CN117262520A - 一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本专利发明是一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，用于燃料存量测量以及用于检测和表征储油罐中的材料，包括污泥、水、微生物以及储油罐中存在的不同粘度和密度的材料，该设备和方法呈现在储油罐的图像显示器中。

Description

一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统

技术领域

本发明公开了一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，具体涉及一种用于检测和表征油储罐中的情况的基于超声波的设备和方法，所述储罐中包括污泥、水、微生物和罐内不同粘度的产品。

背景技术

在加油站环境中，燃料从燃料储罐输送到位于地面的燃料分配器。燃料储存罐通常是大型圆柱形容器，其高度约为20米，直径约为80至100米。由于管理加油站的法规要求，燃料储罐需要封装在第二个或外壳中。这些储罐有时被称为“双壁储罐”。双壁储罐由一个内部容器组成，该容器容纳由外壳包围的液体燃料。为每种燃料类型（如低辛烷值汽油、高辛烷值汽油和柴油）提供单独的燃料储罐。泵用于将燃料从燃料储罐通过主燃料管道输送到燃料分配器，该主燃料管道在加油站的地下运行。考虑储存在储罐中的燃料包括常规燃料，如汽油、柴油和煤油，以及新开发的含有燃料添加剂的燃料，如乙醇和生物柴油。

与燃料储罐的使用相关联的共同要求是测量储罐中的液位，当储罐装满时发出警告，控制将流体泵入储罐或从储罐泵出，以避免储罐空时溢流或泵损坏，以及以其他方式控制或测量储罐内的液位。在储存燃料的过程中固有的还有已知的问题，这些问题通常涉及燃料存量测量的准确性，特别是保持燃料质量。例如人们早就认识到，大量污染物的存在会影响从液位测量中确定流体体积的准确性。特别是燃料储罐容易受到交付产品的积水、冷凝、填料箱损坏、垫圈损坏、配件松动和汽密封开口的影响。

水对石油基燃料的污染一直是一个常见的困难，因为储罐必须通风，以允许用环境大气替换从储油罐中取出的燃料体积，从而避免在储油罐中形成部分真空。环境大气可能相对潮湿，特别是在水上交通工具上，环境大气与燃料或储油罐之间的温差（通常接近水温）将导致环境大气中的湿气冷凝成液相。因此大量的液态水可能在相对较短的时间内积聚在储油罐中。由于水比大多数石油燃料（如柴油）具有更大的比重，因此进入油箱的水通常会聚集在油罐底部。这导致了储油罐中燃料表面的液位升高的问题，并且由于水通常不溶于燃料，因此导致水被截留在储油罐的底部。因此需要一种燃料库存系统和方法，该系统和方法能够准确地说明并区分储罐中可能存在的各种污染物，例如污泥和水。此外，需要一种燃料库存系统和方法，该系统和方法能够识别和表征在燃料供应中产生的各种污染物，以确定改善燃料质量所需的最佳补救措施。

发明内容

本发明涉及一种使用千赫兹或兆赫频率的初级传输声能有效检测和表征流体-流体、流体-污泥、流体-固体界面的方法和设备，取决于污染物和生物体本身的实际性质（厚度、衰减、粘度、吸收）和分布特性。在优选实施例中，本发明是一种基于超声波的燃料存量检测系统，包括发射换能器、接收换能器、接收器和显示控制台。

要求保护的发明的主要目的是为了燃料库存管理的目的而对储油罐中存在的液体进行准确和有效的测量。为了实现本发明的目的，参考优选实施例，当来自发射换能器的电脉冲被引导并发送到可能存在于储油罐中的液体中时，该电脉冲被接收换能器转换成声波。当声波撞击路径上的物体时，声波会反弹产生回声。该回波撞击接收换能器，接收换能器接收回波并将其能量转换回电信号。该电信号由接收器放大，并且放大的信号被传输到显示控制台，以提供位于储罐中的物体的视觉描绘。

优选地，发射换能器可以居中地位于储油罐顶部的外壁上，其定向通常指向储油罐底部的相对外壁。然而，其他实施例是可能的，其中发射换能器能够位于储油罐的外壁或内壁上的其他位置。

优选地，接收换能器可以位于储油罐顶部的内壁上的中心，靠近发射换能器并且具有类似的定向，从而不浸入储油罐中存在的燃料/水混合物中。然而，其他实施例是可能的，其中接收换能器能够位于储油罐内的其他位置。这些包括接收换能器，该接收换能器包括浮子装置，该浮子装置被设计成允许换能器漂浮在燃料表面上。接收换能器也可以与发射换能器共同位于储油罐顶部的外壁上，同时理解必须考虑储油罐壁对发射信号的影响。

优选地，放大的信号通过无线连接被传送到显示控制台，这允许显示控制台远离储油罐。或者，可以通过有线连接将放大的信号传送到显示控制台。

本发明的另一个目的是表征可能在储油罐中形成的各种污染物。通过认识到粘度、温度和密度的变化也会使声波偏转，可以有效地实现这一目标。因此，通过以本文所述的方式使用声能，将创建视觉显示参考，以允许表征流体柱中的变化。与传统系统相比，本系统在提供储罐中发生的事情的视觉参考方面要稳健得多。本发明检测污泥的分布和厚度，检测大量水的存在，在流体-流体（流体-水）界面处微生物层的存在，由漂浮的脂肪酸形成晶体，以及聚集体材料的其他团聚。污染的早期检测提醒储罐管理者采取预防措施。

本发明的另一个目的是提供一种表征和量化燃料储罐中污染物的方法，包括以下步骤：产生发射电脉冲，将发射电脉冲转换为发射声波，将发射声波提供到储罐中，接收发射声波的回波（接收声波），将回波（接收到的声波）转换为接收到的电脉冲，并将接收到的电子脉冲转换为各种污染物的视觉参考。

附图说明

图1示出了圆柱形燃料存储箱的截面图，以说明根据用于发射换能器和接收换能器的位置的优选实施例的本燃料库存监测系统。

图2为本燃料库存监测系统的显示控制台。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明的优选实施例是基于超声波的燃料存量检测系统1000，其可用于测量燃料300的存量、检测泄漏以及量化燃料储罐200中的污染物。罐200在图中被描绘为圆柱形，这是优选的构造，然而，本领域技术人员将认识到，本发明也可应用于其他形状和尺寸的储罐。该系统包括发射换能器600、接收换能器900、接收器940和显示控制台700。当脉冲610被引导并发送到可能存在于储油罐200中的液体（燃料300和/或水400）中时，来自发射换能器600的发射电脉冲610被接收换能器900转换为发射声波910。当发射声波910撞击储罐200中的各种污染物时，发射声波910反弹，产生回声（反射声波）920。该回波920撞击接收换能器900，接收换能器900接收回波920并将其能量转换回接收的电信号960。该接收到的电信号960由与接收换能器900通信的接收器940放大，并且放大的信号被发送800到显示控制台700，如图2中示意性地描绘的。这提供了位于储油罐200中的物体的视觉描绘。通过每秒多次发送和显示回波920（即使用高采样率），产生了描述储罐200底部和接收换能器900之间的物体轮廓的连续线。以这种方式，可以表征储油罐中的污染物，包括污泥、水、微生物和不同粘度的材料。

本发明可以将发射换能器600定位在许多有益的位置。优选地，如图1所示，发射换能器600居中地位于储油罐200的顶部的外壁210上，使得发射换能器600的垂直轴线通常定向并指向储油罐200底部的相对外壁。以这种方式，传输电脉冲610可以通过罐200的壁传输。然而，其他实施例是可能的（未示出），其中发射换能器600在用户方便的情况下位于储油罐200的外壁210或内壁220上的其他位置。本发明可以将接收换能器定位在许多有益的位置。优选地，接收换能器900位于储油罐200顶部的内壁220的中心，紧邻发射换能器600并且具有类似的定向，使得接收换能器900的垂直轴线通常定向并指向储油罐200底部的相对外壁210。以这种方式，当发射电脉冲610通过罐200的壁发射时，接收换能器900可以感测发射电脉冲。假设储罐200没有充满，当发射声波910和反射声波920到达和从接收换能器900到达被感测的物体（然后从被感测物体返回到接收换能器900）时，将有一部分空气必须穿过该部分空气。因此，有必要考虑波在空气中传播的速度。该系统可以被校准以检测例如根据储罐中存在的介质和声波传播路径附近的声波特性的变化。

本发明可以表征存在于储油罐200中的各种材料。这些包括水和污泥混合物400、水/污泥界面层410（由微生物组成）、燃料300和伴随的燃料-空气界面310，以及粘度的变化、温度的变化和硬固定装置（例如拾取线、潜水泵）的存在。这些不同材料的视觉表示基于由接收器940确定的被感测物体的回波强度，在优选实施例中，接收器940可以进一步测量回波强度。通过每秒多次发送和显示回波920（即，使用高采样率），将产生连续的线来描述储罐200的底部和接收换能器900之间的物体的轮廓。以这种方式，可以表征储油罐中的污染物，包括污泥、水、微生物和不同粘度的材料。显示控制台700上的监视器也被编程为提供附加信息，例如温度和温度梯度以及库存水平。

Claims (6)

1.一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，其特征在于：包括发射换能器，用于将电脉冲发射到储罐中，所述发射换能器位于所述储罐的壁的外表面上；接收换能器，用于将发射电脉冲转换成发射声波并将发射声波的回波转换成接收电信号；接收器，用于放大和发送所接收的电信号；显示控制台，用于接收所接收的电信号，并将所接收的电信号显示为罐中内容物的视觉图像；其中所述发射换能器的垂直轴线通常定向为与罐的壁垂直，使得所述发射电脉冲行进通过罐壁，其中所述接收换能器包括浮力漂浮装置，该浮力漂浮装置与发射换能器的垂直轴线大致对准。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，其特征在于:其中所述接收换能器位于储油罐的内壁的内表面上；接收换能器的垂直轴通常被定向为与所述发射换能器的垂直轴线大致对准，以将发射声波导向罐的相对壁的内表面；接收器测量所述回波的强度变化，以及其中所述回波强度以足以检测所述罐中存在不同粘度和密度的材料的频率来测量。

3.根据权利要求1所述的一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，其特征在于：其中所接收的电信号被无线地传输到所述显示控制台，并且其中所述显示控制台位于远离储罐的位置；该所述显示控制台还包括太阳能电源和触摸屏键盘，以提供储罐内的水或污染物的一触式视觉显示，可显示的内容包括罐容积、罐库存、罐空、温度、水位、泄漏检测、粘度和污染识别等。

4.根据权利要求1所述的一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，其特征在于：通过此监控系统可形成一种方法，能够测量燃料水平并量化储罐中的水和其他污染物,包括如下步骤：产生发射电脉冲；将所述发射电脉冲转换为发射声波；将所述发射声波提供到罐中；接收所述发射声波的回波；将所述回波转换为接收的电信号；将接收到的电信号转换为罐中的任何水或污染物的视觉参考图像；其中将所述发射声波提供到所述罐中并接收所述回波的步骤包括提供接收换能器，所述接收换能器包括与所述发射换能器的垂直轴线大致对准的浮力漂浮装置。

5.根据权利要求4所述的一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，其特征在于：其中产生和转换所述发射电脉冲的步骤包括提供位于罐的壁的外表面上的发射换能器，所述发射换能器的垂直轴线通常定向为与罐壁垂直。

6.根据权利要求5所述的一种基于超声波探测的储油罐库存状态监测系统，其特征在于：其中将所述发射声波提供到所述罐中并接收所述回波的步骤包括提供位于所述罐的壁的内表面上的接收换能器，其中接收换能器的垂直轴通常被定向为与发射换能器的垂直轴线大致对准，以将发射声波引导向储罐的相对壁的内表面。