ISO 3977-4:2002

NORME ISO
INTERNATIONALE 3977-4
Première édition
2002-06-01
Turbines à gaz — Spécifications pour
l'acquisition —
Partie 4:
Carburants et environnement
Gas turbines — Procurement —
Part 4: Fuels and environment
Numéro de référence
©
ISO 2002
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d’application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions.2
4 Symboles (et termes abrégés) .4
5 Exigences pour les acheteurs et les ensembliers concernant les carburants .4
5.1 Généralités .4
5.2 Obligations de l'acheteur.4
5.3 Obligations de l’ensemblier.4
5.4 Combustibles gazeux.5
5.5 Combustibles liquides .7
6 Exigences liées à l’environnement.11
6.1 Généralités .11
6.2 Émissions de bruit.11
6.3 Émissions de gaz d’échappement.12
Annexe A (informative) Calcul de l’indice de Wobbe .18
Bibliographie.19

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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 3977 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.
L'ISO 3977-4 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 192, Turbines à gaz.
L'ISO 3977 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Turbines à gaz — Spécifications pour
l'acquisition:
 Partie 1: Introduction générale et définitions
 Partie 2: Conditions normales de référence et caractéristiques
 Partie 3: Exigences de conception
 Partie 4: Carburants et environnement
 Partie 5: Applications pour les industries du pétrole et du gaz naturel
 Partie 6: Cycles combinés
 Partie 7: Informations techniques
 Partie 8: Inspection, essais, installations et mise en service
 Partie 9: Fiabilité, disponibilité, maintenance et sécurité
L’annexe A de la présente partie de l’ISO 3977 est donnée uniquement à titre d’information.

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Introduction
La présente partie de l'ISO 3977 a été développée pour satisfaire à la nécessité de conformité eu égard à
l'utilisation des installations à turbines à gaz. Les turbines à gaz sont de plus en plus fabriquées et installées. Ainsi,
il y a un intérêt mondial relatif aux questions liées à l'environnement, aussi bien à l'échelon régional que mondial.
La présente partie traite des questions relatives aux combustibles utilisés pour le fonctionnement de telles
installations et des émissions qui se produisent lors de leur fonctionnement. Elle spécifie les exigences qu'il
convient que toutes les parties concernées déterminent à l'avance pour permettre de réussir l'installation, afin de
réduire les délais et de rentabiliser le fonctionnement, avec un minimum d'influences sur l'environnement.
NORME INTERNATIONALE ISO 3977-4:2002(F)

Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition —
Partie 4:
Carburants et environnement
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 3977 indique les lignes directrices pour les spécifications pour l’acquisition des turbines
à gaz en prenant en compte la qualité du carburant et la répercussion sur l'environnement. Des lignes directrices
sont données à l'ensemblier et à l'acheteur sur quelles informations, il convient de spécifier au sujet du carburant à
utiliser pour la turbine à gaz, ainsi qu'au sujet du type d'informations nécessaires pour quantifier l'impact prévu sur
l'environnement. La présente partie de l'ISO 3977 ne traite pas des spécifications de carburant qui y sont
référencées.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 3977. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 3977 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 3977-1:1997, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 1: Introduction générale et
définitions
ISO 3977-3:2002, Turbines à gaz — Spécifications pour l'acquisition — Partie 3: Exigences de conception
ISO 4261:1993, Produits pétroliers — Combustibles (classe F) — Spécifications des combustibles pour turbines à
gaz en service dans l'industrie et la marine
ISO 6190:1988, Acoustique — Mesurage des niveaux de pression acoustique dus aux installations à turbine à gaz
pour l'évaluation du bruit dans l'environnement — Méthode de contrôle
ISO 10494:1993, Turbines à gaz et groupes de turbines à gaz — Mesurage du bruit aérien émis — Méthode
d'expertise/de contrôle
ISO 11042-1:1996, Turbines à gaz — Émissions de gaz d'échappement — Partie 1: Mesurage et évaluation
ISO 11042-2:1996, Turbines à gaz — Émissions de gaz d'échappement — Partie 2 : Surveillance automatisée des
émissions
ISO 11086:1996, Turbines à gaz — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 3977, les termes et définitions donnés dans l’ISO 3977-1,
l’ISO 3977-3 et l’ISO 11086 ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
masse volumique
ρ
P
ref
ρ =
RT⋅
ref
où la température de référence est typiquement choisie égale à 15 °C et la pression de référence à 101,325 kPa
3.2
cycle combiné à gazéification intégrée
IGCC
procédé dans lequel un carburant de faible qualité est gazéifié pour produire un carburant de haute qualité qui
satisfait aux spécifications de carburant pour une turbine à gaz
3.3
azote contenu dans le carburant
FBN
quantité d'azote contenue dans le carburant qui contribue à la formation de NON
x
NOTE Ne comprend pas l'azote gazeux N .
3.4
énergie nette spécifique
NSE
quantité de chaleur dégagée par la combustion, l'eau générée étant en phase vapeur
NOTE Également connue sous le nom de pouvoir calorifique inférieur. Voir aussi l'ISO 2314, l'ISO 6976 et l'ISO 4261.
3.5
gravité spécifique
densité relative
〈carburants gazeux〉 rapport de la masse volumique d’un carburant gazeux à la masse volumique de l’air
ρ
fuel
sg =
ρ
air
NOTE 1 Pour les gaz, il est nécessaire de spécifier la température et les pressions des deux gaz.
NOTE 2 Pour les carburants liquides, c’est le rapport de la masse volumique du carburant liquide à celle de l’eau. Il convient
de spécifier la température des deux fluides.
3.6
énergie spécifique
GSE
quantité de chaleur dégagée par la combustion, l’eau générée étant en phase liquide, donc comprenant la chaleur
de vaporisation
NOTE Également connue sous le nom de pouvoir calorifique supérieur.
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3.7
niveau de puissance acoustique
L
W
dix fois le logarithme décimal du rapport d’une puissance acoustique donnée à la puissance acoustique de
référence
–12
NOTE 1 La puissance acoustique de référence est 1 pW (= 10 W).
NOTE 2 Le niveau de puissance acoustique est exprimé en décibels.
NOTE 3 Basé sur l’ISO 10494.
3.8
niveau de pression acoustique
L
p
dix fois le logarithme décimal du rapport du carré de la pression acoustique au carré de la pression acoustique de
référence
–5
NOTE 1 La pression acoustique de référence est 20 µPa (= 2 × 10 Pa).
NOTE 2 Le niveau de pression acoustique est exprimé en décibels.
NOTE 3 Basé sur l’ISO 10494.
3.9
réduction catalytique sélective
SCR
système de catalyseur de postcombustion pour la réduction des émissions de NO
x
3.10
SPL, L
niveau de pression acoustique, exprimé en décibels par rapport à une référence en µPa
3.10
composés organiques volatiles
VOC
hydrocarbures, tels que le butane et le propane, qui agissent avec le NO pour former de l'ozone au niveau du sol
x
NOTE Les VOC sont parfois mesurés et reportés comme des hydrocarbures non brûlés.
3.11
indice de Wobbe
WI
quantité de chaleur d'un carburant, divisée par la racine carrée de la gravité spécifique (par rapport à l'air)
NSE
WI =
d
3.12
mètre cube normal
m (normalisé)
mètre cube de gaz, normalement sec, à 1 atmosphère (101,325 kPa) et à 0 °C

NOTE Bien que l’unité Nm soit utilisée dans l’industrie, il convient de ne pas l’utiliser dans les Normes internationales.
4 Symboles (et termes abrégés)
Les termes et symboles suivants sont utilisés dans la présente partie de l'ISO 3977.
masse volumique d'un fluide ou d'un gaz
ρ
p pression, en kPa
T température, en K ou en °C
CEM surveillance continue des émissions (abréviation anglaise du terme «continuous emissions
monitoring»)
PEM surveillance prévisionnelle des émissions (abréviation anglaise du terme «predictive emissions
monitoring»)
5 Exigences pour les acheteurs et les ensembliers concernant les carburants
5.1 Généralités
Pour la bonne utilisation et le fonctionnement correct d’une turbine à gaz, il est nécessaire d'obtenir des
informations précises sur les types de carburant et leurs spécifications. L’acheteur et l’ensemblier jouent un rôle
décisif dans ce processus.
En l’absence de Normes internationales, les normes nationales, comme montré dans l’annexe C de
l’ISO 3977-3:2002, peuvent être utilisées comme lignes directrices avec l’accord mutuel entre l’acheteur et
l’ensemblier.
5.2 Obligations de l'acheteur
L’acheteur est responsable de l’identification de tous les carburants à prendre en considération dans le projet de
turbine à gaz concerné.
L’acheteur doit fournir des données appropriées, précises et cohérentes avec le projet proposé. Pour donner un
aperçu général, l’acheteur doit connaître parfaitement les données suivantes:
a) les conditions ambiantes du site (c’est-à-dire la température, la pression, l'humidité relative et les conditions
moyennes et extrêmes de ces variables ainsi que l’altitude);
b) la classification prévue des carburants pour le projet (c’est-à-dire gaz naturel brut, gaz naturel de gazoduc, gaz
de cokerie, gaz d’enfouissement, gaz à énergie moyenne et à faible énergie de cycle combiné à gazéification
intégrée, gaz de raffinerie, etc);
c) la gamme de performances/d’étendues de la charge de la turbine à gaz (c’est-à-dire heures de
fonctionnement, durée à une charge spécifique, usage d’une puissance accrue, etc.);
d) les exigences applicables des organismes de réglementation locaux ou régionaux.
L’acheteur doit pouvoir faire état des propriétés détaillées des carburants ainsi que des niveaux détaillés des
impuretés, y compris les limites de variabilité (caractérisations chimique et physique) à l’ensemblier, pour revue.
5.3 Obligations de l’ensemblier
L’ensemblier doit définir les types de carburants et les niveaux de qualité de carburants acceptables pour
l’application de la turbine à gaz. Ceux-ci peuvent inclure les carburants liquides et gazeux; les émulsions de
carburants peuvent également être prises en considération.
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L'ensemblier peut spécifier une température unique de référence (0 °C ou 15 °C, par exemple).
5.4 Combustibles gazeux
5.4.1 Généralités
Ce paragraphe s’applique à tous les carburants à l’état gazeux à l’interface de la turbine à gaz. Dans certains cas,
le carburant fourni sur le site peut ne pas être à l’état gazeux. Si plusieurs carburants sont disponibles, ou
nécessaires, pour toute l’enveloppe opérationnelle de la turbine à gaz, des informations complètes doivent être
fournies pour chaque carburant. Sur la base des carburants supposés être utilisés pour un projet spécifique,
l’acheteur doit fournir la gamme des propriétés prévues pour chacune des exigences énumérées en 5.4.2.
L’acheteur est responsable du contrôle des propriétés chimiques et physiques ainsi que des niveaux d'impuretés,
pour le gaz de combustion fourni, afin que ces derniers soient à tout moment à l'intérieur des limites
précédemment convenues; de même qu’il est responsable de la protection de la turbine à gaz contre tout
approvisionnement en carburant ne se situant pas à l'intérieur des limites convenues, et ce, à tout moment.
5.4.2 Propriétés physiques
Les spécifications de carburant doivent être conformes aux normes nationales appropriées. L’ensemblier doit
identifier les propriétés générales du carburant appropriées à l’application de l’acheteur. Les informations requises
doivent inclure les caractéristiques chimiques normales ainsi que les propriétés normales de sécurité et de
manutention. L’acheteur doit fournir à l’ensemblier les informations suivantes:
a) la composition chimique complète du (des) gaz de combustion proposé(s);
b) l'énergie spécifique (nette et brute à la fois volumique et massique). Cela peut être déterminé de manière
analytique ou être calculé à partir de l’analyse chimique;
c) l’indice de Wobbe à la température et à la pression d’approvisionnement en carburant. Gamme d'indice de
Wobbe prévue pour les variations de carburant;
d) la présence d'impuretés/de composants tels que de la poussière, de la rouille, du goudron, des naphtalènes,
des cires, de l’eau, etc., susceptibles de problèmes potentiels de cokéfaction ou d’encrassement;
e) la présence d’hydrocarbures supérieurs, jusqu’à un indice de C14, si la turbine à gaz doit être équipée de
chambres de combustion à mélange préalable pauvre;
f) la température minimale nécessaire pour éviter la condensation aux pressions d’injection des carburants.
Les composants de carburant spécifique (ou les additifs de carburant) susceptibles d’être corrosifs ou d’induire des
émissions atmosphériques, y compris des émissions toxiques, doivent être identifiés par l’acheteur et signifiés à
l’ensemblier pour commentaire. L’ensemblier doit détailler le caractère acceptable général de ce carburant. Il doit
également analyser les données relatives aux propriétés du carburant et donner son avis quant à son caractère
approprié pour l’application de la turbine à gaz proposée. L’analyse de l’ensemblier doit constituer la base des
commentaires adressés à l’acheteur. Ce dernier doit fournir les contraintes d’émissions sur site pour chaque
carburant.
5.4.3 Propriétés physiques
Pour les carburants gazeux, l’ensemblier doit fournir les données techniques relatives aux exigences en matière de
pression et de température pour tous les carburants et tous les composants du circuit d’alimentation en carburant.
Ces exigences doivent inclure une étude de l’analyse complète des carburants pour l’application de l’acheteur. Les
informations fournies par l’ensemblier doivent comprendre:
a) les exigences de pression et de température d’alimentation (limites supérieure et inférieure);
b) le point de rosée à la pression et à la température minimale données nécessaires pour éviter toute
condensation aux pressions d’injection du carburant;
c) les exigences minimales de pression pour démarrer la turbine à gaz;
d) les exigences minimales de pression pour faire fonctionner la turbine à gaz;
e) la plage de températures admissible pour un fonctionnement continu;
f) les exigences de filtration et de séparation des liquides;
g) les liquides condensés admissibles pour l’alimentation en carburant de la turbine à gaz;
h) les implications sur la pression d’alimentation en carburant gazeux de la vitesse maximale à vide à la vitesse
maximale à pleine charge sur toute la plage de températures ambiantes atmosphériques;
i) le calcul de la plage d’indices de Wobbe du carburant de la turbine à gaz;
j) les variations admissibles de pression du carburant gazeux (à la fois à court et à long terme).
De plus, l’ensemblier doit faire état de la compatibilité du carburant avec l’équipement spécifique de combustion, tel
que les chambres de combustion à mélange préalable pauvre ou d’autres moyens de suppression des émissions
tels que l’injection d’eau ou de vapeur.
5.4.4 Traitement des carburants
Afin de satisfaire aux exigences de l’ensemblier et de l’ISO 4261 concernant les carburants, un traitement des
carburants peut se révéler nécessaire. Sur la base des propriétés physiques et chimiques du carburant, il est de la
responsabilité de l’acheteur de fournir un gaz de combustion conditionné selon les spécifications requises.
5.4.5 Émissions
Les propriétés des carburants ont une influence sur les polluants générés par la combustion. L’ensemblier est
responsable de l’identification des émissions de gaz d’échappement pour les types particuliers de carburants.
L’acheteur doit fournir une analyse détaillée des carburants (ou des échantillons de carburants) afin d’effectuer une
projection d’émission précise. Les propriétés significatives incluent:
a) une analyse chimique (carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre, chlore);
b) une analyse de composition des gaz (faisant état des concentrations inférieures aux limites de détection
à l’aide de la chromatographie en phase gazeuse);
c) le pouvoir calorifique (inférieur et supérieur);
d) la présence de gaz réactifs tels que les alkynes (par exemple l’acétylène).
Tous les essais relatifs aux propriétés des carburants doivent correspondre à des procédures normalisées telles
que celles énoncées dans les Normes internationales.
L’acheteur doit fournir les contraintes d’émission sur site pour chaque carburant proposé.
5.4.6 Démarrage et arrêt
Dans certains cas, le carburant de base peut ne pas être disponible ou acceptable pour l’allumage, le démarrage
et l’arrêt de la turbine à gaz. L’ensemblier doit spécifier la quantité et la qualité requises du carburant (liquide ou
gaz) de démarrage et d’arrêt, ainsi que ses exigences de pression et de température minimales.
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5.4.7 Sécurité et manutention
5.4.7.1 Carburants non conventionnels
Les gaz de combustion peuvent provenir de sources non conventionnelles. Les compositions de carburants
inhabituelles peuvent présenter des problèmes spécifiques de sécurité et de manutention. Certains risques sont
associés aux propriétés de combustion du carburant (tel que l’hydrogène ou l’acétylène) tandis que d’autres
risques sont associés à la toxicité. L’acheteur doit avertir l’ensemblier de la présence de composants inhabituels
dans le carburant. L’ensemblier doit étudier tous les composants du carburant concerné et doit, le cas échéant,
détailler les questions de sécurité et de manutention. Pour les équipements ne relevant pas de l’étendue de la
fourniture de l’ensemblier, il est de la responsabilité de l’acheteur d'informer les vendeurs des problèmes potentiels
de sécurité. Une liste concise des sources de carburant non conventionnelles peut se présenter de la manière
suivante:
a) les gaz de raffinerie susceptibles d’avoir une teneur élevée en hydrogène;
b) les gaz de cokerie susceptibles d’avoir une teneur élevée en monoxyde de carbone;
c) les gaz naturels bruts susceptibles d’avoir des niveaux élevés de sulfure d’hydrogène;
d) le syngaz (ou gaz synthétique) dérivé du procédé de gazéification de carburant de faible qualité, tel qu'un
cycle combiné à gazéification intégrée (IGCC);
e) les gaz d’enfouissement et les biogaz;
f) des carburants gazeux qui sont plus lourds que l'air et qui peuvent désormais être rassemblés ou regroupés
dans des aires de récupération.
Des exemples de risques fondamentaux liés aux carburants sont décrits en 5.4.7.2 et en 5.4.7.3.
5.4.7.2 Teneur en hydrogène
Du fait de ses limites importantes d’inflammabilité et de sa faible masse volumique, la présence et la concentration
d’hydrogène dans le carburant doivent être évaluées avec la plus grande attention. L’ensemblier doit fournir une
ventilation, une détection de gaz et un essai antidéflagrant appropriés. (Applicables uniquement à l’enceinte de la
turbine à gaz et aux enceintes des compartiments de gaz carburants.)
5.4.7.3 Essai antidéflagrant / détection de fuites
Outre l’importance à accorder à l’hydrogène, tous les carburants gazeux doivent être correctement pris en
considération dans la conception du circuit d’alimentation en carburant et de ses alentours. Les carburants plus
lourds que l’air ne doivent pas pouvoir se concentrer dans des points bas où une inflammation pourrait se produire.
Les codes et les normes applicables à la classification des risques et à la conception des équipements doivent
faire l’objet d’un accord entre l’acheteur et l’ensemblier. L’acheteur doit informer l’ensemblier de l’existence de
toute réglementation locale en la matière. L’ensemblier doit définir les emplacements des évents ou des conduits
de purge au niveau desquels la présence des raccords propres à l’acheteur est requise.
5.5 Combustibles liquides
5.5.1 Généralités
Ce paragraphe s’applique à tous les carburants sous forme liquide aux limites de l’enceinte de la turbine à gaz. Si
plusieurs carburants sont disponibles ou requis pour toute l’enveloppe opérationnelle de la turbine à gaz,
l’acheteur/opérateur doit fournir la gamme des propriétés prévues pour chaque qualité de carburant considéré.
L’acheteur/opérateur est responsable du contrôle des propriétés chimiques et physiques ainsi que des niveaux
d'impuretés pour les carburants spécifiés, selon des valeurs limitatives préalablement convenues et ce, à tout
moment, de même qu’il doit protéger la turbine à gaz contre toute alimentation en carburant non compris dans les
limites convenues.
L’acheteur (ou le propriétaire ultérieur de l’équipement) doit informer l’ensemblier de toutes les modifications
intervenues dans les propriétés ou la qualité du carburant qui permettent à ce même carburant de ne plus relever
des exigences initiales.
L’ensemblier doit fournir les exigences générales relatives aux carburants pour le fonctionnement de la turbine à
gaz, y compris les qualités acceptables selon l’ISO 4261. Il doit également fournir des informations sur la
compatibilité des types spécifiques d’équipements de combustion, tels que des chambres de combustion à
mélange préalable avec des qualités (ou des propriétés) spécifiques de carburants.
5.5.2 Propriétés chimiques
Les spécifications des carburants doivent être conformes à l’ISO 4261 ou aux normes nationales équivalentes.
L’ensemblier doit identifier les propriétés générales des carburants appropriées à l’application de l’acheteur. Celles-ci
incluent les propriétés physiques, les propriétés de combustion, la teneur en aromatiques, les propriétés de
sécurité et de manutention ainsi que les composants traces.
Une analyse exhaustive des carburants décrivant toutes les propriétés importantes des carburants (voir également
ISO 4261) doit être soumise à l’ensemblier. Lorsque les carburants liquides proposés pris en considération
ne relèvent pas de la qualité de distillat de classe A1 ou de classe A2, l’acheteur doit fournir à l’ensemblier un
échantillon d’environ 4 litres pour évaluation.
Les émissions générées par la combustion dépendent des propriétés et de la qualité des carburants liquides.
L’acheteur est responsable de la fourniture d’informations sur les propriétés spécifiques des carburants
correspondant aux émissions générées par la combustion. Celles-ci comprennent:
a) l’azote lié au carburant (FBN);
b) la teneur en soufre du carburant;
c) la teneur en asphaltène (pétroles lourds);
d) la teneur en aromatiques;
e) le résidu de carbone (pétroles lourds);
f) le rapport carbone/hydrogène;
g) le NSE (énergie spécifique nette) et GSE (énergie spécifique brute).
Les propriétés de carburant énoncées dans l’accord conclu entre l’ensemblier et l’acheteur déterminent quelques-
unes des conditions de sélection et de fonctionnement des équipements du circuit de turbine à gaz. Si, à une date
ultérieure, l’acheteur souhaite utiliser un carburant hors des limites convenues originales, il doit en informer
l’ensemblier et doit fournir une analyse ou un échantillon complet pour une évaluation et une requalification
effectuées de la même manière que spécifié ci-dessus.
5.5.3 Propriétés physiques
L’ensemblier doit identifier les exigences générales de manutention et de traitement du carburant relatives à la
turbine à gaz. Celles-ci doivent inclure, au minimum, les éléments suivants:
a) la viscosité du carburant (à deux températures différentes);
b) la pression de la vapeur;
c) les sédiments;
d) les cendres;
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