 % of the plant’s
normal operation time or the point of minimum stable load), and the calibration passes the criteria
described in Clause 9.
NOTE This subclause does not remove the requirement of the operator to perform the duct investigation
tests as described in EN 15259.
7.5 Ports and working platforms
The measurement ports and platforms for the parallel measurements shall be located to ensure that
there is no measurable interference between the SRM and the AMS.
Working platform(s) shall provide an easy and safe access to the AMS, to allow inspection and the
implementation of QA procedures (QAL2, AST and QAL3).
The working platform for the SRM shall comply with EN 15259 requirements related to the manual method.
8 Pre-investigation of flow profile
8.1 General
The stability of the flow profiles, as the plant operating conditions change, is a major concern with
regards to flow monitor calibration. If the flow profile changes as the plant load condition changes, or
as dampers are operated, or as different duct inlets are brought into operation, this shall be taken into
account when deciding on the type of flow AMS to install, and when performing the calibration.
In order to minimize any systematic error associated with a non-representative measurement, it is
recommended that the plant operator measure or calculate any change in the cross-duct flow profile at
the AMS location as the plant operating conditions are changed. Therefore, either a CFD calculation or
pre-investigation by measurement of the change in flow profile under different flow conditions at the AMS
location shall be undertaken enabling the plant operator to make an informed engineering decision on
whether a single point AMS, an AMS with a limited path length, cross-duct single path AMS or cross-duct
double path AMS measurement principle is sufficient for minimizing systematic error under the likely
conditions of the plant at the intended location, i.e. at different plant operating conditions and flow levels.
NOTE 1 The predominant source of systematic error is the change in the flow profile. The major sources of
changes in flow profile are changes to the disturbances in the duct, or large changes in flow rate. At high gas
velocities, the flow profile is expected to be fully developed, and not to change profile even at higher gas velocities,
see Annex B for details of flow profile characterization. At lower gas velocities, the flow profile might develop
asymmetry and/or a higher crest factor, and consequently the relation between a point or line measurement and
the volume flow rate changes, which is identical to a change in calibration function.
The pre-investigation shall establish the main characteristics of the flow profile at the planned AMS
installation position and establish if changes in profile are likely to occur and the severity of their
influence on the calibration function.
The pre-investigation shall always be undertaken as a part of the design phase before an AMS flow
monitor is acquired and mounted.
NOTE 2 Part of the pre-investigation process is identical to the EN 15259 investigation, and can be combined
with that to minimize costs.
A pre-investigation may be omitted as described in 7.2, in which case a type 2 calibration procedure as
described in Clause 9 shall be used for any subsequent QAL2 and AST calibration.
A type 1 QAL2 and AST calibration procedure as described in Clause 9 may only be used if a pre-
investigation according to Clause 8 has been performed.
NOTE 3 The choice of not performing a pre-investigation according to Clause 8 does not in any way influence
the obligation to test the duct condition according to EN 15259.
8.2 Pre-investigation by measurement
8.2.1 General
The pre-investigation shall consist of at least two measurements performed according to EN ISO 16911-1,
each establishing the flow profile in the primary monitoring axis, and an axis perpendicular to this.
The two measurements shall be performed at two different plant opera
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16911-2
Première édition
2013-03-01
Émissions de sources fixes —
Détermination manuelle et
automatique de la vitesse et du
débit-volume d’écoulement dans les
conduits —
Partie 2:
Systèmes de mesure automatiques
Stationary source emissions — Manual and automatic determination
of velocity and volume flow rate in ducts —
Part 2: Automated measuring systems
Numéro de référence
©
ISO 2013
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sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 4
4.1 Symboles . 4
4.2 Abréviations . 6
5 Principe . 6
5.1 Généralités . 6
5.2 Importance d’une réduction au minimum des erreurs systématiques . 6
5.3 Relation avec l’EN 14181 . 7
6 Essais de type, données QAL1 . 7
6.1 Introduction . 7
6.2 Critères de performance . 8
6.3 Matériau ou procédure de référence pour le débit . 8
6.4 Calcul QAL1 . 9
6.5 Points de contrôle de la vitesse et QAL3 .10
7 Choix de l’emplacement de l’AMS .10
7.1 Généralités .10
7.2 Choix fondé sur la pré-étude .11
7.3 Choix fondé sur un profil de vitesse prévisible .11
7.4 Qualification de l’étalonnage d’un AMS par une procédure QAL2 de type 2 .11
7.5 Orifices et plateformes de travail .12
8 Pré-étude du profil de vitesse .12
8.1 Généralités .12
8.2 Pré-étude par mesurage .13
8.3 Pré-étude par méthode de simulation numérique en mécanique des fluides (CFD) .14
8.4 Guide de sélection des AMS .14
8.5 Exigences QAL2 .15
9 Étalonnage et validation de l’AMS (QAL2 et AST) .15
9.1 Choix de la méthode d’étalonnage .15
9.2 Choix de la méthode d’étalonnage si des méthodes de calcul sont utilisées .16
9.3 Procédure d’étalonnage .16
9.4 Tests opérationnels .16
9.5 Mesurages parallèles avec une SRM .16
9.6 Effets de paroi .18
9.7 Procédure d’étalonnage du débit de l’AMS à l’aide du temps de transit d’un traceur .18
9.8 Évaluation des données .18
9.9 Fonction d’étalonnage de l’AMS et sa validité .18
9.10 Calcul de la variabilité .19
9.11 Test de variabilité et test AST de validité de la fonction d’étalonnage .19
2 19
9.12 Test du R .
9.13 Rapport QAL2 et AST .20
10 Documentation de mise en service .20
11 Assurance qualité au cours du fonctionnement (QAL 3) .20
12 Évaluation de l’incertitude du débit-volume
.......................................................................................................................20
Annexe A (informative) Exemple de calcul de la fonction d’étalonnage (données des essais
effectués à Copenhague et Wilhelmshaven) .21
Annexe B (informative) Caractéristiques du profil de vitesse .33
Annexe C (informative) Détermination des points et/ou des trajets de mesurage .38
Annexe D (normative) Traitement d’une fonction d’étalonnage polynomiale .43
Annexe E (normative) Valeurs de k (N) et t .44
v 0,95(N − 1)
Annexe F (informative) Exemple de mesurage réalisé lors d’une pré-étude .45
Annexe G (informative) Considérations relatives à la méthode de simulation numérique en
mécanique des fluides .52
Annexe H (informative) Utilisation d’instruments de mesurage du temps de vol basés sur une
lumière laser modulée .57
Annexe I (informative) Relation entre la présente Norme internationale et les exigences
essentielles des Directives UE .58
Bibliographie .59
iv © ISO 2013 – Tous droits réservés
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 16911-2 a été élaborée par le Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le
comité technique ISO/TC 146, Qualité de l’air, sous-comité SC 1, Émissions de sources fixes.
L’ISO 16911 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Émissions de sources fixes —
Détermination manuelle et automatique de la vitesse et du débit-volume d’écoulement dans les conduits:
— Partie 1: Méthode de référence manuelle
— Partie 2: Systèmes de mesure automatiques
Introduction
L’EN ISO 16911-2 décrit les procédures d’assurance qualité (QA) associées aux systèmes automatiques de
mesurage (AMS) pour la détermination du débit volumique des gaz de combustion avec une incertitude
[4]
totale répondant aux exigences de la Décision de la Commission du 2007-07-18 .
L’étalonnage et la validation des systèmes AMS mesurant le débit sont effectués par des mesurages
parallèles à l’aide de la méthode de référence manuelle décrite dans l’EN ISO 16911-1.
Le but de l’EN ISO 16911-2 est de garantir un contrôle de la vitesse avec une incertitude réduite au
[1] [2] [5]
minimum pour un usage selon les Directives UE 2000/76/CE , UE 2001/80/CE et UE 2010/75/UE .
Le but de l’EN ISO 16911-2 est également de garantir un contrôle du débit avec une incertitude globale
[4]
inférieure ou égale à celle stipulée dans la Décision de la Commission du 2007-07-18 et l’établissement
de lignes directrices pour la surveillance et l’enregistrement des émissions de gaz à effet de serre
[3]
conformément à la Directive 2003/87/CE .
vi © ISO 2013 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 16911-2:2013(F)
Émissions de sources fixes — Détermination manuelle et
automatique de la vitesse et du débit-volume d’écoulement
dans les conduits —
Partie 2:
Systèmes de mesure automatiques
1 Domaine d’application
L’EN ISO 16911-2 décrit les exigences spécifiques pour les systèmes automatiques de mesurage (AMS)
mesurant le débit. Elle est en partie dérivée de l’EN 14181 qui est le document général sur l’assurance
qualité des AMS et qui est applicable conjointement avec le présent document.
L’EN ISO 16911-2 spécifie les conditions et les critères de choix, de montage, de mise en service et
d’étalonnage des AMS utilisés pour déterminer le débit-volume d’écoulement d’une source dans les
effluents gazeux canalisés. L’EN ISO 16911-2 est applicable par corrélation avec les méthodes manuelles
de référence décrites dans l’EN ISO 16911-1.
L’EN ISO 16911-2 est principalement développée pour la surveillance des émissions des incinérateurs de
déchets et des grandes installations de combustion. D’un point de vue technique, elle peut être appliquée
à d’autres procédés pour lesquels le mesurage du débit doit être effectué selon une incertitude définie
et réduite au minimum.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 14956, Qualité de l’air — Évaluation de l’aptitude à l’emploi d’une procédure de mesurage par
comparaison avec une incertitude de mesure requise
EN ISO 16911-1:2013, Émissions de sources fixes — Détermination manuelle et automatique de la vitesse et
du débit-volume d’écoulement dans les conduits — Partie 1: Méthode de référence manuelle
EN 14181:2004, Émissions des sources fixes — Assurance qualité des systèmes automatiques de mesure
EN 15267-3:2007, Qualité de l’air — Certification des systèmes de mesurage automatisés — Partie 3:
Spécifications de performance et procédures d’essai pour systèmes de mesurage automatisés des émissions
de sources fixes
EN 15259, Qualité de l’air — Mesurage des émissions de sources fixes — Exigences relatives aux sections et
aux sites de mesurage et relatives à l’objectif, au plan et au rapport de mesurage
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’EN 14181 ainsi que les
suivants s’appliquent.
3.1
système automatique de mesurage
AMS
système de mesurage installé de manière permanente sur le site pour un contrôle permanent de l’écoulement
Note 1 à l’article: Un AMS est un système de surveillance traçable par rapport à une méthode de référence.
Note 2 à l’article: L’AMS est un système complet de mesurage du débit d’écoulement, incluant les dispositifs exigés
pour effectuer des contrôles fonctionnels réguliers.
3.2
sensibilité aux interférences
réponse de l’AMS à d’autres déterminants que le débit d’écoulement, par exemple causés par la présence
de particules, par des changements dans la composition des gaz, la température du conduit
3.3
linéarité
écart de linéarité
écart systématique dans la gamme de l’application, entre la valeur acceptée d’un matériau de référence
du débit appliqué au système de mesurage et le résultat du mesurage correspondant produit par l’AMS
Note 1 à l’article: L’essai de linéarité est décrit dans l’EN 15267-3:2007, Annexe B.
3.4
limite de détection
valeur minimale du mesurande pour laquelle le système de mesurage n’est pas dans l’état de base, avec
une probabilité définie
Note 1 à l’article: L’état de base est normalement la valeur zéro ou le minimum mesuré par l’instrument.
3.5
période de fonctionnement sans surveillance
intervalle de maintenance
intervalle de temps maximal pendant lequel les caractéristiques de performance demeurent dans un
domaine prédéfini sans service externe, par exemple pendant l’étalonnage ou l’ajustage
3.6
reproductibilité dans les conditions sur site
mesure de l’accord entre deux mesurages lors d’essais réalisés sur site à un niveau de confiance de 95 %,
exprimée sous la forme de l’écart-type de la différence de paires de mesurages:
n
xx−
()
∑ 12ii
(1)
i=1
s =
D
2n
où
ème
x est le i résultat de mesurage de l’AMS 1;
1i
ème
x est le i résultat de mesurage de l’AMS 2;
2i
n est le nombre de mesurages parallèles.
Note 1 à l’article: La reproductibilité absolue sur site, R , est calculée selon:
f,abs
2 © ISO 2013 – Tous droits réservés
R = t × s (2)
f,abs 0,05(N − 1) D
où
t est le facteur t de Student bilatéral à un niveau de confiance de 0,05, avec N − 1
0,05(N − 1)
degrés de liberté.
Note 2 à l’article: Adapté de l’EN 15267-3:2007.
3.7
méthode de référence normalisée
SRM
méthode décrite et normalisée pour définir une caractéristique de qualité de l’air, provisoirement
appliquée sur un site à des fins de vérification
Note 1 à l’article: Pour les besoins de l’EN ISO 16911-2, les méthodes manuelles de référence sont décrites dans
l’EN ISO 16911-1.
3.8
matériau de référence du débit
substitut du débit pour soumettre à essai la performance d’un AMS
Note 1 à l’article: Un substitut pour le débit est normalement le paramètre mesuré directement par l’instrument,
comme par exemple la pression, le décalage de temps, la température, la dissipation thermique ou la fréquence.
3.9
point de référence inférieur
donnée de sortie de l’instrument en réponse à une fonction générée en interne, destinée à représenter
une valeur définie du débit mesuré au niveau de débit le plus bas, ou au plus proche de ce niveau, que le
système peut mesurer avec une incertitude donnée
3.10
point de référence supérieur
résultat produit par l’instrument en réponse à une fonction générée en interne, destinée à représenter
une valeur définie de vitesse mesurée au niveau de vitesse la plus élevée, ou au plus proche de ce niveau,
pour lequel le système est prévu pour le mesurage sur une installation donnée
3.11
profil de vitesse
représenté par deux diagrammes présentant la vitesse des gaz dans la direction axiale, la première
selon une ligne transversale au conduit et passant par le centre de gravité du conduit, et la seconde selon
une ligne perpendiculaire à la première
Note 1 à l’article: La vitesse des gaz est exprimée en m/s.
3.12
facteur de crête
rapport entre crête et moyenne
caractéristique du profil de vitesse, calculée à partir de la valeur maximale mesurée sur chaque profil
de vitesse, divisée par la valeur moyenne de chaque vitesse d’écoulement sur les trajets de mesurage
primaire et secondaire
Note 1 à l’article: Si le mesurage est effectué selon l’EN ISO 16911-1 et l’EN 15259, chaque mesurage est représentatif
d’une même surface d’écoulement dans le conduit, et le facteur de crête peut être calculé à partir d’une simple
moyenne des mesures individuelles.
Note 2 à l’article: Le facteur de crête doit être calculé pour les deux profils de vitesse, les trajets de mesurage
primaire et secondaire, qui sont perpendiculaires entre eux.
3.13
coefficient de dissymétrie
mesure de l’asymétrie définie comme la vitesse totale à gauche du centre du conduit, divisée par la vitesse
totale à droite du centre du conduit, ou l’inverse, la valeur retenue étant celle qui est supérieure à 1,00
Note 1 à l’article: Si le mesurage est effectué selon l’EN ISO 16911-1 et l’EN 15259, chaque mesurage est représentatif
d’une même surface de vitesse dans le conduit, et le coefficient de dissymétrie peut être calculé à partir d’une
moyenne simple des différents mesurages, sans inclure le mesurage au centre du conduit, lorsqu’il existe.
Note 2 à l’article: Le coefficient de dissymétrie doit être calculé pour les deux profils de vitesse perpendiculaires
entre eux.
3.14
giration
également désignée vitesse ou écoulement cyclonique, est la composante tangentielle du vecteur
vitesse du gaz
3.15
gamme de certification
gamme sur laquelle le système de mesurage de débit a été soumis à essai
Note 1 à l’article: La gamme de certification part normalement de zéro, si l’instrument indique zéro, ou du point
de référence inférieur, si l’instrument n’indique pas zéro.
Note 2 à l’article: Le système de mesurage du débit est soumis à essai conformément à l’EN 15267-3 et à
l’EN ISO 16911-2.
3.16
trajet de mesurage primaire
P
ligne transversale au conduit et passant par son centre, où la vitesse maximale est attendue
3.17
trajet de mesurage secondaire
S
ligne transversale au conduit et passant par son centre, perpendiculaire au trajet de mesurage primaire
3.18
nombre de Reynolds
Re
d
Re=ρv
m (3)
η
dyn
où
ρ est la masse volumique du gaz, en kg/m ;
v est la vitesse du gaz, en m/s;
m
d est le diamètre du conduit, en m;
η est la viscosité dynamique, en Pa s.
dyn
4 Symboles et abréviations
4.1 Symboles
a ordonnée à l’origine de la fonction d’étalonnage
4 © ISO 2013 – Tous droits réservés
b pente de la fonction d’étalonnage
D
i différence entre la valeur SRM mesurée y et la valeur de l’AMS étalonné
ˆ
i y
i
D moyenne des D
AVG i
D valeur d’ajustage de l’AMS lorsqu’une dérive est détectée
d diamètre du conduit
k , k (N) valeur utilisée pour le test de variabilité (sur la base d’un test de χ , avec une valeur β de
v v
50 %, pour N paires de mesurages)
n nombre de paires d’échantillons lors des mesurages parallèles
q débit-volume d’écoulement
V
R coefficient de détermination d’une régression linéaire
Re nombre de Reynolds
R reproductibilité absolue sur site
f.abs
s écart-type des différences D des mesures parallèles
D i
t facteur t de Student bilatéral à un niveau de confiance de 95 % et N − 1 degrés de liberté
0,95(N − 1)
t facteur t de Student bilatéral à un niveau de confiance de 5 % et N − 1 degrés de liberté
0,05(N − 1)
V moyenne pondérée de la vitesse sur un trajet de mesurage
AVG
v moyenne pondérée de la vitesse à gauche de l’axe central
L, AVG
v vitesse mesurée en un point situé à 12 % du diamètre à partir de la paroi du conduit à
L, 12 %
gauche de l’axe central
v valeur de crête de la vitesse sur le trajet de mesurage
CRETE
v vitesse du gaz, en m/s
m
v moyenne pondérée de la vitesse à droite de l’axe central
R, AVG
v vitesse mesurée en un point situé à 12 % du diamètre à partir de la paroi du conduit à droite
R, 12 %
de l’axe central, R
12 %
x signal mesuré obtenu avec l’AMS aux conditions de mesurage de l’AMS
ème
x i signal mesuré obtenu avec l’AMS aux conditions de mesurage de l’AMS
i
x moyenne des signaux x mesurés par l’AMS
AVG i
ème
x i résultat de mesurage de l’AMS 1
1i
ème
x i résultat de mesurage de l’AMS 2
2i
y résultat obtenu avec la SRM
y moyenne des résultats y obtenus avec la SRM
AVG i
y meilleure estimation de la «valeur vraie», calculée à partir du signal x mesuré par l’AMS à
cal
l’aide de la fonction d’étalonnage
η viscosité dynamique, en Pa s
dyn
ρ masse volumique du gaz, en kg/m
σ incertitude issue des exigences de la législation
4.2 Abréviations
AMS système automatique de mesurage
AST test annuel de surveillance selon l’EN 14181
CFD méthode de simulation numérique en mécanique des fluides
VLE valeur limite d’émission
SRM méthode de référence normalisée
QA assurance qualité
QAL1 premier niveau d’assurance qualité selon l’EN 14181
QAL2 deuxième niveau d’assurance qualité selon l’EN 14181
QAL3 troisième niveau d’assurance qualité selon l’EN 14181
5 Principe
5.1 Généralités
[1]–[3][5]
Pour obtenir l’incertitude exigée par les Directives applicables de l’UE et la Décision de la
[4]
Commission compétente de l’UE , l’EN ISO 16911-2 se focalise sur l’erreur systématique.
L’EN ISO 16911-2 prévoit trois manières différentes pour obtenir une exactitude élevée:
— garantir une installation correcte au moyen d’une pré-étude (voir 7.2);
— s’assurer que le profil de vitesse est pleinement développé (voir 7.3);
— garantir un mesurage correct par un niveau d’assurance qualité 2 (QAL2) (voir 7.4).
Noter que, si une pré-étude a été effectuée, le périmètre du QAL2 suivant et du test annuel de surveillance
(AST) peut être réduit; voir 9.1 b).
L’EN ISO 16911-2 introduit également certaines exigences supplémentaires aux essais de type selon
l’EN 15267-3; voir l’Article 6.
5.2 Importance d’une réduction au minimum des erreurs systématiques
[4]
Les incertitudes exigées dans la Décision de la Commission du 2007-07-18 , 2.1.3, dépendent du
«niveau» des installations et doivent être de:
— 10 % pour le niveau 1,
— 7,5 % pour le niveau 2,
— 5 % pour le niveau 3,
— 2,5 % pour le niveau 4.
6 © ISO 2013 – Tous droits réservés
Ces incertitudes incluent à la fois l’incertitude de mesure de la concentration et de mesure du débit-
volume, et sont des incertitudes fixées pour les émissions massiques annuelles.
L’incertitude de toute mesure est une combinaison des incertitudes provenant des erreurs aléatoires et
des erreurs systématiques.
Comme la composante d’erreur aléatoire peut être réduite par des mesurages répétés, et que son
coefficient de réduction, selon la loi générale de propagation des incertitudes, est égal à la racine carrée
du nombre de mesurages, la composante d’erreur aléatoire de la moyenne annuelle est négligeable. Par
exemple, la moyenne annuelle est une combinaison (idéalement) de 17 520 moyennes 1/2-horaires,
auquel cas l’incertitude liée à la composante d’erreur aléatoire apportée par chaque moyenne 1/2-horaire
individuelle est divisée par un facteur d’environ 132.
L’erreur systématique, en revanche, n’est pas réduite par des mesurages répétés.
Dans la surveillance du débit, les erreurs systématiques proviennent d’une série de sources, par exemple un
changement des profils de vitesse dans des conditions de fonctionnement des installations non couvertes
par la fonction d’étalonnage, ou des changements dans le système de surveillance, provoqués par une
contamination, un colmatage des orifices, une dérive de l’électronique ou un phénomène d’usure général.
L’EN ISO 16911-2 se concentre donc sur la réduction des erreurs systématiques de chaque mesurage
individuel.
Un test préliminaire est spécialement recommandé pour évaluer si le profil de vitesse change dans
différentes conditions de fonctionnement de l’installation et ce test doit être utilisé pour la sélection et
la configuration de l’AMS.
5.3 Relation avec l’EN 14181
L’EN ISO 16911-2 fournit les indications qui sont spécifiques aux mesurages de débit et est applicable
conjointement avec le document général EN 14181 sur l’assurance qualité (QA) des AMS.
L’EN ISO 16911-2 suit autant que possible la structure de l’EN 14181, avec la réserve que, pour le mesurage
du débit, aucune valeur limite d’émission (VLE) ni limite d’incertitude à un niveau de confiance de 95 %
ne sont fixées dans aucune Directive UE. Ces données étant exigées par la procédure spécifiée dans
l’EN 14181, des suggestions sur les valeurs de remplacement sont données dans l’EN ISO 16911-2.
Si une pré-étude a été effectuée, le nombre de paires de points de mesurage exigées pour un
étalonnage est réduit.
Une méthode d’étalonnage alternative a été ajoutée (méthode D) en utilisant la régression linéaire et en
forçant la droite de régression à passer par le point zéro.
6 Essais de type, données QAL1
6.1 Introduction
6.1.1 Généralités
[6]
Selon l’EN 14181 et l’EN 15267 , le système de surveillance du débit doit se composer de tous les
éléments nécessaires pour assurer le bon fonctionnement du dispositif de mesurage dans la plage
d’incertitude spécifiée. Ces composants doivent inclure, sans y être limités, les systèmes d’air de purge
et les équipements auxiliaires nécessaires pour assurer un fonctionnement en continu dans la plage
d’incertitude stipulée.
Soit 6.1.2 soit 6.1.3 est applicable, selon le cas.
6.1.2 Exigences au sein de l’Espace économique européen
Les caractéristiques de performance pertinentes de l’AMS doivent être documentées par le fabricant
et/ou son représentant européen par des essais d’aptitude à l’emploi effectués selon les normes
européennes applicables.
6.1.3 Exigences en dehors de l’Espace économique européen
Les caractéristiques de performance pertinentes de l’AMS doivent être documentées par le fabricant par
des essais d’aptitude à l’emploi effectués selon les normes applicables.
6.1.4 Conclusion
Ces essais sont habituellement effectués dans le cadre de procédures de certification ou d’homologation
[6]
de type selon l’EN 15267 , et les AMS fournis pour l’installation doivent avoir les mêmes caractéristiques
que les dispositifs soumis à essai. Les essais comprennent un essai en laboratoire et un essai sur site de
trois mois dans une application type.
Le rapport d’essai doit inclure l’incertitude AMS totale calculée selon l’EN 14181 et l’ISO 14956.
6.2 Critères de performance
Les exigences relatives aux résultats d’essai sont définies à partir de l’EN 15267-3 et énoncées dans les
Tableaux 1 et 2.
L’EN 15267-3 exige du fabricant qu’il décrive, et du laboratoire d’essai qu’il évalue, les modalités de
réalisation du contrôle QAL3.
L’EN ISO 16911-2 exige également du fabricant qu’il décrive, et du laboratoire d’essai qu’il évalue, les
modalités pour soumettre à essai la linéarité de l’AMS dans le cadre des tests opérationnels. Si un test
autre que le test de linéarité est évalué et certifié par un laboratoire d’essai, ce test suffit dans le cadre
des tests opérationnels.
Le fabricant doit déclarer et quantifier tous les paramètres d’influence connus pour affecter l’incertitude
de l’instrument, par exemple la température des gaz, les changements de masse spécifique et/ou de
chaleur spécifique, la composition des gaz, la pression des gaz, ainsi que toute méthode de compensation.
Des essais d’interférence doivent être effectués et les coefficients de sensibilité doivent être calculés et
déclarés selon l’EN 15267-3.
En utilisant les résultats d’essais issus du certificat d’approbation de type selon l’EN 15267-3 et
l’ISO 14956, l’incertitude totale, systématique et aléatoire, des résultats obtenus par l’AMS mesurant le
débit doit être calculée et déclarée.
6.3 Matériau ou procédure de référence pour le débit
La plupart des dispositifs de mesurage du débit-volume mesurent indirectement le débit en utilisant
un paramètre associé, par exemple la pression différentielle, la perte de chaleur ou le temps de transit.
Dans ce cas, un matériau ou une procédure de référence pour le débit est utilisé(e) pour soumettre à
essai ces paramètres.
La partie du dispositif de mesurage non soumise à essai par le matériau ou la procédure de référence
doit être soumise à essai par une procédure décrite par le fabricant et évaluée et documentée pendant
l’approbation de type.
Le laboratoire d’essai doit évaluer si la procédure de référence prévue pour soumettre à essai les AMS
couvre intégralement ceux-ci, ou autant que possible, à l’aide d’une valeur de référence répétable et
d’une incertitude spécifiée; voir Tableaux 1 et 2.
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Tableau 1 — Critères de performance de l’AMS pour les essais en laboratoire
Caractéristique de performance Critères de per-
formance
Temps de réponse ≤ 60 s
a
Écart-type de répétabilité au point de référence inférieur ≤ 2,0 %
a
Écart-type de répétabilité au point de référence supérieur ≤ 2,0 %
a
Écart de linéarité ≤ 3,0 %
Décalage du point de référence inférieur pour une variation de température ambiante de
a
≤ 5,0 %
20 °C dans l’intervalle spécifié
Décalage du point de référence supérieur pour une variation de température ambiante de
a
≤ 5,0 %
20 °C dans l’intervalle spécifié
a
Influence de la tension à + 15 % et à - 10 % de la tension nominale d’alimentation électrique ≤ 2,0 %
a
Influence des vibrations ≤ 2,0 %
b
Contrôle QAL3 Positif
b
Contrôle de linéarité Positif
a
Valeur en pourcentage de la limite supérieure de la gamme de certification.
b
Le laboratoire d’essai doit évaluer la possibilité de mettre en œuvre le mode opératoire d’essai comme décrit en 6.2.
Tableau 2 — Critères de performance de l’AMS pour les essais sur site
Critères de per-
Caractéristique de performance
formance
Coefficient de détermination de la fonction d’étalonnage, R ≥ 0,90
Temps de réponse ≤ 60 s
Période de fonctionnement sans surveillance (intervalle de maintenance) ≥ 8 jours
a
Dérive du point de référence inférieur dans l’intervalle de maintenance ≤ 2 %
a
Dérive du point de référence supérieur dans l’intervalle de maintenance ≤ 4 %
Disponibilité ≥ 95 %
Reproductibilité, R ≤ 3,3 %
f
a
Valeur en pourcentage de la limite supérieure de la gamme de certification.
6.4 Calcul QAL1
6.4.1 Généralités
Soit 6.4.2 soit 6.4.3 est applicable, selon le cas.
6.4.2 Exigences au sein de l’Espace économique européen
L’AMS doit être approuvé et certifié selon l’EN 15267-3 et les exigences supplémentaires de
l’EN ISO 16911-2.
6.4.3 Exigences en dehors de l’Espace économique européen
L’AMS doit être conforme aux exigences spécifiées dans l’EN 15267-3 et aux exigences supplémentaires
de l’EN ISO 16911-2.
6.4.4 Conclusion
La configuration de l’instrument doit être auditée par le laboratoire d’essai pendant les essais de
type, et l’audit doit inclure la configuration géométrique, y compris le mesurage de l’aire de la section
transversale du conduit, et toute grandeur de référence ayant une influence sur le résultat du mesurage
du débit, par exemple des variations du profil de vitesse, des variations de température, des variations
de pression, des variations dans la composition des gaz ou des contaminations.
Toutes ces influences doivent être estimées avec une incertitude composée élargie, calculée comme
décrit dans l’ISO 14956.
Le laboratoire d’essai doit évaluer l’influence des variations du profil de vitesse sur la valeur indiquée
par le dispositif de mesurage du débit.
NOTE Cela aide l’utilisateur final à estimer l’influence attendue du profil de vitesse lorsque le résultat de la
pré-étude est connu.
6.5 Points de contrôle de la vitesse et QAL3
L’EN 15267-3 exige du fabricant qu’il fournisse une description de la méthodologie utilisée par l’AMS
pour déterminer s’il fonctionne en accord avec ses spécifications de produit. Celle-ci se compose de
contrôles de l’AMS (point zéro interne automatique ou manuel ou points de référence inférieur et
supérieur), combinée avec une procédure supplémentaire si les contrôles de l’instrument ne couvrent
pas la chaîne entière de mesurage.
Le laboratoire d’essai doit évaluer si le mécanisme utilisé pour déterminer les points de référence internes,
fixés à zéro ou à des points de référence de vitesse minimale ou maximale définis, est aussi complet que
possible pour la technique de mesurage utilisée. Le contrôle interne combiné avec une procédure doit
être capable de détecter tout dysfonctionnement de l’instrument, y compris les problèmes provoqués
par une contamination et une dérive interne.
Le fabricant doit fournir des renseignements détaillés sur cette procédure dans la notice d’utilisation,
décrivant comment assurer le bon fonctionnement des parties du mesurage non soumises à essai par les
contrôles internes par points de référence.
Le test QAL3 doit comprendre les contrôles du point de référence et, s’il y a lieu, les résultats de la
procédure de surveillance.
7 Choix de l’emplacement de l’AMS
7.1 Généralités
La position axiale de l’AMS sur le conduit (normalement verticale) ainsi que sa position sur le périmètre
du conduit peuvent avoir une influence significative sur la performance de l’AMS.
Il est vivement recommandé d’effectuer une pré-étude, telle que décrite à l’Article 8, en vue de caractériser
la vitesse de sorte que l’AMS puisse être positionné à un emplacement où les changements du profil de
vitesse ne dégradent pas la performance de l’AMS.
NOTE 1 Pour réduire les coûts, la pré-étude peut être effectuée avec l’étude de l’essai d’homogénéité requis
par l’EN 15259.
La pré-étude permet également à l’opérateur de déterminer si un AMS mesurant en un point, un AMS
introduit dans le conduit ou un AMS mesurant de part et d’autre du conduit peut satisfaire aux exigences
d’incertitude de l’EN ISO 16911-2; voir Tableau 2.
[5]
NOTE 2 La Directive UE 2010/75/UE stipule dans l’Article 38, Section 3, et dans l’Article 48, Section 3, que
«L’autorité compétente doit déterminer l’emplacement des points de prélèvement ou de mesurage à utiliser pour
la surveillance des émissions».
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Le présent article est destiné à servir de ligne directrice pour les opérateurs afin de les aider à prendre
une bonne décision technique.
Si plusieurs AMS sont utilisés, les AMS doivent être montés de manière à ne pas interférer les uns
avec les autres.
7.2 Choix fondé sur la pré-étude
Une pré-étude doit être effectuée conformément à l’Article 8.
L’emplacement doit être choisi de façon à fournir un mesurage représentatif qui réduise également au
minimum l’influence des variations du profil de vitesse sur l’incertitude de mesure du débit.
L’emplacement et le(s) trajet(s) de mesurage proposés doivent être déterminés sur la base des variations
du profil de vitesse enregistrées, quantifiées en utilisant le facteur de crête et le coefficient de dissymétrie
du profil de vitesse comme décrit à l’Annexe F.
L’installateur doit choisir l’emplacement du mesurage AMS en respectant les instructions données par le
fabricant ou en consultant le représentant du fabricant. Il est conseillé à l’opérateur de prendre contact
avec les autorités compétentes pour s’assurer que cet emplacement répond aux exigences.
7.3 Choix fondé sur un profil de vitesse prévisible
La localisation d’un AMS peut être décidée sans pré-étude lorsque celui-ci peut être placé à un
emplacement où le profil de vitesse est totalement développé et ne peut pas changer, et s’il est accepté
par l’autorité compétente.
Cela est normalement obtenu lorsque tous les critères suivants sont satisfaits:
— le point de mesurage est éloigné de toute perturbation amont d’au moins 25 fois le diamètre
hydraulique, et de toute perturbation aval d’au moins cinq fois le diamètre hydraulique,
— l’écoulement a un nombre de Reynolds supérieur à 10 000,
— le conduit n’a aucun registre mobile, ni aube directrice,
— le conduit n’a pas d’alimentations multiples,
— le conduit n’a pas d’alimentations décentrées.
Si toutes les conditions ci-dessus sont réunies, tout AMS peut convenir, y compris avec mesurage en un
point unique.
NOTE Pour un écoulement turbulent totalement développé dans un conduit de section circulaire, il est
attendu que la vitesse moyenne soit identique à la vitesse à un point situé à 12 % du diamètre de la paroi.
Dans ce cas, la procédure QAL2 peut être effectuée conformément à l’Article 9 avec un nombre réduit de
points de données.
Si cette installation ne passe pas la procédure QAL2, comme spécifié à l’Article 9, même si les conditions
ci-dessus sont remplies, la procédure décrite en 7.4 doit être utilisée, ou une pré-étude doit être effectuée
comme décrit à l’Article 8.
7.4 Qualification de l’étalonnage d’un AMS par une procédure QAL2 de type 2
Un opérateur peut choisir de ne pas effectuer une pré-étude, par exemple en cas de matériel préexistant
installé, à condition qu’une procédure QAL2 de type 2 soit effectuée et réussie.
L’installation peut être homologuée conformément à l’EN ISO 16911-2 sans réaliser de pré-étude si
l’étalonnage QAL2 est effectué avec une étendue de points de mesurage répartis entre le débit le plus
élevé et le débit le plus bas pour lesquels le fonctionnement en continu de l’installation est conçu (au
moins le débit pour lequel un débit plus faible n’est pas observé pendant plus de 10 % du temps de
fonctionnement de l’installation ou le point de charge minimale stable), et avec un étalonnage répondant
aux critères décrits à l’Article 9.
NOTE Le présent paragraphe ne supprime pas l’exigence pour l’opérateur d’effectuer les tests d’investigation
sur le conduit décrits dans l’EN 15259.
7.5 Orifices et plateformes de travail
Les orifices et les plateformes de mesurage pour les mesurages parallèles doivent être placés de façon
qu’il n’y ait aucune interférence mesurable entre la SRM et l’AMS.
La (les) plateforme(s) de travail doi(ven)t fournir un accès facile et sûr à l’AMS pour permettre l’inspection
et la mise en œuvre des procédures d’assurance qualité (QAL2, AST et QAL3).
La plateforme de travail pour la SRM doit être conforme aux exigences de
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
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