ISO 18453:2004
(Main)Natural gas — Correlation between water content and water dew point
Natural gas — Correlation between water content and water dew point
ISO 18453:2004 specifies a method to provide users with a reliable mathematical relationship between water content and water dew point in natural gas when one of the two is known. The calculation method, developed by GERG; is applicable to both the calculation of the water content and the water dew point. ISO 18453:2004 gives the uncertainty for the correlation but makes no attempt to quantify the measurement uncertainties.
Gaz naturel — Corrélation entre la teneur en eau et le point de rosée eau
L'ISO 18453:2004 spécifie une méthode pour fournir à l'utilisateur une relation mathématique fiable entre la teneur en eau et le point de rosée eau du gaz naturel, lorsque l'une des deux valeurs est connue. La méthode de calcul, mise au point par le GERG, est applicable aussi bien pour calculer la teneur en eau que le point de rosée eau. L'ISO 18453:2004 donne l'incertitude pour la corrélation, mais n'a pas pour but de quantifier les incertitudes de mesure.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18453
First edition
2004-07-01
Natural gas — Correlation between water
content and water dew point
Gaz naturel — Corrélation entre la teneur en eau et le point de rosée
de l'eau
Reference number
©
ISO 2004
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the unlikely event that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.
© ISO 2004
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,
electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or
ISO's member body in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2004 – All rights reserved
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Terms and definitions. 1
3 Development of the correlation . 2
4 Range of application and uncertainty of the correlation . 3
5 Correlation . 4
Annex A (normative) Thermodynamic principles . 8
Annex B (informative) Traceability . 15
Annex C (informative) Examples of calculations . 17
Annex D (informative) Subscripts, symbols, units, conversion factors and abbreviations . 19
Bibliography . 21
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 18453 was prepared by Technical Committee ISO/TC 193, Natural gas, Subcommittee SC 1, Analysis of
natural gas.
iv © ISO 2004 – All rights reserved
Introduction
ISO/TC 193, Natural gas, was established in May 1989, with the task of creating new standards, and updating
existing standards relevant to natural gas. This includes gas analysis, direct measurement of properties,
quality designation and traceability.
This document provides a reliable mathematical relationship between water content and water dew point in
natural gas. The calculation method was developed by GERG; it is applicable in both ways, i.e. either to
calculate the water content or to calculate the water dew point. Information relating to the thermodynamic
principles is given in Annex A; information relating to the traceability, applications and uncertainties associated
with this work is given in Annex B.
Some of the operational problems in the natural gas industry can be traced back to water content in natural
gases. Even with low water vapour content in the gas, changing operating pressure and temperature
conditions can cause water to condense and thus lead to corrosion problems, hydrates or ice formation. To
avoid these problems, expensive dehydration units have been installed by natural gas companies. The design
and cost of these installations depend on the exact knowledge of the water content at the dew point and the
(contractually) required water content.
The instruments resulting from the improvements of moisture measurement equipment during the last
decades focus on the determination of water content rather than on water dew point. Therefore, if the water
content is measured, a correlation is needed for the expression of water dew point.
1)
The GERG Group identified a need to build a comprehensive and accurate database of measured water
content and corresponding water dew point values for a number of representative natural gases in the range
of interest before validating the existing correlations between water content and water dew point.
It was subsequently shown that the uncertainty range of the existing correlations could be improved.
Therefore, as a result, a more accurate, composition-dependent correlation was successfully developed on
the basis of the new database.
The aim of this International Standard is to standardize the calculation procedure developed by GERG
concerning the relationship between water content and water dew point (and vice versa) in the field of natural
gas typically for custody transfer.
1) GERG is an abbreviation of Groupe Européen de Recherche Gazière.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18453:2004(E)
Natural gas — Correlation between water content and water
dew point
1 Scope
This International Standard specifies a method to provide users with a reliable mathematical relationship
between water content and water dew point in natural gas when one of the two is known. The calculation
method, developed by GERG; is applicable to both the calculation of the water content and the water dew
point.
This International Standard gives the uncertainty for the correlation but makes no attempt to quantify the
measurement uncertainties.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
correlation
relationship between two or several random variables within a distribution of two or more random variables
[ISO 3534-1]
NOTE The indication of the range of temperature, pressure and composition for which the correlation was validated
is given in Clause 3.
2.2
working range
range of parameters for which the correlation has been validated
2.3
extended working range
range of parameters for which the correlation has been developed, but outside the range for which the
correlation has been validated
2.4
uncertainty of the correlation
absolute deviation of calculated value from the experimental database
NOTE This does not include any measurement uncertainty in the field.
2.5
acentric factor
parameter to characterize the acentricity or non-sphericity of a molecule
NOTE This definition was taken from reference [1] in the Bibliography.
2.6
normal reference conditions
reference conditions of pressure, temperature and humidity (state of saturation) equal to 101,325 kPa and
273,15 K for the real, dry gas
[ISO 14532:2001]
2.6
traceability
property of the result of a measurement or the value of a standard whereby it can be related to stated
references, usually national or international standards, through an unbroken chain of comparisons all having
stated uncertainties
[ISO 14532:2001]
3 Development of the correlation
In the past, GERG has identified the necessity for an accurate conversion between the water content and the
water dew point for natural gases with sales gas characteristics. To achieve this goal, the GERG defined a
research program. In the first phase of the project, reliable data on water content together with data on water
dew point were collected for several natural gases for the dew-point temperature range of interest: −15 °C to
+5 °C and for the (absolute) pressure range of interest: 0,5 MPa to 10 MPa. In addition to the measurements
on the seven representative natural gases, measurements were also carried out on the key binary system
methane/water. The procedure used for gathering the measured data was the saturation method.
Taking the determined values for the repeatability and reproducibility of the Karl Fischer instrument as
consistency criteria for all measured water contents, only a few inconsistent values were detected, which were
mainly situated in the range of low water content (high pressure, low temperature range). Values which failed
the consistency check were either rejected or, in a few cases, weighted much lower in the data pool. In most
cases, these values were replaced by repeated measurements carried out at the same pressure and
temperature conditions.
Detailed information on the experimental procedure and the composition of the natural gases used during the
[2]
experiments can be found in the GERG Monograph .
The developed relationship is validated for dew-point temperatures ranging from −15 °C to +5 °C and
(absolute) pressures ranging from 0,5 MPa to 10 MPa.
The representative natural gases used for validating the correlation were sampled technically free of glycol,
methanol, liquid hydrocarbon and with a maximum content of H S of 5 mg/m (in normal conditions). No
attempt was made to investigate the impact of the uncertainties resulting from the inclusion of such
contaminants.
The thermodynamic background of the developed relationship makes it possible to extend the range of
applicability outside the working range to temperatures of −50 °C to +40 °C and (absolute) pressures from
0,1 MPa to 30 MPa with unknown uncertainties.
It is intended that the correlation be interpreted as reciprocal between the water content and the water dew
point. Note that this relationship was derived under laboratory conditions using several compositions of natural
gas sampled in the field. Under practical field operational conditions, significant additional uncertainties are
generated.
Besides the uncertainty in the conversion of the measurement itself, the uncertainties of the measured values
should also be considered.
Unless explicitly otherwise stated, the volume is stated under normal reference conditions (2.6).
2 © ISO 2004 – All rights reserved
4 Range of application and uncertainty of the correlation
4.1 Working range
The working range is within the ranges defined above, and the associated uncertainties are as follows.
a) Range of pressure: 0,5 MPa u p u 10 MPa
b) Range of dew-point temperature: −15 °C u t u +5 °C
c) Range of composition: the correlation accepts water and the components given in Table 1 as input
parameters. The calculation method is applicable to natural gases that meet the limitations listed in
Table 1. Examples of the influence of composition are given in Annex C.
Table 1 — Range of composition for percentage molar composition
Compound Percentage molar composition
Methane (CH) W 40,0 %
Nitrogen (N ) u 55,0 %
Carbon dioxide (CO ) u 30,0 %
Ethane (C H ) u 20,0 %
2 6
Propane (C H ) u 4,5 %
3 8
2-Methyl propane (C H ) u 1,5 %
4 10
n-Butane (C H ) u 1,5 %
4 10
2,2-Dimethyl propane (C H ) u 1,5 %
5 12
2-Methyl butane (C H ) u 1,5 %
5 12
n-Pentane (C H ) u 1,5 %
5 12
C (sum of hexane + higher hydrocarbons) (C H ) u 1,5 %
6+ 6 14
NOTE C is treated as n-hexane.
6+
Within the range above the uncertainty are the following:
for the water dew point calculated from the water content: ± 2 °C
for the water content calculated from the water dew point:
3 3
1) β < 580 mg/m : 0,14 + 0,021 × β ± 20 (mg/m );
w w
3 3
2) β W 580 mg/m : −18,84 + 0,053 7 × β ± 20 (mg/m ).
w w
For the application of these formulae, refer to Annex B and the examples given in Annex C.
NOTE The conversion between normal reference conditions and standard reference conditions is given in ISO 13443.
4.2 Extended working range
Extension of the application range may be extrapolated within the following ranges, but the associated
uncertainties are unknown.
a) Range of pressure: extended range of (absolute) pressure is 0,1 MPa u p < 0,5 MPa and
10 MPa < p u 30 MPa;
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 18453
First edition
2004-07-01
Natural gas — Correlation between water
content and water dew point
Gaz naturel — Corrélation entre la teneur en eau et le point de rosée
de l'eau
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E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Terms and definitions. 1
3 Development of the correlation . 2
4 Range of application and uncertainty of the correlation . 3
5 Correlation . 4
Annex A (normative) Thermodynamic principles . 8
Annex B (informative) Traceability . 15
Annex C (informative) Examples of calculations . 17
Annex D (informative) Subscripts, symbols, units, conversion factors and abbreviations . 19
Bibliography . 21
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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 18453 was prepared by Technical Committee ISO/TC 193, Natural gas, Subcommittee SC 1, Analysis of
natural gas.
iv © ISO 2004 – All rights reserved
Introduction
ISO/TC 193, Natural gas, was established in May 1989, with the task of creating new standards, and updating
existing standards relevant to natural gas. This includes gas analysis, direct measurement of properties,
quality designation and traceability.
This document provides a reliable mathematical relationship between water content and water dew point in
natural gas. The calculation method was developed by GERG; it is applicable in both ways, i.e. either to
calculate the water content or to calculate the water dew point. Information relating to the thermodynamic
principles is given in Annex A; information relating to the traceability, applications and uncertainties associated
with this work is given in Annex B.
Some of the operational problems in the natural gas industry can be traced back to water content in natural
gases. Even with low water vapour content in the gas, changing operating pressure and temperature
conditions can cause water to condense and thus lead to corrosion problems, hydrates or ice formation. To
avoid these problems, expensive dehydration units have been installed by natural gas companies. The design
and cost of these installations depend on the exact knowledge of the water content at the dew point and the
(contractually) required water content.
The instruments resulting from the improvements of moisture measurement equipment during the last
decades focus on the determination of water content rather than on water dew point. Therefore, if the water
content is measured, a correlation is needed for the expression of water dew point.
1)
The GERG Group identified a need to build a comprehensive and accurate database of measured water
content and corresponding water dew point values for a number of representative natural gases in the range
of interest before validating the existing correlations between water content and water dew point.
It was subsequently shown that the uncertainty range of the existing correlations could be improved.
Therefore, as a result, a more accurate, composition-dependent correlation was successfully developed on
the basis of the new database.
The aim of this International Standard is to standardize the calculation procedure developed by GERG
concerning the relationship between water content and water dew point (and vice versa) in the field of natural
gas typically for custody transfer.
1) GERG is an abbreviation of Groupe Européen de Recherche Gazière.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 18453:2004(E)
Natural gas — Correlation between water content and water
dew point
1 Scope
This International Standard specifies a method to provide users with a reliable mathematical relationship
between water content and water dew point in natural gas when one of the two is known. The calculation
method, developed by GERG; is applicable to both the calculation of the water content and the water dew
point.
This International Standard gives the uncertainty for the correlation but makes no attempt to quantify the
measurement uncertainties.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
correlation
relationship between two or several random variables within a distribution of two or more random variables
[ISO 3534-1]
NOTE The indication of the range of temperature, pressure and composition for which the correlation was validated
is given in Clause 3.
2.2
working range
range of parameters for which the correlation has been validated
2.3
extended working range
range of parameters for which the correlation has been developed, but outside the range for which the
correlation has been validated
2.4
uncertainty of the correlation
absolute deviation of calculated value from the experimental database
NOTE This does not include any measurement uncertainty in the field.
2.5
acentric factor
parameter to characterize the acentricity or non-sphericity of a molecule
NOTE This definition was taken from reference [1] in the Bibliography.
2.6
normal reference conditions
reference conditions of pressure, temperature and humidity (state of saturation) equal to 101,325 kPa and
273,15 K for the real, dry gas
[ISO 14532:2001]
2.6
traceability
property of the result of a measurement or the value of a standard whereby it can be related to stated
references, usually national or international standards, through an unbroken chain of comparisons all having
stated uncertainties
[ISO 14532:2001]
3 Development of the correlation
In the past, GERG has identified the necessity for an accurate conversion between the water content and the
water dew point for natural gases with sales gas characteristics. To achieve this goal, the GERG defined a
research program. In the first phase of the project, reliable data on water content together with data on water
dew point were collected for several natural gases for the dew-point temperature range of interest: −15 °C to
+5 °C and for the (absolute) pressure range of interest: 0,5 MPa to 10 MPa. In addition to the measurements
on the seven representative natural gases, measurements were also carried out on the key binary system
methane/water. The procedure used for gathering the measured data was the saturation method.
Taking the determined values for the repeatability and reproducibility of the Karl Fischer instrument as
consistency criteria for all measured water contents, only a few inconsistent values were detected, which were
mainly situated in the range of low water content (high pressure, low temperature range). Values which failed
the consistency check were either rejected or, in a few cases, weighted much lower in the data pool. In most
cases, these values were replaced by repeated measurements carried out at the same pressure and
temperature conditions.
Detailed information on the experimental procedure and the composition of the natural gases used during the
[2]
experiments can be found in the GERG Monograph .
The developed relationship is validated for dew-point temperatures ranging from −15 °C to +5 °C and
(absolute) pressures ranging from 0,5 MPa to 10 MPa.
The representative natural gases used for validating the correlation were sampled technically free of glycol,
methanol, liquid hydrocarbon and with a maximum content of H S of 5 mg/m (in normal conditions). No
attempt was made to investigate the impact of the uncertainties resulting from the inclusion of such
contaminants.
The thermodynamic background of the developed relationship makes it possible to extend the range of
applicability outside the working range to temperatures of −50 °C to +40 °C and (absolute) pressures from
0,1 MPa to 30 MPa with unknown uncertainties.
It is intended that the correlation be interpreted as reciprocal between the water content and the water dew
point. Note that this relationship was derived under laboratory conditions using several compositions of natural
gas sampled in the field. Under practical field operational conditions, significant additional uncertainties are
generated.
Besides the uncertainty in the conversion of the measurement itself, the uncertainties of the measured values
should also be considered.
Unless explicitly otherwise stated, the volume is stated under normal reference conditions (2.6).
2 © ISO 2004 – All rights reserved
4 Range of application and uncertainty of the correlation
4.1 Working range
The working range is within the ranges defined above, and the associated uncertainties are as follows.
a) Range of pressure: 0,5 MPa u p u 10 MPa
b) Range of dew-point temperature: −15 °C u t u +5 °C
c) Range of composition: the correlation accepts water and the components given in Table 1 as input
parameters. The calculation method is applicable to natural gases that meet the limitations listed in
Table 1. Examples of the influence of composition are given in Annex C.
Table 1 — Range of composition for percentage molar composition
Compound Percentage molar composition
Methane (CH) W 40,0 %
Nitrogen (N ) u 55,0 %
Carbon dioxide (CO ) u 30,0 %
Ethane (C H ) u 20,0 %
2 6
Propane (C H ) u 4,5 %
3 8
2-Methyl propane (C H ) u 1,5 %
4 10
n-Butane (C H ) u 1,5 %
4 10
2,2-Dimethyl propane (C H ) u 1,5 %
5 12
2-Methyl butane (C H ) u 1,5 %
5 12
n-Pentane (C H ) u 1,5 %
5 12
C (sum of hexane + higher hydrocarbons) (C H ) u 1,5 %
6+ 6 14
NOTE C is treated as n-hexane.
6+
Within the range above the uncertainty are the following:
for the water dew point calculated from the water content: ± 2 °C
for the water content calculated from the water dew point:
3 3
1) β < 580 mg/m : 0,14 + 0,021 × β ± 20 (mg/m );
w w
3 3
2) β W 580 mg/m : −18,84 + 0,053 7 × β ± 20 (mg/m ).
w w
For the application of these formulae, refer to Annex B and the examples given in Annex C.
NOTE The conversion between normal reference conditions and standard reference conditions is given in ISO 13443.
4.2 Extended working range
Extension of the application range may be extrapolated within the following ranges, but the associated
uncertainties are unknown.
a) Range of pressure: extended range of (absolute) pressure is 0,1 MPa u p < 0,5 MPa and
10 MPa < p u 30 MPa;
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18453
Première édition
2004-07-01
Gaz naturel — Corrélation entre la teneur
en eau et le point de rosée eau
Natural gas — Correlation between water content and water dew point
Numéro de référence
©
ISO 2004
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© ISO 2004
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Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax. + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2005
Publié en Suisse
ii © ISO 2004 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Termes et définitions. 1
3 Mise au point de la corrélation . 2
4 Plage d'application et incertitude de la corrélation. 3
5 Corrélation. 4
Annexe A (normative) Principes thermodynamiques . 9
Annexe B (informative) Traçabilité . 16
Annexe C (informative) Exemples de calculs. 18
Annexe D (informative) Indices, symboles, unités, facteurs de conversion et abréviations . 20
Bibliographie . 22
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 2.
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 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.
L'ISO 18453 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comité SC 1, Analyse du
gaz naturel.
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
Introduction
L'ISO/TC 193, Gaz naturel, a été créé en mai 1989 dans le but d'élaborer de nouvelles normes et de mettre à
jour les normes existantes applicables au gaz naturel. Cela concerne les domaines de l'analyse du gaz, du
mesurage direct des propriétés, de la désignation de la qualité et de la traçabilité.
Le présent document fournit une relation mathématique fiable entre la teneur en eau et le point de rosée eau
du gaz naturel. La méthode de calcul a été mise au point par le GERG; elle est applicable dans les deux sens,
c'est-à-dire qu'elle permet aussi bien de calculer la teneur en eau que le point de rosée eau. L'Annexe A
donne des informations sur les principes thermodynamiques et l'Annexe B des informations sur la traçabilité,
les applications et les incertitudes associées à ce travail.
Certains problèmes opérationnels rencontrés dans l'industrie du gaz naturel peuvent provenir de la teneur en
eau des gaz naturels. Même avec une faible teneur en vapeur d'eau dans le gaz, la variation des conditions
de pression et de température de service peut provoquer la condensation de l'eau et, par conséquent,
conduire à des problèmes de corrosion, de formation d'hydrates ou de glace. Pour éviter ces problèmes, des
unités de déshydratation onéreuses ont été installées par les compagnies de gaz naturel. La conception et le
coût de ces installations dépendent de la connaissance exacte de la teneur en eau au point de rosée et de la
teneur en eau exigée (contractuellement).
Les instruments conçus suite au perfectionnement des appareils de mesure de l'humidité au cours des
dernières décennies s'attachent surtout à la détermination de la teneur en eau plutôt qu'à celle du point de
rosée eau. Par conséquent, si la teneur en eau est mesurée, une corrélation est nécessaire pour l'expression
du point de rosée eau.
1)
Le GERG a identifié le besoin de créer une base de données complète et exacte des valeurs de la teneur en
eau et du point de rosée eau correspondant pour de nombreux gaz naturels représentatifs dans la plage
considérée avant de valider les corrélations existantes entre la teneur en eau et le point de rosée eau.
Il a ensuite été démontré que la plage d'incertitude des corrélations existantes pouvait être améliorée.
Une corrélation plus exacte, liée à la composition, a donc été mise au point avec succès à partir de la
nouvelle base de données.
L'objectif de la présente Norme internationale est de normaliser la méthode de calcul du GERG concernant la
relation entre la teneur en eau et le point de rosée eau (et vice versa) dans le domaine du gaz naturel,
généralement lors du transfert de propriété.
1)
GERG est l'abréviation de Groupe Européen de Recherches Gazières.
NORME INTERNATIONALE ISO 18453:2004(F)
Gaz naturel — Corrélation entre la teneur en eau et le point de
rosée eau
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode pour fournir à l'utilisateur une relation mathématique
fiable entre la teneur en eau et le point de rosée eau du gaz naturel, lorsque l'une des deux valeurs est
connue. La méthode de calcul, mise au point par le GERG, est applicable aussi bien pour calculer la teneur
en eau que le point de rosée eau.
La présente Norme internationale donne l'incertitude pour la corrélation, mais n'a pas pour but de quantifier
les incertitudes de mesure.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1
corrélation
liaison entre deux ou plusieurs variables aléatoires à l'intérieur d'une loi
[ISO 3534-1]
NOTE L'indication des plages de température, de pression et de composition pour lesquelles la corrélation a été
validée est donnée à l'Article 3.
2.2
étendue de travail
plage de paramètres pour laquelle la corrélation a été validée
2.3
étendue de travail élargie
plage de paramètres pour laquelle la corrélation a été mise au point, mais qui est située hors de la plage de
paramètres pour laquelle la corrélation a été validée
2.4
incertitude de la corrélation
écart absolu de la valeur calculée à partir de la base de données expérimentale
NOTE Elle n'inclut aucune incertitude de mesure sur le terrain.
2.5
facteur acentrique
paramètre utilisé pour caractériser l'acentricité ou la non-sphéricité d'une molécule
NOTE Cette définition a été tirée de la référence [1] de la Bibliographie.
2.6
conditions normales de référence
conditions de référence de la pression, de la température et de l'humidité (état de saturation) égales à
101,325 kPa et 273,15 K pour un gaz réel sec
[ISO 14532:2001]
2.7
traçabilité
propriété d'un résultat de mesure ou de la valeur d'un étalon de pouvoir être rapportée à des étalons
appropriés, généralement internationaux ou nationaux, par l'intermédiaire d'une chaîne ininterrompue de
comparaisons dont toutes sont affectées d'une incertitude donnée
[ISO 14532:2001]
3 Mise au point de la corrélation
Dans le passé, le GERG a identifié le besoin de disposer d'une conversion précise entre la teneur en eau et le
point de rosée eau des gaz naturels présentant des caractéristiques de gaz commercial. Pour réaliser cet
objectif, le GERG a défini un programme de recherche. Au cours de la première phase du projet, des données
fiables sur la teneur en eau ainsi que des données sur le point de rosée eau ont été recueillies pour plusieurs
gaz naturels dans la plage de température de rosée considérée, de −15 °C à +5 °C, et dans la plage de
pression (absolue) considérée, de 0,5 MPa à 10 MPa. En plus des mesurages sur les sept gaz naturels
représentatifs, des mesurages ont également été réalisés sur le système binaire clé méthane/eau. Le mode
opératoire utilisé pour réunir les données mesurées a été la méthode de saturation.
En prenant les valeurs déterminées pour la répétabilité et la reproductibilité du titrimètre Karl Fischer comme
critères de cohérence pour toutes les teneurs en eau mesurées, seules quelques valeurs incohérentes ont été
détectées, situées principalement dans la plage de faible teneur en eau (pression élevée, plage de basses
températures). Les valeurs ayant échoué au contrôle de cohérence ont été soit rejetées, soit, dans peu de cas,
faiblement pondérées dans la banque de données. Dans la plupart des cas, ces valeurs ont été remplacées
par des mesurages répétés réalisés dans les mêmes conditions de pression et de température.
Des informations détaillées sur le mode opératoire expérimental et la composition des gaz naturels utilisés
[2]
pendant les expériences se trouvent dans la monographie du GERG.
La relation ainsi mise au point est validée pour des températures de rosée allant de −15 °C à +5 °C et des
pressions (absolues) comprises entre 0,5 MPa et 10 MPa.
Les gaz naturels représentatifs utilisés pour valider la corrélation ont été prélevés techniquement exempts de
glycol, méthanol, hydrocarbures liquides et avec une teneur maximale en H S de 5 mg/m (en conditions
normales). Aucune étude n'a été réalisée sur l'impact des incertitudes provenant de l'inclusion de ces
contaminants.
Les bases thermodynamiques de la relation obtenue permettent d'étendre le domaine d'applicabilité au-delà
de l'étendue de travail, à des températures comprises entre −50 °C et +40 °C et à des pressions (absolues)
comprises entre 0,1 MPa et 30 MPa, avec des incertitudes inconnues.
Il est prévu que la corrélation entre la teneur en eau et le point de rosée eau soit interprétée comme
réciproque. Il est à noter que cette relation a été établie dans des conditions de laboratoire à l'aide de
plusieurs compositions de gaz naturel prélevées sur le terrain. Dans les conditions pratiques de
fonctionnement sur le terrain, d'autres incertitudes significatives sont générées.
Outre l'incertitude liée à la conversion du mesurage proprement dit, il convient aussi de tenir compte des
incertitudes des valeurs mesurées.
Sauf indication contraire explicite, le volume est indiqué dans les conditions normales de référence (2.6).
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés
4 Plage d'application et incertitude de la corrélation
4.1 Étendue de travail
L'étendue de travail est comprise dans les plages définies ci-dessus et les incertitudes associées sont les
suivantes.
a) Plage de pression: 0,5 MPa u p u 10 MPa.
b) Plage de température de rosée: −15 °C u t u +5 °C.
c) Plage de composition: la corrélation accepte l'eau et les constituants indiqués dans le Tableau 1 comme
paramètres d'entrée. La méthode de calcul est applicable aux gaz naturels qui satisfont aux limitations
énumérées dans le Tableau 1. Des exemples montrant l'influence de la composition sont donnés à
l'Annexe C.
Tableau 1 — Plage de composition pour la composition molaire en pourcentage
Constituant Composition molaire en pourcentage
Méthane (CH ) W 40,0 %
Azote (N ) u 55,0 %
Dioxyde de carbone (CO ) u 30
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 18453
Première édition
2004-07-01
Gaz naturel — Corrélation entre la teneur
en eau et le point de rosée eau
Natural gas — Correlation between water content and water dew point
Numéro de référence
©
ISO 2004
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E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Version française parue en 2005
Publié en Suisse
ii © ISO 2004 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Termes et définitions. 1
3 Mise au point de la corrélation . 2
4 Plage d'application et incertitude de la corrélation. 3
5 Corrélation. 4
Annexe A (normative) Principes thermodynamiques . 9
Annexe B (informative) Traçabilité . 16
Annexe C (informative) Exemples de calculs. 18
Annexe D (informative) Indices, symboles, unités, facteurs de conversion et abréviations . 20
Bibliographie . 22
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 2.
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 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.
L'ISO 18453 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 193, Gaz naturel, sous-comité SC 1, Analyse du
gaz naturel.
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
Introduction
L'ISO/TC 193, Gaz naturel, a été créé en mai 1989 dans le but d'élaborer de nouvelles normes et de mettre à
jour les normes existantes applicables au gaz naturel. Cela concerne les domaines de l'analyse du gaz, du
mesurage direct des propriétés, de la désignation de la qualité et de la traçabilité.
Le présent document fournit une relation mathématique fiable entre la teneur en eau et le point de rosée eau
du gaz naturel. La méthode de calcul a été mise au point par le GERG; elle est applicable dans les deux sens,
c'est-à-dire qu'elle permet aussi bien de calculer la teneur en eau que le point de rosée eau. L'Annexe A
donne des informations sur les principes thermodynamiques et l'Annexe B des informations sur la traçabilité,
les applications et les incertitudes associées à ce travail.
Certains problèmes opérationnels rencontrés dans l'industrie du gaz naturel peuvent provenir de la teneur en
eau des gaz naturels. Même avec une faible teneur en vapeur d'eau dans le gaz, la variation des conditions
de pression et de température de service peut provoquer la condensation de l'eau et, par conséquent,
conduire à des problèmes de corrosion, de formation d'hydrates ou de glace. Pour éviter ces problèmes, des
unités de déshydratation onéreuses ont été installées par les compagnies de gaz naturel. La conception et le
coût de ces installations dépendent de la connaissance exacte de la teneur en eau au point de rosée et de la
teneur en eau exigée (contractuellement).
Les instruments conçus suite au perfectionnement des appareils de mesure de l'humidité au cours des
dernières décennies s'attachent surtout à la détermination de la teneur en eau plutôt qu'à celle du point de
rosée eau. Par conséquent, si la teneur en eau est mesurée, une corrélation est nécessaire pour l'expression
du point de rosée eau.
1)
Le GERG a identifié le besoin de créer une base de données complète et exacte des valeurs de la teneur en
eau et du point de rosée eau correspondant pour de nombreux gaz naturels représentatifs dans la plage
considérée avant de valider les corrélations existantes entre la teneur en eau et le point de rosée eau.
Il a ensuite été démontré que la plage d'incertitude des corrélations existantes pouvait être améliorée.
Une corrélation plus exacte, liée à la composition, a donc été mise au point avec succès à partir de la
nouvelle base de données.
L'objectif de la présente Norme internationale est de normaliser la méthode de calcul du GERG concernant la
relation entre la teneur en eau et le point de rosée eau (et vice versa) dans le domaine du gaz naturel,
généralement lors du transfert de propriété.
1)
GERG est l'abréviation de Groupe Européen de Recherches Gazières.
NORME INTERNATIONALE ISO 18453:2004(F)
Gaz naturel — Corrélation entre la teneur en eau et le point de
rosée eau
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode pour fournir à l'utilisateur une relation mathématique
fiable entre la teneur en eau et le point de rosée eau du gaz naturel, lorsque l'une des deux valeurs est
connue. La méthode de calcul, mise au point par le GERG, est applicable aussi bien pour calculer la teneur
en eau que le point de rosée eau.
La présente Norme internationale donne l'incertitude pour la corrélation, mais n'a pas pour but de quantifier
les incertitudes de mesure.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1
corrélation
liaison entre deux ou plusieurs variables aléatoires à l'intérieur d'une loi
[ISO 3534-1]
NOTE L'indication des plages de température, de pression et de composition pour lesquelles la corrélation a été
validée est donnée à l'Article 3.
2.2
étendue de travail
plage de paramètres pour laquelle la corrélation a été validée
2.3
étendue de travail élargie
plage de paramètres pour laquelle la corrélation a été mise au point, mais qui est située hors de la plage de
paramètres pour laquelle la corrélation a été validée
2.4
incertitude de la corrélation
écart absolu de la valeur calculée à partir de la base de données expérimentale
NOTE Elle n'inclut aucune incertitude de mesure sur le terrain.
2.5
facteur acentrique
paramètre utilisé pour caractériser l'acentricité ou la non-sphéricité d'une molécule
NOTE Cette définition a été tirée de la référence [1] de la Bibliographie.
2.6
conditions normales de référence
conditions de référence de la pression, de la température et de l'humidité (état de saturation) égales à
101,325 kPa et 273,15 K pour un gaz réel sec
[ISO 14532:2001]
2.7
traçabilité
propriété d'un résultat de mesure ou de la valeur d'un étalon de pouvoir être rapportée à des étalons
appropriés, généralement internationaux ou nationaux, par l'intermédiaire d'une chaîne ininterrompue de
comparaisons dont toutes sont affectées d'une incertitude donnée
[ISO 14532:2001]
3 Mise au point de la corrélation
Dans le passé, le GERG a identifié le besoin de disposer d'une conversion précise entre la teneur en eau et le
point de rosée eau des gaz naturels présentant des caractéristiques de gaz commercial. Pour réaliser cet
objectif, le GERG a défini un programme de recherche. Au cours de la première phase du projet, des données
fiables sur la teneur en eau ainsi que des données sur le point de rosée eau ont été recueillies pour plusieurs
gaz naturels dans la plage de température de rosée considérée, de −15 °C à +5 °C, et dans la plage de
pression (absolue) considérée, de 0,5 MPa à 10 MPa. En plus des mesurages sur les sept gaz naturels
représentatifs, des mesurages ont également été réalisés sur le système binaire clé méthane/eau. Le mode
opératoire utilisé pour réunir les données mesurées a été la méthode de saturation.
En prenant les valeurs déterminées pour la répétabilité et la reproductibilité du titrimètre Karl Fischer comme
critères de cohérence pour toutes les teneurs en eau mesurées, seules quelques valeurs incohérentes ont été
détectées, situées principalement dans la plage de faible teneur en eau (pression élevée, plage de basses
températures). Les valeurs ayant échoué au contrôle de cohérence ont été soit rejetées, soit, dans peu de cas,
faiblement pondérées dans la banque de données. Dans la plupart des cas, ces valeurs ont été remplacées
par des mesurages répétés réalisés dans les mêmes conditions de pression et de température.
Des informations détaillées sur le mode opératoire expérimental et la composition des gaz naturels utilisés
[2]
pendant les expériences se trouvent dans la monographie du GERG.
La relation ainsi mise au point est validée pour des températures de rosée allant de −15 °C à +5 °C et des
pressions (absolues) comprises entre 0,5 MPa et 10 MPa.
Les gaz naturels représentatifs utilisés pour valider la corrélation ont été prélevés techniquement exempts de
glycol, méthanol, hydrocarbures liquides et avec une teneur maximale en H S de 5 mg/m (en conditions
normales). Aucune étude n'a été réalisée sur l'impact des incertitudes provenant de l'inclusion de ces
contaminants.
Les bases thermodynamiques de la relation obtenue permettent d'étendre le domaine d'applicabilité au-delà
de l'étendue de travail, à des températures comprises entre −50 °C et +40 °C et à des pressions (absolues)
comprises entre 0,1 MPa et 30 MPa, avec des incertitudes inconnues.
Il est prévu que la corrélation entre la teneur en eau et le point de rosée eau soit interprétée comme
réciproque. Il est à noter que cette relation a été établie dans des conditions de laboratoire à l'aide de
plusieurs compositions de gaz naturel prélevées sur le terrain. Dans les conditions pratiques de
fonctionnement sur le terrain, d'autres incertitudes significatives sont générées.
Outre l'incertitude liée à la conversion du mesurage proprement dit, il convient aussi de tenir compte des
incertitudes des valeurs mesurées.
Sauf indication contraire explicite, le volume est indiqué dans les conditions normales de référence (2.6).
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés
4 Plage d'application et incertitude de la corrélation
4.1 Étendue de travail
L'étendue de travail est comprise dans les plages définies ci-dessus et les incertitudes associées sont les
suivantes.
a) Plage de pression: 0,5 MPa u p u 10 MPa.
b) Plage de température de rosée: −15 °C u t u +5 °C.
c) Plage de composition: la corrélation accepte l'eau et les constituants indiqués dans le Tableau 1 comme
paramètres d'entrée. La méthode de calcul est applicable aux gaz naturels qui satisfont aux limitations
énumérées dans le Tableau 1. Des exemples montrant l'influence de la composition sont donnés à
l'Annexe C.
Tableau 1 — Plage de composition pour la composition molaire en pourcentage
Constituant Composition molaire en pourcentage
Méthane (CH ) W 40,0 %
Azote (N ) u 55,0 %
Dioxyde de carbone (CO ) u 30
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.