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PROTOCOLO VALIDACIÓN CEMS TERMOELÉCTRICAS

Superintendencia de Medio Ambiente
by

Manuel Dabanch Acuña

on 12 August 2013

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Transcript of PROTOCOLO VALIDACIÓN CEMS TERMOELÉCTRICAS

Protocolo para validación de sistemas de monitoreo continuo de emisión (CEMS) en centrales termoeléctricas.
Se deberán utilizar gases patrones de calibración "EPA - Protocol" o "valores de referencia" en los casos que corresponda (Nivel 0: 0 al 20% Span; Nivel alto: 80 al 100% Span).

El gas de calibración debe pasar a través de todos los filtros, lavadores, acondicionadores y otros componentes utilizados durante el muestreo normal.

El tiempo de inyección del gas patrón será hasta que el valor de lectura del CEMS se estabilice o se alcance el tiempo de respuesta. (- 2% Span para 2 minutos; - 6% Conc. prom. en 6 minutos; si cambia por no más de 0,5 ppm o 0,2%).
Current State
Requerimientos específicos para validación de CEMS
Validación CEMS de SO2, NOx, y parámetros de interés (Humedad; Flujo; O2):
El titular de la fuente deberá cumplir con los respectivos ensayos de validación.
La ejecución de estos debe ser llevada a cabo por una entidad de inspección que contrate el titular para esto.
Ensayos de Desviación de Calibración (DC):
Ensayos de Desviación de Calibración (DC):
El parámetro humedad obtenido a partir de un CEMS de humedad queda exento de realizar el ensayo de DC. En caso de estimar la humedad en forma indirecta por medio de CEMS de O2 si corresponderá realizar este ensayo, debiendo aplicarse y cumplirse por cada analizador (húmedo y seco).

Monitores y rangos exentos de requerimientos de la prueba de DC: Monitores de SO2; NOx; CO2; O2 y flujo instalados en unidades (centrales) que califiquen como Peak. Rangos de medición de SO2 y NOx con Span de 50 ppm o menor (principalmente en relación a las horas de operación anual).

Si se determina al final de un año calendario que la unidad ha perdido el estado de peak, se deberá realizar una prueba de DC en cada monitor instalado en la unidad, no más allá del 31/12 del siguiente año.
Ensayos de Desviación de Calibración (DC):
Los resultados de la DC serán aceptables si ninguno de los % DC diarios arroja valores superiores a las especificaciones de rendimiento aplicables, durante los 7 días que dura el ensayo que se señalan en la siguiente tabla:
Ensayos de Desviación de Calibración (DC):
El ensayo de la DC se deberá realizar mientras la fuente se encuentre operando en forma continua , con al menos 50% de la carga máxima. Se debe determinar el % DC una vez al día, con intervalos de al menos 24 hrs., durante 7 días consecutivos.






En caso de paradas no programadas de la fuente al inicio del ensayo de DC, se recomienda la ejecución de la prueba cuando la fuente reanude sus actividades a las condiciones de operación señaladas anteriormente. En caso de paradas no programadas durante la ejecución del ensayo, los 7 días no necesitarán ser 7 días calendario consecutivos, no obstante, la duración del ensayo de DC no deberá superar las 336 hrs. desde el inicio hasta el final del ensayo.
Ensayos de Desviación de Calibración (DC):
En caso de fallas del CEMS durante la ejecución del ensayo, estas se deben corregir para volver a repetir el ensayo desde el inicio.

Para los ajustes periódicos automáticos o manuales para cero y alto nivel (Span), estos deben efectuarse después de registrar el valor de desviación.

El criterio de ajuste manual sugerido una vez registrado el valor de desviación diario, será si el valor diario del % DC se encuentra cercano al límite aplicable según la tabla.
Ensayos de Desviación de Calibración (DC):
Para el caso del parámetro flujo, no se deben realizar ajustes entre las mediciones de nivel Cero y Span en ninguno de los 7 días de la prueba. Si el monitor de flujo opera dentro de los límites de cumplimiento en cada día y sin requerir mantenimiento correctivo, reparaciones o remplazo durante el período de prueba de 7 días, el monitor de flujo pasa la prueba de DC.

Los "valores de referencia" (señales electrónicas que no requieren certificación) pueden ser propporcionadas por el fabricante del equipo, o bien a través de una medición de flujo con el método de referencia respectivo y el resultado de esta medición ingresarla como patrón de referencia.

Para los monitores de flujo, la señal Cero será de 0 a 20% del Span y la señal de nivel alto será del 50 al 70% del Span.
Ensayos de Desviación de Calibración (DC):
Si el diseño del CEMS no permite hacer posible estas determinaciones , se permitirá que se realicen en un valor medio entre el 0 y el 20% del Span y en un valor medio entre 50 y 60% del Span, siempre que se demuestre que es el nivel mas representativo de la concentración de gases.

No se podrán realizar mantenciones, programadas o correctivas, durante la ejecución de este ensayo.
Ensayos de Error de Linealidad (EL):
Se exceptúan de realizar esta prueba los CEMS de los parámetros humedad, flujo, y aquellas fuentes que posean un CEMS con un rango de medición inferior o igual a 30 ppm.

La fuente debe estar funcionando en forma continua con al menos el 50% de la carga máxima para desarrollar el ensayo, inyectando gases de calibración de concentración de niveles bajo, medio y alto, por la bocatoma de la sonda de muestreo.

Se considerará como concentración de nivel bajo aquella comprendida entre 20 a 30% del Span, concetración de nivel medio entre 50 y 60% del Span y concentración de nivel alto entre 80 y 100% del Span.
Ensayos de Error de Linealidad (EL):
Cada monitor se debe operar a su Tº y condiciones normales de funcionamiento. Para los monitores de tipo extractivo y dilución, el gas de calibración debe pasar a través de todos los filtros, lavadores, acondicionadores y otros componentes utilizados durante el muestreo normal; para los de tipo in-situ se debe realizar la comprobación de la calibración de todos los componentes activos electrónicos y ópticos , incluyendo el transmisor, receptor y analizador.

Los gases de referencia se deben ingresar al CEMS 3 veces, procurando no utilizar el mismo gas 2 veces consecutivas. Se debe asegurar que cada prueba de linealidad, desde la primera a la última inyección, no exceda las 24 hrs.
Ensayos de Error de Linealidad (EL):
Para registrar la respuesta del monitor desde el sistema de adquisición de datos y/o sistema de registro, se debe calcular el % EL para cada nivel de concentración (bajo, medio, alto) usando el promedio de las respuestas en la ecuación Nº 3. Los resultados obtenidos deberán permanecer dentro del rango señalado en la tabla.
Ensayos de Error de Linealidad (EL):
Durante la ejecución de este ensayo no se deben realizar ajustes periódicos automáticos o manuales en el CEMS, ni ajustes manuales a los valores de seteo de Cero y Span. Estos deberán efectuarse después de realizar este ensayo.
El CEMS de SO2 podrá quedar exento de cumplir con el ensayo de ER, si la unidad (fuente) califica como unidad de combustible muy bajo contenido de azufre, previa demostración de ello. En los casos que amerite, la autoridad podrá requerir fundamente la ejecución de este ensayo.

En caso de eventualidades después de ejecutadas alguna corridas de medición (Método de Referencia), se podrá esperar hasta que la fuente reinicie su funcionamiento para continuar con la ejecución del ensayo. No obstante, el ensayo de ER deberá (desde su inicio) ser completado dentro de un plazo de 168 hrs. de operación de la fuente. Si se extiende el tiempo de la eventualidad y no se puede cumplir con el tiempo estipulado, se podrá requerir a la Superintendencia una prórroga del plazo, el cual no podrá superar finalmente las 2 semanas.
Ensayos de Exactitud Relativa (ER):
Ensayos de Exactitud Relativa (ER):
Una corrida de medición realizada cuando ocurra una parada de planta, quedará invalidada y deberá ser repetida posterior a la reanudación de la fuente medida.

Se debe seleccionar el rango de medición, para que la mayoría de las lecturas obtenidas durante el funcionamiento normal de la fuente se mantengan entre un 20 y 80% del valor del Span.

Para los sistemas de monitoreo con más de un rango de medición se debe realizar la prueba de ER en el rango utilizado normalmente para medir las emisiones. Para las unidades Peak la totalidad del rango de carga se considerará normal.
Ensayos de Exactitud Relativa (ER):
Para este ensayo se deberán comparar valores entregados por el sistema de CEMS y valores obtenidos por medio de la aplicación de los respectivos MR, los cuales se indican en la tabla.
Se deben realizar un mínimo de 9 corridas de muestras de datos, pudiendo eliminar un máximo de 3 muestras siempre que la determinación de ER se realice con un número de muestras igual o mayor que 9, debiendo informar todos los datos, incluso los resultados de aquellas muestras eliminadas.

Cada corrida de muestreo debe durar 21 minutos, para los parámetros en donde el Performance Specification (PS) respectivo lo indique, en caso contrario, se deberá adecuar el tiempo de las muestras al mínimo tiempo que acepta el MR, PS respectivo, o bien requerir la aprobación de la aplicación de un tiermpo de muestreo distinto a la Superintendencia.

La distribución de las corridas de medición deberá proponerlo el titular de la fuente en coordinación con la entidad de Inspección y establecerlo en el informe previo de validación.
Ensayos de Exactitud Relativa (ER):
Ensayos de Exactitud Relativa (ER):
Queda a juicio de la Entidad de Inspección que desarrolla el ensayo la selección de las corridas de medición a eliminar. (Revisar protocolo para criterios aplicables).

El criterio aplicado para las corridas de medición eliminadas en el cálculo final debe ser señalado en el reporte de los resultados del ensayo.

Se deben considerar los tiempos de respuesta, tanto de la aplicación del MR como del CEMS, de manera que ambos sistemas de mediciónb recolecten muestras en el mismo intervalo de tiempo y de ese modo poder hacerlas comparativas.

El procedimiento de Determinación del tiempo de respuesta se debe aplicar diariamente en forma previa a la medición. El tiempo de respuesta también podrá ser obtenido durante el ensayo de DC.
Ensayos de Exactitud Relativa (ER):
Para los analizadores que utilizan componentes comunes para medir más de un parámetro del efluente de gas, todos los canales deben aprobar al mismo tiempo el requisito de ER, a menos que pueda demostrarse que cualquier ajuste realizado a uno de los canales no afecta a los demás.

Para monitores de flujo la prueba de ER debe realizarse en 3 diferentes velocidades de los gases de escape: Nivel bajo (Hasta 30% del rango de operación); Nivel medio (La porción mayor al 30%, pero menor o igual al 60% del rango de operación); Nivel alto (Extremo superior mayor al 60% del rango de operación). La Superintendencia podrá autorizar la realización de esta prueba a menos de 3 niveles, demostrando que la fuente opera a 1 o 2 niveles durante la operación normal).

Los antecedentes que respalden que no se puede realizar la prueba a los niveles señalados, deben ser presentados a la Superintendencia en conjunto con el informe previo de validación. Se deben considerar datos históricos de a lo menos los últimos 3 meses y los perfiles de flujo relacionados con la carga.
Se considerarán aceptables los resultados de ER, si los valores son iguales o inferiores a los límites señalados en la tabla.
Ensayos de Exactitud Relativa (ER):
Determinación del tiempo de Respuesta:
El titular de la fuente deberá realizar y demostrar los resultados de pruebas del tiempo de ciclo o tiempo de respuesta para cada CEMS, considerando los siguientes criterios:
- Determinar tiempo de respuesta mientras la fuente esté operando sobre el 50%.
- Utilización de gases de calibración (EPA-Protocol) de nivel Cero y Span alternadamente.
- Realizar inyección de gases de calibración de modo que produzcan el máximo tiempo de ciclo posible para sistemas de monitoreo que realicen una serie de operaciones.
- Reportar el más largo de los tiempos transcurridos determinados (Nivel alto y bajo) como el tiempo de ciclo para el analizador.
- Registrar y reportar el tiempo de ciclo más largo de los 2 analizadores como el tiempo de ciclo del sistema para la prueba del CEMS de dilutor NOx y la prueba del CEMS de dilutor SO2.

Recolección de muestra para la aplicación del Método de Referencia (MR):
Sitio de medición:
- Se deberá seleccionar un sitio de medición para ejecutar el método de referencia respectivo, para lo cual el titular de la fuente deberá seguir las instrucciones dispuestas.Para estos se deberá considerar al menos los siguientes criterios: Al menos 2 diámetros equivalentes aguas abajo de cualquier dispositivo de control, interferente más cercano u otro pto. en el que se pueda producir un cambio de la concentración o la tasa de emisión de contaminantes; Al menos 1/2 diámetro equivalente aguas arriba de los gases de escape o de algún dispositivo de control. El sitio de medición del CEMS no necesita ser el mismo sitio para el MR.
- Para los parámetros flujo y humedad, el sitio debe ser seleccionado de acuerdo a las distancias y ubicación especificado en el método CH-1 o CH-1A, según corresponda.

Determinación del tiempo de Respuesta:
- El tiempo de respuesta para sistemas de tiempo compartido se debe realizar en todas la ubicaciones de sonda que serán monitoreadas dentro del mismo período de 15 minutos, durante las operaciones del sistema de monitoreo.
- Se debe hacer la sumatoria del máximo tiempo de ciclo obtenido en cada ubicación de las sondas, y reportar la sumatoria del tiempo de ciclo más largo en cada una de las ubicaciones más la sumatoria del tiempo requerido para todos los ciclos de purga en cada una de las ubicaciones como el tiempo de ciclo para cada uno de los sistemas de tiempo compartido. Así se determina el tiempo de ciclo para sistemas de tiempo compartido.
- Para monitores con rangos duales se debe reportar los resultados de prueba dentro de rango, dando el tiempo de ciclo más largo.
- Los resultados de prueba serán aceptables si ninguno de los tiempos de ciclo sobrepasa los 15 minutos según lo indicado en la tablabPONER TABLA.
- Para CEMS- MP se utilizarán las respectivas señales electrónicas como patrón de referencia para Cero y Escala superior utilizadas en el ensayo de Margen de Error.

Validación de Sistemas de Monitoreo Continuo de Opacidad (COMS) :
El titular de la fuente deberá seguir y dar cumplimiento en cuanto a la ubicación de instalación y especificaciones de funcionamiento para la validación dispuestos el en PS-1 considerando los siguientes criterios:

El titular de la fuente deberá implementar un monitor de opacidad que cumpla con la metodología "ASTM D 6216-98" y obtener un certificado de conformidad del fabricante del monitor de opacidad.

El titular de la fuente deberá adquirir un mínimo de 3 atenuadores de calibración, los cuales podrán ser del tipo primario o secundario según lo indicado en el PS-1, y que cumplan con los requerimientos especificados de esta parte para efectos de su calibración, a fin de permitir realizar las pruebas de calibración que exige el PS-1.

Los atenuadores deberán contar con su calibración vigente.

Los COMS se deberán calibrar directamente realizando una comparación gravimétrica de la respuesta del equipo frente al método CH-5. Los resultados deben tener una alta correlación aplicando un ajuste lineal por el método de mínimos cuadrados a fin de poder estimar los valores de emisión de MP.
El titular de la fuente deberá cumplir con las "Pruebas de funcionamiento y auditoría de campo", y posteriormente con un "Período de prueba operacional" de acuerdo a lo establecido en el PS-1 para determinar la aceptabilidad o validación del COMS considerando las siguientes condiciones:
Para las Pruebas de funcionamiento y auditorías de campo: Evaluación de alineación óptica; Chequeo de Error de Calibración; Chequeo del tiempo de respuesta del sistema; Cálculo de período de promedio y chequeo de registros.
Para el Período de prueba operacional: Prueba de desviación de Calibración de Cero; Prueba de desviación de Calibración de Span. (Si las operaciones normales contienen paradas rutinarias de la fuente, se deberán incluir los períodos de parada de la fuente en la prueba operacional de 168 hrs.

Recolección de muestra para la aplicación del Método de Referencia (MR):
Punto de medición:
- Se deberán seleccionar los ptos. que cumplan como mínimo con los siguientes criterios: Establecer una "línea de medición" que atraviese el área centroidal y que vaya en dirección de cualquier estratificación esperada. Si esta línea obstaculiza las mediciones del CEMS, se debe correr la línea hasta 30 cm (5% del diámetro equivalente de la sección transversal, lo menos posible) del área centroidal. Ubicar 3 ptos. transversales a un 16,7%, 50,0%, y 83,3% de la línea de medición; Para chimeneas con diámetro superior a 2,4 mts., los ptos. pueden estar situados a 0,4, 1,2 y 2,0 mts. desde la pared de la chimenea o ducto, no deben existir sistemas de control de emisiones húmedos o en ptos. donde se combinan 2 flujos con diferentes concentraciones de contaminantes; Para otras situaciones respecto del pto. de medición se puede aplicar los criterios señalados en la sección 8.1.3 del PS-2; Para flujo y humedad, los ptos. de muestreo deben ser calculados a través del método CH-1.


Validación de Sistemas de Monitoreo Continuo de Opacidad (COMS) :
Al final del período de 168 hrs., para ambos casos se debe calcular la media aritmética, la desviación estándar y el coeficiente de confianza, esoto con las ecuaciones 1-3, 1-4 y 1-5 del PS-1. Además se debe calcular la suma del valor absoluto de la media y el valor absoluto del coeficiente de confianza utilizando la ecuación 1-6 del PS-1 y reportar este valor como el error de DC en 24 hrs.

Para Coms que midan Opacidad y concentración de MP y q entregue resultados en % de Opacidad en unidades de mg/m3 y/o mg/Nm3 de MP, el titular de la fuente deberá cumplir además con el PS-11.



Validación de Sistemas de Monitoreo Continuo de Opacidad (COMS) :
Los COMS se deberán calibrar directamente realizando una comparación gravimétrica de la respuesta del equipo frente al método CH-5. Los resultados deben tener una alta correlación aplicando un ajuste lineal por el método de mínimos cuadrados a fin de poder estimar los valores de emisión de MP.
El titular de la fuente deberá cumplir con las "Pruebas de funcionamiento y auditoría de campo", y posteriormente con un "Período de prueba operacional" de acuerdo a lo establecido en el PS-1 para determinar la aceptabilidad o validación del COMS considerando las siguientes condiciones:
Para las Pruebas de funcionamiento y auditorías de campo: Evaluación de alineación óptica; Chequeo de Error de Calibración; Chequeo del tiempo de respuesta del sistema; Cálculo de período de promedio y chequeo de registros.
Para el Período de prueba operacional: Prueba de desviación de Calibración de Cero; Prueba de desviación de Calibración de Span. (Si las operaciones normales contienen paradas rutinarias de la fuente, se deberán incluir los períodos de parada de la fuente en la prueba operacional de 168 hrs.

Validación de Sistemas de Monitoreo Continuo de Opacidad (COMS) :
Los COMS se deberán calibrar directamente realizando una comparación gravimétrica de la respuesta del equipo frente al método CH-5. Los resultados deben tener una alta correlación aplicando un ajuste lineal por el método de mínimos cuadrados a fin de poder estimar los valores de emisión de MP.
El titular de la fuente deberá cumplir con las "Pruebas de funcionamiento y auditoría de campo", y posteriormente con un "Período de prueba operacional" de acuerdo a lo establecido en el PS-1 para determinar la aceptabilidad o validación del COMS considerando las siguientes condiciones:
Para las Pruebas de funcionamiento y auditorías de campo: Evaluación de alineación óptica; Chequeo de Error de Calibración; Chequeo del tiempo de respuesta del sistema; Cálculo de período de promedio y chequeo de registros.
Para el Período de prueba operacional: Prueba de desviación de Calibración de Cero; Prueba de desviación de Calibración de Span. (Si las operaciones normales contienen paradas rutinarias de la fuente, se deberán incluir los períodos de parada de la fuente en la prueba operacional de 168 hrs.

Validación de Sistemas de Monitoreo Continuo de Opacidad (COMS) :
Los COMS se deberán calibrar directamente realizando una comparación gravimétrica de la respuesta del equipo frente al método CH-5. Los resultados deben tener una alta correlación aplicando un ajuste lineal por el método de mínimos cuadrados a fin de poder estimar los valores de emisión de MP.
El titular de la fuente deberá cumplir con las "Pruebas de funcionamiento y auditoría de campo", y posteriormente con un "Período de prueba operacional" de acuerdo a lo establecido en el PS-1 para determinar la aceptabilidad o validación del COMS considerando las siguientes condiciones:
Para las Pruebas de funcionamiento y auditorías de campo: Evaluación de alineación óptica; Chequeo de Error de Calibración; Chequeo del tiempo de respuesta del sistema; Cálculo de período de promedio y chequeo de registros.
Para el Período de prueba operacional: Prueba de desviación de Calibración de Cero; Prueba de desviación de Calibración de Span. (Si las operaciones normales contienen paradas rutinarias de la fuente, se deberán incluir los períodos de parada de la fuente en la prueba operacional de 168 hrs.

Validación de Sistemas de Monitoreo Continuo de Opacidad (COMS) :
Los COMS se deberán calibrar directamente realizando una comparación gravimétrica de la respuesta del equipo frente al método CH-5. Los resultados deben tener una alta correlación aplicando un ajuste lineal por el método de mínimos cuadrados a fin de poder estimar los valores de emisión de MP.
El titular de la fuente deberá cumplir con las "Pruebas de funcionamiento y auditoría de campo", y posteriormente con un "Período de prueba operacional" de acuerdo a lo establecido en el PS-1 para determinar la aceptabilidad o validación del COMS considerando las siguientes condiciones:
Para las Pruebas de funcionamiento y auditorías de campo: Evaluación de alineación óptica; Chequeo de Error de Calibración; Chequeo del tiempo de respuesta del sistema; Cálculo de período de promedio y chequeo de registros.
Para el Período de prueba operacional: Prueba de desviación de Calibración de Cero; Prueba de desviación de Calibración de Span. (Si las operaciones normales contienen paradas rutinarias de la fuente, se deberán incluir los períodos de parada de la fuente en la prueba operacional de 168 hrs.

Validación de Sistemas de Monitoreo Continuo de Opacidad (COMS) :
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