NO x -föreskriftens krav enligt NFS 2004:6 och SS-EN 14181

Transkript

1 Institutionen för tillämpad miljövetenskap (ITM) Gunnar yquist O x -föreskriftens krav enligt FS 004:6 och SS-E 48 Krav på mätningarna av utsläpp av kväveoxider från förbränningsanläggningar regleras av bestämmelserna i FS 004:6 ("aturvårdsverkets föreskrifter om mätutrustning för bestämmande av miljöavgift på utsläpp av kväveoxider vid energiproduktion") och SS-E 48 ("Utsläpp och utomhusluft Kvalitetssäkring av automatiska mätsystem") som är en standard för kvalitetssäkring av mätningar enligt EG-direktiv för förbränningsanläggningar. En del frågor har funnits när det gäller hur kraven i de två dokumenten stämmer överens och vad som eventuellt behöver klargöras för att användandet av SS-E 48 också skall kunna användas för O x -kontroll enligt aturvårdsverkets föreskrift 004:6. Resultatet av genomgången av de två dokumenten finns beskrivet nedan. Bakgrund Kvalitetssäkringssystemet i SS-E 48 omfattar fyra olika kvalitetssäkringsnivåer (Quality Assurance Levels, QAL): - QAL: Certifiering av automatiska mätsystem - QAL: Kvalitetssäkring vid installation av ett mätsystem - QAL3: Kvalitetssäkring under fortlöpande drift - AST: Årlig tillsynskontroll QAL innebär att mätsystemet "typprovas" och att den totala osäkerheten beräknas genom summering av alla relevanta osäkerhetskomponenter som härrör från enskilda karakteristiska prestanda. ormalt genomförs detta av instrumentleverantören. QAL beskrivs i SS-E ISO 4956, "Luftkvalitet Utvärdering av en mätprocedurs lämplighet genom att jämföra med en krävd mätosäkerhet". Denna i sin tur bygger på pre ISO 969, "Air quality - Definition and determination of performance characteristics of an automatic measuring system", där definitioner ges och testförfaranden beskrivs. Ytterligare standardarbete pågår inom CE TC 64 WG, "Certification scheme for automatic measurement systems". QAL, QAL3 samt AST beskrivs i standarden SS-E 48. QAL samt AST genomförs av externa mätlaboratorier som anlitas av anläggningen. Dessa skall vara ackrediterade enligt SS- E 705. QAL3 genomförs däremot löpande av anläggningens driftpersonal. Syftet med de aktuella standarderna är att säkerställa att de kvalitetssäkringsförfaranden som används för automatiska mätsystem uppfyller kraven på mätosäkerhet i EG-direktiven 000/76/EG (Avfallsförbränning) och 00/80/EG (Stora förbränningsanläggningar). Postadress: ITM Telefon: Stockholms universitet Telefax: STOCKHOLM E-post: Gunnar.yquist@itm.su.se

2 O x -förskriften och E 48; Sid (5) QAL: Utvärderingen och certifieringen av AMS (Automatic Monitoring System, d.v.s. det fasta mätsystemet) vid QAL utgör en bas för den fortsatta kvalitetssäkringen av det enskilda AMS i respektive anläggning. Kraven i FS 004:6 avseende prestandakraven på de automatiska mätsystemen som ingår i O x -kontrollen stämmer väl med motsvarande i den kommande referensmetoden för O x, pre 479 ("Stationary source emissions Determination of mass concentration of nitrogen oxides (O x ) Reference method: Chemiluminescence") och den kommande standarden för instrumenttestning, pre 640 (Air quality Certification of automated measuring systems (AMS) Part 3: Performance specifications and test procedures"). QAL: QAL innefattar följande delar: - installationen av AMS - kalibrering av AMS med hjälp av parallella mätningar med en standardreferensmetod (SRM). Detta innebär bl.a. att en kalibreringsfunktion för AMS fastställs samt att giltighetsområdet för denna fastställs. - bestämning av variabiliteten hos AMS samt en kontroll av överensstämmelsen med den krävda osäkerheten. Inget av detta är i strid med bestämmelserna i FS 004:6. Vid kalibreringen skall minst 5 parallella mätningar göras, fördelade på tre olika dagar. För O x borde det inte medföra något nämnvärt extra arbete att mäta timmedelvärden. Mätdata kan sedan användas för både kalibreringen och O x -kontrollen (jämförande mätning) enligt 004:6. QAL3: De rutiner som utgör den fortlöpande kvalitetssäkringen under drift (QAL3) har som syfte att säkerställa att de uppmätta värden som erhålls från AMS kontinuerligt uppfyller den osäkerhet som garanteras eller krävs. Ansvaret för att implementera och genomföra rutinerna ligger på anläggningsägaren. Likaså är det anläggningsägarens ansvar att tillse att AMS hela tiden arbetar inom det giltiga kalibreringsområde som fastställts under QAL. QAL3 innebär en fortlöpande kontroll av att kraven avseende repeterbarhet vid nollpunkt och referenspunkt (spanpunkt) samt avseende drift uppfylls under pågående användning. I praktiken uppnås detta genom att verifiera att den drift och precision som fastställts under QAL fortfarande gäller. Bestämningen av drift och precision sker med hjälp av referensmaterial för nollpunkt och referenspunkt (spanpunkt). I SS-E 48 står: "Efter övertagandet och kalibreringen av AMS skall ytterligare rutiner för kvalitetskontroll följas för att säkerställa att de uppmätta värdena som erhålls med AMS hela tiden uppfyller den uppgivna eller krävda osäkerheten (också betecknad som kontinuerlig kvalitetskontroll). Implementeringen och genomförandet av de QAL3-rutiner som beskrivs i denna standard är anläggningsägarens ansvar (dvs ägaren av AMS). Det är också anläggningsägarens ansvar att säkerställa att AMS arbetar inom det giltiga kalibreringsområdet. Förfarandena skall ha implementerats och tagits i drift vid samma tidpunkt som insamling av utsläppsdata med hjälp av AMS blir obligatorisk för inrapportering till myndigheterna. Det rekommenderas emellertid att dessa rutiner påbörjas så snart som möjligt efter installationen av AMS för att så stor erfarenhet om prestanda hos AMS som möjligt skall erhållas. Detta kan påbörjas innan AMS har kalibrerats mot SRM för att uppfylla kraven i QAL-rutinen. Instrumentutslaget skall återspegla den verkliga driften i både noll- och referenspunktsutslagen. egativa instrumentutslag vid nollnivån skall lagras."

3 O x -förskriften och E 48; Sid 3 (5) Kontrollen sker genom att i CUSUM-diagram föra in mätvärdena för nollpunkt och spanpunkt löpande. är avdriften har blivit för stor krävs en åtgärd, eventuellt följd av omkalibrering. Resultaten från QAL3 utvärderas med hjälp av kontrolldiagram. Med hjälp av dessa fastställs när underhåll är nödvändigt. Filosofin bakom denna procedur är att så länge instrumentet (genom avläsning av noll- och spanpunkt) ligger inom de godkända gränserna görs ingenting. En viktig fördel med denna fortlöpande kvalitetssäkring är att onödiga justeringar av noll- och spanpunkt på mätsystemet undviks. I motsats till vad de flesta tror så orsakar täta justeringar av ett instrument faktiskt ökad osäkerhet. Proceduren säkrar att det endast justeras när det finns verklig anledning till det när instrumentet är "utom kontroll". Kontrollen kan ske med två alternativa metoder: a) genom att bestämma den kombinerade driften och precisionen hos AMS. I detta fall skall osäkerheten från de drifts- och precisionskomponenter som erhållits vid QAL slås samman och jämföras med den kombinerade drift och precision som erhållits i fält. Metoden, som kan utvärderas med s.k. Shewart-diagram, är enkel men tillåter inte att AMS justeras då det visats att osäkerheten ligger utanför de tillåtna gränserna. b) genom att bestämma driften och precisionen separat. Denna metod tillåter att AMS justeras då det visats att osäkerheten ligger utanför de tillåtna gränserna. Metoden bestämmer om och med hur mycket nollpunkt och referenspunkt hos AMS skall justeras externt. I detta fall används s.k. CUSUM-diagram vid utvärderingen. Eftersom metod b) ger en större flexibilitet är den svenska rekommendationen att det är den som används. Metod a) och utvärdering med Shewart-diagram innebär att följande görs: - skillnaderna mellan de uppmätta värdena och de sanna värdena för referensmaterialen för nollpunkt och referenspunkt bestäms; - dessa skillnader jämförs med och skall vara mindre än de kombinerade värdena för drift och precision (s AMS ) som beräknas ur data från QAL multiplicerat med täckningsfaktorn. Standardavvikelsen beräknas oavsett vilken metod som används på följande sätt: s AMS = u + u + u + u + u inst temp volt pres others där u inst u temp u volt u pres är osäkerheten som beror på instabilitet är osäkerheten som beror på variationer i omgivningstemperatur är osäkerheten som beror på variationer i spänning är osäkerheten som beror på variationer i atmosfärstryck u others är varje annan osäkerhet som kan påverka utslaget för referensmaterialen vid nollpunkt och referenspunkt.

4 O x -förskriften och E 48; Sid 4 (5) OBS! s AMS är uttryckt som en standardavvikelse, varför alla osäkerheter ovan är uttryckta som standardavvikelser. Om osäkerheterna från QAL däremot t ex är uttryckta som värden vid 95 % konfidensnivå skall dessa divideras med täckningsfaktorn för att s AMS skall beräknas korrekt. QAL3 påverkar inte tillämpningen av FS 004:6. QAL3 visar att instrumentet fortlöpande uppfyller kraven i QAL. Dessa krav är samma som krävs enligt FS 004:6 och då QAL3 är uppfyllt är prestandakraven i FS 004:6 3 också uppfyllda. Vad som behöver göras är att V talar om att de anläggningar som uppfyller kraven i SS-E 48 kan beviljas dispens för de kontrollåtgärder som föreskrivs i FS 004:6. I och med att SS-E 48 implementerats ersätts den löpande kontrollen av instrumentens prestanda av kvalitetssäkringsstandarden. Observera skillnaden i filosofi när det gäller justeringar. Justeringar av instrumentutslaget skall endast göras när det finns verklig anledning till det när instrumentet är utanför kontrollgränserna. AST: Vid AST skall minst fem parallellmätningar med en standardreferensmetod genomföras. Detta skall ske på samma sätt som vid QAL. Syftet är att verifiera att kalibreringsfunktionen för AMS fortfarande är giltig och att kontrollera att precisionen hos AMS fortfarande ligger inom de föreskrivna gränserna. Kraven på hur utvärdering skall ske i FS 004:6 är i stora stycken samma som det som gäller i SS-E 48 för AST. Utgående från avvikelserna i mätvärdesparen beräknas medelvärdet för dessa samt standardavvikelsen s D för D i enligt följande: D = D i i= s D = ( ) Di D i= Enligt FS 004:6 skall man sedan kontrollera om det föreligger en systematisk skillnad mellan mätvärdena enligt sd D t 0, 95 Ifall det är en systematisk skillnad skall man jämföra skillnaden i % av det fasta mätsystemets medelvärde samt standardavvikelsen i % av det fasta mätsystemets medelvärde och kontrollera om villkoren är uppfyllda. Enligt SS-E 48 jämförs variabiliteten vid AST med den krävda osäkerheten, och kan godtas om följande olikhet är uppfylld: s D,5 σ 0 k v där k v är en faktor som beror på antalet mätvärdespar (se SS-E 48). Vidare gäller att kalibreringen av AMS kan godtas om

5 O x -förskriften och E 48; Sid 5 (5) D D t0,95 + σ0 s där antalet frihetsgrader för t är ( ) och σ 0 är den tillåtna osäkerheten som fastställts av myndigheterna. Den årliga kontrollmätningen (jämförande mätningen) av O x -mätsystemen enligt FS 004:6 kan utnyttja de mätningar som utförs vid den årliga kontrollen av AST enligt SS-E 48. För AST krävs minst 5 parallella mätningar men utan större extra arbetsinsats kan varje mätning utsträckas till två timmar, dvs den totala mättiden blir 0 timmar. Dessa 0 timvärden kan sedan användas för den årliga O x -kontrollen genom den jämförande mätningen. Rekommendationer Kontroll av prestanda: Anläggningsägaren skall svara för att instrumentens prestanda uppfylls. Kraven i SS-E 48 och FS 004:6 är motsvarande. I och med att SS-E 48 implementerats kan den löpande kontrollen av instrumentens prestanda ersättas av kvalitetskontrollen enligt SS-E 48. O x -utvärdering enligt FS 004:6 Mätdata som tagits fram för bestämning av kalibreringsfunktionen (QAL) eller för den årliga tillsynskontrollen (AST) enligt SS-E 48 kan samtidigt också användas för O x -kontrollen (jämförande mätningen) enligt FS 004:6. Endast vissa modifieringar av mättidernas längd och antalet mätvärdespar behöver göras. Att beräkningsrutinerna skiljer sig åt är inget egentligt problem. Beräkningar kan ske parallellt enligt respektive metod. Anmärkning: O x -föreskriften kräver 0 mätvärdespar (parallella mätningar) under0 timmars jämförande mätning varje år medan det är 5 parallella mätningar för QAL och 5 för AST.