Petroleum and liquid petroleum products -- Direct static measurements -- Measurement of content of vertical storage tanks by hydrostatic tank gauging

ISO 11223:2004 gives guidance on the selection, installation, commissioning, maintenance, validation and calibration of hydrostatic tank-gauging (HTG) systems for the direct measurement of static mass in petroleum storage tanks. It is intended to cover custody transfer applications, although details of other, less accurate, measurements are included for information. It also gives guidance on calculations of standard volume from measured mass and independently measured reference density. Information is also included on measurements of observed and standard volume using density measured by the HTG system itself. ISO 11223:2004 is applicable to hydrostatic tank-gauging systems which use pressure sensors with one port open to the atmosphere. It is applicable to the use of hydrostatic tank gauging on vertical, cylindrical, atmospheric storage tanks with either fixed or floating roofs. ISO 11223:2004 is not applicable to the use of hydrostatic tank gauging on pressurized tanks.

Pétrole et produits pétroliers liquides -- Mesurage statique direct -- Mesurage du contenu des réservoirs verticaux de stockage par jaugeage hydrostatique des réservoirs

L'ISO 11223:2004 donne des indications concernant le choix, l'installation, la mise en service, la maintenance, la validation et l'étalonnage des systèmes de jaugeage hydrostatique de réservoirs (JHR) utilisés pour le mesurage direct de la masse statique contenue dans les réservoirs de stockage de produits pétroliers. Elle est prévue pour couvrir les applications de transferts à des fins de transactions commerciales, néanmoins des détails relatifs à d'autres mesurages moins précis sont inclus pour information. Elle donne aussi des indications sur le calcul du volume de référence à partir de la masse mesurée et de la masse volumique de référence mesurée séparément. Des renseignements sur le mesurage du volume observé et du volume aux conditions de référence à partir de la masse volumique mesurée par le système de JHR lui-même, sont également inclus. L'ISO 11223:2004 est applicable aux systèmes de jaugeage hydrostatique de réservoirs faisant appel à des capteurs de pression ayant un orifice ouvert à l'atmosphère. Elle est applicable à l'utilisation du jaugeage hydrostatique des réservoirs de stockage verticaux, cylindriques et à pression atmosphérique, à toit fixe ou à toit flottant. L'ISO 11223:2004 n'est pas applicable à l'utilisation du jaugeage hydrostatique des réservoirs sous pression.

General Information

Status
Published
Publication Date
09-Aug-2004
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
06-Jul-2004
Completion Date
10-Aug-2004
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RELATIONS

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ISO 11223:2004 - Petroleum and liquid petroleum products -- Direct static measurements -- Measurement of content of vertical storage tanks by hydrostatic tank gauging
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ISO 11223:2004 - Pétrole et produits pétroliers liquides -- Mesurage statique direct -- Mesurage du contenu des réservoirs verticaux de stockage par jaugeage hydrostatique des réservoirs
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11223
First edition
2004-08-15
Petroleum and liquid petroleum
products — Direct static
measurements — Measurement of
content of vertical storage tanks by
hydrostatic tank gauging
Pétrole et produits pétroliers liquides — Mesurage statique direct —
Mesurage du contenu des réservoirs verticaux de stockage par
jaugeage hydrostatique des réservoirs
Reference number
ISO 11223:2004(E)
ISO 2004
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 11223:2004(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2004 – All rights reserved
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ISO 11223:2004(E)
Contents Page

Foreword............................................................................................................................................................ iv

Introduction ........................................................................................................................................................ v

1 Scope...................................................................................................................................................... 1

2 Normative references ........................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions........................................................................................................................... 2

4 System description ............................................................................................................................... 6

4.1 General................................................................................................................................................... 6

4.2 Sensors .................................................................................................................................................. 7

4.3 HTG data processor.............................................................................................................................. 8

5 Installation and initial commissioning................................................................................................ 9

5.1 Pressure sensors .................................................................................................................................. 9

5.2 Temperature sensors.......................................................................................................................... 13

5.3 Reference points for the HTG system............................................................................................... 14

5.4 Commissioning ................................................................................................................................... 14

6 Maintenance ........................................................................................................................................ 16

6.1 General................................................................................................................................................. 16

6.2 Validation ............................................................................................................................................. 16

6.3 Calibration............................................................................................................................................ 18

7 Safety.................................................................................................................................................... 20

7.1 Mechanical safety ............................................................................................................................... 20

7.2 Electrical safety................................................................................................................................... 20

Annex A (normative) Calculation overview ................................................................................................... 21

Annex B (normative) Volume measurement using independent density................................................... 36

Annex C (informative) Volume measurement with density measured by hydrostatic tank gauge .......... 38

Annex D (normative) Second-order influences............................................................................................. 53

Bibliography ..................................................................................................................................................... 54

© ISO 2004 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 11223:2004(E)
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 11223 was prepared by Technical Committee ISO/TC 28, Petroleum products and lubricants,

Subcommittee SC 3, Static petroleum measurement.

This first edition of ISO 11223 cancels and replaces ISO 11223-1:1995, which has been technically revised.

iv © ISO 2004 – All rights reserved
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ISO 11223:2004(E)
Introduction

Hydrostatic tank gauging (HTG) is a method for the determination of total static mass of liquid petroleum and

petroleum products in vertical cylindrical storage tanks.

HTG uses high-precision stable pressure sensors mounted at specific locations on the tank shell.

Total static mass is derived from the measured pressures and the tank capacity table. Other variables, such

as level, observed and standard volumes and observed and reference densities, can be calculated from the

product type and temperature using the established industry standards for inventory calculations.

The term “mass” is used in this International Standard to indicate mass in vacuum (true mass). In the

petroleum industry, it is not uncommon to use apparent mass (in air) for commercial transactions.

© ISO 2004 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11223:2004(E)
Petroleum and liquid petroleum products — Direct static
measurements — Measurement of content of vertical storage
tanks by hydrostatic tank gauging
1 Scope

This International Standard gives guidance on the selection, installation, commissioning, maintenance,

validation and calibration of hydrostatic tank-gauging (HTG) systems for the direct measurement of static

mass in petroleum storage tanks. It is intended to cover custody transfer applications, although details of other,

less accurate, measurements are included for information. It also gives guidance on calculations of standard

volume from measured mass and independently measured reference density. Information is also included on

measurements of observed and standard volume using density measured by the HTG system itself.

This International Standard is applicable to hydrostatic tank-gauging systems which use pressure sensors with

one port open to the atmosphere. It is applicable to the use of hydrostatic tank gauging on vertical, cylindrical,

atmospheric storage tanks with either fixed or floating roofs.

This International Standard is not applicable to the use of hydrostatic tank gauging on pressurized tanks.

2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.

ISO 91-1:1992, Petroleum measurement tables — Part 1: Tables based on reference temperatures of

15 degrees C and 60 degrees F

ISO 91-2:1991, Petroleum measurement tables — Part 2: Tables based on a reference temperature of

20 degrees C
ISO 1998 (all parts), Petroleum industry — Terminology
ISO 3170:2004, Petroleum liquids — Manual sampling

ISO 3675:1998, Crude petroleum and liquid petroleum products — Laboratory determination of density —

Hydrometer method

ISO 3838:2004, Crude petroleum and liquid or solid petroleum products — Determination of density or relative

density — Capillary-stoppered pyknometer and graduated bicapillary pyknometer methods

ISO 3993:1984, Liquefied petroleum gas and light hydrocarbons — Determination of density or relative

density — Pressure hydrometer method

ISO 4266-4:2002, Petroleum and liquid petroleum products — Measurement of level and temperature in

storage tanks by automatic methods — Part 4: Measurement of temperature in atmospheric tanks

ISO 4267-2:1988, Petroleum and liquid petroleum products — Calculation of oil quantities — Part 2: Dynamic

measurement
© ISO 2004 – All rights reserved 1
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ISO 11223:2004(E)

ISO 4268:2000, Petroleum and liquid petroleum products — Temperature measurements — Manual methods

ISO 4512:2000, Petroleum and liquid petroleum products — Equipment for measurement of liquid levels in

storage tanks — Manual methods

ISO 7078:1985, Building construction — Procedures for setting out, measurement and surveying —

Vocabulary and guidance notes

ISO 7507-1:2003, Petroleum and liquid petroleum products — Calibration of vertical cylindrical tanks —

Part 1: Strapping method

ISO 9857:— Petroleum and liquid petroleum products — Continuous density measurement

ISO 12185:1996, Crude petroleum and petroleum products — Determination of density — Oscillating U-tube

method

IEC 60079-0:2004, Electrical apparatus for explosive gas atmospheres — Part 0: General requirements

API, Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter 3 — Tank Gauging Section 1A — Standard

Practice for the Manual Gauging of Petroleum and Petroleum Products, First Edition

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
ambient air density

density of ambient air at the tank side on which the pressure sensors are mounted

3.2
ambient air temperature

representative temperature of the ambient air at the tank side on which the HTG pressure sensors are

mounted
3.3
apparent mass in air

value obtained by weighing in air against standard masses without making correction for the effect of air

buoyancy on either the standard masses or the object weighed
[ISO 3838]
3.4
capacity table

table, often referred to as a tank table or a tank calibration table, showing the capacities of, or volumes in a

tank corresponding to various liquid levels measured from a stable reference point

[ISO 7507-1]
3.5
critical zone height

upper limit of the critical zone; the level at which one or more of the floating-roof or floating-blanket legs first

touch the tank bottom
1) To be published.
2 © ISO 2004 – All rights reserved
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ISO 11223:2004(E)
3.6
critical zone

level range through which the floating roof or floating blanket is partially supported by its legs

3.7
density
mass of the substance divided by its volume
[ISO 3838]

NOTE When reporting the density, it is necessary to explicitly state the unit of density used, together with the

temperature. The standard reference temperature for international trade in petroleum and its products is 15 °C (see

ISO 5024). Other reference temperatures might be required for legal metrology or other special purposes (see ISO 3993).

3.8
dip
innage
depth of a liquid in a tank
[adapted from ISO 7507-1]
3.9
dipped volume

observed volume of product, sediment and water, calculated from the dip level and the tank capacity table

3.10
fixed-roof tank

vertical cylindrical storage vessel with either a cone- or domed-shaped roof of either the non-pressurized

(freely vented) type or the low-pressure type
[ISO 1998]
3.11
floating blanket
cover
screen

light-weight cover of either metal or plastic material designed to float on the surface of the liquid in a fixed-roof

tank

NOTE The blanket is used to retard the evaporation of volatile products in a tank.

[adapted from ISO 7507-1]
3.12
floating-roof mass

value of the floating-roof mass, inclusive of any mass load on the roof, manually entered in the data processor

3.13
floating-roof tank

tank in which the roof floats freely on the surface of the liquid contents except at low levels when the weight of

the roof is taken, through its supports, by the tank bottom
[ISO 7507-1]
3.14
free-water level

level of any water and sediment that exist as a separate layer underneath the product

© ISO 2004 – All rights reserved 3
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ISO 11223:2004(E)
3.15
gross standard volume

volume of oil, including dissolved water, suspended water and suspended sediment, but excluding free water

and bottom sediment, calculated at standard conditions
3.16
head mass
total measured mass between the HTG bottom sensor and the top of the tank
3.17
heel space
space inside the tank, below the bottom HTG sensor
3.18
HTG reference point
stable reference point from which the HTG sensor positions are measured
3.19
hydrostatic tank gauging
HTG

method of direct measurement of liquid mass in a storage tank based on measuring static pressures caused

by the liquid head above the pressure sensor
3.20
in-tank vapour density

density of the gas or vapour (mixture) in the ullage space at the observed conditions of product temperature

and pressure
3.21
observed density

value obtained at a test temperature which differs from the calibration temperature of the apparatus

[adapted from ISO 3838]
3.22
pin height

lower limit of the critical zone, i.e. the level at which the floating roof or floating blanket rests fully on its legs

3.23
product heel mass
mass of product below the bottom HTG sensor
3.24
product heel volume

observed volume of product below the bottom HTG sensor, calculated by subtracting the water volume from

the total heel volume
3.25
product mass

sum of the head mass and the product heel mass, reduced by the floating-roof mass (if applicable) and the

vapour mass
3.26
product temperature

temperature of the tank liquid in the region where the HTG measurements are performed

3.27
reference density
density at the reference temperature
4 © ISO 2004 – All rights reserved
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ISO 11223:2004(E)
3.28
reference temperature
temperature to which reference density and standard volumes are referred
3.29
tank average cross-sectional area

average cross-sectional area between the level of the bottom HTG sensor and the dip level, over which the

hydrostatic pressures are integrated in order to obtain the head mass
3.30
tank lip
tank bottom plate on the outside of the tank shell
3.31
tank shell

outer casing of a storage tank that on land is secured to the ground and includes the roof, if it is a fixed-roof

tank (3.10)
3.32
total heel volume

observed volume below the bottom HTG sensor, calculated from the level of the bottom sensor and the tank

capacity table, corrected for observed temperature
3.33
total volume

indicated volume, including all water and sediment without correction for temperature and pressure.

[adapted from ISO 4267-2]
3.34
ullage pressure

absolute pressure of the atmosphere (air or vapour) inside the tank, above the product

3.35
vapour relative density
ratio of molecular mass of vapour (mixture) to that of air (mixture)
3.36
water volume

observed volume of free sediment and water, calculated from the free water level and the tank capacity tables

3.37
ullage
outage
capacity of the tank not occupied by the liquid
[ISO 7507-1]
3.38
uncertainties

unless stated otherwise, all uncertainties, including maximum permissible errors, are assumed to be extended

uncertainties with coverage factor k = 2
© ISO 2004 – All rights reserved 5
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ISO 11223:2004(E)
4 System description
4.1 General

A hydrostatic tank gauging (HTG) system is a static mass-measuring system. It uses pressure and

temperature inputs, the parameters of the tank and of the stored liquid to compute the mass of the tank

contents and other variables as described in Table 1 and Annex A (see Figure 1).

Determination of the other variables shown in brackets in Figure 1 is not included in the scope of this

International Standard. However, information on them is given in Annexes B and C.

Key
1 storage tank
2 sensor P3 (ullage pressure)
3 sensor P2 (density measurements)
4 liquid temperature sensor
5 sensor P1 (liquid head measurements)
6 ambient pressure sensor
7 ambient temperature sensor
8 HTG processor (calculations)
9 HTG interface (display, printing, configuration, control)
Calculated outputs: mass (volume, density, level).
Input parameters: tank, ambient, sensor, liquid.
Figure 1 — HTG system — Functional diagram
6 © ISO 2004 – All rights reserved
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ISO 11223:2004(E)
4.2 Sensors
4.2.1 Pressure sensors

The hydrostatic tank gauging (HTG) system consists of up to three pressure sensors mounted on the tank

shell. An ambient air pressure sensor (Pa) may be installed for measurements requiring high accuracy.

Sensor P1 is installed at or near the tank bottom.

Sensor P2 is the middle pressure sensor and is required for the calculation of density and levels. If the product

density is known, the HTG system can operate without sensor P2 (in the absence of P2, the density data

should be manually entered in the data processor). Sensor P2, if installed, should be at a fixed vertical

distance above sensor P1.

Sensor P3 is the tank ullage space pressure sensor, normally installed on the tank roof. If the tank is freely

vented, the HTG system can operate without P3. P3 is not required on floating-roof tanks.

4.2.2 Temperature sensors

Temperature sensors may be included to measure the temperature of the tank contents (T) and of the ambient

air (T ).
The tank content (product) temperature is needed for
a) calculation of volumetric expansion of the tank shell;

b) calculation of reference density from observed density (used in HTG systems which calculate level and

density as well as mass).

If the reference density is known and sensor P2 is not used, a temperature sensor may still be required for

calculation of observed density.
The ambient air temperature is needed for
a) calculation of ambient air density;
b) calculation of volumetric expansion of the tank shell;

c) corrections for thermal expansion of the tie bars to sensor P1 and between sensors P1 and P2.

4.2.3 System configuration
4.2.3.1 General

The sensor configurations vary depending on the application and data required. Some of the more common

variations are as described in 4.2.3.2 to 4.2.3.5.
4.2.3.2 Known liquid density

Sensor P2 is normally used for the automatic measurement of the tank liquid density. It is not required if the

average liquid density is known.
© ISO 2004 – All rights reserved 7
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ISO 11223:2004(E)
4.2.3.3 Known ullage pressure

Sensor P3 is not required for those tanks which are vented to atmosphere (the ullage gauge pressure

equals 0). This includes all floating-roof tanks and all fixed-roof tanks that are freely vented or that have

gauging hatches that are not sealed.

NOTE 1 Tanks with pressure/vacuum (PV) relief valves are not considered as vented to atmosphere for the purposes

of hydrostatic gauging. Their ullage pressures normally vary more than the expected uncertainties of pressure

measurements.

NOTE 2 Tank ullage pressure on atmospheric fixed-roof tanks might differ slightly from atmospheric pressure during

transfers to and from the tank. Since inventory measurements are not taken during a transfer, errors due to this effect are

not significant.

If the ullage pressure is known, pressure p may be entered into the data processor as a constant and

sensor P3 omitted on non-vented tanks.
4.2.3.4 Known tank liquid temperature

Tank liquid and ambient temperatures are used to correct for shell thermal expansion. The tank liquid

temperature sensor is not required for mass measurement if the temperature of the liquid in the tank is known

(see ISO 4266-4 or ISO 4268).
4.2.3.5 Varying atmospheric conditions

Ambient temperature and pressure sensors may be used to remove secondary errors for measurements

requiring high accuracy. Single measurements of ambient air temperature and pressure may be used for all

tanks at the same location.
4.3 HTG data processor

A processor receives data from the sensors and uses the data together with the tank and liquid parameters to

compute the mass inventory in the storage tank (see Figure 1).

The stored parameters fall into four groups: tank data, sensor data, liquid data and ambient data (see Table 1).

Those parameters in Table 1 that are required by the application should be programmed into the HTG system.

NOTE The data processor can also calculate level, observed and standard volumes, and observed and reference

densities. These calculations are given for information in Annex A.

When the product level drops below the level of the sensor P2, density can no longer be measured by HTG.

Below this level, the last measured value of product density may be used.

The data processor may be dedicated to a single tank or it may be shared among several tanks. The

processor may also perform linearization and/or temperature-compensation corrections for the pressure

sensors.

All variables provided by the data processor can be displayed, printed or communicated to another processor.

Computations normally performed by the data processor are described in Annex A
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ISO 11223:2004(E)
Table 1 — Stored parameters for HTG data processing
Parameter group Parameter Remarks
Tank data Tank roof type Fixed or floating or both
Tank roof mass Floating roofs only
Critical zone height Floating roofs only
Pin height Floating roofs only
Tank wall type Insulated or non-insulated
Tank wall material Two thermal expansion constants (see ISO 7507-1)
Tank capacity table Volumes at given levels
Temperatures to which the tank capacity table was
Tank calibration temperature
corrected
HTG sensor data Sensor configuration Tank with 1, 2 or 3 sensors
HTG reference point height To tank calibration datum point
P1 sensor height To HTG reference point
P2 sensor height Referenced to P1
P3 sensor height Referenced to P1
Liquid data Liquid density If no P2 sensor
Liquid expansion coefficients See ISO 91-1 and ISO 91-2
Free water level —
Ambient data Local acceleration due to gravity Obtained from a recognized source
Ambient temperature Optional
Ambient pressure Optional
5 Installation and initial commissioning
5.1 Pressure sensors
5.1.1 Selection of pressure sensors

The pressure sensors should be selected in accordance with the uncertainty calculation. The maximum

permissible errors for custody transfer applications are given in Table 2. These figures are considered to be

extended uncertainties with a coverage factor k = 2.

Table 2 — Maximum permissible errors for pressure sensor(s) for custody transfer applications

Maximum permissible error of pressure sensors
Zero error Linearity error Zero error Linearity error
Pa % of reading Pa % of reading
± 50 ± 0,07 ± 24 ± 0,2
If P3 is used.
© ISO 2004 – All rights reserved 9
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ISO 11223:2004(E)

The range of pressure sensor P3 may be much smaller than that chosen for pressure sensor P1 because the

gauge vapour pressure is typically limited to a maximum of approximately 5 kPa.

Zero and linearity errors should be assessed independently of one another. The requirements for linearity

errors also apply to differences in readings for a single pressure sensor.

The combination of zero and linearity errors influences the uncertainties of inventory measurements.

For transfers, uncertainties are those of pressure differences between the start and the end of transfers. Zero

errors (partly) cancel out and transfer uncertainties are primarily those of linearity.

Analogue or digital sensor output should be selected as appropriate in order to meet the accuracy

requirements.
5.1.2 Tank preparation
5.1.2.1 General

Prior to installation of the HTG pressure sensors, it is necessary to perform the activities given in 5.1.2.2 to

5.1.2.5.
5.1.2.2 Selection of sensor positions

All HTG pressure sensors external to the tank should be installed on the same side of the tank and, if

necessary, should be protected from sun and wind.

The pressure tappings on the tank wall should be located where the product is relatively static. Product

movements caused by pumping or mixing operations may produce additional static pressures.

Pressure sensor P1 is the lowest of the pressure sensors, mounted a distance H from the HTG reference

point. Sensor P1 should be installed as low as possible on the tank, but above the level of any sediment or

water.

Pressure sensor P2, if used, is located a vertical distance H above sensor P1. The maximum P2-to-P1 vertical

distance is not specified, the restricting factor being that when the liquid level drops below sensor P2, the

observed density can no longer be measured. The minimum P2-to-P1 vertical distance depends on the

requirements for density measurement accuracy and on the sensor performance. Usually, sensor P2 is

installed approximately 2 m to 3 m above sensor P1.

Pressure sensor P3, if used on fixed-roof tanks, should be installed so that it always measures the vapour-

phase pressure. If it is mounted on the roof, a sun/wind shade should be provided.

5.1.2.3 Process taps

Process taps and block valves should be fitted to the tank either when the tank is out of service or when using

prescribed hot-tap techniques.
5.1.2.4 HTG reference point

The location of the HTG reference point for each tank should be established. If necessary, the height of the

HTG reference point for each tank may be referred to the tank calibration datum point using optical-surveying

techniques (see ISO 7078).
5.1.2.5 Tie bars

Tie bars are used to prevent excessive movement of the HTG pressure sensors relative to the HTG reference

point due to bulging of the tank as the tank is filled (see 5.1.4 and Annex D). The need for tie bars may be

assessed by direct measurement on the tanks or from an assessment of the tank construction parameters. If

they are necessary, a detailed technical evaluation should be undertaken as to the number and the design of

the tie bars.
10 © ISO 2004 – All rights reserved
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 11223:2004(E)
5.1.3 Pressure sensor installation
5.1.3.1 Process connections

All pressure sensor installations should allow in situ isolation from the tank and connection to a

testing/calibration device (prover). Block valves should be used to isolate the pressure sensors from the tank.

Bleed vents may be sufficient for connections to pro
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 11223
Première édition
2004-08-15
Pétrole et produits pétroliers liquides —
Mesurage statique direct — Mesurage du
contenu des réservoirs verticaux de
stockage par jaugeage hydrostatique des
réservoirs
Petroleum and liquid petroleum products — Direct static
measurements — Measurement of content of vertical storage tanks by
hydrostatic tank gauging
Numéro de référence
ISO 11223:2004(F)
ISO 2004
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 11223:2004(F)
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ISO 11223:2004(F)
Sommaire Page

Avant-propos..................................................................................................................................................... iv

Introduction ........................................................................................................................................................ v

1 Domaine d'application.......................................................................................................................... 1

2 Références normatives......................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ............................................................................................................................ 2

4 Description du système........................................................................................................................ 6

4.1 Généralités............................................................................................................................................. 6

4.2 Capteurs................................................................................................................................................. 7

4.3 Processeur de données du système de JHR ..................................................................................... 8

5 Installation et mise en service initiale................................................................................................. 9

5.1 Capteurs de pression ........................................................................................................................... 9

5.2 Capteurs de température.................................................................................................................... 14

5.3 Points de référence du système de JHR .......................................................................................... 14

5.4 Mise en service.................................................................................................................................... 15

6 Maintenance ........................................................................................................................................ 17

6.1 Généralités........................................................................................................................................... 17

6.2 Validation ............................................................................................................................................. 17

6.3 Étalonnage........................................................................................................................................... 19

7 Sécurité ................................................................................................................................................ 21

7.1 Sécurité mécanique ............................................................................................................................ 21

7.2 Sécurité électrique .............................................................................................................................. 21

Annexe A (normative) Présentation des calculs........................................................................................... 22

Annexe B (normative) Mesurage du volume à l'aide de la masse volumique mesurée séparément ...... 37

Annexe C (informative) Mesurage du volume avec la masse volumique mesurée par jaugeage

hydrostatique des réservoirs............................................................................................................. 39

Annexe D (normative) Influences de second ordre ...................................................................................... 54

Bibliographie .................................................................................................................................................... 56

© ISO 2004 – Tous droits réservés iii
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ISO 11223:2004(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 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 11223 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 28, Produits pétroliers et lubrifiants, sous-comité

SC 3, Mesurage statique du pétrole.

Cette première édition de l'ISO 11223 annule et remplace l'ISO 11223-1:1995, qui a fait l'objet d'une révision

technique.
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 11223:2004(F)
Introduction

Le jaugeage hydrostatique des réservoirs (JHR) est une technique permettant la détermination de la masse

statique totale de pétrole et de produits pétroliers liquides dans des réservoirs de stockage cylindriques

verticaux.

Les systèmes de JHR font appel à des capteurs de pression stables de haute précision, installés en certains

emplacements spécifiques de la robe du réservoir.

La masse statique totale est calculée à partir des pressions mesurées et du barème de jaugeage du réservoir.

D'autres variables, comme le niveau, les volumes et les masses volumiques observés et aux conditions de

référence, peuvent être calculées à partir du type de produit et de la température en utilisant les normes

industrielles reconnues pour les calculs d'inventaires.

Le terme «masse» utilisé dans la présente Norme internationale désigne la masse dans le vide (masse réelle).

Dans l'industrie pétrolière, il est courant d'employer la masse apparente (dans l'air) pour les transactions

commerciales.
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NORME INTERNATIONALE ISO 11223:2004(F)
Pétrole et produits pétroliers liquides — Mesurage statique
direct — Mesurage du contenu des réservoirs verticaux de
stockage par jaugeage hydrostatique des réservoirs
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale donne des indications concernant le choix, l'installation, la mise en service,

la maintenance, la validation et l'étalonnage des systèmes de jaugeage hydrostatique de réservoirs (JHR),

utilisés pour le mesurage direct de la masse statique contenue dans les réservoirs de stockage de produits

pétroliers. Elle est prévue pour couvrir les applications de transferts à des fins de transactions commerciales,

néanmoins des détails relatifs à d'autres mesurages moins précis sont inclus pour information. Elle donne

aussi des indications sur le calcul du volume de référence à partir de la masse mesurée et de la masse

volumique de référence mesurée séparément. Des renseignements sur le mesurage du volume observé et du

volume aux conditions de référence, à partir de la masse volumique mesurée par le système de JHR

lui-même, sont également inclus.

La présente Norme internationale est applicable aux systèmes de jaugeage hydrostatique de réservoirs

faisant appel à des capteurs de pression ayant un orifice ouvert à l'atmosphère. Elle est applicable à

l'utilisation du jaugeage hydrostatique des réservoirs de stockage verticaux, cylindriques et à pression

atmosphérique, à toit fixe ou à toit flottant.

La présente Norme internationale n'est pas applicable à l'utilisation du jaugeage hydrostatique des réservoirs

sous pression.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les

références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).

ISO 91-1:1992, Tables de mesure du pétrole — Partie 1: Tables basées sur les températures de référence de

15 degrés C et 60 degrés F

ISO 91-2:1991, Tables de mesurage du pétrole — Partie 2: Tables basées sur la température de référence de

20 degrés C
ISO 1998 (toutes les parties), Industrie pétrolière — Terminologie
ISO 3170:2004, Produits pétroliers liquides — Échantillonnage manuel

ISO 3675:1998, Pétrole brut et produits pétroliers liquides — Détermination en laboratoire de la masse

volumique — Méthode à l'aréomètre

ISO 3838:2004, Pétrole brut et produits pétroliers liquides ou solides — Détermination de la masse volumique

ou de la densité — Méthodes du pycnomètre à bouchon capillaire et du pycnomètre bicapillaire gradué

ISO 3993:1984, Gaz de pétrole liquéfiés et hydrocarbures légers — Détermination de la masse volumique ou

de la densité relative — Méthode de l'aréomètre sous pression
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ISO 11223:2004(F)

ISO 4266-4:2002, Pétrole et produits pétroliers liquides — Mesurage du niveau et de la température dans les

réservoirs de stockage par méthodes automatiques — Partie 4: Mesurage de la température dans les

réservoirs à pression atmosphérique

ISO 4267-2:1988, Pétrole et produits pétroliers liquides — Calcul des quantités de pétrole — Partie 2:

Mesurage dynamique

ISO 4268:2000, Pétrole et produits pétroliers liquides — Mesurages de la température — Méthodes

manuelles

ISO 4512:2000, Pétrole et produits pétroliers liquides — Appareils de mesure du niveau des liquides dans les

réservoirs — Méthodes manuelles

ISO 7078:1985, Construction immobilière — Procédés pour l'implantation, le mesurage et la topométrie —

Vocabulaire et notes explicatives

ISO 7507-1:2003, Pétrole et produits pétroliers liquides — Jaugeage des réservoirs cylindriques verticaux —

Partie 1: Méthode par ceinturage

ISO 9857— , Pétrole et produits pétroliers liquides — Mesurage en continu de la masse volumique

ISO 12185:1996, Pétroles bruts et produits pétroliers — Détermination de la masse volumique — Méthode du

type en U oscillant

CEI 60079-0:2004, Matériel électrique pour atmosphères explosives gazeuses — Partie 0: Règles générales

API MPMS, Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter 3 — Tank Gauging Section 1A —

Standard Practice for the Manual Gauging of Petroleum and Petroleum Products, First Edition (Manuel de

mesurage pour le pétrole et les produits pétroliers, Chapitre 3)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

3.1
masse volumique de l'air ambiant

masse volumique de l'air ambiant sur le côté du réservoir où sont installés les capteurs de pression

3.2
température de l'air ambiant

température représentative de l'air ambiant sur le côté du réservoir où sont installés les capteurs de JHR

3.3
masse apparente dans l'air

valeur obtenue lors de pesées dans l'air avec des masses étalons, sans effectuer de corrections

correspondant à la poussée de l'air, aussi bien sur ces masses que sur le produit pesé

[ISO 3838]
3.4
barème de jaugeage

table, souvent appelée table de jaugeage ou table d'épalement d'un réservoir, indiquant la capacité de, ou les

volumes dans, un réservoir correspondant à divers niveaux de liquide repérés à partir d'un point de référence

stable
[ISO 7507-1]
1) À publier.
2 © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 11223:2004(F)
3.5
limite supérieure de la zone d'indétermination

niveau supérieur de la zone d'indétermination; niveau à partir duquel un ou plusieurs des supports d'un toit

flottant ou d'un écran flottant vien(nen)t en contact avec le fond du réservoir
3.6
zone d'indétermination

plage des niveaux pour lesquels le toit flottant ou l'écran flottant ne repose que partiellement sur ses supports

3.7
masse volumique
rapport de la masse du produit à son volume
[ISO 3838]

NOTE Dans l'expression des valeurs de masse volumique, l'unité utilisée ainsi que la température doivent être

explicitement précisées. La température de référence, dans le cadre du commerce international du pétrole et des produits

pétroliers, est de 15 °C (voir ISO 5024). D'autres températures de référence peuvent être demandées par la métrologie

légale ou pour d'autres raisons particulières (voir ISO 3993).
3.8
niveau
hauteur de plein
hauteur de liquide dans un réservoir
[Adapté de l'ISO 7507-1]
3.9
volume de plein

volume observé de l'ensemble du produit, sédiments et eau, calculé à partir de la hauteur de plein et du

barème de jaugeage du réservoir
3.10
réservoir à toit fixe

réservoir de stockage cylindrique vertical ayant un toit en forme de cône ou de dôme, pouvant être de type

non pressurisé ou à ventilation libre, ou à basse pression
NOTE [ISO 1998]
3.11
écran flottant

écran léger, en métal ou en plastique, conçu pour flotter à la surface d'un liquide contenu dans un réservoir à

toit fixe

NOTE Cet écran est utilisé pour retarder l'évaporation des produits volatils contenus dans un réservoir.

[Adapté de l'ISO 7507-1]
3.12
masse du toit flottant

valeur de la masse du toit flottant, incluant toute masse reposant sur le toit, entrée manuellement dans le

processeur
3.13
réservoir à toit flottant

réservoir dont le toit flotte librement à la surface du liquide contenu, sauf lorsque le niveau est bas, le poids du

toit étant alors supporté par le fond du réservoir par l'intermédiaire de béquilles

[ISO 7507-1]
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ISO 11223:2004(F)
3.14
niveau d'eau libre

niveau d'eau et de sédiments qui existent sous forme de couches inférieures séparées du produit

3.15
volume brut aux conditions de référence

volume de l'ensemble pétrole, eau dissoute, eau et sédiments en suspension, à l'exclusion de l'eau libre et du

dépôt, ramené aux conditions de référence
3.16
masse de la charge
masse totale mesurée entre le capteur inférieur de JHR et le sommet du réservoir
3.17
talon
espace, à l'intérieur du réservoir, situé sous le capteur inférieur de JHR
3.18
point de référence de JHR

point de référence stable à partir duquel sont mesurées les positions du capteur de JHR

3.19
jaugeage hydrostatique d'un réservoir
JHR

méthode de mesurage direct de la masse de liquide dans un réservoir de stockage, basée sur le mesurage

des pressions statiques exercées par la hauteur du liquide situé au-dessus du capteur de pression

3.20
masse volumique de la vapeur dans le réservoir

masse volumique du gaz ou des vapeurs (mélange) dans l'espace de creux aux conditions réelles de

température et de pression du produit
3.21
masse volumique observée

valeur obtenue à une température d'essai différente de la température d'étalonnage de l'appareil

[Adapté de l'ISO 3838]
3.22
limite inférieure de la zone d'indétermination

niveau auquel le toit flottant ou l'écran flottant repose entièrement sur ses supports

3.23
masse du talon de produit
masse du produit situé au-dessous du capteur inférieur de JHR
3.24
volume du talon de produit

volume observé de produit situé au-dessous du capteur inférieur de JHR, calculé en soustrayant le volume

d'eau du volume total du talon
3.25
masse de produit

somme de la masse de la charge et de la masse du talon de produit, diminuée (le cas échéant) de la masse

du toit flottant et de la masse des vapeurs
3.26
température du produit

température du liquide dans la zone du réservoir où sont effectués les mesurages par JHR

4 © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO 11223:2004(F)
3.27
masse volumique de référence
masse volumique à la température de référence
3.28
température de référence

température à laquelle la masse volumique de référence et les volumes aux conditions de référence se

rapportent
3.29
section droite moyenne du réservoir

section droite moyenne entre la hauteur verticale du capteur inférieur du système de JHR et le niveau de plein,

au-dessous duquel sont intégrées les pressions hydrostatiques afin d'obtenir la masse de la charge

3.30
collerette du réservoir
partie extérieure de la tôle de fond du réservoir
3.31
robe du réservoir

ensemble des parois extérieures d'un réservoir de stockage, ancré au sol dans le cas d'un réservoir à terre et

incluant le toit, lorsqu'il s'agit d'un réservoir à toit fixe
3.32
volume total du talon

volume observé au-dessous du capteur inférieur de JHR, calculé à partir de la hauteur du capteur inférieur et

du barème de jaugeage du réservoir, corrigé à la température réelle
3.33
volume total

volume indiqué sans correction de température et de pression. Il comprend l'eau et les sédiments

[Adapté de l'ISO 4267-2]
3.34
pression de creux

pression absolue de l'atmosphère (air ou vapeurs) à l'intérieur du réservoir, au-dessus du produit

3.35
densité relative des vapeurs
rapport de la masse moléculaire des vapeurs (mélange) à celle de l'air (mélange)
3.36
volume d'eau

volume observé de sédiments et d'eau libres, calculé à partir du niveau d'eau libre et du barème de jaugeage

du réservoir
3.37
creux d'un réservoir
volume d'un réservoir non occupé par le liquide
[ISO 7507-1]
3.38
incertitude

sauf stipulé autrement, toutes les incertitudes, y compris les erreurs maximales admises, sont supposées être

des incertitudes étendues avec un coefficient de couverture k = 2
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ISO 11223:2004(F)
4 Description du système
4.1 Généralités

Un système de jaugeage hydrostatique de réservoir (JHR) est un système statique de mesurage de masses.

Il utilise les valeurs mesurées de pression et de température, les paramètres du réservoir et du liquide stocké,

pour calculer la masse du contenu du réservoir ainsi que d'autres variables, comme décrit dans le Tableau 1

et dans l'Annexe A (voir Figure 1).

La détermination des autres variables, indiquées entre parenthèses sur la Figure 1, ne sont pas le propos de

la présente Norme internationale. Toutefois, des renseignements relatifs à ces variables sont donnés dans les

Annexes B et C.
Key
1 réservoir de stockage
2 capteur P3 (pression de creux)
3 capteur P2 (mesurages de masse volumique)
4 capteur de température du liquide
5 capteur P1 (mesurage de la charge de liquide)
6 capteur de pression ambiante
7 capteur de température ambiante
8 processeur du système de JHR (calculs)
9 interface du JHR (affichage, impression, configuration, contrôle)
Valeurs de sortie calculées: masse (volume, masse volumique, niveau).
Paramètres d'entrée: réservoir, ambiants, capteur, liquide.
Figure 1 — Système de JHR — Schéma fonctionnel
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ISO 11223:2004(F)
4.2 Capteurs
4.2.1 Capteurs de pression

Le système de jaugeage hydrostatique de réservoir (JHR) comporte jusqu'à trois capteurs de pression

montés sur la robe du réservoir. Un capteur de pression de l'air ambiant, Pa, peut être installé pour des

mesurages de haute précision.
Le capteur P1 est installé au fond ou à proximité du fond du réservoir.

Le capteur P2 est le capteur intermédiaire de pression; il est nécessaire pour réaliser les calculs de masse

volumique et de niveau. Si la masse volumique du produit est connue, le système de JHR peut fonctionner

sans ce capteur P2 (dans le cas où il n'y a pas de capteur P2, il convient d'entrer manuellement la valeur de

la masse volumique dans le processeur). Lorsqu'un capteur P2 est installé, il convient que celui-ci se trouve à

une distance verticale fixe au-dessus du capteur P1.

Le capteur P3 est le capteur de pression de l'espace de creux du réservoir, il est normalement installé sur le

toit du réservoir. Si le réservoir est ouvert à l'atmosphère, le système de JHR peut fonctionner sans ce

capteur P3. Les réservoirs à toit flottant ne nécessitent pas de capteur P3.
4.2.2 Capteurs de température

Des capteurs de température peuvent être prévus pour mesurer la température du contenu du réservoir (T) et

celle de l'air ambiant (T ).
La température du contenu du réservoir (produit) est indispensable pour
a) calculer la dilatation de la robe du réservoir;

b) calculer la masse volumique de référence à partir de la masse volumique observée (pour les systèmes

de JHR qui calculent le niveau, la masse volumique ainsi que la masse).

Si la masse volumique de référence est connue et que le capteur P2 ne soit pas utilisé, un capteur de

température peut cependant être nécessaire pour le calcul de la masse volumique observée.

La température de l'air ambiant est nécessaire pour
a) calculer la masse volumique de l'air ambiant;
b) calculer la dilatation de la robe du réservoir;

c) corriger la dilatation thermique des barres de liaison au capteur P1 et entre les capteurs P1 et P2.

4.2.3 Configuration du système
4.2.3.1 Généralités

La configuration des capteurs varie en fonction de l'application concernée et des caractéristiques souhaitées.

Quelques-unes des variantes les plus courantes sont décrites de 4.2.3.2 à 4.2.3.5.

4.2.3.2 Masse volumique du liquide connue

Le capteur P2 est normalement utilisé pour le mesurage automatique de la masse volumique du liquide

contenu dans le réservoir. Il n'est pas nécessaire si la masse volumique moyenne du liquide est connue.

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ISO 11223:2004(F)
4.2.3.3 Pression de creux connue

Le capteur P3 n'est pas nécessaire pour les réservoirs ouverts à l'atmosphère (la pression relative de creux

est égale à 0). Cela concerne tous les réservoirs à toit fixe ou à toit flottant qui sont ouverts à l'atmosphère ou

dotés d'orifices de jaugeage non hermétiques.

NOTE 1 Les réservoirs dotés de soupapes casse-vide de décharge ne sont pas considérés comme étant réellement

ouverts à l'atmosphère pour les besoins du jaugeage hydrostatique. Leur pression de creux varie généralement plus que

les incertitudes des mesurages de pression.

NOTE 2 La pression de creux dans les réservoirs à toit fixe ouverts à l'atmosphère peut différer légèrement de la

pression atmosphérique lors de transferts de produits. Les mesurages d'inventaires n'étant pas effectués durant les

transferts, les erreurs dues à cet effet ne sont pas significatives.

Si la pression de creux est connue, la pression p peut être entrée comme constante dans le processeur et le

capteur P3 omis sur les réservoirs qui ne sont pas ouverts à l'atmosphère.
4.2.3.4 Température du liquide du réservoir connue

La température du liquide du réservoir et la température ambiante sont utilisées pour corriger la dilatation

thermique de la robe. Le capteur de température du liquide du réservoir n'est pas nécessaire pour la

détermination de la masse si la température du liquide dans le réservoir est connue (voir l'ISO 4266-4 ou

l'ISO 4268).
4.2.3.5 Conditions atmosphériques variables

Des capteurs de température et de pression ambiantes peuvent être utilisés pour éliminer les erreurs

secondaires dans les mesurages de haute précision. Des mesurages uniques de la température et de la

pression ambiantes peuvent être utilisés pour l'ensemble des réservoirs situés sur un même site.

4.3 Processeur de données du système de JHR

Un processeur reçoit des données provenant des capteurs et les utilise conjointement avec les

caractéristiques du réservoir et du liquide pour calculer l'inventaire en masse du contenu du réservoir de

stockage (voir Figure 1).

Les paramètres stockés sont divisés en quatre groupes: les caractéristiques relatives au réservoir, aux

capteurs, au liquide et aux conditions ambiantes (voir le Tableau 1). Il convient de programmer dans le

système de JHR les paramètres du Tableau 1 qui sont nécessaires à l'application concernée.

NOTE Le processeur peut également calculer le niveau, les volumes et masses volumiques observés et aux

conditions de référence. Ces calculs sont donnés à titre d'information en Annexe A.

Lorsque le niveau de liquide descend au-dessous du niveau du capteur P2, la masse volumique du liquide ne

peut plus être mesurée par le système de JHR. Au-dessous de ce niveau, on peut utiliser la dernière valeur

mesurée de masse volumique du liquide.

Le processeur peut être dédié à un réservoir particulier ou commun à plusieurs réservoirs. Le processeur peut

également effectuer des corrections de linéarisation et/ou de l'influence de la température sur les capteurs de

pression.

Toutes les variables fournies par le processeur peuvent être affichées, imprimées ou transmises à un autre

processeur.
Les calculs normalement effectués par le processeur sont décrits en Annexe A.
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ISO 11223:2004(F)

Tableau 1 — Paramètres enregistrés pour le traitement des données par le système de JHR

Groupe de paramètres Paramètre Remarques

Caractéristiques du réservoir Type de toit du réservoir Fixe ou flottant ou les deux

Masse du toit du réservoir Toits flottants uniquement
Hauteur de la zone d'indétermination Toits flottants uniquement
Limite inférieure de la zone Toits flottants uniquement
d'indétermination
Type de robe du réservoir Calorifugée ou non
Matériau de la robe du réservoir Deux coefficients de dilatation
thermique (voir l'ISO 7507-1)
Barème de jaugeage du réservoir Volumes à des niveaux donnés
Température d'étalonnage du réservoir Température à laquelle le barème de
jaugeage du réservoir a été établi

Caractéristiques des capteurs de JHR Configuration des capteurs Réservoirs avec 1, 2 ou 3 capteurs

Hauteur du point de référence du Par rapport au point de repère du
système de JHR réservoir
Hauteur du capteur P1 Par rapport au point de référence du
système de JHR
Hauteur du capteur P2 Par rapport au capteur P1
Hauteur du capteur P3 Par rapport au capteur P1
Caractéristiques du liquide Masse volumique du liquide Si absence de capteur P2
Coefficients de dilatation du liquide Voir l'ISO 91-1 et l'ISO 91-2
Niveau d'eau libre

Conditions ambiantes Accélération locale due à la pesanteur Obtenue à partir d'un organisme

habilité
Température ambiante Facultative
Pression ambiante Facultative
5 Installation et mise en service initiale
5.1 Capteurs de pression
5.1.1 Choix des capteurs de pression
Il convient de choisir les capteurs de pressi
...

Questions, Comments and Discussion

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