ISO 16911-1:2013
(Main)Stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts — Part 1: Manual reference method
Stationary source emissions — Manual and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts — Part 1: Manual reference method
ISO 16911-1:2013 specifies a method for periodic determination of the axial velocity and volume flow rate of gas within emissions ducts and stacks. It is applicable for use in circular or rectangular ducts with measurement locations meeting the requirements of EN 15259. Minimum and maximum duct sizes are driven by practical considerations of the measurement devices described within ISO 16911-1:2013. ISO 16911-1:2013 requires all flow measurements to have demonstrable metrological traceability to national or international primary standards. To be used as a standard reference method, the user is required to demonstrate that the performance characteristics of the method are equal to or better than the performance criteria defined in ISO 16911-1:2013 and that the overall uncertainty of the method, expressed with a level of confidence of 95 %, is determined and reported. The results for each method defined in ISO 16911-1:2013 have different uncertainties within a range of 1 % to 10 % at flow velocities of 20 m/s. Methods further to these can be used provided that the user can demonstrate equivalence, based on the principles of CEN/TS 14793.
Émissions de sources fixes — Détermination manuelle et automatique de la vitesse et du débit-volume d'écoulement dans les conduits — Partie 1: Méthode de référence manuelle
L'ISO 16911‑1:2013 spécifie une méthode pour la détermination périodique de la vitesse axiale et du débit-volume du gaz dans les conduits et les cheminées à l'émission de sources fixes. Elle est applicable aux conduits rectangulaires ou circulaires ayant des sections de mesurage répondant aux exigences de l'EN 15259. Les tailles de conduit minimales et maximales sont liées à des considérations pratiques sur les dispositifs de mesurage décrits dans l'ISO 16911‑1:2013. L'ISO 16911‑1:2013 exige que tous les mesurages de débit aient une traçabilité métrologique démontrable par rapport aux Normes internationales ou aux normes nationales de base. Pour pouvoir l'utiliser comme méthode de référence normalisée, l'utilisateur est tenu de démontrer que les caractéristiques de performance de la méthode sont égales ou supérieures aux critères de performance définis dans l'ISO 16911‑1:2013 et que l'incertitude globale de la méthode, exprimée à un niveau de confiance de 95 %, est déterminée et déclarée. Pour chaque méthode définie dans l'ISO 16911‑1:2013, les résultats ont des incertitudes différentes comprises dans une plage de 1 à 10 % à des vitesses de 20 m/s. D'autres méthodes que celles-ci peuvent être utilisées à condition que l'utilisateur puisse démontrer leur équivalence, sur la base des principes de la CEN/TS 14793.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 16911-1
First edition
2013-03-01
Stationary source emissions — Manual
and automatic determination of velocity
and volume flow rate in ducts —
Part 1:
Manual reference method
Émissions de sources fixes — Détermination manuelle et automatique
de la vitesse et du débit-volume d’écoulement dans les conduits —
Partie 1: Méthode de référence manuelle
Reference number
©
ISO 2013
© ISO 2013
All rights reserved. Unless otherwise specified, 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 below or ISO’s member body in the country of
the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2013 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 3
4.1 Symbols . 3
4.2 Abbreviated terms . 7
5 Principle . 7
5.1 General . 7
5.2 Principle of flow velocity determination at a point in the duct . 8
5.3 Principle of measurement of volume flow rate . 8
6 Selection of monitoring approach .10
6.1 Monitoring objective .10
6.2 Choice of technique to determine point flow velocity .11
6.3 Choice of technique for volume flow rate and average flow determination .12
7 Measuring equipment .12
7.1 General .12
7.2 Measurement of duct area .13
8 Performance characteristics and requirements .13
9 Measurement procedure .14
9.1 Site survey before testing .14
9.2 Determination of sampling plane and number of measurement points .14
9.3 Checks before sampling .14
9.4 Quality control .16
9.5 Measurement of flow at locations within the measurement plane .16
9.6 Post-measurement quality control .17
10 Calculation of results .17
10.1 General .17
10.2 Measurement of velocity .17
10.3 Determination of the mean velocity .18
10.4 Correction of average velocity for wall effects .18
10.5 Calculation of the volume flow rate from the average velocity .18
10.6 Conversion of results to standard conditions.19
11 Establishment of the uncertainty of results .20
12 Evaluation of the method .20
Annex A (normative) Measurement of velocity using differential pressure based techniques .22
Annex B (normative) Vane anemometer .34
Annex C (normative) Tracer gas dilution method determination of volume flow rate and
average velocity .40
Annex D (normative) Transit time tracer gas method determination of average velocity .46
Annex E (normative) Calculation of flue gas volume flow rate from energy consumption .53
Annex F (informative) Example of uncertainty budget established for velocity and volume flow
rate measurements by Pitot tube .61
Annex G (informative) Description of validation studies .72
Annex H (informative) Differential pressure measurement .79
Annex I (informative) The use of time of flight measurement instruments based on modulated
laser light .82
Annex J (informative) Relationship between this International Standard and the essential
requirements of EU Directives .83
Bibliography .84
iv © ISO 2013 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International
Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies
casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 16911-1 was prepared by the European Committee for Standardization (CEN) in collaboration with
ISO Technical Committee TC 146, Air quality, Subcommittee SC 1, Stationary source emissions.
ISO 16911 consists of the following parts, under the general title Stationary source emissions — Manual
and automatic determination of velocity and volume flow rate in ducts:
— Part 1: Manual reference method
— Part 2: Automated measuring systems
Introduction
EN ISO 16911-1 describes a method for periodic determination of the axial velocity and volume flow rate
of gas within emissions ducts and stacks and for the calibration of automated flow monitoring systems
permanently installed on a stack.
EN ISO 16911-1 provides a method which uses point measurements of the flow velocity to determine
the flow profile and mean and volume flow rates. It also provides for alternative methods based on
tracer gas injection, which can also used to provide routine calibration for automated flow-monitoring
systems. A method based on calculation from energy consumption is also described. EN ISO 16911-1
provides guidance on when these alternative methods may be used.
vi © ISO 2013 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 16911-1:2013(E)
Stationary source emissions — Manual and automatic
determination of velocity and volume flow rate in ducts —
Part 1:
Manual reference method
1 Scope
EN ISO 16911-1 specifies a method for periodic determination of the axial velocity and volume flow rate
of gas within emissions ducts and stacks. It is applicable for use in circular or rectangular ducts with
measurement locations meeting the requirements of EN 15259. Minimum and maximum duct sizes are
driven by practical considerations of the measurement devices described within EN ISO 16911-1.
EN ISO 16911-1 requires all flow measurements to have demonstrable metrological traceability to
national or international primary standards.
To be used as a standard reference method, the user is required to demonstrate that the performance
characteristics of the method are equal to or better than the performance criteria defined in
EN ISO 16911-1 and that the overall uncertainty of the method, expressed with a level of confidence of
95 %, is determined and reported. The results for each method defined in EN ISO 16911-1 have different
uncertainties within a range of 1 % to 10 % at flow velocities of 20 m/s.
Methods further to these can be used provided that the user can demonstrate equivalence, based on the
[10]
principles of CEN/TS 14793.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 20988, Air quality — Guidelines for estimating measurement uncertainty
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
EN 14789, Stationary source emissions — Determination of volume concentration of oxygen (O2) —
Reference method — Paramagnetism
EN 14790, Stationary source emissions — Determination of the water vapour in ducts
EN 15259:2007, Air quality — Measurement of stationary source emissions — Requirements for measurement
sections and sites and for the measurement objective, plan and report
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
Pitot tube
device to measure flow velocity at a point, operating on the principle of differential pressure measurement
Note 1 to entry: A number of designs of Pitot tube may be used, including standard L-type, S-type, 2D, and 3D Pitot
tubes. Annex A describes a number of Pitot designs currently in use in Europe.
3.2
measurement line
line across the stack, on a measurement plane, along which flow measurements are made to characterize
the flow velocity profile or to determine the average flow
3.3
measurement plane
plane normal to the centreline of the duct at the measurement location at which the measurement of
flow velocity or volume flow rate is required
3.4
measurement point
sampling point
position in the measurement plane at which the sample stream is extracted or the measurement data
are obtained directly
3.5
volume flow rate
volume flow of gas axially along a duct
Note 1 to entry: If not specifically stated, the term may be taken to mean the mean volume flow passing through
the measurement plane.
Note 2 to entry: Volume flow rate is expressed in cubic metres per second or cubic metres per hour.
3.6
point flow velocity
local gas velocity at a point in the duct
Note 1 to entry: Unless otherwise specified, the term may be taken to mean the axial velocity at the
measurement location.
Note 2 to entry: Point flow velocity is expressed in metres per second.
3.7
average flow velocity
<1> velocity which, when multiplied by the area of the measurement
plane of the duct, gives the volume flow rate in that duct
<2> quotient of the volume flow rate in the duct and the area of the measurement plane of the duct
3.8
standard conditions
reference value a pressure 101,325 kPa and a temperature 273,15 K
3.9
uncertainty (of measurement)
parameter, associated with the result of a measurement, that characterizes the dispersion of the values
that could reasonably be attributed to the measurand
2 © ISO 2013 – All rights reserved
3.10
uncertainty budget
statement of a measurement uncertainty, of the components of that measurement uncertainty, and of
their calculation and combination
[5]
Note 1 to entry: For the purposes of EN ISO 16911-1, the sources of uncertainty are according to ISO 14956 or
ISO/IEC Guide 98-3.
3.11
standard uncertainty
uncertainty of the result of a measurement expressed as a standard deviation
3.12
expanded uncertainty
quantity defining an interval about the result of a measurement that may be expected to encompass a
large fraction of the distribution of values that could reasonably be attributed to the measurand
Note 1 to entry: In EN ISO 16911-1, the expanded uncertainty is calculated with a coverage factor of k = 2, and with
a level of confidence of 95 %.
3.13
overall uncertainty
expanded combined standard uncertainty attached to the measurement result
Note 1 to entry: The overall uncertainty is calculated according to ISO/IEC Guide 98-3.
3.14
swirl
cyclonic flow
tangential component of the flow vector providing a measure of the non-axial flow at the measurement plane
3.15
automated measuring system
AMS
measuring system permanently installed on site for continuous monitoring of flow
Note 1 to entry: See EN ISO 16911-2.
3.16
metrological traceability
property of a measurement result whereby the result can be related to a reference through a documented
unbroken chain of calibrations, each contributing to the measurement uncertainty
Note 1 to entry: The elements for confirming metrological traceability are an unbroken metrological traceability
chain to an international measurement standard or a national measurement standard, a documented measurement
uncertainty, documented measurement procedure, accredited technical competence, metrological traceability to
the SI, and calibration intervals
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
A area of the measurement plane m
A internal area of the measurement section m
I
A cross-sectional area of stack ft
s
B number of component B
a , a angle between sensing holes °
1 2
c constant
d outer tube diameter mm
d stack diameter mm
s
e net specific energy (NSE) of the fuel as received MJ/kg
(N)
e absolute error of measurement
P
F force acting on the vane wheel N
F (i) pitch angle ratio at traverse point i 1
F (i) 3D probe velocity calibration coefficient at traverse point i 1
−1
f vane frequency s
f velocity factor
v
f wall adjustment factor
WA
i ith measurement point
K coefficient of the Pitot tube which includes the Pitot calibration factor and
constant values relating to the Pitot design
0.5
K conversion factor, 85.49 ft/s[(lb/lb-mol)(inHg)/(R)/(inH 0)]
p 2
non-linear calibration factor dependent on density, ρ , and viscosity, η
0 dyn
K ρ
)
( 0,η
dyn
k coverage factor
L length of the measuring section, i.e. the stack length between the two m
measurement levels
L probe length
p
M molar mass of wet gas effluent kg/mol
M molar mass of component B kg/mol
B
M molar mass of gas, dry basis lb-lb/mol
d
M molar mass of gas, wet basis lb-lb/mol
s
n number of measurement points
P energy production MW
p flue gas pressure kPa
p . p pressures at points P . P
1 5 1 5
p stagnation point pressure Pa
p static pressure Pa
4 © ISO 2013 – All rights reserved
(p − p ) velocity differential pressure at traverse point i inH O
1 2 i 2
(p − p ) pitch differential pressure at traverse point i inH O
4 5 i 2
p atmospheric pressure inHg
atm
p absolute pressure in the duct, in the measurement section Pa
c
p dynamic pressure on the vane wheel Pa
dyn
p static pressure inH O
g 2
p stack absolute pressure inHg
s
p standard absolute pressure 29.92 inHg
std
average static pressure in the measurement section Pa
p
stat
q tracer mass flow rate kg/s
m,t
q volume flow rate m /s
V
q dry volume flow rate, under standard conditions of temperature and pres- m /s
V,0d
sure
dry volume flow rate, under standard conditions of temperature and pres- m /s
q
V,0d,O
sure and on actual oxygen concentration
dry volume flow rate, under standard conditions of temperature and pres- m /s
q
V,,0dO ,ref
sure, and reference oxygen concentration
q stack gas flow rate at sample O content and moisture under standard m /s
V,0,O
conditions
q average dry-basis stack gas volume flow rate corrected to standard condi- dscf/h
V, sd
tions
q average wet-basis stack gas volume flow rate corrected to standard condi- wscf/h
V, sw
tions
q volume flow rate under the conditions of temperature and pressure of the m /s
V,w
duct, on wet gas
R gas constant 8,314 J/(K mol)
r geometry of the vane wheel
Sp
T flue gas temperature K
T temperature of gas in the measurement section K
c
T average absolute stack gas temperature across stack R
s(avg)
T °F stack gas temperature at traverse point i °F
s(i)
T R absolute stack gas temperature at traverse point i R
s(i)
T standard absolute temperature 528 R
std
t transit time of the tracer pulse between the two measurement points s
u(v) uncertainty of measurement of the flow velocity m/s
v start-up velocity m/s
v velocity corrected for flow direction m/s
c
ν local velocity at measurement point i m/s
i
v measured velocity m/s
meas
v peripheral velocity, v = ϖr
t t Sp
v axial approach velocity m/s
∞
v
mean velocity m/s
v
mean axial velocity m/s
v
v corrected mean velocity m/s
c
v average of the point velocity measurements m/s
p
w ash yield mass fraction of solid fuel as received
ash
w carbon mass fraction in fuel as received
C
w fuel mass fraction in fuel as received
f
w hydrogen mass fraction in fuel as received
H
w
moisture mass fraction in solid fuel as received
HO
w nitrogen mass fraction in fuel as received
N
w oxygen mass fraction in fuel as received
O
w sulfur mass fraction in fuel as received
S
α pitch of blade
Δp differential pressure Pa
average dynamic pressure measured at the point i of the measurement sec- Pa
Δp
i
tion
η thermal efficiency
η dynamic viscosity Pa s
dyn
θ measured angle °
meas
ρ density of the gas effluent under ambient conditions of temperature and kg/m
pressure of wet gas
σ standard deviation of the m dynamic pressure measurements in the point i
Δp
i
Φ process heat release MW
(N)F
6 © ISO 2013 – All rights reserved
φ volume fraction of component B volume fraction
B
ϕ
concentration of CO in the gas stream in wet gas % volume
CO ,w
fraction
ϕ flue gas water content, wet % volume
HO
fraction
ϕ flue gas oxygen content, dry % volume
O
fraction
ϕ oxygen concentration measured in the duct during the exploration of the % volume
O,d
duct on dry gas fraction
ϕ reference oxygen concentration % volume
O,ref
fraction
ϕ
concentration of O in the gas stream in wet gas % volume
Ow,
fraction
−1
ω angular frequency s
−1
ϖ pulsatance s
4.2 Abbreviated terms
AMS automated measuring system
NSE net specific energy
SRM standard reference method
QA quality assurance
WAF wall adjustment factor
5 Principle
5.1 General
EN ISO 16911-1 provides a method for the determination of gas velocity and volume flow rate within
an emissions duct. It describes a method to determine the velocity profile of the gas flow across a
measurement plane in the duct, and a method to determine the total volume flow rate at a measurement
plane in the duct based on a grid of point velocity measurements made across the measurement plane.
In addition, alternative methods are described for the determination of volume flow rate based on the
measurement of tracer dilution, tracer transit time, and by calculation from energy consumption.
Techniques for determining gas velocity at a point include a calibrated differential pressure device
(Pitot) and a calibrated vane anemometer. Selection criteria for the use of different types of Pitot and
the vane anemometer are given in Clause 6. However, it is up to the user to ensure the method selected
for a given application meets the performance criteria defined by EN ISO 16911-1. The volume flow
rate within a duct is determined by measuring the duct axial gas velocity at a series of points along
measurement lines across the duct on a single measurement plane. The number of measurement lines
and measurement points required depends on the duct shape and size. The spacing of the measurement
points is based on the principle of equal areas as defined in EN 15259. The volume flow rate is calculated
from the average axial velocity and the duct area at the measurement plane. If required a correction is
applied to account for wall effects (see 10.4).
Three alternative methods are also described to determine volume flow rate and average flow velocity.
— Annex C describes a method based on tracer dilution measurements. In this method, the volume
flow rate is determined from the dilution of a known concentration of injected tracer.
— Annex D describes a method based on a tracer transit time measurement technique. The volume flow rate
is determined from the time for a pulse of tracer gas to traverse between two measurement locations.
— Annex E describes a method to determine the volume flow rate using a calculation-based approach
to derive the flow from the energy consumption of a combustion process.
EN ISO 16911-1 provides quality control checks for the verification of the conditions for accurate
measurements.
The volume flow rate may be reported at stack conditions or may be expressed at standard conditions
(273,15 K and 101,325kPa) on either the wet or dry basis.
5.2 Principle of flow velocity determination at a point in the duct
The axial flow velocity at a point in the duct is determined using one of two techniques described in
EN ISO 16911-1: differential pressure based measurement using Pitot tubes and vane anemometry. The
annexes describe the techniques in detail, Annex A provides for the use of differential pressure based
techniques, Annex B describes the vane anemometer.
The flow velocity is determined as the duct axial velocity at each point determined according to EN 15259.
The differential pressure based techniques are based on the principle of the Pitot tube as defined in
[3]
ISO 3966. A probe with one or more pressure taps is inserted into the flow. The basic principle is that
one pressure tap is impacted by the flowing gas, and one or more other pressure taps are exposed to the
static pressure in the duct. The probe assembly allows the resultant pressure difference between these
to be measured by an external differential pressure measuring device.
Different implementations of the differential pressure approach are available. These include standard
L-type, S-type, and multi-axis Pitot tubes (3D and 2D Pitot tubes). Each has their own specific advantages
and disadvantages, and these are described in EN ISO 16911-1. The methods used are based on those
[4] [3] [14]
defined in ISO 10780, ISO 3966, and US EPA Method 2. Performance requirements and quality
assurance procedures are applied to achieve the uncertainties defined in EN ISO 16911-1.
[16]
If 2D Pitot tubes are to be used, then they should be subject to QA/QC as defined in US EPA Method 2G.
5.3 Principle of measurement of volume flow rate
5.3.1 General
Volume flow rate may be determined from a series of measurements of the point velocity in a duct made
across the measurement plane or by alternative techniques including tracer dilution, tracer transit time or
calculation from energy consumption. Annexes C, D and E provide details of these alternative approaches.
5.3.2 Principle of volume flow rate determination from point velocity measurements
Volume flow rate is determined from a number of point measurements of the axial flow velocity over a
measurement plane. Sufficient point measurements are made to characterize non-uniformities in the
flow profile. The measurement points across the measurement plane are selected to be representative
of regions of equal area. The average velocity passing through the measurement plane is calculated
with good approximation as equal to the average of the point flow measurements. The procedures
in EN 15259 are used to determine the measurement points for circular or rectangular ducts. The
tangential methodology provided in EN 15259 is used for circular ducts as described in EN ISO 16911-1.
The reason that for circular ducts, the tangential methodology is preferred from the two schemes
for determining equal areas provided for in EN 15259, is that this scheme has points which provide
8 © ISO 2013 – All rights reserved
measures of the average flow in each equal area. The central point in the general method does not provide
a measure of the average flow in the central area, but rather the maximum value. This may be useful for
reconstructing the flow profile, but is not recommended for determining the average flow in the duct.
The measurement plane is selected to be representative of the required duct volume flow rate, and also
to be in a region where it is uniform and stable. If non-axial flow (swirl or cyclonic flow) is expected at
the measurement plane due to geometry of the duct or other upstream conditions, then the degree of
swirl is determined using S-type, 3D or 2D Pitot tube measurements and if it is significant, as defined in
EN ISO 16911-1, then it is taken into account through the use of additional measurement procedures, or
a different measurement plane is selected.
If required, improved uncertainty in the results is achieved by taking wall effects into account,
[17] [13]
following a procedure based on the US EPA Method 2H for circular ducts, and US EPA CTM-041 for
rectangular ducts.
The volume flow rate, q , is determined by multiplying the average velocity by the area of the measurement
V
plane (i.e. the internal area of the duct at the measurement plane).
qv= A (1)
V p
where
is the average of the point velocity measurements;
v
p
A is the area of the measurement plane.
NOTE It is also possible to determine an array of volume flow rates, determined from the point measurements
at each equal area multiplied by the area represented by each sample point. Each sample point area is, by definition,
equal to the area of the measurement plane divided by the number of points. The volume flow rate is then
n
A
qv= (2)
Vi∑
n
i=1
where
v is ith point measurement;
i
A is the area of the measurement plane;
n is the number of measurement points.
which is equivalent to Formula (1).
5.3.3 Determination of volume flow rate using tracer dilution measurements
Trace gas injection is used to measure the volume flow rate by determining the dilution of the injected
tracer by the stack gas flow. A known, traceable, flow rate of calibrated tracer gas is injected into the
stack. The concentration of this tracer gas is measured at a location downstream, representative of the
measurement plane, after complete mixing of the tracer with the stack gas has occurred. The dilution of
the tracer gas by the stack gas provides a measurement of the volume flow rate, provided that:
— the tracer gas is fully mixed in the stack gas;
— there is no tracer gas present in the stack gas prior to injection or the background concentration can
be measured and subtracted accurately.
5.3.4 Determination of volume flow rate using transit time tracer measurements
A small amount of tracer material is injected rapidly into the stack gas flow, to produce a short pulse
of tracer. After the tracer pulse has mixed over the cross-section of the flow, its transit time between
two measurement points placed on a suitable straight duct section is measured. The volume flow rate
is calculated by dividing the duct volume between the measurement points by the transit time. The
flow determined using this technique is representative of a region of the duct defined by the pulse
measurement locations, and these are chosen to be representative of the required measurement plane.
5.3.5 Determination of volume flow rate from plant thermal input
For most combustion sources the volume flow rate may be calculated from the stoichiometric flue
gas volume, determined from the fuel composition and the thermal energy input rate. The possible
[7]
calculation methods are described in EN 12952-15, which includes both direct and indirect methods.
In a direct method the fuel flow is measured and the thermal input is calculated from the specific energy
(“calorific value”) of the fuel and the fuel flow. Use of an indirect method includes measurement of the
energy produced and the thermal efficiency of the plant. Especially for heat generation, or combined heat
and power plants, with a high net thermal efficiency of typically 90 %, the uncertainty of the indirect
method to calculate the thermal input is very low.
To later determine the actual flue gas flow rate, the oxygen concentration at the measurement plane
in many cases shall be used to take account of the excess air. The oxygen concentration is determined
using EN 14789. However, the calculation method can also provide results at reference oxygen values
without requiring the determination of the oxygen composition in the duct. The calculation approach
determines the volume flow rate on a dry gas basis. It also may be used to determine the wet flue gas
flow but the uncertainty in such cases increases.
6 Selection of monitoring approach
6.1 Monitoring objective
EN ISO 16911-1 provides methods that can be used for a number of different objectives. The user of this
method shall understand the objective of the measurement task before undertaking the measurements
as required by EN 15259, as the selection of the method to use can depend on the measurement objective.
Measurement objectives include:
a) velocity measurement at a point in the duct — this may be required as a part of another measurement
method, e.g. for ensuring isokinetic sampling of particulates;
b) flow profile measurement across a plane in the duct;
c) determination of swirl;
d) calibration of a flow AMS — this calibration may be by volume flow rate or velocity;
e) periodic determination of volume flow rate passing through a measurement plane.
Table 1 outlines the techniques which can be used to achieve measurement objectives a) to e).
10 © ISO 2013 – All rights reserved
Table 1 — Selection of measurement technique
Aim of measurement Suitable techniques to realize measurement
Velocity measurement at a point Point measurement:
— differential pressure devices;
— vane anemometer
Determination of swirl at the measurement plane Differential pressure device able to determine flow
direction:
— S-type Pitot tube;
— 3D or 2D Pitot tube
Periodic measurement of average velocity in duct Grid of point velocity measurements
Tracer dilution technique
Tracer transit time technique
Calculation approach based on energy consumption
Calibration of AMS for average velocity or volume Grid of point velocity measurements
Tracer dilution technique
Tracer transit time technique
The point velocity measurement methods described in EN ISO 16911-1 may be used to fulfil any of the
above objectives, subject to the performance requirements of this method being met.
The alternative methods described in EN ISO 16911-1 may be used to determine volume flow rate and
for the calibration of flow automated measuring systems (AMSs), provided specific requirements under
which they may be used are met. These are detailed in 6.3.
The objective of the flow measurement should be clearly defined before selecting the monitoring
approach. In particular, the required basis of the measurements, stack gas conditions or reference
conditions, on a wet or dry basis should be understood, as the selection of the measurement technique
may be influenced by this.
EXAMPLE If the flow measurements are to be used to calibrate an AMS which measures flow under stack
conditions, then the flow should be determined under these conditions to avoid additional uncertainties being
introduced when converting between different conditions. Similarly, if mass emission rates are to be calculated
using concentration data obtained in a dry basis, then flow values determined directly under dry conditions
would be preferred. It is not always possible to achieve this, and so EN ISO 16911-1 provides procedures to convert
the data to different reference conditions.
6.2 Choice of technique to determine point flow velocity
In order to fulfil objectives 6.1 a) to c), a technique able to determine point velocity shall be employed.
These techniques may also be employed to meet all other measurement objectives. EN ISO 16911-1
allows the use of differential pressure devices or vane anemometer to determine point flow velocity.
The following provides some general advice on the selection of the point monitoring technique. However,
expert judgement and specific conditions inform the choice of technique on a case-by-case basis.
There are a number of different designs of Pitot tube which may be used to carry out this method. Annex A
describes the use of these techniques. These include the L-type, S-type and 2D and 3D Pitot tubes. Pitot
tubes of different designs may be used provided that they meet the performance requirements given in
EN ISO 16911-1, under the conditions of use. However, certain designs of Pitot tube are more appropriate
to certain stack and measurement conditions.
A vane anemometer technique may be used provided the performance requirements given in
EN ISO 16911-1 are met. Annex B provides a procedure for the use of this technique.
The objective is to determine the axial velocity at one or more points in the stack. Most point measurement
devices, if aligned to the axis of the stack, measure the magnitude of the flow velocity vector if the angle
of the flow to the axis is small (<20° is typical as observed in the laboratory validation studies). This
implies these devices could overestimate the axial velocity by a factor equal to the reciprocal cosine of
the angle of the flow velocity to the axis.
NOTE 1 If there is significant swirl in the duct flow, the 3D-type Pitot can be the appropriate method. A
procedure is given in 9.3.5 to determine the swirl, and provides criteria to determine if the swirl is significant.
[4] [8]
NOTE 2 In ISO 10780 and EN 13284-1, it is stated that the S-type Pitot tube is more sensitive than the
L-type to alignment to the flow vector. However, the laboratory evaluation carried out for EN ISO 16911-1 did not
observe this. Both the L- and S-type Pitot tubes were observed to have similar response to being misaligned to
the flow vector. In both cases, the Pitot tubes could be misaligned by up to 15° to 20° without significant (<1 %)
change to the velocity reading.
For small access ports, and for use in conjunction with sample probes, the S-type Pitot tube can be
more appropriate. The S-type Pitot tube can also be more appropriate for use in cases where there are
droplets or significant dust loading in the stack. In conditions of high dust loading, a vane anemometer
is not recommended as it may become fouled, affecting the calibration.
For velocities less than 5 m/s or differential pressures less than 5 Pa, the vane anemometer method has
the potential to give smaller uncertainties than the differential pressure-based method.
6.3 Choice of technique for volume flow rate and average flow determination
The average velocity may be determined from the average of a grid of point flow measurements.
In such cases, the measurement plane shall meet the requirements of EN 15259. Annexes C, D, E to
EN ISO 16911-1 provide methods for the measurement of volume flow rate and average duct velocity.
These methods are: tracer gas method by dilution; tracer method using transit time; and calculation
from energy consumption for combustion processes.
The tracer gas methods may be used for the determination of volume flow rate and average velocity and
for the calibration of AMSs used to determine these parameters.
NOTE 1 The use of the radioactive tracer time-of-flight can be restricted by national regulations on the use of
radioactive tracers. It is also a requirement that there is a straight section of duct long enough to provide adequate
time of flight measurements.
Tracer methods require complete mixing of the injected material and therefore the tracer methods require
installation of an injection port at a suitable location, and may require a port for the sensing element.
The calculation approach is suitable for the determination of volume flow rate from combustion sources
or other processes, where the required process information is available as defined in Annex E. The
methods shall not be used for the parallel calibration of automated flow measurement systems. This
method determines the flow based on measurements or assigned values for input parameters from
the combustion process, e.g. fuel composition and fuel amount. Where input data are measured, the
measurement systems used shall be under appropriate quality control and shall be calibrated. For fuels
with variable moisture content, a fuel sample per measurement period shall be taken and analysed.
NOTE 2 Fuel composition has only a small impact on the dry flow rate.
Methods which determine volume flow rate may also be used to determine average velocity at the
measurement plane, through measurement of the stack diameter and the use of Formula (1), and vice versa.
7 Measuring equipment
7.1 General
Flow measurement may be carried out for a number of objectives, as described in Clause 6. The equipment
used depends on the technique adopted and is detailed in the relevant normative annex.
12 © ISO 2013 – All rights reserved
7.2 Measurement of duct area
Measurements of the internal duct area shall be made using direct dimensional measurements. The
use of engineering drawings or specifications without verification by measurements is not allowed.
Care should be taken if external measurements are used to define the internal dimension, e.g. using
external circumference for circular ducts or the measurement of sides of a rectangular duct. These
approaches should only be used if the duct wall is constant in thickness, well defined and single skinned.
The depth of any ports and the depth of the duct wall shall also be measured at each measurement port.
If not significantly different, the mean value of these may be used. A laser measurement device (see
Annex I) or a suitable rigid measuring rod may be used to directly determine the internal diameter o
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 16911-1
Première édition
2013-03-01
Émissions de sources fixes —
Détermination manuelle et
automatique de la vitesse et du
débit-volume d’écoulement dans les
conduits —
Partie 1:
Méthode de référence manuelle
Stationary source emissions — Manual and automatic determination
of velocity and volume flow rate in ducts —
Part 1: Manual reference method
Numéro de référence
©
ISO 2013
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2013
Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, 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, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2013 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et termes abrégés . 3
4.1 Symboles . 3
4.2 Termes abrégés . 7
5 Principe . 7
5.1 Généralités . 7
5.2 Principe de détermination de la vitesse en un point du conduit . 8
5.3 Principe de mesurage du débit-volume. 8
6 Choix de l’approche de mesurage .10
6.1 Objectif du mesurage .10
6.2 Choix de la technique pour déterminer la vitesse en un point .11
6.3 Choix de la technique de détermination du débit-volume et de la vitesse moyenne .12
7 Matériel de mesurage .13
7.1 Généralités .13
7.2 Mesurage de l’aire du conduit .13
8 Caractéristiques et exigences de performance .14
9 Procédure de mesurage .14
9.1 Étude sur site avant les mesurages .14
9.2 Détermination du plan d’échantillonnage et du nombre de points de mesurage .15
9.3 Vérifications avant l’échantillonnage .15
9.4 Contrôle de la qualité .17
9.5 Mesurage de vitesse en des emplacements du plan de mesurage.17
9.6 Contrôle qualité après mesurage .18
10 Calcul des résultats .18
10.1 Généralités .18
10.2 Mesurage de la vitesse .18
10.3 Détermination de la vitesse moyenne . .19
10.4 Correction de la vitesse moyenne pour les effets de paroi .19
10.5 Calcul du débit-volume à partir de la vitesse moyenne .19
10.6 Conversion des résultats aux conditions normales .20
11 Estimation de l’incertitude des résultats .21
12 Évaluation de la méthode .21
Annexe A (normative) Mesurage de la vitesse en utilisant des techniques basées sur le mesurage
de la pression différentielle .23
Annexe B (normative) Anémomètre à hélice .37
Annexe C (normative) Détermination du débit-volume et de la vitesse moyenne par la méthode de
la dilution d’un gaz traceur.43
Annexe D (normative) Détermination de la vitesse moyenne par la méthode du temps de transit
d’un gaz traceur .50
Annexe E (normative) Calcul du débit-volume des gaz de combustion à partir de la
consommation d’énergie .58
Annexe F (informative) Exemple de budget d’incertitude établi pour le mesurage de la vitesse et
du débit-volume au moyen d’un tube de Pitot .66
Annexe G (informative) Description des études de validation .77
Annexe H (informative) Mesurage de pression différentielle .84
Annexe I (informative) Utilisation d’instruments de mesure du temps de vol basés sur une
lumière laser modulée .87
Annexe J (informative) Relation entre la présente Norme internationale et les exigences
essentielles des Directives UE .88
Bibliographie .89
iv © ISO 2013 – Tous droits réservés
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 16911-1 a été élaborée par le Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le
comité technique ISO/TC 146, Qualité de l’air, sous-comité SC 1, Émissions de sources fixes.
L’ISO 16911 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Émissions de sources fixes —
Détermination manuelle et automatique de la vitesse et du débit-volume d’écoulement dans les conduits:
— Partie 1: Méthode de référence manuelle
— Partie 2: Systèmes de mesure automatiques
Introduction
L’EN ISO 16911-1 décrit une méthode pour la détermination périodique de la vitesse axiale et du débit-
volume du gaz dans les conduits et les cheminées à l’émission de sources fixes et pour l’étalonnage des
systèmes automatiques de mesurage de débit installés de manière permanente sur une cheminée.
L’EN ISO 16911-1 fournit une méthode qui utilise des mesurages en plusieurs points de la vitesse pour
déterminer le profil et la moyenne de vitesse et les débits-volumes. Elle fournit également des méthodes
alternatives basées sur l’injection d’un gaz traceur, qui peuvent être utilisées pour l’étalonnage en
routine des systèmes automatiques de mesurage de débit. Une méthode basée sur des calculs à partir
de la consommation d’énergie y est également décrite. L’EN ISO 16911-1 fournit des lignes directrices
spécifiant dans quels cas ces méthodes alternatives peuvent être utilisées.
vi © ISO 2013 – Tous droits réservés
NORME INTERNATIONALE ISO 16911-1:2013(F)
Émissions de sources fixes — Détermination manuelle et
automatique de la vitesse et du débit-volume d’écoulement
dans les conduits —
Partie 1:
Méthode de référence manuelle
1 Domaine d’application
L’EN ISO 16911-1 spécifie une méthode pour la détermination périodique de la vitesse axiale et du débit-
volume du gaz dans les conduits et les cheminées à l’émission de sources fixes. Elle est applicable aux
conduits rectangulaires ou circulaires ayant des sections de mesurage répondant aux exigences de
l’EN 15259. Les tailles de conduit minimales et maximales sont liées à des considérations pratiques sur
les dispositifs de mesurage décrits dans l’EN ISO 16911-1.
L’EN ISO 16911-1 exige que tous les mesurages de débit aient une traçabilité métrologique démontrable
par rapport aux Normes internationales ou aux normes nationales de base.
Pour pouvoir l’utiliser comme méthode de référence normalisée, l’utilisateur est tenu de démontrer que
les caractéristiques de performance de la méthode sont égales ou supérieures aux critères de performance
définis dans l’EN ISO 16911-1 et que l’incertitude globale de la méthode, exprimée à un niveau de
confiance de 95 %, est déterminée et déclarée. Pour chaque méthode définie dans l’EN ISO 16911-1, les
résultats ont des incertitudes différentes comprises dans une plage de 1 à 10 % à des vitesses de 20 m/s.
D’autres méthodes que celles-ci peuvent être utilisées à condition que l’utilisateur puisse démontrer
[10]
leur équivalence, sur la base des principes de la CEN/TS 14793 .
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 20988, Qualité de l’air — Lignes directrices pour estimer l’incertitude de mesure
Guide ISO/CEI 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de
mesure (GUM:1995)
EN 14789, Émissions de sources fixes — Détermination de la concentration volumétrique en oxygène (O ) —
Méthode de référence — Paramagnétisme
EN 14790, Émissions de sources fixes — Détermination de la vapeur d’eau dans les conduits
EN 15259:2007, Qualité de l’air — Mesurage des émissions de sources fixes — Exigences relatives aux
sections et aux sites de mesurage et relatives à l’objectif, au plan et au rapport de mesurage
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
tube de Pitot
dispositif de mesurage de la vitesse en un point, fonctionnant selon le principe du mesurage de la
pression différentielle
Note 1 à l’article: Plusieurs modèles de tube de Pitot peuvent être utilisés, parmi lesquels les modèles normalisés
de type L, de type S et les tubes de Pitot 2D et 3D. L’Annexe A décrit un certain nombre de modèles de Pitot
couramment utilisés en Europe.
3.2
ligne de mesurage
ligne traversant le conduit, dans un plan de mesurage, le long de laquelle les mesurages de vitesse sont
effectués pour caractériser le profil de la vitesse ou pour déterminer la vitesse moyenne
3.3
plan de mesurage
plan perpendiculaire à la ligne médiane du conduit à l’emplacement de mesurage auquel le mesurage de
la vitesse ou du débit-volume est requis
3.4
point de mesurage
point d’échantillonnage
position, au niveau du plan de mesurage, où l’échantillon de flux est prélevé, ou position où les données
de mesurage sont obtenues directement
3.5
débit-volume
volume du gaz en position axiale le long d’un conduit
Note 1 à l’article: S’il n’est pas spécifiquement défini, ce terme peut être considéré comme désignant le débit-
volume moyen passant par le plan de mesurage.
Note 2 à l’article: le débit-volume est exprimé en mètres cubes par seconde ou en mètres cubes par heure.
3.6
vitesse en un point
vitesse locale du gaz en un point dans le conduit
Note 1 à l’article: Sauf spécification contraire, ce terme peut être considéré comme désignant la vitesse axiale à
l’emplacement de mesurage.
Note 2 à l’article: La vitesse en un point est exprimée en mètres par seconde.
3.7
vitesse moyenne
<1> vitesse qui, multipliée par l’aire du plan de mesurage du conduit, donne le débit-volume dans ce conduit
<2> quotient du débit-volume dans le conduit par l’aire du plan de mesurage du conduit
3.8
conditions normales
valeur de référence à une pression de 101,325 kPa et à une température de 273,15 K
3.9
incertitude (de mesure)
paramètre associé au résultat d’un mesurage, qui caractérise la dispersion des valeurs qui pourraient
raisonnablement être attribuées au mesurande
2 © ISO 2013 – Tous droits réservés
3.10
budget d’incertitude
déclaration d’une incertitude de mesure, des composantes de cette incertitude de mesure, et de leur
calcul et combinaison
[5]
Note 1 à l’article: Pour les besoins de l’EN ISO 16911-1, les sources d’incertitude sont conformes à l’ISO 14956
ou au Guide ISO/CEI 98-3.
3.11
incertitude-type
incertitude du résultat d’un mesurage exprimé sous la forme d’un écart-type
3.12
incertitude élargie
grandeur définissant un intervalle, autour du résultat d’un mesurage, dont on peut s’attendre à ce qu’il
comprenne une fraction importante de la distribution des valeurs qui pourraient raisonnablement être
attribuées au mesurande
Note 1 à l’article: Dans l’EN ISO 16911-1, l’incertitude élargie est calculée avec un facteur d’élargissement k = 2, et
à un niveau de confiance de 95 %.
3.13
incertitude globale
incertitude-type composée élargie, associée au résultat de mesurage
Note 1 à l’article: L’incertitude globale est calculée selon le Guide ISO/CEI 98-3.
3.14
écoulement tourbillonnaire
écoulement cyclonique
composante tangentielle du vecteur vitesse fournissant une mesure de vitesse non-axiale au niveau du
plan de mesurage
3.15
système automatique de mesurage
AMS
système de mesurage installé de manière permanente sur le site pour la surveillance continue du débit
Note 1 à l’article: Voir l’EN ISO 16911-2.
3.16
traçabilité métrologique
propriété d’un résultat de mesure selon laquelle ce résultat peut-être relié à une référence par
l’intermédiaire d’une chaîne ininterrompue et documentée d’étalonnages donc chacun contribue à
l’incertitude de mesure
Note 1 à l’article: Les éléments permettant de confirmer la traçabilité métrologique sont une chaîne ininterrompue
de traçabilité métrologique par rapport à une Norme internationale ou à une norme nationale de mesurage,
une incertitude de mesure documentée, une procédure de mesurage documentée, une compétence technique
accréditée, une traçabilité métrologique par rapport au système SI et des intervalles d’étalonnage.
4 Symboles et termes abrégés
4.1 Symboles
A aire du plan de mesurage m
A aire interne de la section de mesurage m
I
A aire de la section transversale du conduit ft
s
B nombre du composé B
a , a angle entre les orifices de détection °
1 2
c constante
d diamètre du tube externe mm
d diamètre de conduit mm
s
e pouvoir calorifique inférieur (PCI) du combustible reçu en l’état MJ/kg
(N)
e erreur absolue de mesure
P
F force agissant sur la roue de l’hélice N
F (i) rapport d’angle d’inclinaison au niveau du point i de la ligne de mesurage 1
F (i) coefficient d’étalonnage d’une sonde de vitesse 3D au niveau du point i de 1
la ligne de mesurage
−1
f fréquence de balayage s
f coefficient de vitesse
v
f facteur d’ajustage d’effet de paroi
WA
ème
i i point de mesurage
K coefficient du tube de Pitot qui englobe le facteur d’étalonnage du Pitot et
les valeurs des constantes se rapportant au modèle de Pitot
0.5
K facteur de conversion, 85.49 ft/s[(lb/lb-mol)(inHg)/(R)/(inH 0)]
p 2
facteur d’étalonnage non linéaire dépendant de la masse volumique, ρ ,
K ρ
( 0,η )
dyn
et de la viscosité, η
dyn
k facteur d’élargissement
L longueur de la section de mesurage, c’est-à-dire longueur du conduit m
entre les deux niveaux de mesurage
L longueur de la sonde
p
M masse molaire de l’effluent gazeux humide kg/mol
M masse molaire du composé B kg/mol
B
M masse molaire du gaz, sur une base sèche lb-lb/mol
d
M masse molaire du gaz, sur une base humide lb-lb/mol
s
n nombre de points de mesurage
P production énergétique MW
p pression des gaz de combustion kPa
p . p pressions aux points P . P
1 5 1 5
p pression au point d’arrêt Pa
4 © ISO 2013 – Tous droits réservés
p pression statique Pa
(p − p ) pression différentielle dynamique au niveau du point i de la ligne de inH O
1 2 i 2
mesurage
(p − p ) pression différentielle d’inclinaison au niveau du point i de la ligne de inH O
4 5 i 2
mesurage
p pression atmosphérique inHg
atm
p pression absolue dans le conduit au niveau de la section de mesurage Pa
c
p pression dynamique de la roue d’hélice Pa
dyn
p pression statique inH O
g 2
p pression absolue dans le conduit inHg
s
p pression absolue normale 29.92 inHg
std
pression statique moyenne au niveau de la section de mesurage Pa
p
stat
q débit massique du traceur kg/s
m,t
q débit-volume m /s
V
q débit-volume sur gaz sec, dans les conditions normales de température et m /s
V,0d
de pression
débit-volume sur gaz sec, dans les conditions normales de température et m /s
q
V,0d,O
de pression, et à la teneur réelle en oxygène
débit-volume sur gaz sec, dans les conditions normales de température et m /s
q
V,,0dO ref
de pression, et à la teneur en oxygène de référence
q débit du gaz du conduit à une teneur en O et une humidité de l’échantil- m /s
V,0,O
lon aux conditions normales
q débit-volume moyen de gaz dans le conduit, sur une base sèche, corrigé dscf/h
V,sd
aux conditions normales
q débit-volume moyen de gaz dans le conduit, sur une base humide, corrigé wscf/h
V,sw
aux conditions normales
q débit-volume dans les conditions de température et de pression du m /s
V,w
conduit, sur gaz humide
R constante des gaz parfaits 8,314 J/(K mol)
r géométrie de la roue d’hélice
Sp
T température des gaz de combustion K
T température du gaz sur la section de mesurage K
c
T température moyenne absolue dans le conduit R
s(avg)
T °F température du gaz dans le conduit au niveau du point i °F
s(i)
T R température absolue du gaz dans le conduit au niveau du point i R
s(i)
T température normale absolue 528 R
std
t temps de transit de la bouffée du traceur entre les deux points de mesu- s
rage
u(v) incertitude de mesure de la fréquence de balayage m/s
v vitesse de démarrage m/s
v vitesse corrigée du sens d’écoulement m/s
c
ν vitesse locale au point de mesurage i m/s
i
v vitesse mesurée m/s
mes
v vitesse périphérique, v = ϖr
t t Sp
v vitesse axiale m/s
∞
v
vitesse moyenne m/s
v vitesse axiale moyenne m/s
v
v
vitesse moyenne corrigée m/s
c
v moyenne des mesurages de vitesse en plusieurs points m/s
p
w fraction massique de cendres dans le combustible en l’état
cendre
w fraction massique de carbone dans le combustible en l’état
C
w fraction massique du combustible dans le combustible en l’état
f
w fraction massique d’hydrogène dans le combustible en l’état
H
w fraction massique d’humidité du combustible solide en l’état
HO
w fraction massique d’azote dans le combustible en l’état
N
w fraction massique d’oxygène dans le combustible en l’état
O
w fraction massique de soufre dans le combustible en l’état
S
α pas d’une pale
Δp pression différentielle Pa
pression dynamique moyenne mesurée au point i de la section de mesu- Pa
Δp
i
rage
η rendement thermique
η viscosité dynamique Pa s
dyn
θ angle mesuré °
mes
ρ masse volumique des effluents gazeux dans les conditions de tempéra- kg/m
ture et de pression du gaz humide
6 © ISO 2013 – Tous droits réservés
σ écart-type des m mesures de pression dynamique au point i
Δp
i
Φ dégagement de chaleur du procédé MW
(N)F
φ fraction volumique du composé B fraction vol.
B
ϕ teneur en CO du flux de gaz, sur gaz humide % fraction vol.
CO ,w
ϕ teneur en eau des gaz de combustion, sur gaz humide % fraction vol.
HO
ϕ teneur en oxygène des gaz de combustion, sur gaz sec % fraction vol.
O
ϕ teneur en oxygène mesurée dans le conduit pendant l’exploration du % fraction vol.
O,d
conduit, sur gaz sec
ϕ teneur en oxygène de référence % fraction vol.
O,ref
ϕ teneur en O du flux de gaz, sur gaz humide % fraction vol.
Ow,
−1
ω vitesse angulaire s
−1
ϖ fréquence angulaire s
4.2 Termes abrégés
AMS système automatique de mesurage
PCI pouvoir calorifique inférieur
SRM méthode de référence normalisée
QA assurance qualité
WAF facteur d’ajustage d’effet de paroi
5 Principe
5.1 Généralités
L’EN ISO 16911-1 fournit une méthode pour la détermination de la vitesse et du débit-volume du gaz dans
un conduit à l’émission de sources fixes. Elle décrit une méthode pour déterminer le profil de vitesse du gaz
dans un plan de mesurage du conduit, et une méthode pour déterminer le débit-volume total dans un plan
de mesurage du conduit sur la base de mesurages de la vitesse par quadrillage du plan de mesurage. En
outre, des méthodes alternatives sont décrites pour déterminer le débit-volume à partir du mesurage de la
dilution d’un traceur, du temps de transit d’un traceur et d’un calcul fondé sur la consommation d’énergie.
Les techniques pour déterminer la vitesse du gaz en un point donné incluent l’utilisation d’un dispositif
de mesurage de la pression différentielle étalonné (Pitot) ou d’un anémomètre à hélice étalonné. Les
critères de sélection pour l’utilisation des différents types de Pitot et de l’anémomètre à hélice sont
donnés à l’Article 6. Cependant, il appartient à l’utilisateur de s’assurer que la méthode choisie pour une
application donnée répond aux critères de performance définis dans l’EN ISO 16911-1. Le débit-volume
dans un conduit est déterminé en mesurant la vitesse axiale du gaz dans le conduit au niveau d’une
série de points le long des lignes de mesurage à travers le conduit et dans un plan de mesurage unique.
Le nombre de lignes de mesurage et de points de mesurage requis dépend de la forme et de la taille du
conduit. L’espacement des points de mesurage est basé sur le principe des surfaces d’aires égales tel que
défini dans l’EN 15259. Le débit-volume est calculé à partir de la vitesse axiale moyenne et de l’aire du
conduit au niveau du plan de mesurage. Si nécessaire, une correction est appliquée pour tenir compte
des effets de paroi (voir 10.4).
Trois méthodes alternatives sont également décrites pour déterminer le débit-volume et la vitesse moyenne.
— L’Annexe C décrit une méthode basée sur les mesurages de la dilution d’un traceur. Dans cette méthode,
le débit-volume est déterminé à partir de la dilution d’une concentration connue du traceur injecté.
— L’Annexe D décrit une méthode basée sur une technique de mesurage du temps de transit du traceur.
Le débit-volume est déterminé à partir du temps de transit d’une bouffée du gaz traceur entre deux
plans de mesurage.
— L’Annexe E décrit une méthode pour déterminer le débit-volume en utilisant une approche basée sur
un calcul du débit à partir de la consommation d’énergie d’un procédé de combustion.
L’EN ISO 16911-1 propose des contrôles qualité destinés à vérifier que les conditions sont réunies pour
obtenir des mesures exactes.
Le débit-volume peut être exprimé aux conditions de la cheminée ou il peut être exprimé aux conditions
normales (273,15 K et 101,325 kPa) sur une base sèche ou humide.
5.2 Principe de détermination de la vitesse en un point du conduit
La vitesse axiale en un point donné du conduit est déterminée en utilisant l’une des deux techniques
décrites dans l’EN ISO 16911-1, à savoir des mesurages basés sur le mesurage de pression différentielle
à l’aide de tubes de Pitot et des mesurages à l’aide d’un anémomètre à hélice. Les annexes décrivent les
techniques en détail; l’Annexe A traite de l’utilisation de techniques basées sur le mesurage de pression
différentielle, l’Annexe B décrit l’anémomètre à hélice.
La vitesse est déterminée en tant que vitesse axiale en chaque point du conduit, conformément à l’EN 15259.
Les techniques basées sur la pression différentielle sont fondées sur le principe du tube de Pitot tel
[3]
que défini dans l’ISO 3966 . Une sonde avec une ou plusieurs prises de pression est insérée dans
l’écoulement. Le principe de base est qu’une prise de pression est impactée par la vitesse du gaz, et une
ou plusieurs autres prises de pression sont exposées à la pression statique dans le conduit. L’ensemble
de sondes permet de mesurer la différence de pression résultante entre ces prises de pression à l’aide
d’un appareil externe de mesurage de la pression différentielle.
Différents schémas de mise en œuvre de l’approche par pression différentielle sont disponibles. Ceux-
ci comprennent les tubes de Pitot normalisés de type L, de type S et les tubes de Pitot multiaxes
(tubes de Pitot 3D et 2D). Chacun a ses propres avantages et inconvénients spécifiques, décrits dans
[4] [3]
l’EN ISO 16911-1. Les méthodes utilisées sont basées sur celles définies dans l’ISO 10780 , l’ISO 3966
[14]
et l’US EPA Method 2 . Les exigences de performance et les procédures d’assurance qualité sont
appliquées pour obtenir les incertitudes définies dans l’EN ISO 16911-1.
Lorsque des tubes de Pitot 2D doivent être utilisés, il convient qu’ils soient soumis à un QA/QC tel que
[16]
défini dans l’US EPA Method 2G .
5.3 Principe de mesurage du débit-volume
5.3.1 Généralités
Le débit-volume peut être déterminé à partir d’une série de mesurages de la vitesse dans le conduit
réalisés en plusieurs points du plan de mesurage ou par des techniques alternatives comprenant la
dilution d’un traceur, le temps de transit d’un traceur ou un calcul à partir de la consommation d’énergie.
Les Annexes C, D et E décrivent en détail ces approches alternatives.
8 © ISO 2013 – Tous droits réservés
5.3.2 Principe de détermination du débit-volume à partir de mesurages de la vitesse en plus-
ieurs points
Le débit-volume est déterminé à partir d’un certain nombre de mesurages de la vitesse axiale, en des
points du plan de mesurage. Le nombre de points de mesurages doit être suffisant pour caractériser
les manques d’uniformité du profil de vitesse. Les points de mesurage choisis dans le plan de mesurage
doivent être représentatifs de surfaces d’aires égales. La vitesse moyenne au passage du plan de
mesurage est calculée avec une bonne approximation comme étant égale à la moyenne des vitesses
aux points de mesurage. Les procédures décrites dans l’EN 15259 sont utilisées pour déterminer les
points de mesurage pour des conduits circulaires ou rectangulaires. La méthode tangentielle décrite
dans l’EN 15259 est utilisée pour les conduits circulaires comme indiqué dans l’EN ISO 16911-1.
Des deux méthodes décrites dans l’EN 15259, la méthode tangentielle est préférable pour déterminer
des surfaces d’aires égales dans les conduits circulaires, parce qu’avec celle-ci les points fournissent des
mesures de vitesse moyenne pour chaque surface d’aire égale. Le point central dans la méthode générale
ne fournit pas une mesure de vitesse moyenne sur la surface centrale, mais plutôt la valeur maximale.
Cela peut être utile pour déterminer le profil de vitesse, mais n’est pas recommandé pour déterminer la
vitesse moyenne dans le conduit.
Le plan de mesurage est choisi de façon à être représentatif du débit-volume dans le conduit, et
également à être situé dans une zone où le débit-volume est uniforme et stable. Si un écoulement non
axial (écoulement tourbillonnaire ou cyclonique) est attendu au niveau du plan de mesurage à cause de
la géométrie du conduit ou d’autres conditions en amont, le degré de turbulence est alors déterminé
par des mesurages avec des tubes de Pitot de type S, 3D ou 2D et, s’il est important, comme défini dans
l’EN ISO 16911-1, il est pris en compte en utilisant des procédures de mesurage supplémentaires, ou bien
un plan de mesurage différent est choisi.
Si nécessaire, une meilleure incertitude des résultats peut être obtenue en tenant compte des effets de
[17]
paroi, selon une procédure fondée sur la méthode US EPA Method 2H pour les conduits circulaires et
[13]
US EPA CTM-041 pour les conduits rectangulaires.
Le débit-volume, q , est déterminé en multipliant la vitesse moyenne par l’aire du plan de mesurage
V
(c’est-à-dire l’aire interne du conduit au niveau du plan de mesurage).
qv= A (1)
V p
où
est la moyenne des mesurages de vitesse en plusieurs points;
v
p
A est l’aire du plan de mesurage.
NOTE Il est également possible d’obtenir un ensemble de débits-volumes, chacun étant déterminé à partir du
mesurage en un point de chaque surface d’aire égale multiplié par l’aire de la surface représentée par chaque point
de mesurage. Chaque aire d’un point de mesurage est, par définition, égale à l’aire du plan de mesurage divisée par
le nombre de points. Le débit-volume est alors
n
A
qv= (2)
Vi
∑
n
i=1
où
ème
v est le mesurage au niveau du i point;
i
A est l’aire du plan de mesurage;
n est le nombre de points de mesurage;
qui est équivalent à la Formule (1).
5.3.3 Détermination du débit-volume par mesurages de la dilution d’un traceur
L’injection d’un gaz traceur est utilisée pour mesurer le débit-volume en déterminant la dilution du
traceur injecté dans l’écoulement de gaz du conduit. Un débit connu et traçable d’un étalon de gaz
traceur est injecté dans le conduit. La concentration de ce gaz traceur est mesurée en aval, en un point
représentatif du plan de mesurage, après un mélange complet du traceur avec le gaz du conduit. La
dilution du gaz traceur par le gaz du conduit fournit un mesurage du débit-volume, à condition que:
— le gaz traceur soit complètement mélangé dans le gaz du conduit;
— il n’y ait aucun gaz traceur présent dans le gaz du conduit avant injection ou que la concentration de
base puisse être mesurée et soustraite avec précision.
5.3.4 Détermination du débit-volume par mesurages du temps de transit d’un traceur
Un faible volume d’un gaz traceur est injecté rapidement dans l’écoulement de gaz du conduit pour
produire une bouffée de gaz traceur. Après que la bouffée de traceur a été mélangée sur la section
du conduit, son temps de transit entre deux points de mesurage situés sur une section de conduit
rectiligne adaptée est mesuré. Le débit-volume est calculé en divisant le volume du conduit entre les
points de mesurage par le temps de transit. Le débit-volume déterminé en utilisant cette technique est
représentatif de la zone du conduit définie par les emplacements des points de mesurage de la bouffée,
et ceux-ci sont choisis de manière à être représentatifs du plan de mesurage requis.
5.3.5 Détermination du débit-volume à partir de l’apport thermique de l’installation
Pour la plupart des sources de combustion, le débit-volume peut être calculé à partir du volume
stœchiométrique de gaz de combustion, déterminé à partir de la composition du combustible et du débit
[7]
en énergie thermique entrant. Les méthodes de calcul possibles sont décrites dans l’EN 12952-15
qui contient des méthodes directes et indirectes. Dans une méthode directe, le débit de combustible
est mesuré et l’apport thermique est calculé à partir du pouvoir calorifique du combustible et du débit
de combustible. L’utilisation d’une méthode indirecte inclut le mesurage de l’énergie produite et du
rendement thermique de l’installation. En particulier pour les centrales thermiques ou pour les centrales
thermiques et électriques combinées, qui ont un rendement thermique net élevé de 90 % en général,
l’incertitude de la méthode indirecte de calcul du débit en énergie thermique entrant est très faible.
Pour déterminer ensuite le débit réel de gaz de combustion, la teneur en oxygène au niveau du plan de
mesurage doit, dans la plupart des cas, être utilisée pour prendre en compte l’excès d’air. La teneur en
oxygène est déterminée selon l’EN 14789. Toutefois, la méthode de calcul permet aussi d’obtenir des
résultats aux valeurs de référence de l’oxygène sans qu’il soit nécessaire de déterminer la teneur en
oxygène dans le conduit. La méthode de calcul détermine le débit-volume sur une base de gaz sec. Elle
peut également être utilisée pour déterminer le débit de gaz de combustion humides mais, dans ce cas,
l’incertitude augmente.
6 Choix de l’approche de mesurage
6.1 Objectif du mesurage
L’EN ISO 16911-1 fournit des méthodes pouvant être utilisées pour un certain nombre d’objectifs
différents. L’utilisateur de cette méthode doit comprendre l’objectif de l’opération de mesurage avant
d’entreprendre les mesurages selon les exigences de l’EN 15259, car le choix de la méthode à utiliser peut
dépendre de l’objectif du mesurage.
Les objectifs du mesurage comprennent:
a) le mesurage de la vitesse en un point donné du conduit; il peut être nécessaire dans le cadre d’une
autre méthode de mesure, par exemple pour assurer un échantillonnage isocinétique des particules;
10 © ISO 2013 – Tous droits réservés
b) le mesurage du profil de vitesse dans un plan donné du conduit;
c) la détermination des girations;
d) l’étalonnage d’un AMS mesurant le débit; cet étalonnage peut se faire par le débit-volume ou la vitesse;
e) la détermination périodique du débit-volume passant par un plan de mesurage.
Le Tableau 1 indique les techniques pouvant être utilisées pour atteindre les objectifs de mesurage
décrits de a) à e).
Tableau 1 — Choix d’une technique de mesurage
But du mesurage Techniques adaptées pour effectuer le mesurage
Mesurage de la vitesse en un point donné Mesurage en plusieurs points:
— dispositifs de mesurage de la pression différentielle;
— anémomètre à hélice.
Détermination des girations au niveau du Dispositif de mesurage de la pression différentielle capable de
plan de mesurage déterminer la direction de la vitesse:
— Pitot de type S;
— Pitot 3D ou 2D.
Mesurage périodique de la vitesse moyenne Mesurages de la vitesse en plusieurs points par quadrillage du
dans le conduit plan de mesurage
Technique de dilution d’un traceur
Technique du temps de transit d’un traceur
Méthode de calcul basée sur la consommation d’énergie
Étalonnage d’un AMS mesurant la vitesse ou Mesurages de la vitesse en plusieurs points par quadrillage du
le débit-volume moyen plan de mesurage
Technique de dilution d’un traceur
Technique du temps de transit d’un traceur
Les méthodes de mesure de la vitesse en plusieurs points décrites dans l’EN ISO 16911-1 peuvent être
utilisées pour tout objectif mentionné ci-dessus, à condition que les exigences de performance de ces
méthodes soient satisfaites.
Les méthodes alternatives décrites dans l’EN ISO 16911-1 peuvent être utilisées pour déterminer le
débit-volume et pour l’étalonnage des systèmes automatiques de mesurage (AMS) du débit, à condition
que les exigences spécifiques pour leur utilisation soient satisfaites. Celles-ci sont détaillées en 6.3.
Il convient que l’objectif du mesurage du débit soit clairement défini avant de choisir une approche de
mesurage. En particulier, il convient de bien comprendre les exigences de base pour les mesurages, les
conditions des gaz du conduit ou les conditions de référence sur une base sèche ou humide, car ces
facteurs peuvent influencer le choix de la technique de mesurage.
EXEMPLE Si les mesurages de débit doivent être utilisés pour étalonner un AMS qui mesure le débit dans
les conditions du conduit, il convient alors que le débit soit déterminé dans ces conditions pour éviter des
incertitudes supplémentaires créées lors des conversions entre différentes conditions. De même, si des débits
massiques d’émissions doivent être calculés en utilisant des données de concentration obtenues sur une base
sèche, les valeurs de débits déterminées directement dans des conditions sèches sont alors à préférer. Cela n’est
pas toujours possible, et l’EN ISO 16911-1 fournit donc des procédures permettant de convertir les données à des
conditions de référence différentes.
6.2 Choix de la technique pour déterminer la vitesse en un point
Pour répondre aux objectifs définis en 6.1 a) à c), une technique capable de déterminer la vitesse en un
point doit être utilisée. Ces techniques peuvent également être utilisées pour tous les autres objectifs de
mesurage. L’EN ISO 16911-1 permet l’utilisation de dispositifs de mesurage de la pression différentielle
ou d’un anémomètre à hélice pour déterminer la vitesse en un point.
Des lignes directrices générales sur le choix de la technique de surveillance en un point sont présentées
ci-après. Cependant, l’utilisateur s’appuie en dernier ressort sur son expertise et sur les conditions
spécifiques présentes pour faire son choix au cas par cas.
Plusieurs modèles de tube de Pitot peuvent être utilisés pour appliquer cette méthode. L’Annexe A décrit
l’utilisation de ces modèles qui comprennent les tubes de Pitot de type L, de type S et 2D et 3D. Différents
modèles de tube de Pitot peuvent être utilisés à condition qu’ils répondent aux exigences de performance
données dans l’EN ISO 16911-1 pour les conditions d’utilisation. Cependant, certains modèles de tube de
Pitot sont plus adaptés à certaines conditions de conduit et de mesurage.
La technique de l’anémomètre à hélice peut être utilisée à condition que les exigences de performance
données dans l’EN ISO 16911-1 soient satisfaites. L’Annexe B fournit une procédure pour l’utilisation de
cette technique.
L’objectif est de déterminer la vitesse axiale en un ou plusieurs points dans le conduit. La plupart des
dispositifs de mesurage en un point, lorsqu’ils sont alignés dans l’axe du conduit, mesurent l’amplitude
du vecteur de vitesse si l’angle de l’écoulement par rapport à l’axe est faible (cet angle est typiquement
inférieur à 20 degrés comme on le voit dans les études de validation en laboratoire). Cela implique que
ces dispositifs puissent surestimer la vitesse axiale d’un facteur éga
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.
Loading comments...