Petroleum and liquid petroleum products -- Determination of volume, density and mass of the hydrocarbon content of vertical cylindrical tanks by hybrid tank measurement systems

ISO 15169:2003 gives guidance on the selection, installation, commissioning, calibration and verification of hybrid tank measurement systems (HTMS) for the measurement of level, static mass, observed and standard volume, and observed and reference density in tanks storing petroleum and petroleum products in fiscal or custody transfer application. As it is a matter for the user to decide which measurements (i.e. volume, or mass or both) are used for custody transfer purposes, this International Standard includes an uncertainty analysis, with examples, to enable users to select the correct components of an HTMS to address the intended application. ISO 15169:2003 is applicable to stationary, vertical cylindrical tanks storing liquid hydrocarbons with a Reid Vapour Pressure (RVP) below 103,42 kPa. ISO 15169:2003 is not applicable to pressurized tanks or marine applications.

Pétrole et produits pétroliers liquides -- Détermination du volume, de la masse volumique et de la masse d'hydrocarbures contenus dans les réservoirs cylindriques verticaux à l'aide de systèmes hybrides de mesurage

L'ISO 15169:2003 donne des indications concernant le choix, l'installation, la mise en service, l'étalonnage et le contrôle des systèmes hybrides de mesurage de réservoir (SHMR). Ces systèmes assurent le mesurage du niveau, de la masse statique, du volume observé, du volume aux conditions de référence, de la masse volumique observée et de la masse volumique de référence de pétrole et de produits pétroliers contenus dans des réservoirs de stockage et impliquant des transactions commerciales ou fiscales. Il revient à l'utilisateur de décider quel type de mesurage (volume ou masse ou les deux) sera utilisé pour les transferts avec comptage. Pour cela, la présente Norme internationale comprend une analyse des incertitudes, accompagnée d'exemples, permettant à l'utilisateur de choisir les éléments convenables d'un SHMR en vue de l'application prévue. L'ISO 15169:2003 est applicable aux réservoirs cylindriques verticaux statiques contenant des hydrocarbures liquides dont la pression de vapeur Reid est inférieure à 103,42 kPa. L'ISO 15169:2003 n'est pas applicable aux réservoirs sous pression ni aux applications maritimes.

General Information

Status
Published
Publication Date
26-Nov-2003
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
09-Oct-2003
Completion Date
27-Nov-2003
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ISO 15169:2003 - Petroleum and liquid petroleum products -- Determination of volume, density and mass of the hydrocarbon content of vertical cylindrical tanks by hybrid tank measurement systems
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ISO 15169:2003 - Pétrole et produits pétroliers liquides -- Détermination du volume, de la masse volumique et de la masse d'hydrocarbures contenus dans les réservoirs cylindriques verticaux a l'aide de systemes hybrides de mesurage
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15169
First edition
2003-12-01
Petroleum and liquid petroleum
products — Determination of volume,
density and mass of the hydrocarbon
content of vertical cylindrical tanks by
hybrid tank measurement systems
Pétrole et produits pétroliers liquides — Détermination du volume, de la
masse volumique et de la masse d'hydrocarbures contenus dans les
réservoirs cylindriques verticaux à l'aide de systèmes hybrides de
mesurage
Reference number
ISO 15169:2003(E)
ISO 2003
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15169:2003(E)
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2003 — All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15169:2003(E)
Contents Page

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

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

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

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

4 General precautions ............................................................................................................................. 2

4.1 Safety precautions ................................................................................................................................ 2

4.2 Equipment precautions ........................................................................................................................ 3

5 Selection and installation of hybrid tank measurement system equipment .................................. 3

5.1 General................................................................................................................................................... 3

5.2 Automatic level gauge.......................................................................................................................... 4

5.3 Pressure sensor(s)................................................................................................................................ 4

5.4 Automatic tank thermometer (ATT)..................................................................................................... 5

5.5 Hybrid processor .................................................................................................................................. 5

5.6 Optional sensors................................................................................................................................... 6

6 Accuracy effects of HTMS components .............................................................................................6

6.1 General................................................................................................................................................... 6

6.2 Accuracy effects of the ALG................................................................................................................ 6

6.3 Accuracy effects of the pressure sensor(s)....................................................................................... 7

6.4 Accuracy effects of the ATT................................................................................................................. 7

7 HTMS measurement and calculations ................................................................................................ 8

7.1 General................................................................................................................................................... 8

7.2 HTMS Mode 1......................................................................................................................................... 8

7.3 HTMS Mode 2......................................................................................................................................... 8

8 Commissioning and initial field calibration........................................................................................ 8

8.1 General................................................................................................................................................... 8

8.2 Initial preparation .................................................................................................................................. 9

8.3 Initial calibration and verification of HTMS components.................................................................. 9

8.4 Verification of hybrid processor calculations.................................................................................. 10

8.5 Initial field verification of HTMS ........................................................................................................ 10

9 Subsequent verification ..................................................................................................................... 11

9.1 General................................................................................................................................................. 11

9.2 Objectives ............................................................................................................................................ 12

9.3 Adjustment during regular verification............................................................................................. 12

9.4 Subsequent verification of HTMS in volume-based custody transfer application....................... 12

9.5 Subsequent verification of HTMS in mass-based custody transfer applications........................ 13

9.6 Handling out-of-tolerance situations during regular verification of HTMS in custody

transfer application............................................................................................................................. 14

Annex A (informative) Calculation overview.................................................................................................. 17

Annex B (informative) Measurement accuracy and uncertainty analysis .................................................. 21

© ISO 2003 — All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 15169:2003(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 15169 was prepared by Technical Committee ISO/TC 28, Petroleum products and lubricants,

Subcommittee SC 3, Static petroleum measurement.
iv © ISO 2003 — All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15169:2003(E)
Petroleum and liquid petroleum products — Determination of
volume, density and mass of the hydrocarbon content of
vertical cylindrical tanks by hybrid tank measurement systems
1 Scope

This International Standard gives guidance on the selection, installation, commissioning, calibration and

verification of hybrid tank measurement systems (HTMS) for the measurement of level, static mass, observed

and standard volume, and observed and reference density in tanks storing petroleum and petroleum products

in fiscal or custody transfer application. As it is a matter for the user to decide which measurements (i.e.

volume, or mass or both) are used for custody transfer purposes, this International Standard includes an

uncertainty analysis, with examples, to enable users to select the correct components of an HTMS to address

the intended application.

This International Standard is applicable to stationary, vertical cylindrical tanks storing liquid hydrocarbons

with a Reid Vapour Pressure (RVP) below 103,42 kPa.

This International Standard is not applicable to pressurized tanks or marine applications.

NOTE 1 The term “mass” is used to indicate mass in vacuum (true mass). In the petroleum industry, it is not

uncommon to use apparent mass (in air) for commercial transactions. Guidance is provided on the calculation of both

mass and apparent mass in air (see Annex A).

NOTE 2 The calculation procedures in this International Standard can also be applied to tanks with other geometries,

which have been calibrated by a recognized oil-industry method (e.g. ISO 7507). Examples of uncertainty analysis for

spherical and horizontal cylindrical tanks are given in Annex B.
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 °C

and 60 °F
ISO 1998 (all parts), Petroleum industry — Terminology
ISO 3170:— , Petroleum liquids — Manual sampling

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

Hydrometer method

ISO 4266 (all parts), Petroleum and liquid petroleum products — Measurement of level and temperature in

storage tanks by automatic methods

ISO 7507 (all parts), Petroleum and liquid petroleum products — Calibration of vertical cylindrical tanks

1) To be published. (Revision of ISO 3170:1988)
© ISO 2003 — All rights reserved 1
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ISO 15169:2003(E)

ISO 11223-1:1995, Petroleum and liquid petroleum products — Direct static measurements — Contents of

vertical storage tanks — Part 1: Mass measurement by hydrostatic tank gauging

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

method
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1998 and the following apply.

3.1
hybrid tank measurement system (HTMS)

system which uses product level measured by an automatic level gauge (ALG), the product temperature

measured by an automatic tank thermometer (ATT), and the static head of the liquid measured by one or

more pressure sensors

NOTE These measurements are used, together with the tank capacity table and the product volume/density

correction tables, to provide level, temperature, mass, observed and standard volume, and observed and reference

density.
3.2
hybrid processor

computing device which uses the level, temperature, and pressure sensor measurements of the HTMS, in

addition to stored tank parameters, to compute density, volume and mass
3.3
hybrid reference point

stable and clearly marked point on the outside of the tank wall, from which the hybrid pressure sensor

position(s) of the pressure sensors(s) is (are) measured
NOTE The hybrid reference point is measured relative to the datum plate.
3.4
zero error of pressure transmitter

indication of the pressure transmitter when no pressure difference between input and ambient pressure is

applied to the pressure transmitter
NOTE This value is expressed in units of pressure measurement, such as pascals.
3.5
linearity error of a pressure transmitter

deviation of the indicated value of the pressure transmitter in relation to the applied pressure as input to the

transmitter

NOTE This value should not include the zero error and is expressed in fractional or percent values, related to the

applied pressure (i.e. as a fraction or percentage of reading).
4 General precautions
4.1 Safety precautions
4.1.1 General

ISO standards and applicable national and local regulations on safety and material compatibility precautions

should be followed when using HTMS equipment. Manufacturers' recommendations on the use and

installation of the equipment should be followed. All regulations covering entry into hazardous areas should be

observed.
2 © ISO 2003 — All rights reserved
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ISO 15169:2003(E)
4.1.2 Mechanical safety

HTMS sensor connections form an integral part of the tank structure. All HTMS equipment should be capable

of withstanding the pressure, temperature, operating and environmental conditions that are likely to be

encountered in service.
4.1.3 Electrical safety

All electric components of an HTMS for use in electrically classified areas should be appropriate to the

classification of the area and should conform to appropriate national and/or international (e.g. IEC, CSA,

CENELEC, ISO) electrical safety standards.
4.2 Equipment precautions

4.2.1 The HTMS equipment should be capable of withstanding the pressure, temperature, operating and

environmental conditions likely to be encountered in service.

4.2.2 All electrical equipment and components should be certified for use in the hazardous area

classification appropriate to their installation.

4.2.3 Measures should be taken to ensure that all exposed metal parts of the HTMS have the same

electrical potential as the tank.

4.2.4 All parts of the HTMS in contact with the product or its vapour should be chemically compatible with

the product, to avoid both product contamination and corrosion of the equipment.

4.2.5 All HTMS equipment and components should be maintained in safe operating condition and the

manufacturers' maintenance instructions should be complied with.

NOTE The design and installation of an HTMS or its components may be subject to the approval of the national

measurement organization, who will normally have issued a type approval for the design of the HTMS for the particular

service for which it is to be employed. Type approval is normally issued after an HTMS has been subjected to a specific

series of tests and is subject to the HTMS being installed in an approved manner.

Type approval tests may include the following: visual inspection, performance, vibration, humidity, dry heat, inclination,

fluctuations in power supplies, insulation, resistance, electromagnetic compatibility, and high voltage.

5 Selection and installation of hybrid tank measurement system equipment
5.1 General

A hybrid tank measurement system consists of four major components: an automatic level gauge (ALG), an

automatic tank thermometer (ATT), one or more pressure sensors, and a hybrid processor, which stores the

tank parameters and performs calculations. The requirements for these individual components are given in 5.2

to 5.6.

The user should specify whether the HTMS is to be used primarily for standard volume or mass

measurements and the measurement accuracy required for custody transfer.

The user or manufacturer should select the HTMS components and configure the system to meet the

application requirements. The accuracy requirements of the user's application determine the individual

accuracy requirements of the HTMS components.

NOTE Annex A provides an overview of the HTMS theory and calculations. Clause 6 and Annex B provide guidance

and methods to estimate the effects on overall HTMS accuracy of the individual component selection.

© ISO 2003 — All rights reserved 3
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ISO 15169:2003(E)
5.2 Automatic level gauge

5.2.1 The automatic level gauge (ALG) should be selected based on the intended application(s) of the

HTMS, e.g. for volume-based custody transfer application, or for mass-based custody transfer application, or

both. Likewise, the installation of the ALG should allow the installed accuracy to be suitable for the intended

application(s).

NOTE The naming convention for the pressure sensors (P near the tank bottom, and P in the ullage space) is

1 3

chosen for consistency with ISO 11223-1, which describes hydrostatic tank gauging (see Figure A.1).

5.2.2 The intrinsic accuracy of the ALG, demonstrated by the factory calibration, and the installed accuracy,

demonstrated during field verification, should be as given in Table 1.
Table 1 — Maximum permissible error for ALG
Volume-based custody Mass-based custody
transfer application transfer application
mm mm
Intrinsic accuracy 1 3
Installed accuracy 4 12

The accuracy of the ALG has no effect on the mass calculated above the level where P is located because of

the cancelling effect of density/volume errors. However, the uncertainty of calculated density due to error in

the ALG has an effect on the heel mass (i.e. at levels below location P ). Therefore, the choice of ALG

accuracy in Table 1 for the mass-based custody transfer case is made for the purpose of minimizing error in

heel mass. In addition, by minimizing uncertainty in calculated density, the accuracy provides a means to

independently monitor the performance of the pressure transmitters.

5.2.3 In general, the accuracy of an ALG for an HTMS in a volume-based custody transfer application

should comply with ISO 4266-1 for vertical cylindrical tanks.
5.3 Pressure sensor(s)

5.3.1 The HTMS pressure sensor(s) should be selected in accordance with the uncertainty calculation for

the specific application (see clause 6 and Annex B). The pressure-sensor installation should be in accordance

with the recommendations given in ISO 11223-1. The accuracy requirements of the pressure sensor(s)

depend on the intended application of the HTMS, i.e. for volume-based custody transfer application, or for

mass-based custody transfer application, or both. The maximum permissible errors are given in Table 2.

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

Maximum error of For volume-based custody transfer For mass-based custody transfer

pressure sensor application application
P − Zero error 100 Pa 50 Pa
Linearity error 0,1 % of reading 0,07 % of reading
P − Zero error 40 Pa 24 Pa
Linearity error 0,5 % of reading 0,2 % of reading
If P is used.

The span of pressure sensor P can be much smaller than the span chosen for pressure sensor P because

3 1

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

4 © ISO 2003 — All rights reserved
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ISO 15169:2003(E)

5.3.2 The HTMS pressure sensor(s) should be stable, with precision pressure sensors mounted at specific

locations on the tank shell (or immersed at specific locations above the reference datum plate). HTMS

pressure sensor(s) in atmospheric storage tank applications should be gauge pressure transmitters (one port

opens to atmosphere).

5.3.3 Use of electronic analogue output or digital output depends upon the overall accuracy requirement of

the pressure transmitter for its intended application.
5.4 Automatic tank thermometer (ATT)

5.4.1 The automatic tank thermometer (ATT) should be selected, based on the intended application(s) of

the HTMS, e.g. for volume-based custody transfer application, or for mass-based custody transfer application,

or both. Likewise, the installation of the ATT should allow the installed accuracy to be suitable for the intended

application(s).

5.4.2 The intrinsic accuracy of the ATT, demonstrated by the factory calibration, and the installed accuracy,

demonstrated during field verification, should be as shown in Table 3.
Table 3 — Maximum permissible errors for ATT
Volume-based custody transfer Mass-based custody
application transfer application
Intrinsic accuracy a) as a “system”: 0,5 °C
0,25 °C including sensor,
converter/transmitter/display
b) by components:
0,20 °C for sensor,
0,15 °C for transmitter/
converter/ readout
Installed accuracy 0,5 °C 1,0 °C

5.4.3 In general, the accuracy of an ATT for an HTMS in volume-based custody transfer application should

be as given in ISO 4266-4 for vertical cylindrical tanks.

5.4.4 Depending on the HTMS application and the accuracy requirements, the ATT may be an averaging

ATT consisting of multiple fixed-temperature sensors, a series of spot temperature sensors installed at

appropriate elevations, or a single spot temperature sensor. HTMS designed primarily to compute standard

volumes should use an ATT that provides average temperature. For HTMS designed primarily for measuring

mass, a single point or spot resistance thermometer (RTD) is often considered adequate.

5.4.5 The ATT may, optionally, be used in the calculation of vapour density if multiple elements exist that

can measure vapour temperature independently from the remaining elements that are submerged.

Alternatively, the submerged elements(s) of an ATT may be used for vapour temperature estimation in an

insulated tank.
5.5 Hybrid processor

5.5.1 The hybrid processor may be implemented in various ways, which include a locally mounted

microprocessor, a remote computer, or the user's computer system. The hybrid processor may be dedicated

to a single tank or shared among several tanks.

5.5.2 The hybrid processor receives data from the sensors and uses the data together with the tank and

product parameters to compute the observed density, reference density, mass, observed volume and

standard volume inventories for the product in the storage tank (see Figure A.1). The stored parameters fall

© ISO 2003 — All rights reserved 5
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ISO 15169:2003(E)

into six groups: tank data, ALG data, ATT data, pressure sensor data, product data and ambient data (see

Table 4).

5.5.3 The hybrid processor may also perform linearization and/or temperature compensation corrections of

the various HTMS components.

5.5.4 All variables measured and computed by the hybrid processor should be capable of being displayed,

printed, or communicated to another processor.

NOTE Computations normally performed by the hybrid processor are given in Annex A.

5.6 Optional sensors
5.6.1 Pressure transmitter

A middle transmitter (P ) may be employed for an alternate (i.e. hydrostatic tank gauge, or HTG) density

calculation for comparison or for alarming purposes, or as a backup density calculation should the ALG

component become inoperative. (See ISO 11223-1 for further information.)
5.6.2 Instrumentation for ambient density determination

5.6.2.1 Ambient air density is a second order term found in the HTMS density calculation. Methods for

determination of ambient air density are not addressed by this International Standard. However, ambient

temperature and pressure sensors may be used for more accurate determination of ambient air density, if

desired.

5.6.2.2 Single measurements of ambient temperature and pressure may be used for all tanks in the same

location.
6 Accuracy effects of HTMS components
6.1 General

The accuracy of each component of the HTMS affects one or more of the measured or calculated parameters.

For certain applications, HTMS may be designed to provide high accuracy of certain parameters, but some

compromise may be accepted with the remaining parameters. For example, if the HTMS is designed primarily

for gross standard volume measurement using the density of the product as measured by the HTMS,

components should be chosen such that the accuracy of the average product density would not affect the

determination of Volume Correction Factor (VCF). (See the example in Table B.6.)

The effects of component accuracy on measured and calculated parameters are given in 6.2 to 6.4. Equations

are given in Annex B to assist the user in determining the magnitudes of errors of spot (i.e. static)

measurement of observed density, mass, and gross standard volume due to uncertainty of each of the HTMS

system primary measurements (level, pressure and temperature).
6.2 Accuracy effects of the ALG

The accuracy of the ALG component and its installation has the most effect on level, observed and reference

density, and observed and standard volume.

Errors in the measured level have little effect on the computed mass because of error cancellation of product

volume and density.

NOTE The mass error cancellation effect is greatest in vertical cylindrical tanks. In spherical or horizontal cylindrical

tanks, the mass error cancellation is somewhat less. The effects of ALG accuracy on mass for various tank geometries

can be predicted using the uncertainty equations in B.3.
6 © ISO 2003 — All rights reserved
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ISO 15169:2003(E)

If an HTMS is used to determine standard volume for custody transfer, the accuracy of the ALG should meet

the corresponding requirements given in ISO 4266-1. If the HTMS is used primarily for mass or density

determination, ALG accuracy should meet less rigorous requirements than those given in ISO 4266-1 (see

Table 1 for maximum permissible errors for ALG).
6.3 Accuracy effects of the pressure sensor(s)

The accuracy of the pressure sensors (P and P ) directly affects the observed and reference density, and the

1 3

mass. However, errors in P or P have no effect on observed volume, and only a minor effect on standard

1 3
volume.

The overall accuracy of the pressure sensor will depend on both the zero and linearity errors. The zero error is

an absolute error, expressed in a unit of pressure measurement (e.g. pascals, in H O). The linearity error is

typically expressed as percent of reading. At low levels, this zero error is the dominating factor in the

uncertainty analysis. The manufacturer should unambiguously state both the zero and linearity errors (the

zero error expressed in absolute units, the span error in percent of reading) over the anticipated operating

temperature range. This is to enable the user to verify that the error contribution of the pressure sensor to the

overall uncertainty will be acceptable for the required HTMS accuracy (see Annex B). (See Table 2 for

maximum permissible zero and linearity errors.)

The total error in pressure units of a pressure sensor can be calculated by the formula:

U = U + (p ⋅ U )/100
P-total P-zero applied P-linearity
where
U is the total error of pressure sensor, expressed in pascals;
P-total
U is the zero error of pressure sensor, expressed in pascals;
P-zero
p is the pressure as input to the pressure sensor, expressed in pascals;
applied
U is the linearity error of pressure sensor, expressed as percent of reading.
P-linearity

The applied pressure for pressure sensor P (p ) is approximately the sum of the liquid head, the

1 1 applied
vapour head and the maximum setting of the pressure relief valve (see Annex B).

For the P pressure sensor, the vapour pressure is not related to the liquid level, and therefore the maximum

value of the pressure relief valve (i.e. p ) should be taken for p . (See Table 2 for maximum

3 max 3 applied
permissible errors for pressure sensor(s).)
6.4 Accuracy effects of the ATT

The accuracy of the ATT directly affects the reference density and standard volume accuracy. Averaging

temperature measurement is required for accurate determination of reference density or standard volume.

(See ISO 4266-4.)

ATT accuracy has no effect on the observed density in any tank geometry and only minor effects on the mass

determined by an HTMS. For HTMS designed primarily for measuring mass, a single-point or spot

temperature (e.g. RTD) should be considered
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15169
Première édition
2003-12-01
Pétrole et produits pétroliers liquides —
Détermination du volume, de la masse
volumique et de la masse
d'hydrocarbures contenus dans les
réservoirs cylindriques verticaux à l'aide
de systèmes hybrides de mesurage
Petroleum and liquid petroleum products — Determination of volume,
density and mass of the hydrocarbon content of vertical cylindrical
tanks by hybrid tank measurement systems
Numéro de référence
ISO 15169:2003(F)
ISO 2003
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 15169:2003(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2003 — Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 15169:2003(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

4 Précautions générales.......................................................................................................................... 3

4.1 Mesures de sécurité.............................................................................................................................. 3

4.2 Précautions relatives à l'équipement.................................................................................................. 3

5 Choix et installation des éléments d'un système hybride de mesurage de réservoir

(SHMR) ................................................................................................................................................... 4

5.1 Généralités............................................................................................................................................. 4

5.2 Jaugeur automatique............................................................................................................................ 4

5.3 Capteur(s) de pression......................................................................................................................... 5

5.4 Thermomètre automatique de réservoir............................................................................................. 5

5.5 Calculateur du SHMR............................................................................................................................ 6

5.6 Capteurs optionnels ............................................................................................................................. 6

6 Influence de l'exactitude des éléments d'un SHMR .......................................................................... 7

6.1 Généralités............................................................................................................................................. 7

6.2 Influence de l'exactitude du jaugeur automatique ............................................................................ 7

6.3 Influence de l'exactitude du (des) capteur(s) de pression................................................................ 7

6.4 Influence de l'exactitude du thermomètre automatique ................................................................... 8

7 Mesurages et calculs relatifs à un SHMR........................................................................................... 8

7.1 Généralités............................................................................................................................................. 8

7.2 Mode 1 du SHMR................................................................................................................................... 8

7.3 Mode 2 du SHMR................................................................................................................................... 9

8 Mise en service et étalonnage initial sur site..................................................................................... 9

8.1 Généralités............................................................................................................................................. 9

8.2 Préparation initiale................................................................................................................................ 9

8.3 Étalonnage et contrôle initial des éléments du SHMR.................................................................... 10

8.4 Vérification des calculs du calculateur du SHMR ........................................................................... 10

8.5 Contrôle initial sur site du SHMR ...................................................................................................... 10

9 Contrôles suivants.............................................................................................................................. 12

9.1 Généralités........................................................................................................................................... 12

9.2 Objectifs............................................................................................................................................... 12

9.3 Réglages en cours de contrôle périodique ...................................................................................... 13

9.4 Contrôles d'un SHMR utilisé pour transferts avec comptage en volume..................................... 13

9.5 Contrôles d'un SHMR utilisé pour transferts avec comptage en masse ...................................... 14

9.6 Gestion des dépassements de tolérance observés lors du contrôle périodique d'un SHMR

utilisé pour transferts avec comptage .............................................................................................. 15

Annexe A (informative) Aperçu des calculs................................................................................................... 19

Annexe B (informative) Exactitude des mesurages et analyse des incertitudes....................................... 23

© ISO 2003 — Tous droits réservés iii
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ISO 15169:2003(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 15169 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 28, Produits pétroliers et lubrifiants, sous-comité

SC 3, Mesurage statique du pétrole.
iv © ISO 2003 — Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 15169:2003(F)
Pétrole et produits pétroliers liquides — Détermination du
volume, de la masse volumique et de la masse d'hydrocarbures
contenus dans les réservoirs cylindriques verticaux à l'aide de
systèmes hybrides de mesurage
1 Domaine d'application

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

l'étalonnage et le contrôle des systèmes hybrides de mesurage de réservoir (SHMR). Ces systèmes assurent

le mesurage du niveau, de la masse statique, du volume observé, du volume aux conditions de référence, de

la masse volumique observée et de la masse volumique de référence de pétrole et de produits pétroliers

contenus dans des réservoirs de stockage et impliquant des transactions commerciales ou fiscales. Il revient

à l'utilisateur de décider quel type de mesurage (volume ou masse ou les deux) sera utilisé pour les transferts

avec comptage. Pour cela, la présente Norme internationale comprend une analyse des incertitudes,

accompagnée d'exemples, permettant à l'utilisateur de choisir les éléments convenables d'un SHMR en vue

de l'application prévue.

La présente Norme internationale est applicable aux réservoirs cylindriques verticaux statiques contenant des

hydrocarbures liquides dont la pression de vapeur Reid est inférieure à 103,42 kPa.

La présente Norme internationale n'est pas applicable aux réservoirs sous pression ni aux applications

maritimes.

NOTE 1 Le terme «masse» est utilisé pour indiquer une masse dans le vide (masse vraie). Dans l'industrie pétrolière, il

n'est pas rare d'utiliser la masse apparente (dans l'air) pour les transferts avec comptage. Des indications sont fournies

pour le calcul tant de la masse que de la masse apparente dans l'air (voir Annexe A).

NOTE 2 La méthode de calcul de la présente Norme internationale peut également être appliquée aux réservoirs

présentant d'autres formes dans la mesure où ils ont été jaugés par une méthode reconnue dans l'industrie pétrolière (par

exemple l'ISO 7507). Des exemples d'analyse des incertitudes pour des réservoirs sphériques et cylindriques horizontaux

sont donnés dans l'Annexe B.
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 °C et 60 °F
ISO 1998 (toutes les parties), Industrie pétrolière — Terminologie
ISO 3170:— , 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
1) À publier. (Révision de l'ISO 3170:1988)
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ISO 15169:2003(F)

ISO 4266 (toutes les parties), Pétrole et produits pétroliers liquides — Mesurage du niveau et de la

température dans les réservoirs de stockage par méthodes automatiques

ISO 7507 (toutes les parties), Pétrole et produits pétroliers liquides — Jaugeage des réservoirs cylindriques

verticaux

ISO 11223-1:1995, Pétrole et produits pétroliers liquides — Mesurage statique direct — Contenu des

réservoirs verticaux de stockage — Partie 1: Mesurage de masse par jaugeage hydrostatique des réservoirs

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

tube en U oscillant
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 1998 ainsi que les

suivants s'appliquent.
3.1
système hybride de mesurage de réservoir (SHMR)

système exploitant le niveau de produit mesuré par un jaugeur automatique, la température du produit

mesurée par un thermomètre automatique de réservoir et la pression statique du liquide mesurée par un ou

plusieurs capteurs de pression

NOTE Ces mesures sont utilisées conjointement à la table de jaugeage du réservoir et aux tables de correction de

volume/masse volumique pour obtenir tout à la fois le niveau, la température, la masse, le volume observé, le volume aux

conditions de référence, la masse volumique observée et la masse volumique de référence.

3.2
calculateur du SHMR

équipement de calcul exploitant les mesures de niveau, de température et de pression du SHMR, conjointement

aux paramètres de réservoir en mémoire, pour calculer tout à la fois la masse volumique, le volume et la masse

3.3
point de référence du SHMR

point marqué de manière inaltérable et bien visible sur la paroi extérieure du réservoir, à partir duquel la (les)

position(s) du (des) capteur(s) de pression du SHMR est (sont) mesurée(s)

NOTE Le point de référence du SHMR est lui-même mesuré par rapport à la plaque de touche.

3.4
erreur de zéro du transmetteur de pression

indication fournie par le transmetteur de pression lorsque aucune différence de pression entre la pression

d'entrée et la pression ambiante ne lui est appliquée.

NOTE Cette valeur est exprimée en une unité de mesure de pression, comme par exemple le pascal.

3.5
erreur de linéarité du transmetteur de pression

écart entre la valeur indiquée par le transmetteur de pression et la pression qui lui est appliquée en entrée

NOTE Il convient de ne pas inclure l'erreur de zéro dans cette valeur. Celle-ci est exprimée en valeur fractionnaire ou

en pourcentage par rapport à la pression appliquée (en fraction ou en pourcentage de l'indication).

2 © ISO 2003 — Tous droits réservés
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ISO 15169:2003(F)
4 Précautions générales
4.1 Mesures de sécurité
4.1.1 Généralités

Pour la mise en œuvre d'un équipement SHMR, il convient de respecter à la fois les normes ISO, les

réglementations de sécurité locale et nationale en vigueur ainsi que les précautions relatives à la compatibilité

matière. Il convient également de suivre les instructions du fabricant en ce qui concerne l'installation et

l'utilisation de l'équipement. Enfin, il convient d'observer l'ensemble des règlements régissant le travail en

zones dangereuses.
4.1.2 Sécurité mécanique

Les connexions du capteur du SHMR font partie intégrante de la structure du réservoir. Il convient que

l'ensemble de l'équipement SHMR soit en mesure de résister aux conditions de pression, de température, de

fonctionnement et aux conditions environnementales susceptibles d'être rencontrées en service.

4.1.3 Sécurité électrique

Ils est recommandé que tous les éléments du SHMR destiné à être utilisé en zone électriquement classée

soient compatibles avec la classification de la zone concernée et satisfassent aux normes de sécurité

électrique nationales et/ou internationales (par exemple; IEC, CSA, CENELEC, ISO) appropriées.

4.2 Précautions relatives à l'équipement

4.2.1 Il convient que l'équipement SHMR soit capable de résister aux conditions de pression, de température,

de fonctionnement et aux conditions environnementales susceptibles d'être rencontrées en service.

4.2.2 Il convient que tous les éléments et équipements électriques soient certifiés pour la classification de

zone dangereuse correspondant à leur lieu d'installation.

4.2.3 Il convient que des mesures soient prises pour être sûr que toutes les parties métalliques visibles du

SHMR présentent le même potentiel électrique que le réservoir.

4.2.4 Il convient que toutes les parties du SHMR en contact avec le produit ou ses vapeurs soient

chimiquement compatibles avec le produit afin d'éviter à la fois une contamination du produit et une corrosion

de l'équipement.

4.2.5 Il convient que tous les éléments et équipements du SHMR soient maintenus en état de

fonctionnement sûr et il convient de respecter les instructions de maintenance stipulées par le fabricant.

NOTE L'étude et l'installation d'un SHMR ou de ses éléments peuvent être assujetties à homologation par

l'organisme de métrologie national concerné. Celui-ci aura normalement délivré un agrément de type pour la conception

du SHMR pour le service spécifique prévu. Cet agrément de type est normalement attribué après avoir soumis le SHMR à

une série d'essais spécifique et sous condition qu'il ait été installé de manière agréée.

Les essais d'agrément de type peuvent notamment comprendre les essais suivants: examen visuel, fonctionnement,

vibrations, humidité, chaleur sèche, inclinaison, fluctuations de l'alimentation électrique, isolement, résistance,

compatibilité électromagnétique et haute tension.
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ISO 15169:2003(F)
5 Choix et installation des éléments d'un système hybride de mesurage de
réservoir (SHMR)
5.1 Généralités

Un système hybride de mesurage de réservoir consiste en quatre éléments principaux: un jaugeur

automatique, un thermomètre automatique, un ou plusieurs capteurs de pression et un calculateur qui

contient en mémoire les paramètres du réservoir et réalise les calculs. Les exigences relatives à ces éléments

individuels sont données de 5.2 à 5.6.

Il convient que l'utilisateur spécifie d'abord si le SHMR sera utilisé à la base pour des mesurages de masse ou

de volume aux conditions de référence. Il convient également qu'il spécifie l'exactitude de mesurage requise

pour les transferts avec comptage.

Il convient que l'utilisateur ou le fabricant choisisse les différents éléments du SHMR et configure le système

de manière à répondre aux exigences de l'application. Les exigences d'exactitude relatives à l'application de

l'utilisateur déterminent les exigences d'exactitude pour chacun des éléments du SHMR.

NOTE L'Annexe A expose une vue d'ensemble de la théorie et des calculs du SHMR. L'Article 6 et l'Annexe B

donnent des indications et des méthodes pour estimer les effets du choix des éléments individuels sur l'exactitude globale

du SHMR.
5.2 Jaugeur automatique

5.2.1 Il convient de choisir le jaugeur automatique en fonction de l'application envisagée pour le SHMR, par

exemple pour des transferts avec comptage en volume ou en masse, ou bien pour les deux. En outre, il

convient que l'installation du jaugeur conduise à une exactitude installée adéquate pour l'application prévue.

NOTE Par souci de cohérence, la désignation conventionnelle choisie pour les capteurs de pression (P près du fond

du réservoir et P dans le creux du réservoir) est celle de l'ISO 11223-1 qui traite du jaugeage hydrostatique des

réservoirs (voir Figure A.1).

5.2.2 Il convient que l'exactitude intrinsèque du jaugeur automatique établie lors de l'étalonnage en usine,

ainsi que l'exactitude installée trouvée lors du contrôle sur chantier, correspondent aux valeurs indiquées

dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Erreur maximale permise pour le jaugeur automatique
Transferts avec comptage Transferts avec comptage
en volume en masse
mm mm
Exactitude intrinsèque 1 3
Exactitude installée 4 12

L'exactitude du jaugeur automatique n'a aucun effet sur la masse calculée au-dessus du niveau où se trouve

P en raison de l'effet d'annulation des erreurs de masse volumique/volume. Toutefois, l'incertitude sur la

masse volumique calculée due à l'erreur du jaugeur automatique a une influence sur la masse du talon (aux

niveaux inférieurs à l'emplacement de P ). Pour cette raison, l'exactitude du jaugeur automatique indiquée

dans le Tableau 1 dans le cas de transferts avec comptage en masse, a été choisie de façon à réduire l'erreur

sur la masse du talon. De plus, en réduisant l'incertitude sur la masse volumique calculée, l'exactitude procure

un moyen de suivre indépendamment le fonctionnement des transmetteurs de pression.

5.2.3 En général, Il convient que l'exactitude du jaugeur automatique d'un système SHMR dans le cas de

transferts avec comptage en volume réponde à la norme ISO 4266-1 relative aux réservoirs cylindriques

verticaux.
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ISO 15169:2003(F)
5.3 Capteur(s) de pression

5.3.1 Il convient que le (les) capteur(s) de pression du SHMR soit(ent) choisi(s) en fonction du calcul

d'incertitude relatif à l'application spécifique (voir Article 6 et Annexe B). Il convient que l'installation du capteur

de pression soit réalisée conformément aux recommandations données dans l'ISO 11223-1. Les exigences

d'exactitude du (des) capteurs (s) de pression dépendent de l'application prévue pour le SHMR (transferts

avec comptage en volume ou en masse, ou les deux). Les erreurs maximales permises sont indiquées dans

le Tableau 2.
Tableau 2 — Erreurs maximales permises pour le (les) capteur (s) de pression

Erreur maximale Transferts avec comptage en volume Transferts avec comptage en masse

du capteur de pression
P Erreur de zéro 100 Pa 50 Pa
Erreur de linéarité 0,1 % de l'indication 0,07 % de l'indication
P Erreur de zéro 40 Pa 24 Pa
Erreur de linéarité 0,5 % de l'indication 0,2 % de l'indication
Si un capteur P est utilisé.

L'échelle du capteur de pression P peut être beaucoup plus petite que l'échelle choisie pour le capteur de

pression P du fait que la pression de vapeur relative est en général limitée à un maximum d'environ 5 kPa.

5.3.2 Il convient que les capteurs de pression du SHMR soient stables et précis et installés à des

emplacements précis sur la robe du réservoir (ou immergés à des emplacements précis au-dessus de la

plaque de touche). Il convient que le (les) capteur(s) de pression d'un SHMR pour réservoirs de stockage à

pression atmosphériques soient du type transmetteur de pression relatif (avec une voie ouverte à

l'atmosphère).

5.3.3 L'emploi d'une sortie électronique analogique ou numérique dépend de l'exactitude globale requise

pour le transmetteur de pression dans le cadre de l'application prévue.
5.4 Thermomètre automatique de réservoir

5.4.1 Il convient que le thermomètre automatique du réservoir soit choisi en fonction de l'application

envisagée pour le SHMR, par exemple pour des transferts avec comptage en volume ou en masse, ou pour

les deux. En outre, il convient que l'installation du thermomètre automatique conduise à une exactitude

installée appropriée à l'application prévue.

5.4.2 Il convient que l'exactitude intrinsèque du thermomètre automatique, établie lors de l'étalonnage en

usine, ainsi que l'exactitude installée, montrée lors du contrôle sur site, correspondent à ce qui est indiqué

dans le Tableau 3.
Tableau 3 — Erreurs maximales permises pour le thermomètre automatique
Transferts avec comptage en volume Transferts avec comptage en masse
Exactitude intrinsèque a) du «système»: 0,5 °C
0,25 °C intégrant le capteur, le
convertisseur, le transmetteur et
l'affichage.
b) par élément:
0,20 °C pour le capteur,
0,15 °C pour le transmetteur, le
convertisseur et la lecture
Exactitude installée 0,5 °C 1,0 °C
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ISO 15169:2003(F)

5.4.3 En général, il convient que l'exactitude du thermomètre automatique d'un SHMR prévu pour des

transferts avec comptage en volume soit telle que donnée dans l'ISO 4266-4 relative aux réservoirs

cylindriques verticaux.

5.4.4 Selon l'application du SHMR envisagée et les exigences de précision, le thermomètre automatique

peut être soit du type à plusieurs capteurs de température fixes effectuant une moyenne, soit une série de

capteurs de température ponctuels installés à des hauteurs appropriées, ou encore un unique capteur de

température ponctuel. Il convient que les SHMR conçus au départ pour calculer des volumes aux conditions

de référence fassent appel à un thermomètre automatique donnant une température moyenne. Pour les

SHMR prévus pour mesurer des masses, un thermomètre ponctuel à résistance électrique est considéré

comme approprié dans la plupart des cas.

5.4.5 Il est possible d'utiliser le thermomètre automatique pour le calcul de la masse volumique des vapeurs,

dans la mesure où la température des vapeurs est mesurée par plusieurs éléments du thermomètre

indépendamment des autres éléments immergés. Néanmoins, dans le cas d'un réservoir calorifugé, les

éléments immergés d'un thermomètre automatique peuvent être utilisés pour estimer la température des

vapeurs.
5.5 Calculateur du SHMR

5.5.1 La mise en place d'un système de calcul pour SHMR peut être réalisée de plusieurs façons: soit au

moyen d'un microprocesseur installé à proximité, soit avec un ordinateur à distance ou encore avec le réseau

d'ordinateurs de l'utilisateur. Le calculateur peut être dédié à un seul réservoir ou utilisé pour en gérer

plusieurs à la fois.

5.5.2 Le calculateur reçoit les données issues des capteurs et les utilise conjointement aux paramètres du

produit et du réservoir pour calculer tout à la fois la masse volumique observée, la masse volumique de

référence, la masse, le volume observé et le volume aux conditions de référence du produit contenu dans le

réservoir (voir Figure A.1). Les paramètres stockés en mémoire se répartissent en six groupes de données:

réservoir, jaugeur automatique, thermomètre, capteur de pression, données du produit et données ambiantes

(voir le Tableau 4).

5.5.3 Le calculateur peut être amené à réaliser des linéarisations et/ou des corrections de température pour

les différents éléments du SHMR.

5.5.4 Il convient que toutes les variables mesurées et traitées par le calculateur puissent être affichées,

imprimées ou transmises à un autre calculateur.

NOTE Les calculs ordinairement réalisés par le calculateur d'un SHMR sont indiqués dans l'Annexe A.

5.6 Capteurs optionnels
5.6.1 Transmetteur de pression

En cas de panne du jaugeur automatique, on peut employer un transmetteur intermédiaire (P ) pour effectuer

un calcul de masse volumique de remplacement (jauge hydrostatique de réservoir, ou JHR) à des fins de

comparaison ou d'alerte ou encore comme calcul de masse volumique de réserve. (Voir l'ISO 11223-1 pour

plus d'informations.)
5.6.2 Appareillage de détermination de la masse volumique de l'air ambiant

5.6.2.1 La masse volumique de l'air ambiant est un terme du second ordre que l'on trouve dans le calcul

de la masse volumique par le SHMR. La présente Norme internationale ne traite pas des méthodes de

détermination de la masse volumique de l'air ambiant. Si cela est souhaité, des capteurs de pression et de

température ambiants peuvent cependant être utilisés en vue d'obtenir une mesure plus exacte de la masse

volumique de l'air.

5.6.2.2 Des mesures uniques de température et de pression ambiante peuvent être utilisées pour

l'ensemble des réservoirs se trouvant sur un même site.
6 © ISO 2003 — Tous droits réservés
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ISO 15169:2003(F)
6 Influence de l'exactitude des éléments d'un SHMR
6.1 Généralités

L'exactitude de chacun des éléments du SHMR a une influence sur un ou plusieurs des paramètres mesurés

ou calculés. Pour certaines applications, les SHMR peuvent être prévus pour donner une grande exactitude à

certains paramètres, au détriment des autres paramètres pour lesquels on doit accepter un certain compromis.

Par exemple, si le SHMR est prévu à la base pour des mesurages de volume brut aux conditions de référence

au moyen de la masse volumique du produit mesurée par le SHMR, il convient que les éléments du système

soient choisis de sorte que l'exactitude de la masse volumique moyenne du produit n'affecte pas la

détermination du coefficient de correction de volume (VCF). (Voir l'exemple du Tableau B.6.)

Les effets de l'exactitude des différents éléments sur les paramètres mesurés et calculés sont décrits de 6.2 à

6.4. Des équations sont données en Annexe B afin d'aider l'utilisateur à déterminer l'importance

...

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