DE1255583B - Verfahren und Vorrichtung zum explosionssicheren und schnellen Fuellen von Tankwagen mit Treibstoffen, deren Siedebereich ueber dem Siedebereich des Benzins liegt - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTT^SP PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT A 62 c

Deutsche Kl.: 81 e -139

Nummer: 1 255 583

Aktenzeichen: E 31758 XI/81 e

1255 583 Anmeldetag: 28. Mai 1966

Auslegetag: 30. November 1967

Beim Füllen von Tankwagen bildet sich während des Füllvorganges im Tankinnern ein Treibstoffdampf-Luft-Gemisch. Diese Gemisch ist explosiv, wenn die Treibstoffdampf konzentration Werte erreicht, die zwischen der unteren und der oberen Explosionsgrenze liegen. Temperaturmäßig begrenzt wird dieser explosive Bereich durch den unteren Explosions- bzw. Flammpunkt und den oberen Explosionspunkt. Der Flammpunkt hängt vom Siedebeginn und Dampfdruck des Treibstoffes ab. Er ist die niedrigste Temperatur in Grad Celsius, bei der sich unter festgelegten Bedingungen bei 760 Torr aus der Flüssigkeit Dämpfe in solcher Menge entwickeln, daß sie mit der Luft über der Flüssigkeit ein entflammbares Gemisch bilden. Als oberer Explosionspunkt wird die Temperatur definiert, bei der die Konzentration des gesättigten Dampf-Luft-Gemisches (bezogen auf 760 Torr Gesamtdruck) die obere Explosionsgrenze erreicht, so daß also die Konzentration der Luft für eine Zündfähigkeit des Gemisches nicht mehr ausreicht, und eine Explosion unmöglich wird.

Ein gefahrloses Arbeiten ist also nur unterhalb des unteren Explosionspunktes oder oberhalb des oberen Explosionspunktes möglich.

Beim Abfüllen von Treibstoffen kann man nicht in dem gefahrlosen Bereich unter dem unteren Explosionspunkt arbeiten, da dieser beträchtlich unter der normalen Abfülltemperatur liegt, bei Benzin z. B. unter —20° C Bei Benzinen liegt jedoch auch der obere Explosionspunkt unterhalb O⁰C Das bedeutet, daß beim Einfüllen von Benzin in einen Tankwagen bei normalen Abfülltemperaturen von etwa 15° C sofort so viel Benzin verdampft, daß die Konzentration des Benzindampfes im freien Tankraum sehr schnell einen Wert erreicht, der die obere Explosionsgrenze überschreitet. Nur kurzfristig liegt im Tankinnern die Dampf-Luft-Konzentration innerhalb der Explosionsgrenzen. Die Explosionsgefahr bleibt somit auf eine kurze Zeitspanne beschränkt.

Bei höhersiedenden Treibstoffen mit niedrigerem Dampfdruck liegen dagegen andere Verhältnisse vor. Beispielsweise weist der Düsentreibstoff JP-4 einen Dampfdruck nach Reid von 0,14 bis 0,21 kg/cm² auf. Entsprechend liegt der untere Explosionspunkt bei Temperaturen über 15°C. Die obere Explosionsgrenze wird während des Füllvorganges bei normalen Temperaturen nicht überschritten. Es besteht damit während der ganzen Füllzeit Explosionsgefahr.

Auslösungsfaktoren solcher Explosionen sind elektrische Funkenentladungen, hervorgerufen durch unterschiedliche elektrostatische Aufladung des Füllrohres und der Tankwand. Je größer die Strömungsgeschwin-Verfahren und Vorrichtung zum
explosionssicheren und schnellen Füllen von
Tankwagen mit Treibstoffen, deren Siedebereich über dem Siedebereich des Benzins liegt

Anmelder:

Edeleanu Gesellschaft m. b. H.,
ίο Frankfurt, Frankfurt/M., Stresemannallee 36

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Alfred Hoppe, Frankfurt/M.

digkeit des einströmenden Treibstoffes ist, desto größer ist auch die elektrostatische Aufladung des Füllrohres und damit die Entstehungsmöglichkeit eines Zündfunkens.

Es ist bekannt, zur Verhütung der Explosionsgefahr die Strömungsgeschwindigkeit des Füllprodukts zu begrenzen, so daß die elektrostatische Aufladung vermindert und die Bildung eines Zündfunkens vermieden wird.

Weiterhin sind Verfahren zur Verhütung von Explosionen in explosionsgefährdeten Behältern oder Räumen bekannt, bei denen die erforderliche Luft- bzw. Sauerstoffkonzentration im Dampf-Luft-Gemisch durch Zugabe eines Schutzgases unterschritten wird. Man verwendet vorzugsweise Inertgase wie Stickstoff oder Kohlendioxyd. Es wird also hier in dem explosiblen Gemisch aus brennbaren Gas bzw. Dampf und Sauerstoffträger die Sauerstoffträgerkomponente verändert.

Dieses Verfahren ist jedoch nur rationell, wenn die Inertgase als Verfahrensprodukte in der Nähe der Verladeanlage, z. B. in der Raffinerie, anfallen und in Spezialleitungen an der Verladeanlage bzw. am Tankwagen zur Verfügung stehen. Die Verwendung von Stickstoff oder Kohlendioxyd aus Druckgasflaschen ist zu unwirtschaftlich und umständlich.
Es ist ferner bekannt, als Schutzgas die Dämpfe niedrigsiedender Flüssigkeiten zu verwenden. Bei diesem, im österreichischen Patent 75 977 beschriebenen Verfahren befinden sich Lagergut und die niedrigsiedende Flüssigkeit, gegebenenfalls getrennt durch eine Sperrflüssigkeit, in einem gegen die Atmosphäre völlig abgeschlossenen System, und der schützende Dampf bildet sich erst infolge des LTnterdrucks, der bei der Entnahme des Lagergutes entsteht. Die An-

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wendbarkeit dieses bekannten Verfahrens ist somit beschränkt auf stationäre Lagertanks. Außerdem kann das Verfahren zu einer beträchtlichen Vermischung zwischen Lagergut und niedrigsiedender Flüssigkeit führen, so daß die Eigenschaften des Lagergutes sich wesentlich ändern können.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, rasches Füllen von Tanks und besonders Tankwagen mit einem höher als Benzin siedenden Treibstoff gefahrlos und ohne die mit dem bekannten Verfahren verbundenen Nachteile zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Füllen von Tankwagen vorgeschlagen, bei dem die Explosionsgefahr des Dampf-Luft-Gemisches im Tankwagen durch Erhöhung der Konzentration der Brenngaskomponente im Gemisch vermieden wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Füllvorganges in den Tankraum Flüssiggas eingebracht wird, bei dessen spontaner Verdampfung die Konzentration der Brenngaskomponente in dem sich bildenden Dampf-Luft-Gemisch über die obere Explosionsgrenze erhöht und dadurch ein nicht mehr zündfähjges Gemisch im Tankraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gebildet wird, welches entsprechend dem Anstieg des anschließend eingefüllten Treibstoffes abgesaugt wird. Die Menge des einzubringenden Flüssiggases wird in Abhängigkeit von Tankvolumen so gewählt, daß die Konzentration der Kohlenwasserstoffdämpfe in dem sich bildenden Flüssiggas-Luft-Gemisch 30 bis 50 Volumprozent beträgt.

Bei dem Verfahren zum explosionssicheren und schnellen Füllen von Tankwagen mit Treibstoffen, deren Siedebereich über dem Siedebereich des Benzins und deren oberer Explosionspunkt über der Abfülltemperatur liegt, wird also zunächst flüssiges oder gasförmiges Flüssiggas in den Tankwagen eingeleitet. Da der obere Explosionspunkt desselben unter 0°C liegt, verdampft bei genügender Zufuhr schnell so viel Flüssiggas, daß bei der sich einstellenden Konzentration des Kohlenwasserstoffdampf-Luft-Gemisches die obere Explosionsgrenze überschritten wird. Nur bis die obere Explosionsgrenze erreicht ist, besteht im Tankinnern Explosionsgefahr. Ist das Gebiet über der oberen Explosionsgrenze erreicht, wird mit der jetzt gefahrlosen Füllung des Tankwagens mit einem höhersiedenden Treibstoff der oben beschriebenen Art begonnen, wobei die Füllgeschwindigkeit über den üblichen Grenzwert gesteigert werden kann. Die Zusammensetzung des in dem Raum zwischen Füllrohrende und Tankwand befindlichen Kohlenwasserstoffdampf-Luft-Gemisches schließt eine Zündung durch einen Entladungsfunken aus. Mit der höheren Füllgeschwindigkeit steigt selbstverständlich die Durchsatzleistung der Abfüllstation.

Die aus dem Tankinnern im Verlauf des Füllvorganges herausgedrückten Gase, zunächst Luft, dann ein K ohlenwasserstoffdampf-Luft-Gemisch, strömen nicht ins Freie, sondern werden durch eine auf der Füllöffnung liegenden Absaugvorrichtung abgesaugt und einer Absorptionsanlage zugeleitet, wo der aus Kohlenwasserstoffen bestehende Anteil abgetrennt und zurückgewonnen wird.

Unter den Flüssiggasen eignet sich z. B. Butan für das beschriebene Füllverfahren. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

Zweckmäßig verfährt man beim Füllen eines Tankwagens mit Treibstoffen, deren oberer Explosionspunkt

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über der Abfülltemperatur liegt, auf folgende Weise: An der Verladestation wird das Füllrohr 1 bis fast auf den Boden des Tankwagens 2 eingeführt. Die Butanleitung wird an das Füllrohr 1 angeschlossen, und flüssiges Butan strömt durch das Füllrohr 1 in den Tankwagen. Die benötigte Butanmenge ist von mehreren Faktoren abhängig, dem Dampfdruck des Flüssiggases bei der Abfülltemperatur, der Größe des Tankraumes und der oberen Explosionsgrenze des Kohlenwasserstoffdampf-Luft-Gemisches, die beispielsweise bei Butan bei einer Konzentration von 8,5 Volumprozent liegt. Aus Sicherheitsgründen dosiert man die Menge des Flüssiggases so, daß die obere Explosionsgrenze mit Sicherheit überschritten wird, so daß selbst beim Einströmen von Luft während des Füllvorganges die Kohlenwasserstoffdampfkonzentration nicht unter die obere Explosionsgrenze gedrückt wird. Bei einem Tankwagen mit einem Fassungsvermögen von 30 m^s werden beispielsweise 38 kg Butan eingefüllt. Liegt die Abfülltemperatur über dem Siedepunkt des Butans (—0,5°C), verdampft die gesamte Butanmenge, und der Tankwagen füllt sich mit einem Butandampf-Luft-Gemisch, das 50 Volumprozent Butan enthält. Auch bei Abfülltemperaturen unter dem Siedepunkt des Butans ist der Butandampfdruck so groß, daß bei der angegebenen Butanmenge das sich einstellende Dampf-Luft-Gemisch außerhalb des explosiven Bereiches liegt. Bei tieferen Außentemperaturen werden entsprechend niedrigsiedende Flüssiggase gewählt.
Das Ventil der Butanzuleitung ist mit dem Ventil der Treibstoffzuleitung gekoppelt. Sobald sich das erste nach Zulauf der notwendigen Butanmenge schließt, öffnet sich das zweite, und der Treibstoff strömt durch das Füllrohr 1 in den Tankwagen 2. Ein Öffnen des Ventils der Treibstoffleitung ist ohne vorangegangene Betätigung des Ventils der Butanleitung nicht möglich.

An dem Füllrohr 1 gleitet ein Mantelrohrstück 3, um dessen oberen Teil ein aus Blech bestehender Ringkanal 4 gelegt ist, der oben geschlossen, aber unten mit Öffnungen (Löcher, Schlitze) 5 versehen ist. An diesem Ringkanal 4 sind Auflagearme 6 befestigt, die sich beim Einfahren des Füllrohres 1 in das Tankinnere 2 auf den Domflansch 7 auflegen. Der Ringkanal 4 mit seinen nach dem Tankinnern 2 gerichteten öffnungen 5 liegt dabei direkt über der Füllöffnung des Tanks 2. Eine an der unteren Außenkante des Ringkanals 4 angebrachte Plastikmanschette 8 gestattet es, auch sehr große Füllöffnungen, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Ringkanals, während des Füllvorganges abzudecken. Eine Rohrleitung 9 verbindet den Ringkanal 4 mit einem Ventilator 10, der sich automatisch einschaltet, wenn die Ventile an den Zuleitungen für Butan und Treibstoff geöffnet werden. Damit wird das aus Luft, Butandampf und Treibstoffdampf bestehende Gasgemisch aus dem Innern des Tankwagens in den Ringkanal 4 gesaugt und gelangt von dort über Rohrleitungen in eine Anlage bekannter Art, wo die im Gemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffe abgeschieden und zurückgewonnen werden. Im wesentlichen wird es sich dabei um Butandämpfe handeln, da beim Einfüllen und dem dabei auftretenden Verdampfen des Butans die Tankwagenwände so weit gekühlt werden, daß bei der anschließenden Treibstoffüllung die Temperatur so weit gesunken ist, daß nur wenig Treibstoff während des Füllvorganges verdampft, die Rückgewinnungsanlage also kaum mit diesem Kohlenwasserstoffanteil belastet wird.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum explosionssicheren und schnellen Füllen von Tankwagen mit Treibstoffen, deren Siedebereich über demjenigen des Benzins liegt, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Füllvorganges in den Tankraum Flüssiggas eingebracht wird, bei dessen spontaner Verdampfung die Konzentration der Brenngaskomponente in dem sich bildenden Dampf-Luft-Gemisch über die obere Explosionsgrenze erhöht und dadurch ein nicht mehr zündfähiges Gemisch im Tankraum oberhalb des Flüssigkeitspiegels gebildet wird, welches entsprechend dem Anstieg des anschließend eingefüllten Treibstoffes abgesaugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssiggas in Abhängigkeit vom Tankvolumen in einer solchen Menge eingebracht wird, daß in dem sich bildenden Flüssiggas-Luft-Gemisch die Konzentration der Kohlenwasser- ao stoffdämpfe 30 bis 50 Volumprozent beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem abgesaugten Kohlenwasserstoff-Luft-Gemisch die Kohlenwasserstoffe in bekannter Weise abgetrennt und wiedergewonnen as werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus dem Füllrohr (1), einem Mantelrohrstück (3) mit daran befestigtem, in seinem Boden mit Öffnungen (5) versehenem Ringkanal (4) sowie einer Absaugvorrichtung besteht, die gebildet wird aus einer mit dem Ringkanal (4) verbundenen Rohrleitung (9) und einem Ventilator (10).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllrohr (1) sowohl zum Einfüllen von Flüssiggas als auch von Treibstoff dient und daß das Ventil der Treibstoffzuleitung derart mit dem Ventil der Flüssiggasleitung gekoppelt ist, daß es erst nach dem Einfüllen der erforderlichen Flüssiggasmenge geöffnet werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrand des Ringkanals (4) eine Plastikmanschette (8) befestigt ist zur Abdeckung von Füllöffnungen am Tankwagen (2), deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Ringkanals (4) ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 75 977.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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