Les normes de l’industrie du gaz naturel relatives à l’échantillonnage* fournissent des lignes directrices sur:

– les analyses BTU spot, composites et en ligne pour les flux de gaz monophasés (il n’existe pas de norme pour l’échantillonnage des flux biphasiques ou supercritiques)
– l’élimination des composés liquides et des contaminants à la température et la pression du flux de gaz pour éviter les changements dans la composition de l’échantillon.
– l’importance de mesurer le point de rosée des hydrocarbures et de maintenir l’échantillon au-dessus du point de rosée (nécessité de réchauffage).
– le type de matériel de conditionnement recommandé et les lignes directrices pour les matériaux de construction.
– les sondes
– les détendeurs
– les tubes de transfert d’échantillons
– les considérations relatives au gaz de calibration

* GPA 2166 Obtaining samples of natural gas for chromatography analysis, API 14.1 Measurement of natural gas (harvesting and handling of samples of natural gas for custody transfer) et ISO 10715 Natural Gas sampling guidelines.

L’unique raison pour laquelle on extrait des échantillons est de déterminer la composition du gaz source. Il est par conséquent impératif d’extraire un échantillon représentatif.

Comment les normes de l’industrie définissent un échantillon représentatif:

GPA 2166- “L’objectif des procédures d’échantillonnage énumérées est d’obtenir un échantillon représentatif de la partie phase gazeuse du flux faisant l’objet de l’analyse. Toute analyse subséquente de l’échantillon, quelle que soit la précision de la méthode d’analyse, ne reflétera la composition réelle du flux que si un échantillon représentatif est obtenu. »
API 14.1-“ Composition identique ou aussi proche que possible du flux source de l’échantillon.”
ISO 10715- “Un échantillon ayant la même composition que le matériau échantillonné, lorsque ce dernier est considéré comme un tout homogène.”

On pourrait donc définir un échantillon représentatif de la façon suivante : Un échantillon représentatif de gaz naturel est la phase vapeur du flux échantillonné tel qu’il existe à la pression et à la température dans la canalisation.

Importance des systèmes de conditionnement d’échantillons

Ce schéma représente un système typique de conditionnement d’échantillons.

Les normes recommandent une sonde de prélèvement pour l’extraction de l’échantillon afin que le film liquide qui se trouve le long de la paroi de la canalisation ne soit pas extrait avec l’échantillon. Dans la mesure du possible, la sonde doit être munie d’une membrane pour garder les solides et les liquides hors du système d’échantillonnage et rejeter les liquides aux conditions source. Il s’agit de la tâche la plus importante du système de conditionnement d’échantillon. Si l’échantillon est modifié à ce stade, il n’est plus valide et il n’y a aucun moyen de le recréer.
Une fois l’échantillon extrait, il est généralement régulé à une pression inférieure acceptable pour l’analyseur. Le détendeur peut être incorporé dans la sonde ou il peut être externe. Il existe des détendeurs à un étage et à plusieurs étages. Il est parfois nécessaire de placer la canne de prélèvement et le détendeur dans une enceinte chauffée.
Ensuite, l’échantillon doit être transporté jusqu’à l’analyseur d’une manière qui ne modifie pas la composition de l’échantillon. Dans l’exemple ci-dessus, un tube tracé a été ajouté pour le transport de l’échantillon et l’armoire de l’analyseur est chauffée pour éviter la condensation.
Un séparateur « filet de sécurité » doit être placé le plus près possible de l’analyseur afin de le protéger contre tout liquide qui pourrait se condenser pendant le transport de l’échantillon en cas de dysfonctionnement du traçage (c’est un peu comme une assurance automobile… on espère que cela ne servira jamais, mais on est heureux de l’avoir quand on en a besoin). Placer le séparateur à membrane immédiatement après le détendeur près du point d’échantillonnage ne protège pas l’analyseur contre les liquides qui se condensent après ce point. Si vous voyez du liquide après le point d’échantillonnage, la composition de l’échantillon a été modifiée et le but à ce point est de protéger l’analyseur.
Il faut contrôler le débit bypass et le débit du flux d’échantillonnage jusqu’à l’analyseur. Il est nécessaire de limiter la pression et le débit pour fournir à l’analyseur seulement ce qui est nécessaire pour des résultats fiables dans la durée.

Les objectifs du système d’échantillonnage

Le système de conditionnement d’échantillons comprend tous les composants utilisés pour extraire un échantillon d’une source, le conditionner pour qu’il soit compatible avec l’analyseur, puis le transporter du point d’extraction jusqu’à l’analyseur (des cannes de prélèvement,  détendeurs et filtres jusqu’au tubing).

Le système d’échantillonnage doit atteindre deux objectifs :
1) La conservation de la composition de l’échantillon
2) La protection de l’analyseur.
– Retirer les composants du flux d’échantillons qui peuvent nuire à l’analyseur ou influencer ses lectures sans affecter les composants d’intérêt.
– Ajuster les conditions du flux d’échantillons, telles que la pression, la température et le débit, afin de respecter les spécifications de l’analyseur.

Il est important de garder ces deux objectifs à l’esprit. Habituellement, l’accent est mis sur la protection de l’analyseur, mais la préservation de l’échantillon est tout aussi importante. L’analyseur va analyser ce que nous envoyons, sans tenir compte si la composition de l’échantillon a été modifiée ou non.

Conception du système de conditionnement d’échantillons

Un système de conditionnement d’échantillons correctement conçu est la clé de la performance de l’analyseur et d’une analyse précise.
La conception et l’exploitation du système de conditionnement d’échantillons représentent le plus grand défi pour les personnes impliquées et nécessitent presque toujours une conception sur mesure.
Si le système de conditionnement d’échantillons n’est pas conçu correctement, il entraînera de nombreux problèmes pour l’analyseur et compromettra l’intégrité de l’échantillon.
Environ 80 % des erreurs d’analyse sont attribuables au système de conditionnement d’échantillons.

Considérations à prendre en compte pour concevoir le système de conditionnement d’échantillons

– Le type d’analyses à effectuer (BTU, H20, H2S, etc)
– La composition du gaz (riche ou pauvre).
– La quantité de contaminants dans le gaz source.
– Les condensats, les amines provenant de l’adoucissement du gaz, le glycol provenant de l’élimination du H2O et les huiles de compresseur sont tous des contaminants qui doivent être traités avec soin. S’ils ne sont pas retirés, ils peuvent avoir une incidence sur l’analyse de l’échantillon.
– Les conditions de pression et de température du gaz source.
– Le débit requis pour l’analyseur.
– La température ambiante