ISO 20676:2018
(Main)Natural gas — Upstream area — Determination of hydrogen sulfide content by laser absorption spectroscopy
Natural gas — Upstream area — Determination of hydrogen sulfide content by laser absorption spectroscopy
This document specifies a method for the determination of hydrogen sulfide content in working field natural gas of upstream area by laser absorption spectroscopy. The analytical range expressed as mole fraction is 10 × 10−6 to 20 %. The analytical range can be expanded to higher content with specific instrument requirements.
Gaz naturel — Zone amont — Détermination de la teneur en sulfure d'hydrogène par spectroscopie par absorption laser
Le présent document spécifie une méthode de détermination de la teneur en sulfure d'hydrogène dans le domaine de la production de gaz naturel par spectroscopie à absorption laser. La plage analytique est de 10 × 10−6 à 20 %. Cette plage analytique peut être étendue à une teneur plus élevées avec des exigences spécifiques sur l'instrument.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20676
First edition
2018-10
Natural gas — Upstream area
— Determination of hydrogen
sulfide content by laser absorption
spectroscopy
Gaz naturel — Zone amont — Détermination de la teneur en sulfure
d'hydrogène par spectroscopie par absorption laser
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 1
4.1 Working principle of the hydrogen sulfide laser absorption analyser . 1
4.2 Calculation formulae . 2
5 Measurement device . 3
5.1 Laser hydrogen sulfide analyser . 3
5.1.1 Laser analyser . 3
5.1.2 Laser generator . 3
5.2 Gas pressure regulator . 3
5.3 Flow rate meter . 3
5.4 Hydrogen sulfide absorber . 3
6 Reagents and material . 3
6.1 Calibration gas . 3
6.2 Methane . 3
6.3 Absorb solution of hydrogen sulfide . 3
7 Measurement . 4
7.1 Preparation . 4
7.2 Calibration of analyser . 4
7.2.1 Calibration frequency . 4
7.2.2 Calibration procedure . 4
7.2.3 Calibration method . 4
7.3 Sampling . 5
7.4 Measurement of hydrogen sulfide in natural gas sample . 5
7.5 Data processing . 5
8 Repeatability . 5
9 Uncertainty evaluation . 5
9.1 Principle . 5
9.2 Uncertainty of A . 6
s
9.3 Uncertainty of A . 6
ref
9.4 Uncertainty of C . 6
ref
9.5 Uncertainty of result . 6
Annex A (informative) Example of statistical procedure for estimation of the repeatability .7
Bibliography .16
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 193, Natural gas, Subcommittee SC 3,
Upstream area.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
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Introduction
Four methods for determination of sulfur compounds in natural gas already exist as International
Standards:
— ISO 6326-3, Natural gas — Determination of sulfur compounds — Part 3: Determination of hydrogen
sulfide, mercaptan sulfur and carbonyl sulfide sulfur by potentiometry;
— ISO 6326-5, Natural gas — Determination of sulfur compounds — Part 5: Lingener combustion method;
— ISO 16960, Natural gas — Determination of sulfur compounds — Determination of total sulfur by
oxidative microcoulometry method;
— ISO 19739, Natural gas — Determination of sulfur compounds using gas chromatography;
— ISO 20729, Natural gas — Determination of sulfur compounds — Determination of total sulfur content
by ultraviolet fluorescence method.
Laser absorption spectroscopy is a more efficient method compared with chemical titration because it
is an optical and instrumental method. It offers a more convenient and more stable means to analyse
H S in upstream area natural gas.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20676:2018(E)
Natural gas — Upstream area — Determination of
hydrogen sulfide content by laser absorption spectroscopy
WARNING — The use of this document can involve hazardous materials, operations and
equipments. This document does not aim to address all of the safety problems associated with
its use. It is the responsibility of the user of this document to establish appropriate safety and
health practices and to determine the applicability of any other restrictions prior to use.
1 Scope
This document specifies a method for the determination of hydrogen sulfide content in working field
natural gas of upstream area by laser absorption spectroscopy. The analytical range expressed as mole
−6
fraction is 10 × 10 to 20 %. The analytical range can be expanded to higher content with specific
instrument requirements.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 10715, Natural gas — Sampling guidelines
ISO 11095, Linear calibration using reference materials
3 Terms and definitions
No terms and definitions are listed in this document.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
4 Principle
4.1 Working principle of the hydrogen sulfide laser absorption analyser
The sketch of the measuring principle is shown in Figure 1. Semiconductor laser generator generates
a laser beam, the laser beam goes through the sample. Then, the laser beam is detected by the
photoelectric sensor. The energy of the laser beam is attenuated because of the absorption by the
testing sample. The absorbance obeys the Lambert-Beer law.
Key
1 analytical unit
2 laser generator
3 mirror
4 gas chamber
5 lens
6 sensor
a
Gas input.
b
Gas output.
Figure 1 — Working principle of the hydrogen sulfide laser absorption analyser
4.2 Calculation formulae
If the analytical signal is absorbance, the content of hydrogen sulfide is calculated by Formula (1):
A
s
C = C (1)
s ref
A
ref
where
C is the content of hydrogen sulfide in the natural gas sample;
s
A is the absorbance of hydrogen sulfide in the natural gas sample;
s
C is the content of hydrogen sulfide in the calibration gas;
ref
A is the absorbance of hydrogen sulfide in the calibration gas.
ref
NOTE The reference conditions are preferably 20 °C, 101,325 kPa.
2 © ISO 2018 – All rights reserved
5 Measurement device
5.1 Laser hydrogen sulfide analyser
5.1.1 Laser analyser
The type of laser hydrogen sulfide analyser is selected according to the content of hydrogen sulfide in
natural gas. The signal/noise ratio should be higher than 2:1 over the whole analytical range. The light
transmission should be higher than 10 % before introducing any sample.
5.1.2 Laser generator
The laser generator should be warmed up according to the operating instructions of the analyser before
its first application and also after each switching on. If the operating instructions do not state warming-
up period, the laser generator should be warmed up for at least 48 h before its first application and 1 h
after the analyser is turned on.
5.2 Gas pressure regulator
The gas pressure regulator should have a minimum interior volume. It shall be made of stainless steel
or shall be deactivated; it should show no effect on the analytical result of hydrogen sulfide content.
5.3 Flow rate meter
The sample flow rate through the analyser should be set in accordance with the operating instructions
of the analyser.
5.4 Hydrogen sulfide absorber
Beakerflask, flask etc. filled with basic solution can be used as hydrogen sulfide absorber in order to
eliminate hydrogen sulfide from the measured natural gas sample.
6 Reagents and material
6.1 Calibration gas
The hydrogen sulfide calibration gas should be certified with proper content to cover the analytical
range of the instrument. The balance gas of the calibration gas should be methane.
6.2 Methane
The purity of methane should be higher than 999 mmol/mol. The H S impurity mole fraction shall not
be more than 0,1 μmol/mol. Methane is used as zero point gas and sweeping gas.
6.3 Absorb solution of hydrogen sulfide
Technical pure sodium hydroxide is used to prepare a 10 % (mass fraction) solution as absorber of
sulfur contained in the natural gas sample. Other types of hydrogen sulfur absorbing compounds can
also be used to prepare this solution.
7 Measurement
7.1 Preparation
The calibration gas or the sulfur-containing natural gas sample is connected with the analyser
according to Figure 2.
Figure 2 — Analytical procedure of the measurement/calibration
7.2 Calibration of analyser
7.2.1 Calibration frequency
The laser hydrogen sulfide analyser should be properly calibrated. The hydrogen sulfide analyser
should be recalibrated according to the needs of the user (at least annually).
7.2.2 Calibration procedure
Before the laser hydrogen sulfide analyser is used to carry out the analysis, the calibration gas specified
in 6.1 is used to perform the calibration.
Connect the calibration gas with the analyser according to Figure 2. Adjust the input pressure to
0,2 MPa to 0,4 MPa by the gas pressure regulator. Keep a constant and stable flow rate. The change of
the flow rate should be less than 10 %. Sweep the analyser with the gas flow for at least 2 min.
After the sulfur-containing calibration gas is used, it should go through the absorption solution before
it is vented.
7.2.3 Cal
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 20676
Première édition
2018-10
Gaz naturel — Zone amont —
Détermination de la teneur en sulfure
d'hydrogène par spectroscopie par
absorption laser
Natural gas — Upstream area — Determination of hydrogen sulfide
content by laser absorption spectroscopy
Numéro de référence
©
ISO 2018
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 1
4.1 Principe de fonctionnement de l’analyseur de sulfure d’hydrogène par absorption laser . 1
4.2 Formules de calcul . 2
5 Dispositif de mesure . 3
5.1 Analyseur de sulfure d’hydrogène par laser . 3
5.1.1 Analyseur laser . 3
5.1.2 Générateur laser . 3
5.2 Régulateur de pression de gaz . 3
5.3 Débitmètre . 3
5.4 Absorbeur de sulfure d'hydrogène . 3
6 Réactifs et matériau . 3
6.1 Gaz d’étalonnage . 3
6.2 Méthane . 3
6.3 Solution absorbante de sulfure d'hydrogène . 3
7 Mesurage. 4
7.1 Préparation . 4
7.2 Étalonnage de l’analyseur . 4
7.2.1 Fréquence d’étalonnage. 4
7.2.2 Mode opératoire d'étalonnage . 4
7.2.3 Méthode d’étalonnage . 4
7.3 Échantillonnage . 5
7.4 Mesurage de sulfure d’hydrogène dans un échantillon de gaz naturel . 5
7.5 Traitement des données . 5
8 Répétabilité . 5
9 Évaluation de l'incertitude . 5
9.1 Principe . 5
9.2 Incertitude de A .
s 6
9.3 Incertitude de A .
réf 6
9.4 Incertitude de C .
réf 6
9.5 Incertitude du résultat . 6
Annexe A (informative) Exemple de la procédure statistique de l’évaluation de répétabilité .7
Bibliographie .16
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comité SC 3,
Zone amont.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
Introduction
Quatre méthodes pour la détermination de la teneur en soufre total dans le gaz naturel existent déjà
comme Normes internationales:
— ISO 6326-3, Gaz naturel — Détermination des composés soufrés — Partie 3: Détermination du sulfure
d'hydrogène, des thiols et du sulfure de carbonyle par potentiométrie;
— ISO 6326-5, Gaz naturel — Détermination des composés soufrés — Partie 5: Méthode de combustion
Lingener;
— ISO 16960, Gaz naturel — Détermination des composés soufrés — Détermination de la teneur en soufre
total par microcoulométrie oxydante;
— ISO 19739, Gaz naturel — Détermination des composés soufrés par chromatographie en phase gazeuse;
— ISO 20729, Gaz naturel — Détermination des composés soufrés — Détermination de la teneur en soufre
total par la méthode par fluorescence UV.
La spectroscopie par absorption laser est une méthode plus efficace que le titrage chimique car il s'agit
d'une méthode optique et instrumentale. Elle offre un moyen plus pratique et plus stable d'analyser le
H S dans le gaz naturel en amont.
NORME INTERNATIONALE ISO 20676:2018(F)
Gaz naturel — Zone amont — Détermination de la teneur en
sulfure d'hydrogène par spectroscopie par absorption laser
AVERTISSEMENT — L'utilisation du présent document peut impliquer des matériaux, des
opérations et des équipements dangereux. Le présent document ne vise pas à résoudre tous
les problèmes de sécurité liés à son utilisation. Il incombe à l'utilisateur du présent document
d'établir des pratiques de sécurité et de santé appropriées et de déterminer l'applicabilité de
toute autre restriction avant utilisation.
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie une méthode de détermination de la teneur en sulfure d’hydrogène dans
le domaine de la production de gaz naturel par spectroscopie à absorption laser. La plage analytique
−6
est de 10 × 10 à 20 %. Cette plage analytique peut être étendue à une teneur plus élevées avec des
exigences spécifiques sur l’instrument.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 10715, Gaz naturel — Lignes directrices pour l'échantillonnage
ISO 11095, Étalonnage linéaire utilisant des matériaux de référence
3 Termes et définitions
Aucun terme n’est défini dans le présent document.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
4 Principe
4.1 Principe de fonctionnement de l’analyseur de sulfure d’hydrogène par
absorption laser
Le schéma du principe de mesure est donné à la Figure 1. Un générateur laser à semi-conducteur
émet un faisceau laser qui traverse à travers l’échantillon. Le laser est ensuite détecté par le capteur
photoélectrique. L’énergie du faisceau laser détecté est atténuée par absorption quand il traverse
l’échantillon d’essai. Cette absorbance est régie par la loi de Beer-Lambert.
Légende
1 groupe analytique
2 générateur laser
3 miroir
4 enceinte à gaz
5 lentille
6 capteur
a
Entrée de gaz.
b
Sortie de gaz.
Figure 1 — Principe d’essai de l’analyseur de sulfure d’hydrogène par absorption laser
4.2 Formules de calcul
Si le signal analytique est l’absorbance, la teneur en sulfure d’hydrogène est calculée d’après la
Formule (1):
A
s
C = C (1)
s ref
A
ref
où
C est la teneur en sulfure d’hydrogène dans un échantillon de gaz naturel;
s
A est l’absorbance du sulfure d’hydrogène dans un échantillon de gaz naturel;
s
C est la teneur en sulfure d’hydrogène dans un gaz d’étalonnage;
ref
A est l’absorbance du sulfure d’hydrogène dans un gaz d’étalonnage.
ref
NOTE 20 °C, 101,325 kPa sont les conditions de référence les plus adaptées dans ce cas.
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
5 Dispositif de mesure
5.1 Analyseur de sulfure d’hydrogène par laser
5.1.1 Analyseur laser
Un type différent d’analyseur de sulfure d’hydrogène par laser est sélectionné en fonction de la teneur
différente de sulfure d’hydrogène dans du gaz naturel. Il convient que le rapport signal/bruit soit
supérieur à 2:1 sur toute la plage analytique. Il convient que la lumière transmise soit supérieure à 10 %
avant l’essai.
5.1.2 Générateur laser
Il convient que le générateur laser soit allumé pour le réchauffer conformément aux instructions de
fonctionnement de l’analyseur avant sa première utilisation et après chaque mise sous tension. Si les
instructions de fonctionnement ne précisent pas de période d’allumage, il convient que le générateur
soit allumé pendant au moins 48 h avant sa première mise en œuvre.et pendant 1 h après chaque mise
sous tension de l'analyseur.
5.2 Régulateur de pression de gaz
Il convient que le régulateur de pression de gaz ait un volume intérieur minimal. Il doit être fabriqué en
acier inoxydable ou doit été désactivé; il ne présente aucun effet sur le résultat analytique du sulfure
d’hydrogène.
5.3 Débitmètre
Il convient qu’un débit d’échantillonnage passant par l’analyseur soit défini conformément aux
instructions de fonctionnement de l’analyseur.
5.4 Absorbeur de sulfure d'hydrogène
Un bécher, une fiole, etc. rempli de solution basique peut être utilisé comme absorbeur de sulfure
d'hydrogène afin d’éliminer le sulfure d'hydrogène de l’échantillon de gaz naturel mesuré.
6 Réactifs et matériau
6.1 Gaz d’étalonnage
Le gaz d’étalonnage du sulfure d'hydrogène doit être certifié et en quantité suffisante pour couvrir la
plage analytique de l’instrument. Le méthane est utilisé comme gaz vecteur lors de l’étalonnage.
6.2 Méthane
Il convient que la pureté du méthane soit supérieure à 999 mmol/mol. La fraction molaire de l'impureté
H S ne doit pas dépasser 0,1 μmol/mol. Le méthane est utilisé comme gaz de point zéro et gaz de
balayage.
6.3 Solution absorbante de sulfure d'hydrogène
De l’hydroxyde de sodium pur de qualité technique est utilisé pour préparer la solution à 10 % (fraction
massique) qui sera utilisée comme absorbeur de souffre contenu dans l'échantillon de gaz naturel
contenant du soufre. D’autres d’absorbeurs de sulfure d'hydrogène peuvent également être utilisés
pour préparer cette solution.
7 Mesurage
7.1 Préparation
Le gaz d’étalonnage ou l'échantillon de gaz naturel contenant du soufre est connecté à l’analyseur
suivant la Figure 2.
Figure 2 — Procédure analytique de mesure/d’étalonnage
7.2 Étalonnage de l’analyseur
7.2.1 Fréquence d’étalonnage
Il convient que l’analyseur de sulfure d’hydrogène par laser soit étalonné correctement. Il convient que
l’analyseur de sulfure d’hydrogène soit réétalonné selon les besoins de l’utilisateur (au moins une fois
par an).
7.2.2 Mode opératoire d'étalonnage
Avant que l’analyseur de sulfure d’hydrogène par laser ne soit employé pour effectuer l’analyse, le gaz
d’étalonnage spécifié en 5.1 est utilisé pour l’étalonnage.
Connecter le gaz d’étalonnage à l’analyseur suivant la Figure 2. Ajuster la pression d’entrée de 0,2 MPa à
0,4 MPa à l’aide du régulateur de pression de gaz. Maintenir un débit constant et stable. Il convient que
le changement de débit soit inférieur à 10 %. Balayer l’analyseur avec un écoulement gazeux pendant au
moins 2 min.
Aprè
...
Questions, Comments and Discussion
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