CN108139026B - 用于低压碳氢化合物罐的气体覆盖系统 - Google Patents

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Abstract

碳氢化合物罐系统环境腐蚀抑制器包括使用惰性气体，优选氮气，以覆盖气隙。覆盖气体经由控制器提供至联接件内以接近气隙。覆盖气体在加油事件发生时被提供以稳定系统内的压力并防止大气和水(蒸气)进入。受控的系统允许监视罐内的压力，从而识别压力事件，甚至系统中由于非常规事件而导致的泄漏，或一般压力损失。

Description

用于低压碳氢化合物罐的气体覆盖系统
技术领域
本发明涉及气体覆盖的碳氢化合物罐系统的维护。更具体地，本发明涉及在小型地下储罐内的碳氢化合物燃料上覆盖气体以抵御罐内腐蚀的系统和方法。
背景技术
由钢或玻璃纤维制成的小尺寸和中尺寸(通常认为大约50000加仑以下)地下储罐通常用于储存和分配来自各种各样的设施的石油碳氢化合物产品。一些最常见的碳氢化合物产品有柴油和汽油。这些罐通常位于零售汽油站。
存在现有的和增长的需求以保护这种基础设施，从而避免因腐蚀而劣化。虽然存在不只一个与燃料罐有关的腐蚀问题，但很清楚，大范围的醋菌属微生物生长于地下储罐的气隙(空余空间)中并且这种生长的一个副产物是醋酸。存在若干问题，即这种酸直接和间接地导致：微小颗粒通过阻塞过滤器和磨损脆弱的仪表叶片和齿轮来影响燃料输送，从而破坏罐、液箱、快开阀和其他服务站设备的结构完整性。一个解决方案，即保持气隙干燥并降低或消除罐的空余部分的氧气，将显著降低或阻止酸化。当前，没有商业上可用的、永久安装的、使用氮气或其他惰性来控制在零售店、建筑物、以及小型商业站点内的小型或中型罐内的气隙环境的环境控制系统。
存在为精炼厂、大容量存储和转移终端设计的惰性气体覆盖系统。这些大型的用于汽油和柴油的、位于地上和地下的、高压和低压的燃料储罐使用惰性气体覆盖系统。
对于通常用于并旨在储存和分配汽油或超低硫柴油燃料的低压小型或中型储罐，没有使用氮气或惰性气体覆盖设计原理的气隙(空余空间环境)环境控制系统。
存在为精炼厂、大容量存储、机场终端和转移终端设计的惰性气体覆盖系统。API2000协议被发现于世界范围内的精炼厂、管线终端和机场并用于防止内部罐腐蚀并作为降低所包含的碳氢化合物的暴露可能性的安全保障。
因此，本发明的目的是为小型和中型储罐提供一种气体覆盖系统。
本发明的另一个目的是提供一种用于产生和分配碳氢化合物的受控的、独立覆盖系统。
本发明的又一个目的是提供一种系统以生成和分配覆盖气体，同时在碳氢化合物罐的气隙中提供覆盖气体。
本发明的又一个目的是提供一种系统以向碳氢化合物罐的气隙和/或空隙中提供覆盖气体以及挥发性腐蚀抑制剂。
因此，本发明的目的是提供一种用于覆盖燃料储存和输送系统中的各种表面的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在燃料系统中正确散布VCI的系统。
本发明的又一个目的是测量和维护压力受控的覆盖系统系统的系统完整性。
本发明的又一个目的是控制和/或防止碳氢化合物蒸气从罐的不期望释放。
本发明的又一个目的是抑制和/或防止罐壁的腐蚀。
发明内容
本发明的出发点以及在零售点的建议用途是非常规腐蚀(在下文中成为侵略性腐蚀)，该种腐蚀已经被记录在过去几年的各种案例中。由于被加入汽油产品的酒精的使用变得越来越普遍，已经意识到要减少水的渗透或与酒精汽油混合燃料(又称为电子气，表示乙醇和现售的或在近未来潜在地可获得的汽油的各种混合)的混合，因为在水进入燃料分配系统时酒精将吸收水。当水进入燃料系统时，可能出现各种问题。这种问题之一在酒精含量达到燃料在特定温度下的水饱和水平时出现。如果燃料的温度降低(他能够从由于环境原因)，酒精/水混合物将分离并降低至罐底。这一过程被称为相分离。燃料不应在此时被售卖，因为酒精是支撑燃料的辛烷值的一个成分，并且如果相分离发生，该辛烷值被降低。这种新的液态的相分离燃料通常比普通酒精/汽油燃料混合物更具腐蚀性。这种新的液体也具有酒精和水以提供支持微生物快速生长所需的营养。微生物生长的一个副产物是醋酸，一种对燃料输送设备有害、车辆燃料供应设备和马达组件的腐蚀性流体。
类似地，柴油燃料现在也与生物柴油混合。这种生物柴油中的水也支持微生物快速生长、微生物的醋酸副产物以及所产生的侵略性腐蚀。
现如今，燃料中的硫的减少也是罐气隙和燃料的酸化的又一个原因，因为更高浓度的硫能够抑制燃料中细菌的生长。
使水进入储存燃料的罐的一个活动是将来自罐的燃料进行分配的动作。随着燃料离开罐，当燃料离开且环境空气从外侧流入罐时，罐中建立起低压(较低压)区域。这种空气蒸气具有水分，该水分凝结在罐的内表面上。凝结的水蒸气在罐的暴露部分(被称为罐的气隙或顶部空间)上提供湿的表面。水和氧为细菌生长提供理想的环境。
随着离开罐的燃料越来越多，更多的空气被吸进罐内。更多的空气带来更多的水蒸气，因此更多的凝结物沉积在罐的暴露部分上。在某一时刻，水开始从罐的顶部滴落并沿着罐的侧面流入燃料，从而导致并帮助燃料中的细菌生长。
导致罐内凝结的另一个活动是暴露或至少部分暴露于大的温度变化，诸如地上储罐或仅部分掩埋的罐和包围在混凝土中的地上储罐。在这些情况下，罐在一天的较暖时期并且通过暴露于阳光下而被加热，罐也在暴风、雨、雪和夜晚中暴露于较冷的环境。这些活动产生较大的温差，因此压力差排出蒸气并吸收水分。
水进入罐系统的另一个活动是在雨水透过地表渗入或地表水覆盖罐顶部的时候。水可能通过罐中的孔、塞子和装配件进入罐，这些孔、塞子和装配件允许设备被安装，或提供检修通道，或燃料通道等。
连续监控罐的厚度以检查罐顶中的所描述的进入点是否存在潜在泄露是有益的。
如前所述，水分、氧气、细菌和碳氢化合物的一个副产物是醋酸，罐的顶部空间是酸化的。在燃料输送至罐期间，这种酸化的蒸气被加压(罐的整个顶部空间被加压)。这种压力试图通过特意准备的排气方法返回，也可使其通过任何可用开口离开，包括螺纹、装有衬垫的人孔，没有针对罐与液箱之间的压力差进行有效密封的任何开口。
惰性气体氮气覆盖的初始测试需求动机是为了证明或反驳肯定效果环境控制以防止酸性大气及其对ULSD燃料储罐、它们的连接装配件和组件的设计完整性的腐蚀效应。
在对燃料储罐的顶部空间填充惰性气体时提到的一个益处是减少闪火的几率，诸如那些在这些罐里常见的、由于对排气口或与罐的顶部空间的其他金属性连接进行雷击，或来与罐的顶部空间联通的燃料供应或填充过程的静电放电而导致的闪火，这些情况在本领域是已知和被认同的问题。
惰性气体氮气覆盖的初始测试动机是为了证明或反驳环境控制以防止酸性气隙大气及其对燃料储罐、它们的连接装配件和组件的设计完整性的影响。
随着越来越多的装备ORVR的车辆在常规蒸气回收获得区域加油，相II蒸气收获系统被不利地影响，因为ORVR设备像前一代相II设备被设计的那样不从车辆返回蒸气。随着装备ORVR的车辆的模块增加，防止释放碳氢化合物的蒸气回收功能已经被影响，并且蒸气回收失败报警已经增多。这已经使得加油站拥有者倍感挫折，因为处理报警的停工期和这些报警所迫使的测试成本大大增加。
通过现有蒸气回收系统来控制过量和易变的碳氢化合物排放的努力变得越来越低效，这取决于与何种配备ORVR的车辆加油模型被使用在许可、系统设计和加油站建造期间。某些加油站经营者意识到燃料损失和过量排放，尤其因为罐的空余空间压力波动远非现有蒸气控制设备的设计参数所能掌控。
仅在气隙内引入氮气的另一个优点是氮气比大多数碳氢化合物都要轻，在对罐的任何燃料再填充期间，氮气总是首先被排出。对于罐的拥有者来说，这减少了蒸发的燃料损失。每天销售或转移的产品的量越大，这种损失减少所带来的经济价值就越大。
在对罐的燃料再填充期间的氮气转移还对公共运输有益，因为返回的罐车不再是仅仅被填充有爆炸性蒸气，而是减少的燃料蒸气以及减少的氧含量，从而为驾驶员和公众提供更加安全的运输。
向气隙中引入压缩的惰性气体的另一个益处是减少了蒸发的燃料的量。施加至燃料的任何压力都会减少所发生蒸发的量，并且将显著减少当前保存在低压系统(尤其是在罐系统上具备真空的那些罐系统)中的燃料的蒸发。
向气隙中引入惰性气体的另一个益处是减少了气隙中的氧气含量。氧气是产生酸的许多细菌繁殖所需的成分之一。
通过氮气覆盖罐顶的一个益处是氮气分子比某些碳氢化合物分子和其他空气分子大，同样比一些碳氢化合物分子和其他空气分子轻，使得氮气无法穿过罐顶的某些最小开口。如果氮气不存在，碳氢化合物将穿过相同的开口，从而导致地面或空气污染。
本发明的另一个方面是向双壁罐的间隙空间提供干燥惰性气体。间隙区是水分积聚的地方。流动的干燥惰性气体能够去除存在的水分并防止新水分的积聚。该能力能够减少或消除双壁罐的间隙空间中的氧气含量，从而防止或抑制细菌生长。这可以通过周期性的冲洗或经由恒定流动来抽取或推动其他空气分子来实现。
这些标准的成功应用的效果是收集足够量的可靠且相关的数据来观察通过惰性气体氮气覆盖储罐的空余空间是否会抑制或防止酸性酸在保存、储存和分配燃料的一些罐中的形成。我们实际上拥有来自两个罐的数据以确认这针对于N2和特别地结合水、水蒸气、燃料和氧气以产生酸的多个研究。
罐状燃料中锈颗粒的减少意味着锈将不再被潜水泵抽取，从而导致磨损泵组件以及将锈推入分配计量器。因此，这减少了对仪表的磨损并减少了经常更换被阻过滤器的需要。当前，随着燃料被输送，锈随着燃料移动，锈颗粒通常由于燃料液滴的重复流动模式而积聚在一起。锈颗粒为细菌的生根和变粘提供重要区域，使得这些细菌能够更好地保护自己免受抗微生物剂的影响。
通常，零售罐储存柴油和生物柴油、汽油和乙醇、以及其他商用液体碳氢化合物燃料的常规和定制的混合。另外，这些罐通常具有50000加仑或更小的容量，低压，且可以被安装在地上或地下。用氮气惰性填充燃料罐的好处在本领域是公知的。
同样地，本发明包括：
1.空气压缩机产生氮气发生器所需的加压空气。
2.压缩空气储存罐减少持续运转空气压缩机的需要，从而节省电能等。来自压缩空气储存罐的压缩空气在与氮气发生器一起使用之前被冷却和过滤。
3.氮气发生器用于将氮气在压力下与大气分离。由氮气发生器生成的压缩氮气根据需要或持续地以设定和预定的压力在氮气储存罐保持一定的量。
4.加压氮气储存罐的基本功能是保持足够量的惰性氮气以在预定压力下持续覆盖相关燃料储罐的空余空间。加压氮气储存罐还提供足够量的惰性氮气以：
A.经由单独的导管以及可能的其他排气间隙对相关燃料储罐的间隙空间连续填充惰性气体。
B.根据所选或编程的时间表，对相关罐的气隙或顶部空间进行泄漏测试(C.A.R.B.TP-201,ST-27,ST-30,VMI-10)。
C.提供足够量的足够纯的氮气以对相关或不相关燃料储罐进行已排程或未排程的第三方测试(C.A.R.B.TP-201,ST-27,ST-30,VMI-10)。
D.提供足够量的足够纯的氮气以使得氮气的贩售成为可能，例如，允许开车者通过氮气检查车胎以及给车胎打气(优选地，提供至少80 PSI)。
5.氮气贩售。贩售过量惰性氮气以提供额外的站点零售或设备补偿收入来源。
6.NBS控制器负责检测燃料运动并添加氮气以替换燃料。控制器还负责进行顶部空间或气隙的测试，如果测试在该地点是期望或需要的话。如果氮气发生器无法输送氮气，则控制器发送通知。
除了在气隙(和/或罐的间隙)中提供覆盖气体保护剂，本发明还用于向气隙、间隙和/或零售站的主要汽油输送管线等部署挥发性腐蚀抑制剂(VCI)，诸如经由气体、雾等。
用于覆盖燃料(特别是基于碳氢化合物的燃料)罐的一组材料包括由位于明尼苏达州圆松市的北部技术国际公司提供的ZERUST产品。VCI可以被灌输至稳定的基底材料如聚乙烯(塑料)板中。当被部署时，VCI从基底/传输材料释放并且VCI的分子层沉积在待保护材料的表面上。VCI以如下方式之一工作或根据应用以这些机制的组合工作：1.屏障膜：其中分子层防止腐蚀性元素到达金属。在一些情况下，这还可以具有钝化膜的形式。2.PH改变：其中VCI分子可以改变与金属接触的层的PH并防止腐蚀。3.清除：其中VCI分子与环境中的腐蚀性元素反应并将它们转换为中性化合物。
VCI产品通过多种方式防止腐蚀。通过充当抵御外部污垢和磨损的保护屏障，并且还充当屏障以帮助阻挡来自外部包装材料的腐蚀性酸性气体污染物(诸如二氧化硫或硫化氢)的扩散，从而防止这些腐蚀性气体与所包围的金属表面的接触。通过使金属表面阳极和阴极区域之间的电子流钝化并阻碍电化学腐蚀过程的的蒸气腐蚀抑制剂。通过为金属表面增加厌水属性，从而抑制水渗透金属表面并提供用于腐蚀反应的电解液。产品的蒸气腐蚀抑制剂部分由无色、无味、无毒、无反应性、非易燃和非过敏性的专有的化学配方制成。这些化学配方释放腐蚀抑制蒸气，腐蚀抑制蒸气在整个封装内扩散并停留在暴露的金属表面上以形成微观腐蚀抑制层。
这一保护层将保留在金属表面上，只要封装内没有显著的连续的空气交换。理想地，每天应该少于一次空气交换(例如，当电控箱或包装被简单且偶然打开时)。一旦将金属部件从被围物内移出，腐蚀抑制层与VCI源之间的平衡被打破并不再被保持，并且其从金属表面消散(通常在一小时内)，从而留下一个干净、干燥、无腐蚀的金属部件。
VCI可以是水锈预防化合物。它们可以被设计为用作罐、包装和封装的内部空闲空间的雾状保护。这保护含铁金属并具有与多种金属的兼容性。
VCI雾状水锈预防液体通过接触抑制剂保护含铁金属。它还可用作加压喷雾。VCI分子迁移以甚至在封闭空间内的难以到达的区域提供保护。锈预防物形成清晰的、薄的、摸上去干燥的涂层，并且在大多数喷涂表面、橡胶密封件和塑料上都可安全使用。它与其他金属诸如铝、铜、黄铜和镍合金等兼容。
然而，依然需要正确地将VCI结合至燃料系统中。本发明采用气体覆盖系统来将VCI散布在燃料系统的表面。VCI可以与惰性气体或覆盖气体一起散布至罐的气隙中以为系统表面提供涂层。通过集成覆盖系统，可以持续不断地向罐和供给线提供VCI。在优选实施方式中，VCI将不会受到任何额外压力并且可以在燃料供应循环期间或间隙处理期间经由文丘里(Venturi)效应来抽取。可替换地，VCI可根据需要以一个或多个特定时刻或间隔来进入。VCI可储存在加压容器内并在单独的活动中被支出以输送特定量的VCI，在这种情况下，足够的压力和容积将被提供以使得排气口打开，从而涂覆整个暴露的罐和排气系统(防止形成在排气口中的锈形式)。
该系统可包括VCI存储/源，VCI存储/源结合至控制器以打开VCI源阀，同时打开气体覆盖阀以提供VCI的载体(例如，以雾的形式)进入储罐。通过利用文丘里效应，未加压VCI源可被吸取至供给线路并进入罐中，并且与覆盖其他正确混合以均匀地涂覆罐的气隙和供给线路。
在替换实施方式中，VCI可被加压并与覆盖气体一起引入，或单独引入或喷涂至罐壁上。VCI的引入和应用，可包括单独的活动来输送预定水平的VCI进入系统。VCI还可被发送为加压喷雾以涂覆罐并使得罐中的卸压系统打开，从而迫使气体离开气隙并使管线卸压。通过涂覆卸压管线，能够防止燃料储存系统的上部生锈并防止锈崩裂并落回燃料中。
VCI还用于涂覆和保护来自机动车马达中的柴油废气的二氧化硫，从而防止酸(即，硫磺酸)侵蚀车辆的罐和马达系统管路。VCI可用在再有废气流体上并用于为卡车的罐涂衬里。
本发明包括有效使用压力系统的方法以用于一个以上的目的；其中需求可以具有不同的压力需要；其中对于使用压力/流体来说，存在不同的优先级。执行这种方法的系统可有效地储存和使用压力/流体，以使用泵送系统来同时满足一个以上的要求。
本发明包括针对多于一个的要求对资源(压力/流体)指定优先级(考虑到竞争优先级)；从而减少泵送系统和组件的数量；通过使用更大更有效的泵系统来减少泵送系统的数量进而降低公共设施成本；通过使用更大更有效的泵系统来减少泵送系统的数量进而降低维护成本；以及通过减少泵送系统的数量来降低监控成本。
对于NBS系统来说，有三个关键点。第一，该系统应该干燥空气并从气隙(间隙等)中移除水蒸气。优选的系统可以将干燥空气注入气隙，因为进入气隙的未经处理的空气可能导致上述问题。本发明的优选实施方式包括对注入的干燥N2的提供。如果水分找到一条独立于排气口途径(进入气隙的对水蒸气不密封的衬垫、装配件、人孔或其他松弛多空装置)进入罐，则水依然能够进入气隙。水连同O2和水分允许醋菌属细菌成长。所提供的N2的聚集减少或消除了O2，从而减少细菌生长。虽然干燥的空气也有用，但N2或其他惰性气体更加优选。
第二，本发明提供用于通过惰性气体填充气隙的装置，该惰性气体将杀死、阻止或抑制细菌生长，从而防止酸性液体以蒸气形式产生或沉积在气隙中，或连同其他水蒸气和沉积水分进入UST/AST中的燃料。N2是优选的，因为其可以在站点廉价地产生。现有技术中的解决方案包括使用废气来清洁/覆盖气隙的船。这么做的原因是为了保证这些船的安全，但这具有减少水分并杀死细菌的副作用。对氮气实施方式的替代选择将是使用加压容器或加压瓶，惰性气体在被吹入气隙时降低了O2含量。
具体实施方式
本发明通过在最优选的形式修改现有系统或通过创造新系统来使用。
现有系统设备改进
参照图1，压力/真空(p/v)控制阀1安装在地面之上，并位于罐的一个或多个排气管中。试验罐的总体工作正负空余空间压力现在被控制为在p/v控制阀参数之内。
被检查的低压调节控制阀4在罐排气口p/v控制阀1下方连接至暴露的罐排气管2。惰性气体管线连接至被检查的低压调节控制阀，位于或排气管(如图所示)下方或沿着排气管。惰性气体管线的另一端连接至压缩氮气储备源并从此处进行给送。
压力调节阀4被设置为当燃料被分配时允许惰性氮气从输送关5流动以进入罐。基本动力学原理为阀感测到连接至储存燃料的罐的顶部空间的低压并相应地输送氮气。顶部空间正压力设为低至0。1英寸水柱就足够，随着罐排出燃料并且液位下降，压力下降且氮气被添加。随着罐被碳氢化合物燃料重新填充，压力升高，氮气通过预设排气口p/v阀离开。
零售加油站没有配备覆盖气体系统，因为整天都在进行非常规燃料分配。一定量的氮气是惰性覆盖气体，其用于通常在燃料被分配时或是将导致罐的顶部空间内的压力减少并吸入具有水蒸气的环境空气(即，湿气、雨水等)的事件发生时对被吸入罐的空余空间内的空气蒸气进行替换。
为了进行测试，储备氮气的输送压力被调节为少于5PSI，连接至附接至罐的排气口立管的低压调节控制阀。然而，5PSI不是绝对值，在考虑管的直径和举例的情况下，压力必须足够高以允许足够的量穿过调节孔口和输送管5，以防止空气蒸气进入罐内，从而补偿燃料的液位降低或可能减少罐内压力的其他物理属性。另一个考虑是调整氮气输送系统的尺寸以使对罐10过度加压的可能最小化。试验罐的正常液体输出量是允许我们确定氮气源的量满足覆盖罐的要求的一个因素，分配燃料的喷嘴的数量是另一个因素。还存在确定源量需求的其他因素。
为了进行测试，按预定程序检查和/或设定的铜测试带探针被用作可视化控制。一旦罐测试设备被安装，该试验罐被允许在开放大气环境下正常工作一段时间，例如，30至90天。铜带视觉检查被用来检测试验罐的空余空间内的低或高PH值。如果铜测试带显示酸性情况，则说明未能显著减少或消除醋菌属细菌的生长。测试带样本将与之前获取的测试带样本在视觉上进行比较。
P/v感测传感器安装在试验罐p/v控制阀下方并具有窄的感测范围，例如，位于正10英寸水柱和负10英寸水柱之间。P/v感测传感器信号与一个或多个装置通信，这一个或多个装置可包括一个或多个比例阀、一个或多个非比例阀、事件数据记录器、计算装置、控制装置、算法、事件参数、响应参数、报警和通知电位、通信装置和未提到的其他装置。现有系统改进的替代选择2
P/v控制阀安装在罐的地上立管式排气管上。试验罐的总体工作正和/或负空余空间压力通过安装在罐的排气立管上的p/v控制阀来控制。
被检查的低压调节控制阀连接在罐的排气p/v控制阀下方，并连接至罐的地上排气立管，并连接至压缩氮气储备源(惰性气体从该处给送)。压力调节阀被设定为允许惰性气体在燃料被分配时流入罐中。基本动力学原理为阀感测到连接至储存燃料的罐的顶部空间的低压并相应地输送氮气。顶部空间正压力设为低至0。1英寸水柱就足够，随着罐排出燃料并且液位下降，压力下降且氮气被添加。随着罐被碳氢化合物燃料重新填充，压力升高，氮气通过预设排气口p/v阀离开。
储备的压缩氮气是用于替换被测试的罐的空余空间内的常规驻留大气的惰性覆盖气体。为了进行测试，储备氮气的输送压力被调节为少于5 PSI，连接至附接至罐的排气口立管的低压调节控制阀。该试验罐的常规液体输出量决定了氮气源储备满足覆盖罐的要求。
按预定程序检查和/或设定的铜测试带探针被用作可视化控制。一旦罐测试设备被安装，该试验罐被允许在开放大气环境下正常工作30至90天。铜带视觉检查可能或者无法确认试验罐的空余空间内的低PH值。假设铜测试带示显示试验罐的空余空间内存在酸性情况或厌氧活动，则测试带样本将与随后在试验罐的空余空间通过已经氮气覆盖的情况下的30至90天时间段内获取的测试带样本进行视觉上的比较。
P/v感测传感器安装在试验罐p/v控制阀下方并具有窄的感测范围，例如，位于正10英寸水柱和负10英寸水柱之间。P/v感测传感器信号与一个或多个装置通信，这一个或多个装置可包括一个或多个比例阀、一个或多个非比例阀、事件数据记录器、计算装置、控制装置、算法、事件参数、响应参数、报警和通知电位、通信装置和未提到的其他装置。
本发明可包括用于检测泄漏的新颖方法。分离的温度计和/或压力计可被安装在罐内或漂浮在罐内，或沿着排气系统设置在某个地方。压力读数可以从罐的空间获取以确定覆盖气体何时应该被输送至该系统。在一个常规日常操作循环中，温度将发生变化(随着季节变化等)并且该系统必须被配置为基于环境因素和操作因素区别温度/压力的变化。在一天中可以出现可以多次汽油分配。当每个汽油分配时间发生时，如果罐中的压力将至预设阈值之下，则N2将通过控制器的动作被释放至气隙内。P/v感测传感器安装在试验罐p/v控制阀下方并具有窄的感测范围，例如，位于正10英寸水柱和负10英寸水柱之间。P/v感测传感器信号与一个或多个装置通信，这一个或多个装置可包括一个或多个比例阀、一个或多个非比例阀、事件数据记录器、计算装置、控制装置、算法、事件参数、响应参数、报警和通知电位、通信装置和未提到的其他装置。所收集的数据提供可通过多种格式查看的信息，并且这种数据可以被分析、测试、比较并用于确定事件(包括泄漏、泄漏率、燃料输送时间)、其他事件(包括压力事件)以及其他看上去不相关的事件，比如小偷。当燃料离开罐时，当一个客户正在进行加油时，或者甚至将允许蒸气压力离开罐的较小泄漏都将触发N2流入罐中。测试容器的气隙有无泄漏、潜在的蒸气损失(PVA)和水侵入点可以解决衬垫缓慢劣化、螺纹连接不紧或密封不正确、盖没有更换等问题。阈值被设定为在开始重新加压时所希望维持的水平之下。存在多种方法来区别加油事件和泄漏。这些包括压力下降的量和容积。这连同收集到的其他压力数据统计学估算允许我们检测泄漏、量化泄漏并将它们与加油事件区别开来。
当试验罐接收大宗燃料输送时。期望p/v阀打开以释放多余的压力。如果其他组件(诸如阶段1蒸气控制系统)正常工作，则N2或饱和碳氢化合物将从罐中流出并进入转运卡车。
当试验罐向消费者分配燃料时。当燃料离开罐时，当一个客户正在进行加油时，或者甚至将允许蒸气压力离开罐的较小泄漏都将触发N2流入罐中。阈值被设定为在开始重新加压时所希望维持的水平之下。存在多种方法来区别加油事件和泄漏。这些包括压力下降的量和容积。这连同收集到的其他压力数据统计学估算允许我们检测泄漏、量化泄漏并将它们与加油事件区别开来。
燃料储罐具有多个循环，诸如当罐接收大宗燃料输送或重新填充时，或当试验罐向消费者分配燃料时。P/v阀何时打开以将氮气排出至大气或触发氮气的再充填吸收根据惰性或覆盖测试罐的空余空间来设计。有些关处在低压下，而其他罐可以根据环境情况、罐的使用类型等维持在不同的压力下。例如，当N2需要充满气隙的顶部时(排出环境因素)，可以检测到泄漏。另外，泄漏在需要评估“紧密度”的常规时间内都保持相对恒定，所销售的燃料随着加油的消费者的数量而发生变化。这还可结合对所分配的碳氢化合物产品的量的监测以确定加油系统的完整性。
参照图1，在本发明中，氮气可以被分离以充当罐10的液体燃料12上方的气隙11中的惰性覆盖气体。罐的内壁13必须保持清洁和清晰以确保罐系统的安全。间隙15是罐壁13和外壁14之间的部分。空气压缩机20为氮气发生器21提供供给。氮气发生器可以是任何现有技术中已知的N2发生器以从混合气体分离和收集氮气。在某些情况下，储存的氮气可以被替换为压缩机和氮气发生器。在某些情况下，储存的氮气可以被替换为压缩机和氮气发生器。
在一个实施方式中，N2具有双重功能，即罐气隙保护和分配以供使用，例如，在车胎充气点处。在这种情况下，氮气从发生器被引导至分配器储备22。分配器储备可以沿着管线50通向主压缩N2容器3(如图所示)或着可以分离着设置以当分配容器中的压力低于一个阈值时接收N2。从分配来说，贩售机24设置在压力调节器之后。软管25可以被提供，诸如用于为胎充气。任选地，释放高于90PSI或类似压力的调节器可以被放置在N2压缩储备之前以确保储备中的压力不会过高或过低。
在N2的优选实施方式中，主N2储备被压缩，优选地高于90PSI。在主储备下游的是压力调节器7，压力调节器7通向智能系统控制器30。系统控制器30提供N2气体向碳氢化合物罐10的输送。系统控制器还可具备监视和测量罐内压力的功能。N2罐输送线路和压力监视线路可以是相同的，或者可以运行在不同线路上(为了更快，更精确和恒定压力监视的目的)。可沿着第一导管32提供主阀31以测试和监视罐内压力，沿着第二导管34的第二或附加阀33可用于供应N2以维持输送。根据控制器的精密程度，导管32和34可分开或结合。
N2通过N2多端口联接件35提供至罐并进入气隙11。N2取代气隙内的空气并停留在液体(或固体)燃料上方。虽然气隙还可包括碳氢化合物蒸气，但N2不易与碳氢化合物混合。N2通常比碳氢化合物蒸气轻并因此保持在气隙11的顶部和上排气管2处。被取代的气体可经由位于罐出口顶部的压力释放装置1离开。气隙排气口36是可在两种尺寸的端口中永久地安装为阀接入点(例如，在N2多端口联接件中，多端口(螺纹式永久/半永久)等)的可选接入点。联接件/方框配置中的大量接入点的可用性如图5-8中进一步所示。这种永久安装的接入端口允许手动计量器、传感器、数据记录器轻易地接入，同时，样本可在该点被收集以确定许多事情，诸如N2、O2、相对湿度等。
可以预期，提供至气隙内的N2将会是低压的，为了限制湍流和安全性，因为UST和AST都是(相对)低压罐。建议使保持低的氮气输送压力以在多重或一连串安全事故(例如，排气口等)发生时防止罐的过度加压。线路不一定必须低压，正常工作时，即使在低压罐中，该系统甚至更快地响应燃料需求和具有高压的高容积。在期望高压甚至需要使用高压的情况下，也存在高压应用。在较高压罐中包括高压N2是优选的，例如，以防止液体转变为气体/蒸气状态。可以预期，在未来有升级的安全设备的罐、氮气的高压源可以被包含其中。当周期性地清理间隙时，例如，N2的高压源是优选的，并且在这种实施方式中，当将N2提供至气隙、间隙等时，控制器应该能够被设定有预定的N2气压。
虽然在某些未来的例子中，压力/真空(p/v)阀可以包括单向止回阀(仅使空气离开作为卸压)，但当前的罐系统不被设计为高压(例如，5psi的推荐最大值/7-8psi的爆发压)。当前的零售系统的典型罐必须能够在真空情况下进行排气(即使相对小的量)，以避免起皱或甚至向内破裂。
手动计量器37可任选地安装在机械psi/真空计量器作为系统中的临时或永久的固定设备。这可以是压力感测物品以向控制器提供信息和/或手动读取的一个实施方式。粘附式压力修正计38可以任选地被包含在，诸如安装在UST或AST(地下或地上储罐)中的落管中，并且该落管可以具有密封件，密封件将气隙(罐中的空余空间)与大气压力分离，除非通过柱(落管)中的燃料或通过具有p/v阀功能的排气口的大气。就p/v阀将压力保持保持在环境空气压力之上或之下来说，在落管与罐之间存在不同的燃料水平。手动粘附至落管内可能与罐内的实际燃料协调，在落管外侧，通过使用计量器来读取压力差。
单独的导管250可用于清理间隙15。被驱动的N2可以根据覆盖系统中所使用的相同或不同压力从控制器30沿着导管205运动。间隙提供的气体直接运动至间隙(因为没有过多的湍流问题)而不是穿过联接器35。间隙可以在间隙排气口16处单独排气(可能通过单向阀)，该排气口16可偶尔或持续的处理。
在该系统的一个实施方式中，可以包括VCI储备或VCI源200。VCI处理可以通过控制器来管理。例如，对于气隙处理，VCI可与N2覆盖气体并发地散布，或者一次性地散布，或者一直地散布，或者以预定时间间隔散布或N2覆盖。另外，单独的导管202可用作供应来自单独的VCI源201的VCI进入气隙(或者与N2气体一起，或者单独地)。可以通过相同的源200完成，也可通过附加的源201来完成对间隙的覆盖。
当N2被置于碳氢化合物燃料之上时，N2提供压力以抵御进入的空气和相关的水蒸气。碳氢化合物经由罐的液位之下的潜水泵分配。随着罐中的压力因泵送而减小且碳氢化合物燃料的液位下降，系统控制器激活N2气体向气隙内的释放，而不是允许低压继续保持，或与大气和可能的水蒸气通气。
参照图5至图8，N2多端口联接件/氮气连接联接件被详细示出。联接件400可包括具有适于各种用途的不同尺寸的多个开口。在这种情况下，在每一侧402都钻有孔401。孔401优选地具有螺纹以允许与互补的螺纹导管(或其他物件)啮合。可以预期，本发明中的联接件取代现有技术中使用的典型联接件，因为标准联接件通常太薄以至于无法按照工业标准钻孔并设置螺纹以修正螺纹的数量或深度。联接件可以包括六个侧面402。优选的联接件400在排气口中提供特殊的安装高度404。高度404可包括从底部410到孔的高度404b以及从孔到顶部411的间隔404a。联接件进一步包括位于底部410中的腔或室403，腔或室403在本发明中起辅助作用并且可以用于减少到来氮气的湍流以防止气隙中激起的蒸气。腔壁可以设置螺纹以与罐系统啮合。如图8所示，联接件可包括具有宽度406的圆形边缘405，而在图7中则是平坦的。联接件具有宽度407。
该系统的一个优点包括系统控制器的测试罐中压力的能力。随着碳氢化合物被分配(例如，在燃料泵处)，罐中压力下降且N2进入并开始替换。见图2至图3，在每次分配事件之后，系统控制器将使罐稳定并通过N2气体对罐进行重新加压。当进入罐内的N2超过替换燃料所需的量时，可能引发泄漏或其他系统问题。例如，如果输送N2的阀持续打开，这可能意味着泄漏。所分配燃料的量还可以被监视以确定替换N2的量(考虑到已知的温度和压力)。N2分配可以通过重量来监视。
如图2和3所示，在一整天中的分配事件展示了工作的系统。零售燃料补充站或加油站中的分配通常涉及打开喷嘴以分配燃料(例如进入卡车)，并且每个站点都可具有与多个喷嘴(通常1-6个喷嘴)关联的单个燃料罐。图2示出了一整天内的燃料分配以及对压力的影响。图3示出了加油示例(燃料分配大约耗时1.5至4分钟)以及重新加压(可在燃料初始分配时开始，在燃料分配结束后约1秒后完成)的特写。随着罐中压力通过精确监视系统测量，N2的量和系统的完整性可以得到监视。将罐压保持在罐中约2”水柱压内(1psi＝26.5”水柱，1大气压约等于15psi)，系统控制器可测量并检测微小的压差。优选地，该压力保持在1.9”与2”水柱压读数之间。
如图2所示，24小时循环被示出。罐系统中的压力500在水柱中以英寸水平示出。从罐系统进行加油通过排气开口事件501(没有全部标记)触发惰性气体覆盖散布。在阀开启期间的惰性气体高度从100至260竖直地表示。惰性气体系统阀被示出为在100处关闭并在260处完全打开。典型事件包括一个至四个喷嘴的同时加油。这些双喷嘴分配事件502和四喷嘴分配事件504中涉及阀打开。大量的事件显示，系统中的压力每天至少四次降低至1.9”之下。这些下降505显示用于完全补偿加油或其他压降事件的覆盖系统的局部故障。特别地，事件506代表系统的压力中的显著降低至1.6”，导致惰性气体阀507同时打开至最大260。这意味着，惰性气体足以克服这一事件，或p/v排气口打开以使环境空气重新稳定系统中的压力。非常规事件510代表3:30附近的压力异常升高。到目前为止，这看上去像是导致压力增长的热/温度事件变化。
如图3所示，在一天中发生了大约几十个加油事件。这表示忙碌的系统。具体地，在4:00附近的稳定事件610等显示，系统中的压力稳定在1.9”与2”之间。加油事件601代表系统中的单个或多个加油喷嘴打开，导致惰性气体进行重新加压/补偿。事件602等示出第一加油喷嘴处在使用中，随后轮到第二加油喷嘴，其中第一事件结束并且第二事件结束，一个1-2-1喷嘴打开事件。
虽然1、10”或1/300”psi水平的压力变化当前发生，但可以预见，对于其他阈值和灵敏度，可以期望更高的精密度。当前设备能够提供更大的精密度。另外，当前使用的算法和当前的统计分析方法允许更大的灵敏度。应该想象，系统控制器可测量和监视高达1/1000”的水压。
NBS系统提升了燃料的质量，这在不常被填充/再填充的备用发生器中特别有用。N2取代气隙空气中的O2和H2O以防止与柴油和前面提到的其他燃料反应。N2减少燃料的蒸发、燃料的劣化并防止对罐和罐设备造成损害。
本发明的一个额外特征是减少石油蒸气入侵(PVI)。PVI发生在来自储罐的碳氢化合物经由系统中的各种孔洞、开口或腐蚀处泄漏至地里时。由于N2是最轻的材料，所以N2处于上方并且当气隙暴露时最先离开(包括通过罐本身的孔离开)。
本发明包括惰性蒸气/气体的生成的或提供的加压源。例如，惰性气体的瓶装源，结合排气口上的p/v阀，以及仅释放2-4英寸水柱的惰性气体的压力调节器组。P/v阀可保持6英寸水压。当燃料罐被使用时(例如，加热油，以及每月燃烧少量燃料的发电机，以及短期应急用的发电机)，惰性气体可以被注入罐系统内。轨道车辆和转移、携带、容纳和加载/卸载爆炸性燃料或气体的其他移动罐/容器也可以通过本发明来充填惰性气体。当排空时，通过惰性气体自动替换减少轨道车辆爆炸的可能，氮气或其他惰性气体的高压供应可以帮助保持这些系统内的压力以减少液体燃料的蒸发。
本发明还包括测试系统以避免压力衰退并进而测试以判断泄漏的方法。通常，罐被打开以进行测试，并且系统不一定完全关闭。罐的连续使用和重复加压确保罐压(以及泄漏)被持续检查以判断是否紧密密封。一个重要项目是区分温度(即，每天的高/低，每小时的高/低，每季节的高/低，等等)以及大气压的变化。考虑到压力监视系统的精确性，这种项目必须被考虑以确定系统压力的降低是否简单地由罐/气隙内的温度下降导致。
接下来是对可用于如图4中所示的压力输送系统的方法的描述。该系统的主要功能是对N2进行排气，次要功能是填充罐。该方法的使用是针对如下情况：输送系统的主要功能是维持流体(蒸气或液体)的最小压力/容积以用于特殊功能，例如填充轮胎。虽然看上去一经描述就显而易见，但本领域还未使用该方法来进行控制或配置。
在这种情况下，我们使用100psi作为主要功能所需的最小压力。同样存在用于基本罐100的最大压力，为了说明，该压力被设置为135psi。还存在对流体的次要用途或需求。只要主要压力容器100保持最小压力(100psi)，流体可被使用或自主要功能转移以流动入软管、管线或罐以在压力下使用、控制、引导或储存来自输送源的可用的多余流体。在这一实施例中，次要功能104具有可利用多余流体/压力的一个或多个用途，但是不需要与主要功能相同的压力。次要用途可在额外压力被输送或其可被储存在一个或多个次要容器中时使用该额外压力。
例如，主要系统可能要求存在5加仑压力容器101，其维持至少100psi以为轮胎充气。如果该罐降至100PSI(通过压力传感器监测)，则压缩机(主要罐100的一部分，连同压缩机、氮气发生器)使空气移动通过氮气发生器100，氮气发生器100应被启动以保持主要容器101位于或高于100psi。主要容器101具有阀，该阀作为压力释放或螺线管阀以允许从氮气发生器沿着导管105流入罐101并离开至轮胎充气设备106但不允许流体(氮气)到达次要系统103或目的104，除非确定主要源罐101处于或高于期望的压力(100psi)。
次要系统可使用超出主要系统需求之外的氮气(或空气或液体)。次要系统可用于将多余的满负荷压力进行输送或可用于输送至小于主要系统的满负荷压力的需求或目的。例如，用于为轮胎充气的氮气也可根据需要用于覆盖燃料的顶部或用于防止空气被吸入UST或AST的气隙或顶部空间。输送系统对主要罐中的压力和次要系统的需求做出响应。只要压力高于主要罐的最小压力100psi，流体就被允许流入次要罐。当主要罐和次要罐的压力都到达100psi时，压力平均地流入主要罐和次要罐。在这一示例中，当主要罐的压力到达135psi，该流动被阻止。
为了效率和经济性，对向所需系统提供压力的压缩机或泵的控制是重要的。确保设备的允许事件不超过制造商的建议标准是重要的。如上所述的仅对压力做出响应的系统可要求输送系统持续运行。对于未额定为持续使用的设备，这可能由于过早发生的设备故障而导致系统故障。监视泵/压缩机的运行时间的控制系统可保护这种设备。控制应该使得运行时间被设置为不超过设备参数或可以改变以被设置为使得运行时间满足在系统的寿命内已经被更换的设备。通过针对提供压力的特殊设备对次要用途做出限制以免不顾及所需的停工时间或停机时间来确保主要系统的需要被满足并且确保存在足够的停机时间或休息时间以防止压缩机损坏。
对于这种类型的控制装置，需要特别考虑以确保设备运行参数被遵循。配备有压力响应控制的压缩机仅对压力需求做出响应。这种设置可导致设备持续运行。某些压缩机不被设置为持续运行，诸如往复、螺杆、涡卷类型的压缩机被制造以确保填充主要功能所需的压力/容积随后被确定，随后具备所需压力的压缩机CFM的规格连同合适的储罐尺寸被确定以确保主要目的所需的容积不会使得压缩机运行得比制造商所规定的时间更长。
其他效能，诸如提升、装备和每日温度需要被包括在CFM/压力计算中。另外，次要用途所需的容积应被考虑，满足1-100％的所需的次要容积是重要的。满足这一需要的可用的运行时间应被考虑，随后是所设定尺寸的容积和压力以及所需的(压力补偿的)储存容积。
压缩机的类型(诸如往复式、螺杆式、涡卷式)和所产生的压缩空气的速度/容积通过压缩机确定。为了最好的实践，如果往复式压缩机应仅具有50％占空比和15分钟的最大运行时间，则压缩机应仅在需要空气时开启，或者当储备之一中的压力低于设定的低阈值时，并且运行不超过最大运行时间。例如，下一个压缩机的“启动”在氮气储备将至100 psi之下是被触发。在另一个具有两个氮气储备的实施方式中，或在一个具有压缩空气储备(用作压缩空气)和至少一个氮气储备的实施方式中，阈值可以由所有储备罐来设定以触发压缩机。
本发明的一个方面包括在系统中以可控的非湍流方式从高点或顶点引入氮气的方法。这允许氮气覆盖碳氢化合物并且减少氮气和碳氢化合物的混合。
本申请的说明书中陈述的实施方式仅用于示意性目的，并且不应被看所是如所描述的和当前所要求的那样对本发明的限制。术语氮气和N2通常分别指是分子氮和氮气。然而在本说明书中，二者是可以互换的，或指代常规意义的氮气。

Claims (14)

1.一种用于防止双壁燃料储罐的劣化的设备，所述设备包括：
(a)氮气发生器，所述氮气发生器供应加压的氮气的源；
(b)压缩氮气源，连接至所述氮气发生器以供应加压的氮气；
(c)控制器，连接至所述压缩氮气源以用于控制所述加压的氮气的释放；
(d)第一导管，用于将所述控制器与所述双壁燃料储罐的气隙互联；
(e)阀，连接至所述第一导管并用于对所述加压的氮气穿过所述第一导管进入所述气隙的流动进行控制；
(f)压力真空阀，所述压力真空阀控制所述双壁燃料储罐中的负压或正压与环境大气压分离；
(g)排气口，用于在通过燃料补充所述双壁燃料储罐时将所述氮气从所述气隙排出；以及
(h)次要导管，连接至所述控制器并与位于所述双壁燃料储罐的内壁与外壁之间的间隙流体联通，以允许所述加压的氮气流入和/或通过所述间隙。
2.如权利要求1所述的设备，还包括监视器和中继系统，所述监视器用于测试所述双壁燃料储罐内的压力，所述中继系统用于向所述控制器发送与所述双壁燃料储罐内的所述压力有关的信息。
3.如权利要求1所述的设备，还包括可编程系统，所述可编程系统被编程为响应所述双壁燃料储罐内的压力下降并向所述双壁燃料储罐内供应确定量的氮气以使所述双壁燃料储罐内的压力保持稳定。
4.如权利要求3所述的设备，其中被确定要由所述控制器供应的氮气的量通过重量确定。
5.如权利要求2所述的设备，其中所述监视器还适用于控制氮气向所述气隙的填充以在所述双壁燃料储罐内实现预定的压力。
6.如权利要求1所述的设备，还包括氮气分配软管，所述氮气分配软管用于氮气从所述氮气发生器的可选方向分配。
7.如权利要求6所述的设备，还包括次要氮气储存器以接纳来自所述氮气发生器的氮气并将所述氮气供应至所述氮气分配软管。
8.如权利要求1所述的设备，还包括挥发性腐蚀抑制剂的源，所述挥发性腐蚀抑制剂的源连接至所述第一导管，其中所述挥发性腐蚀抑制剂能够被抽取以与所述氮气一同进入所述气隙。
9.如权利要求1所述的设备，还包括多端口联接件，所述多端口联接件与所述第一导管连接并用于减少进入所述双壁燃料储罐的到来氮气的湍流。
10.一种控制碳氢化合物从双壁燃料储罐释放的方法，所述方法包括以下步骤：
通过燃料填充所述双壁燃料储罐；
通过来自氮气源的氮气填充所述双壁燃料储罐的气隙的顶部；
监视所述双壁燃料储罐内的压力；
当所述双壁燃料储罐内的压力降至预定阈值之下时，通过额外的氮气填满所述双壁燃料储罐的顶部；以及
向位于所述双壁燃料储罐的内壁与外壁之间的间隙空间提供干燥惰性气体。
11.如权利要求10所述的方法，还包括通过挥发性腐蚀抑制剂覆盖所述双壁燃料储罐的内表面的步骤。
12.如权利要求10所述的方法，还包括将来自氮气储备的氮气分配至氮气分配软管的步骤。
13.如权利要求10所述的方法，其中监视所述双壁燃料储罐内的压力的步骤检测顶部填满事件的时机和比例，并且进一步包括检测位于0.1英寸水柱范围内的压力的泄漏的步骤。
14.一种用于防止双壁燃料储罐的劣化的设备，所述设备包括：
(a)加压的压缩惰性气体源；
(b)控制器，连接至所述压缩惰性气体源以用于控制压缩惰性气体的释放；
(c)第一导管，用于将所述控制器与所述双壁燃料储罐的气隙互联；
(d)阀，连接至所述第一导管并用于对所述压缩惰性气体穿过所述第一导管进入所述气隙的流动进行控制；
(e)压力真空阀，所述压力真空阀控制所述双壁燃料储罐中的负压或正压与环境大气压分离；
(f)排气口，用于将所述双壁燃料储罐内的气体排出；以及
(g)次要导管，连接至所述控制器并与位于所述双壁燃料储罐的内壁与外壁之间的间隙流体联通，以允许所述压缩惰性气体流入和/或通过所述间隙。
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