Stationary source emissions— Determination of the mass concentration of ammonia — Manual method

This document specifies a manual method of measurement including sampling and different analytical methods for the determination of the mass concentration of ammonia (NH3) in the waste gas of industrial plants, for example combustion plants or agricultural plants. All compounds which are volatile at the sampling temperature and produce ammonium ions upon dissociation during sampling in the absorption solution are measured by this method, which gives the volatile ammonia content of the waste gas. This document specifies an independent method of measurement, which has been validated in field tests in a NH3 concentration range of approximately 8 mg/m3 to 65 mg/m3 at standard conditions. The lower limit of the validation range was determined under operational conditions of a test plant. The measurement method can be used at lower values depending, for example, on the sampling duration, sampling volume and the limit of detection of the analytical method used. NOTE 1 The plant, the conditions during field tests and the performance characteristics obtained in the field are given in Annex A. This method of measurement can be used for intermittent monitoring of ammonia emissions as well as for the calibration and validation of permanently installed automated ammonia measuring systems. NOTE 2 An independent method of measurement is called standard reference method (SRM) in EN 14181.

Émissions de sources fixes — Détermination de la concentration en masse de l’ammoniac — Méthode manuelle

Le présent document spécifie une méthode manuelle de mesurage comprenant l'échantillonnage ainsi que différentes méthodes d'analyse pour la détermination de la concentration en masse de l'ammoniac (NH3) dans les effluents gazeux des installations industrielles, par exemple les installations de combustion ou les exploitations agricoles. Tous les composés volatils à la température d'échantillonnage et produisant des ions ammonium dans la solution d'absorption durant l'échantillonnage sont mesurés par cette méthode qui donne alors la teneur en ammoniac volatil des effluents gazeux. Le présent document spécifie une méthode de mesure indépendante qui a été validée lors d'essais sur site dans une gamme de concentration en NH3 d'environ 8 mg/m3 à 65 mg/m3 dans des conditions normales. La limite inférieure de la gamme de validation a été déterminée dans les conditions opérationnelles d'une installation d'essai. La méthode de mesure peut être utilisée à des valeurs moins élevées, en fonction, par exemple, de la durée d'échantillonnage, du volume d'échantillonnage et de la limite de détection de la méthode d'analyse utilisée. NOTE 1 L'installation, les conditions des essais sur site et les caractéristiques de performance obtenues sur le site sont indiquées à l'Annexe A. Cette méthode de mesure peut être utilisée pour la surveillance intermittente des émissions d'ammoniac ainsi que pour l'étalonnage et la validation de systèmes de mesurage automatisés des concentrations en ammoniac. NOTE 2 Une méthode de mesure indépendante est appelée « méthode de référence normalisée » (SRM) dans l'EN 14181.

General Information

Status
Published
Publication Date
22-Aug-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
28-Aug-2019
Due Date
29-Aug-2020
Completion Date
23-Aug-2019
Ref Project

Relations

Effective Date
06-Jun-2022

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ISO 21877:2019 - Stationary source emissions— Determination of the mass concentration of ammonia -- Manual method
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ISO 21877:2019 - Émissions de sources fixes -- Détermination de la concentration en masse de l’ammoniac -- Méthode manuelle
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Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21877
First edition
2019-08
Stationary source emissions —
Determination of the mass
concentration of ammonia — Manual
method
Émissions de sources fixes — Détermination de la concentration en
masse de l’ammoniac — Méthode manuelle
Reference number
ISO 21877:2019(E)
©
ISO 2019

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ISO 21877:2019(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
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Fax: +41 22 749 09 47
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 21877:2019(E)

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 3
5 Principle of the method of measurement . 5
6 Sampling system . 6
6.1 General . 6
6.2 Sampling equipment . 6
6.2.1 Non-isokinetic sampling . 6
6.2.2 Isokinetic sampling . . 7
6.3 Other equipment . 9
7 Performance characteristics . 9
7.1 General . 9
7.2 Performance characteristics of the sampling system . 9
7.3 Performance characteristics of the analysis .10
7.3.1 Sources of uncertainty .10
7.3.2 Performance criterion of analysis .10
7.4 Establishment of the uncertainty budget .11
8 Field operation .11
8.1 Measurement planning .11
8.2 Sampling strategy .11
8.3 Field blank .12
8.4 Leak test .12
8.5 Sampling .13
8.6 Sample transport and storage .13
9 Analytical determination .13
10 Calculation of the results .14
11 Measurement report .15
Annex A (informative) Validation of the method of measurement in the field .16
Annex B (informative) Description of the analytical method — Spectrophotometry .21
Annex C (informative) Description of the analytical method — Continuous flow analysis (CFA) .25
Annex D (informative) Description of the analytical method — Ion chromatography .28
Annex E (informative) Example of the calculation of the uncertainty budget .32
Annex F (informative) Calculation of the uncertainty associated with a mass concentration
expressed on dry gas and at an oxygen reference concentration .40
Bibliography .44
© ISO 2019 – All rights reserved iii

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ISO 21877:2019(E)

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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
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. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 146, Air quality, Subcommittee SC 1,
Stationary source emissions.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 21877:2019(E)

Introduction
Ammonia emissions arise to a large extent from agriculture. Industries such as chemical production
processes (e.g. fertilizer production plants) emit ammonia as well as power plants, cement factories and
waste incineration plants with SCR and non-SCR reactors with ammonia slip. The ammonia emissions
are measured and often controlled by legislation.
This document specifies an independent method of measurement for intermittent monitoring of
ammonia emissions as well as for the calibration and validation of automated ammonia measuring
systems.
This document can be used in conjunction with ISO 17179 which specifies performance characteristics
of automated measuring systems (AMS) for the determination of the mass concentration of ammonia in
waste gas. According to ISO 17179, permanently installed AMS for continuous monitoring of ammonia
emissions are calibrated and validated by comparison with an independent method of measurement.
The uncertainty of measured values obtained by permanently installed AMS for continuous monitoring
are determined by comparison measurements with an independent method of measurement as
part of the calibration and validation of the AMS. This ensures that the measurement uncertainty is
representative of the emission at a specific plant.
© ISO 2019 – All rights reserved v

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 21877:2019(E)
Stationary source emissions — Determination of the mass
concentration of ammonia — Manual method
1 Scope
This document specifies a manual method of measurement including sampling and different analytical
methods for the determination of the mass concentration of ammonia (NH ) in the waste gas of
3
industrial plants, for example combustion plants or agricultural plants. All compounds which are
volatile at the sampling temperature and produce ammonium ions upon dissociation during sampling
in the absorption solution are measured by this method, which gives the volatile ammonia content of
the waste gas.
This document specifies an independent method of measurement, which has been validated in field
3 3
tests in a NH concentration range of approximately 8 mg/m to 65 mg/m at standard conditions. The
3
lower limit of the validation range was determined under operational conditions of a test plant. The
measurement method can be used at lower values depending, for example, on the sampling duration,
sampling volume and the limit of detection of the analytical method used.
NOTE 1 The plant, the conditions during field tests and the performance characteristics obtained in the field
are given in Annex A.
This method of measurement can be used for intermittent monitoring of ammonia emissions as well
as for the calibration and validation of permanently installed automated ammonia measuring systems.
NOTE 2 An independent method of measurement is called standard reference method (SRM) in EN 14181.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements 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 7150-1, Water quality — Determination of ammonium — Part 1: Manual spectrometric method
ISO 11732, Water quality — Determination of ammonium nitrogen — Method by flow analysis (CFA and
FIA) and spectrometric detection
+ + + + 2+ 2+ 2+ 2+ 2+
ISO 14911, Water quality — Determination of dissolved Li , Na , NH , K , Mn , Ca , Mg , Sr and Ba
4
using ion chromatography — Method for water and waste water
ISO/IEC Guide 98-3:2008, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM: 1995)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
© ISO 2019 – All rights reserved 1

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ISO 21877:2019(E)

3.1
mass concentration
mass of a substance in an emitted waste gas divided by the volume of the emitted waste gas
3
Note 1 to entry: Mass concentration is often expressed as milligrams per cubic metre (mg/m ).
3.2
measurement site
place on the waste gas duct in the area of the measurement plane(s) (3.3) consisting of structures and
technical equipment, for example working platforms, measurement ports (3.4), energy supply
Note 1 to entry: Measurement site is also known as sampling site.
3.3
measurement plane
plane normal to the centre line of the duct at the sampling position
Note 1 to entry: Measurement plane is also known as sampling plane.
3.4
measurement port
opening in the waste gas duct along the measurement line (3.5), through which access to the waste gas
is gained
Note 1 to entry: Measurement port is also known as sampling port or access port.
3.5
measurement line
line in the measurement plane (3.3) along which the measurement points (3.6) are located, bounded by
the inner duct wall
Note 1 to entry: Measurement line is also known as sampling line.
3.6
measurement point
position in the measurement plane (3.3) at which the sample stream is extracted, or the measurement
data are obtained directly
Note 1 to entry: Measurement point is also known as sampling point.
3.7
isokinetic sampling
sampling at a rate such that the velocity and direction of the gas entering the sampling nozzle is the
same as that of the gas in the duct at the measurement point (3.6)
3.8
field blank
test sample obtained according to the field blank procedure
3.9
field blank value
result of a measurement performed according to the field blank procedure at the plant site and in the
laboratory
3.10
uncertainty of measurement
parameter associated with the result of a measurement, that characterises the dispersion of the values
that could reasonably be attributed to the measurand
2 © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 21877:2019(E)

3.11
standard uncertainty
u
uncertainty of the result of a measurement expressed as a standard deviation
3.12
combined uncertainty
u
c
standard uncertainty (3.11) attached to the measurement result calculated by combination of several
standard uncertainties according to the principles laid down in ISO/IEC Guide 98-3 (GUM)
3.13
expanded uncertainty
U
quantity defining a level of confidence about the result of a measurement that may be expected to
encompass a specific fraction of the distribution of values that could reasonably be attributed to a
measurand
Uk=×u
c
Note 1 to entry: The value of the coverage factor k depends on the number of degrees of freedom and the level of
confidence. In this document a level of confidence of 95 % is used.
Note 2 to entry: The expression overall uncertainty is sometimes used to express the expanded uncertainty.
3.14
uncertainty budget
calculation table combining all the sources of uncertainty according to ISO 14956 or ISO/IEC Guide 98-3
in order to calculate the combined uncertainty of the method at a specified value
4 Symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the following symbols apply.
a intercept of the calibration function
A peak area
b slope of the calibration function
c second order slope of the calibration function
c NH mass concentration at standard conditions
m 3
c NH mass concentration corrected to oxygen reference volume concentration
corr 3
c mass concentration expressed on dry basis
dry
c mass concentration expressed on wet basis
wet
E absorbance at wavelength λ
λ
+
instrument specific factor for converting the result determined for NH into a result for
4
f
NH and the unit mg/ml
3
f
N
+
factor for converting NH to NH ( f = 0,944)
4 3 N
© ISO 2019 – All rights reserved 3

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ISO 21877:2019(E)

h volume fraction of the water vapour in the sample gas
m
k coverage factor
k coverage factor for a coverage probability of 95 %
0,95
m NH mass in the sample
s 3
o measured oxygen volume concentration in the duct
m
o oxygen reference volume concentration
ref
p atmospheric pressure at the measurement site
atm
p absolute pressure at the gas volume meter
m
p standard pressure, 101,3 kPa
ref
p relative pressure measured at the gas volume meter
rel
P coverage probability
R peak resolution for the peak pair (2,1)
2,1
t retention time for peak 1
R1
t retention time for peak 2
R2
T temperature of the sample gas at the gas volume meter
m
T standard temperature, 273 K
ref
u standard uncertainty
u combined uncertainty
c
u uncertainty contribution due to calibration
cal
u uncertainty contribution due to drift
dr
u uncertainty contribution due to calculation of the mean
mean
u uncertainty contribution due to reading
read
u relative standard uncertainty
rel
u uncertainty contribution due to repeatability standard deviation
rep
u uncertainty contribution due to resolution
res
u uncertainty contribution due to tolerance of the cylinder
tol
U expanded uncertainty
U expanded uncertainty for a coverage probability of 95 %
0,95
U relative expanded uncertainty for a coverage probability of 95 %
rel,0,95
v volume of the sample absorption solution
s
V measured volume of the sample gas at operating conditions
m
4 © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 21877:2019(E)

V measured volume of the sample gas at standard conditions
m,ref
w peak width for peak 1
1
w peak width for peak 2
2
y measured value in units specific to the instrument
Z dilution factor
+
+
NH mass concentration in the calibration solution
β NH
4
()4
+
+
NH mass concentration in the sample absorption solution
β NH
() 4
s 4
λ wavelength
v number of degrees of freedom
For the purposes of this document, the following abbreviated terms apply.
AMS automated measuring system
DM water demineralised water
PE polyethylene
PP polypropylene
SRM standard reference method
5 Principle of the method of measurement
A representative sample is taken from the waste gas flow of the plant for a specified sampling duration
and a specified sample gas flow. Isokinetic sampling is necessary if the waste gas contains droplets.
The sampling probe is heated to a temperature that ensures evaporation of the droplets and avoids
condensation of water vapour in the sample gas. Particles, which can be separated at this temperature,
are deposited on a specified particle filter. For non-isokinetic sampling, the use of a particle filter inside
the waste gas duct, is preferred since it does not require separate heating. If a particle filter outside
the waste gas duct is used, then heating of the particle filter to a specified temperature is required to
establish representative conditions and to avoid condensation of water vapour in the sample gas.
All compounds which are volatile at the sampling temperature and produce ammonium ions upon
dissociation during sampling in the absorption solution are measured by this method, which therefore
gives the volatile ammonia content of the waste gas.
NOTE 1 In the presence of semi-volatile ammonia salts, the choice of the sampling temperature can have
influence on the gas/solid balance of the volatile ammonia content.
Ammonia (NH ) in the sample gas passing through the filter is collected in an absorption system
3
+
acidified with H SO . The mass of NH is determined after sampling by using one of the analytical
2 4 4
methods specified in Clause 9.
NOTE 2 For total ammonia determination, both particulate matter and gas are analysed. Analysis of
particulate matter is not part of this document.
The volume of the sample gas is determined during sampling, for example by using a gas volume meter.
The mass concentration is calculated as the quotient of the ammonia mass collected in the absorption
© ISO 2019 – All rights reserved 5

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ISO 21877:2019(E)

3
solution in milligrams (mg) and the volume of the sample gas in cubic metres (m ) and expressed as
3
milligrams per cubic metre (mg/m ) of ammonia (NH ).
3
6 Sampling system
6.1 General
6.1.1 The sampling system shall allow for the extraction of the sample gas from the waste gas duct. It
consists in principle of:
— sampling probe;
— particle filter;
— absorption unit consisting of two absorbers;
— suction unit.
The sampling system shall meet the following requirements:
— the sampling probe shall be a heated tube with an inlet made of titanium, quartz glass, borosilicate
glass or PTFE;
— the particle filter shall be a quartz fibre plane filter, to be heated if used outside the waste gas duct;
— the absorbers shall be frit wash bottles (frit porosity: D1 or finer) for low flow sampling or impingers
for high flow sampling;
— the suction unit shall be composed of a pump, volume flow controller, gas volume meter with
thermometer and pressure gauge, and, if required, drying tower;
— all components of the sampling system coming in contact with the waste gas shall be made of
corrosion-resistant material.
The sampling system shall be designed such that the residence time of the sample gas between the inlet
of the sampling probe and the two absorbers is minimized.
The heating of the sample gas line down to the absorption unit shall be maintained at least 15 K above
the dew-point of the waste gas to avoid any water vapour condensation.
6.1.2 The following absorption materials are required for sampling:
6.1.2.1 Absorption solution: 0,05 M H SO solution (quality: analytical grade).
2 4
NOTE The concentration can be increased for high NH concentrations to reach the minimum collection
3
efficiency.
6.1.2.2 Demineralised water (DM water).
6.2 Sampling equipment
6.2.1 Non-isokinetic sampling
Non-isokinetic sampling may be carried out using a heated probe without nozzle. Figure 1 shows an
example of a sampling system for non-isokinetic sampling. The use of a particle filter inside the waste
gas duct, is preferred since it does not require separate heating. If a particle filter outside the waste
gas duct is used, then heating of the particle filter to a specified temperature is required to establish
representative conditions and to avoid condensation of water vapour in the sample gas and on the filter.
6 © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 21877:2019(E)

Key
1 heated sampling probe
2a in-stack particle filter or
2b heated particle filter
3 absorber(s)
4 guard bottle (optional)
5 drying tower (only for dry gas volume meter)
6 pump
7 flow meter behind the filter or before the gas volume meter
8 gas volume meter
Figure 1 — Example of non-isokinetic sampling system
6.2.2 Isokinetic sampling
6.2.2.1 General
Isokinetic sampling is necessary if the waste gas contains droplets. The sampling probe shall be heated to
a specified temperature that ensures evaporation of the droplets and avoids condensation of water vapour
in the sample gas. The particle filter outside the waste gas duct shall be heated to the same temperature
to establish representative conditions and to avoid condensation of water vapour on the filter.
6.2.2.2 Isokinetic sampling with side stream
Isokinetic sampling often requires volume flow rates much higher than those which can be tolerated by
the absorbers used for gaseous compound collection. Therefore, downstream of the filter, only a part of
the gases is drawn through the absorber(s) through a secondary line, the main line and the secondary
line having their own gas metering systems and suction devices. The measurement of the flow in the
main line can be measured either by an orifice plate or any other appropriate device, placed behind the
filter and before the T piece or before the gas volume meter (see Figure 2).
© ISO 2019 – All rights reserved 7

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ISO 21877:2019(E)

Key
1 heated sampling probe with nozzle
2 heated particle filter
3 absorber(s)
4 guard bottle (optional)
5 drying tower (only for dry gas volume meter)
6 pump
7 flow meter behind the filter or before the gas volume meter
8 gas volume meter
Figure 2 — Example of isokinetic sampling system with side stream
6.2.2.3 Isokinetic sampling without side stream
A sampling system without secondary line (side stream) can be used for isokinetic sampling as shown
in Figure 3.
NOTE An advantage of an isokinetic sampling without a side stream is that a flow rate proportional to the
local velocity at each measurement point can be maintained more easily when a non-homogeneity is detected in
the measurement section.
Key
1 heated sampling probe with nozzle
2 heated particle filter
3 absorber(s)
4 guard bottle (optional)
5 drying tower (only for dry gas volume meter)
6 pump
7 flow meter behind the filter or before the gas volume meter
8 gas volume meter
Figure 3 — Example of isokinetic sampling system without a side stream
8 © ISO 2019 – All rights reserved

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ISO 21877:2019(E)

6.3 Other equipment
The following other equipment are required.
6.3.1 Equipment for the determination of isokinetic sampling such as pressure, temperature and gas
composition measuring devices.
6.3.2 Containers for sample transport, such as bottles made of glass, PP, PE or other inert materials.
6.3.3 Pipettes, with suitable volumes.
6.3.4 Volumetric flasks, with nominal volumes of, for example, 50 ml, 100 ml and 1 000 ml.
7 Performance characteristics
7.1 General
Table 1 and Table 2 give an overview of the performance characteristics and the associated performance
criteria of the method of measurement.
The test laboratory implementing the method of measurement shall demonstrate that:
— the performance characteristics of the sampling system used meet the performance criteria given
in Table 1 and Table 2;
— the relative expanded uncertainty calculated by combining the values of selected performance
characteristics by means of an uncertainty budget does not exceed 20 % of the applicable assessment
standard, such as daily emission limit value or the lowest limit value specified for the plant by the
local authorities. This expanded uncertainty is calculated on dry basis and before correction to the
oxygen reference concentration.
The values of the selected performance characteristics shall be evaluated:
— for the sampling step by means of laboratory tests in order to determine the uncertainty of the
calibration of the equipment and by means of field tests in order to determine other parameters;
— for the analytical step by means of laboratory tests.
7.2 Performance characteristics of the sampling system
Table 1 shows the performance characteristics and performance criteria of the sampling system.
© ISO 2019 – All rights reserved 9

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ISO 21877:2019(E)

Table 1 — Performance characteristics of the sampling system to be determined in the
laboratory (L) and in the field (F) and associated performance criteria
Performance characteristic L F Performance criterion
Det
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 21877
Première édition
2019-08
Émissions de sources fixes —
Détermination de la concentration
en masse de l’ammoniac — Méthode
manuelle
Stationary source emissions — Determination of the mass
concentration of ammonia — Manual method
Numéro de référence
ISO 21877:2019(F)
©
ISO 2019

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ISO 21877:2019(F)

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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
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y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
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Fax: +41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 21877:2019(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 3
5 Principe de la méthode de mesure . 5
6 Système d’échantillonnage . 6
6.1 Généralités . 6
6.2 Équipement d’échantillonnage . 7
6.2.1 Échantillonnage non isocinétique . 7
6.2.2 Échantillonnage isocinétique . 7
6.3 Autre équipement . 9
7 Caractéristiques de performance . 9
7.1 Généralités . 9
7.2 Caractéristiques de performance du système d’échantillonnage . 9
7.3 Caractéristiques de performance de l’analyse .10
7.3.1 Sources d’incertitude .10
7.3.2 Critère de performance de l’analyse .10
7.4 Établissement du budget d’incertitude.11
8 Fonctionnement sur site .11
8.1 Planification du mesurage .11
8.2 Stratégie d’échantillonnage .11
8.3 Blanc de site .12
8.4 Essai d’étanchéité .12
8.5 Échantillonnage .13
8.6 Transport et conservation des échantillons .13
9 Détermination analytique .13
10 Calcul des résultats .14
11 Rapport de mesurage .15
Annexe A (informative) Validation de la méthode de mesure sur site .16
Annexe B (informative) Description de la méthode d’analyse — Spectrophotométrie.21
Annexe C (informative) Description de la méthode d’analyse — Analyse en flux continu (CFA).25
Annexe D (informative) Description de la méthode d’analyse — Chromatographie ionique .28
Annexe E (informative) Exemple de calcul du budget d’incertitude .32
Annexe F (informative) Calcul de l’incertitude associée à une concentration en masse
exprimée sur gaz sec et à une concentration en oxygène de référence .41
Bibliographie .45
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ISO 21877:2019(F)

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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute autre information au sujet de
l’adhésion de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les
obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 146, Qualité de l’air, sous-comité SC 1,
Émissions de sources fixes.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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ISO 21877:2019(F)

Introduction
Les émissions d’ammoniac proviennent en grande partie de l’agriculture. Les installations industrielles,
telles que les procédés de fabrication de produits chimiques (par exemple, usines de production
d’engrais chimiques) émettent de l’ammoniac. Il en est de même avec les centrales électriques, les
cimenteries et les installations d’incinération de déchets équipées de réacteurs avec ou sans réduction
catalytique sélective (SCR), qui rejettent de l’ammoniac. Les émissions d’ammoniac sont mesurées et
sont souvent réglementées par la loi.
Le présent document spécifie une méthode de mesure indépendante pour la surveillance intermittente
des émissions d’ammoniac ainsi que pour l’étalonnage et la validation des systèmes de mesurage
automatisés des concentrations en ammoniac.
Le présent document peut être utilisé conjointement avec l’ISO 17179 qui spécifie les caractéristiques de
performance des systèmes de mesurage automatisés (AMS) pour la détermination de la concentration en
masse de l’ammoniac dans les effluents gazeux. Selon l’ISO 17179, les systèmes AMS installés à demeure
pour la surveillance en continu des émissions d’ammoniac sont étalonnés et validés par comparaison
avec une méthode de mesure indépendante. L’incertitude des valeurs mesurées par des systèmes AMS
installés à demeure pour la surveillance en continu est déterminée par des mesurages de comparaison
avec une méthode de mesure indépendante dans le cadre de l’étalonnage et de la validation du système
AMS. Cela permet de s’assurer que l’incertitude de mesure est représentative de l’émission au niveau
d’une installation industrielle spécifique.
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NORME INTERNATIONALE ISO 21877:2019(F)
Émissions de sources fixes — Détermination de la
concentration en masse de l’ammoniac — Méthode
manuelle
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode manuelle de mesurage comprenant l’échantillonnage ainsi
que différentes méthodes d’analyse pour la détermination de la concentration en masse de l’ammoniac
(NH ) dans les effluents gazeux des installations industrielles, par exemple les installations de
3
combustion ou les exploitations agricoles. Tous les composés volatils à la température d’échantillonnage
et produisant des ions ammonium dans la solution d’absorption durant l’échantillonnage sont mesurés
par cette méthode qui donne alors la teneur en ammoniac volatil des effluents gazeux.
Le présent document spécifie une méthode de mesure indépendante qui a été validée lors d’essais sur
3 3
site dans une gamme de concentration en NH d’environ 8 mg/m à 65 mg/m dans des conditions
3
normales. La limite inférieure de la gamme de validation a été déterminée dans les conditions
opérationnelles d’une installation d’essai. La méthode de mesure peut être utilisée à des valeurs moins
élevées, en fonction, par exemple, de la durée d’échantillonnage, du volume d’échantillonnage et de la
limite de détection de la méthode d’analyse utilisée.
NOTE 1 L’installation, les conditions des essais sur site et les caractéristiques de performance obtenues sur le
site sont indiquées à l’Annexe A.
Cette méthode de mesure peut être utilisée pour la surveillance intermittente des émissions d’ammoniac
ainsi que pour l’étalonnage et la validation de systèmes de mesurage automatisés des concentrations en
ammoniac.
NOTE 2 Une méthode de mesure indépendante est appelée « méthode de référence normalisée » (SRM) dans
l’EN 14181.
2 Références normatives
Les documents suivants sont référencés dans le texte de sorte qu’une partie ou la totalité de leur
contenu constitue les exigences du présent document. 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 7150-1, Qualité de l'eau — Dosage de l'ammonium — Partie 1: Méthode spectrométrique manuelle
ISO 11732, Qualité de l'eau — Dosage de l'azote ammoniacal — Méthode par analyse en flux (CFA et FIA) et
détection spectrométrique
+ + + + 2+ 2+ 2+
ISO 14911, Qualité de l'eau — Dosage, par chromatographie ionique, de Li , Na , NH , K , Mn , Ca , Mg ,
4
2+ 2+
Sr et Ba dissous — Méthode applicable pour l'eau et les eaux résiduaires
Guide ISO/IEC 98-3:2008, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de
mesure (GUM: 1995)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
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ISO 21877:2019(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online Browsing Platform (OBP): disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
concentration en masse
masse d’une substance dans un effluent gazeux émis, divisée par le volume de l’effluent gazeux émis
3
Note 1 à l'article: La concentration en masse est souvent exprimée en milligrammes par mètre cube (mg/m ).
3.2
site de mesurage
emplacement au niveau du conduit d’évacuation des effluents gazeux dans la zone du ou des plan(s) de
mesurage (3.3) composé de structures et d’équipements techniques, par exemple de plates-formes de
travail, d’orifices de mesurage (3.4), de matériel d’alimentation
Note 1 à l'article: L’expression « site d’échantillonnage » est également utilisée pour désigner un site de mesurage.
3.3
plan de mesurage
plan perpendiculaire à l’axe du conduit à l’emplacement du lieu d’échantillonnage
Note 1 à l'article: L’expression « plan d’échantillonnage » est également utilisée pour désigner un plan de
mesurage.
3.4
orifice de mesurage
ouverture dans le conduit d’évacuation des effluents gazeux le long de la ligne de mesurage (3.5) à
travers laquelle il est possible d’accéder à l’effluent gazeux
Note 1 à l'article: L’expression « orifice d’échantillonnage » est également utilisée pour désigner un orifice de
mesurage.
3.5
ligne de mesurage
ligne dans le plan de mesurage (3.3) le long de laquelle sont situés les points de mesurage (3.6), délimitée
par la paroi intérieure du conduit
Note 1 à l'article: L’expression « ligne d’échantillonnage » est également utilisée pour désigner une ligne de
mesurage.
3.6
point de mesurage
position, au niveau du plan de mesurage (3.3), où l’échantillon du flux est prélevé, ou position où les
données de mesurage sont obtenues directement
Note 1 à l'article: L’expression « point d’échantillonnage » est également utilisée pour désigner un point de
mesurage.
3.7
échantillonnage isocinétique
échantillonnage effectué à un débit tel que la vitesse et la direction du gaz entrant dans la buse
d’échantillonnage sont les mêmes que celles du gaz dans le conduit au niveau du point de mesurage (3.6)
3.8
blanc de site
échantillon pour essai obtenu conformément au mode opératoire pour blanc de site
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3.9
valeur du blanc de site
résultat d’un mesurage effectué conformément au mode opératoire pour blanc de site sur le site d’une
installation ou en laboratoire
3.10
incertitude de mesure
paramètre, associé au résultat d’un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs qui pourraient
raisonnablement être attribuées au mesurande
3.11
incertitude-type
u
incertitude du résultat d’un mesurage exprimée sous la forme d’un écart-type
3.12
incertitude composée
u
c
incertitude-type (3.11) associée au résultat d’un mesurage, calculée en combinant plusieurs incertitudes-
types conformément aux principes énoncés dans le Guide ISO/IEC 98-3 (GUM)
3.13
incertitude élargie
U
grandeur définissant un intervalle de confiance autour du résultat d’un mesurage, dont on peut
s’attendre à ce qu’il comprenne une fraction spécifique de la distribution des valeurs qui pourraient
raisonnablement être attribuées au mesurande
Uk=×u
c
Note 1 à l'article: La valeur du facteur d’élargissement k dépend du nombre de degrés de liberté et du niveau de
confiance. Dans le présent document, un niveau de confiance de 95 % est utilisé.
Note 2 à l'article: L’expression « incertitude globale » est parfois utilisée pour exprimer l’incertitude élargie.
3.14
budget d’incertitude
tableau de calcul combinant toutes les sources d’incertitude telles que définies dans l’ISO 14956 ou le
Guide ISO/IEC 98-3 afin de calculer l’incertitude composée de la méthode à une valeur spécifiée
4 Symboles et abréviations
Pour les besoins du présent document, les symboles suivants s’appliquent.
a ordonnée à l’origine de la fonction d’étalonnage
A aire du pic
b pente de la fonction d’étalonnage
c pente de second ordre de la fonction d’étalonnage
c concentration en masse de NH dans des conditions normales
m 3
c concentration en masse de NH corrigée par rapport à la concentration volumique en oxygène
corr 3
de référence
c concentration en masse exprimée sur sec
sec
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c concentration en masse exprimée sur humide
humide
E absorbance à la longueur d’onde λ
λ
+
facteur spécifique à l’instrument pour convertir le résultat déterminé pour NH en un
4
f
résultat pour NH et l’unité mg/ml
3
f
+
N
facteur pour convertir NH en NH ( f = 0,944)
4 3 N
h fraction volumique de la vapeur d’eau dans l’échantillon de gaz
m
k facteur d’élargissement
k facteur d’élargissement pour une probabilité d’élargissement de 95 %
0,95
m masse de NH dans l’échantillon
s 3
o concentration volumique en oxygène mesurée dans le conduit
m
o concentration volumique en oxygène de référence
réf
p pression atmosphérique sur le site de mesurage
atm
p pression absolue au niveau du compteur à gaz volumétrique
m
p pression normale, 101,3 kPa
réf
p pression relative mesurée au niveau du compteur à gaz volumétrique
rel
P probabilité d’élargissement
R résolution des pics pour la paire de pics (2,1)
2,1
t temps de rétention pour le pic 1
R1
t temps de rétention pour le pic 2
R2
T température de l’échantillon de gaz au niveau du compteur à gaz volumétrique
m
T température normale, 273 K
réf
u incertitude-type
u incertitude composée
c
u contribution à l’incertitude liée à l’étalonnage
cal
u contribution à l’incertitude liée à la dérive
dr
u contribution à l’incertitude liée au calcul de la moyenne
moy
U contribution à l’incertitude liée à la lecture
lect
u incertitude-type relative
rel
u contribution à l’incertitude liée à l’écart-type de répétabilité
rép
u contribution à l’incertitude liée à la résolution
rés
u contribution à l’incertitude liée à la tolérance sur la bouteille
tol
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U incertitude élargie
U incertitude élargie pour une probabilité de couverture de 95 %
0,95
U incertitude élargie relative pour une probabilité de couverture de 95 %
rel,0,95
v volume de la solution échantillon d’absorption
s
V volume mesuré de l’échantillon de gaz dans les conditions de fonctionnement
m
V volume mesuré de l’échantillon de gaz dans des conditions normales
m,réf
w largeur de pic pour le pic 1
1
w largeur de pic pour le pic 2
2
y valeur mesurée en unités spécifiques à l’instrument
Z facteur de dilution
+ +
β()NH concentration en masse de NH dans la solution d’étalonnage
4 4
+
+
concentration en masse de NH dans la solution échantillon d’absorption
β NH 4
()
s 4
λ longueur d’onde
v nombre de degrés de liberté
Pour les besoins du présent document, les abréviations suivantes s’appliquent.
AMS système de mesurage automatique
eau DM eau déminéralisée
PE polyéthylène
PP polypropylène
SRM méthode de référence normalisée
5 Principe de la méthode de mesure
Un échantillon représentatif est prélevé dans le courant des effluents gazeux de l’installation pendant
une durée d’échantillonnage spécifiée et pour un débit d’échantillon de gaz spécifié. L’échantillonnage
isocinétique est nécessaire si l’effluent gazeux contient des gouttelettes. La sonde de prélèvement est
chauffée à une température assurant l’évaporation des gouttelettes et empêchant la condensation de
vapeur d’eau dans l’échantillon de gaz. Les particules, qui peuvent être séparées à cette température,
sont déposées sur un filtre à particules spécifié. Pour l’échantillonnage non isocinétique, il est préférable
d’utiliser un filtre à particules à l’intérieur du conduit d’effluents gazeux car il ne nécessite pas de
chauffage séparé. En cas d’utilisation d’un filtre à particules à l’extérieur du conduit d’effluents gazeux,
le chauffage du filtre à particules à une température spécifiée est nécessaire pour établir des conditions
représentatives et pour empêcher la condensation de vapeur d’eau dans l’échantillon de gaz.
Tous les composés volatils à la température d’échantillonnage et produisant des ions ammonium dans
la solution d’absorption durant l’échantillonnage sont mesurés par cette méthode qui donne alors la
teneur des effluents gazeux en ammoniac volatil.
NOTE 1 En présence de sels d’ammoniac semi-volatils, le choix de la température d’échantillonnage peut avoir
une influence sur l’équilibre gaz/solide de la teneur en ammoniac volatil.
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L’ammoniac (NH ) dans l’échantillon de gaz passant à travers le filtre est collecté dans un système
3
+
d’absorption acidifié avec de l’acide sulfurique (H SO ). La masse de NH est déterminée après
2 4 4
l’échantillonnage, en utilisant l’une des méthodes d’analyse spécifiées à l’Article 9.
NOTE 2 Pour la détermination de l’ammoniac total, aussi bien la matière particulaire que les gaz sont analysés.
L’analyse de la matière particulaire ne fait pas partie du présent document.
Le volume de l’échantillon de gaz est déterminé durant l’échantillonnage, par exemple à l’aide
d’un compteur à gaz volumétrique. La concentration en masse est calculée comme le quotient de la
masse d’ammoniac, en milligrammes (mg), collectée dans la solution d’absorption sur le volume de
3 3
l’échantillon de gaz, en mètres cubes (m ), et est exprimée en milligrammes par mètre cube (mg/m )
d’ammoniac (NH ).
3
6 Système d’échantillonnage
6.1 Généralités
6.1.1 Le système d’échantillonnage doit permettre l’extraction de l’échantillon de gaz dans le conduit
d’effluents gazeux. Il comprend, en principe, les éléments suivants:
— une sonde de prélèvement;
— un filtre à particules;
— une unité d’absorption constituée de deux absorbeurs;
— une unité d’aspiration.
Le système d’échantillonnage doit satisfaire aux exigences suivantes:
— la sonde de prélèvement doit être constituée d’un tube chauffé avec un orifice d’entrée en titane, en
verre de quartz, en verre borosilicaté ou en PTFE;
— le filtre à particules doit être un filtre plan en fibre de quartz, qui doit être chauffé s’il est utilisé à
l’extérieur du conduit d’effluents gazeux;
— les absorbeurs doivent être soit des flacons laveurs avec fritté (porosité du fritté: D1 ou plus fine)
pour un échantillonnage à faible débit, soit des impacteurs pour un échantillonnage à haut débit;
— l’unité d’aspiration doit être composée d’une pompe, d’un régulateur de débit-volume, d’un compteur
à gaz volumétrique muni d’un thermomètre et d’un manomètre, et, si nécessaire, d’une tour de
séchage;
— tous les composants du système d’échantillonnage entrant en contact avec les effluents gazeux
doivent être réalisés à partir d’un matériau résistant à la corrosion.
Le système d’échantillonnage doit être conçu de sorte que le temps de séjour de l’échantillon de gaz
entre l’orifice d’entrée du système d’échantillonnage et les deux absorbeurs soit aussi bref que possible.
Le chauffage de la ligne d’échantillon de gaz jusqu’à l’unité d’absorption doit être maintenue à une
température supérieure d’au moins 15 K au point de rosée des effluents gazeux afin d’empêcher toute
condensation de vapeur d’eau.
6.1.2 Les matériaux d’absorption suivants sont nécessaires pour l’échantillonnage:
6.1.2.1 Solution d’absorption: solution de H SO à 0,05 M (qualité: qualité analytique).
2 4
NOTE La concentration peut être augmentée pour les concentrations en NH élevées pour atteindre
3
l’efficacité de collecte minimale.
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6.1.2.2 Eau déminéralisée (eau DM)
6.2 Équipement d’échantillonnage
6.2.1 Échantillonnage non isocinétique
L’échantillonnage non isocinétique peut être effectué à l’aide d’une sonde chauffée sans buse. La Figure 1
montre un exemple de système d’échantillonnage non isocinétique. Il est préférable d’utiliser un filtre
à particules à l’intérieur du conduit d’effluents gazeux car il ne nécessite pas de chauffage séparé. En
cas d’utilisation d’un filtre à particules à l’extérieur du conduit d’effluents gazeux, le chauffage du filtre
à particules à une température spécifiée est nécessaire pour établir des conditions représentatives et
pour empêcher la condensation de vapeur d’eau dans l’échantillon de gaz et sur le filtre.
Légende
1 sonde de prélèvement chauffée
2a filtre à particules dans le conduit ou
2b filtre à particules chauffé
3 absorbeur(s)
4 flacon de réserve (facultatif)
5 tour de séchage (uniquement pour compteur à gaz sec)
6 pompe
7 débitmètre après le filtre ou avant le compteur à gaz volumétrique
8 compteur à gaz volumétrique
Figure 1 — Exemple de système d’échantillonnage non isocinétique
6.2.2 Échantillonnage isocinétique
6.2.2.1 Généralités
L’échantillonnage isocinétique est nécessaire si l’effluent gazeux contient des gouttelettes. La sonde de
prélèvement doit être chauffée à une température spécifiée assurant l’évaporation des gouttelettes et
empêchant la condensation de vapeur d’eau dans l’échantillon de gaz. Le filtre à particules à l’extérieur
du conduit d’effluents gazeux doit être chauffé à la même température pour établir des conditions
représentatives et pour empêcher la condensation de vapeur d’eau sur le filtre.
6.2.2.2 Échantillonnage isocinétique avec ligne de dérivation
L’échantillonnage isocinétique nécessite souvent des débits-volumes bien plus élevés que ceux pouvant
être tolérés par les absorbeurs utilisés pour la collecte des composés gazeux. Par conséquent, en aval
du filtre, une partie seulement des gaz est aspirée à travers le(s) absorbeur(s) via une ligne secondaire,
la ligne principale et la ligne secondaire ayant leurs propres compteurs à gaz et dispositifs d’aspiration.
Le débit dans la ligne principale peut être mesuré par une plaque à orifices ou par tout autre dispositif
approprié, placé derrière le filtre et avant l’élément en T ou avant le compteur à gaz volumétrique (voir
Figure 2).
© ISO 2019 – Tous dr
...

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