Základné pojmy AMS-E

AMS-E je zostava meracích a vyhodnocovacích prostriedkov, slúžiacich na určenie koncentrácií vypúšťaných znečisťujúcich látok a určenie množstiev vypustených znečisťujúcich látok. Tento článok je orientovaný hlavne na meraciu časť a s tým potrebné vykonávanie servisných činností. Existujú dva základné princípy merania zloženia spalín – to priamo v spalinovode tzv. IN-SITU a extraktívna metóda.

Pri IN-SITU meraniach je vzorka v spalinách vyhodnocovaná prevažne optickými metódami. Koncentrácie znečisťujúcich látok sú merané pri variabilnom tlaku a teplote spolu s vlhkosťou. Preto je pre účely porovnateľnosti výsledku potrebné merať a následne výpočtom upraviť korekcie na tlak, teplotu a vlhkosť. Metódou IN-SITU sa merajú najmä tuhé znečisťujúce látky a aj prietok meraný na princípe ultrazvuku alebo rýchlostnou sondou. Menej bežné ale nie neobvyklé sú aj merania ostatných znečisťujúcich látok ako napríklad HCl a NH3. Najväčšou nevýhodou IN-SITU metódy je že nie je možné overiť meranie jednoducho kalibračným plynom.

Pri extraktívnom meraní je vzorka odoberaná zo spalinovodu a odvádzaná k samotnému analyzátoru. Spravidla je vzorka ihneď pri odbere filtrovaná vo vyhrievanom odberovom filtri od tuhých znečisťujúcich látok a dopravovaná vyhrievaným vedením. Pred samotnou analýzou je vzorka zbavená vlhkosti a prechádza sústavou jemných filtrov. Odčerpávanie vzorky zo spalinovodu zabezpečuje obvykle čerpadlo alebo injektor napájaný prístrojovým vzduchom.

Požiadavky na udržiavanie AMS-E

Automatické monitorovacie systémy emisií vyžadujú rovnakú starostlivosť ako všetky ostatné analytické systémy. Vyžadujú preventívnu údržbu a v prípade výskytu poruchy pohotovostný servis. Vzhľadom na dôležitosť AMS-E pri ochrane životného prostredia ako aj na poplatky za vypustené znečisťujúce látky, je stanovená legislatívna požiadavka pre AMS-E vo vykonávacom predpise zákona o ovzduší. Vyhl. 411/2012 par. č. 7, odst. č. 5, písmeno i) stanovuje požiadavku na zabezpečenie obdobia prevádzky AMS-E najmenej 95% z času prevádzky stacionárneho zdroja, počas ktorej platí povinnosť dodržiavať určenú emisnú požiadavku (pozn.: počas ustálenej prevádzky) a súčasne za kalendárny rok nesmie byť neplatných alebo z dôvodu udržiavania AMS-E nevyhodnotených viac ako desať dní. Pritom platí že deň nie je vyhodnotený už vtedy ak z dôvodu najmä poruchy, kontroly a údržby AMS-E sú neplatné alebo z dôvodu udržiavania AMS-E nevyhodnotené viac ako tri hodiny merania (Vyhl. 411/2012 v prílohe č. 4, odst. č. 7).

Zároveň sú stanovené požiadavky na udržiavanie kvality AMS-E normou STN EN 14181. Norma popisuje tri úrovne zabezpečenia kvality, ktoré je potrebné pri AMS-E dodržiavať. Sú označené QAL1, QAL2 a QAL3. Prvá úroveň stanovuje kritériá pre výrobcov zariadení, ktoré sa validujú v akreditovaných inštitúciách ako napríklad TÜV. Druhá úroveň QAL2 stanovuje kritériá na zabezpečenie kvality AMS-E, ktoré sa uplatňujú už na mieste na nainštalovaných systémoch. Kontrolujú ich lokálne akreditované organizácie v päťročných intervaloch. Ostatné roky sa vykonáva ročná skúška funkčnosti označované ako AST. Tretia úroveň popisuje spôsob udržiavania kvality pri bežnej prevádzke, ktorú vykonáva prevádzkovateľ zariadenia sám alebo prostredníctvom externej organizácie v stanovaných intervaloch. Najbežnejší interval pre QAL3 je mesiac a upravuje sa pre jednotlivé systémy podľa vlastností systému.

Servis AMS-E

Obr.1: Úrovne zabezpečenia kvality AMS-E

Kritické body AMS-E

IN-SITU metóda

Systémy IN-SITU sú z hľadiska údržby jednoduchšie ako extraktívne systémy, pretože sú založené na technicky jednoduchšom riešení s menším prístrojovým vybavením. Ani IN-SITU meranie však nie je bezúdržbové. Analyzačná technika je priamo vystavená vzorke, ktorá môže byť agresívna, príliš vlhká, prípadne s vysokou koncentráciou prachu. Analyzátor je prevažne umiestnený vo vonkajšom prostredí a tak na neho vplývajú aj atmosférické podmienky. Tieto faktory zapríčiňujú nižšiu životnosť meraní. Prístroje sú pred vplyvom vzorky chránené neustálym prefukovaním. To kladie vysoké požiadavky na prívod stlačeného vzduchu alebo na elektrické napájanie prefukovacích ventilátorov. Prístrojový vzduch je z hľadiska údržby vhodnejší, pretože odpadá starostlivosť o filter na saní ventilátora. Ak však je zdroj prístrojového vzduchu nestabilný, kvalita vzduchu je nízka prípadne premenlivá, alebo je rozvod stlačeného vzduchu vyhotovený z nevhodných materiálov, môže prísť k výpadkom merania spôsobených znečistením alebo poškodením prístroja. V takomto prípade sa dopĺňa lokálna filtrácia vzduchu. Ofukovanie prístroja ventilátorom vyžaduje predradený filter cez ktorý sa nasáva okolitý vzduch. V prípade zložitejších prevádzok ako cementárne, vápenky, magnezitky nastáva problém so zanášaním filtra, ktorý následne potrebuje časté výmeny. Niektoré prístroje môžu byť vybavené tzv. bezpečnostnou klapkou, ktorá uzavrie resp. oddelí analyzátor od spalín v prípade výpadku prefukovania, v opačnom prípade hrozí poškodenie častí prístroja v priamom styku so vzorkou. Pri meraní prietoku rýchlostnou sondou hrozí upchávanie otvorov a tým pádom ovplyvnenie samotného merania. Preto je potrebné sondu v pravidelných intervaloch kontrolovať a čistiť prefukom. Čistenie rýchlostnej sondy sa vykonáva buď ručne alebo automaticky pomocou riadiacej jednotky.

In-Situ meranie je osvedčené procesné meranie, no pri meraniach emisií je náročné dosiahnuť súlad medzi kontrolným a kontinuálnym meraním pri skúškach QAL2. Z tohto dôvodu je rozšírenejším spôsobom merania pri AMS-E extraktívna metóda.

Extraktívna metóda

Extraktívna metóda je z hľadiska údržby náročnejšia. Aby sa vzorka pripravila pre analyzátor na vyhovujúce parametre, je potrebné použiť viacero zariadení a to zvyšuje celkové nároky na ich údržbu. Analyzačná technika je pri tejto metóde chránená vplyvu agresívnej vzorky systémom prípravy vzorky. Prevažne je chránená aj pred atmosférickými vplyvmi umiestnením v klimatizovaných kontajneroch alebo rozvádzačoch. Preto sú extraktívne merania stabilnejšie a dosahujú vyššiu životnosť.

Najproblematickejšie časti extraktívneho merania sú:

  • odberový filter
  • čerpadlo vzorky
  • chladič vzorky s peristlaltickými čerpadlami
  • dodatočná jemná filtrácia
  • tesnenia (najmä v HOT-WET) systémoch
  • zdroje energie (elektrické napájanie, prívod vzduchu)

Odberový filter býva prevažne keramický, prípadne nerezový a výnimočne z iného materiálu. Filter okrem zanášania sa prachovými časticami vie absorbovať aj ostatné látky ktoré môžu spomaliť reakciu meracieho systému. To môže byť vyhodnotené ako nezhoda pri QAL2/AST. Toto môže spôsobiť aj prípadný sorbent, ktorý je do systému dávkovaný a následne sa usadí vo filtri.. Filter je vždy ohrievaný aby neprišlo ku kondenzácii. Vysoká teplota a agresívne látky negatívne vplývajú na tesnenia filtra, ktoré degradujú a najmä pri otváraní filtra dochádza k ich poškodeniu.

Čerpadlo vzorky ako výkonná súčasť systému s pohyblivými časťami podlieha trvalému opotrebovaniu. Často dochádza k pretrhnutiu membrány alebo priamo k zadreniu motora. Injektor ako náhradné riešenie odčerpávania vzorky podlieha zanášaniu a tým pádom prichádza k zníženiu výkonu.

Chladič vzorky je obyčajne vybavený peristaltickými čerpadlami, ktoré odčerpávajú vzniknutý kondenzát. Časom prichádza k zdeformovaniu hadičiek v čerpadlách a tým pádom k znefunkčneniu odčerpávania. Ostatné časti chladiča vzorky sú z prevádzkového hľadiska dlhodobo spoľahlivé

Dodatočná filtrácia vzorky býva väčšinou realizovaná za chladičom vzorky, kde sa používajú filtre s koalescenčnou funkciou, jemné filtre, prípadne absorpčné filtre. Zvyknú sa používať aj pasce kondenzátu ako posledné ochranné elementy, ktoré ochránia analyzátor pred poškodením.

Tesnenia bývajú veľmi exponovaný spotrebný materiál najmä v HOT-WET systémoch, kedy sú udržiavané pri vysokých teplotách, bežne 180°C. Problém nastáva najmä na častiach udržiavaných v podtlaku. Tesnenia podobne ako v odberovom filtri podliehajú degradácii vplyvom vysokej teploty a agresívnych látok.

Častým zdrojom porúch AMS-E sú problémy s prívodmi energií. V prípade výpadkov elektrického prúdu nedochádza len k výpadku AMS-E ale vznikajú aj následné poškodenia jemných elektroník prístrojov. Prívod prístrojového vzduchu pre systémy, ktoré ho potrebujú pre svoju činnosť býva taktiež častým zdrojom výpadkov merania. Týka sa to najmä analyzátorov s princípom FID a HOT-WET systémov využívajúcich injektor na odčerpávanie vzorky.

Riešenie kritických problémov

Pre zabezpečenie prevádzkyschopnosti AMS-E je potrebné stanoviť a zdokumentovať plán preventívnych kontrol ako aj plán výmeny kritického spotrebného materiálu. Nápomocná je aplikácia postupov zadefinovaných v STN EN 14181 ako QAL3. Je nevyhnutné udržiavať dostatočnú materiálovú základňu pre výkon údržby. V zariadeniach, ktoré to umožňujú je vhodné aplikovať automatizované diagnostické procedúry so záznamom poruchových hlásení a ich indikáciou procesným pracovníkom.

  • vizuálna kontrola znečistenia optických častí systému
  • kontrola diagnostických ukazovateľov zaznamenaných pri automatickej kontrole a ich trend
  • kontrola znečistenia filtra prefukovacieho ventilátora a jeho plánované výmeny
  • ručné prečistenie merania
  • kontrola súosovosti v prípade meraní s protiprírubami, ktoré musia byť na jednej osi

Plánovanie údržby extraktívnych meracích systémov spočíva v nasledovných činnostiach:

  • kontrola odberovej sondy a odberového filtra, prípadné vyčistenie filtra
  • plánované výmeny filtračnej vložky a tesnení v odberovom filtri
  • kontrola ohrevu vyhrievaného vedenia
  • kontrola chodu chladiča vzorky, znečistenie jeho výmenníka, kontrola bezproblémového chodu ventilátora a kompresora ak sa nejedná o peltierov chladič
  • kontrola funkcie peristaltických čerpadiel ako aj pravidelné výmeny hadičiek, prípadne celých čerpadiel
  • bežná kontrola zanesenia filtrov za chladičom vzorky a ich plánované výmeny
  • kontrola chodu čerpadla vzorky a plánované výmeny spotrebných dielov ako membrány a tesnenia, prípadne vlnovce, klapky a podobne.
  • kontrola funkčnosti injektora a plánované prečistenie s výmenou tesnení
  • kontrola správneho chodu konvertora NOx s pravidelnými výmenami katalizátora
  • kontrola samotného analyzátora – zanesenie alebo znehodnotenie meracích komôr, znečistenia optických častí, intenzita signálu a podobne.
  • pravidelná výmena tesnení najmä u HOT-WET systémov
  • kontrola tesnosti systému
  • pravidelné kontroly QAL3

Pre jednotlivé činnosti je potrebné stanoviť dostatočne krátky časový interval údržby, aby prevádzkovateľ minimalizoval pohotovostný servis. Jednotlivé činnosti aj periodicitou ich vykonávania musia byť stanovené v príručke AMS-E. Vhodné je uviesť tieto informácie aj v prevádzkovej dokumentácii AMS-E, kde sa zároveň potvrdzuje ich vykonávanie jednotlivými zápismi. Stanovenie intervalu revízií AMS-E musí zohľadňovať náročnosť aplikácie, robustnosti použitých metód a zariadení, veku zariadení ako aj výskytu mimoriadnych situácií, ktoré sa udiali medzi revíziami. Štandardne sa vykonávajú polročne alebo raz ročne. Výsledkom revízie by mala byť správa, ktorá zhodnotí stav zariadenia, jeho opotrebenie a dosiahnuté parametre pri skúške. Zároveň by mala vopred indikovať potrebu významnej opravy alebo dokonca výmeny zariadenia. V prípade zlyhania zariadení najmä sofistikovanejších systémov hrozí dlhodobý výpadok AMS-E.

Požiadavku na dostupnosť AMS-E tak ako je zadefinovaná v legislatíve sleduje vyhodnocovací systém. Je vyjadrená na všetkých protokoloch v percentách pre každú znečisťujúcu látku samostatne.

Zodpovednosť za údržbu AMS-E

Legislatíva určuje povinnosť udržiavať AMS-E prevádzkovateľovi. V závislosti od technických a personálnych možností prevádzkovateľa je potrebné zhodnotiť rozloženie kompetencií a povinností tak aby bola legislatívna požiadavka naplnená. Údržbu zariadení je potrebné zabezpečiť technicky spôsobilými osobami, ktoré sú pravidelne školení v školiacich centrách výrobcov zariadení. Bežné obhliadky a kontroly na dennej až týždennej báze sú vykonávané prevažne pracovníkmi prevádzkovateľa. Mesačné servisy sú riešené interne, prípadne dodávateľsky, pre ich výkon je potrebné mať k dispozícii referenčné materiály pre výkon QAL3 a potrebné náhradné diely a spotrebný materiál. Polročné alebo/a ročné revízie je vhodné vykonávať výrobcom certifikovanou servisnou organizáciou. V prípade zabezpečenia ktorejkoľvek servisnej činnosti internou údržbou v podniku je vhodné mať zabezpečený pohotovostný servis zmluvou s externou organizáciou.

Spoločnosť 3D s.r.o. zabezpečuje služby spojené s návrhom, projekciou, inštaláciou, schvaľovaním AMS-E a ich udržiavanie v súlade s aktualizovanou legislatívou. Pre zmluvných partnerov zabezpečuje taktiež prevádzkovanie týchto zariadení v rozsahu bežných kontrol, (QAL3), vykonávanie mesačných, polročných, ročných revízií, prípadne aj zabezpečenie pohotovostného servisu.

Záver

Starostlivosť o AMS-E je rovnako dôležitá ako jeho návrh a inštalácia. S ohľadom na legislatívne požiadavky na udržiavanie AMS-E je potrebné viac energie venovať preventívnej údržbe, ktorú je možné naplánovať na čas, kedy sa zdroj znečisťovania neprevádzkuje.

Použité zdroje

  • Vyhláška MŽP č. 411/2012 v aktuálnom znení z 19.12.2017
  • Norma STN EN 14181:2016, Ochrana ovzdušia, Stacionárne zdroje znečisťovania, Zabezpečovanie kvality automatizovaných meracích systémov