1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным автономным учреждением "Научно-исследовательский институт "Центр экологической промышленной политики" (ФГАУ "НИИ "ЦЭПП") совместно с Обществом с ограниченной ответственностью "НИИ экономики связи и информатики "Интерэкомс" (ООО "НИИ "Интерэкомс")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 020 "Экологический менеджмент и экономика"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 ноября 2023 г. N 1466-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт разработан на основе международных методических указаний "TOOL08. Methodological tool: Tool to determine the mass flow of a greenhouse gas in a gaseous stream. Version 03.0" ("Методика N 8: Методика количественного определения массового расхода парниковых газов в газовом потоке. Версия 03.0").

Настоящий стандарт представляет собой методическое руководство для количественного определения массового расхода парниковых газов в газовом потоке.

Настоящий стандарт описывает процедуры для определения показателя, приведенного в таблице 1.

Для расчета массового расхода определенного парникового газа измеряются следующие параметры:

а) общий объемный или массовый расход газового потока;

б) объемная доля парникового газа в газовом потоке,

в) состав газа и содержание воды.

Расход и объемная доля могут быть измерены как в сухом, так и во влажном газе. В стандарте описываются все возможные сочетания измерений в шести вариантах расчета для оценки массового расхода того или иного парникового газа (варианты A - F представлены в таблице 2).

Дополнительные указания по расчету массового расхода метана в биогазе представлены в приложении А.

Типичные области применения данного стандарта - методики, по которым измеряются расход и состав остаточных, факельных или дымовых газов для определения выбросов базовой линии и по проекту.

В методиках, в которых рассматривается только CO₂, следует применять материальные балансы для определения расхода и можно не использовать настоящий стандарт, поскольку расчет материального баланса - это более экономичный способ контроля расхода CO₂.

Базовая методология должна определять:

газовый поток, к которому применим стандарт;

- для каких парниковых газов следует применять стандарт;

- за какие временные интервалы будет определяться массовый расход;

- ситуации, когда упрощение, предлагаемое для расчета молекулярной массы газового потока [см. формулы (3) или (17)], применять нельзя (например, когда газовый поток состоит преимущественно из газа, отличного от N₂).

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 абсолютная влажность: Отношение массы H₂O (газообразной фазы) в газе к массе сухого газа.

2.2 на сухую массу: Параметр, не учитывающий наличие H₂O в газе.

2.3 газовый поток: Смесь газообразных компонентов, которая может содержать различные доли N₂, CO₂, O₂, CO, H₂, CH₄, N₂O, NO, NO₂, SO₂, SF₆, ПФУ и H₂O в газообразной фазе, с абсолютным давлением ниже 10 атм или 1,013 МПа <1>.

--------------------------------

<1> Это условие необходимо, поскольку в расчетах предполагается, что газовый поток ведет себя как идеальная бинарная смесь водяного пара и идеального газа. Если газовый поток содержит большие доли других газов, таких как углеводороды за исключением метана или гидрофторуглеродов, газ не может считаться идеальной газовой смесью. При среднем давлении газы будут вести себя как идеальные.

Примечание - В смеси также могут присутствовать другие газы (например, углеводороды) при условии, что их общая концентрация составляет менее 1% (об./об.) <2> всех газов. Расчеты на сухую массу исключают наличие H₂O, расчеты на рабочую (влажную) массу потока включает влагу H₂O.

--------------------------------

<2> Для свалочного газа и дымовых газов от термического окисления с использованием природного газа предполагается, что общая концентрация прочих газов не превышает 1% от общего объема.

2.4 влажность: Концентрация H₂O по массе H₂O (газообразная фаза) на объем сухого газа при нормальных условиях, выраженная в мг H₂O/м³ сухого газа.

2.5 нормальные условия: Условия, при которых температура 0 °C (273,15 К, 32 F) и 1 атм [101,325 кН/м², 101,325 кПа, 14,69 абс. давления в фунтах на квадратный дюйм (psia), 29,92 дюйма рт. ст., 760 мм рт. ст.].

2.6 абсолютная влажность: Максимальное количество H₂O (газообразной фазы), которое может содержаться в газе при заданной температуре и давлении, выражаемое как отношение массы H₂O к массе сухого газа.

2.7 на рабочую [влажную] массу: Параметр, учитывающий наличие H₂O в газе.

2.8 базовая методология (в климатических проектах): Основные принципы, подходы или методы, которые используются как основное руководство при разработке и реализации проекта.

Примечания

1 Базовая методология может включать в себя технические, научные, экономические и организационные аспекты проекта.

2 Базовая методология определяет фундаментальные принципы, на которых строится проект, и обычно включает в себя следующие элементы:

- анализ и оценку выбросов парниковых газов - определение и измерение исходных выбросов, чтобы иметь точную базу для измерения снижения;

- технологические решения - определение технологий, процессов и методов, которые будут использоваться для снижения выбросов;

- мониторинг и отчетность - установление системы мониторинга и отчетности, для отслеживания прогресса в снижении выбросов и обеспечения прозрачности перед заинтересованными сторонами.

2.9 парниковый газ; ПГ: Газообразная составляющая атмосферы как природного, так и антропогенного происхождения, которая поглощает и испускает инфракрасное излучение, исходящее от земной поверхности, атмосферы и облаков.

Примечания

1 Перечень ПГ см. в последнем Оценочном Докладе Межправительственной рабочей группы по оценке изменений климата (IPCC).

2 Водяной пар и озон являются как антропогенными, так и природными парниковыми газами, но они не включены в перечень признанных ПГ из-за трудностей, в большинстве случаев связанных с выделением антропогенной составляющей глобального потепления, обусловленной их присутствием в атмосфере.

Расход парникового газа i в газовом потоке F_i,t определяются через измерение его расхода и объемной доли в газовом потоке. В таблице 2 приведены разные способы проведения этих измерений и соответствующие варианты расчета величины F_i,t. Описание данных и параметров, не подлежащих мониторингу, приведено в таблицах 3 - 8.

--------------------------------

<1> Для влажного газового потока проведение измерения потока на сухой основе невозможно в пределах разумных затрат, поэтому показания объемной доли в анализаторах на влажной и сухой основе будут одинаковыми и оба типа могут использоваться для расчетов по вариантам A и D.

Участники проекта обязаны указать выбранный вариант в проектно-технической документации. Величину F_i,t определяют согласно алгоритму и указаниям, описанным ниже для каждого варианта.

Абсолютная влажность является параметром, используемым в вариантах B и E. Ее можно определить, измерив влажность (вариант 1) или приняв газовый поток за сухой или насыщенный в упрощенном консервативном подходе (вариант 2). Участники проекта должны указать выбранный вариант в проектно-технической документации.

Этот вариант представляет собой процедуру определения абсолютной влажности газового потока по измерениям влажности газа согласно уравнению (1). Абсолютную влажность газового потока в интервале времени t на сухую массу m_{абс сух.t}, кг H₂O/кг сухого газа, рассчитывают по уравнению

где - влажность газового потока в интервале времени t на сухую массу при нормальных условиях, мг H₂O/м³ сухого газа;

- плотность газового потока за интервал времени t на сухую массу при нормальных условиях, мг H₂O/м³ сухого газа.

Плотность газового потока за интервал времени t на сухую массу при нормальных условиях , мг H₂O/м³ сухого газа, рассчитывают по уравнению

где P_н.у. - абсолютное давление при нормальных условиях, Па;

T_н.у. - температура при нормальных условиях, К;

MM_t,сух. - молярная масса газового потока за интервал времени t на сухую массу, кг сухого газа/кмоль сухого газа;

R - универсальная газовая постоянная, Па·м³/кмоль·К.

Молярную массу газового потока на сухую массу за интервал времени t MM_t,сух., кг сухого газа/кмоль сухого газа, рассчитывают по уравнению

где v_k,t,сух. - объемная доля газа k в газовом потоке за интервал времени t на сухую массу, м³ газа k/м³ сухого газа;

MM_k - молярная масса газа k, кг/кмоль;

k - все газы, кроме H₂O, содержащиеся в газовом потоке (например, N₂, CO₂, O₂, CO, H₂, CH₄, N₂O, NO, NO₂, SO₂, SF₆ и ПФУ). См. возможное упрощение ниже.

Определение молекулярной массы газового потока MM_t,сух. требует измерения объемной доли всех газов k в газовом потоке. Однако для упрощения учитывается объемная доля только тех газов k, которые являются парниковыми и учитываются при расчете сокращения выбросов в базовой методологии, а разницу до 100% можно считать чистым азотом. Данное упрощение не применимо, если в базовой методологии используется иное допущение.

Данный вариант предусматривает простой и консервативный подход к определению абсолютной влажности за счет допущения, что газовый поток является сухим или насыщенным в зависимости от того, какой из данных вариантов считается более консервативным <1>.

--------------------------------

<1> Допущение, что газовый поток насыщен, является консервативным для ситуации, когда массовый расход парникового газа i недооценивается, занижается (применимо для расчета выбросов базовой линии). И наоборот, предположение, что газовый поток сухой, является консервативным для ситуации, когда парниковый газ i переоценивается, завышается (применимо для расчета проектных выбросов).

Если консервативно считать, что газовый поток сухой, то принимается равным нулю. Если консервативно считать, что газовый поток насыщен, то принимается равным абсолютной влажности насыщения и вычисляется по формуле

где - абсолютная влажность насыщения за интервал времени t на сухую массу, кг H₂O/кг сухого газа;

- давление насыщения H₂O при температуре T_t в интервале времени t, Па;

T_t - температура газового потока в интервале времени t, К;

P_t - абсолютное давление газового потока в интервале времени t, Па;

- молярная масса H₂O, кг H₂O/кмоль H₂O;

MM_t,сух. - молярная масса газового потока за интервал времени t на сухую массу, кг сухого газа/кмоль сухого газа.

Параметр MM_t,сух. оценивается с использованием формулы (3).

3.1.2.1 Вариант A

Измерение расхода на сухую массу невозможно для влажного газового потока. Поэтому чтобы использовать этот вариант, необходимо доказать, что газовый поток является сухим. Для этого есть два способа:

а) измерить влажность газового потока и продемонстрировать, что ее значение меньше или равно 0,05 кг H₂O/м³ сухого газа;

б) продемонстрировать, что температура газового потока T_t ниже 60 °C (333,15 К) в точке измерения расхода.

Если невозможно доказать, что газовый поток сухой, то следует принять, что измерение расхода производится на рабочую (влажную) массу, и применять соответствующий вариант из таблицы 2.

Массовый расход парникового газа i F_i,t рассчитывается по уравнению

При этом

где F_i,t - массовый расход парникового газа i в газовом потоке за интервал времени t, кг газа/ч;

V_t,сух. - объемный расход за интервал времени t на сухую массу, м³ сухого газа/ч;

v_i,t,сух. - объемная доля парникового газа i в газовом потоке за интервал времени t на сухую массу, м³ газа i/м³ сухого газа;

- плотность парникового газа i в газовом потоке в интервале времени t, кг газа i/м³ газа i;

P_t - абсолютное давление газового потока в интервале времени t, Па;

MM_i - молярная масса парникового газа i, кг/кмоль;

R - универсальная газовая постоянная, Па·м³/кмоль·К;

T_t - температура газового потока в интервале времени t, К.

3.1.2.2 Вариант B

Массовый расход парникового газа i F_i,t определяется с помощью формул (5) и (6). Объемный расход газового потока за интервал времени t на сухую массу V_t,сух., м³ сухого газа/ч, определяется путем приведения измеренного объемного расхода на влажную массу к сухой массе по формуле

где V_t,влаж. - объемный расход газового потока за интервал времени t на рабочую массу, м³ влажного газа/ч;

- объемная доля H₂O в газовом потоке за интервал времени t на сухой основе, м³ H₂O/м³ сухого газа.

Объемная доля H₂O в газовом потоке за интервал времени t на сухую массу , м³ H₂O/м³ сухого газа, рассчитывается по формуле

где - абсолютная влажность газового потока за интервал времени t на сухую массу, кг H₂O/кг сухого газа;

MM_t,сух. - молярная масса газового потока за интервал времени t на сухой основе, кг сухого газа/кмоль сухого газа;

- молярная масса H₂O, кг H₂O/кмоль H₂O.

Абсолютная влажность газового потока определяется с помощью вариантов 1 или 2, описанных в 3.1, а молярная масса газового потока MM_t,сух. определяется с использованием формулы (3).

3.1.2.3 Вариант C

Массовый расход парникового газа i в газовом потоке за интервал времени t F_i,t, кг газа/ч, рассчитывается по формуле

При этом

где V_{t,влаж., н.у.} - объемный расход газового потока за интервал времени t на рабочую массу при нормальных условиях, м³ влажного газа/ч;

v_{i,t,влаж.} - объемная доля парникового газа i в газовом потоке за интервал времени t на рабочую массу, м³ газа i/м³ влажного газа;

- плотность парникового газа i в газовом потоке при нормальных условиях, кг газа i/м³ влажного газа i;

P_н.у. - абсолютное давление при нормальных условиях, Па;

T_н.у. - температура при нормальных условиях, К;

MM_i - молярная масса парникового газа i, кг/кмоль;

R - универсальная газовая постоянная, Па·м³/кмоль·К.

Для приведения расчета объемного расхода газового потока при фактических температуре и давлении к нормальным условиям следует использовать формулу (11). Объемный расход газового потока за интервал времени t на рабочую массу при нормальных условиях V_{t,влаж.н.у}, м³ влажного газа/ч, рассчитывается по формуле

где V_t,влаж. - объемный расход газового потока за интервал времени t на рабочую массу, м³ влажного газа/ч;

P_t - давление газового потока в интервале времени t, Па;

T_t - температура газового потока в интервале времени t, К;

P_н.у. - абсолютное давление при нормальных условиях, Па;

T_н.у. - температура при нормальных условиях, К.

3.1.2.4 Вариант D

Измерение расхода на сухую массу невозможно для влажного газового потока. Поэтому чтобы использовать данный вариант, необходимо доказать, что газовый поток является сухим. Для этого есть два способа:

а) измерить влажность газового потока и продемонстрировать, что ее значение меньше или равно 0,05 кг H₂O/м³ сухого газа;

б) продемонстрировать, что температура газового потока T_t ниже 60 °C (333,15 К) в точке измерения расхода.

Если невозможно доказать, что газовый поток сухой, то следует принять, что измерение расхода производится на рабочую массу, и использовать соответствующий вариант из таблицы 2.

Массовый расход парникового газа i F_i,t определяется с помощью формул (5) и (6). Объемный расход газового потока за интервал времени t на сухую массу V_t,сух., м³ сухого газа/ч, определяется путем приведения массового расхода к объемному расходу по формуле

где M_t,сух. - массовый расход за интервал времени t на сухую массу, кг/ч;

- плотность газового потока в интервале времени t на сухую массу, кг сухого газа/м³ сухого газа.

Плотность газового потока в интервале времени t на сухую массу , кг сухого газа/м³ сухого газа, рассчитывается по формуле

где MM_t,сух. - молярная масса газового потока в интервале времени t на сухую массу, кг сухого газа/кмоль сухого газа;

P_t - давление газового потока в интервале времени t, Па;

T_t - температура газового потока в интервале времени t, К.

Молярная масса газового потока MM_t,сух. определяется согласно формуле (3).

3.1.2.5 Вариант E

Массовый расход парникового газа i F_i,t определяется с помощью формул (5) и (6). Объемный расход газового потока за интервал времени t на сухую массу V_t,сух. определяется в два шага. Сначала газовый поток в массовых единицах за интервал времени t на влажной основе M_t,влаж. приводится к сухой основе по формуле

где M_t,сух. - массовый расход газового потока за интервал времени t на сухую массу, кг/ч;

M_t,влаж. - массовый расход газового потока за интервал времени t на рабочую массу, кг/ч;

- абсолютная влажность H₂O газового потока в интервале времени t на сухую массу, кг H₂O/кг сухого газа.

Затем массовый расход газового потока за интервал времени t на сухую массу M_t,сух. переводится в объемный расход газового потока за интервал времени t на сухую массу V_t,сух. с использованием формулы (12).

Абсолютная влажность газового потока определяется с использованием вариантов 1 или 2, описанных в 3.1.

3.1.2.6 Вариант F

Массовый поток парникового газа i F_i,t определяется с помощью формул (9), (10) и следующих уравнений:

где V_t,влаж. - объемный расход газового потока за интервал времени t на рабочую массу, м³ влажного газа/ч;

M_t,влаж. - массовый расход газового потока за интервал времени t на рабочую массу, кг/ч;

- плотность газового потока в интервале времени t на рабочую массу при нормальных условиях, мг H₂O/м³ влажного газа;

MM_t,влаж. - молярная масса газового потока в интервале времени t на рабочую массу, кг влажного газа/кмоль влажного газа;

P_н.у. - абсолютное давление при нормальных условиях, Па;

T_н.у. - температура при нормальных условиях, К;

R - универсальная газовая постоянная, Па·м³/кмоль·К.

Молярную массу газового потока в интервале времени t на рабочую массу MM_t,влаж., кг влажного газа/кмоль влажного газа, рассчитывают по формуле

где v_{k,t,влаж.} - объемная доля газа k в газовом потоке в интервале времени t на рабочую массу, м³ газа k/м³ влажного газа;

MM_k - молярная масса газа k, кг/кмоль;

k - все газы, содержащиеся в газовом потоке (например, N₂, CO₂, O₂, CO, H₂, CH₄, N₂O, NO, NO₂, SO₂, SF₆, ПФУ и H₂O в газообразной фазе). См. возможное упрощение ниже.

Определение молекулярной массы газового потока MM_t,влаж. требует измерения объемной доли всех газов k в газовом потоке. Однако для упрощения считается объемная доля только тех газов k, которые являются парниковыми и учитываются при расчете сокращения выбросов в базовой методологии, а разница до 100% может считаться чистым азотом. Данное упрощение не применяется, если в базовой методологии используется иное допущение.

Все контролируемые данные должны быть связаны во времени, т.е. расчеты должны производиться только с учетом набора данных, полученных за один и тот же интервал времени. Описание данных и параметров, подлежащих мониторингу, приведено в таблицах 9 - 21. Как отмечалось выше, участники проекта могут использовать часовой или меньший дискретный интервал времени (рекомендуется использовать минимальный технически достижимый интервал времени). Кроме того, в приложении А приведены дополнительные указания по мониторингу массового расхода метана в биогазе.

Настоящее приложение применимо к проектам для определения массового расхода метана в биогазе, получаемом при переработке отходов, и свалочном газе.

Если в ходе определения массового расхода метана обнаруживаются недостающие данные, пробелы могут быть восполнены консервативными наборами данных (см. ниже) за определенные периоды. Однако замена данных должна применяться либо к концентрации метана, либо объемного расхода биогаза, но не к обоим показателям одновременно. Если в течение определенного интервала времени отсутствуют данные для обоих показателей, в течение этого интервала замена данных не допускается.

Замена, описанная в таблице А.1 ниже, может производиться лишь при соблюдении следующих условий:

а) для показателя концентрации метана расход биогаза в период отсутствия данных должен соответствовать нормальному режиму работы (т.е. средний расход в период отсутствия данных не должен отклоняться от среднего расхода за период замены данных <1> более чем на +/- 20%);

--------------------------------

<1> Интервал замены данных определяется в соответствии с процедурой замены данных, приведенной в таблице А.1.

б) для показателя расхода биогаза концентрация метана в течение интервала отсутствия данных должна соответствовать значениям концентрации метана при нормальном режиме работы (т.е. средняя концентрация метана в период отсутствия данных не должна отклоняться от средней концентрации метана в период замены данных более чем на +/- 20%);

в) участники проекта должны продемонстрировать, что метан утилизируется в течение интервала отсутствия данных. Если значения подтверждающих показателей не соответствуют ни одному из этих требований, замена данных не допускается.

Если улавливаемый биогаз (например, свалочный газ) используется для нескольких целей (например, сжигание на факелах или выработка энергии) все устройства для утилизации метана проверены на работоспособность (например, с помощью датчиков пламени, выработки энергии), то для учета расхода в нескольких устройствах утилизации можно использовать один расходомер. В качестве эффективности утилизации для всех устройств утилизации, контролируемых данным расходомером, используется эффективность наименее эффективного из устройств утилизации.

Если в течение каких-либо периодов одно или несколько устройств утилизации не работают, сокращение выбросов в результате утилизации метана за эти периоды может быть заявлено при условии, что проверка подтверждает выполнение всех указанных ниже условий. В этом случае в качестве эффективности утилизации для всех устройств утилизации, контролируемых данным расходомером, используется эффективность наименее эффективного из устройств утилизации.

а) Все устройства утилизации должны быть оснащены клапанами на входном газопроводе, которые автоматически закрываются (например, нормально закрытые клапаны), если устройство становится неработоспособным (т.е. не требуется ручное вмешательство), либо сконструированы таким образом, чтобы физически невозможно пропустить газ в атмосферу в периоды неработоспособности устройства.

б) В течение любого периода, когда одно или несколько устройств утилизации в рамках данной схемы не работают, должно быть продемонстрировано, что остальные работающие устройства способны утилизировать фактический поток газа, зарегистрированный в течение этого периода. Для устройств, не являющихся факельными установками, должно быть показано, что выходной сигнал соответствует потоку газа (например, по массовому и/или энергетическому балансу).

Измерение содержания метана должно проводиться в точке непосредственно после расходомера с соблюдением требований по установке расходомера.

Содержание метана в свалочном газе можно контролировать путем отбора проб при соблюдении следующих условий:

а) для отбора проб используется ГОСТ 31370 <1> с отбором не менее двух проб в неделю;

--------------------------------

<1> ГОСТ 31370-2008 (ИСО 10715:1997) "Газ природный. Руководство по отбору проб".

б) должны соблюдаться национальные (например, ГОСТ Р 59417 <2>) или международные методики измерения содержания метана в биогазе путем полунепрерывного анализа; в противном случае показания газоанализатора могут сниматься только тогда, когда содержание метана стабильно в течение не менее 3 мин. Анализ прибором Орса не пригоден;

--------------------------------

<2> ГОСТ Р 59417-2021 "Биологическая безопасность. Определение биогазового потенциала полигонов твердых коммунальных отходов с откачкой биогаза из вертикальных скважин и утилизацией на факельной установке. Общие технические условия".

в) расход биогаза контролируется непрерывно. Содержание метана, измеренное путем отбора проб за данный период, может быть использовано непосредственно только в том случае, если средний расход в течение ближайшей недели колеблется не более чем на +/- 20% по сравнению со средним значением за период, в течение которого содержание метана измеряется путем отбора проб. В противном случае к измеренному содержанию метана должна быть применена консервативная корректировка, т.е. используется наблюдаемое отклонение в качестве коэффициента дисконтирования.

В таблице Б.1 приведены численные значения, принятые по [2].