CN104254764A - 用于确定管线泄漏检测系统中燃料热状态的方法和设备 - Google Patents

Abstract

确定燃料分配系统(10)中燃料热状态的方法，其包括通过激活地下储存罐(12)中的潜水泵(14)对分配管线(16)增压。一旦分配管线(16)增压，则断开泵(14)，且监测从分配管线出来而回到罐(12)中的反向流动速率。在一段时间之后重复测试，且将单个测试的反向流动速率进行比较，以基于测试之间的流动速率变化确定分配管线(16)中的燃料是否与周围环境处于热稳定性。

Description

用于确定管线泄漏检测系统中燃料热状态的方法和设备

技术领域

本发明涉及泄漏检测，并且具有检测在分配操作中从增压的燃料输送管线的泄漏的特定应用，诸如加油站等。

背景技术

石油产品(诸如汽油)泄漏到环境中可损害周围的土壤和水。因为由泄漏引起的环境损害量部分取决于产品损失的总量，所以泄漏允许持续的越长，则环境的清洁或修复将趋向于成本更高且更耗时。因此，期望尽可能早地识别泄漏。

在分配操作中，诸如在加油站处，燃料典型地储存于地下储存罐(“UST”)中，通过各种管道管线将燃料从地下储存罐泵送至一个或多个地上分配单元，用于分配到机动车辆等内。从UST或互连的管道管线的燃料泄漏可以引起显著的环境损害。美国环保局(“EPA”)以及许多其它国家的监管机构均已设立用于燃料的环境泄漏的检测和预防的某些标准。例如，如本申请提出地，EPA要求检测方法足以检测少至0.1加仑每小时(“GPH”)的体积管线泄漏速率。因此，燃料分配设备制造商一直在开发具有足够的精确度来检测泄漏的方法和系统，以在该方面满足EPA标准。

为了满足这些标准，已经提出基于各种物理原理操作的若干设备，从而对泄漏做出预警且提供用于尽可能快地停止泄漏以减少对周围环境的影响的方法。通过实施例的方式，在燃料分配操作中，一个这种类型的泄漏检测器装置包括阀，其设置于管道管线内以当燃料未经分配时将该管道管线的下游区段与UST隔离。泄漏检测器阀包括阀元件，其通过弹簧或其它装置而抵靠相关联的阀座保持就位，使得阀在正常情况下处于闭合位置内。当跨越阀元件的压降(例如，沿正向)达到阈值(通常称为开启压力)时，则跨越阀的正压力迫使阀元件打开，允许流体流过阀且流向分配单元，使得燃料可分配到机动车辆等。当分配单元切断阀或喷嘴闭合时，或者分配操作以其它方式终止时，则跨越阀元件的正向压降减少，并且阀返回到闭合状态，以便防止任何燃料通过该阀。

这些装置的泄漏检测功能可由围绕主要阀的旁通管线提供，使得旁通管线的一端与阀的第一侧(例如，下游侧)处于流体连通，且旁通管线的另一端与该阀的第二侧(例如，上游侧)处于流体连通。流动检测器典型地设置于旁通管线中，以便检测经过该旁通管线的任何流动。为了允许检测管道管线中的相对小的泄漏，旁通管线典型地具有相对于经过阀的主要流动路径的相对小的横截面面积。

管道管线泄漏检测系统包括压力衰减系统和基于体积的系统。在压力衰减系统中，通过开启潜水涡轮泵(“STP”)(例如位于UST中)而对管线增压，直到管道管线完全增压。然后切断STP，其中STP和泄漏检测器之间的止回阀通过防止燃料流回到UST中而维持泄漏检测器上游侧上的压力。理想地，管道管线中没有泄漏，因此没有经过旁通管线的流动。然而，如果在泄漏检测器阀下游的管道管线中存在泄漏，则下游管道中的压力将稳定地下降。该压降转而将引起流体从阀的上游侧(即，高压侧)经过旁通管线流动到阀的下游侧(即，低压侧)。然后流动检测器将检测经过旁通管线的该流动并引起警报状况，该警报状况可关闭分配系统，以防止燃料从管道管线到周围环境的任何进一步的泄漏。

基于体积的系统以与如上的压力衰减系统类似的原理工作。然而，基于体积的系统保持STP在泄漏测试期间运行，以维持泄漏检测器上游侧上的恒定压力。在泄漏测试期间，系统监测经过旁通管线的流体的流动。如果在管道管线中没有泄漏，则在测试期间流动速率将随着泄漏检测器两侧上的压力平衡而下降，其中该流动速率最终达到零。然而，如果在管道管线中存在泄漏，则流动速率将停在等于流体正从管道管线损失的速率的稳定非零值。

压力衰减系统和基于体积的系统两者均为常规设计，以通过管道管线内的止回阀的存在或通过在泄漏检测期间维持管线内的正压力来防止旁通管线内的反向流体流量。因此泄漏检测器传统地仅用于检测沿正向方向的流体流动，且已知的泄漏检测方法依赖于这些正向流动测量值。

基于以上概述的基本原理操作的泄漏检测装置通常为在该领域中已知。通过实施例的方式，授予McCrory等人的第3,940,020号美国专利；授予Howell的第3,969,923号美国专利；授予Franklin等人的第5,014,543号美国专利；授予Hasselmann的第5,072,621和5,315,862号美国专利；以及授予Lukas等人的第5,918,268号美国专利通常示出阀、旁通管线以及用于检测经过旁通管线的流动的某些类型的流动检测器。这些参考文献的主要区别在于用于检测经过旁通管线的流动的流动检测器。例如，McCrory等人和Howell使用簧片开关连同磁化活塞来感测经过旁通管线的流动。Franklin等人使用转子流量计来测量经过旁通管线的流体流动。此外，Lukas等人利用热流量计，其基于通常众所周知的原理操作，用于确定经过旁通管线的流动。

在公开号为20100281953的标题为“管线泄漏检测器及其使用方法(Line Leak Detector and Method of Using Same)”的美国专利中描述了使用旁通管线的泄漏检测器的另一个实例，其全部公开内容通过引用并入本文，并转让给本申请的受让人。

虽然上述的泄漏检测方法通常用于其期望的目的，但存在一些缺陷，这些缺陷使得在典型的燃料分配操作中管道管线的泄漏的精确检测是棘手的。例如，在UST中的燃料常与管道管线周围的地面处于不同的温度，使得紧接在燃料分配操作之后，管道管线中的燃料将无法与其周围环境处于热平衡。在燃料处于比管道管线周围的地面更高的温度的情况下，当燃料的温度随时间的推移下降时，燃料的体积将收缩，降低管道管线中的压力。该压力的降低可引起燃料流过旁通管线，潜在地触发错误泄漏警报。相反地，如果UST中的燃料处于比管道管线周围的地面更低的温度，则当燃料变热时，管线中燃料的体积将经历热膨胀。该体积膨胀可通过减少取代由于泄漏的燃料损失所需的经过旁通管线的流量而潜在地掩饰或减少泄漏的显著量级。因此，在管道管线中的燃料在温度上接近周围环境之前，典型地无法执行足以检测0.1GPH泄漏精确度的精密管线泄漏检测。当燃料的温度足够接近环境温度时，该燃料的温度不再干扰0.1GPH的管线泄漏测试，也就是说，燃料已达到“热稳定性”。

因为无论何时发生燃料分配事件，管道管线内的燃料温度典型地会受到干扰，所以在消费者购买燃料之后的显著长的时间段内，操作者可能无法进行精确的管道管线的泄漏测试。燃料达到热稳定性所需的时间量将取决于初始温度差、包含于管道管线内的燃料的热质量以及可能的其它因素而变化。在任何情况下，燃料达到稳定性会长至几个小时。关于在管道管线中的燃料与其周围环境之间的热关系的这种不确定性可导致在进行管线泄漏测试前必须等待人为长的时间，以确保该燃料温度足够稳定。等待显著长于由燃料与其周围环境之间的实际温度差所需的时间以进行管线泄漏测试，这造成诸如繁忙的州际高速路沿途的加油站的连续操作的燃料分配操作的显著问题，因为在等候期间无法分配燃料。

此外，执行管线泄漏测试典型地可能需要长达12个小时，在此期间无法分配燃料。由于这对于繁忙的加油站代表显著的机会成本，因此关键在于仅在测试将产生精确结果时才开始测试。

因此，需要改进管线泄漏检测方法，其不仅可以检测出在流体管道管线中的少量泄漏，以便满足或超过EPA标准，而且也可以确定管道管线中的燃料何时具有足够的热稳定性，以允许进行精确的泄漏检测。

发明内容

为了解决这些和其它缺陷，提供一种用于确定管道管线中的燃料何时达到足够的热稳定性水平以允许精确的管线泄漏测试的方法。检测流体管道管线中泄漏的方法包括在管道管线内设置阀。该阀包括阀座和相对于阀座在打开位置和闭合位置之间可移动的阀元件，其中在打开位置下允许流体流过阀，在闭合位置下防止流体流过阀。设置旁通管线，且旁通管线包括与阀的第一侧流体连通的第一端以及与阀的第二侧流体连通的第二端。流体流动检测器可操作地联接到旁通管线且构造为检测沿正向方向和反向方向经过旁通管线的流体流动。

为了确定管道管线中的燃料相对于周围环境的热状态，通过在分配单元切断时开启泵对泄漏检测器和分配单元之间的管道管线增压。一旦系统增压，则断开泵，使得泄漏检测器上游侧上的压力下降回到其静态水平。泄漏检测器下游侧上的压力引起燃料沿反向经过泄漏检测器旁通管线而流回到UST中，直到下游压力与上游压力处于平衡。监测燃料经过泄漏检测器旁通管线的反向流动速率对时间的关系，并使用该关系产生针对增压/减压顺序的反向流动速率信号。在一段时间之后，在此期间管道管线中的燃料温度可变得更稳定，重复增压和反向流动速率监测步骤。根据需要间隔一段时间进行进一步的重复以积累数据。

管道管线中的燃料最初可与该管道管线周围的地面处于大致相同的温度，使得燃料的温度与其周围环境处于稳定。因此，在反向流动测试期间，燃料的温度将不会改变，且相应地不存在由于管道管线中燃料的热膨胀或热收缩的小的流动速率。因为燃料是热稳定的，反向流动速率信号也将在测试顺序之间保持相对恒定，并通过比较多个测试的反向流动信号，可确定该燃料与该管道管线周围的地面处于相同温度。

管道管线中的燃料可替换为最初处于低于管道管线周围的地面温度的温度。因此随着燃料从周围环境吸收热，燃料的温度将升高，导致燃料的热膨胀。该膨胀将引起反向流动速率信号，在相比于对于热稳定的燃料而言的较长的时间段，该反向流动速率信号具有较高的穿过旁通管线的流动速率。如先前的实施方式，在一段时间之后重复该测试顺序。在第二测试期间，该燃料的温度将高于该燃料在该第一测试期间的温度，因此燃料的温度将比在第一测试中时更接近管道管线周围的地面温度。因此，在第二测试期间，燃料的变热速率以及由此的热膨胀较少，使得相比于早前的测试顺序，第二反向流动速率信号将具有减小的流动速率体积和缩短的持续时间。通过重复测试顺序并比较随着时间的推移的反向流动信号，由此可确定管道管线中的燃料何时足够地接近允许执行精确增压泄漏测试的稳定温度。

可替换地，管道管线中的燃料最初可高于管道管线周围地面的温度。因此，当热逸出到周围环境时，燃料会冷却，导致燃料的热收缩。热收缩将导致反向流动速率信号，在相比于对于热稳定的燃料而言的较短的时间段内，该反向流动速率信号具有较小体积的燃料穿过旁通管线。该热收缩也可导致该反向流动在流动速率监测步骤期间转变成正向流动。当在一段时间之后重复反向流动测试顺序时，燃料将已经冷却，使得该燃料的温度更接近管道管线的环境温度。当燃料温度接近该管道管线的环境温度时，燃料的热收缩速率将减小，使得随后的反向流动速率信号比早前的测试顺序具有增大的流动速率和持续时间。通过重复该测试顺序且比较随着时间的推移的反向流动信号，可确定管道管线中燃料何时足够地接近允许执行精确的增压泄漏测试的热稳定性。

因此，本发明提供一种使用典型泄漏检测系统中的现有部件来确定管道管线中燃料的热状态的精确方法。有效确定管道管线中燃料的热状态的能力可允许以较短的分配停机时间来执行管线泄漏测试，并提供更可靠的管线泄漏数据。

附图说明

并入说明书中并构成本说明书一部分的附图与上面给出的一般性描述以及下面给出的详细描述用于解释本发明的各个方面，其中附图图示本发明的实施方式。

图1是示例性燃料分配系统的示意图；

图2A是示出对于包含与周围环境处于热稳定性的燃料的管道管线而言的示例性反向流动速率信号的曲线图；

图2B是示出对于包含比周围环境温度低的燃料的管道管线而言的示例性反向流动速率信号的曲线图；

图2C是示出对于包含比周围环境温度高的燃料的管道管线而言的示例性反向流动速率信号的曲线图表；

图3是根据本发明一个实施方式的在图1中所示的控制器的框图；

图4是根据本发明一个实施方式的实施反向流动测试的方法流程图；以及

图5是示出对于达到热稳定性的管道管线而言的续发反向流动速率测量值的进程的曲线图。

具体实施方式

图1中示出根据本发明实施方式的示例性燃料分配系统10，并且通常包括用于储存燃料的地下储存罐12、位于罐12中的潜水泵14以及将处于压力下的燃料输送至一个或多个分配单元18的流体管道管线16。典型地，流体管道管线16经由位于罐12外部(诸如被覆盖的人孔22中)的泵总管20联接到潜水泵14。管线泄漏检测器24设置在泵总管20和燃料管道管线16之间，并且包括适于检测进入到管道管线16和从管道管线16出来的流体流动的速率的流体流量检测器26。控制器28与潜水泵14、分配单元18以及流体流量检测器26连通，以便提供对燃料分配系统10的操作的控制。为此，控制器28适于选择性地激活潜水泵14，并打开分配器单元切断阀30，以便允许在添加燃料事件期间从分配单元18分配燃料。

泄漏检测器24典型地包括主要流动路径阀32和旁通管线34，其协同工作以增加流体流动检测器26的灵敏度，同时维持在燃料分配事件期间使大量燃料流动的能力。然而，泄漏检测器24可以是能够以足够的精确度检测正向和反向流动速率以便允许检测0.1GPH或更少泄漏的任何装置。

如果存在主要路径阀32，则主要路径阀32控制经过主要流动路径的流体流动，阀32包括允许流体流过阀32的打开位置和防止流体流过阀32的闭合位置(图1中示出闭合位置)。阀32适于在燃料从分配单元18分配时打开，以便在罐12和分配单元18之间提供相对不受限制的流动路径，且阀32适于在燃料未被分配时闭合，使得经过泄漏检测器24的燃料流动被引导经过旁通管线34。为此，主要路径阀32典型地适于响应于沿正向跨越阀的压力梯度超过阈值(已知为阀开启压力)而打开。然后阀32保持打开直到跨越阀32的压力梯度下降到低于另一压力阈值，该另一压力阈值可与该开启压力相同或不同。

在采用主要流动路径阀32的泄漏检测器中，旁通管线34提供可替换的双向流体流动路径，其绕开或避开阀32，使得当阀32处于闭合位置时(诸如在管线泄漏测试或反向流动测试期间)相对小量的流体可沿正向和反向在罐12和流体管道管线16之间流动。为此，旁通管线34包括定位在主要路径阀32上游的入口、定位在泄漏检测器阀32下游的出口以及在其间延伸的流体通路。从而入口端和出口端可操作地联接到旁通管线34，使得它们彼此流体连通，因此允许流体在泄漏检测器24的上游侧和下游侧之间流动。流体流动检测器26与控制器28电连通，并构造为检测经过旁通管线34的流体流动的速率和方向，并将所检测到的流动速率数据提供给控制器28。相比于主要流动路径，旁通管线34典型地具有相对小的横截面面积，以增加流体流动检测器26对于相对低的流动速率的灵敏度。对于每单位时间的给定体积的流体流动而言，较小的横截面面积增加流体流动速度，从而增加流体检测器26精确地测量与某些管线泄漏测试(诸如0.1GPH管线泄漏测试)相关联的低流动速率的能力。

流体管道管线16的内部空间限定基本上固定的体积，其取决于若干管道管线因素，包括管道管线16的长度和横截面面积，管线的热状况以及其它因素。为了满足EPA的规定，定期测试流体管道管线16的完整性且监测来自流体管道管线16任何燃料泄漏量。在该方面，控制器28可构造为通过确保分配单元切断阀32闭合并激活潜水泵14以对管道管线16增压来执行管道管线的泄漏测试。然后，控制器28可通过监测经过泄漏检测器24的流体流动来检测泄漏。

在操作中，当燃料从分配单元18分配时，控制器28可激活潜水泵14并打开分配单元切断阀30，使得燃料从罐12经过泵总管20、管线泄漏检测器24以及管道管线16流动到分配单元18，在此燃料存放于车辆燃料罐等内。如上文刚刚描述的燃料分配事件可引起将足够体积的燃料从罐12泵送到分配单元18，使得管道管线16中的燃料大致上被来自罐12的燃料取代。如图1中所示，罐12中的燃料可储存于地面之下的低于管道管线16埋设层面的层面。此外，取决于运送燃料的油罐车所经历的天气状况以及当燃料存放于燃料终端或炼油厂的槽罐中时的温度，燃料可以以各种温度到达罐12中。由于这些原因，罐12中的燃料温度可与管道管线16周围的地面温度不相同。因此，紧接在分配事件之后，管道管线16中的燃料与管道管线16周围环境的热关系通常是未知的。

假设在燃料、管道管线16和管道管线周围之间没有温度差，则在激活潜水泵14时从管道管线16泄漏出来的任何燃料将由流过旁通管线34的燃料取代，该情形将由流体流动检测器26检测到。因此，假设管道管线16中的燃料已达到热稳定性，则存在于管道管线16中的任何泄漏将自行体现为经过流体流动检测器26的相对稳定的正向流体流动。

然而，如果管道管线16中的燃料尚未热稳定，则在管线泄漏测试期间，当燃料从环境吸收热或向环境释放热时燃料的热膨胀和/或热收缩可影响流过泄漏检测器24的燃料量。例如，如果燃料由于冷却而经历热收缩，则燃料可沿正向流过泄漏检测器24，以补偿管道管线16中的燃料的体积收缩。该正向流动可足以在不存在实际泄漏的情形下提供错误的正向泄漏指示。相反地，在泄漏测试期间，由于变热而经历热膨胀的燃料可通过提供足够的体积膨胀来取代从管道管线16泄漏的任何燃料而掩盖泄漏。因此，在尚不知晓管道管线16中的燃料和管道管线16周围环境中的相对温度时，难以确定是否存在泄漏，并且如果存在泄漏，也难以确定泄漏的严重程度。

因此，当进行管线泄漏测试时存在要考虑的两个未知变量：(1)管道管线中燃料的热状态；以及(2)潜在的泄漏的存在以及泄漏大小。在不知晓第一变量(即，管道管线16中的燃料和周围环境之间的热关系)的情形下，难以精确地确定第二变量，即管道管线16是否泄漏，且如果泄漏，泄漏为多大。

确保燃料处于热稳定的一种方法是等待足够长的一段时间，使得燃料和管道管线环境之间的任何未知温度差得以足够地减小。然而，这可导致人为的长等待时段，在该等待时段期间无法分配燃料。因此，有利的是能够前摄地确定管道管线16中的燃料的热状态。为此并根据本发明的一个实施方式，公开了一种使用反向流动测量值来确定管道管线中的燃料何时达到足够的热稳定性的方法。

不同于在罐12和泄漏检测器24之间采用止回阀形成闭合系统的先前系统，本发明的一个实施方式可不使用止回阀，以允许在管道管线增压事件之后经过管线泄漏检测器24而朝向罐12流回的燃料的反向流动。通过监测该反向流动，可获取关于该管道管线16中的燃料相对于其周围环境的热状态信息，该信息足以确定何时可精确地执行管线泄漏测试。

现在参照图2A，呈现了曲线图40a，图示了对于反向流动测试而言的示例性流体流动速率对时间的标绘图，在该反向流动测试期间，管道管线16中的燃料温度达到热稳定性。在时刻t0处，激活潜水泵14。因为流体流动速率与跨越泄漏检测器24的压力差成比例，所以在时刻t0处，当管线泄漏检测器24上游侧上的压力由潜水泵14升高时，流动速率沿正向方向急剧地向上移动。正向流动速率在时刻t0之后不久达到峰值42a，在这之后随着流体经过泄漏检测器24流动到管道管线16中，增加管线泄漏检测器24下游侧上的压力，跨越管线泄漏检测器24的压力开始平衡。当跨越泄漏检测器24的压力平衡时，正向流动表现出指数式衰减，如果允许潜水泵14无限期地运行，则该正向流动将渐近地接近零。在时刻t1处，潜水泵14停用。在管线泄漏检测器24和罐12之间不存在防止燃料流回到罐12的止回阀的情形下，泄漏检测器24上游侧的压力迅速下降，引起反向流动并开始通过管线泄漏检测器24(且更具体而言通过旁通管线34)从管道管线16释放压力。因此，反向流动速率在时刻t1之后不久达到峰值44a。以与增压阶段类似的方式，随着管线泄漏检测器24下游侧和上游侧之间的压力平衡，反向流动指数式地衰减而渐进地接近零。此图表表示当燃料相对于其周围处于热稳定时的理想反向流动行为。

现在参照图2B，呈现了曲线图40b，图示了对于反向流动测试而言的示例性流体流动速率对时间的标绘图，在该反向流动测试期间，管道管线16中的燃料温度低于周围环境。如先前关于图2A的曲线图40所述地，通过在时刻t0处激活潜水泵14而对管道管线16增压，然后通过在时刻t1处停用潜水泵14而允许通过管线泄漏检测器24减压。因为跨越管线泄漏检测器24的峰值反向压力大体上由在管道管线增压阶段期间由潜水泵14供给的压力来指示，所以图2B中图示的低温情况下的峰值反向流动速率44b典型地将与等温情形下的峰值反向流动速率42a大致相同。然而，由于管道管线16中的燃料温度低于周围环境的温度，因此热力学第二定律表明在该反向流动测试期间燃料从周围环境吸收热。此外，燃料吸收热的速率将与燃料与周围环境之间的温度差或ΔT成比例，使得在反向流动测试期间燃料的温度将以与ΔT成比例的速率升高。

作为在反向流动测试期间燃料经历温度升高的结果，管道管线16中的燃料将经历以也与ΔT大致上成比例的速率的热膨胀。在反向流动测量时段期间通过该热膨胀而引入管道管线16中的燃料的附加的体积将反映在反向流动速率对时间标绘图或信号中，相比于图2A中示出的等温反向流动速率信号，该信号将具有更长的反向流动持续时间。由于所涉及的热质量以及热传输速率，管道管线16中的燃料可以以指数式衰减速率接近热稳定性，该指数式衰减速率具有比与跨越泄漏检测器24的压力衰减相关联的时间常数长得多的时间常数。相比于由管道管线16的增压导致的反向流动，与管道管线16中燃料的热膨胀相关联的附加反向流动可缓慢地变化。该相对缓慢变化的反向流动分量将通常使得图2B中所示的反向流动信号的持续时间扩大，也可由反向流动偏移46b表征，使得在反向流动测试期间该反向流动并不会很快地接近于零。因此，在反向流动中，从反向流动峰值44b至测试时段结束的总变化速率典型地小于在等温情况下的该速率。

现在参照图2C，呈现了曲线图，图示对于反向流动测试而言的示例性流体流动速率对时间的标绘图，在该反向流动测试中，管道管线16中的燃料温度高于周围环境。如先前关于图2A和图2B所述地，通过在时刻t0处激活潜水泵14而对管道管线16增压，然后通过在时刻t1处停用潜水泵14而允许通过管线泄漏检测器24减压。如等温以及低温情况地，跨越管线泄漏检测器24的峰值反向压力大体上由在管道管线增压阶段期间由潜水泵14供给的压力来指示，使得峰值反向流动速率44c典型地将与等温以及低温情况下的峰值反向流动速率44a、44b大致相同。然而，因为管道管线16中的燃料温度热于周围环境，所以燃料将以与ΔT成比例的速率将热量传递给周围环境。因此，在反向流动测试期间燃料的温度将以与ΔT大致上成比例的速率下降。

作为在反向流动测试期间燃料经历温度降低的结果，管道管线16中的燃料将经历以也与ΔT大致上成比例的速率的热收缩。在反向流动测量时段期间通过该热收缩从管道管线16移除的燃料体积将反映在反向流动信号中，相比于等温反向流动信号，该反向流动信号将通常具有较短的持续时间。对于相对大的热膨胀速率而言，在反向流动速率测试期间，流动速率可越过零的流动速率线，因此成为正向流动速率，该情形示出发生在图2C中的时刻t2处。类似于低温情况，相比于由管道管线的增压导致的反向流动，与管道管线16中的燃料热收缩相关联的正向流动速率将相对缓慢地变化。由燃料的热收缩导致的正向流动将不仅缩短如图2C中所示的反向流动信号的持续时间，其典型地也会导致在足够量的时间之后流动速率成为正向流动，使得在反向流动中，从反向流动峰值44c至测试时段结束的总变化速率可大于在等温情况下的该速率。

基于该预期的反向流动行为，已经确定的是通过在一段时间内执行多个反向流动测试并比较作为结果的反向流动信号，可独立于可能存在或可能不存在于管道管线16中的燃料泄漏来确定管道管线16中的燃料相对于周围环境的热状态。为此，控制器28可构造为进行反向流动测试并比较作为结果的信号，以确定燃料管道管线16中的热活动(thermal activity)水平。

现在参照图3，并根据本发明的一个实施方式，呈现了更详细地图示控制器28的框图。控制器28可使用一个或多个处理器46来实施，该一个或多个处理器46选自微处理器、微控制器、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或基于存储在存储器48内的操作指令来操作信号(模拟和/或数字)的任何其它装置。存储器48可为单个存储装置或者多个存储装置，包括但不限于只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、易失性存储器、非易失性存储器、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪存、缓存和/或能够存储数字信息的任何其它装置。存储器48也可整合于处理器46内。

输入/输出(I/O)接口50可采用适当的通信协议，用于与至少泄漏检测器24、潜水泵14和一个或多个分配单元18进行通信。为此，I/O接口50可包括一个或多个模拟数字转换器(ADCs)(未示出)，以将由I/O接口50接收的模拟信号转换成适于由处理器46处理的形式；以及数字模拟转换器(DACs)，用于将来自处理器的数字信号转换成模拟信号。I/O接口50还可包括模拟信号调节电路，诸如缓冲放大器、电压电平转换器、驱动器和/或电源开关，使得处理器46可选择性地激活构成燃料分配系统10的各种部件，诸如潜水泵14和分配单元关闭阀30。I/O接口50还可包括数据端口(未示出)，诸如以太网、USB、火线、调制解调器、RS-232或允许控制器和/或网络或其它装置(诸如计算机和/或数据存储装置)之间进行通信的其它适当的数据端口。

可以以已知的方式将人机界面(HMI)52可操作地联接到控制器28的处理器46。HMI52可包括输出设备(诸如字母数字和/或图形显示器、触摸屏以及其它视觉指示器)以及输入设备和控制器，诸如字母数字键盘、定点设备、小键盘、按钮、控制旋钮等，其能够接受来自操作者的命令或输入且将所键入的输入传送到处理器46。

处理器46可在操作系统的控制下操作，并执行或以其它方式依赖于体现在各种计算机软件应用中的计算机程序代码或逻辑，以通过I/O接口50从可操作地联接到控制器28的各种部件读取数据且将指令或信号传送至可操作地联接到控制器28的各种部件。作为一组指令在控制器28上执行的常驻计算机程序代码可包括热状态监测演算法(TSMA)54，其可操作以执行反向流动测试。为此，TSMA54可适于将在反向流动测试期间从泄漏检测器24所接收的流动数据收集并存储于存储器48中，并基于所收集的数据产生或计算一个或多个反向流动信号。一旦已经获得两个或更多个反向流动信号，TSMA可比较信号以确定管道管线中的燃料是否表现出进行管线泄漏测试的足够的热稳定性。

为了确定管道管线16中的燃料热状态，当期望管线泄漏测试时，TSMA54将首先在一段时间内进行一系列两个或多个反向流动信号测试。然后TSMA54将比较在两个或多个反向流动测试中所获得的反向流动信号，以确定管道管线16中的燃料相对于周围环境的热状态。因为在测试期间可能存在的任何泄漏的影响将在读数之间保持相对恒定，所以热影响将通过反向流动信号中的变化而自行体现。

可替换地，TSMA54可进行单个反向流动测试，且比较作为结果的反向流动信号与表示用于等温情况的已知反向流动信号的基准信号。如果TSMA54确定燃料还没有达到进行管线泄漏测试的足够的热稳定性状态，则TSMA54将进行附加的反向流动测试，比较由此所获得的反向流动信号，直到结果表明可进行管线泄漏测试。

图4提供了流程图60，其图示了用于实施TSMA54的控制器28的一系列操作。在方框62中，控制器28采取步骤以对管道管线16增压。对管道管线16增压可包括关闭分配单元切断阀30和激活潜水泵14的步骤。潜水泵14可操作以增加泄漏检测器24上游侧上的压力，使得燃料经过泄漏检测器24流动到管道管线16内。因为管道管线16可具有大致上固定的体积且燃料不会由于管道管线16中存在的压力而显著压缩，所以在跨越阀32的压力平衡且燃料的正向流动停止或明显地减慢之前，只有相对少量的燃料流入到管道管线16中。在典型的管线泄漏检测器24中，对管道管线16增压所需的正向燃料流动可由旁通管线34容纳，使得在管道管线增压期间，阀32可保持闭合。此外，因为在增压期间，只有少量的燃料从罐12流动到管道管线16中，所以管道管线16中的燃料温度大体上不受增压步骤的影响。

在激活潜水泵14之后的相对短量的时间之后，诸如在约10分钟内，管道管线16中的压力将足够稳定，以开始反向流动步骤，且TSMA54将推进到方框64，停用潜水泵14，以测量并记录作为结果的燃料流动。当停用潜水泵14时，泄漏检测器24上游侧上的压力相对快地下降回到其静态水平，在泄漏检测器24的下游侧和上游侧之间形成正压力差，其可在约10至20磅/平方英寸(“PSI”)的范围内。当泄漏检测器24上游侧上的压力下降到低于下游侧上的压力时，燃料将开始沿反向流过泄漏检测器24，诸如经过旁通管线34，在此流体流动检测器26将检测燃料。随着时间的推移，反向流动减小跨越泄漏检测器24的压力差，直到流动速率接近表示相对恒定的流动速率(例如，零、正数或负数)的水平渐近线。在该时间期间，控制器28将通过I/O接口50从流体流动检测器26接收数据。在一些实施方式中，反向流动监测时段可在5分钟以内。然而，应当理解的是，该时段可取决于多种因素(诸如燃料管道管线16的大小、长度和刚度)而显著变化。

当控制器28接收反向流动数据时，其可将反向流动数据存储于存储器48内，或者控制器28可实时地处理数据，诸如通过整合随着时间推移而所检测到的反向流动速率，以积累在整个或部分反向流动事件期间流过泄漏检测器24的燃料体积。因此作为结果的反向流动信号可包括表示反向流动速率对时间的标绘图的一系列数据点、在反向流动测试期间的指定时段期间流过泄漏检测器24的燃料体积或任何其它在比较对于在不同时刻进行的反向流动测试经过泄漏检测器24的反向燃料流动的量和/或速率中有用的反向流动度量值。因此，反向流动信号捕获在特定时刻管道管线中燃料的热活动的快照，这可以与之后获得的反向流动信号比较。有利地，这允许TSMA54通过简单地比较反向流动信号而比较由相对长的时段(诸如若干小时)分离的不同时刻处的燃料热活动。这样就避免了必须在长时段内不断地运行潜水泵14。与此相反，依赖于正向流动测量来检测泄漏的系统可能要求潜水泵14在整个测试时段内保持激活以维持管道管线16中的恒定压力，该整个测试时段可取决于燃料相对于周围环境的热状态而持续若干小时。因此，相比于严格地着眼于正向流动以检测泄漏的系统，TSMA54可节约能源且减少泵14上的磨损和损耗。

在方框66中，控制器TSMA54确定从上一次分配燃料已经进行了多少次测量，并且确定该测量是否足以产生热状态度量值。如果不是(判定方框66的“否”分支)，则TSMA54可推进至方框68，在此TSMA54在进行另一反向流动测试之前可暂停一段时间。

如先前所讨论地，分配事件以及预期可干扰燃料热稳定性的任何其它事件可引起“清零”，使得仅将在该事件之后所获取的测量值进行比较，以产生热度量值。

暂停的持续时间可以是恒定的，或者其可基于先前的反向流动测试的结果来调整。例如，表明管道管线中的燃料将需要大量时间达到热稳定性的测试可导致在重复反向流动测试前的更长等待，而表明燃料接近热稳定性，或者提供的数据不足以确定的测试则可导致TSMA54几乎立即进行另一反向流动测试。在不引入附加延迟即重复反向流动测试的情况下，取决于潜水泵的循环时间和反向流动监测时段，可每15分钟至30分钟进行反向流动测试。如果在前述时段内未分配燃料，则TSMA将推进到方框70(判定方框66的“是”分支)。

在方框70中，将当前的反向流动测试的反向流动信号与一个或多个先前反向流动测试的反向流动信号进行比较，以产生热状态度量值。通过实施例的方式，TSMA54可通过计算在当前反向流动测试和先前反向流动测试期间经过泄漏检测器24的反向流动的总体积，并计算它们之间的差而产生热状态度量值。然后可以将最近两次流动体积的总体积的差与先前的差(即，先前的流动体积测量值与前一次的流动体积测量值之间的差)进行比较。

继续该实施例，然后TMSA可使用最后两个差之间的变化作为热状态度量值，将其以百分比表示。变化越小，可理解为燃料更热稳定。因此，该热状态度量值可用于确定燃料是否已达到足够的热稳定性(例如，-当在测试之间的反向流动信号不发生变化或发生很小的变化时)以允许进行管线泄漏测试，且潜在地给予关于达到热稳定性需要多长时间的指示。

可替换地，可通过比较当前的反向流动信号与已知的相当于在燃料在热稳定性(例如，图2a)的情形下进行的反向流动速率测试的反向流动信号来确定该热状态度量值。

在方框72中，将热状态度量值与阈值进行比较，且如果热状态度量值大于阈值(判定方框72的“是”分支)，则TSMA54在方框74处确定管道管线16中的燃料尚未足够地接近允许执行管线泄漏测试的热稳定性且继续推进到方框68，如前所述在此其等待执行另一反向流动测试。如果热状态度量值小于或等于阈值(判定方框72的“否”分支)，则TSMA54推进到方框76，在此确定管道管线中的流体足够地接近热稳定性，使得可执行管线泄漏测试。

使用上述实施例，其中热状态度量值为流动体积差之间的百分数比较值，可使用小于10％的阈值，更优选地小于7％，以及最优选地小于5％。例如，如果使用5％，为了得出燃料已达到热稳定性的结论，则在分配事件期间将需要获取三次测量值，并且第二次测量值和第三次测量值之间的流动体积差将需要在第一次测量值和第二次测量值之间的流动体积差的5％以内。

在TSMA54确定管道管线16中的燃料已达到进行管线泄漏测试的足够的热稳定性(方框76)之后，则控制器28可使用本领域内已知的常规方法进行管线泄漏测试(方框78)。通过实施例的方式，控制器28可通过在足够稳定管道管线16中的压力的一段时间内激活潜水泵14(诸如约10分钟)然后在足够的时段内监测正向流动速率，以检测甚至是缓慢的泄漏来执行管线泄漏体积测试。泄漏测试本身可能需要耗时长达12个小时。

图5的图表80示出与一组热测试循环相关联的数据的图示。如上所述，每个正向流动峰值82(标记为82a，82b等以指示连续的测试循环)表示STP14的激活，且STP14的随后停用允许反向流动，其包括点84(再次标记为84a，84b等)。第一循环示出相对明显的偏移86a，且记录该偏移86a。当第二循环产生偏移86b(其仍表示显著的流体流动，但相较于第一偏移86b显著减少)时，这可被识别为流体热膨胀特性，导致可判定燃料尚未达到热稳定。进一步的循环导致偏移86c，86d和86e不断减小。在该过程中的某一点处，TSMA54将在循环期间记录的数据识别为燃料管线的特性，对于该特性热膨胀将不会影响测试。然后可通过激活STP14且测量任何持续的正向流动或者在合适的情况下以其它方式使用检测器24对管线进行泄漏测试。

虽然已经通过各种优选实施方式的描述图示了本发明，且虽然这些实施方式已进行了相当详细地描述，但是申请人并不意图将所附权利要求书的范围约束或者以任何方式限制到这样的细节。例如，管线泄漏检测器的构造可以是使得无需使用旁通管线或主要流动路径阀的情况下精确地确定经过检测器的流体流动，在此情况下，可省略旁通管线和主要流动路径阀。此外，系统可使用基于反向流动信号的历史数据来确定与处于热稳定的燃料相关联的基准反向流动信号，使得在单个反向流动测试之后可确定管道管线中燃料的热状态。历史数据也可用于评估未来的ΔT值以选择将相对快地达到热稳定性的时间，以使得进行管线泄漏测试所需的停机时间最小化。此外，基于历史和/或当前反向流动信号，可确定管道管线中燃料的现有热膨胀速率和/或热收缩速率的足够准确的估量，以便允许控制器补偿热膨胀和/或热收缩，因此允许无需等待管道管线中燃料达到热稳定性即可进行准确的管线泄漏测试。

鉴于以上所述，对于本领域的技术人员而言附加的优点和变型将是很容易明了的。取决于用户的需要和偏好，可以单独地使用或以多种组合的方式使用本发明的各种特征。

Claims (13)

1.一种用于确定燃料分配系统热状态的方法，所述燃料分配系统包括罐、泵、燃料管线、分配单元以及由从所述罐经过所述燃料管线到所述分配单元的燃料流动方向限定的正向流动方向和反向流动方向，所述方法包括：

在所述分配单元闭合时激活所述泵，以使燃料正向移动到所述燃料管线内，对所述燃料管线增压；

在激活所述泵以对所述燃料管线增压之后，停用所述泵，以允许燃料反向流动以离开所述燃料管线；

在停用所述泵之后，测量燃料的流动以产生第一组测量值，所述测量值在正向流动和反向流动之间区分；以及

基于所述第一组测量值确定所述系统的所述热状态。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在停用所述泵并测量燃料的流动之后，重新激活所述泵以对所述燃料管线再次增压；

在重新激活所述泵之后，再次停用所述泵；

在再次停用所述泵之后，再次测量燃料的流动，以产生第二组测量值；

其中确定所述系统的热状态包括比较所述第一组测量值和所述第二组测量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述系统的热状态进一步包括：

计算所述第一组测量值和所述第二组测量值之间的总流动体积的第一差；

计算两组测量值之间的总流动体积的第二差，其中所述两组中的至少一个既不是所述第一组测量值也不是所述第二组测量值；

比较所述第一差与所述第二差，以产生热状态度量值；以及

根据所述热状态度量值是否超过阈值确定热状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其中仅当所述第一差的值在所述第二差的值的10％的范围内时确定所述热状态是稳定的。

5.一种用于检测燃料管线中泄漏的方法，所述燃料管线具有正向流动方向和反向流动方向，燃料借助于泵进入所述燃料管线，所述方法包括：

测量沿正向方向进入所述燃料管线的流动以及沿反向方向离开所述燃料管线的流动，所述测量值在正向燃料流动和反向燃料流动之间区分；

基于未激活所述泵时所获取的所述流动的测量值确定所述燃料管线的热状态；以及

基于激活所述泵时所获取的所述流动的测量值以及所述燃料管线的热状态识别泄漏。

6.根据权利要求5所述的方法，其中确定所述燃料管线的热状态包括：测量所述燃料流动，以识别大致上与所述燃料管线的周围处于热稳定性的燃料的燃料流动特性模式；以及

其中仅基于在其中识别热稳定性的所述特性模式的测量之后所获取的所述流动的测量值识别泄漏。

7.一种包括泄漏检测器的燃料分配系统，所述系统包括：

燃料储存罐；

分配单元；

具有第一半径和主阀的主燃料管线；

具有小于所述第一半径的第二半径的旁通管线，所述旁通管线允许燃料在其中沿正向流动方向朝向所述分配单元自由地流动和沿反向方向朝向所述储存罐自由地流动，所述旁通管线定位为允许燃料流过所述旁通管线以绕过所述主阀；以及

流量计，其定位在所述旁通管线内且可操作以测量经过所述旁通管线的燃料的正向流动和反向流动。

8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：

泵；

控制器，其可操作以：

激活所述泵，以使燃料正向移动到所述主燃料管线内且对所述主燃料管线增压；

所述主阀闭合，同时停用所述泵，以允许燃料反向流动，以便经由所述旁通管线离开所述燃料管线；

当泵停用时，接收由所述流量计产生的第一组测量值，所述测量值在正向流动和反向流动之间区分；以及

基于所述第一组测量值确定所述系统的热状态。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制器进一步可操作以：

在确定所述系统的热状态适合于检测泄漏之后，再次激活所述泵；

当激活所述泵时，接收由所述流量计产生的第二组测量值；以及

基于所述第二组测量值识别所述系统中的泄漏。

10.一种用于确定燃料分配系统的热状态的方法，包括：

监测经过流体流动检测器的反向流动；以及

基于从所述反向流动的所述监测获得的信息确定所述燃料分配系统的热状态。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

基于所述系统的确定的热状态确定是否运行管线泄漏测试。

12.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：

测量经过所述检测器的第一流动体积、第二流动体积和第三流动体积；

比较所述第一体积和所述第二体积之间的差与所述第二体积和所述第三体积之间的差；以及

基于所述比较的差是否处于彼此的预定阈值内确定所述燃料是否已经达到热稳定性。

13.根据权利要求12所述的方法，其中如果所述比较的差处于10％以内，则确定所述燃料已达到热稳定性。