专利名称：用于监测储存罐中含醇燃料品质的方法
技术领域：
在加油站里，车辆燃料一般被存储在地下储罐中。为了监测燃料的库存，电子注入高度测量系统被应用了很多年，并且使用范围还在不断扩大；电子注入高度测量系统将注入高度传递到加油站的库存控制系统。迄今为止，品质控制主要被限定在检测已进入的水 (例如通过储罐圆顶中的裂缝进入)。由于密度较大，这些水在储存罐的底部聚集，按照惯例，结合提供的注入高度测量系统则可以在那里对其检测。在电容性探测器的情况下利用的是电介质常量的差异，在超声波感应器的情况下利用的是声速，在磁致伸缩探测的情况下，通过分离层漂浮物，利用的是水和燃料之间交界处的密度差。
背景技术：
燃料是由不同物质的复杂混合物。燃料混合物必须满足涉及蒸汽压力、辛烷数、密度以及其他参数的特定条件。密度是这些也在标准(例如E^88)中被确定了的参数之一。 借助密度测量，可以辨识存储燃料的可能操作。举例来说，燃料密度可以由密度测量和磁致伸缩注入高度测量一起确定，正如现有技术(参见US 7 278 311B1, US 2006/0266113A1, US 2006/0169039A1, US 5 253 522，DE 10 2006 033 237A1)中描述的。新汽油燃料出现在市场上已有几年的时间了，通过加入乙醇或甲醇，新汽油燃料的属性发生了重大的改变。如以前，这些燃料必须符合EN 288中所规定的属性，特别是其中包含了预定的密度范围。但是，因为这些燃料在溶解过程中有时需要比传统的含烃类的汽油燃料占用更多的水，所以这些燃料的密度在水浓度相当大的情况下可能会有明显的不同。如果超过了溶解度的限制，不止随后加入的水分离出去，而且溶解在燃料中的醇也会随之浸出。因此，聚集在储存罐的下部区域(贮槽区域)中的底部分凝相的密度将不再是像水一样的1. Og/m3，而是远小于这个数。这会导致迄今用于检测水量的分离层漂浮物不再漂浮，进而加油站的操作员将不再收到关于存在底部分凝相的警报，而底部分凝相的存在表明燃料中有高浓度的水。注入了这种燃料的车辆会熄火甚至被毁坏。在德国，生物燃料比率法(称作规定了乙醇混合物大约占汽油燃料的5%。 这个百分比进一步的增加还在讨论中。然而，像E20，E50以及E85这样的混合物也可以在市场中得到。在一些别的国家，甲醇也可以用作混合物。在受到水污染的情况下这些燃料的性能差别巨大，并且将导致不可察觉的污染情况，即注有这些液体的机动车辆将有毁坏和故障的危险。
发明内容
因此，本发明的目的旨在提供一种方法，它使得即使在含醇燃料中也能检测出危险的水污染情况。这个目的通过用于监测储存罐中含醇燃料的品质的方法来实现，此方法具有权利要求1的特征。从属权利要求提供了本发明的有利配置。在根据本发明的用于监测储存罐中含醇燃料品质的方法中，对出现在储存罐的贮槽区域的液体密度进行测量并同预定值进行比较，这个预定值将含有水和醇的混合相的密度表征为其组分的函数。贮槽区域是储存罐的下部区域。一般来说，抽吸装置的吸入口位于贮槽区域的上方，通过它燃料被抽出储存罐。将在贮槽区域测量出的密度值同预定值进行比较，就可以得出关于贮槽区域上方的燃料的属性信息，或者使得对这些属性的解释和评估成为可能。例如，位于贮槽区域上方的含醇燃料的组分可以通过比较贮槽区域中液体密度的测量值与预定值而评估出来。为此，在被水污染的情况下考虑最初燃料的性能，即最初未被水污染的含醇燃料(至多含有无法从醇中分离的水混合物)的性能，水污染能够使得聚集于贮槽区域的含有水和乙醇的底部分凝相中产生规定的密度。这些属性仅是部分已知的，如果需要必须通过实验来确定这些属性，以便可以正确地解读贮槽区域中的密度值以及对贮槽区域上方的燃料进行正确地推理。在上文中，假定用来比较的混合相是底部分凝相。无法吸收大量水的含醇燃料就是这种情况，因此当超过了某一特定的水浓度后，过量的水在储存罐的贮槽区域中聚集同时也会吸收一部分乙醇，就会出现相分离。然而，也有可能不出现相分离，因此底部分凝相不会在贮槽区域中聚集；而是，出现在那里的水和醇的混合相还含有一大部分烃类，并代表储存罐里的全部内容物。在这种情况下，关于燃料组分的推断依然可以通过密度测量(这里是贮槽区域中的密度测量)以及与预定值比较而得到；特别是，可以评估储存罐中的水浓度和燃料品质。就此而论，含乙醇的汽油燃料以及含甲醇的汽油燃料随着醇和水的含量的变化而差异巨大，这一点将通过以下的实例进一步解释。为了增加根据的本发明的方法的精确度，在优选的实施例中，需要考虑密度的温度依赖性。为此，可以在储存罐内部至少一处，测量出密度测量的位置的温度特征，通过考虑测量的温度而将密度的测量值与预定值进行比较。为此，举例来说，用于比较的相应预定值(该预定值将含水和醇的混合相的密度表征为其组分的函数)，可能会使用温度作为参数，进而与测量温度相对应的预定值可被用于所述比较。在本发明的有利实施例中，储存罐的贮槽区域中出现的液体的密度将通过使用磁致伸缩密度测量装置而测量得到。这样的密度测量装置可以从，比如说DE 10 2006 033 237A1获知。该密度测量装置包括漂浮体；接合于漂浮体上的弹簧，弹簧的弹性形变是漂浮体上推力的量度；以及，安装在漂浮体上的磁体。弹簧的弹性形变通过磁致伸缩的位置测量系统记录下来。在这种装置的情况下，漂浮体全部浸入要测量的液体中，依赖于被测量液体的密度的上推力就好比是弹簧秤。优选地，磁体与固定的参照磁体之间的沿着磁致伸缩位置测量系统的测量线的位置差，被用作度量待确定的弹簧的弹性形变。正如引言中提到的，燃料储存罐通常装有磁致伸缩注入高度测量系统，其中，具有磁体并漂浮在燃料表面上的浮子的位置通过磁致伸缩位置测量系统记录下来。在这种情况下，提供的磁致伸缩位置测量系统也可以被用作储存罐的贮槽区域的密度测量。这是因为， 使用单个磁致伸缩测量线以及相关的评估电子器件，两个甚至两个以上磁体的沿着测量线的位置是可以被确定的。
这也开辟了一种可能，即使用另外的磁致伸缩密度测量装置，对出现在储存罐中并位于贮槽区域上方的含醇燃料的密度进行测量，该另外的磁致伸缩密度测量装置也包括漂浮体；接合于漂浮体上的弹簧，弹簧的弹性形变是漂浮体上推力的量度；以及，安装在漂浮体上的磁体。通过与用于测量贮槽区域中液体的密度的磁致伸缩位置测量系统相同的系统，将弹簧的弹性形变记录下来。同样地，将出现在储存罐中并位于贮槽区域上方的含醇燃料的密度的测量值与预定值进行比较，这些预定值将含醇燃料与水的混合相的密度表征为水浓度的函数。这样，便可以得到贮槽区域中以及贮槽区域上方的测量值，这使得在测量时可以对燃料属性进行详细而全面的描述。根据本发明的方法可以被用来不间断的监测燃料品质，如果对储存罐的贮槽区域中液体的密度进行不间断的测量并且同预定值(即例如，作为水浓度的函数的水/乙醇混合物的密度或者水/甲醇混合物的密度)进行比较。优选地，通过保存这些测量值来实现记录日志。如果贮槽区域上方的燃料的密度同样被测量的话，这些值可以通过相同的方式用以监测。表征比较结果(比如说，因此表明测量的密度与贮槽区域中的具体水浓度相对应)的信号，比如说，可以通过数字接口输出到报告系统。优选地，如果比较结果表明出现了底部分凝相，则产生警告信号。正如提到过的，不要期待所有的含醇燃料在水混合物的情况下都出现底部分凝相。然而，即使在这种情况下，贮槽区域中测量密度同预定值的比较结果也可以推导出关于当前燃料品质的结论，优选地，表征比较结果的信号通过数字接口输出到报告系统，并且优选地，如果比较结果表明燃料中存在的水混合物超过了预定极限值的话，则产生警告信号。在根据本发明的方法中，对于贮槽区域中密度数据的评估不仅可以确定存储燃料的产品品质上的偏差，还可以诊断随新品种含醇燃料出现的复杂的底部分凝相。迄今为止的通常使用的分离层漂浮物无法用于此，这是因为分离层漂浮物无法提供定量的密度值， 而仅仅是当预定的密度差被超过时漂浮起来；因为底部分凝相中的密度经常明显小于水的密度，使用这种分离层漂浮物的话，燃料与底部分凝相的密度差甚至经常不会足以产生漂浮。
下面将通过示例性实施例进一步解释本发明，在图中图1示出的是燃料储存罐的一部分的纵截面，具有磁致伸缩位置测量系统用以测量注入高度，同时带有密度测量装置用以在下部区域实施根据本发明的方法；以及图2示出的是图1的放大细节(稍微修改了储存罐的贮槽区域的注入高度)，更详细的示出了密度测量装置。
具体实施例方式图1以纵截面示出了燃料储存罐1的分区。储存罐1具有带有盖3的圆顶2，具有下端5的抽吸管4通入圆顶2中。抽吸管4被用来抽出燃料6，燃料6的注入高度在7的位置。抽吸管4的下端5位于贮槽区域8 (高度9)的上方，这是为了在储存罐1的正常操作中不从贮槽区域8中带走任何液体。储存罐1装有传统的磁致伸缩位置测量系统10，用以测量注入高度。
位置测量系统10具有防护管12，它的下端几乎延伸到储存罐1的底部。在防护管 12内部，磁致伸缩位置测量系统的测量线沿着防护管12的纵轴线延伸，并供应给电子器件 14。在其上部，电子器件14含有终端15用以连接信号线，该信号线可以被连接到外部评估控制装置。正如引言中介绍的，磁致伸缩测量系统是已知的。在这些系统中，永磁体被用作位置拾取。磁致伸缩波导管中的磁致伸缩效应产生了超声波，在这里即是防护管12内部的测量线。这些超声波传递到使用电子器件14那一端的时间可以被精确地测量出来，因此可再现地确定永磁体的位置，比如说可以达到IOym的精度。也可以(几乎)同时测量更多这样的磁致伸缩波导管上的磁性位置拾取，实际上，这已经被应用到了注入高度和分离层测量系统的传统配置中。燃料6的注入高度7通过注入高度浮子16测量出来，注入高度浮子在防护管12 上滑动并漂浮在燃料6的表面。在注入高度浮子16内部，装有永磁体，在它的帮助下，通过磁致伸缩效应，就可以确定注入高度浮子16的位置，继而确定储存罐1中的注入高度。磁致伸缩位置测量系统10类似的被用来测量储存罐1的贮槽区域8中的液体密度。为此，密度测量装置20被安装在了防护管12位于贮槽区域8的部分。密度测量装置20的原理同样在DE 10 2006 033 237A1中有详细的介绍，图2示出的是它放大了的纵截面。漂浮体22具有上端M以及下端25，在示例性实施例中它被构造成关于纵轴旋转对称，并沿纵轴具有凹槽26。在下端25的附近，漂浮体22的内部含有磁体观，它是在磁致伸缩位置测量系统10中被用做位置拾取的永磁体。漂浮体22安装在导管30上，因此它才可以纵向的位移，并且它可以在上止挡端32 与下止挡端34之间移动。导管30的内直径比防护管12的外直径稍微大一点。漂浮体22在下端25的地方有开口，开口的直径比导管30的外直径略大，但是比凹槽26的内直径小，在示例性实施例中该开口为圆柱形。这就形成了延长部分，卷簧36的下端支撑在延长部分上。卷簧36的上端支撑在上止挡端32上。上止挡端32含有参照磁体38。在示例性实施例中，当漂浮体22全部浸入储存罐的贮槽区域8的液体中时，它的上推力大于它的重力。因而漂浮体22远离下止挡端34向上移动，但是压缩了的卷簧36阻止了它的进一步上移。以下两方之间因此形成平衡状态一方是上推力，另一方是重力与弹簧弹力之和。液体的密度越大(更精确地说，它的比重越大)，上推力就越大，也就是说卷簧36相应的被压缩的也更多。在磁致伸缩位置测量系统10的帮助下，借助于用作位置拾取的磁体观，就可以确定漂浮体22的平衡位置。密度测量装置20被保护罩40所包围，保护罩40固定在导管30上并且防止液体移动和污染。为了使液体可以进入到保护罩40内部，罩壁上提供了开口 42 ；在图2中，在纵截面中显示了这些开口中的两个，其中一个开口在上止挡端32的后面(纸面之外)。导管30固定在防护管12上。参照磁体38同样可以被用作磁致伸缩位置测量系统10中的位置拾取。因此，在不用对磁体观的绝对高度进行刻度测量的情形下，也可以使用密度测量装置20。由于之前解释过的平衡理论，弹簧36的弹性形变就是贮槽区域8的液体密度的量度，通过磁体28与参照磁体38的位置差得到该弹性形变。既然磁致伸缩位置测量系统10可以记录多个磁体的位置，就可以在储存罐1中在提供又一密度测量装置，它位于贮槽区域8之上，以此记录燃料6的密度。这个密度测量装置最好同密度测量装置20有同样的设计，尽管对于即将测量的密度范围的微调可通过漂浮体和/或弹簧的硬度来实现。电子器件14可用于所有的位置测量。此外，储存罐1的贮槽区域8内以及高度9上方提供有温度感应器，而且最好将其安装在密度测量装置处。温度感应器的信号以及供电线可以同样的供应给电子器件14。正像引言中解释的，根据本发明的方法可以借助密度测量装置获得的测量值来实现。为此，也可以使用外部电脑，它通过接口与电子器件14的终端15相连接，通过电脑将测量的密度值与预定值进行比较与评估。以下是两个实例，它们可以进一步的描述本方法的流程。实例1在具有混入烃类中的乙醇混合物的含醇汽油燃料中，水的溶解限度随乙醇含量的增大而增大。一旦超过这个限度，液体就会在储存罐的底部(贮槽区域)分凝，这些液体包含水以及之前溶解在燃料中的一些乙醇。此混合物(底部分凝相)的密度不能通过初始体积的比率以及水的密度(大约1. Og/cm3)和乙醇的密度(大约0. 79g/cm3)确定为线性插值； 而是，应该考虑收缩因子，收缩因子的值可能会高达4%。底部分凝相的密度随着水的成分的增大而增大，因此它与初始汽油燃料(0. 72到0. 78g/cm3)的差距变得愈加巨大。根据本发明的方法，即使是纯乙醇(现实中因为总有水的成分，所以不可能存在) 与汽油燃料的密度上限之间很小的密度差都可以被检测出来。在这种情况下，已知的液体密度对温度的依赖性必须考虑进来。液体中的温度值可以通过温度感应器传输到密度测量装置所使用的磁致伸缩注入高度测量系统中。储存罐中存储的燃料的品质被保存在本方法所使用的评估系统中。由此获知预期可靠的密度范围及其对温度的依赖关系。对于含乙醇的汽油燃料的情况，乙醇成分较小 (达到大约25% )，由此，由于水污染而形成的底部分凝相可以被可靠的辨识出来。如果乙醇浓度较大(> 25% )，水溶解度将大幅提高，也就是说不会形成分离相 (底部分凝相)。然而，随着水的成分的增大，整个混合物的密度也增大，因此贮槽区域中也会如此，因而水污染依旧可以通过贮槽区域中的密度测量装置辨识出来。实例2在含有甲醇的汽油燃料的情况下，关于水污染的性能在某种程度上极为不同。如果甲醇浓度相当小(达到大约20% )，尽管(即使在水污染很少的情形下)该甲醇浓度值依然大的多，然而甲醇/水混合物同样也会分凝。浸出效应因此十分强烈。产生的底部分凝相可以通过根据本发明的方法检测到。如果甲醇浓度较高，与乙醇混合物不同的是，即使水的浓度很小还是会产生底部分凝相，并且它的密度接近甲醇的密度。该底部分凝相中也会含有一部分来自燃料的烃类。 该底部分凝相也可以被贮槽区域中的密度测量装置辨识出来。在这种情况下，较高的水浓度同样会导致底部分凝相的增加以及其密度的增加。
权利要求
1.一种用于监测储存罐(1)中含醇燃料的品质的方法，所述储存罐(1)包括贮槽区域 (8)，其特征在于对所述储存罐(1)的贮槽区域(8)中出现的液体的密度进行测量并同预定值进行比较，该预定值将含水和醇的混合相的密度表征为其组分的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述混合相为底部分凝相。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过将所述贮槽区域(8)中液体的测量密度与所述预定值进行比较，而估计出所述贮槽区域(8)上方的含醇燃料的组分。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于通过使用磁致伸缩密度测量装置00)对所述储存罐(1)的贮槽区域( 中出现的液体的密度进行测量，所述磁致伸缩密度测量装置OO)具有漂浮体(22)、接合在所述漂浮体0 上的弹簧(36)、以及安装在所述漂浮体0 上的磁体( )，所述弹簧(36)的弹性形变是所述漂浮体0 的上推力的量度，所述弹簧(36)的弹性形变通过磁致伸缩位置测量系统(10)感测。
5.根据权利要求4中所述的方法，其特征在于所述磁体08)与固定的参照磁体(38) 之间的沿所述磁致伸缩位置测量系统(10)的测量线的位置差，被用来度量所述弹簧(36) 的要确定的弹性形变。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于借助于所述磁致伸缩位置测量系统 (10)，还可以对所述储存罐(1)中含醇燃料的注入高度进行测量。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于通过使用另外的磁致伸缩密度测量装置，对出现在所述储存罐(1)中并位于所述贮槽区域(8)上方的含醇燃料(6)进行测量，所述磁致伸缩密度测量装置包括漂浮体、接合在所述漂浮体上的弹簧、以及安装在所述漂浮体上的磁体，所述弹簧的弹性形变是所述漂浮体上推力的量度，通过与用以测量出现在所述贮槽区域(8)中的液体密度的磁致伸缩位置测量系统(10)相同的磁致伸缩位置测量系统，来感测所述弹簧的弹性形变。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于将出现在所述储存罐(1)中且位于所述贮槽区域(8)上方的所述含醇燃料(6)的密度测量值同预定的值进行比较，该预定的值将含醇燃料与水的混合相的密度表征为水浓度的函数。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其特征在于至少在所述储存罐(1)中的一处，对密度测量的位置的温度特性进行测量，通过考虑测量的温度以将密度的测量值同预定值进行比较。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于用于比较的相应预定值都使用所述温度作为参数，以及，与测量的温度相对应的预定值被用于所述比较。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于所述燃料是含乙醇的汽油燃料。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其特征在于所述燃料是含甲醇的汽油燃料。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于至少对于出现在所述储存罐(1)的贮槽区域(8)中的液体的密度，进行连续测量并同所述预定值进行比较。
14.根据权利要求1-13中任一项并结合权利要求2的所述方法，其特征在于表征所述比较结果的信号通过数字接口输出到报告系统，以及，优选地，如果所述比较结果表明有底部分凝相存在，则产生警告信号。
15.根据权利要求1、3-13中任一项所述的方法，在燃料预期不会产生底部分凝相的情况下，其特征在于表征比较结果的信号通过数字接口输出到报告系统，以及，优选地，如果所述比较结果表明燃料中出现了超出预定极限值的水混合物，则产生警告信号。
全文摘要
本发明涉及一种用于监测储存罐(1)中含醇燃料的品质的方法，储存罐(1)包括贮槽区域(8)，其中，对储存罐(1)的贮槽区域(8)中出现的液体的密度进行测量并同预定值进行比较，该预定值将含水和醇的混合相的密度表征为其组分的函数。
文档编号G01N33/28GK102171547SQ200980136878
公开日2011年8月31日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年9月18日
发明者克里斯蒂安·莫勒, 沃尔夫冈·施里坦拉彻 申请人:法福纳有限责任公司