ISO 10715:1997

NORME ISO
INTERNATIONALE 10715
Première édition
1997-06-01
Gaz naturel — Lignes directrices pour
l'échantillonnage
Natural gas — Sampling guidelines
Numéro de référence
A
Sommaire
Page
1 Domaine d'application . 1
2 Définitions . 1
3 Principes d'échantillonnage . 3
4 Précautions liées à la sécurité . 6
5 Observations techniques . 9
6 Matériaux d'échantillonnage . 12
7 Préparation générale de l'équipement . 14
8 Équipement d'échantillonnage . 15
9 Échantillonnage par points . 21
10 Échantillonnage direct . 22
11 Échantillonnage par prélèvement . 25
Annexes
Utilisation d'un robinet d'arrêt pour l'échantillonnage direct . 27
A
B Nettoyage des bouteilles métalliques d'échantillons . 29
C Mode opératoire pour l'échantillonnage basse pression
dans des bouteilles en verre . 30
D Mode opératoire d'échantillonnage par la méthode
de remplissage et de vidange . 32
E Mode opératoire d'échantillonnage à l'aide de la méthode
du débit régulé . 34
F Mode opératoire d'échantillonnage à l'aide de la méthode
de la bouteille vidangée . 36
G Lignes directrices pour le calcul du temps de séjour . 38
H Table du coefficient t de Student . 42
J Bibliographie . 44
©  ISO 1997
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord
écrit de l'éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 • CH-1211 Genève 20 • Suisse
Internet central@iso.ch
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Imprimé en Suisse
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ISO ISO 10715:1997(F)
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 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.
La Norme internationale ISO 10715 a été élaborée par le comité technique
ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comité SC 1, Analyse du gaz naturel.
Les annexes A à J de la présente Norme internationale sont données
uniquement à titre d'information.
iii
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Introduction
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices concernant tous les aspects relatifs à
l’échantillonnage des gaz naturels traités. Sauf indication contraire et jusqu’à un maximum de 15 MPa, toutes
les pressions de la présente Norme internationale sont mesurées au manomètre.
La détermination de la composition et des propriétés des gaz dépend considérablement de la précision de la
technique d’échantillonnage. La conception, le montage, l’installation et la maintenance du système
d’échantillonnage, ainsi que les conditions de transfert et de transport des échantillons sont également d’une
importance primordiale.
Les présentes lignes directrices traitent de la stratégie d’échantillonnage et donnent des détails sur les
méthodes d’échantillonnage et des conseils pour sélectionner la méthode et l’équipement d’échantillonnage.
La présente Norme internationale est destinée à être utilisée lorsque l’échantillonnage n’est pas décrit
comme faisant partie du mode opératoire analytique.
Elle traite en particulier des modes opératoires et des systèmes appropriés d’échantillonnage. Les analyses
effectuées à partir des échantillons prélevés selon ces modes opératoires et ces systèmes peuvent être
utilisées de diverses manières, y compris pour les calculs permettant de déterminer la valeur calorifique du
flux, l’identification des contaminants contenus dans le gaz, les informations sur la composition permettant de
savoir si le flux gazeux répond aux prescriptions contractuelles.
iv
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NORME INTERNATIONALE  ISO ISO 10715:1997(F)
Gaz naturel — Lignes directrices pour l'échantillonnage
AVERTISSEMENT — L’utilisation de la présente Norme internationale implique l’intervention de
produits, d’opérations et d’équipements à caractère dangereux. La présente Norme internationale n’a
pas la prétention d’aborder tous les problèmes de sécurité concernés par son usage. Il est de la
responsabilité de l’utilisateur de consulter et d’établir des règles de sécurité et d’hygiène appropriées
et de déterminer l’applicabilité des restrictions réglementaires avant utilisation.
Toutes les activités d’échantillonnage doivent respecter les réglementations locales en vigueur.
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale fournit des lignes directrices concises pour l’utilisation en vue du
prélèvement, du conditionnement et de la manipulation d’échantillons représentatifs de gaz naturel traité. Elle
fixe également les critères en termes de stratégie d’échantillonnage, d’emplacement de la prise de gaz et de
manipulation et conception de l’équipement d’échantillonnage.
La présente Norme internationale traite des systèmes d’échantillonnage par points, composites (par
prélèvement) et continus.
Elle examine également certains constituants des flux gazeux, tels que l’oxygène, l’hydrogène sulfuré, l’air,
l’azote et le dioxyde de carbone.
Le cas échéant, toute trace de liquide, tel que le glycol et l’huile provenant du compresseur, est considérée
comme gênante et distincte du gaz devant être échantillonné. Son élimination est souhaitable, afin de
protéger l’équipement d’échantillonnage et d’analyse de toute contamination.
La présente Norme internationale peut être utilisée pour les systèmes de mesure de transfert surveillé et les
systèmes de mesure de répartition.
2 Définitions
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les définitions suivantes s'appliquent:
2.1 échantillonnage direct
Échantillonnage dans des situations où il existe une connexion directe entre gaz naturel à être échantillonné
et l’unité analytique.
2.2 bouteille à piston flottant
Conteneur doté d’un piston mobile séparant l’échantillon d’un gaz tampon. Les pressions sont équilibrées des
deux côtés du piston.
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2.3 échantillonneur par prélèvement et proportionnel au débit
Échantillonneur prélevant du gaz pendant une durée donnée, à une vitesse proportionnelle au débit de la
canalisation analysée.
2.4 gaz naturel haute pression
Gaz naturel dont la pression est supérieure à 0,2 MPa.
NOTE —  Pour la présente Norme internationale, la pression maximale est égale à 15 MPa.
2.5 point de rosée des hydrocarbures
À une pression donnée, température à laquelle les vapeurs d’hydrocarbures commencent à se condenser.
2.6 échantillonneur par prélèvement
Échantillonneur accumulant une série de points d’échantillonnage dans un échantillon composite.
2.7 échantillonnage indirect
Échantillonnage dans des situations où il n’existe aucune connexion directe entre le gaz à être échantillonné
et l’unité analytique.
2.8 séparateur de liquide
Unité sur une ligne de prélèvement destinée à recueillir les retombées de liquide.
2.9 gaz naturel basse pression
Gaz naturel dont la pression est située entre 0 MPa et 0,2 MPa.
2.10 temps de purge
Intervalle de temps nécessaire pour qu’un échantillon purge une pièce de l’équipement.
2.11 échantillon représentatif
Échantillon présentant la même composition que le gaz échantillonné, lorsque ce dernier est considéré
comme homogène.
2.12 temps de séjour
Intervalle de temps nécessaire pour qu’un échantillon passe à travers une pièce d’équipement.
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2.13 condensation rétrograde
Comportement rétrograde correspondant aux propriétés de phase imparfaite de mélanges de gaz
d’hydrocarbures, tels que les gaz naturels. La condensation rétrograde est la production d’une phase liquide
d’hydrocarbures lourds, à une pression et température particulières où, à la même température, le gaz reste
en phase gazeuse pour une pression basse et haute.
NOTE —  Voir également 5.2.
2.14 conteneur d’échantillon
Conteneur permettant de recueillir l’échantillon de gaz lorsque l’échantillonnage indirect est requis.
2.15 ligne de prélèvement
Ligne destinée à transférer l’échantillon de gaz vers le point d’échantillonnage. Elle peut comporter des
dispositifs nécessaires pour préparer l’échantillon en vue de son transport et de son analyse.
2.16 prise de gaz
Dispositif inséré dans le gaz à prélever et auquel est reliée une ligne de prélèvement.
2.17 point d’échantillonnage
Point du courant de gaz où un échantillon représentatif peut être prélevé.
2.18 échantillon par points
Point, correspondant à un échantillon d’un volume spécifié, prélevé à un emplacement précis à un moment
donné dans le courant de gaz.
2.19 ligne de transfert
Ligne destinée à transporter l’échantillon à analyser du point d’échantillonnage vers l’unité analytique.
2.20 point de rosée
Température, à une pression donnée, à laquelle la vapeur d’eau commence à se condenser.
3 Principes d’échantillonnage
3.1 Méthodes d’échantillonnage
La fonction principale de l’échantillonnage consiste à prélever un échantillon adéquat représentatif du gaz
analysé.
Il convient de distinguer les méthodes d’échantillonnage direct et indirect.
Pour l’échantillonnage direct, l’échantillon est prélevé d’un courant de gaz et directement transféré vers l’unité
analytique.
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Pour l'échantillonnage indirect, l’échantillon est stocké avant d’être transféré vers l’unité analytique.
L'échantillonnage indirect se divise en échantillonnage par points et échantillonnage par prélèvement.
Figure 1 — Méthodes d’échantillonnage direct et indirect
Les informations nécessaires à l’analyse des gaz naturels peuvent être classées en deux catégories: valeurs
moyennes et valeurs limites.
3.1.1 Valeurs moyennes
Un exemple type de valeur moyenne est le pouvoir calorifique. La livraison nécessite un pouvoir calorifique
moyen en termes de temps et de débit. Des accords commerciaux déterminent la période et la méthode de
calcul de la moyenne.
3.1.2 Valeurs limites
La plupart des contrats sur la livraison des gaz contiennent des limites sur la composition et les propriétés
des gaz. Un échantillonnage direct peut être appliqué, mais souvent les exigences sont si élevées qu’il est
nécessaire de procéder à un échantillonnage indirect.
3.2 Fréquence d’échantillonnage
Ce paragraphe apporte des conseils pour établir la fréquence d’échantillonnage. En règle générale, la
fréquence d’échantillonnage est une question de bon sens. Les informations sur les propriétés du courant de
gaz observées précédemment et sur les modifications (systématiques) prévues dans le futur déterminent la
fréquence d’échantillonnage.
Généralement, la composition du gaz de la canalisation présentera des variations journalières,
hebdomadaires, mensuelles, semi-annuelles et saisonnières. Les variations de composition interviendront en
raison de modifications au niveau de l’équipement de traitement du gaz et du réservoir. Toutes ces
considérations environnementales et opérationnelles doivent être prises en compte lors de la sélection de
l’intervalle d’échantillonnage.
L’approche statistique de ce paragraphe est fondée sur un certain discernement.
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Dans ce contexte, la fréquence d’échantillonnage requise correspond au nombre d’échantillons devant être
prélevés dans une certaine période de temps, afin d’obtenir des résultats significatifs.
La formule permettant de calculer ce nombre d’échantillons est la suivante:
s
nt=·
d
où
d est la marge d’erreur requise;
n est le nombre d’échantillons;
s est l’écart-type;
t est le coefficient de la loi de Student (voir tableau H.1 de l’annexe H).
Cette équation doit être résolue par itération: une valeur initiale de t est estimée et est utilisée pour calculer
une valeur révisée de n, laquelle est elle-même utilisée pour donner une nouvelle de t. La marge d’erreur, le
nombre d’échantillons et l’écart-type doivent être sélectionnés sur la même période de temps.
3.2.1 Marge d’erreur
Il existe deux cas différents de marge d’erreur. Un des cas dépend de la définition des valeurs moyennes.
Dans la plupart des contrats de livraison, ces valeurs sont données comme indication de l’exactitude.
L’autre situation dépend de la détermination des valeurs limites. Les contrats de livraison spécifient souvent
les limites, mais indiquent rarement le degré d’exactitude. Dans cette éventualité, la différence entre la
dernière valeur mesurée, ou la dernière moyenne annuelle, et la valeur limite est égale à la marge d’erreur.
3.2.2 Nombre d’échantillons
Cette valeur correspond au nombre d’échantillons devant être prélevés pendant une période définie. Cette
valeur est équivalente au nombre d’échantillons partiels lors d’un échantillonnage par prélèvement.
3.2.3 Coefficient de Student t
Le coefficient de Student t prend en compte les dimensions de l’échantillon fini et est indiqué dans les
tableaux de statistiques normalisés. Cette valeur dépend du degré de certitude exigé (généralement 95 %) et
du grade de liberté, qui correspond ici au nombre de mesures moins un
(n – 1).
EXEMPLE 1
Détermination du pouvoir calorifique mensuel moyen
d = 0,4 %  (marge d’erreur requise par un contrat de livraison pour une valeur mensuelle moyenne)
s = 0,6 %  (variation estimée sur une période de un mois)
Première estimation, en prenant n = 7:
t = 2,45  avec 6 degrés de liberté et un niveau de certitude de 0,975 pour une estimation unilatérale (ce qui
équivaut à 0,95 pour une estimation bilatérale);
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alors,
06,
n=·24, 5
04,
\n = 14
Première itération, en prenant n = 14 et en effectuant à nouveau le calcul suivant:
t = 2,16  avec 13 degrés de liberté et un niveau de certitude de 0,975 pour une estimation unilatérale (ce qui
équivaut à 0,95 pour une estimation bilatérale);
alors,
06,
n=·21, 6
04,
\n = 11
Deuxième itération, en prenant n = 11 et en effectuant à nouveau le calcul suivant:
t = 2,23  avec 10 degrés de liberté et un niveau de certitude de 0,975 pour une estimation unilatérale (ce qui
équivaut à 0,95 pour une estimation bilatérale);
alors,
06,
n=·22, 3
04,
\n = 11
EXEMPLE 2
Détermination de la teneur en soufre totale
3 3
La dernière concentration mesurée est de 20 mg/m et la valeur limite du contrat est de 50 mg/m .
d = 30 mg/m  (différence entre la valeur limite du contrat de transfert surveillé et la dernière
valeur mesurée)
s = 10 mg/m  [écart-type des résultats des échantillons par points (ces dernières années)]
t = 4,30  pour n – 1 égal à 2, avec un niveau de certitude de 95 %;
alors,
n=·,
\n = 2
Trois échantillons sont suffisants. De nouveaux calculs indiquent que deux échantillons sont insuffisants.
4 Précautions liées à la sécurité
4.1 Généralités
L’échantillonnage et la manipulation des échantillons doivent respecter tous les règlements de sécurité
nationaux et internes appropriés.
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Dans l’éventualité où ces règlements sont inadéquats, les personnes responsables de l’échantillonnage
doivent établir des modes opératoires détaillés. Des prescriptions applicables à l’équipement doivent
également être définies.
Le personnel doit avoir reçu une formation lui permettant de prendre les responsabilités requises.
4.2 Personnel
La personne responsable du service/département, chargée de réaliser l’échantillonnage, doit s'assurer que
cette opération peut être effectuée dans le cadre des règlements liés à la sécurité.
Les personnes procédant à l’échantillonnage et à l’installation de l’équipement doivent avoir suivi une
formation leur permettant d’évaluer, en règle générale, les risques potentiels de sécurité.
Les cadres doivent avoir le pouvoir d'arrêter un échantillonnage et une installation d’équipements qui
s’avéreraient inadaptés ou dangereux.
4.3 Équipement
L’équipement utilisé pour l’échantillonnage du gaz naturel haute pression doit être vérifié et certifié si
nécessaire de manière régulière.
La documentation doit être disponible et mise à jour. Cet équipement doit être conçu pour répondre à toute
condition d’échantillonnage appropriée, telle que la pression, la température, la corrosivité, le débit, la
compatibilité chimique, les vibrations, la dilatation et/ou la contraction thermique.
Les bouteilles de verre ne doivent pas être exposées à la pression.
S’ils sont fournis pour la fermeture, des bouchons doivent être installés en vue du transport et du stockage.
Le volume, ainsi que la pression de travail et d’essai, doivent être marqués sur les bouteilles de manière
indélébile.
La pression d’essai des bouteilles doit être au moins égale à 1,5 fois la pression de travail.
Les bouteilles doivent être protégées contre toute détérioration pouvant intervenir lors du transport et du
stockage. Des casiers de transport, conçus pour chaque type de bouteilles, doivent être disponibles.
Les bouteilles doivent être accompagnées des étiquettes et des documents de travail avec les informations
utiles protégées contre les dommages.
Les bouteilles et tous leurs accessoires connexes doivent être vérifiés et des essais de fuite doivent être
effectués régulièrement.
Les lignes de transfert et d’échantillonnage doivent présenter toutes les sécurités requises. L’accès doit être
facilité au niveau des raccordements pouvant présenter des défaillances, en vue de procéder aux essais de
fuite. Les orifices de sortie doivent être équipés de robinets doubles de purge et de sectionnement. Les
bouchons de connexion doivent être installés lorsque les bouteilles ne sont pas utilisées.
Le recours à des tubes flexibles haute pression doit être limité et les instructions de fabrication pour une
utilisation sans danger doivent être strictement respectées. Les lignes de transfert peuvent être obturées par
des contaminants liquides ou solides. Il est essentiel d'observer certaines précautions spéciales lors des
tentatives de débouchage de ces lignes. Seul un personnel qualifié est autorisé à procéder à une telle
opération.
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Les lignes de transfert doivent être équipées de robinets d’arrêt situés aussi près que possible de
l’admission. La prise de gaz doit être équipée d’un robinet d’arrêt.
L’équipement électrique doit être approuvé en vue de l’échantillonnage.
L’utilisation de tout équipement pouvant produire une électricité statique doit être évitée.
Le recours à un équipement ou à des outils pouvant produire des étincelles doit aussi être écarté.
4.4 Inflammabilité
Afin d’éviter tout incendie ou explosion, les restrictions suivantes doivent être respectées dans les zones
présentant une certaine concentration de gaz inflammable (entre 4 % et 16 % pour le gaz naturel):
— absence de feu nu;
— interdiction de fumer;
— interdiction d'utiliser un équipement ou des outils pouvant produire des étincelles;
— interdiction d'utiliser un équipement fonctionnant à des températures supérieures à la température
d’inflammation des mélanges gazeux, généralement au-dessus de 400 °C (pour le gaz naturel);
— interdiction d'utiliser des produits chimiques pouvant réagir dangereusement avec le gaz;
— interdiction d'utiliser des moteurs à allumage par bougies.
La ventilation doit être suffisante, afin d’éviter toute formation d’atmosphère inflammable.
Les purges des lignes de transfert doivent être dirigées vers des «zones sûres» (par exemple: torchères).
L'échappement de gaz lors de l’échantillonnage manuel (par points) doit être limité à un niveau minimal sur
l’emplacement d’échantillonnage.
Des détecteurs de gaz doivent être utilisés à des emplacements stratégiques par rapport aux endroits où est
effectué l’échantillonnage. Un équipement de lutte contre l’incendie manuel et/ou automatique doit être
facilement disponible.
Le personnel chargé de l’échantillonnage doit avoir reçu une formation adéquate, afin de lui permettre de
réagir de manière appropriée en cas d’incendie.
4.5 Équipement de protection individuelle
Les équipements de protection individuelle requis doivent être disponibles. La nécessité d’un équipement de
protection variera selon l’emplacement de l’échantillonnage. Cependant, les facteurs suivants doivent être
examinés:
— la présence de composants toxiques ou irritants dans le gaz (H S, radon, Hg, substances
aromatiques, etc.) peut nécessiter l’utilisation de filtres respiratoires, d’alimentation en air pur, de gants et
d’appareils de surveillance des composants toxiques;
— l’échantillonnage de gaz haute pression peut nécessiter l’emploi de lunettes ou de masques. Des
indicateurs de pression (manomètres) doivent être utilisés pour signaler la pression du système. Un
pulvérisateur de détecteur de fuite ou un équipement portable détecteur de fuite doivent être utilisés pour
vérifier l’étanchéité du système;
— pour la protection contre l’incendie, le personnel doit porter des vêtements non inflammables (tabliers,
panneaux et blouses de laboratoire). Des masques de protection individuels contre les fumées doivent
également être disponibles.
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4.6 Transport
Les bouteilles d’échantillons contenant du gaz sous pression doivent être transportées, conformément aux
réglementations appropriées.
Les bouteilles de type pression constante doivent toujours être protégées dans des conteneurs de transport.
Sinon, les bouteilles et/ou les robinets, les jauges, etc. peuvent subir des détériorations.
Lors du transport, les bouteilles doivent être aussi protégées contre certaines conditions de températures qui
risqueraient de provoquer une surpression ou une condensation de l’échantillon.
Le conteneur doit être étiqueté de manière adéquate conformément aux réglementations en vigueur.
5 Observations techniques
5.1 Caractéristiques de l’écoulement
L’écoulement dans une canalisation peut être de type laminaire ou turbulent. Cependant, dans le système
d’échantillonnage, l’écoulement laminaire doit être évité. Il peut être du type monophasique et multiphasique.
La plupart des courants gazeux fonctionnent avec un écoulement monophasique turbulent. Un écoulement
biphasique turbulent peut également être observé dans les lignes de gaz où le fluide est dans des conditions
proches de la saturation.
Par exemple, l’écoulement provenant d’un séparateur gaz-liquide sera à une température proche du point de
rosée du gaz. De plus, une réduction de la température de la canalisation provoquera une certaine
condensation et deux phases liquide/gazeuse coexisteront.
Après une station de mélange, il peut également arriver que les gaz combinés ne soient pas complètement
mélangés dans la canalisation.
Si la composition n’est pas complètement homogène, un mélangeur statique améliorera l’homogénéité.
5.1.1 Écoulement laminaire
Aucun écoulement laminaire ne sera normalement observé dans une canalisation de gaz car la viscosité du
gaz est faible et les vitesses d’écoulement sont suffisamment élevées pour garantir que cela n’interviendra
pas. Cependant, par conception du système d’échantillonnage, l’écoulement laminaire doit être évité.
5.1.2 Écoulement turbulent
En règle générale, l’écoulement turbulent est conseillé pour les systèmes d’échantillonnage et dans la
canalisation de gaz devant être échantillonnée car les turbulences facilitent l’homogénéisation du fluide.
5.1.3 Écoulement biphasique
L’échantillonnage de mélanges présentant deux phases (gaz/liquide) n’est pas traité dans la présente Norme
internationale et doit être, si possible, évité. Les techniques actuelles d’échantillonnage de gaz naturel ne
sont pas suffisamment évoluées pour garantir une précision raisonnable.
5.2 Condensation et revaporisation
Le comportement de la condensation du gaz naturel est assez complexe. La figure 2 donne un exemple d’un
diagramme de phase en fonction de la pression et de la température pour le gaz naturel. La forme de la
courbe dépend de la composition du gaz.
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Comme le montre la figure 2, la limite de phase est une fonction complexe qui dépend du point critique et des
conditions normales de fonctionnement. Une condensation rétrograde peut être observée lorsque la limite de
phase est atteinte de manière inattendue lors du réglage de la pression ou de la température du gaz.
Avant de commencer l'analyse, l’échantillon doit être chauffé au moins à 10 °C au-dessus de la température
d’origine. Si cette valeur n’est pas connue, l’échantillon doit être chauffé à au moins 100 °C. Pour garantir la
revaporisation, ce chauffage doit durer 2 h ou plus, si nécessaire.

Figure 2 — Exemple de diagramme de phase du gaz naturel en fonction de la température
et de la pression
5.2.1 Exemple de problème lié à la condensation
La figure 2 illustre comment ce type de problème peut survenir. La canalisation contient du gaz à la pression
p . Si la température initiale est de –10 °C et que le gaz est dilaté (par exemple, si sa pression est réduite) de
manière isotherme, la pression suivra une ligne verticale jusqu’à ce qu’elle approche de la pression p à
laquelle le gaz peut être analysé. À p , le gaz est stable et ne présente qu’une seule phase et, demeure ainsi
jusqu’à la pression p , qui constitue la limite entre les deux phases. Entre p et la pression basse p , les deux
2 2 3
phases gazeuse et liquide coexistent. Dans cette zone, les quantités relatives de gaz et de liquide et leurs
compositions varient de manière continue. À des pressions en dessous de p et jusqu’à la pression d’analyse
p , il n’y a à nouveau qu’une seule phase.
Réciproquement, une bouteille dont la pression initiale est p , remplie de manière isotherme jusqu’à la
pression p , présentera deux phases, lorsque la pression passe à p . En théorie, il n’y aura à nouveau
0 3
qu’une seule phase à p . Mais, ce processus est lent et tout gaz prélevé dans cette bouteille, alors que deux
phases coexistent, sera non représentatif. En outre, son extraction risquera d’altérer la composition du gaz
contenu dans la bouteille.
L'utilisation de bouteille à piston pressurisé peut être un moyen d'éviter ces problèmes, gardant l'échantillon
dans un état où aucune chute de pression n'aura lieu.
En fait, lors de la dilatation d’un gaz, sa température chute en raison de l’effet Joule-Thompson. Le gaz dont
le comportement est illustré à la figure 2, qui au début présente une température 25 °C et une pression de
10 MPa, refroidira en dessous de –10 °C à p , et, par conséquent, se condensera. La température initiale
doit être de 35 °C, afin de pouvoir atteindre la pression p sans que deux phases apparaissent.
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5.2.2 Condensation après prélèvement de l’échantillon
Il est possible d’observer une condensation partielle de l’échantillon de gaz dans le conteneur, au moment du
transport ou du stockage avant analyse dans le laboratoire. Les conteneurs d’échantillons de gaz haute
pression et les canalisations d’une unité analytique doivent toujours être chauffés avant analyse (excepté
pour un gaz qui ne passe pas à travers des limites de phase). Les temps et les températures de chauffage
doivent être suffisants, afin de s’assurer que tout hydrocarbure condensé sera revaporisé avant le début de
l’analyse.
5.2.3 Perte à partir de la prise de gaz
Les hydrocarbures lourds ou les liquides de condensation dans la ligne d’échantillonnage rejoignant le
courant principal, peuvent réduire le pouvoir calorifique mesuré du gaz. Ce phénomène se manifeste sur le
diagramme d’enregistrement par une courbe sinusoïdale, entre le jour et la nuit, le pouvoir calorifique
enregistré étant plus élevée le jour que la nuit.
5.2.4 Précautions par chauffage et isolation
De manière à éviter toute condensation, la température de l’équipement de manipulation de l’échantillon doit
être maintenue au-dessus du point de rosée du gaz, quelle que soit la pression du système
d’échantillonnage. Le gaz peut aussi être préchauffé comme indiqué à la figure 2.
5.3 Adsorption et désorption
L’adsorption est un procédé selon lequel des solides ou des liquides retiennent à leur surface des molécules
gazeuses. Le phénomène inverse est appelé désorption. La force d’attraction entre certains composants
gazeux et des solides est purement physique et dépend de la nature des matériaux en contact. Les gaz
naturels peuvent contenir divers composants qui manifestent des effets importants de sorption. Une attention
toute particulière doit être portée à ces effets en cas de détection de traces d’hydrocarbures lourds ou
d’impuretés.
5.4 Fuites et diffusion
Il faut procéder à une vérification régulière de l’étanchéité des canalisations et des dispositifs, afin de détecter
toute fuite éventuelle. Toute fuite mineure ou diffusion risque d’avoir un effet sur la composition du gaz dans
le cas où certains éléments seraient présents à l'état de traces (même à des pressions élevées, l’eau ou
l’oxygène atmosphérique peut diffuser dans la canalisation ou le conteneur: la différence de pression partielle
du constituant déterminant la direction de sa diffusion). Il convient de porter une attention toute particulière en
cas de présence d’hydrogène.
Les fuites peuvent être détectées, à l’aide de liquides tensio-actifs, par pressurisation de la ligne de
prélèvement ou à l’aide de méthodes plus sophistiquées, telles que des équipements portables (par exemple:
spectromètres de masse).
5.5 Réactions et chimisorption
Les composants réactifs peuvent se combiner chimiquement avec les matériaux d’échantillonnage (par
exemple: oxydation) ou présenter un effet de chimisorption. En outre, les matériaux utilisés dans
l’équipement d’échantillonnage peuvent catalyser des réactions au niveau des échantillons (par exemple:
dans des mélanges présentant des traces d'hydrogène sulfuré, d’eau et de sulfure de carbonyle).
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5.6 Précautions à l’aide de réservoirs collecteurs
Les réservoirs collecteurs ou les séparateurs gaz/liquide des lignes de prélèvement sont destinés à éliminer
toute intrusion de liquide gênant. Leur application doit être évaluée avec précaution (voir 8.4). Les réservoirs
collecteurs peuvent accumuler du liquide en stagnation et ainsi vaporiser en continu à l'intérieur du flot de
l'échantillon. Leur utilisation peut avoir pour inconvénient de modifier la composition du gaz échantillonné. La
concentration des composants qui présentent un équilibre entre les phases liquide et gazeuse risque d’être
altérée lors de la purge du liquide. La ligne d'échantillonnage doit monter du point d'échantillonnage sans
points bas qui pourraient accumuler des liquides.
6 Matériaux d’échantillonnage
6.1 Observations générales
La sélection des matériaux des systèmes d’échantillonnage dépendra du gaz devant être échantillonné.
Généralement, il est recommandé d’utiliser de l’acier inoxydable pour toutes les surfaces en contact avec le
gaz (voir néanmoins 6.1.1). Les joints des sièges et du piston doivent être constitués de matériaux
(élastiques) appropriés à leur usage. L’échantillonnage de gaz humides et à température élevée ou de gaz
contenant de l’hydrogène sulfuré ou du dioxyde de carbone présente des problèmes supplémentaires au
niveau des matériaux. Ce type de gaz peut nécessiter des matériaux et des revêtements spéciaux au niveau
du système d’échantillonnage. Les bouteilles d'échantillons utilisées pour l'échantillonnage des gaz corrosifs
doivent être recouvertes d’une couche de polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou de résine époxy. Lorsque cela
s’avère possible, les composants réactifs, tels que l’hydrogène sulfuré ou le mercure doivent être analysés
sur site en utilisant des méthodes d'échantillonnage directes, étant donné que même les récipients
comportant un revêtement peuvent ne pas éliminer l’absorption de ces éléments.
L’utilisation de métaux doux, tels que le laiton, le cuivre ou l’aluminium, doit être évitée lorsqu’il existe des
risques de corrosion ou de fatigue des métaux. Cependant, l’aluminium peut être employé pour les
conteneurs d'échantillons dans quelques applications pour lesquelles la réactivité des conteneurs
d'échantillons est critique.
Généralement, les matériaux en contact avec les échantillons ou les gaz d’étalonnage doivent présenter les
caractéristiques suivantes:
être imperméables à tous les gaz;
une sorption minimale;
une inertie chimique vis-à-vis des constituants devant être transférés.
En raison de la présence probable d’une faible quantité de composés sulfurés, de mercure, de dioxyde de
carbone, etc. dans le gaz naturel, tous les dispositifs et les raccordements doivent être, de préférence,
constitués d’acier inoxydable ou, pour les gaz basse pression, de verre. Cependant, d’autres matériaux
adaptés sont énumérés dans le tableau 1.
6.1.1 Acier au carbone
L’acier au carbone et les autres matériaux relativement poreux peuvent retenir des composants plus lourds et
des substances contaminantes, telles que le dioxyde de carbone et l’hydrogène sulfuré, dans le gaz naturel
et ne doivent pas être utilisés dans un système d’échantillonnage.
Bien que l’acier inoxydable s’avère généralement un bon matériau pour l’équipement d’échantillonnage, il est
conseillé à l’utilisateur de consulter des experts en corrosion avant de l’employer.
L’acier inoxydable n’est généralement pas adapté aux mélanges gazeux contenant de l’eau. Cependant,
certains matériaux en acier inoxydable (4 CrNi 18 10 et 4 CrMo 17 12 2) se sont avérés satisfaisants.
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ISO ISO 10715:1997(F)
Tableau 1 — Compatibilité des matériaux d’échantillonnage avec les composants gazeux
1)
Matériau Compatibilité avec les composants gazeux
C H COS CH OH H S HOHe Hg H
n m 3 2 2 2
CO O RSH CO
2 2
THT
Acier inoxydable a a a b b a b a
2)
Verre a a a a a a a a
3)
PTFE b b b a c c c b
Polyamide a a b a c a c a
Aluminium a a a b b a c a
Titane a a a a a a a a
1) a = adapté
b = sous réserve
c = déconseillé
2) Le verre est un matériau très inerte, mais sujet à des ruptures et, donc, considéré comme
dangereux pour des échantillonnages à des pressions au-dessus de la pression atmosphérique.
3) Le PTFE est inerte, mais peut être adsorbant. Il est perméable par exemple à l'eau, He et H . Les
revêtements en PTFE peuvent présenter des imperfections et des parties de la surface intérieure
peuvent donc ne pas être protégées.
6.1.2 Résine époxy
Les revêtements en résine époxy (ou phénolique) réduisent ou éliminent l’adsorption des composés sulfurés
et d’autres constituants mineurs. Il s’avère peu aisé d’appliquer un revêtement sur les petits raccords, les
robinets et autres zones de surface réduite. Les pertes de composants gazeux à partir de telles zones non
protégées peuvent néanmoins être détectables et mesurées si les concentrations sont de l’ordre du ppb ou
ppm (voir aussi 7.2).
6.1.3 Autres polymères
L’utilisation de polymères doit se limiter aux dispositifs de raccordement qui sont peu ou ne sont pas en
contact direct avec l’échantillon. Il faut porter une attention particulière dans le cas d’analyse de l’eau et des
composés sulfurés. Cependant, de bons résultats peuvent être obtenus si des matériaux en polyamide sont
utilisés sur les tubes de longueur réduite.
Dans certains cas, notamment pour les basses pressions, il est possible d’employer des PVC souples.
Avant d’utiliser tout nouveau matériau en polymère pour un système d’échantillonnage, il doit être soumis aux
essais, à l’aide de mélanges gazeux certifiés et aux concentrations escomptées, de manière à vérifier qu’il ne
causera aucune modification de la composition de l’échantillon.
6.1.4 Caoutchoucs
Les tubes ou les raccords en caoutchouc sont déconseillés, même à une pression basse, en raison de leur
niveau de réactivité et de perméabilité élevé.
Les caoutchoucs à base de silicone sont connus pour leur pouvoir élevé d’absorption et de perméabilité vis-
à-vis de certains composés.
6.2 Corrosion bimétallique
L’utilisation, dans un système d’échantillonnage, de métaux non similaires, qui sont en contact les uns avec
les autres, peut augmenter la corrosion et provoquer des erreurs d’échantillonnage et/ou des problèmes liés
à la sécurité.
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7 Préparation générale de l’équipement
7.1 Traitement de la surface
Les effets de sorption observés sur certains matériaux peuvent être modifiés et souvent réduits par
traitement de la surface. Toute surface propre et exempte de graisse révèle un pouvoir d’absorption moins
élevé. Les surfaces brutes peuvent former un noyau favorisant l’adsorption et l’accumulation de gaz.
Les techniques de polissage sont désormais disponibles et peuvent minimiser les effets dus à l’adsorption et
réduire le temps requis pour le conditionnement, permettant d’amener à un équilibre l’équipement
d’échantillonnage.
D’autres procédés existent également permettant de diminuer les effets dus à l’adsorption et à la désorption.
Certains matériaux peuvent être recouverts d’un électroplaquage, à l'aide d'un matériau inerte, tel que le
nickel qui permet de réduire l’adsorption.
La passivation de l'aluminium à l'aide de techniques appropriées est possible pour inhiber l'adsorption.
7.2 Nettoyage des systèmes d’échantillonnage
Toutes les parties des lignes de prélèvement et de transfert doivent être exemptes de graisse, d’huile, de
moisissures et de tout produit polluant. Avant chaque prélèvement d’échantillons, les conteneurs doivent être
nettoyés et purgés, à moins que des bouteilles spécialement passivées soient utilisées pour échantillonner
des flux gazeux contenant des composants hautement réactifs (voir aussi annexe B). Ces conteneurs
doivent être soigneusement nettoyés, par exemple, à l’aide d’un solvant volatile et séchés pour éviter tout
phénomène d’absorption, tout particulièrement ceux causés par les composés sulfurés et les hydrocarbures
lourds. Les solvants, tels que l’acétone, qui ne laissent aucun résidu après séchage sont généralement
permis pour éliminer les contaminants de fraction lourde, bien qu’ils puissent présenter, dans certains cas,
des risques, tels que l’inflammabilité et la toxicité. Le nettoyage à la vapeur est généralement admis,
seulement si la vapeur est stérile et ne contient aucun inhibiteur de corrosion, produit chimique pour le
traitement de l’eau de la chaudière et aucune autre substance qui pourrait contaminer la bouteille
d’échantillon.
Des précautions particulières doivent être prises en nettoyant les bouteilles qui contiennent des dépôts.
S’il est prévu de procéder à une analyse des composés sulfurés, il est interdit d’utiliser de la vapeur pour
nettoyer les bouteilles en acier inoxydable. Certains éléments sulfurés seront aussitôt absorbés par les
bouteilles et les teneurs en soufre analysées seront considérablement sous-estimés. Lorsqu’il convient
d’analyser les teneurs en soufre des échantillons, ceux-ci doivent être recueillis dans des bouteilles
recouvertes intérieurement et passivées, spécialement conçues à cet effet. Il est important de remarquer que
la totalité de la surface mouillée du conteneur d’échantillons et de ses éléments secondaires doit être
recouverte d’une couche de protection.
Le revêtement des bouteilles, à l’exception des robinets, des raccords, des dispositifs supplémentaires, etc.,
peut s’avérer constituer une protection insuffisante. Dans certains cas, par exemple pour les gaz contenant
de l'H S, le revêtement recommandé est le PTFE.
7.3 Conditionnement de l’équipement d’échantillonnage
Cette opération peut être réalisée en purgeant l’équipement d’échantillonnage avec le gaz échantillonné,
jusqu’à ce que les gaz prélevés de manière séquentielle présentent une certaine stabilité en vue de l’analyse.
Les temps de conditionnement peuvent être réduits, en vidangeant, au préalable, l’équipement avant
d’effectuer la purge à l’aide de l’échantillon. Il peut s’avérer avantageux de procéder à des vidanges et des
purges successives, de manière à réduire le temps de conditionnement et à arriver à un équilibre.
Il est possible de déterminer initialement que l’équilibre est atteint et que l’équipement est conditionné par
analyse conformément à une méthode normalisée connue.
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7.4 Préchargement
L’azote, l’hélium, l'argon et l’air instrument sec constituent des exemples parfaits de gaz pouvant être utilisés
pour sécher ou purger les bouteilles exemptes de dépôts et de contaminants lourds. Afin d’éviter toute
interférence, le gaz de séchage et de purge utilisé ne doit contenir aucun des constituants devant être
analysés. Plusieurs laboratoires procèdent à un écranage par gaz de fond, tel que l’azote, l’hélium ou tout
autre gaz, afin d’éviter toute contamination par l’air des bouteilles d’échantillons. Les gaz de protection et les
gaz utilisés pour recharger ou pour appliquer une contre-pression doivent être soigneusement sélectionnés,
de manière que, si une fuite apparaît dans la bouteille ou si l’échantillon doit être contaminé par ces gaz,
l’unité analytique n’interprète pas cette contamination comme provenant de l’échantillon analysé. Par
exemple, la chromatographie, utilisant de l’hélium comme gaz vecteur, ne détectera pas l’hélium laissé dans
une bouteille à cavité unique ou les fuites d’hélium en aval du piston dans une bouteille à piston flottant.
8 Équipement d’échantillonnage
8.1 Prise de gaz
Lors de la conception de la prise de gaz, il est important de tenir compte de l’éventualité de vibrations de
résonance dues aux vitesses élevées d’écoulement dans la canalisation. Il est possible de procéder à un
échantillonnage, avec n’importe quel type de sonde, sur les tuyauteries de gaz, exemptes de tout liquide
entraîné et dont les conditions de débit sont bien au-delà de leurs températures du point de rosée.
Cependant, les canalisations, fonctionnant à des conditions correspondantes ou proches du point de rosée
du gaz, nécessitent une prise de gaz spécialement conçue pour surmonter les problèmes de condensation et
d’entraînement des particules liquides dans le gaz.
8.1.1 Prise de gaz avec tube droit
La prise de gaz, illustrée à la figure 3, est constituée d’un tube droit et s’avère être le dispositif le plus
élémentaire. Son extrémité peut être aplatie ou à angle droit.
Figure 3 — Prise de gaz à tube droit
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8.1.2 Prise de gaz régulée
Le type de sonde le plus courant dans l’industrie du gaz est la prise de gaz régulée. Ces dispositifs sont
généralement utilisés avec des systèmes d’analyse continue et sont conçus pour dispenser du gaz à une
pression réduite. La membrane et le
...