CN102042944B - 用于检测储罐内的相分离的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于检测储罐内的相分离的系统和方法。至少一个浮体具有校订成用以检测周围流体间的密度差的密度。浮体在诸如相分离燃料或纯水的相对较大密度的较下层的流体上漂浮，同时，保持浸没在诸如汽油/乙醇混合物的相对较小密度的较上层的流体中。当浮体上升高于或下降低于预先设定的容许水平时，检测设备发送信号。

Description

用于检测储罐内的相分离的方法和设备
技术领域
本发明涉及储罐监控，并且具体地涉及一种用于检测储罐内的相分离和/或杂质或污染物的存在的方法和设备。
背景技术
广泛地依赖液体储罐来保存和保护其容纳物。特别地，燃料储罐是较大的能量分配系统的重要部分，并通常被用于在储存期期间保存液体燃料，同时保持储存的燃料适于即刻用于分配和使用。例如，燃料储罐通常用来在加油站储存汽油以用于分配至最终使用者——即，车辆操作者。汽油储罐暴露于各种环境条件，并通常在地下储存。这些罐会遇到环境湿气的非故意侵入的情况。
汽油储罐通常容纳汽油和酒精的混合物，在美国及其国外，目前普遍应用具有约10％乙醇(“E-10”)的混合物作为用于汽车和卡车的燃料。乙醇是吸湿性材料，因为其从空气或从周围环境吸水。在E-10汽油/乙醇燃料混合物中的水过量——例如按体积大于约0.5％的量——将会导致已知的相分离的状态。当发生相分离时，过量的酒精、水和汽油的一些较轻部分形成比汽油/乙醇混合物重、但比水轻的新的混合物。该新的混合物从E-10燃料混合物分离并下降至储罐的底部而形成包括约70％酒精、20％水和10％汽油的底层的流体。如果水快速渗入储罐，则水下沉到罐的位于任何相分离流体下面的底部处，而不与乙醇结合。
燃料储罐中的分配泵一般位于靠近罐的底部。如果由相分离(“相分离流体”)引起的酒精/水/汽油混合物在燃料储罐的底部处形成足够厚的层，则混合物可能被泵送到最终使用者的罐中，例如泵送到机动车油箱中。因此，机动车的发动机可能无法起动或可能运转不良，并且必须以相当大的花费从机动车的燃料系统除去相分离流体。如果基本上为纯水的层变得足够厚以致流过泵并流到机动车油箱中，则可能导致对机动车发动机的严重损坏。
加油站操作员需要知道在加油站的燃料储罐内是否发生相分离和/或水的侵入，并且操作员特别需要知道由相分离产生的酒精/水/汽油混合物是否存在被泵送至用户的危险。
发明内容
在本公开的示例性实施方式中，提供一种用于检测储罐内的相分离的系统和方法。至少一个浮体具有校订成用以检测周围流体间的密度差的密度。浮体在诸如相分离燃料或纯水的相对较大密度的较下层的流体上漂浮，同时，保持浸没在诸如E-10燃料的相对较小密度的较上层的流体中。当浮体上升高于或下降低于预先设定的容许水平时，检测设备发送信号。可利用多个浮体用于检测多个流体密度。
在一个实施方式中，燃料储存系统包括储罐，该储罐容纳具有第一流体密度的汽油/酒精混合物以及具有大于第一流体密度的第二流体密度的相分离流体。相分离流体包括与水混合的来自第一流体的一部分酒精。该系统包括具有第一浮体密度的第一传感浮体，第一浮体密度大于第一流体密度并小于第二流体密度。第一传感浮体具有与传感浮体相对于基准的高度相关的输出信号。包括控制器，该控制器具有将输出信号与基准进行比较的比较器。控制器确定第一传感浮体相对于储罐的高度。汽油/酒精混合物可包括汽油和乙醇。
在另一方面中，储罐容纳具有第三流体密度的第三流体，第三流体密度大于第二流体密度并大于第一流体密度。该设备还包括具有第二浮体密度的第二传感浮体，第二浮体密度小于第三流体密度并大于第一流体密度和第二流体密度。第一浮体密度小于第三流体密度。控制器确定第二传感浮体相对于储罐的高度。第三流体可包括水。
在另一方面中，第一浮体密度对应于0.80的比重。第二浮体密度可对应于0.95的比重。
在又一方面中，储罐可容纳具有多个流体密度的多种流体，多种流体布置为储罐内的相邻层。该燃料储存系统还可包括具有多个浮体密度的多个传感浮体，其中浮体密度分别大于多种流体的其中之一并小于多种流体的相邻层。
在再一方面中，控制器编写有相分离流体的容许水平的程序。当相分离流体上升高于容许流体水平时，控制器发出用于纠正措施的通知。储罐可包括具有泵入口的泵，并且容许水平可低于泵入口。
在另一方面中，该系统可包括编写有相分离流体的水平的容许变化率的程序的控制器，当相分离流体的水平增加得快于容许变化率时，控制器发出用于纠正措施的通知。
在另一实施方式中，一种用于测量具有上部流体密度的上部流体、具有下部流体密度的下部流体和具有中间流体密度的中间流体之间的分界面的高度的设备包括具有第一浮体密度的第一传感浮体以及具有第二浮体密度的第二传感浮体，第一浮体密度大于上部流体密度并小于下部流体密度和中间流体密度，第二浮体密度大于中间流体密度和上部流体密度并小于下部流体密度。控制装置确定第一传感浮体和第二传感浮体相对于基准的高度。因此，通过控制装置计算下部流体和中间流体的高度。
在一个方面中，控制装置编写有容许下部流体水平的程序，当下部流体上升高于容许下部流体水平时，控制装置发出用于纠正措施的通知。在设备位于储罐——其具有带有泵入口的泵——内时，容许下部流体水平可与泵入口的高度相对应。
在另一方面中，控制装置编写有容许中间流体水平的程序，当中间流体上升高于容许中间流体水平时，控制装置发出用于纠正措施的通知。在设备位于储罐——其具有带有泵入口的泵——内时，容许中间流体水平可与泵入口的高度相对应。
在又一实施方式中，一种确定罐内的多种流体的水平的方法包括提供储罐，所述储罐容纳具有第一流体密度的汽油/酒精混合物和具有大于第一流体密度的第二流体密度的相分离流体。相分离流体包括与来自第一流体的酒精混合的水。该方法还包括提供具有第一浮体密度的第一传感浮体，第一浮体密度大于第一流体密度并小于第二流体密度，以及监控第一传感浮体相对于储罐的高度。
在一个方面中，该方法包括监控步骤之后的如下步骤，即：将第一传感浮体的高度与第一预先设定的高度进行比较，以及如果第一传感浮体的高度大于第一预先设定的高度则启动警报。
在另一方面中，该方法包括监控步骤之后的如下步骤，即：将第一传感浮体的高度变化率与第一预先设定的高度变化率进行比较，以及如果第一传感浮体的高度变化率大于第一预先设定的变化率则启动警报。
在另一方面中，储罐容纳具有第三流体密度的第三流体，第三流体密度大于第二流体密度并大于第一流体密度，并且第一浮体密度大于第三流体密度并小于第二流体密度。该方法还包括如下步骤，即：提供具有第二浮体密度的第二传感浮体，第二浮体密度小于第三流体密度、大于第二流体密度并大于第一流体密度，以及由此监控第二传感浮体相对于储罐的高度。
在又一方面中，该方法包括第二监控步骤之后的如下步骤，即：将第二传感浮体的高度与第二预先设定的高度进行比较，以及如果第二传感浮体的高度大于第二预先设定的高度则启动警报。
在再一方面中，该方法还包括监控步骤之后的如下步骤，即：将第二传感浮体的高度变化率与第二预先设定的高度变化率进行比较，以及如果第二传感浮体的高度变化率大于第二预先设定的变化率则启动警报。
附图说明
通过参照本发明的实施方式的以下说明并结合附图，本发明的上述及其它的特征和优点以及获得它们的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本发明本身，其中：
图1是根据本发明实施方式的磁致伸缩探测器的侧视图；
图2是根据本发明实施方式的包括相分离检测探测器的储罐的截面图；以及
图3表示根据相分离检测系统的控制器的处理顺序。
具体实施方式
图1和2图示出基本上以10指出的相分离检测设备或探测器。相分离检测探测器10包括具有相对较低密度的上部浮体12以及具有相对较高密度的下部浮体14，每个浮体滑动安装在轴16上。在本发明的示例性实施方式中，探测器头部18产生电磁场，该电磁场形成在轴16内的导波器周围并与上部浮体12和/或下部浮体14的磁场相互作用。该相互作用在轴16内产生以已知速度传播至探测器头部18的冲击波，基于冲击波以已知的速度进行传播所经过的时间，探测器头部18通过线20输出与上部浮体12和/或下部浮体14沿轴16的相对位置相对应的电信号。相分离检测探测器10还可包括下部挡板或挡块22以防止下部浮体14从轴16滑落。相分离检测探测器10可选择性地包括附连机构24，该附连机构可选择地释放并设置用于探测器10的竖向调节。在本发明的范围内，相分离检测探测器10可采用其它形式，例如基于声纳的测量系统、一系列的接近开关(proximity switch)、激光测量系统等。而且在本发明的范围内，与直接位于彼此的上方或下方不同(即，同轴布置在共用轴上)，上浮体和下浮体可并排布置或分开布置。
现参照图2，相检测探测器10在储罐30内基本上竖直定向。储罐30包括具有上水平或表面32a的第一或上部流体32，第一或上部流体32具有密度ρU。上部流体32下面是具有上水平34a的中间流体34。中间流体34具有大于密度ρU的密度ρM。中间流体34下面是具有上流体表面36a的下部流体36。下部流体36具有大于ρM并大于ρU的密度ρL。上部浮体12下沉在储罐30的底面上方的距离D2处，其中D2大致与流体34相对于基准——例如储罐30的底部——的上水平34a相对应。但是，可以采用任意基准，例如储罐30的另一部分、相检测探测器10的一部分等。
由于上部浮体12具有小于ρM但大于ρU的密度，因此其下沉到该距离处。也就是说，上部浮体12在诸如上部流体32的相对较小密度的流体中会下降，但在诸如中间流体34的相对较大密度的流体中会保持漂浮。类似地，下部浮体14下沉到储罐30的底面上方的距离D1处，因为下部浮体14具有小于ρL但大于ρM的密度。如图2所示，探测器10可选地包括具有小于上部流体32的密度ρU的密度的第三浮体26。因此，上部浮体26下沉到储罐30的底部上方的距离D3处，其中D3大致与流体32的上表面32a(罐30的空容积的底部)相对应。
在本发明的示例性实施方式中，储罐30可以是燃料储罐，其中，流体32是诸如E-10燃料的汽油/乙醇混合物，中间流体层34是由相分离引起的主要包括酒精、水和少量汽油的混合物，而下部流体36基本上是纯水。因此，下部流体36具有1.0的比重。中间流体34具有约0.81到0.89、并且更具体地高于0.82的比重。上部流体32具有约0.68到0.78、并且更具体地0.73到0.75的比重。在该示例性实施方式中，第一或上部浮体12具有与约0.80的比重相对应的密度，而第二或下部浮体14具有与约0.95的比重相对应的密度。因此，上部浮体12将自然地下沉到位于汽油/乙醇混合物(即，上部流体32)与相分离的酒精/水/汽油(即，中间流体34)之间的接合处，而下部浮体14将自然地下沉到位于水(即，下部流体36)与相分离的酒精/水/汽油(即，中间流体34)之间的接合处。但是，在本发明的范围内，可以测量或检测不同密度的任意数量的流体或材料。
另外，流体储罐可容纳多种流体(例如由“n”表示的多种流体)，各流体具有不同的流体密度。流体自然地下沉到类似于如上所述的流体32、34、36的层中。各相邻层之间是流体接合处或分界面，从而共具有n-1个流体分界面。可设置多个浮体以用于各分界面处的测量。例如，可设置n-1个浮体以测量流体储罐中的各流体界面的流体水平，其中各个浮体具有处于每对相邻流体的流体密度之间的浮体密度。还可设置密度小于最上面流体的密度的额外的浮体，从而使额外的浮体测量最上面流体与罐的空容积之间的分界面。
在示例性实施方式中，测量任意一对流体之间的分界面处的流体水平的浮体具有如下的浮体密度，即：该浮体密度与所述对中的下部流体的密度相比更接近所述对中的上部流体的流体密度。例如，浮体密度可仅稍微大于一对相邻流体中的上部流体的密度。当浮体下沉到一对流体的分界面处的预期的位置时，该“偏斜密度(skeweddensity)”防止浮体在向下的方向上过度行进。这还确保了当浮体下沉时其不会快速“下降”通过所述对中的上部流体，而是在到达流体分界面之前以控制的方式向下“漂浮”通过上部流体。
通过来自分别指出浮体26、12、14的位置的探测器头部18的数据反馈，由控制器50来监控流体水平32a、34a、36a。参照图3，控制器50(图2)连续地执行软件子程序100以确定水或相分离流体的测量水平是否在预先限定的容许限制内。当命令控制器开始监控时，如框102所示，控制器50确定由下部浮体14测量的下部流体36(例如水)的水平是否在预先设定的容许的水的水平上方，如框104所示，将在下面更详细地描述。如果测量的水平在容许水平下面，则控制器将进入由指令启动和再次启动的反馈环以继续监控，如框103所示。但是，如果测量的水平在预先设定的容许水平上方，则发出用于过量下部流体36(例如水)的状态的纠正措施的通知，如框106所示。类似地，控制器50确定相分离流体的测量的水平是否大于相分离流体的预先设定的容许水平，如框108所示。如果相分离流体的测量的水平低于预先设定的容许水平，则控制器50进入由指令启动和再次启动的反馈环以继续监控，由框103表示。但是，如果测量的水平在预先设定的容许水平上方，则启动用于相分离的不容许高水平的纠正措施的通知，如框110所示。
如图2所示，控制器50还可计算和/或监控表示上部浮体12与下部浮体14之间的距离的距离DS。更具体地，距离DS可为上部浮体12与下部浮体14之间的距离。因此，距离DS基本上表示中间流体层34的高度或厚度。当DS接近零而处于额定值内时，可以推断实质上不存在中间流体层34(即，流体层34的体积为零)。相反地，如果DS大于零并超过额定值，则可认为存在中间流体层34，例如相分离流体层。另外，DS的变化率对探测器10的使用者来讲也是重要的。如果DS具有正的变化率——即增加，则诸如相分离层的中间流体层34经历增长，并可采取适当措施。可以以与上述的预先设定的容许水平类似的方式对控制器50编写入预先设定的容许变化率的程序，使得小的、额定的或瞬时的变化率将不会触发纠正措施通知或其它警报。
参照控制器50，根据本发明实施方式的示例性控制器是可从富兰克林燃料系统公司(Franklin Fueling Systems Inc.)——其位于美国威斯康星州麦迪逊市马尔什路3760号53718——获得的TS-5燃料管理系统。但是，在本发明的范围内，可使用其它控制器或微处理器来执行此处描述的计算任务。
用于下部流体36和中间流体34的预先设定的容许体积水平(即，高度)将根据系统的参数和系统使用者的需求变化，并可由使用者将程序编写入控制器50中。在燃料储罐的示例性实施方式中，如上所述，容许水平例如与内部沉没泵(未示出)的入口位置相关，或者如果泵位于储罐30的外部，则与罐的出口38相关。如果中间流体34的上水平34a达到泵入口或罐出口38，则酒精和水的相分离混合物可能被分配到用户的油箱中，从而导致较差的发动机性能以及从车辆的燃料系统除去相分离流体的可能的费用。另外，如果下部流体36的上表面36a达到沉没泵入口或罐出口38，则水可能被分配到用户的燃料箱中，从而引起不可挽回的损坏或其它损失惨重的事故。因此，针对燃料储罐30内相分离流体的预先设定的容许上水平可刚好在泵入口或罐出口38的水平以下，以免需要频繁排出相分离流体(如下所述)。但是，由于费用和损坏的较大风险，因此水的预先设定的容许水平可在泵入口或罐出口38的充分的下方。
当控制器50识别出一种或两种流体处于不容许高水平时，采取纠正措施的通知——由图3的框106、110表示——可包括声音警报、断开泵送系统、流体分配系统完全关闭、自动的e-mail、传真或其它通讯等或者它们的任意结合。另外，控制器50可包括程序用以提供浮体12、14、26水平的连续显示，以便提供关于储罐30内的各流体的水平的信息。例如，这种显示在储罐30包括能够从储罐30排出下部流体36的排出阀40的情况下是有用的。通过对水平36a、34a、32a和随之产生的流体36、34、32的体积的确知，可分别做出从排出阀40排出流体和从其排出多少流体的决定。
虽然本发明已描述成具有优选的设计，但是能够在本公开的精神和范围内对本发明进行进一步改型。因此，本申请意于覆盖本发明的利用其一般原理的任意变化、应用或改进。另外，本申请意于覆盖落入本发明所属领域的已知或常规惯例内的本发明的改变以及落入所附权利要求的限制内的本发明的改变。

Claims (22)

1.一种燃料储存系统，包括：
储罐，所述储罐容纳多种流体，所述多种流体包括具有第一流体密度的汽油/酒精混合物和具有大于所述第一流体密度的第二流体密度的相分离流体，所述相分离流体包括与来自所述汽油/酒精混合物的一部分酒精混合的水；
第一传感浮体，所述第一传感浮体构造成通过具有大于所述第一流体密度并小于所述第二流体密度的第一浮体密度而下沉到位于所述汽油/酒精混合物与所述相分离流体之间的接合处，所述第一传感浮体具有与所述第一传感浮体相对于基准的高度相关的输出信号；以及
具有比较器的控制器，所述比较器将所述输出信号与所述基准进行比较，由此所述控制器确定所述第一传感浮体相对于所述储罐的高度，所述控制器基于所述第一传感浮体的高度发出用于纠正措施的通知。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述汽油/酒精混合物包括汽油和乙醇。
3.如权利要求1所述的系统，其中，
所述储罐容纳具有第三流体密度的第三流体，所述第三流体密度大于所述第二流体密度并大于所述第一流体密度；
所述系统还包括具有第二浮体密度的第二传感浮体，所述第二浮体密度小于所述第三流体密度并大于所述第二流体密度；并且
其中，所述控制器确定所述第二传感浮体相对于所述储罐的高度。
4.如权利要求3所述的系统，其中，所述第三流体包括水。
5.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一浮体密度对应于0.80的比重。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述第二浮体密度对应于0.95的比重。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述多种流体具有多种流体密度，所述多种流体布置为所述储罐内的多个流体层，所述燃料储存系统还包括多个传感浮体，所述多个传感浮体具有多种浮体密度，每种所述浮体密度大于其中一个流体层的流体密度并小于所述其中一个流体层的相邻下层的流体密度。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述多个浮体分别具有各自的输出信号，所述控制器的所述比较器将每个输出信号与所述基准进行比较，由此所述控制器确定所述多个传感浮体中的每一个相对于所述储罐的高度。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述控制器构造为确定所述相分离流体的水平是否大于预先设定的容许水平，并且当所述相分离流体上升得高于所述容许流体水平时，所述控制器发出用于纠正措施的通知。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述储罐包括具有泵入口的泵，所述容许水平低于所述泵入口。
11.如权利要求1所述的系统，还包括构造为确定所述相分离流体的水平的变化率是否大于预先设定的容许变化率的控制器，并且当所述相分离流体的水平增加得快于所述容许变化率时，所述控制器发出用于纠正措施的通知。
12.一种用于测量具有上部流体密度的上部流体、具有下部流体密度的下部流体和具有中间流体密度的中间流体之间的分界面的高度的设备，所述中间流体密度与包括同酒精混合的水的相分离流体的密度对应，所述设备包括：
第一传感浮体，所述第一传感浮体构造成通过具有大于所述上部流体密度并小于所述下部流体密度和中间流体密度的第一浮体密度而下沉到位于所述上部流体与所述中间流体之间的接合处，所述第一浮体密度为偏斜的以便比所述中间流体密度更接近于所述上部流体密度；
第二传感浮体，所述第二传感浮体构造成通过具有大于所述中间流体密度和上部流体密度并小于所述下部流体密度的第二浮体密度而下沉到位于所述中间流体与所述下部流体之间的接合处；以及
控制装置，所述控制装置用于确定所述第一传感浮体相对于基准的高度，由此通过所述控制装置计算所述中间流体的高度。
13.如权利要求12所述的设备，其中，所述控制装置构造为确定所述下部流体的水平是否大于预先设定的容许下部流体水平，并且当所述下部流体上升得高于所述容许下部流体水平时，所述控制装置发出用于纠正措施的通知。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述设备位于储罐内，所述储罐具有带有泵入口的泵，并且所述容许下部流体水平与所述泵入口的高度相对应。
15.如权利要求12所述的设备，其中，所述控制装置构造为确定所述中间流体的水平是否大于预先设定的容许中间流体水平，并且当所述中间流体上升得高于所述容许中间流体水平时，所述控制装置发出用于纠正措施的通知。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述设备位于储罐内，所述储罐具有带有泵入口的泵，并且所述容许中间流体水平与所述泵入口的高度相对应。
17.一种确定罐内的多种流体的水平的方法，所述方法包括：
提供储罐，所述储罐容纳具有第一流体密度的汽油/酒精混合物和具有大于所述第一流体密度的第二流体密度的相分离流体，所述相分离流体包括与来自所述汽油/酒精混合物的一部分酒精混合的水；
提供第一传感浮体，所述第一传感浮体构造成通过具有大于所述第一流体密度并小于所述第二流体密度的第一浮体密度而下沉到位于所述汽油/酒精混合物与所述相分离流体之间的接合处；
监控所述第一传感浮体相对于所述储罐的高度；以及
基于所述第一传感浮体的高度发出用于纠正措施的通知。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述发出的步骤包括：
将所述第一传感浮体的高度与第一预先设定的高度进行比较；以及
如果所述第一传感浮体的高度大于所述第一预先设定的高度则启动警报。
19.如权利要求17所述的方法，其中，所述发出的步骤包括：
将所述第一传感浮体的高度变化率与第一预先设定的高度变化率进行比较；以及
如果所述第一传感浮体的高度变化率大于所述第一预先设定的变化率则启动警报。
20.如权利要求17所述的方法，其中，所述储罐容纳具有第三流体密度的第三流体，所述第三流体密度大于所述第二流体密度并大于所述第一流体密度，所述方法还包括如下步骤：
提供具有第二浮体密度的第二传感浮体，所述第二浮体密度小于所述第三流体密度并大于所述第二流体密度；以及
监控所述第二传感浮体相对于所述储罐的高度。
21.如权利要求20所述的方法，在所述第二监控步骤之后，还包括如下步骤：
将所述第二传感浮体的高度与第二预先设定的高度进行比较；以及
如果所述第二传感浮体的高度大于所述第二预先设定的高度则启动警报。
22.如权利要求20所述的方法，在所述监控步骤之后，还包括如下步骤：
将所述第二传感浮体的高度变化率与第二预先设定的高度变化率进行比较；以及
如果所述第二传感浮体的高度变化率大于所述第二预先设定的变化率则启动警报。
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