การตรวจวัดปริมาณมลพิษ (ฝุ่น) ที่ระบายออกจากปล่อง

1. การตรวจวัดปริมาณมลพิษ (ฝุ่น) ที่ระบายออกจากปล่อง Based onU.S.EPA Method 5 (Isokinetic Sampling) นเรศ เชื้อสุวรรณ สาขาวิชาอนามัยสิ่งแวดล้อม สำนักวิชาแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี 11 กุมภาพันธ์ 2547

2. ปล่องระบายอากาศเสียโรงงานปล่องระบายอากาศเสียโรงงาน

3. ระเบียบ & กฎหมายที่เกี่ยวข้อง • กรมโรงงานอุตสาหกรรม เช่น • ประกาศกท.อุตฯ ที่เกี่ยวกับค่าปริมาณของสารเจือปนในอากาศที่ระบายออกจากโรงงาน โรงไฟฟ้า • กรมควบคุมมลพิษ เช่น • ประกาศกท.วิทย์ฯ ลงวันที่ 17 มิย.40 เรื่อง กำหนดมาตรฐานการปล่อยทิ้งอากาศเสียจากเตาเผาขยะมูลฝอย • ประกาศกท.วิทย์ฯ ลงวันที่ 20 ธค.39 เรื่อง กำหนดมาตรฐานควบคุมการปล่อยฝุ่นละอองจากโรงโม่ บด หรือย่อยหิน

4. Stack Config.

5. Stack Config.

6. อุปกรณ์เก็บตัวอย่างในปล่องระบายอากาศเสียโรงงานอุปกรณ์เก็บตัวอย่างในปล่องระบายอากาศเสียโรงงาน

7. Sampling System Schematic

8. 18. Spare AC outlet 19. Heater Control Knob 20. Amphenol Receptacle and Cover 21. Filter Box Thermocouple 22. Probe Heater Outlet 23. Cyclone Bypass 1.Door 2. Modular Sample Case 3. Probe Support 4. Probe 5. Probe Heater Cord 6. Monorail Handle Assembly 7. Monorail Attachment Unit 8. Ball Joint Clamp 9. Filter Assembly 10. Filter-Impinger 11. Impinger Interconnect “U” 12. Impinger Outlet Thermocouple 13. Umbilical Adapter 14. Impinger Case 15. Carrying Handle 16. Drain Cock 17. Impinger Case Slide

9. Method 5 Sampling Train

10. องค์ประกอบของวิธีการ • Method 1:Determination of Sampling Points • Method 2:Determination of Flow Velocity • Method 3:Determination of MW of Dry Air • Method 4:Determination of Moisture Content • Method 5:Determination of PM (Isokinetic Sampling) Based on US.EPA source sampling methods

11. Method 1 Determination of sampling points • Principal: เก็บตัวอย่างที่เป็นตัวแทนของฝุ่นที่ไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดของ stack ให้มากที่สุด • การเก็บตัวอย่างแบบนี้ไม่ใช้กับ cyclonic flow, ปล่องมีเส้น ศก.<0.3 ม., จุดวัด <2x เส้น ศก. ปลายทิศการไหล หรือ <0.5x จากต้นทางการไหลของตัวรบกวน

12. Method 1 (cont.’d) • US.EPA กำหนดระยะห่าง 8 เท่าของเส้นศก. stack (หรือห่างตัวรบกวน flow เช่น ข้องอ ขยาย เปลวไฟ) อาจ 4-6 เท่าก็ได้หากหาไม่ได้จริง ๆ (ไทย) • Stack ส่วนใหญ่ทรงกลม หากเป็นสี่เหลี่ยมให้ใช้สูตรหา equivalent dia.

13. Method 1 (cont.’d) • กำหนดจำนวนจุดเก็บตัวอย่าง (อัตราการไหลในปล่องไม่เท่ากันในพื้นที่หน้าตัดเดียวกัน) • หากระยะ>8x หรือเส้นผ่านศก.>0.61 ม. จุดเก็บไม่น้อยกว่า 12 จุด • stack ทรงกลมหากเส้นผ่านศก. 0.3-0.61 ม. จุดเก็บไม่ น้อยกว่า 8 จุด • stack สี่เหลี่ยมหาก eq.dia. 0.3-0.61 ม. จุดเก็บไม่น้อยกว่า9 จุด

14. Method 1 (cont.’d) • จุดเก็บ <8x ให้ใช้รูป 1 หากเป็นสี่เหลี่ยมใช้ตาราง 1 • ตำแหน่งของจุดเก็บตัวอย่าง • stack ทรงกลมให้ลากเส้นศก.ตั้งฉาก 2 เส้น จน. ตำแหน่งดูตาราง 2

15. Method 1 (cont.’d) • stack ทรงกลมที่เส้นศก.>0.61 ม. จุดเก็บตย.ห่าง ผนังอย่างน้อย 2.5 ซม. (อาจต้องเลื่อนจุดแรกและท้าย) • stack ทรงกลมที่เส้นศก.<=0.61 ม. จุดเก็บตย.ห่าง ผนังอย่างน้อย 1.3 ซม. (อาจต้องเลื่อนจุดแรกและท้าย) • stack สี่เหลี่ยมให้แบ่งพท.หน้าตัดเป็นสี่เหลี่ยมเล็ก เท่ากัน และกำหนดตำแหน่งที่จุดกลางสี่เหลี่ยมเล็ก แต่ละอัน

16. Method 1 (cont.’d)

18. Method 2 Determination of flow velocity --avg. • Principal: ความเร็วเฉลี่ยของก๊าซใน stack วัดได้จากความแตกต่างของความดัน และ gas density • 1. Pitot tube ใช้สำหรับวัด P • S type มีใช้กันเป็นส่วนใหญ่ • Std. type เป็นมาตรฐานแต่อุดตันง่าย หากฝุ่นมาก

19. Instrument

20. Pitot Tubes

21. Method 2 (cont.’d) • 2. Differential pressure gauge (inclined manometer) • 10”น้ำ อ่านค่าต่ำสุดที่ 0.05”น้ำ • อาจใช้ Magnehelic gauge แทนได้ (แต่ต้องผ่านการตรวจ/สอบเทียบค่า) • 3. Thermocouple • อยู่ใกล้กับ pitot tube แต่ต้องไม่ขวางทาง

22. Inclined Manometer Handheld Manometer

23. Method 2 (cont.’d) • 4. Static Pressure in Stack • อ่านค่ากับ inclined manometer โดยดึงขาด้านหันหน้ารับกระแสลมออก SP=AP+deltaPที่อ่านได้ • 5. Atm. Pressure Gauge • อาจใช้ barometer หรือ Aneroid ได้ • 6. Gas density measurement • ดู Method 4 + 5 for moisture determination

24. Altimeter & Barometer Barometer

25. Method 2 (cont.’d) • Procedure for Method 2 • connected equipment (probe, S-type pitot tube, inclined manometer) • leak checking: (ก) เป่าลมที่ด้าน positive ของ pitot tube ให้ delta P>3” ก่อนปิดปลายเปิดที่เป่าลมให้แน่น รอ 15 นาที หาก delta P คงที่แสดงว่าไม่มีการรั่ว, (ข) ดูดลมด้าน negativeให้ delta P>3” ปิดปลาย รอ 15 นาที หาก delta P คงที่แสดงว่าไม่มีการรั่วของระบบ

26. Method 2 (cont.’d) • ปรับศูนย์ของ manometer (ต้องคอยตรวจเพราะการสั่นสะเทือนมีผลให้ค่าเปลี่ยนได้) • สอด pitot tube เข้าใน stack ตามตำแหน่งที่กำหนดไว้ บันทึกค่า deltaP และT ทุกจุดเก็บ • Leak checking อีกครั้งเมื่อวัดเสร็จ • วัดค่า static P • อ่านค่า atm.P • หาค่า dry molecule of air ตาม Method 3 (ค่า 29.0 อาจใช้แทนได้ใกล้เคียงกับ ambient stack)

27. Method 2 (cont.’d) • หาค่า moisture content of air in stack ตาม Method 4 หรือ Method 5 • คำนวณหาพท.หน้าตัดปล่อง • คำนวณหาความเร็วอากาศใน stack • Vs = m/s, Cp=coeff. of pitot tube ที่ใช้, Kp = 34.97 m/s…, Ts =oK, Ps = abs.P =Pg+Pbar, Ms = MW air (Mth.3)

28. Method 2 (cont.’d) • คำนวณหาอัตราการไหลอากาศแห้งใน stack • ใช้ภาวะมาตรฐาน 25oC, 760mmHg • Bws = สัดส่วนปริมาตรไอน้ำในอากาศ (จากMth.5), Vs = m/s, A=Area in m2, Tstd = K, Ps = abs. P = Pbar +/- Pg

29. Method 3 การหานน.โมเลกุลแห้งของอากาศใน stack • เพื่อหา [CO2], [O2], molecular wt. dry air ทำได้หลายแบบ • ใช้ Orsat analyzer วิเคราะห์ตย. each point • ใช้ค่า CO2, O2 คำนวณหา molecular wt. dry air • ใช้ molecular wt. dry air in stack= 30.0 ถ้าเป็นการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติ, ถ่านหิน, น้ำมัน • ใช้ Fuel Gas Analyzer อ่านค่า CO2, O2, N2นำไปคำนวณหา molecular wt. dry air in stack

30. Portable Flue Gas Analyzer

31. Method 3 (cont.’d) การหานน.โมเลกุลแห้งของอากาศใน stack Md=0.44(%CO2)+ 0.32(%O2)+ 0.28(%N2+%CO) where 0.44 = mol.wt.CO2หาร 100 0.32 = mol.wt.O2หาร 100 where 0.28 = mol.wt.CO, N2หาร 100 หรือใช้สมการที่เกี่ยวข้องกับการวัดความชื้นตาม Method 4

32. Method 3 (cont.’d) Ms=Md(1-Bws)+ 1.8Bws where Ms = mol.wt. of gas, g/gmol Md = mol.wt. of dry gas, g/gmol Bws = ratio of humidity of air in stack หาจาก Method 4 18.0 = MW water

33. Method 4 การหาปริมาณความชื้นอากาศใน stack • หลักการ: เก็บตัวอย่างอากาศจาก stack ด้วยอัตราการไหลคงที่ผ่านชุดควบแน่นแล้ววัดหาค่าปริมาณน้ำที่ควบแน่นโดยการชั่งน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น หรือวัดปริมาตรของเหลวที่เพิ่มขึ้น • อาจเป็น ก) วิธีมาตรฐานหรือ ข) วิธีประมาณการ (approximation method) วิธีนี้ต้องทำก่อนเก็บตย. ส่วน ก) ทำควบคู่กับเก็บตัวอย่าง

34. Method 4 (cont.’d) ก) วิธีมาตรฐาน ใช้อุปกรณ์ของ Method 5 • probe (heatable) made of SS or glass • condenser consists of connected 4 impingers (modified Greenburg-Smith) 2 อัน แรกมีน้ำกลั่น, ว่าง, silica gel (6-16 mesh size) with thermometer • cooling system (ice box) • barometer • balance and cylinder

35. Impingers Set

36. Balances, Clamps, Silica gel

37. Method 4 (cont.’d) การวัด • ตำแหน่งเก็บตย.เดียวกับ Mth.1 เติม fix vol. of water in #1&2, ชั่งนน. Silica gel 200 g in #4 record the wt. • heated probe 120oC ป้องกันการควบแน่น ใส่ impingers ลงใน ice box • leak check the system --plug the probe and run the pump to P 350 mmHg, dry gas meter should run <0.00057 m3 • maintain steady flow +/-10%

38. Method 4 (cont.’d) • maintain exit gas from #4 impingers <20oC ลงใน ice box • start sampling from 1st traverse point • leak check the system --plug the probe and run the pump to the highest P during sampling, dry gas meter should run <0.00057 m3 • measure liquid in all 3 impingers, weight 4th impinger

39. Method 4 (cont.’d) • Calculation: • ปริมาตรไอน้ำที่ควบแน่นที่ STP Vwc-std =0.001356(Vf-Vi) where Vwc-std = ปริมาตรไอน้ำในตย.ที่ควบแน่นที่ STP Vf = ปริมาตรของเหลวใน impinger หลัง Vi = ปริมาตรของเหลวใน impinger ก่อน • ปริมาณไอน้ำใน silica gel ที่ STP Vwsg-std =0.001356(Wf-Wi) where Vwsg-std = ปริมาตรไอน้ำใน silica gelที่ STP

40. Method 4 (cont.’d) Wf = นน.#4impinger +silica gel หลัง Wi = นน.#4impinger +silica gel ก่อน • ปริมาตรอากาศแห้งที่ดูดที่ STP Vm-std =0.3921Y[(VmPm)/Tm] where Vm-std = ปริมาตรอากาศแห้งที่ดูดที่ STP Vm = ปริมาตรตย.อากาศแห้งที่ดูดทั้งหมด Pm = ความดันสถิตย์สัมบูรณ์ตย.อากาศแห้ง = ความดัน atm ณ จุดวัด Tm = อุณหภูมิสัมบูรณ์ตย.อากาศเฉลี่ย (K) Y = สปส.การตรวจเทียบเครื่องวัดปริมาตรอากาศแห้ง

41. Method 4 (cont.’d) • สัดส่วนปริมาณความชื้นอากาศในปล่อง where Bws = สัดส่วนปริมาณความชื้นในปล่อง Vwc(std) = ปริมาณไอน้ำควบแน่นที่ STP Vwsg(std) = ปริมาณไอน้ำที่ถูกจับด้วย silica gel Vm(std) = ปริมาตรตย.อากาศแห้งที่ดูดเข้ามา ที่ STD

42. Method 4 (cont.’d) • ตรวจสอบความคงที่ของอัตราการดูดอากาศในปล่อง ในแต่ละจุดเก็บตย. หากแตกต่างเกิน 10% ให้เก็บตย.ซ้ำอีกครั้ง (ทำได้ยาก วิธีที่เหมาะคือพยายามให้เป็น isokinetic ให้มากที่สุด)

43. Method 4 (cont.’d) ข) วิธีประมาณการ ใช้อุปกรณ์น้อยกว่า Mth. 5 • probe (heatable) made of SS or glass • 2 impingers (30 มล.) • dry tube withsilica gel • cooling system (ice box) • barometer • balance and cylinder 25 มล. • Rotameter (0-3 ml/m) Note:ดูรูปประกอบP.m4-11 (ไม่แนะนำเพราะยุ่ง)

44. Method 5 หลักการ: ดูดตย.เท่ากับความเร็วกระแสอากาศในปล่อง มวลที่เกิดขึ้น/ควบแน่นที่ 120 +/-14oC นำไปชั่งหลังกำจัดความชื้นแล้ว • %Isokinetic sampling = [Vn/Vs]*100 where Vn = ความเร็วอากาศที่เข้า nozzle Vs= ความเร็วอากาศเสียในปล่อง • ถ้า Vn ไม่เท่า Vs หมายถึง anisokinetic condition ทำให้ความเข้มข้นฝุ่นตย.คลาดเคลื่อน

45. Method 5 (cont.’d) อุปกรณ์: • nozzle: SS or glass or quartz ปลายฝนทำมุมน้อยกว่าหรือเท่ากับ 30o ภายในมีศก.คงที่ไม่มีรอย ต่อ รูปร่างคล้ายตะขอโค้ง มีหลายขนาด • probe liner:SS, borosilicate (480oC), quartz (up to 900oC) มีอุปกรณ์ ให้ความร้อนรักษาอุณหภูมิ 120 +/-14oC • pitot tube: S-type or equivalent ติดคู่กับ nozzle ในระนาบเดียวกัน

46. อุปกรณ์: Nozzles

47. อุปกรณ์: Sampling Probe

48. อุปกรณ์: Sampling Probe

49. อุปกรณ์: Probe & Heating Box

50. อุปกรณ์: Filter Holder