ISO 10396:1993
(Main)Stationary source emissions — Sampling for the automated determination of gas concentrations
Stationary source emissions — Sampling for the automated determination of gas concentrations
The principle of the method specified is representative sampling of gases in a duct using two methods. In extractive sampling, the gases are conditioned to remove aerosols, particulate matter, and other interfering substances. In non-extractive sampling, the measurements are made in-situ, and no sample conditioning except filtering is required. The application is limited to the determination of O2, CO2, CO, SO2, NO, NO2. Although they are only mentioned briefly, detailed velocity measurements are required to determine the mass flow rates of gases.
Émissions de sources fixes — Échantillonnage pour la détermination automatique des concentrations de gaz
Emisije nepremičnih virov - Vzorčenje za avtomatsko določevanje plinskih koncentracij
General Information
Relations
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL IS0
STANDARD 10396
First edition
1993-I o-01
Stationary source emissions - Sampling
for the automated determination of gas
concentrations
- khan tillonnage pour la d6 termina tion
imissions de sources fixes
automatique des concentrations de gaz
Reference number
IS0 10396: 1993(E)
---------------------- Page: 1 ----------------------
IS0 10396:1993(E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
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. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
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.
International Standard IS0 10396 was prepared by Technical Committee
ISOPC 146, Air quaky, Sub-Committee SC 1, Stationary source
emissions.
Annex A of this International Standard is for information only.
0 IS0 1993
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or
by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without per-
mission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case Postale 56 l CH-1211 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
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INTERNATIONAL STANDARD
IS0 10396:1993(E)
Stationary source emissions
- Sampling for the
automated determination of gas concentrations
1 Scope
2 Normative references
The following standards contain provisions which,
Genera through reference in this text, constitute provisions
I. 1
of this International Standard. At the time of publi-
cation, the editions indicated were valid. All standards
This International Standard specifies procedures and
are subject to revision, and parties to agreements
equipment that will permit, within certain limits, rep-
based on this International Standard are encouraged
resentative sampling for the automated determination
to investigate the possibility of applying the most re-
of gas concentrations of effluent gas streams. The
cent editions of the standards indicated below.
application is limited to the determination of oxygen
Members of IEC and IS0 maintain registers of cur-
(O,), carbon dioxide (CO,), carbon monoxide (CO),
sulfur dioxide (SO,), nitrogen monoxide (NO) and ni- rently valid International Standards.
trogen dioxide (NO,). Although they are only men-
IS0 79349 989, Stationary source emissions - De-
tioned briefly in this International Standard, detailed
termination of the mass concentration of sulfur diox-
velocity measurements are required to determine the
ide - Hydrogen peroxide/barium perchlora te/Thorin
mass flow rates of gases.
method.
IS0 9096: 1992, Stationary source emissions - De-
01.2 Limitations
termination of concentration and mass flow rate of
particulate material in gas-carrying ducts - Manual
It is recognized that there are some combustion pro-
gravimetric method.
cesses and situations that may limit the applicability
of this International Standard. Where such conditions
exist, caution and competent technical judgment are
required, especially when dealing with any of the fol-
3 Definitions
lowing:
For the purposes of this International Standard, the
a) corrosive or highly reactive components;
following definitions apply.
b) high vacuum, high pressure or high temperature
3.1 condensable material: Moisture that is con-
gas streams;
sidered in the sample conditioning equipment.
c) wet flue gases;
3.2 corrosiveness: The tendency of an enclosed
fluctuations in velocity, temperature or concen- gas stream to attack sampling equipment compo-
tration due to uncontrollable variation in the pro- nents or other exposed surfaces under sampling con-
cess;
ditions.
gas stratification due to the non-mixing of gas
3.3 gaseous concentrations: The mass of a par-
streams;
titular gas per unit volume of dry gas in the enclosed
gas stream, unless otherwise stated.
” 0
P . I I n
rl measurements maae ustng environmental cont:roi
devices; If expressed by volume, these concentrations could
be standardized by using a reference excess air level
g) low levels of gas concentrations.
(for example: 3 % oxygen).
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IS0 10396:1993(E)
3.4 highly reactive source: An enclosed gas stream b) gas leakage or air infiltration and continuous gas
that contains unstable components or devices for the reactions;
removal of environmental contaminants that could re-
act to form other chemical components as conditions c) random errors due to the finite nature of the sam-
change. The components may be formed either in the ple and the sampling procedure adopted to obtain
enclosed gas stream or in the sampling equipment a representative sample.
and may cause inherent errors in sample analysis.
3.5 wet flue gas: A gas stream that is at or below
5.1.2 Representativeness may be difficult to achieve
the saturation point and may contain droplets of wa-
for the following reasons:
ter.
- nature of the source (e.g. cyclic, continuous or
3.6 standard conditions: 101,3 kPa (pressure) and
batch);
273 K (temperature).
- concentration level of the gas to be determined;
3.7 sample integrity: The elimination of leaks or
physical and chemical reactions in the sample gas - size of the source;
between the sample inlet and the measuring instru-
ment. - configuration of the duct network where samples
are to be extracted.
Where there are difficulties due to the nature of the
4 Principle
source as noted in 5.1 .I, the concentration profile
shall be established for each operating condition in
Representative sampling of gases in a duct, that in-
order to determine the best sampling location.
cludes both extractive and non-extractive methods. In
extractive sampling, these gases are conditioned to
Some sources may have more variability in process
remove aerosols, particulate matter, and other inter-
(i.e. cyclic variation) and, consequently, any time-
fering substances before being conveyed to the in-
dependent measurement may be less representative
struments. In non-extractive sampling, the
of the average concentration if a full cycle of variability
measurements are made in-situ; therefore, no sample
is not sampled.
conditioning except filtering is required.
4.1 Extractive sampling
5.1.3 Before any measurements are carried out, it is
necessary to become familiar with the pertinent op-
Extractive sampling includes extraction of the sample,
erating characteristics of the process from which
removal of interfering materials and maintenance of
emissions are to be sampled and determined. These
the gas concentration throughout the sampling sys-
operating characteristics shall include, but are not
tem for subsequent analysis by appropriate instru-
necessarily limited to, the following:
mentation (see figure 1).
a) mode of process operation (cyclic, batch charging,
or continuous);
4.2 Non-extractive sampling
b) process feed rates and composition;
Non-extractive sampling does not involve removal of
a sample, and sampling is confined to the gas stream
c) fuel rates and composition;
in the duct (see figures 2 and 3).
d) normal operating gas temperatures and pressures;
5 Representativeness: Factors to be
e) operating and removal efficiency of the pollution
considered
control equipment;
f) configuration of the ducts to be sampled leading
5.1 Nature of source
to gas stratification;
5.1.1 the representativeness of the determination
g) volumetric gas flow rates;
of gaseous concentration in enclosed gas streams
depends on several factors:
expected gas composition and likely interfering
h)
substances.
a) the heterogeneity of the process stream, such as
variations in concentration, temperature, or vel-
NOTE 1 Caution must be exercised if the duct to be
ocity across the duct caused by moisture or gas
sampled is under pressure or vacuum, or at a high tem-
stratification; perature.
2
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IS0 10396:1993(E)
5.2 Location taken to ensure that the instrument location is rep-
resentative.
5.2.1 Inspection parameters
5.3 Gas concentration, velocity and
An inspection of the physical characteristics of the
temperature profile
test site shall be carried out in order to evaluate fac-
tors such as:
Before any sampling is undertaken, it is necessary to
determine any spatial or temporal fluctuations in the
a) safety of the personnel;
gas concentrations, and to carry out a preliminary
survey of the gas concentration, temperature and
b) location of the flow disturbances;
velocity. Measure the concentration, temperature and
velocity at the sampling points several times to obtain
c) accessibility of the sampling site;
their spatial and temporal profiles. Conduct this survey
when the plant is operating under conditions that will
d) available space for the sampling equipment and
be adhered to during the test, in order to determine
instrumentation and possible scaffolding require-
whether the sampling position is suitable and whether
ments;
the conditions in the duct are satisfactory (see 5.1.2).
e) availability of suitable electrical power, com-
5.4 Other factors
pressed air, water, steam, etc.;
The principle of operation and the components of the
f) sampling port locations.
instrument systems can significantly affect the de-
gree to which a collected sample is representative of
SAFETY PRECAUTIONS
the measured gas in the source. For example, a point
The electrical equipment used shall be in accord- sampling extractive system requires more attention
ance with the load safety requirements. Where a to sampling site location than an across-the-stack in-
potentially explosive or hazardous atmosphere is situ sampling system. Furthermore, sampling lines
suspected, particular attention is required and should not be composed of materials that have gas
precautions shall be taken to ensure the safety of adsorbing properties that can affect the response time
of the measurement section (see tableA. 1.
the operations.
Care should be taken to preserve the integrity of the
5.2.2 Sampling site location
sample taken, by a good selection of equipment, and
appropriate heating, drying and leak testing, etc. In
It is necessary to ensure that the gas concentrations
addition, other factors such as corrosion, synergies,
measured are representative of the average con-
reaction with components, decompositiion and ad-
ditions inside the duct or stack. The requirements for
sorption might affect the integrity of a sample (see
the extractive sampling of gas may be not as stringent
clause 6).
as those for particulate material. It is important that
the sampling location be removed from any ob-
structions which will seriously disturb the gas flow in
6 Equipment
the duct or stack. The polluant can have cross-
sectional variation. The concentration at various points
Recommended construction materials are given in
of the cross-section shall first be checked, in order to
annex A.
assess the homogeneity of the flow and to detect any
infiltration of air or gas stratification, etc. If a prelimi-
6.1 Components of extractive sampling
nary analysis of cross-section at measurements taken
equipment
indicates more than + 15 % variation in concen-
trations, and if an alternative acceptable location is not
6.1.1 Primary filter
available, multipoint sampling is recommended.
This may be achieved either by moving the probe The filter medium shall be constructed of an appro-
from point to point or having a probe with multiple priate alloy (such as a specific stainless steel cast al-
access ports (see IS0 9096). Usuaily, the cross- loy), quartz borosilicate, ceramics or another suitable
material. A filter that retains particles greater than
sectional concentration of gaseous pollutants is uni-
form, because of the diffusion and turbulent mixing. 10 pm is recommended. A secondary filter might be
In this case, it is only necessary to sample at one required as well (see 6.1.4). The filter medium may
point within the stack or duct to determine the aver- be located outside the duct or at the tip of the sample
age concentration” A gas sample should be extracted probe (6.1.2). If placed at the tip of the probe, a de-
near the centre of the stack sampling site, positioned flector plate may be added to prevent particle build-up
one-third of halfway in the stack or duct. When using on the leading edge of the filter. This will prevent
nonextractive systems, a concentration as represen- blockage of the filter. Care should be taken to avoid
tative as possible is obtained, but care should also be contamination of the filter with particulate matter
3
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IS0 10396:1993(E)
where condensate may react with gases to give an 6.1.4 Secondary filter
erroneous result.
A secondary filter may be needed to remove the re-
maining particulate material, in order to protect the
6.1.2 Probe
pump (6.1.5) and analyser. It shall follow the sampling
line (6.1.3) immediately downstream of the probe. A
filter that retains particles greater than 1 pm is rec-
6.1.2.1 Metal probes
ommended. Acceptable materials are PTFE or quartz
borosilicate. The size of the filter shall be determined
Metal probes are widely used for gas sampling. The
from the required sample flow and the manufacturer’s
choice of the metal depends basically on the physical
data on the flow rate per unit area.
and chemical properties of the sample to be taken and
on the nature of the gas to be determined.
The filter shall be heated to a temperature not less
than 15 K above the water and acid dew-point of the
Mild steel is subject to corrosion by oxidizing gases
sampled gas. The secondary filter may also be an un-
and may be porous to hydrogen. Thus, it is preferable
heated filter. In this case, it shall immediately follow
to have stainless steel or chromium steels which can
the water vapour removal (cooler) device.
be used up to 1 175 K. Other special steels or alloys
can be used above this temperature. The probe shall
be heated if there is a condensation occurring in its
6.1.5 Sampling pump
interior; it shall also be cooled by an air or water jacket
when sampling in very hot gases.
A gas-tight pump is used to withdraw a continous
sample from the duct through the system. This may
NOTE 2 When employed in an explosive atmosphere,
be a diaphragm pump, a metal bellows pump or an-
metal probes should be carefully grounded.
other type of pump. The pump shall be constructed
of corrosion-resistant material.
6.1.2.2 Refractory probes (see annex A)
The capacity of the pump shall be such that it can
supply all the analysers with their required flows, plus
Refractory probes are generally made of vitreous
a 10 % excess flow margin. A bypass valve can be
silica, porcelain, mullite or recrystallized alumina.
placed across the pump to control the flow rate. This
They are fragile and may warp at high temperatures
valve will lengthen the life of the pump if used fre-
with the exception of silica, they may also crack with
quently at lower flow rates. It should be noted that
thermal shock.
some commercially available conditioning modules
may be supplied with the pump upstream of the
Borosilicate glass probes can withstand temperatures
refrigeration/permeation drier. In such cases, when
up to 775 K and vitreous silica probes up to 1 300 K.
high acidity and moisture are present in the gas
Other refractories of ceramic materials can withstand
stream, the pump should be operated at a tempera-
much higher temperatures.
ture of at least 15 K above the acid dew-point. In ad-
maintenance may be
dition, increased
pump
anticipated in such conditions.
6.1.3 Heated sampling line connected to
moisture removal assembly
6.1.6 Removal of water vapour
The sampling line shall be made of stainless steel, or
polytetrafluoroethylene (PTFE).
If a water rem oval procedure i S employed, it shall be
ei ther a conde nsati onlrefrigera ti on or permeation dry-
The tube diameter should be adequate to provide a
ing method or a combination of both. Use of a
flow rate that is sufficient to feed the monitors, bear-
desiccant will be permissible if it does not affect the
ing in mind the sampling line length and the pressure
actual concentration of gases such as CO. Each
characteristics of the sampling pump (6.1.5) used.
method has its own merits and the following points
shall be noted:
The sampling line shall be kept at a temperature of
at least 15 K above the water and acid dew-point
a) When the condensation/refrigeration method is
temperature of the sampled gas. The temperature has
employed, the removal shall take place outside the
to be monitored.
heated box.
In order to redu
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 10396:1996
01-maj-1996
(PLVLMHQHSUHPLþQLKYLURY9]RUþHQMH]DDYWRPDWVNRGRORþHYDQMHSOLQVNLK
NRQFHQWUDFLM
Stationary source emissions - Sampling for the automated determination of gas
concentrations
Émissions de sources fixes - Échantillonnage pour la détermination automatique des
concentrations de gaz
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 10396:1993
ICS:
13.040.40 (PLVLMHQHSUHPLþQLKYLURY Stationary source emissions
SIST ISO 10396:1996 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 10396:1996
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SIST ISO 10396:1996
INTERNATIONAL IS0
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First edition
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Stationary source emissions - Sampling
for the automated determination of gas
concentrations
- khan tillonnage pour la d6 termina tion
imissions de sources fixes
automatique des concentrations de gaz
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IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work
of preparing International Standards is normally carried out through IS0
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. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
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.
International Standard IS0 10396 was prepared by Technical Committee
ISOPC 146, Air quaky, Sub-Committee SC 1, Stationary source
emissions.
Annex A of this International Standard is for information only.
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All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or
by any means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without per-
mission in writing from the publisher.
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Stationary source emissions
- Sampling for the
automated determination of gas concentrations
1 Scope
2 Normative references
The following standards contain provisions which,
Genera through reference in this text, constitute provisions
I. 1
of this International Standard. At the time of publi-
cation, the editions indicated were valid. All standards
This International Standard specifies procedures and
are subject to revision, and parties to agreements
equipment that will permit, within certain limits, rep-
based on this International Standard are encouraged
resentative sampling for the automated determination
to investigate the possibility of applying the most re-
of gas concentrations of effluent gas streams. The
cent editions of the standards indicated below.
application is limited to the determination of oxygen
Members of IEC and IS0 maintain registers of cur-
(O,), carbon dioxide (CO,), carbon monoxide (CO),
sulfur dioxide (SO,), nitrogen monoxide (NO) and ni- rently valid International Standards.
trogen dioxide (NO,). Although they are only men-
IS0 79349 989, Stationary source emissions - De-
tioned briefly in this International Standard, detailed
termination of the mass concentration of sulfur diox-
velocity measurements are required to determine the
ide - Hydrogen peroxide/barium perchlora te/Thorin
mass flow rates of gases.
method.
IS0 9096: 1992, Stationary source emissions - De-
01.2 Limitations
termination of concentration and mass flow rate of
particulate material in gas-carrying ducts - Manual
It is recognized that there are some combustion pro-
gravimetric method.
cesses and situations that may limit the applicability
of this International Standard. Where such conditions
exist, caution and competent technical judgment are
required, especially when dealing with any of the fol-
3 Definitions
lowing:
For the purposes of this International Standard, the
a) corrosive or highly reactive components;
following definitions apply.
b) high vacuum, high pressure or high temperature
3.1 condensable material: Moisture that is con-
gas streams;
sidered in the sample conditioning equipment.
c) wet flue gases;
3.2 corrosiveness: The tendency of an enclosed
fluctuations in velocity, temperature or concen- gas stream to attack sampling equipment compo-
tration due to uncontrollable variation in the pro- nents or other exposed surfaces under sampling con-
cess;
ditions.
gas stratification due to the non-mixing of gas
3.3 gaseous concentrations: The mass of a par-
streams;
titular gas per unit volume of dry gas in the enclosed
gas stream, unless otherwise stated.
” 0
P . I I n
rl measurements maae ustng environmental cont:roi
devices; If expressed by volume, these concentrations could
be standardized by using a reference excess air level
g) low levels of gas concentrations.
(for example: 3 % oxygen).
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SIST ISO 10396:1996
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3.4 highly reactive source: An enclosed gas stream b) gas leakage or air infiltration and continuous gas
that contains unstable components or devices for the reactions;
removal of environmental contaminants that could re-
act to form other chemical components as conditions c) random errors due to the finite nature of the sam-
change. The components may be formed either in the ple and the sampling procedure adopted to obtain
enclosed gas stream or in the sampling equipment a representative sample.
and may cause inherent errors in sample analysis.
3.5 wet flue gas: A gas stream that is at or below
5.1.2 Representativeness may be difficult to achieve
the saturation point and may contain droplets of wa-
for the following reasons:
ter.
- nature of the source (e.g. cyclic, continuous or
3.6 standard conditions: 101,3 kPa (pressure) and
batch);
273 K (temperature).
- concentration level of the gas to be determined;
3.7 sample integrity: The elimination of leaks or
physical and chemical reactions in the sample gas - size of the source;
between the sample inlet and the measuring instru-
ment. - configuration of the duct network where samples
are to be extracted.
Where there are difficulties due to the nature of the
4 Principle
source as noted in 5.1 .I, the concentration profile
shall be established for each operating condition in
Representative sampling of gases in a duct, that in-
order to determine the best sampling location.
cludes both extractive and non-extractive methods. In
extractive sampling, these gases are conditioned to
Some sources may have more variability in process
remove aerosols, particulate matter, and other inter-
(i.e. cyclic variation) and, consequently, any time-
fering substances before being conveyed to the in-
dependent measurement may be less representative
struments. In non-extractive sampling, the
of the average concentration if a full cycle of variability
measurements are made in-situ; therefore, no sample
is not sampled.
conditioning except filtering is required.
4.1 Extractive sampling
5.1.3 Before any measurements are carried out, it is
necessary to become familiar with the pertinent op-
Extractive sampling includes extraction of the sample,
erating characteristics of the process from which
removal of interfering materials and maintenance of
emissions are to be sampled and determined. These
the gas concentration throughout the sampling sys-
operating characteristics shall include, but are not
tem for subsequent analysis by appropriate instru-
necessarily limited to, the following:
mentation (see figure 1).
a) mode of process operation (cyclic, batch charging,
or continuous);
4.2 Non-extractive sampling
b) process feed rates and composition;
Non-extractive sampling does not involve removal of
a sample, and sampling is confined to the gas stream
c) fuel rates and composition;
in the duct (see figures 2 and 3).
d) normal operating gas temperatures and pressures;
5 Representativeness: Factors to be
e) operating and removal efficiency of the pollution
considered
control equipment;
f) configuration of the ducts to be sampled leading
5.1 Nature of source
to gas stratification;
5.1.1 the representativeness of the determination
g) volumetric gas flow rates;
of gaseous concentration in enclosed gas streams
depends on several factors:
expected gas composition and likely interfering
h)
substances.
a) the heterogeneity of the process stream, such as
variations in concentration, temperature, or vel-
NOTE 1 Caution must be exercised if the duct to be
ocity across the duct caused by moisture or gas
sampled is under pressure or vacuum, or at a high tem-
stratification; perature.
2
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SIST ISO 10396:1996
IS0 10396:1993(E)
5.2 Location taken to ensure that the instrument location is rep-
resentative.
5.2.1 Inspection parameters
5.3 Gas concentration, velocity and
An inspection of the physical characteristics of the
temperature profile
test site shall be carried out in order to evaluate fac-
tors such as:
Before any sampling is undertaken, it is necessary to
determine any spatial or temporal fluctuations in the
a) safety of the personnel;
gas concentrations, and to carry out a preliminary
survey of the gas concentration, temperature and
b) location of the flow disturbances;
velocity. Measure the concentration, temperature and
velocity at the sampling points several times to obtain
c) accessibility of the sampling site;
their spatial and temporal profiles. Conduct this survey
when the plant is operating under conditions that will
d) available space for the sampling equipment and
be adhered to during the test, in order to determine
instrumentation and possible scaffolding require-
whether the sampling position is suitable and whether
ments;
the conditions in the duct are satisfactory (see 5.1.2).
e) availability of suitable electrical power, com-
5.4 Other factors
pressed air, water, steam, etc.;
The principle of operation and the components of the
f) sampling port locations.
instrument systems can significantly affect the de-
gree to which a collected sample is representative of
SAFETY PRECAUTIONS
the measured gas in the source. For example, a point
The electrical equipment used shall be in accord- sampling extractive system requires more attention
ance with the load safety requirements. Where a to sampling site location than an across-the-stack in-
potentially explosive or hazardous atmosphere is situ sampling system. Furthermore, sampling lines
suspected, particular attention is required and should not be composed of materials that have gas
precautions shall be taken to ensure the safety of adsorbing properties that can affect the response time
of the measurement section (see tableA. 1.
the operations.
Care should be taken to preserve the integrity of the
5.2.2 Sampling site location
sample taken, by a good selection of equipment, and
appropriate heating, drying and leak testing, etc. In
It is necessary to ensure that the gas concentrations
addition, other factors such as corrosion, synergies,
measured are representative of the average con-
reaction with components, decompositiion and ad-
ditions inside the duct or stack. The requirements for
sorption might affect the integrity of a sample (see
the extractive sampling of gas may be not as stringent
clause 6).
as those for particulate material. It is important that
the sampling location be removed from any ob-
structions which will seriously disturb the gas flow in
6 Equipment
the duct or stack. The polluant can have cross-
sectional variation. The concentration at various points
Recommended construction materials are given in
of the cross-section shall first be checked, in order to
annex A.
assess the homogeneity of the flow and to detect any
infiltration of air or gas stratification, etc. If a prelimi-
6.1 Components of extractive sampling
nary analysis of cross-section at measurements taken
equipment
indicates more than + 15 % variation in concen-
trations, and if an alternative acceptable location is not
6.1.1 Primary filter
available, multipoint sampling is recommended.
This may be achieved either by moving the probe The filter medium shall be constructed of an appro-
from point to point or having a probe with multiple priate alloy (such as a specific stainless steel cast al-
access ports (see IS0 9096). Usuaily, the cross- loy), quartz borosilicate, ceramics or another suitable
material. A filter that retains particles greater than
sectional concentration of gaseous pollutants is uni-
form, because of the diffusion and turbulent mixing. 10 pm is recommended. A secondary filter might be
In this case, it is only necessary to sample at one required as well (see 6.1.4). The filter medium may
point within the stack or duct to determine the aver- be located outside the duct or at the tip of the sample
age concentration” A gas sample should be extracted probe (6.1.2). If placed at the tip of the probe, a de-
near the centre of the stack sampling site, positioned flector plate may be added to prevent particle build-up
one-third of halfway in the stack or duct. When using on the leading edge of the filter. This will prevent
nonextractive systems, a concentration as represen- blockage of the filter. Care should be taken to avoid
tative as possible is obtained, but care should also be contamination of the filter with particulate matter
3
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SIST ISO 10396:1996
IS0 10396:1993(E)
where condensate may react with gases to give an 6.1.4 Secondary filter
erroneous result.
A secondary filter may be needed to remove the re-
maining particulate material, in order to protect the
6.1.2 Probe
pump (6.1.5) and analyser. It shall follow the sampling
line (6.1.3) immediately downstream of the probe. A
filter that retains particles greater than 1 pm is rec-
6.1.2.1 Metal probes
ommended. Acceptable materials are PTFE or quartz
borosilicate. The size of the filter shall be determined
Metal probes are widely used for gas sampling. The
from the required sample flow and the manufacturer’s
choice of the metal depends basically on the physical
data on the flow rate per unit area.
and chemical properties of the sample to be taken and
on the nature of the gas to be determined.
The filter shall be heated to a temperature not less
than 15 K above the water and acid dew-point of the
Mild steel is subject to corrosion by oxidizing gases
sampled gas. The secondary filter may also be an un-
and may be porous to hydrogen. Thus, it is preferable
heated filter. In this case, it shall immediately follow
to have stainless steel or chromium steels which can
the water vapour removal (cooler) device.
be used up to 1 175 K. Other special steels or alloys
can be used above this temperature. The probe shall
be heated if there is a condensation occurring in its
6.1.5 Sampling pump
interior; it shall also be cooled by an air or water jacket
when sampling in very hot gases.
A gas-tight pump is used to withdraw a continous
sample from the duct through the system. This may
NOTE 2 When employed in an explosive atmosphere,
be a diaphragm pump, a metal bellows pump or an-
metal probes should be carefully grounded.
other type of pump. The pump shall be constructed
of corrosion-resistant material.
6.1.2.2 Refractory probes (see annex A)
The capacity of the pump shall be such that it can
supply all the analysers with their required flows, plus
Refractory probes are generally made of vitreous
a 10 % excess flow margin. A bypass valve can be
silica, porcelain, mullite or recrystallized alumina.
placed across the pump to control the flow rate. This
They are fragile and may warp at high temperatures
valve will lengthen the life of the pump if used fre-
with the exception of silica, they may also crack with
quently at lower flow rates. It should be noted that
thermal shock.
some commercially available conditioning modules
may be supplied with the pump upstream of the
Borosilicate glass probes can withstand temperatures
refrigeration/permeation drier. In such cases, when
up to 775 K and vitreous silica probes up to 1 300 K.
high acidity and moisture are present in the gas
Other refractories of ceramic materials can withstand
stream, the pump should be operated at a tempera-
much higher temperatures.
ture of at least 15 K above the acid dew-point. In ad-
maintenance may be
dition, increased
pump
anticipated in such conditions.
6.1.3 Heated sampling line connected to
moisture removal assembly
6.1.6 Removal of water vapour
The sampling line shall be made of stainless steel, or
polytetrafluoroethylene (PTFE).
If a water rem oval procedure i S employed, it shall be
ei ther a conde nsati onlrefrigera ti on or permeation dry-
The tube diameter should be adequate to provide a
ing method or a combination of both. Use of a
flow rate that is sufficient to feed the monitors, bear-
desiccant will be permissible if it does not affect the
ing in mind the sampling line length and the pressure
actual concentration of gases s
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10396
Première édition
1993-l O-OI
Émissions de sources fixes -
Échantillonnage pour la détermination
automatique des concentrations de gaz
Sta tionary source emissions - Sampling for the automa ted determina tion
of gas concentrations
Numéro de référence
ISO 10396:1993(F)
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 10396:1993(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fedération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comites techniques de I’ISO. Chaque comité membre interessé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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 co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 10396 a Até élaborée par le comité technique
ISOFC 146, Qualité de l’air, sous-comité SC 1, Émissions de sources
fixes.
L’annexe A de la présente Norme internationale est donnée uniquement
à titre d’information.
0 60 1993
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite
ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case Postale 56 l CH-l 211 Genéve 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
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ISO 10396:1993(F)
NORME INTERNATIONALE
Échantillonnage pour la
Émissions de sources fixes -
détermination automatique des concentrations de gaz
g) bas niveaux de concentrations de gaz.
1 Domaine d’application
1.1 Généralités
2 Références normatives
La présente Norme internationale prescrit des modes
opératoires et du matériel permettant la réalisation
Les normes suivantes contiennent des dispositions
d’échantillonnages représentatifs en vue de la déter-
qui, par suite de la référence qui en est faite, consti-
mination automatique des concentrations de gaz
tuent des dispositions valables pour la présente
émanant des effluents gazeux. L’application se limite
Norme internationale. Au moment de la publication,
à la determination de l’oxygène (O,), du dioxyde de
les éditions indiquées étaient en vigueur. Toute
carbone (CO,), du monoxyde de carbone (CO), du
norme est sujette à révision et les parties prenantes
dioxyde de soufre (SO,), du monoxyde d’azote (NO)
des accords fondes sur la présente Norme internatio-
et du dioxyde d’azote (NO,). Bien que l’on n’en parle
nale sont invitées à rechercher la possibilité d’appli-
que très brièvement dans la présente Norme interna-
quer les éditions les plus récentes des normes
tionale, il faudra procéder à des mesurages détaillés
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO
de la vitesse afin de déterminer les débits-masse des
possèdent le registre des Normes internationales en
.
vigueur a un moment donné.
gaz
ISO 7934: 1989, Émissions de sources fixes - Déter-
1.2 Limitations
mination de la concentration en masse de dioxyde de
Méthode au peroxyde
soufre -
II est reconnu qu’il y aura certains procédés de com-
d’h ydrogène/perchlora te de baryumflhorin.
bustion et certaines situations qui limiteront
I’applicabilité de la présente Norme interantionale.
ISO 9096: 1992, Émissions de sources fixes - Déter-
Dans de telles conditions, on doit être prudent et
mina tion de la concentration et du débit-masse de
exercer un jugement technique compétent, en parti-
matières particulaires dans des veines gazeuses -
culier lorsqu’on traite d’un quelconque des cas sui-
Méthode gravimétrique manuelle (Publiée ac-
vants:
tuellemen t en anglais seulement).
a) composants corrosifs ou fortement réactifs;
b) des flux de gaz à température élevée ou à forte
3 Définitions
pression de vide;
Pour les besoins de la présente Norme internationale,
c) effluents humides;
les définitions suivantes s’appliquent.
d) fluctuations de la vitesse, de la température ou de
3.1 matière condensable: Humidité considérée
la concentration dues à un chargement incontrôla-
dans l’appareillage de conditionnement de I’échan-
ble dans le procédé;
tillon.
e) stratification des gaz due au non-mélange des flux
de gaz; 3.2 corrosivité: Tendance d’un effluent gazeux ren-
fermé à attaquer les composants d’un dispositif de
f) mesurages effectués au moyen de dispositifs de prélèvement ou d’autres surfaces exposées dans des
contrôle de l’environnement; conditions de prélèvement.
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ISO 10396:1993(F)
3.3 concentrations gazeuses: Masse d’un gaz
5 Représentativité: Facteurs à prendre
donne par unité de volume de gaz sec dans I’effluent
en considération
gazeux, sauf indication contraire.
Si elles sont exprimées en volume, ces conditions
5.1 Nature de la source
pourraient être normalisées en utilisant un niveau d’air
de référence en excès (par exemple, 3 % d’oxygène).
5.1.1 La représentativité de la détermination d’une
concentration gazeuse dans des flux renfermés dé-
3.4 source hautement réactive: Effluent gazeux
pend de plusieurs facteurs:
qui contient des composants instables ou des dispo-
sitifs d’élimination de contaminants du milieu qui
a) l’hétérogénéité du cycle de fabrication, par exem-
pourraient réagir pour former d’autres composants
ple les variations dans la concentration, la tempé-
chimiques, au fur et a mesure que les conditions
rature ou la vitesse le long du conduit provoquées
changent, soit dans I’effluent gazeux, soit dans le
par l’humidité ou la stratification des gaz;
dispositif de prélèvement, qui provoqueraient des er-
reurs inhérentes dans l’analyse des échantillons.
b) les fuites de gaz ou les infiltrations d’air et les ré-
actions des gaz en continu;
3.5 effluent humide: Flux de gaz qui est au point
de saturation ou en dessous et qui peut contenir des
c) les erreurs aléatoires dues à la nature finie de
gouttelettes d’eau.
l’échantillon et au mode opératoire de prélè-
vement adopté pour obtenir un échantillon repré-
3.6 conditions normales de laboratoire:
sentatif.
101,3 kPa (pression) et 273 K (température).
5.1.2 La représentativité peut être difficile à obtenir
3.7 intégrité de l’échantillon: Élimination des fuites
et cela pour les raisons suivantes:
ou des réactions physiques ou chimiques dans
l’échantillon de gaz entre son aspiration et I’instru-
- la nature de la source (par exemple, cyclique,
ment de mesure.
continue ou discontinue);
- le niveau de concentration du gaz à déterminer;
4 Principe
- l’importance de la source;
II s’agit de l’échantillonnage représentatif des gaz
- la configuration du réseau de conduits desquels
présents dans un conduit et qui comprend aussi bien
les échantillons doivent être extraits.
les méthodes extractives que non extractives. Dans
l’échantillonnage par méthode extractive, ces gaz sont
Lorsqu’il y a des difficultés dues à la nature de la
conditionnés pour éliminer les aérosols, la matière
source telles que mentionnées en 5.1 .l, le profil de
particulaire et d’autres interférents avant d’être
la concentration doit être établi pour chaque condition
conduits vers les instruments. Dans l’échantillonnage
de fonctionnement afin de déterminer le meilleur
par méthode non extractive, les mesurages sont ef-
emplacement pour l’échantillonnage.
fectués in situ; par conséquent, aucun condition-
nement sauf filtration n’est necessaire. Certaines sources peuvent présenter plus de varia-
bilité des procédés (par exemple, des variations cycli-
ques), et par conséquent, chaque mesurage en
fonction du moment peut être moins représentatif de
4.1 Échantillonnage par méthode extractive
la concentration moyenne si l’on n’échantillonne pas
la totalité du cycle.
L’échantillonnage par méthode extractive comporte
l’extraction de l’échantillon, l’élimination des
interférents et le maintien de la concentration gazeuse
5.1.3 Avant d’effectuer des mesurages, il faut se
partout dans le système d’échantillonnage en vue des
familiariser avec les caractéristiques pertinentes de
analyses ultérieures à l’aide des instruments appro-
fonctionnement du procédé de fabrication duquel des
priés (voir figure 1).
émissions doivent être échantillonnées et détermi-
nées. Ces caractéristiques de fonctionnement sont
les suivantes (liste non exhaustive):
4.2 Échantillonnage par méthode non
a) mode de fonctionnement du procédé de fabrica-
extractive
tion (cyclique, discontinu ou continu);
L’échantillonnage par méthode non extractive ne né-
cessite pas l’extraction d’un échantillon, et le prélè- b) flux d’alimentation du procédé et sa composition;
vement se limite au flux de gaz dans le conduit (voir
figures 2 et 3). c) débits et composition du combustible;
2
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 10396:1993(F)
tion doit d’abord être vérifiée afin d’évaluer I’ho-
d) températures et pressions de service normales du
.
mogénéité du débit et de détecter une éventuelle
I
gaz
infiltration d’air ou stratification des gaz, etc. Si une
e) rendement effectif et capacité d’élimination de analyse préliminaire des mesures prises de la section
l’appareillage de contrôle de la pollution; indique une variation dans les concentrations de plus
de & 15 %, et si un autre emplacement acceptable
f) configuration des conduits a échantillonner en- n’est pas disponible, il est recommandé de procéder
gendrant la stratification des gaz; à un échantillonnage multipoint.
Cela peut être effectué soit en déplaçant la sonde de
g) débits-volumes du gaz;
point en point, soit à l’aide d’une sonde à entrées
multiples (voir ISO 9096). Habituellement, grâce à la
h) composition du gaz escomptée et interférents
diffusion et à la turbulence, la concentration de pol-
probables.
luants gazeux est uniforme aux divers endroits de la
section. En ce cas, il suffit d’effectuer un prélèvement
NOTE 1 II faut agir avec prudence si le conduit à échan-
tillonner est sous pression, sous vide ou à température en un point de la cheminée ou du conduit pour obtenir
élevée. la concentration moyenne. L’échantillon de gaz doit
en général être prélevé à proximité du centre du site
d’échantillonnage de la cheminée, c’est-à-dire au tiers
5.2 Emplacement
de la moitié de la cheminée ou du conduit. Lorsqu’on
utilise des systémes non extractifs, on obtient une
5.2.1 Paramètres de contrôle
concentration aussi représentative que possible, mais
il faut prendre soin de s’assurer de la représentativité
Un contrôle des caractéristiques physiques du site
de l’emplacement de l’instrument.
d’essai doit être effectué afin d’évaluer des facteurs
tels que:
Profil de la concentration des gaz, de la
5.3
a) sécurité du personnel;
vitesse et de la température
b) emplacement des perturbations du débit;
Avant d’entreprendre un échantillonnage, il est né-
cessaire de terminer toute fluctuation spatiale ou
c) accessibilité du site d’échantillonnage;
temporelle des concentrations de gaz, et de procéder
à un contrôle préliminaire de la concentration des gaz,
d) place disponible pour l’appareillage de prélè-
de la température et de la vitesse. Mesurer plusieurs
vement et l’équipement d’instruments et besoins
fois la concentration, la température et la vitesse aux
éventuels en échafaudage;
points de prélèvement afin d’obtenir leurs profils dans
le temps et dans l’espace. Effectuer ce contrôle lors-
e) disponibilité d’une alimentation appropriée en
que l’installation fonctionne dans des conditions qui
électricité, air comprimé, eau, vapeur, etc.;
seront observées pendant l’essai, afin de déterminer
si l’emplacement d’échantillonnage convient et si les
f) emplacements des orifices d’échantillonnage.
conditions à l’intérieur du conduit sont satisfaisantes
(voir 5.1.2) .
PRÉCAUTIONS DE SÉCURITÉ
L’appareillage électrique utilisé doit être conforme
5.4 Autres facteurs
aux prescriptions de sécurité concernant la distri-
bution de charges. Lorsqu’on soupçonne la pré-
Le principe de fonctionnement et les composants des
sence d’atmosphères explosives ou dangereuses,
systèmes d’instruments peuvent affecter de façon
la sécurité des opérations doit faire l’objet d’une
significative le degré de représentativité du gaz me-
attention et de précautions particulières.
suré dans la source. Par exemple, un système
d’échantillonnage extractif à endroits fixes exige plus
5.2.2 Emplacement du site d’échantillonnage
d’attention en ce qui concerne l’emplacement du site
d’échantillonnage qu’un système de prélèvement in
Il faut s’assurer que les concentrations de gaz mesu-
situ en travers de la cheminée. En outre, les lignes
rées sont représentatives des conditions moyennes
d’échantillonnage ne doivent plus être constituées de
à l’intérieur du conduit ou de la cheminée. II se peut
materiaux ayant des propriétés adsorbantes de gaz
que les exigences pour le prélèvement de gaz ne soit
pouvant affecter le temps de réponse de la section
pas aussi rigoureuses que celles définies pour les
de mesure (voir tableau A.1).
matières particulières. II est important que I’empla-
cernent du site d’échantillonnage soit exempt de tout II y a lieu de veiller, en choisissant bien l’appareillage,
élément pouvant obstruer le passage du gaz dans le en ayant un chauffage et séchage appropriés et en
conduit ou la cheminée, et de ce fait, en perturber le procédant à des contrôles d’étanchéité, etc., à
débit. La concentration de polluant peut varier dans la conserver l’intégrité de l’échantillon prélevé. De plus,
section. La concentration à divers endroits de la sec- d’autres facteurs tels la corrosion, les synergies, la
3
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 10396:1993(F)
réaction avec des composants, la décomposition et 6.1.2.2 Sondes réfractaires (voir annexe A)
I’adsorption peuvent affecter l’intégrité d’un échan-
tillon (voir article 6).
Les sondes réfractaires sont généralement réalisées
en verre quartzeux, en porcelaine, en mullite ou en
oxyde d’aluminium recristallisé. Elles sont fragjles et
peuvent voiler à des températures élevées. A I’ex-
6 Appareillage ception de la silice, elles peuvent également se
fissurer avec des chocs thermiques.
Des matériaux de construction sont préconisés dans
Les sondes en verre borosilicaté peuvent résister à
l’annexe A.
des températures allant jusqu’à 775 K et les sondes
en verre quartzeux jusqu’à 1 300 K. D’autres réfrac-
taires de matériaux céramiques peuvent résister à des
6.1 Composants de l’appareillage
températures beaucoup plus élevées.
d’échantillonnage extractif
6.1.3 Ligne d’échantillonnage chauffée raccordée
6.1 .l Filtre primaire à l’assemblage d’élimination de l’humidité
Le dispositif filtrant doit être réalisé en un alliage ap- La ligne d’échantillonnage doit être réalisée en acier
proprié (tel l’acier inoxydable fait à partir d’un alliage inoxydable ou en polytétrafluoroéthylene (PTFE). Le
de fonderie spécifique), le borosilicate de quartz, la diamètre du tube devrait être suffisamment grand
céramique ou tout autre matériau adéquat. L’emploi pour permettre un débit suffisant pour alimenter les
d’un filtre destiné à retenir les particules d’une gros- instruments de contrôle, en tenant compte de la lon-
seur supérieure à 10 prn est recommandé. Un filtre gueur de la ligne d’échantillonnage et de la pression
secondaire peut être également requis (voir 6.1.4). caractéristique de la pompe d’échantillonnage (6.1.5)
Ces filtres peuvent être placés à l’extérieur du conduit utilisée.
ou au sommet de la sonde d’échantillonnage. II peut
La ligne doit être maintenue à une température d’au
être situé à l’extrémité de la sonde d’échantillonnage
moins 15 K supérieure au point de rosée de l’eau et
(6.1.2). S’il est placé à l’extrémité de la sonde, un dé-
de l’acide du gaz échantillonné. La température doit
flecteur peut être ajouté pour empêcher la formation
être contrôlée.
de particules sur l’arête avant du filtre. Des précau-
tions doivent être prises pour éviter la contamination
Afin de réduire le temps de séjour dans la ligne
du filtre avec de la matière particulaire où du conden-
d’échantillonnage et le risque accru d’une transfor-
sat peut réagir avec des gaz pour donner un résultat
mation physico-chimique de l’échantillon, le débit du
erroné.
gaz peut être supérieur à celui requis pour les instal-
lations analytiques; seulement une partie de I’échan-
tillon est alors analysée et le flux en excès est rejeté
6.1.2 Sonde
par l’intermédiaire d’une vanne de dérivation (voir fi-
gure 1). Il peut s’avérer nécessaire de chauffer la
6.1.2.1 Sondes métalliques tuyauterie de transport pour éviter la condensation.
L’utilisation de ces sondes pour l’échantillonnage de
6.1.4 Filtre secondaire
gaz est très répandue. Le choix du métal dépend es-
sentiellement des propriétés physiques et chimiques
On peut éventuellement avoir besoin d’un filtre se-
de l’échantillon à prélever et de la nature du gaz à
condaire pour éliminer la matière particulaire rési-
déterminer.
duelle afin de protéger la pompe (6.1.5) et l’analyseur.
II doit être intégré dans la ligne d’échantillonnage
L’acier doux est sujet à la corrosion par des gaz
d’oxydation et peut être perméable à l’hydrogène. Par (6.1.3) immédiatement en aval de la sonde. II est re-
conséquent, il est préférable d’avoir de l’acier inoxy- commandé d’utiliser un filtre capable de retenir des
particules supérieures à 1 V-m. Parmi les matériaux
dable ou des aciers au chrome qui peuvent être utili-
acceptables figurent le PTFE ou le borosilicate de
sés jusqu’à une température de 1 175 K. D’autres
quartz. Les dimensions du filtre sont déterminées en
aciers ou alliages spéciaux peuvent être utilisés à des
fonction du débit requis pour l’échantillonnage et des
températures supérieures. La sonde doit être chauf-
données du fabricant concernant le débit par unité
fée s’il y a risque de condensation à l’intérieur; elle
doit également être refroidie par une chemise d’air ou d’aire.
d’eau lors d’un échantillonnage dans des gaz très
Ce filtre doit être chauffé à une température d’au
chauds
moins 15 K supérieure au point de rosée de l’eau et
de l’acide du gaz échantillonné. Le filtre secondaire
NOTE 2 Lorsqu’elles sont utilisées en atmosphère ex-
peut également être un filtre non chauffé. Dans ce
plosive, il convient de mettre soigneusement les sondes
cas, il doit se situer immédiatement après le dispositif
métalliques à la terre.
4
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ISO 10396:1993(F)
d’élimination de la vapeur d’eau (dispositif de refroi-
6.1.7 Ligne d’échantillonnage de l’analyseur
dissement).
Cette partie de la ligne d’échantillonnage associée à
l’analyseur doit être réalisée en un matériau convena-
6.1.5 Pompe d’échantillonnage
ble et être d’une dimension suffisamment importante
pour satisfaire aux exigences de l’appareillage.
Une pompe étanche aux gaz est utilisée pour extraire
un échantillon continu du conduit et à travers le sys-
Selon qu’on utilise une technique de séchage ou une
tème. II peut s’agir d’une pompe à diaphragme, d’une
dilution, il faut un traçage thermique lorsque I’instru-
pompe à soufflet métallique ou de toute autre type
ment de contrôle est alimenté avec des gaz chauds;
de pompe. La pompe doit être réalisée en un matériau
il peut également s’avérer nécessaire dans d’autres
résistant à la corrosion.
cas pour éviter la condensation en amont du conden-
seur, où le système extrait des gaz chauds. Si l’on
La pompe doit avoir une capacité suffisante pour ali-
utilise le rinçage pour nettoyer le filtre installé dans la
menter tous les analyseurs aux débits nécessaires,
cheminée, un contrôleur de pression doit être installé
plus une marge de débit en excès de 10 %.
en amont de l’appareil de conditionnement pour pro-
Une vanne de dérivation peut être installée en travers
téger le matériel contre les dégâts causés par l’air à
de la pompe pour contrôler le débit. Cette vanne pro-
haute pression.
longera la vie de la pompe si elle est utilisée fré-
quemment à des faibles débits. II est à noter que
quelques modules de conditionnement disponibles
6.1.8 Distributeur de gaz
sur le marché peuvent être fou
...
NORME ISO
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automatique des concentrations de gaz
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Numéro de référence
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Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fedération
mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de
I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comites techniques de I’ISO. Chaque comité membre interessé par une
étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernemen-
tales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
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 co-
mités membres votants.
La Norme internationale ISO 10396 a Até élaborée par le comité technique
ISOFC 146, Qualité de l’air, sous-comité SC 1, Émissions de sources
fixes.
L’annexe A de la présente Norme internationale est donnée uniquement
à titre d’information.
0 60 1993
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite
ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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ii
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Échantillonnage pour la
Émissions de sources fixes -
détermination automatique des concentrations de gaz
g) bas niveaux de concentrations de gaz.
1 Domaine d’application
1.1 Généralités
2 Références normatives
La présente Norme internationale prescrit des modes
opératoires et du matériel permettant la réalisation
Les normes suivantes contiennent des dispositions
d’échantillonnages représentatifs en vue de la déter-
qui, par suite de la référence qui en est faite, consti-
mination automatique des concentrations de gaz
tuent des dispositions valables pour la présente
émanant des effluents gazeux. L’application se limite
Norme internationale. Au moment de la publication,
à la determination de l’oxygène (O,), du dioxyde de
les éditions indiquées étaient en vigueur. Toute
carbone (CO,), du monoxyde de carbone (CO), du
norme est sujette à révision et les parties prenantes
dioxyde de soufre (SO,), du monoxyde d’azote (NO)
des accords fondes sur la présente Norme internatio-
et du dioxyde d’azote (NO,). Bien que l’on n’en parle
nale sont invitées à rechercher la possibilité d’appli-
que très brièvement dans la présente Norme interna-
quer les éditions les plus récentes des normes
tionale, il faudra procéder à des mesurages détaillés
indiquées ci-après. Les membres de la CEI et de I’ISO
de la vitesse afin de déterminer les débits-masse des
possèdent le registre des Normes internationales en
.
vigueur a un moment donné.
gaz
ISO 7934: 1989, Émissions de sources fixes - Déter-
1.2 Limitations
mination de la concentration en masse de dioxyde de
Méthode au peroxyde
soufre -
II est reconnu qu’il y aura certains procédés de com-
d’h ydrogène/perchlora te de baryumflhorin.
bustion et certaines situations qui limiteront
I’applicabilité de la présente Norme interantionale.
ISO 9096: 1992, Émissions de sources fixes - Déter-
Dans de telles conditions, on doit être prudent et
mina tion de la concentration et du débit-masse de
exercer un jugement technique compétent, en parti-
matières particulaires dans des veines gazeuses -
culier lorsqu’on traite d’un quelconque des cas sui-
Méthode gravimétrique manuelle (Publiée ac-
vants:
tuellemen t en anglais seulement).
a) composants corrosifs ou fortement réactifs;
b) des flux de gaz à température élevée ou à forte
3 Définitions
pression de vide;
Pour les besoins de la présente Norme internationale,
c) effluents humides;
les définitions suivantes s’appliquent.
d) fluctuations de la vitesse, de la température ou de
3.1 matière condensable: Humidité considérée
la concentration dues à un chargement incontrôla-
dans l’appareillage de conditionnement de I’échan-
ble dans le procédé;
tillon.
e) stratification des gaz due au non-mélange des flux
de gaz; 3.2 corrosivité: Tendance d’un effluent gazeux ren-
fermé à attaquer les composants d’un dispositif de
f) mesurages effectués au moyen de dispositifs de prélèvement ou d’autres surfaces exposées dans des
contrôle de l’environnement; conditions de prélèvement.
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ISO 10396:1993(F)
3.3 concentrations gazeuses: Masse d’un gaz
5 Représentativité: Facteurs à prendre
donne par unité de volume de gaz sec dans I’effluent
en considération
gazeux, sauf indication contraire.
Si elles sont exprimées en volume, ces conditions
5.1 Nature de la source
pourraient être normalisées en utilisant un niveau d’air
de référence en excès (par exemple, 3 % d’oxygène).
5.1.1 La représentativité de la détermination d’une
concentration gazeuse dans des flux renfermés dé-
3.4 source hautement réactive: Effluent gazeux
pend de plusieurs facteurs:
qui contient des composants instables ou des dispo-
sitifs d’élimination de contaminants du milieu qui
a) l’hétérogénéité du cycle de fabrication, par exem-
pourraient réagir pour former d’autres composants
ple les variations dans la concentration, la tempé-
chimiques, au fur et a mesure que les conditions
rature ou la vitesse le long du conduit provoquées
changent, soit dans I’effluent gazeux, soit dans le
par l’humidité ou la stratification des gaz;
dispositif de prélèvement, qui provoqueraient des er-
reurs inhérentes dans l’analyse des échantillons.
b) les fuites de gaz ou les infiltrations d’air et les ré-
actions des gaz en continu;
3.5 effluent humide: Flux de gaz qui est au point
de saturation ou en dessous et qui peut contenir des
c) les erreurs aléatoires dues à la nature finie de
gouttelettes d’eau.
l’échantillon et au mode opératoire de prélè-
vement adopté pour obtenir un échantillon repré-
3.6 conditions normales de laboratoire:
sentatif.
101,3 kPa (pression) et 273 K (température).
5.1.2 La représentativité peut être difficile à obtenir
3.7 intégrité de l’échantillon: Élimination des fuites
et cela pour les raisons suivantes:
ou des réactions physiques ou chimiques dans
l’échantillon de gaz entre son aspiration et I’instru-
- la nature de la source (par exemple, cyclique,
ment de mesure.
continue ou discontinue);
- le niveau de concentration du gaz à déterminer;
4 Principe
- l’importance de la source;
II s’agit de l’échantillonnage représentatif des gaz
- la configuration du réseau de conduits desquels
présents dans un conduit et qui comprend aussi bien
les échantillons doivent être extraits.
les méthodes extractives que non extractives. Dans
l’échantillonnage par méthode extractive, ces gaz sont
Lorsqu’il y a des difficultés dues à la nature de la
conditionnés pour éliminer les aérosols, la matière
source telles que mentionnées en 5.1 .l, le profil de
particulaire et d’autres interférents avant d’être
la concentration doit être établi pour chaque condition
conduits vers les instruments. Dans l’échantillonnage
de fonctionnement afin de déterminer le meilleur
par méthode non extractive, les mesurages sont ef-
emplacement pour l’échantillonnage.
fectués in situ; par conséquent, aucun condition-
nement sauf filtration n’est necessaire. Certaines sources peuvent présenter plus de varia-
bilité des procédés (par exemple, des variations cycli-
ques), et par conséquent, chaque mesurage en
fonction du moment peut être moins représentatif de
4.1 Échantillonnage par méthode extractive
la concentration moyenne si l’on n’échantillonne pas
la totalité du cycle.
L’échantillonnage par méthode extractive comporte
l’extraction de l’échantillon, l’élimination des
interférents et le maintien de la concentration gazeuse
5.1.3 Avant d’effectuer des mesurages, il faut se
partout dans le système d’échantillonnage en vue des
familiariser avec les caractéristiques pertinentes de
analyses ultérieures à l’aide des instruments appro-
fonctionnement du procédé de fabrication duquel des
priés (voir figure 1).
émissions doivent être échantillonnées et détermi-
nées. Ces caractéristiques de fonctionnement sont
les suivantes (liste non exhaustive):
4.2 Échantillonnage par méthode non
a) mode de fonctionnement du procédé de fabrica-
extractive
tion (cyclique, discontinu ou continu);
L’échantillonnage par méthode non extractive ne né-
cessite pas l’extraction d’un échantillon, et le prélè- b) flux d’alimentation du procédé et sa composition;
vement se limite au flux de gaz dans le conduit (voir
figures 2 et 3). c) débits et composition du combustible;
2
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ISO 10396:1993(F)
tion doit d’abord être vérifiée afin d’évaluer I’ho-
d) températures et pressions de service normales du
.
mogénéité du débit et de détecter une éventuelle
I
gaz
infiltration d’air ou stratification des gaz, etc. Si une
e) rendement effectif et capacité d’élimination de analyse préliminaire des mesures prises de la section
l’appareillage de contrôle de la pollution; indique une variation dans les concentrations de plus
de & 15 %, et si un autre emplacement acceptable
f) configuration des conduits a échantillonner en- n’est pas disponible, il est recommandé de procéder
gendrant la stratification des gaz; à un échantillonnage multipoint.
Cela peut être effectué soit en déplaçant la sonde de
g) débits-volumes du gaz;
point en point, soit à l’aide d’une sonde à entrées
multiples (voir ISO 9096). Habituellement, grâce à la
h) composition du gaz escomptée et interférents
diffusion et à la turbulence, la concentration de pol-
probables.
luants gazeux est uniforme aux divers endroits de la
section. En ce cas, il suffit d’effectuer un prélèvement
NOTE 1 II faut agir avec prudence si le conduit à échan-
tillonner est sous pression, sous vide ou à température en un point de la cheminée ou du conduit pour obtenir
élevée. la concentration moyenne. L’échantillon de gaz doit
en général être prélevé à proximité du centre du site
d’échantillonnage de la cheminée, c’est-à-dire au tiers
5.2 Emplacement
de la moitié de la cheminée ou du conduit. Lorsqu’on
utilise des systémes non extractifs, on obtient une
5.2.1 Paramètres de contrôle
concentration aussi représentative que possible, mais
il faut prendre soin de s’assurer de la représentativité
Un contrôle des caractéristiques physiques du site
de l’emplacement de l’instrument.
d’essai doit être effectué afin d’évaluer des facteurs
tels que:
Profil de la concentration des gaz, de la
5.3
a) sécurité du personnel;
vitesse et de la température
b) emplacement des perturbations du débit;
Avant d’entreprendre un échantillonnage, il est né-
cessaire de terminer toute fluctuation spatiale ou
c) accessibilité du site d’échantillonnage;
temporelle des concentrations de gaz, et de procéder
à un contrôle préliminaire de la concentration des gaz,
d) place disponible pour l’appareillage de prélè-
de la température et de la vitesse. Mesurer plusieurs
vement et l’équipement d’instruments et besoins
fois la concentration, la température et la vitesse aux
éventuels en échafaudage;
points de prélèvement afin d’obtenir leurs profils dans
le temps et dans l’espace. Effectuer ce contrôle lors-
e) disponibilité d’une alimentation appropriée en
que l’installation fonctionne dans des conditions qui
électricité, air comprimé, eau, vapeur, etc.;
seront observées pendant l’essai, afin de déterminer
si l’emplacement d’échantillonnage convient et si les
f) emplacements des orifices d’échantillonnage.
conditions à l’intérieur du conduit sont satisfaisantes
(voir 5.1.2) .
PRÉCAUTIONS DE SÉCURITÉ
L’appareillage électrique utilisé doit être conforme
5.4 Autres facteurs
aux prescriptions de sécurité concernant la distri-
bution de charges. Lorsqu’on soupçonne la pré-
Le principe de fonctionnement et les composants des
sence d’atmosphères explosives ou dangereuses,
systèmes d’instruments peuvent affecter de façon
la sécurité des opérations doit faire l’objet d’une
significative le degré de représentativité du gaz me-
attention et de précautions particulières.
suré dans la source. Par exemple, un système
d’échantillonnage extractif à endroits fixes exige plus
5.2.2 Emplacement du site d’échantillonnage
d’attention en ce qui concerne l’emplacement du site
d’échantillonnage qu’un système de prélèvement in
Il faut s’assurer que les concentrations de gaz mesu-
situ en travers de la cheminée. En outre, les lignes
rées sont représentatives des conditions moyennes
d’échantillonnage ne doivent plus être constituées de
à l’intérieur du conduit ou de la cheminée. II se peut
materiaux ayant des propriétés adsorbantes de gaz
que les exigences pour le prélèvement de gaz ne soit
pouvant affecter le temps de réponse de la section
pas aussi rigoureuses que celles définies pour les
de mesure (voir tableau A.1).
matières particulières. II est important que I’empla-
cernent du site d’échantillonnage soit exempt de tout II y a lieu de veiller, en choisissant bien l’appareillage,
élément pouvant obstruer le passage du gaz dans le en ayant un chauffage et séchage appropriés et en
conduit ou la cheminée, et de ce fait, en perturber le procédant à des contrôles d’étanchéité, etc., à
débit. La concentration de polluant peut varier dans la conserver l’intégrité de l’échantillon prélevé. De plus,
section. La concentration à divers endroits de la sec- d’autres facteurs tels la corrosion, les synergies, la
3
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ISO 10396:1993(F)
réaction avec des composants, la décomposition et 6.1.2.2 Sondes réfractaires (voir annexe A)
I’adsorption peuvent affecter l’intégrité d’un échan-
tillon (voir article 6).
Les sondes réfractaires sont généralement réalisées
en verre quartzeux, en porcelaine, en mullite ou en
oxyde d’aluminium recristallisé. Elles sont fragjles et
peuvent voiler à des températures élevées. A I’ex-
6 Appareillage ception de la silice, elles peuvent également se
fissurer avec des chocs thermiques.
Des matériaux de construction sont préconisés dans
Les sondes en verre borosilicaté peuvent résister à
l’annexe A.
des températures allant jusqu’à 775 K et les sondes
en verre quartzeux jusqu’à 1 300 K. D’autres réfrac-
taires de matériaux céramiques peuvent résister à des
6.1 Composants de l’appareillage
températures beaucoup plus élevées.
d’échantillonnage extractif
6.1.3 Ligne d’échantillonnage chauffée raccordée
6.1 .l Filtre primaire à l’assemblage d’élimination de l’humidité
Le dispositif filtrant doit être réalisé en un alliage ap- La ligne d’échantillonnage doit être réalisée en acier
proprié (tel l’acier inoxydable fait à partir d’un alliage inoxydable ou en polytétrafluoroéthylene (PTFE). Le
de fonderie spécifique), le borosilicate de quartz, la diamètre du tube devrait être suffisamment grand
céramique ou tout autre matériau adéquat. L’emploi pour permettre un débit suffisant pour alimenter les
d’un filtre destiné à retenir les particules d’une gros- instruments de contrôle, en tenant compte de la lon-
seur supérieure à 10 prn est recommandé. Un filtre gueur de la ligne d’échantillonnage et de la pression
secondaire peut être également requis (voir 6.1.4). caractéristique de la pompe d’échantillonnage (6.1.5)
Ces filtres peuvent être placés à l’extérieur du conduit utilisée.
ou au sommet de la sonde d’échantillonnage. II peut
La ligne doit être maintenue à une température d’au
être situé à l’extrémité de la sonde d’échantillonnage
moins 15 K supérieure au point de rosée de l’eau et
(6.1.2). S’il est placé à l’extrémité de la sonde, un dé-
de l’acide du gaz échantillonné. La température doit
flecteur peut être ajouté pour empêcher la formation
être contrôlée.
de particules sur l’arête avant du filtre. Des précau-
tions doivent être prises pour éviter la contamination
Afin de réduire le temps de séjour dans la ligne
du filtre avec de la matière particulaire où du conden-
d’échantillonnage et le risque accru d’une transfor-
sat peut réagir avec des gaz pour donner un résultat
mation physico-chimique de l’échantillon, le débit du
erroné.
gaz peut être supérieur à celui requis pour les instal-
lations analytiques; seulement une partie de I’échan-
tillon est alors analysée et le flux en excès est rejeté
6.1.2 Sonde
par l’intermédiaire d’une vanne de dérivation (voir fi-
gure 1). Il peut s’avérer nécessaire de chauffer la
6.1.2.1 Sondes métalliques tuyauterie de transport pour éviter la condensation.
L’utilisation de ces sondes pour l’échantillonnage de
6.1.4 Filtre secondaire
gaz est très répandue. Le choix du métal dépend es-
sentiellement des propriétés physiques et chimiques
On peut éventuellement avoir besoin d’un filtre se-
de l’échantillon à prélever et de la nature du gaz à
condaire pour éliminer la matière particulaire rési-
déterminer.
duelle afin de protéger la pompe (6.1.5) et l’analyseur.
II doit être intégré dans la ligne d’échantillonnage
L’acier doux est sujet à la corrosion par des gaz
d’oxydation et peut être perméable à l’hydrogène. Par (6.1.3) immédiatement en aval de la sonde. II est re-
conséquent, il est préférable d’avoir de l’acier inoxy- commandé d’utiliser un filtre capable de retenir des
particules supérieures à 1 V-m. Parmi les matériaux
dable ou des aciers au chrome qui peuvent être utili-
acceptables figurent le PTFE ou le borosilicate de
sés jusqu’à une température de 1 175 K. D’autres
quartz. Les dimensions du filtre sont déterminées en
aciers ou alliages spéciaux peuvent être utilisés à des
fonction du débit requis pour l’échantillonnage et des
températures supérieures. La sonde doit être chauf-
données du fabricant concernant le débit par unité
fée s’il y a risque de condensation à l’intérieur; elle
doit également être refroidie par une chemise d’air ou d’aire.
d’eau lors d’un échantillonnage dans des gaz très
Ce filtre doit être chauffé à une température d’au
chauds
moins 15 K supérieure au point de rosée de l’eau et
de l’acide du gaz échantillonné. Le filtre secondaire
NOTE 2 Lorsqu’elles sont utilisées en atmosphère ex-
peut également être un filtre non chauffé. Dans ce
plosive, il convient de mettre soigneusement les sondes
cas, il doit se situer immédiatement après le dispositif
métalliques à la terre.
4
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ISO 10396:1993(F)
d’élimination de la vapeur d’eau (dispositif de refroi-
6.1.7 Ligne d’échantillonnage de l’analyseur
dissement).
Cette partie de la ligne d’échantillonnage associée à
l’analyseur doit être réalisée en un matériau convena-
6.1.5 Pompe d’échantillonnage
ble et être d’une dimension suffisamment importante
pour satisfaire aux exigences de l’appareillage.
Une pompe étanche aux gaz est utilisée pour extraire
un échantillon continu du conduit et à travers le sys-
Selon qu’on utilise une technique de séchage ou une
tème. II peut s’agir d’une pompe à diaphragme, d’une
dilution, il faut un traçage thermique lorsque I’instru-
pompe à soufflet métallique ou de toute autre type
ment de contrôle est alimenté avec des gaz chauds;
de pompe. La pompe doit être réalisée en un matériau
il peut également s’avérer nécessaire dans d’autres
résistant à la corrosion.
cas pour éviter la condensation en amont du conden-
seur, où le système extrait des gaz chauds. Si l’on
La pompe doit avoir une capacité suffisante pour ali-
utilise le rinçage pour nettoyer le filtre installé dans la
menter tous les analyseurs aux débits nécessaires,
cheminée, un contrôleur de pression doit être installé
plus une marge de débit en excès de 10 %.
en amont de l’appareil de conditionnement pour pro-
Une vanne de dérivation peut être installée en travers
téger le matériel contre les dégâts causés par l’air à
de la pompe pour contrôler le débit. Cette vanne pro-
haute pression.
longera la vie de la pompe si elle est utilisée fré-
quemment à des faibles débits. II est à noter que
quelques modules de conditionnement disponibles
6.1.8 Distributeur de gaz
sur le marché peuvent être fou
...
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