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Behandlung der Benzindämpfe auf Tankstellen.Treatment of gasoline vapors at petrol stations.
Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Vorsorge gegen schäd¬ liche Umwelteinwirkungen auf Tankstellen, die mit Einrichtungen zur Gasrückführung betrieben werden. Die Erfindung betrifft speziell ein Verfahren und die Vorrichtung zur meßtechnischen Erfassung und Kontrolle der anfallenden überschüssigen Gasmengen. Weiter wird die meßtechnische Erfassung der Daten durch das zugehörige physikalische Berechnungsverfahren ergänzt.The invention relates to a method for precautionary measures against harmful environmental effects on petrol stations which are operated with devices for gas recirculation. The invention relates in particular to a method and the device for measuring and monitoring the excess gas quantities. Furthermore, the metrological acquisition of the data is supplemented by the associated physical calculation method.
Moderne Tankstellen müssen zum Schütze der Allgemeinheit mit Einrichtungen zur Gasrückführung betrieben werden. Die Zeit für das Tanken mit Gasrückführung nimmt bei Tankstellen mit üblichen Umsätzen nur ca l h/Tag ein und die Nachlieferung von Kraftstoff erfolgt entsprechend nur alle paar Tage. Die restliche Zeit des Tages von 23 h ist die Tankstelle entweder betriebsbereit oder für bestimmte Zeiten z.B. über Nacht geschlossen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden auch die überschüssigen Gasmengen, welche in der restlichen Zeit von 95 % des Zeitraumes anfallen, berücksichtigt.In order to protect the general public, modern petrol stations must be operated with facilities for gas recirculation. The time for refueling with gas recirculation only takes about 1 hour per day at petrol stations with normal sales, and fuel is only replenished every few days. For the rest of the day from 23 h the petrol station is either ready for operation or for certain times e.g. closed overnight. In the context of the present invention, the excess amounts of gas which occur in the remaining time of 95% of the period are also taken into account.
Die Erfindung ermöglicht eine fortlaufende Kontrolle des Betriebs einer Tankstelle und der möglichen überschüssigen Gasmengen, die aus dem Erdtank als schädliche Umwelteinwirkung entweichen können. Als meßbare Größe hierfür wird der Druckverlauf im Erdtank verwendet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also der Druck im Erdtank gemessen.The invention enables continuous monitoring of the operation of a petrol station and the possible excess amounts of gas that can escape from the underground tank as a harmful environmental impact. The pressure curve in the underground tank is used as a measurable variable for this. With the device according to the invention, the pressure in the underground tank is measured.
Mit dem Meßverfahren wurde inzwischen an verschiedenenThe measuring method has meanwhile been used in various
Tankstellen mit Einrichtungen zur Gasrückführung gemessen. InGas stations measured with gas recirculation devices. In
Fig. l ist das Ergebnis als Druckverlauf im Erdtank über derFig. L is the result as a pressure curve in the underground tank above
Zeit und bei verschiedenen Betriebszuständen aufgetragen. DieTime and applied in different operating conditions. The
Druckaufzeichnungen beginnen dabei einheitlich nach 4,5 MinutenPrint recordings start consistently after 4.5 minutes
-4-
und reichen bis zur 9 ten Minute. Die Messung erfolgte mittels-4- and last up to the 9th minute. The measurement was made using
U-Rohr oder Schräg-Rohr Manometer im Freiraum des Bodentank.U-tube or inclined-tube manometer in the free space of the floor tank.
Die 3 oberen Druckkurven stammen von einer Tankstelle mit zentraler Vakuum-Pumpe zur Gasrückführung.The 3 upper pressure curves come from a gas station with a central vacuum pump for gas recirculation.
Kurve A, zeigt den Einfluß eines Tankvorganges ab der Minute 6,Curve A, shows the influence of a refueling process from minute 6,
Kurve B, zeigt den Druckanstieg im Erdtank in der Pause zwischenCurve B shows the pressure increase in the underground tank during the break between
2 Tankvorgängen,2 refueling processes
Kurve C, zeigt den Einfluß einer Betankung von 2 Pkw gleichzeitig, ebenfalls ab der Minute 6 für die Dauer von 30 sek.Curve C shows the influence of refueling 2 cars at the same time, also from minute 6 for a period of 30 seconds.
Die untere Kurve D gehört zu einer anderen Tankstelle mit einer dezentralen Pumpe, die im Gegensatz zur zentralen Pumpe nicht kontinuierlich, sondern nur während des Tankvorganges arbeitet.The lower curve D belongs to another petrol station with a decentralized pump which, in contrast to the central pump, does not work continuously, but only during the refueling process.
Bei einem idealen Tankvorgang mit Gasrückführung wird das aus dem Erdtank entnommene Benzinvolumen gerade durch das zurückgeführte Gasvolumen ersetzt. Hierbei spricht man von einerIn an ideal refueling process with gas recirculation, the volume of petrol taken from the underground tank is currently being replaced by the volume of gas returned. This is called a
100 % -Gasrückführung. Für diesen Tankvorgang bleibt der Druck im Erdtank konstant oder die Druckänderung ist gleich 0.100% gas recirculation. For this refueling process, the pressure in the underground tank remains constant or the change in pressure is 0.
Speziell unter Berücksichtigung der in Deutschland gültigenEspecially taking into account the valid in Germany
Gesetze kann dieser Tankvorgang als ideal bezeichnet werden.By law, this fueling process can be described as ideal.
Die Druckmessungen entsprechend Kurve A über den Tankvorgang vonThe pressure measurements according to curve A over the refueling process from
1,25 Minuten zeigen also, daß aufgrund des Druckabfalles das zurückgeführte Gasvolumen kleiner als die getankte Menge ist, also zu klein ist.So 1.25 minutes show that due to the drop in pressure, the returned gas volume is smaller than the tanked amount, ie it is too small.
Der Druckverlauf unter Kurve C fällt bei dem relativ kurzenThe pressure curve under curve C falls with the relatively short one
Betanken von 2 Pkw noch steiler und weiter ab. Dies zeigt, daß auch hier die zurückgeführte Gasmenge zu klein ist und daß die notwendige doppelte Saugleistung der zentralen Pumpe für diesenRefuel 2 cars even steeper and further. This shows that here too the amount of gas returned is too small and that the necessary double suction power of the central pump for this
Betriebsfall nicht verfügbar ist.Operating case is not available.
Kurve B ist die charakteristische Druckzunahme im Erdtank, die u.a. durch den kontinuierlichen Betrieb der zentralenCurve B is the characteristic pressure increase in the underground tank, which among other things through the continuous operation of the central
Vakuumpumpe im Erdtank entsteht. Bei dem vorhandenenVacuum pump in the underground tank is created. With the existing one
Freiraumvolumen im Erdtank von 13,5 m3 errechnet sich nach der unten aufgeführten Gleichung (6) eine Volumenzunahme von ca 430Free space volume in the underground tank of 13.5 m3 is calculated according to equation (6) below, an increase in volume of approx. 430
1/h.1 / h.
Demgegenüber ist der Verlauf der Kurve D für diskontinuierlichenIn contrast, the course of curve D is discontinuous
Pumpenbetrieb wesentlich flacher und entspricht bei einemPump operation much flatter and corresponds to one
Freiraum von 12,9 m3 nur einer Volumenzunahme von 60 1/h.
Die durchgeführten Messungen zeigen also, daß selbst bei modernen Anlagen infolge der Gasrückführung beim Tanken völlig unkontrolliert schädliche Umwelteinwirkungen zu verschiedenen Zeiten entstehen:Free space of 12.9 m3 only an increase in volume of 60 1 / h. The measurements carried out show that even in modern systems, the gas recirculation during refueling leads to completely uncontrolled harmful environmental effects at different times:
- ährend des Tanken wird viel zuwenig Gas aus dem Pkw abgesaugt, sodaß der Tankkunde den schädlichen Gasen ausgesetzt ist.- During refueling, far too little gas is sucked out of the car, so that the tank customer is exposed to the harmful gases.
- Während der übrigen Zeit ist in dem Erdtank ein großes überschüssiges Volumen, das über das Ventil in der Entlüftungsleitung in die Atmosphäre entweicht und an der Grundstücksgrenze die Nachbarschaft belastet.- During the rest of the time there is a large excess volume in the underground tank, which escapes into the atmosphere via the valve in the ventilation line and pollutes the neighborhood at the property boundary.
- Vor einer Benzin-lieferung muß der Tankwart den Füllstand im Erdtank kontrollieren und den Anschlußstutzen für die Benzinleitung öffnen. Beide Male baut sich über die Öffnung der Druck im Bodentank ab und der Bedienungsmann steht in einem gesundheits-schädlichen Gasstrom, der mit über 20 m/s ihm ins Gesicht bläst.- Before delivering petrol, the petrol station attendant must check the level in the underground tank and open the connection for the petrol line. Both times, the pressure in the floor tank is reduced through the opening and the operator is in a gas flow that is harmful to health and blows in his face at over 20 m / s.
Mit der erfindungsgemäßen Druckmessung im Freiraum des Erdtank sollen die Ursachen für diese typischen Nachteile erkannt werden, um die Nachteile bei dem umweltgerechten Betrieb einerWith the pressure measurement according to the invention in the free space of the underground tank, the causes of these typical disadvantages are to be recognized, in order to eliminate the disadvantages in the environmentally compatible operation of a
Tankstelle zu vermeiden.To avoid gas station.
Ein Verfahren zur Begutachtung von Gasrückfü rsystemen ist in dem Forschungsvorhaben Nr 104 08 508 des UmweltbundesamtesA procedure for assessing gas return systems is in research project No. 104 08 508 of the Federal Environment Agency
Berlin beschrieben. Hier stellt der TÜV-Rheinland anhand der oben untersuchten Anlage zur Gasrückführung ein Meßverfahren zurBerlin described. Here, TÜV Rheinland provides a measuring method based on the gas recirculation system examined above
Ermittlung des Rückführwirkungsgrads vor.Determination of the return efficiency before.
Bei diesem Verfahren wir die Emission am Tankstutzen ohne und mit Gasrückführung gemessen. Die Emissionsminderung mitIn this method, the emission at the tank neck is measured with and without gas recirculation. The emission reduction with
Gasrückführung ist eine Maß für die Rückführrate.Gas recirculation is a measure of the recycle rate.
Das Verfahren hat aber die Nachteile, daß der Ermittlung der Rückführrate der Vorzug vor derHowever, the method has the disadvantages that the determination of the return rate is preferred over the
Volumenrate, welche den idealen Tankvorgang beschreibt, gegeben wird, die Meßstelle, durch die Messung am offenen Tankstutzen, außerhalb der Tankstation ist, und meßtechnisch nur Bruchteile der Betriebszeit einer Tankstelle erfaßt werden, die Volumenrate im wirklichen Tankbetrieb als Funktionskontrolle nicht gemessen werden kann undVolume rate, which describes the ideal refueling process, is given, the measuring point, by measuring at the open tank neck, is outside the filling station, and only a fraction of the operating time of a filling station is measured, the volume rate cannot be measured in real tank operation as a function check and
Messungen innerhalb der Tankanlage nicht vorgesehen sind.
Unter der Volumenrate versteht man das Verhältnis: rückgeführtes Gasvolumen/Volumen des getankten Kraftstoff x 100.Measurements within the tank system are not provided. The volume rate is understood as the ratio: returned gas volume / volume of fuel tanked x 100.
Nachdem mit diesem Prüfverfahren des TÜV Rheinland nicht nur die oben beschriebene Anlage zur Gasrückführung, sondern auch alle weiteren System in Deutschland geprüft werden, ist es die Aufgabe der Erfindung nicht nur die Nachteile dieses Prüfverfahrens zu vermeiden, sondern vorallem auch die Folgen daraus, vorallem die unkontrollierten schädlichen Umwelteinwirkungen im praktischen Betrieb zu vermeiden.After not only the above-described system for gas recirculation but also all other systems in Germany are tested with this test method from TÜV Rheinland, it is the task of the invention not only to avoid the disadvantages of this test method, but above all also the consequences thereof, especially the to avoid uncontrolled harmful environmental effects in practical operation.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daßThis object is achieved in that
- der Druck im unterirdischen Tanksystem (Lager Tank) zur Vermeidung eines unkontrollierten Freisetzen von Brüden zeitweise oder permanent gemessen wird,- the pressure in the underground tank system (storage tank) is measured temporarily or permanently to avoid uncontrolled release of vapors,
- die auftretenden, überschüssigen Brüden über eine definierte Öffnung in Austausch mit der Umgebung treten,- the occurring excess vapors exchange with the environment via a defined opening,
- die Betriebsbedingungen im Erdtank im Verlaufe oder beim Wechsel zwischen einer der Stufen 0, l und 2 in Bezug auf den physikalischen Zustand der Tankatmosphäre einander angenähert werden.- The operating conditions in the underground tank are approximated in the course of or when changing between one of the stages 0, 1 and 2 in relation to the physical state of the tank atmosphere.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 1 bis 'Fig. 3 beschrieben.The invention is described below with reference to FIGS. 1 to 1. 3 described.
Fig. 1 ist ein Beispiel für den tatsächlichen Druckverlauf in einer Anlage, die nach den Vorstellungen der deutschen Behörden mit dem Prüfverfahren des TÜV Rheinland geprüft wurde.Fig. 1 is an example of the actual pressure curve in a system that was tested according to the ideas of the German authorities using the test procedure of TÜV Rheinland.
Fig. 2 zeigt die Dampfdruckkurven von 3 Benzinmischungen, welche die Bildung der schädlichen Emissionen auf Tankstellen beeinflussen.2 shows the vapor pressure curves of 3 gasoline mixtures which influence the formation of the harmful emissions at petrol stations.
Die obere Kurve mit dem höchsten Dampfdruck gehört zu einemThe upper curve with the highest vapor pressure belongs to one
Winterkraftstoff.Winter fuel.
Die mittlere Dampfdruckkurve entspricht einem Sommerbenzin.The mean vapor pressure curve corresponds to summer gasoline.
Die untere Dampfdruckkurve gehört zu einem Benzin, aus welchem die Leichtsieder zum Teil ausgedampft sind..Es ist dasThe lower vapor pressure curve belongs to a gasoline, from which the low boilers are partially evaporated. It is that
Restbenzin im leeren Pkw-tank.Residual gasoline in the empty car tank.
Fig. 3 ist die schematische Darstellung der Funktion einer Tankstelle, einschließlich des Tanken mit Gasrückführung (Stufe 2) und der Benzinlieferung mit Gaspendelung (Stufe 1) . In Fig. 3
ist die Vorrichtung zur Durchführung der Messungen schematisch eingetragen.Fig. 3 is a schematic representation of the function of a gas station, including refueling with gas recirculation (stage 2) and gasoline delivery with gas oscillation (stage 1). 3 the device for carrying out the measurements is entered schematically.
Die Tankanlage besteht aus dem Erdtank 11 mit der Entlüftungsleitung 14, die wahlweise mit einem sogenannten Druckvakuumventil 15 als Sicherheitsventil verschlossen ist. Der Tank 11 ist teilweise mit Benzin gefüllt. Über dem Flüssigkeitsspiegel 13 befindet sich der Freiraum mit dem Benzindampf-/Luftgemisch. Die Anschlußleitungen für die Benzinlieferung und die Benzinentnahme werden über den nicht gezeigten Domschacht zugeführt.The tank system consists of the underground tank 11 with the ventilation line 14, which is optionally closed with a so-called pressure vacuum valve 15 as a safety valve. The tank 11 is partially filled with gasoline. The free space with the gasoline vapor / air mixture is located above the liquid level 13. The connecting lines for the petrol delivery and the petrol withdrawal are supplied via the dome shaft, not shown.
Die Benzinentnahme erfolgt über die Benzinpumpe 5 in der Flüssigkeitsleitung 4, die mit der nicht gezeigten Zapfpistole endet. Die Benzinmenge wird in der Zapfsäule gemessen und an der Benzinuhr 6 als (FIR) Durchflußanzeige aufgeschrieben. Die Leitung 3 zur Gasrückführung beginnt an der Zapfpistole und endet in die Sammelleitung 7, die meistens unter der Erde verlegt ist.The gasoline is withdrawn via the gasoline pump 5 in the liquid line 4, which ends with the fuel nozzle, not shown. The amount of gasoline is measured in the petrol pump and written down on the gasoline meter 6 as a (FIR) flow indicator. The line 3 for gas recirculation begins at the fuel nozzle and ends in the collecting line 7, which is usually laid underground.
Bei Aktivsystemen erzeugt eine Gaspumpe 8 in der Gasrückführleitung 3 beim Tanken einen Unterdruck, sodaß das Gasgemisch aus dem Pkwtank angesaugt werden kann. Über ein Drosselventil 9 kann der Druckverlust in der Leitung 3 und damit die Förderleistung der Pumpe 8 eingestellt werden. An die Benzinleitung 3 und die Sammelleitung 7 können mehrere Zapfstellen angeschlossen werden. Der Stutzen 16 zeigt die Möglichkeit mehrere Erdtank miteinander zu verbinden. Der Erdtank 11 hat 3 weitere verschließbare Stutzen, den Stutzen 17 für die gasdichte Aufnahme des Meßstabes und die 2 Rohrstutzen mit den abnehmbaren Deckeln zum vorübergehenden Anschluß der Rohrleitungen für das Benzinabladen mit Gaspendelung.In active systems, a gas pump 8 generates a negative pressure in the gas return line 3 when refueling, so that the gas mixture can be sucked out of the car tank. The pressure drop in line 3 and thus the delivery capacity of pump 8 can be set via a throttle valve 9. Several fueling points can be connected to the gasoline line 3 and the collecting line 7. The nozzle 16 shows the possibility of connecting several underground tanks. The underground tank 11 has 3 further closable connections, the connection 17 for the gas-tight holding of the measuring rod and the 2 pipe connections with the removable covers for the temporary connection of the pipes for gasoline unloading with gas oscillation.
In der Sammelleitung 7 ist ein Stellventil 18 eingebaut, über welches die zurückgeführte Gasmenge (Volumenrate) geregelt werden kann. Der Druck im Freiraum des Erdtank 11 wird als Druckanzeige-kontrolle (PIC) 19 gemessen, z.B. in der Entlüftungsleitung 14. Die Druckmessung und Kontrolle wird später.im Zusammenhang mit den einzelnen Betriebszuständen beschrieben.A control valve 18 is installed in the collecting line 7, by means of which the returned gas quantity (volume rate) can be regulated. The pressure in the free space of the underground tank 11 is measured as a pressure display control (PIC) 19, e.g. in the vent line 14. The pressure measurement and control will be described later in connection with the individual operating states.
Bei der Benzinentnahme, dem Tanken, ist der Fahrzeugtank 10 über die Zapfpistole mit der Tankstelle verbunden.When petrol is withdrawn, refueling, the vehicle tank 10 is connected to the petrol station via the fuel nozzle.
• ' S-
Die Leitung 20 an der lösbaren Verbindung zwischen dem Tank 10 und der Leitung 3 symbolisiert den Gasaustausch im Bereich des Tankstutzen 21 mit der Umgebung. • 'S- The line 20 on the detachable connection between the tank 10 and the line 3 symbolizes the gas exchange in the area of the tank nozzle 21 with the environment.
Bei der Installation von Aktivsystemen, gekennzeichnet durch den Index (a) ist eine Pumpe 8 zur Erzeugung eines Unterdruckes in die Leitung 3 installiert. In diesem Fall kann über die Leitung 20 sowohl zuwenig abgesaugtes Gas entweichen, als auch Frischluft zusätzlich angesaugt werden.When installing active systems, characterized by the index (a), a pump 8 is installed in line 3 to generate a negative pressure. In this case, not enough extracted gas can escape via line 20, and fresh air can also be drawn in additionally.
Bei der Installation von Passivsystemen, gekennzeichnet durch den Index (p) , soll mittels einer nicht gezeigten Dichtmanschette zwischen der Leitung 3 und dem Tankstutzen 21 eine Abdichtung erzeugt werden, um beim Einfüllen von Benzin den Gasanteil aus dem Tank 10 in den Erdtank 11 zu verdrängen. Besonders bei Tankbeginn kann es jedoch infolge von Volumenspitzen zu einem erheblichen Druckanstieg und zu einem Freisetzen von benzinhaltigen Dämpfen über die symbolisierte Leitung 20, d.h. die nicht gezeigte Dichtstelle kommen. Zur Anlieferung von Kraftstoff ist der Tank 12 des Tanklastwagen (Tkw) über die Leitung 22 für Flüssigkeit und die Leitung 23 für die benzinhaltige Luft mit dem Erdtank 11 verbunden. Der Tank 12 ist normalerweise als Koffertank ausgeführt und nur für einen Betrieb bei Atmosphärendruck geeignet. Über die Druckabsicherung 24 ist gewährleistet, daß entstehende Über- oder Unterdrücke ohne Schaden für den Tank mit der Umgebung ausgeglichen werden. Jeweils zum Ende des Tanken und am Ende der Benzinlieferungen werden die Verbindungen zur Umgebung, in der Zapfpistole und die Stutzen im Domschacht geschlossen.When installing passive systems, characterized by the index (p), a seal is to be created between the line 3 and the tank neck 21 by means of a sealing collar (not shown) in order to displace the gas portion from the tank 10 into the underground tank 11 when filling with gasoline . Particularly at the beginning of the tank, however, due to volume peaks, there can be a considerable increase in pressure and a release of gasoline-containing vapors via the symbolized line 20, i.e. the sealing point not shown come. To deliver fuel, the tank 12 of the tank truck (Tkw) is connected to the underground tank 11 via the line 22 for liquid and the line 23 for the gas-containing air. The tank 12 is normally designed as a case tank and is only suitable for operation at atmospheric pressure. The pressure safety device 24 ensures that any overpressures or underpressures that occur are compensated for with the surroundings without damage to the tank. At the end of refueling and at the end of gasoline deliveries, the connections to the surroundings, in the fuel nozzle and the nozzles in the cathedral shaft are closed.
Während bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren über die gesamte Betriebszeit eine Erfassung der typischen Betriebsdaten möglich ist, so wird mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik nur eine Beurteilung über den kurzen Zeitraum eines Tankvorganges also insgesamt etwa 5 % der totalen zeit möglich. In der Praxis wird dieser Betriebszustand nämlich das Tanken mit Gasrückführung als Stufe 2 bezeichnet. Die Benzinlieferung mit Gasrückführung in den Tanklastzug wird als Stufe l bezeichnet und beansprucht zeitlich etwa 1/10 der Stufe 2 also 0,5 %. Die Betriebsbedingungen auf einer Tankstelle im restlichen Teil eines 24 Stunden-tages wird im folgenden als Stufe 0 bezeichnet. Wie bei den Messungen in Fig. l festgestellt wurde, unterliegt
eine Tankanlage in diesem Zeitraum erheblichen Druckschwan¬ kungen, welche zu schädlichen Umwelteinwirkungen führen können. Die Benzindämpfe aus dem Fahrzeug enthalten nämlich bei einer 80 %-igen Sättigung und 40 °C und 5 vol. % Benzol im Restbenzin ca 30 g Benzol/m3. Der zulässige TRK-Wert (technische Richtkonzen¬ tration) für das krebserzeugende Benzol ist aber nur 15 mg/m3. Bei typischen Sommerbedingungen sind bei gleicher Sättigung und 20 °C in den Dämpfen 700 g/m3 Benzinanteile enthalten. Der zulässige MAK-Wert (max. Arbeitsplatzkonz.) für die Dämpfe der Benzinanteile beträgt aber 0,3 - 2 g/m3 bei n-Paraffinen. Neben dieser direkten Gefahr für den Menschen tragen diese Dämpfe in hohem Maße an der Smog- und Ozonbildung bei.While in the measuring method according to the invention the typical operating data can be recorded over the entire operating time, the method according to the prior art only allows an assessment over the short period of time of a refueling operation, that is to say a total of approximately 5% of the total time. In practice, this operating state is called refueling with gas recirculation as stage 2. The delivery of gasoline with gas recirculation to the tanker truck is referred to as level 1 and takes about 1/10 of level 2, i.e. 0.5%. The operating conditions at a petrol station in the remaining part of a 24-hour day are referred to below as level 0. As was determined in the measurements in FIG a tank system during this period considerable pressure fluctuations, which can lead to harmful environmental effects. The gasoline vapors from the vehicle contain namely at 80% saturation and 40 ° C and 5 vol. % Benzene in the remaining gasoline approx. 30 g benzene / m3. The permissible TRK value (technical standard concentration) for the carcinogenic benzene is only 15 mg / m3. In typical summer conditions, with the same saturation and 20 ° C, the vapors contain 700 g / m3 of petrol. The permissible MAK value (max. Workplace conc.) For the vapors of the petrol components is 0.3 - 2 g / m3 for n-paraffins. In addition to this direct danger to humans, these vapors contribute greatly to the formation of smog and ozone.
Die Erfindung wird im folgenden unter der Berücksichtigung der 3 unterschiedlichen Betriebsbedingungen für die Stufen 2, l und 0 erläutert.The invention is explained below taking into account the 3 different operating conditions for stages 2, 1 and 0.
Der allgemeine Stand des Wissens zur Bewertung der Emissionen beim Tanken wird von Dr. H. Waldeyer, in "Emissionsverminderung beim Tanken", Verlag TÜV Rheinland, 1990, vorgestellt. Die hier vorgestellten theoretischen und praktischen Untersuchungen wurden ebenfalls im Rahmen eines Forschungsvorhaben des Umweltbundesamtes Berlin unter der Nr.104 08 504 veröffentlicht. Die dort im Anhang aufgeführten empirischen Berechnungsverfahren für die Emissionen beim Tanken haben den Nachteil, daß das heute moderne Motorendesign in den empirischen Berechnungsansätzen noch nicht enthalten sein kann.The general state of knowledge regarding the evaluation of emissions during refueling is described by Dr. H. Waldeyer, in "Emission reduction when refueling", published by TÜV Rheinland, 1990. The theoretical and practical studies presented here were also published as part of a research project by the Federal Environment Agency in Berlin under the number 104 08 504. The empirical calculation methods for emissions from refueling listed in the appendix have the disadvantage that today's modern engine design cannot yet be included in the empirical calculation approaches.
Moderne Fahrzeuge haben nämlich heute wesentlich bessere Motorraumisolierungen, um die Funktion des Abgaskatalysator z.B. beim Kaltstart zu verbessern. Die zunehmende Einführung des Katalysator hat zur Folge, daß das Benzin im Zyklus einer Tankfüllung durch das Umpumpen über die Einspritzpumpe zunehmend an Leichtsiedern verarmt ist. In dem leeren Tank befinden sich also heute wesentlich mehr Luftanteile und weniger Benzindämpfe gegenüber früher mit der inzwischen überholten Technik. Der durch den TÜV durchgeführten Bewertung von Emissionen beim Tanken.ist heute bereits die Basis für die theoretischen Grundlagen entzogen.Modern vehicles today have much better engine compartment insulation in order to function as an exhaust gas catalytic converter e.g. improve on cold start. The increasing introduction of the catalyst has the consequence that the gasoline in the cycle of a tank filling is increasingly depleted of low boilers by pumping over the injection pump. So today there are significantly more air components and less gasoline vapors in the empty tank than in the past with the now outdated technology. The basis for the theoretical basis has already been withdrawn from the assessment of emissions when refueling carried out by the TÜV.
Es kommt hinzu, daß bei der Einführung der Stufe 2 gleichzeitig die Verbreitung der Katalysator-fahrzeuge in den betroffenen Regionen schon fortgeschritten sein wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung diesen Nachteil für den zukünftigen Betrieb der Stufe 2 vorallem für die TÜV- geprüften Anlagen zu vermeiden.In addition, the introduction of stage 2 will mean that the spread of catalytic converters in the affected regions will have progressed. It is a further object of the invention to avoid this disadvantage for the future operation of stage 2, especially for the TÜV-tested systems.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruch 3 dadurch gelöst, daß zur Berechnung der entstehenden Brüden für die Stufe 2This object is achieved in accordance with the features of claim 3 in that for the calculation of the vapors formed for stage 2
- die gasseitige Volumenentwicklung des durch das eingefüllte Benzin verdrängten Gasvolumen,- the gas-side volume development of the gas volume displaced by the filled gasoline,
- ausgehend von einem Zustand l und einer GasZusammensetzung in dem leeren Tank über dem Restbenzin,- starting from a condition 1 and a gas composition in the empty tank above the remaining gasoline,
- bei einem Zustand 2 und nach der Sättigung über dem Benzin im Lagertank, berücksichtigt wird.- in a condition 2 and after saturation above the gasoline in the storage tank, is taken into account.
In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß das Fahrzeug vollgetankt wird. Bei einer physikalischen Betrachtung wird die Entwicklung des Volumens der inerten Luftanteile im leeren Pkwtank und über dem an Leichtsieder armen Benzin (untere Kurve in Fig. 2) , bei einer bestimmten Sättigung über dem frischen Kraftstoff, der mehr Leichtsieder enthält, verfolgt. Es wird also zunächst die wirkliche Volumenbildung beschrieben, welche gemäß der Erfindung überwacht wird.In this case it is assumed that the vehicle is filled up with fuel. From a physical point of view, the development of the volume of the inert air components in the empty car tank and above the gasoline low in low boilers (lower curve in FIG. 2) is followed, with a certain saturation, over the fresh fuel which contains more low boilers. The actual volume formation, which is monitored according to the invention, is therefore first described.
Diese Volumenentwicklung unterliegt den allgemeinen Gesetzen des Stoffaustausches aus der physikalischen Chemie. Für die unterschiedlichen Gasgemische gilt das Geset:: von DALTON. Da diese physikalisch definierbaren Volumenberechnungen eine Voraussetzung für den Nachweis von schädlichen Umweltein¬ wirkungen sind und diese speziell nach dem Stand des Wissens bei der Betrachtung bisher nicht berücksichtigt werden, wird im folgenden zunächst die physikalische Grundlage für die Berechnung näher dargestellt.This volume development is subject to the general laws of mass transfer from physical chemistry. The Geset :: from DALTON applies to the different gas mixtures. Since these physically definable volume calculations are a prerequisite for the detection of harmful environmental effects and these have not been taken into account in the consideration up to now, especially according to the current state of knowledge, the physical basis for the calculation is first described in more detail below.
Hierzu wird der zu füllende Tank 10 jeweils mit dem Index l und der Tank 11 mit der Kraftstoffentnähme oder der Gaszufuhr mit dem Index 2 bezeichnet.For this purpose, the tank 10 to be filled is designated with the index 1 and the tank 11 with the fuel extraction or the gas supply with the index 2.
Bei Tankbeginn oder vor Herstellung der Verbindung zwischen dem leeren Tank 10 und dem Lagertank 11 besteht über den Spiegeln der Flüssigkeit Atmosphärendruck. Über der Flüssigkeit ist ein Gemisch aus Luft und Benzindämpfen, wobei die Luftanteile gegenüber den kondensierbaren Dämpfen als inert zu bezeichnen sind. Der zusätzlich in der Luft enthaltene Wasserdampf ist gering und wird bei der folgenden Betrachtung nicht berücksichtigt. _,g—
Die Stoffaustauschvorgänge im Verlaufe des Tankvorganges und ihr Einfluß auf das Volumen in den einzelnen Tankkammern 10 und 11 unterliegen also den Gesetzen der allgemeinen Gasgleichung und dem Gesetz nach DALTON. Nach dem Gedanken der Erfindung ist also festzustellen, welchen Raum oder welches Volumen die Inerten aus dem Tank 10 über dem Benzingemisch aus dem Tank 11 einnehmen. Die allgemeine Gasgleichung lautet wie folgt:At the beginning of the tank or before the connection between the empty tank 10 and the storage tank 11 is established, atmospheric pressure exists above the levels of the liquid. Above the liquid there is a mixture of air and gasoline vapors, the air fractions being inert to the condensable vapors. The additional water vapor contained in the air is low and is not taken into account in the following consideration. _ , g— The mass transfer processes during the refueling process and their influence on the volume in the individual tank chambers 10 and 11 are therefore subject to the laws of the general gas equation and the law according to DALTON. According to the idea of the invention, it should therefore be determined which space or volume the inerts from the tank 10 occupy above the gasoline mixture from the tank 11. The general gas equation is as follows:
p * V = m * R * T ; oder m * R = p * V / T ;p * V = m * R * T; or m * R = p * V / T;
Die obigen Gleichungen gelten für das Gasgemisch und nach DALTON auch für die einzelnen Komponenten mit den entsprechenden Partialdrücken.The above equations apply to the gas mixture and, according to DALTON, also to the individual components with the corresponding partial pressures.
Bezogen auf die Inerten im Tank l gilt also:Based on the inertness in tank 1, the following therefore applies:
m(iι) * R(ii) = p(ii) * V(ii) / T(ii) ; undm (iι) * R (ii) = p (ii) * V (ii) / T (ii); and
bezogen auf den Tank 2 gilt entsprechend:in relation to tank 2, the following applies accordingly:
m(i2) * R(i2) = p(i2) * V(i2) / T(i2) ;m (i2) * R (i2) = p (i2) * V (i2) / T (i2);
Da die Menge der Inerten sich definitionsgemäß über den Tank¬ vorgang nicht verändert, ist auch das Produkt von mi * Ri konstant. Somit gilt für die Volumenentwicklung die folgende Gleichung:Since, by definition, the amount of the inert does not change during the tank process, the product of mi * Ri is also constant. The following equation applies to volume development:
V(2) = V(l) * p(il)/p(i2) * T(i2)/T(il) ,* (1)V (2) = V (l) * p (il) / p (i2) * T (i2) / T (il), * (1)
Ti ist die Temperatur im Tank l in Kelvin, T2 ist die Temperatur im Tank 2. Je nach der Art des Betankungsvorganges, mit einem kalten oder warmen Fahrzeug, sind die Temperaturen nur gering unterschiedlich.Ti is the temperature in tank 1 in Kelvin, T2 is the temperature in tank 2. Depending on the type of refueling process, with a cold or warm vehicle, the temperatures are only slightly different.
Die Partialdrücke p(iι) und p(i2) sind die Drücke der Inerten imThe partial pressures p (iι) and p (i2) are the pressures of the inerts in
Tank 1 und Tank 2.Tank 1 and Tank 2.
Das Volumen Vi entspricht bei einem Auffüllen des Tank 1 dem getankten Flüssigkeitsvolumen.The volume Vi corresponds to the tanked liquid volume when filling the tank 1.
Da sich über dem Benzin mehrheitlich nur Luftanteile und Benzinanteile befinden, gilt nach DALTON folgende Gleichung:Since the majority of gasoline contains only air and gasoline components, the following equation applies according to DALTON:
-5-
p (i) = p (gesamt) - P (Benzin) ; (2 )-5- p (i) = p (total) - P (gasoline); (2)
Bei Kenntnis der Partialdrύcke über den Flüssigkeiten können also die Partialdrücke p(i) der Inerten nach Gleichung (2) berechnet werden.If the partial pressures above the liquids are known, the partial pressures p (i) of the inerts can be calculated according to equation (2).
Gleichung (2) zeigt weiter, daß, wenn die Partialdrücke des Benzines sich ändern, auch die Partialdrücke der Inerten p(i) sich entsprechend ändern werden. Der Gesamtdruck p(g) bleibt bei den üblichen Betriebsbedingungen konstant, nämlich ca. l bar bis l atm je nach Aufstellungsort der Tankanlage und den momentanen Wetterbedingungen.Equation (2) further shows that if the partial pressures of the gasoline change, the partial pressures of the inert p (i) will change accordingly. The total pressure p (g) remains constant under the usual operating conditions, namely approx. 1 bar to 1 atm depending on the location of the tank system and the current weather conditions.
Entsprechend dem Gedanken der Erfindung ergibt sich also durch die betriebsbedingte Verdunstung der Leichtsieder im Tank 10 ein erhöhter Partialdruck p(i) der Inerten. Somit entsteht nach Gleichung (l) und für die Stufe 2 eine Volumenzunahme bei der Gasrückführung.In accordance with the concept of the invention, the operational evaporation of the low boilers in the tank 10 results in an increased partial pressure p (i) of the inerts. Thus, according to equation (l) and for stage 2, there is an increase in volume in the gas recirculation.
Das erfindungsgemäße Berechnungsverfahren hat also gegenüber der empirischen Methode den Vorteil, daß die mögliche Umwelteinwirkung bei der Betankung moderner Fahrzeuge gemäß der Stufe 2 infolge der Volumenzunahme rechnerisch ermittelt werden kann.The calculation method according to the invention thus has the advantage over the empirical method that the possible environmental impact during the refueling of modern vehicles according to stage 2 can be determined mathematically as a result of the increase in volume.
Die meßtechnische Bestimmung des idealen Tankvorganges mit 100 % Gasrückführung (Volumenrate) durch die Druckmessung hat den Vorteil, daß jede Gasrückführung einer beliebigen Betankung eindeutig definierbar ist. Das überschüssige Gasvolumen wird am Tankstutzen des Pkw entweichen, so wie es auch ohne die Gasrückführung üblich ist. Demgegenüber würde mit einem Prüfverfahren nach dem Stand der Technik unter diesen, für eine Gasrückführung idealen Bedingungen, nur eine unzureichende Emissionsverminderung festgestellt.The metrological determination of the ideal fueling process with 100% gas recirculation (volume rate) by pressure measurement has the advantage that each gas recirculation of any refueling can be clearly defined. The excess gas volume will escape at the tank neck of the car, as is also the case without gas recirculation. In contrast, an inadequate emission reduction would be determined with a test method according to the prior art under these conditions, which are ideal for gas recirculation.
Im Rahmen der stufe 2 tritt das zurückgeführte kleine Gasvolumen in den großen Freiraum des Tankes 11 von einigen cbm (m3) . Infolge der Vermischung erfolgt die Sättigung sehr langsam. Die AufSättigung wird im Rahmen der Druckmessung in dem abgeschlos¬ senen System der Stufe 0 als Druckanstieg festgestellt. Das überschüssige Volumen, das sich im Verlaufe der Stufe 2 bildet, entsteht durch die Änderung der Zusammensetzung des Kraftstoff und die Steigerung des Dampfdruckes bei der Zufuhr von frischem Kraftstoff in den Tank 10. Hierdurch dampfen
spontan Leichtsieder aus und bewirken die Vergrößerung des Volumen, während aufgrund der Veröffentlichungen des TÜV eine rechnerische Kontrolle der überschüssigen Volumen nicht möglich ist, so kann gemäß Gleichung (1) die Volumenentwicklung berechnet werden. Die Partialdrücke im Tank 11 können bei Kenntnis der Benzinzusammensetzung ermittelt werden, im Tank 10 hängen sie aber von dem zurückliegenden Fahrbetrieb ab. Ein einfacher Weg zur Ermittlung des Zustandes im Tank 10 ist eine Gasanalyse, vorallem über die Bestimmung von Sauerstoff (02) . Innerhalb von Sekunden kann mit den Analyserδhrchen der Fa. Dräger der Sauerstoffgehalt ermittelt werden. Aufgrund des Sauerstόffanteiles ist auch der entsprechende Luftanteil bekannt. Dieser Luftanteil kann in Volumen-% oder Gewicht-% und in m(i) als kg/m3 umgerechnet werden.As part of stage 2, the returned small gas volume enters the large free space of the tank 11 of a few cbm (m3). As a result of the mixing, the saturation takes place very slowly. The saturation is determined in the course of the pressure measurement in the closed system of stage 0 as an increase in pressure. The excess volume that forms in the course of stage 2 arises from the change in the composition of the fuel and the increase in the vapor pressure when fresh fuel is fed into the tank 10. This vaporizes spontaneously low boilers and cause the volume to increase, whereas due to the TÜV publications it is not possible to check the excess volume by calculation, the volume development can be calculated according to equation (1). The partial pressures in the tank 11 can be determined with knowledge of the gasoline composition, but in the tank 10 they depend on the past driving operation. A simple way of determining the state in tank 10 is a gas analysis, above all by determining oxygen (02). The oxygen content can be determined within seconds using the Dräger analysis tubes. Because of the oxygen content, the corresponding air content is also known. This proportion of air can be converted into volume% or weight% and in m (i) as kg / m3.
Unter Verwendung dieser Größe gilt die folgende Gleichung:Using this quantity, the following equation applies:
p(i) = m(i) * R(i) * T(i)/V ; (3)p (i) = m (i) * R (i) * T (i) / V; (3)
Wird das Volumen V = l gesetzt, so kann über eine Sauerstoff- messung der Partialdruck der Inerten bei der Tankkammer 10 und 11 berechnet werden. R(i), die Gaskonstante der Luft, und T(i) sind jeweils bekannt.If the volume V = 1 is set, the partial pressure of the inerts in the tank chambers 10 and 11 can be calculated via an oxygen measurement. R (i), the gas constant of air, and T (i) are both known.
Einer besonderen Bedeutung kommt der Entwicklung des Volumens zur Vorsorge vor schädlichen Umweiteinwirkungen bei einem halben Füllen des Tankes zu. Hier wird einerseits ein Teil des Volumens im Tank 10 verdrängt und in den Tank 11 zurückgefordert. Gleichzeitig ändert sich die Zusammensetzung des Benzin im Tank 10, verbunden mit einem erheblichen Anstieg des Partialdruckes wegen der zugeführten Leichtsieder im Kraftstoff. Andererseits betrifft die rechnerische Volumenzunahme durch den Anstieg des Partialdruck das gesamte Gasvolumen das vor Tankbeginn im Tank 10 vorhanden war. Die Entwicklung des überschüssigen Volumen kommt also derjenigen beim Auffüllen des Tankes gleich, getankt wurde aber nur die halbe Füllung.Of particular importance is the development of the volume to prevent harmful environmental impacts when the tank is half full. Here, on the one hand, part of the volume in the tank 10 is displaced and reclaimed in the tank 11. At the same time, the composition of the gasoline in the tank 10 changes, associated with a considerable increase in the partial pressure due to the low boilers supplied in the fuel. On the other hand, the calculated volume increase due to the increase in partial pressure relates to the total gas volume that was present in tank 10 before the tank started. The development of the excess volume is equivalent to that when filling the tank, but the tank was only filled up to half the volume.
Zur Vorsorge vor schädlichen Umwelteinwirkungen ist also dem Kunden dringend zu empfehlen, jeweils voll zu tanken. Der Verkauf des Benzines über Geldscheinautomaten, z.B. 14 1 für 20,- DM verhindert das umweltfreundlichere Volltanken und hat eine zusätzliche Volumenbildung zur Folge.
Für die Lieferung und das Umfüllen mit Gaspendelung (Stufe l) ist es wichtig, daß am Ende der Stufe 0 kein Überdruck im Bodentank ist. Bei der Kontrolle des Füllstandes oder dem Öffnen der Flanschdeckel würde die Tankatmosphäre herausblasen. Mindestens zu diesem Zeitpunkt muß der Druckausgleich bereits erfolgt sein.As a precaution against harmful environmental effects, it is therefore strongly recommended that the customer refuel fully. Selling the petrol via automated teller machines, e.g. 14 1 for DM 20, prevents the more environmentally friendly refueling and results in additional volume. For delivery and decanting with gas oscillation (level 1) it is important that at the end of level 0 there is no excess pressure in the floor tank. When checking the fill level or opening the flange cover, the tank atmosphere would blow out. At least at this point in time the pressure equalization must already have taken place.
Der Umfüllvorgang der Stufe l unterliegt den gleichen physikalischen Gesetzen und Prozeßdaten wie die Stufe 2, mit dem Unterschied, daß der Liefertank weitgehend geleert wird und das große Volumen des zurückgeführten Gases die Verhältnisse im Liefertank entscheident bestimmt.The level 1 refilling process is subject to the same physical laws and process data as level 2, with the difference that the delivery tank is largely emptied and the large volume of the returned gas decisively determines the conditions in the delivery tank.
Das Verfahren zur Begrenzung der Emissionen beim Umfüllen und Lagern von Ottokraftstoffen ist in der 20. Verordnung zum Bundes-Immissionsschütz Gesetz vom Oktober 1992 der BRD beschrieben. Diese Verordnung regelt unter § 3 das Verfahren zur Gaspendelung und beschreibt das Verfahren derart, daß beim Betrieb kein KraftStoffdampf an die Umgebung abgegeben wird. Die in der Schweiz gültige Luftreinhaiteverordnung (LRV) , ist mit der BRD zum Teil abgestimmt und schreibt ebenfalls für das Umfüllen von Kraftstoffen ein geschlossenes System vor. Beide Verordnungen gehen von einem zurückzuführenden Volumen¬ strom aus, der mit der umgefüllten Benzinmenge identisch ist.The procedure for limiting emissions when refilling and storing petrol is described in the 20th Ordinance of the Federal Immission Control Act of October 1992 in the Federal Republic of Germany. This regulation regulates the procedure for gas exchange under § 3 and describes the procedure in such a way that no fuel vapor is released into the environment during operation. The Air Pollution Control Ordinance (LRV), which is valid in Switzerland, has been partially agreed with the FRG and also prescribes a closed system for the refilling of fuels. Both regulations are based on a volume flow to be returned which is identical to the amount of petrol refilled.
Bei einem derart ausgeführten Füllvorgang werden keine dampfför¬ migen Emissionen freigesetzt. Sollte aber die Lagerung der Flüssigkeiten, also die Stufe 0 oder der Kraftstofftransport im Tkw, normal bei Atmosphärendruck erfolgen, so ist der Umfüllvorgang erst dann abgeschlossen, wenn der Druck- und Volumenausgleich mit der Umgebung hergestellt ist.No vapor emissions are released in a filling process carried out in this way. However, if the storage of the liquids, i.e. level 0 or the fuel transport in the truck, takes place normally at atmospheric pressure, the refilling process is only completed when the pressure and volume balance with the environment has been established.
Die bekannten Systeme zum Umfüllen der Flüssigkeiten haben also den Nachteil, daßThe known systems for decanting the liquids therefore have the disadvantage that
- sie die beim. Umfüllen gegebene Druck- und Volumenänderung nicht berücksichtigen,- they at the. Do not take into account the change in pressure and volume,
- und den Ausgleich der Gasseite mit der Umgebung unkontrol¬ liert beim Öffnen der Verbindungsleitungen herstellen.
Bei einem Überdruck, steht also der Bedienungsmann beim Lösen der Verbindungsleitung in dem austretenden, schädlichen und explosiven Volumenstrom. Hier werden einerseits die zulässigen Arbeitsplatzkonzentrationen für die Dämpfe von Benzin und Benzol um ein vielfaches überschritten. Benzin und Benzol können sogar als Aerosol vorliegen. Andererseits kann sich das Volumen im Bereich des Tankkraft-wagen (Tkw) ausbreiten und beim Anfahren sich infolge Funkenbildung entzünden.- and establish the balance of the gas side with the environment in an uncontrolled manner when opening the connecting lines. In the event of overpressure, the operator is in the escaping, harmful and explosive volume flow when loosening the connecting line. On the one hand, the permissible workplace concentrations for the vapors of petrol and benzene are exceeded many times over. Gasoline and benzene can even be present as an aerosol. On the other hand, the volume can spread in the area of the tanker vehicle (Tkw) and ignite when sparking due to spark formation.
Es ist weiter möglich, daß bei einem Druckabbau auf den Ansprechdruck des Sicherheitsventil 15, beim Lösen der Flüssigkeitsleitung 22, der verbliebene Überdruck durch ausspritzendes Benzin abgebaut wird und der Bedienungsmann eine Benzindusche erhält.It is further possible that when the pressure drops to the response pressure of the safety valve 15, when the liquid line 22 is loosened, the remaining excess pressure is released by spouting gasoline and the operator receives a gasoline shower.
Es zeigt sich also bereits in der Praxis, daß mit der obigen Verordnung und noch keine ausreichende Vorsorge gegen schädliche Umwelteinwirkungen erreicht wird.It has already been shown in practice that the above regulation does not yet provide adequate precautionary measures against harmful environmental effects.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile für den Betrieb der Stufe 1 zu vermeiden, den Betriebszustand im gefüllten Tank für die üblichen Lagerbedingungen der Stufe 0 wieder herzustellen und die sich bei einem Umfüllvorgang ergebenden Volumenveränderungen zu berücksichtigen.It is the object of the invention to avoid these disadvantages for the operation of stage 1, to restore the operating state in the filled tank for the usual storage conditions of stage 0 and to take into account the volume changes resulting during a transfer operation.
Diese Aufgabe wird durch die Durchführung des UmfüllVorganges gemäß den Merkmalen des Anspruch 9 gelöst.This object is achieved by carrying out the refilling process in accordance with the features of claim 9.
Bei der Verabschiedung der Verordnung ist der Gesetzgeber davon ausgegangen, daß in dem Restbenzin und der Atmosphäre darüber die gleichen physikalischen Bedingungen gegeben sind, wie in dem Lagertank des Lastzuges.When the regulation was passed, the legislature assumed that the same physical conditions exist in the residual gasoline and in the atmosphere above as in the storage tank of the truck.
In Wirklichkeit ist die Temperatur im Erdtank relativ gleich¬ mäßig und folgt nur langsam den Schwankungen im verlaufe eines Tages. Die Temperatur des frischen Kraftstoff dagegen ist durch die äußeren Bedingungen vorgegeben. Bei der Anlieferung aus der Raffinerie kann die Temperatur bis zu 20 °C. über der im Erdtank liegen. Das gilt auch für die Abladung von Restmengen nach intensiver Sonneneinstrahlung an warmen Tagen. Aus den Dampfdruckkurven der Fig. 2 erkennt man, daß bei einem Temperaturgradient von 20 °C sich auch der Dampfdruck verdoppelt. A -
Das gemäß der obigen Verordnung vorgeschriebene Verfahren hat also den Nachteil, daß es die wirklichen Betriebsbedingungen nicht beachtet und damit die schädlichen zusätzlichen Umwelteinwirkungen nicht berücksichtigt. Als worst case ist hier die erstmalige Lieferung von Winterkraftstoff an einem warmen Herbstnachmittag zu bezeichnen. Die Berücksichtigung dieser Verhältnisse und die physikalische Berechnung erfolgt nach den Merkmalen des Anspruch 10. In den aufgeführten Gleichungen werden die gleichen Bezeichnungen wie in oben verwendet, Index l für den zu füllenden Tank und Index 2 für den Liefertank.In reality, the temperature in the underground tank is relatively uniform and only slowly follows the fluctuations over the course of a day. The temperature of the fresh fuel, however, is determined by the external conditions. When delivered from the refinery, the temperature can reach 20 ° C. over which lie in the underground tank. This also applies to the unloading of residual amounts after intense sun exposure on warm days. It can be seen from the vapor pressure curves in FIG. 2 that the vapor pressure doubles at a temperature gradient of 20.degree. A - The method prescribed in accordance with the above regulation therefore has the disadvantage that it does not take into account the actual operating conditions and thus does not take into account the harmful additional environmental effects. The worst case is the first delivery of winter fuel on a warm autumn afternoon. These conditions and the physical calculation are taken into account in accordance with the features of claim 10. In the equations listed, the same designations as in above are used, index 1 for the tank to be filled and index 2 for the delivery tank.
Da die möglichen überschüssigen Dämpfe bei einem Kontakt für das Bedienungspersonal besonders schädlich sein können, wird auch die mögliche Volumen-und Druckentwicklung im verlaufe der Stufe l näher erläutert. Für den frischen Kraftstoff und den Umfüllvorgang der Stufe l sind die Partialdrücke der Benzinmischungen als bekannt anzunehmen.Since the possible excess vapors can be particularly harmful to the operating personnel in the event of contact, the possible volume and pressure development in the course of stage 1 is also explained in more detail. The partial pressures of the gasoline mixtures are assumed to be known for the fresh fuel and the refilling process of stage 1.
Mit der Vereinfachung, daß der barometrische Gesamtdruck pg = 1 bar ist und unter Einsetzen von pi = pg - pd in die Gleichung (1) gilt Gleichung (4)With the simplification that the total barometric pressure is pg = 1 bar and by inserting pi = pg - pd into equation (1) equation (4) applies
V2 = VI (1 - pdl)/(l - pd2) (T2/TD ; (4)V2 = VI (1 - pdl) / (l - pd2) (T2 / TD; (4)
Die Entwicklung eines Volumens bei einem Umfüllvorgang mit Gasrückführung ist also von den Unterschieden der Dampfdrücke der Flüssigkeiten und den zugehörigen Temperaturen abhängig. Die Gleichung gilt für konstanten Druck oder bei einem offenen System.The development of a volume in a transfer process with gas recirculation therefore depends on the differences in the vapor pressures of the liquids and the associated temperatures. The equation applies to constant pressure or an open system.
Für die Zusammensetzung der Partialdrücke im geschlossenen System oder konstantem Volumen gilt nach DALTON.According to DALTON, the composition of the partial pressures in a closed system or constant volume applies.
pg2 = pi2 + pd2 ;pg2 = pi2 + pd2;
Für den Druck der Inerten (Luft) im Zustand 2 gilt..The following applies to the pressure of the inert gases (air) in state 2 ..
pi2 = pii (T2/T1) ; mit pii = pgi - pdi folgt..pi2 = pii (T2 / T1); with pii = pgi - pdi follows ..
pg2 = (pgi - pdi) (T2/T1) + pd2 ; mit pgi = 1 bar giltpg2 = (pgi - pdi) (T2 / T1) + pd2; with pgi = 1 bar
Gleichung (5) ...
pg2 = ( 1 - pdi) (T2/T1) + pd2 ; ( 5)Equation (5) ... pg2 = (1 - pdi) (T2 / T1) + pd2; (5)
Die Entwicklung des Gesamtdruckes bei einem Umfüllvorgang mit Gasrückführung ist also von den Unterschieden der Dampfdrücke der Flüssigkeiten und den zugehörigen Temperaturen abhängig. Für die grobe Abschätzung der Druckentwicklung bei einem Umfüllvorgang gilt die vereinfachte Gleichung:The development of the total pressure in a decanting process with gas recirculation therefore depends on the differences in the vapor pressures of the liquids and the associated temperatures. The simplified equation applies to the rough estimate of the pressure development during a transfer process:
pg2 = pgi + (pd2 - pdi) ;pg2 = pgi + (pd2 - pdi);
Über die Druckmessung im Erdtank kann also die Druckentwicklung im Verlaufe der Stufe 1 verfolgt werden. Ab einem bestimmtenThe pressure development in the course of stage 1 can thus be tracked via the pressure measurement in the underground tank. From a certain
Zeitpunkt oder einer Druckänderung kann durch öffnen einesTime or a change in pressure can be made by opening one
Ventiles der Druckausgleich mit der Umgebung hergestellt werden.Valves that equalize pressure with the environment are established.
Die erfindungsgemäße Druckmessung und die Verfahrensführung gemäß Anspruch 9 haben also den Vorteil, daß dem Bedienungsmann beim Lösen der Verbindungsleitung nicht mehr die überschüssigenThe pressure measurement according to the invention and the procedure according to claim 9 therefore have the advantage that the operator no longer has excess when loosening the connecting line
Gase oder der Kraf stoff aus der Befüllungsleitung entgegen strömt.Gases or the fuel flows counter to the filling line.
Die Stufe l ist also zeitmäßig erst abgeschlossen, wenn gemäß dem Merkmal des Hauptanspruches der Betriebsdruck mit dem Druck der Stufe 0 und der Stufe 2 wieder übereinstimmt.Stage 1 is therefore only completed in terms of time when, according to the feature of the main claim, the operating pressure matches the pressure of stage 0 and stage 2 again.
Dieser Druckausgleich im Erdtank ist jeweils vor dem Erstellen und vor dem Lösen der Leitungsverbindung für die Stufe 1 einzustellen.This pressure compensation in the underground tank must be set before creating and before disconnecting the line connection for stage 1.
Die Druckkurven in Fig. l zeigen, daß auch im Betrieb der StufeThe pressure curves in Fig. 1 show that even in the operation of the stage
0 also im Ruhezustand durch die Nachverdampfung die Entwicklung eines überschüssigen Volumens zu beobachten ist. Im Rahmen der gesetzlichen Vorsorge vor schädlichen Umwelteinwirkungen ist also zumindest sicherzustellen, daß die überschüssigen Dämpfe kontrolliert entweichen. Hier sei auf die zurückliegenden0 So the development of an excess volume can be observed in the idle state due to the re-evaporation. As part of the legal precaution against harmful environmental effects, it must at least be ensured that the excess vapors escape in a controlled manner. Here are the past
Katastrophen in Luisville, Kentucky und 1992 in Guadalachara verwiesen. Das ungeregelte Sicherheitsventil 15 in derDisasters in Luisville, Kentucky and referred to Guadalachara in 1992. The unregulated safety valve 15 in the
Entlüftungsleitung 14 ermöglicht im Erdtank einen Überdruck bisVent line 14 allows overpressure in the underground tank
250 mm-WS. Im Falle der untersuchten Tankstelle mit zentraler250 mm WS. In the case of the examined petrol station with a central one
Pumpe ist offensichtlich eine Leckage auf der Saugseite in derThere is obviously a leak on the suction side in the pump
Gasruckfuhrleitung. Über diese mögliche Öffnung kann das gesamte überschüssige Volumen, das bei der Stufe 0 im Zeitraum derGas return line. Via this possible opening, the entire excess volume that is at level 0 in the period of
Betriebsruhe über Nacht entsteht, entweichen. Nach denSilence occurs overnight, escape. After the
-ΛS-
Vorstellungen und Prüfungen des Standes der Technik ist diese-ΛS- This is presentations and tests of the state of the art
Pumpe in einem Schacht und dieser an den Abwasserkanal angeschlossen.Pump in a shaft and this connected to the sewer.
Im Rahmen der Vorsorge ist zu bedenken, daß aus 1 cbm Gas (m3) , der aus dem Erdtank in ein Kanalsystem entweicht, bei einerAs part of the precautionary measure, it should be borne in mind that from 1 cbm of gas (m3) escaping from the underground tank into a sewer system, one
Verdünnung mit Luft 25 m3 zündfähige Gase entstehen können. ÜberDilution with air can produce 25 m3 of ignitable gases. about
Tage und Wochen können sich dadurch zündfähige Gemische ansammeln, die zu den oben erwähnten Katastrophen führen.Flammable mixtures can accumulate for days and weeks, leading to the disasters mentioned above.
Das Prüfverfahren nach dem Stand der Technik hat also den technischen Nachteil, daßThe test method according to the prior art therefore has the technical disadvantage that
- die vergleichende Messung der Emissionen am Pkwtank für einen- the comparative measurement of emissions from a car tank for one
Tankvorgang über eine Stunde dauert und die zurückgeführteRefueling takes over an hour and the returned
Gasmenge entweder nicht gemessen wird oder zu wenig beachtet wird. Als Folge daraus entsteht bei der Vorsorge für dieThe amount of gas is either not measured or is neglected. As a result of this arises in the provision for the
Allgemeinheit der große Nachteil, daß die Gefahren infolge der Gasrückführung für die Zeit nach dem Tankvorgang nicht erkannt werden.In general, the great disadvantage that the dangers due to gas recirculation are not recognized for the time after the refueling process.
Diese Nachteile hat das Verfahren nach dem Hauptanspruch nicht:The method according to the main claim does not have these disadvantages:
Die Druckmessung ermöglicht eine Schnellanalyse über denThe pressure measurement enables a quick analysis via the
Tankvorgang mit Gasrückführung.Refueling with gas recirculation.
Sie ermöglicht die Feststellung von schädlichen Betriebszu- ständen bei der Durchführung der Stufe l.It enables the determination of harmful operating conditions when performing level 1.
Sie ermöglicht die Beobachtung der Zustände im Erdtank' während der übrigen Betriebszeit.It enables the monitoring of conditions in the underground tank 'during the remaining operating time.
Erfindungsgemäß kann durch ein Öffnen der Entlüftungsleitung entgegen der staatlichen Verordnung der Volumen-und Druckausgleich mit der Umgebung hergestellt werden. Die erneute Gefährdung einzelner Personengruppen in den Tankstellen mit Gaspendelung wird hierdurch vermindert. Der ideale Tankvorgang und die Bestimmung der idealen Volumenrate (Stufe 2) muß aber durch die Druckmessung bei einem geschlossenen Erdtank ermittelt werden.According to the invention, by opening the ventilation line contrary to the state regulation, the volume and pressure can be equalized with the surroundings. The renewed risk to individual groups of people in the gas stations with gas exchange is thereby reduced. The ideal fueling process and the determination of the ideal volume rate (level 2) must, however, be determined by measuring the pressure with a closed underground tank.
Im folgenden wird deshalb die Installation und Funktion der Meß- und Regeltechnik beschrieben.The installation and function of the measurement and control technology is therefore described below.
Die Entlüftungsleitung 14 des Bodentankes 11 kann erfindungs- gemäß für den Betrieb der Stufe l mit einer freien Öffnung zur Atmosphäre betrieben werden. Bei Verschließen der Öffnung mit einem Sicherheitsventil kann die Druckänderung im Tank 11
gemessen werden. Hierzu dient die Druckmessung 19 (PIC) , ausgeführt als Druckanzeige (PI) oder als Druckanzeige/- kontrolle (PIC) . Die Leitung 25 mit dem Ventil 26 ermöglicht den Druckausgleich des Tankes 11 mit der Umgebung. Bei bestehenden Anlagen kann zur Absicherung des Betriebsper¬ sonal eine Druckanzeige z.B. als U-Rohr Manometer und das Ventil 26 als Handventil ausgeführt werden, das bei Druckunterschieden zur Umgebung geöffnet wird, bevor die Flanschanschlüsse am Tank 11 geöffnet werden.The vent line 14 of the floor tank 11 can be operated according to the invention for the operation of stage 1 with a free opening to the atmosphere. When the opening is closed with a safety valve, the pressure change in the tank 11 be measured. The pressure measurement 19 (PIC) is used for this purpose, implemented as a pressure display (PI) or as a pressure display / control (PIC). The line 25 with the valve 26 enables the pressure equalization of the tank 11 with the environment. In existing systems, in order to protect the operating personnel, a pressure display can be implemented, for example as a U-tube manometer and the valve 26 as a manual valve, which is opened in the event of pressure differences from the environment before the flange connections on the tank 11 are opened.
Die kontinuierliche Messung kann mittels eines Drucktransmitter z.B. der Fa. Rosemount erfolgen. Ein Strom von 4 bis 20 mA (Milliampere) ist das Maß für den Druckunterschied zur Umgebung. Über den Regler 27 kann das Meßsignal verarbeitet werden und das Ventil 26 bei einer Ausführung als Regelventil angesteuert werden.The continuous measurement can be carried out by means of a pressure transmitter e.g. from Rosemount. A current of 4 to 20 mA (milliampere) is the measure for the pressure difference to the environment. The measurement signal can be processed via the controller 27 and the valve 26 can be controlled in one embodiment as a control valve.
Bei einem bestimmten Signal von dem Regler 27 kann der Druckausgleich über die Leitung 25 mit der Atmosphäre hergestellt werden.With a certain signal from the controller 27, the pressure compensation can be established via the line 25 with the atmosphere.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, die mechanische Funktion zu überwachen, über die Druckanzeige (PI) z.B. auf einem Bildschirm als Digitalwert ist es dem Betriebspersonal möglich, die Funktion der Gasrückführung (Stufe 2) fortlaufend zu kontrollieren. Bei der idealen Gasruckführurg bleibt nämlich der Skalenwert über die Dauer des Tankvorganges konstant, also er ändert sich nicht.At the petrol station, the need to monitor the mechanical function is via the pressure display (PI) e.g. On a screen as a digital value, the operating personnel are able to continuously monitor the function of the gas recirculation (level 2). In the ideal gas pressure guide, the scale value remains constant over the duration of the refueling process, i.e. it does not change.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, die Absaugleistung der Pumpe 8 zu kontrollieren. Bei einem Auftreten von überschüssigem Volumen infolge der Gasrückführung der Stufe 2 bildet sich in dem geschlossenen Tank 11 ein Überdruck aus. Dieser Druckanstieg ist eindeutig definierbar. Kleine Druckunterschiede können exakt gemessen werden. Der Druckanstieg ist eine reihe Funktion der zusätzlichen zugeführten Luftanteile und der gegebenen Sättigung des Benzindampf-/Luftgemisches aus dem Tank 10.At the gas station there is a need to control the suction power of the pump 8. If excess volume occurs as a result of the gas recirculation of stage 2, excess pressure forms in the closed tank 11. This increase in pressure can be clearly defined. Small pressure differences can be measured exactly. The pressure rise is a series function of the additional air portions supplied and the given saturation of the gasoline vapor / air mixture from the tank 10.
Für den Druckanstieg in dem geschlossenen Tank 11 bzw für den Partialdruckanteil des überschüssigen Gasgemisch gilt nach DALTON:For the pressure rise in the closed tank 11 or for the partial pressure portion of the excess gas mixture, the following applies according to DALTON:
V * (delta)p = ( mi * Ri + mb * Rb ) T ;
Für die Volumenentwicklung im offenen Tank 11 bzw für das tatsächliche Volumen des überschüssigen Gasgemisch bei Atmosphärendruck gilt nach DALTON:V * (delta) p = (mi * Ri + mb * Rb) T; For the volume development in the open tank 11 or for the actual volume of the excess gas mixture at atmospheric pressure, the following applies according to DALTON:
(delta)V * p = ( mi * Ri + mb * Rb ) T ;(delta) V * p = (mi * Ri + mb * Rb) T;
In beiden Gleichungen ist die rechte Seite identisch, somit gilt für die Umrechnung der Druckdifferenz bei einem geschlossenen System in die Volumenentwicklung eines offenen System:The right-hand side is identical in both equations, so the following applies to the conversion of the pressure difference in a closed system into the volume development of an open system:
(delta)V = V * (delta)p / p ; (6)(delta) V = V * (delta) p / p; (6)
Das Volumen V ist der Freeboard im geschlossenen Tank 11. Die Druckdifferenz (delta)p wird über einen bestimmten Zeitraum gemessen, in welchem eine bekannte Benzinmenge getankt wurde. Der Druck p ist der barometrische Gesamtdruck des Gases. Die gezeigte Abhängigkeit gilt in gleicher Weise für negative Druckänderungen, d.h. für eine unzureichende Gasrückführung. Die errechnete Differenz (deita)V kann in das Verhältnis zu der bei 6 angezeigten KraftStoffmenge gesetzt werden. Der Quotient (delta)V / FIR * 100 ist die Abweichung der Volumenrate von der idealen Volumenrate von 100 %.The volume V is the freeboard in the closed tank 11. The pressure difference (delta) p is measured over a certain period of time in which a known amount of petrol has been filled. The pressure p is the total barometric pressure of the gas. The dependency shown applies in the same way to negative pressure changes, i.e. for insufficient gas recirculation. The calculated difference (deita) V can be related to the amount of fuel indicated at 6. The quotient (delta) V / FIR * 100 is the deviation of the volume rate from the ideal volume rate of 100%.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, wiederkehrend Kontrollen durchzuführen zu lassen. Das durch die Druckmessung einfache Meßverfahren ist speziell für die erstmalige und wiederkehrende Kontrolle der Installation auf den Tankstellen geeignet. Diese Kontrollen werden gemäß der 21. BImschV (Bundesimmissionsschutz Verordnung) notwendig.At the petrol station there is a need to have recurring checks carried out. The measuring procedure, which is simple due to the pressure measurement, is especially suitable for the first-time and recurring control of the installation at the petrol stations. These controls are necessary in accordance with the 21st BImschV (Federal Immission Control Ordinance).
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, die Gasmenge sehr genau im Tank-betrieb einzustellen. Durch die Verwendung dieses einfachen Meßprinzipes ist es möglich, bei der Inbetriebsetzung der Anlage die rückgeführte Gasmenge richtig einzustellen und den Funktionsnachweis gemäß § 6 der Verordnung zu erbringen. Ein ansteigender Druck in der Leitung 14 zeigt, daß eindeutig nicht zu wenig Gas zurückgeführt wird. Ein negativer Druckgradient zu Beginn einer Messung ist demnach ein Hinweis, daß die Emissionen an der Zapfpistole durch eine erhöhte Absaugleistung verringert werden können.At the gas station, there is a need to set the gas quantity very precisely in tank operation. By using this simple measuring principle, it is possible to correctly set the amount of gas returned when starting up the system and to provide functional evidence in accordance with Section 6 of the Ordinance. An increasing pressure in line 14 shows that clearly not too little gas is being returned. A negative pressure gradient at the start of a measurement is therefore an indication that the emissions from the nozzle can be reduced by increasing the suction power.
-λtL --
Die Anpassung der Gasmengen und die einheitliche Einstellung der-λtL - The adjustment of the gas quantities and the uniform setting of the
Volumenmenge ist durch das Stellventil 9 in der Leitung 3 möglich.Volume is possible through the control valve 9 in line 3.
Die Genauigkeit der Druckmessung hängt von dem gewähltenThe accuracy of the pressure measurement depends on the selected one
Meßbereich ab und nach Gleichung (6) von dem Freiraumvolumen V im Tank 11 ab. Die Abweichung des Betriebsdruck in dem Tank 11 von dem Umgebungsdruck kann z.B. den gewünschten kleinenMeasuring range from and according to equation (6) from the free space volume V in the tank 11. The deviation of the operating pressure in the tank 11 from the ambient pressure can e.g. the desired little one
Meßbereich von 2 bis 5 mbar für die Druckmessung überschreiten.Exceed measuring range of 2 to 5 mbar for pressure measurement.
Für diesen Betriebsfall ist ein alternativer Meßaufbau in derFor this type of operation, an alternative measurement setup is in the
Entlüftungsleitung 14 an dem Flansch 28 eingezeichnet.Vent line 14 located on the flange 28.
Als Anschlußflansch in bestehenden Installationen kann auch einer der Flansche im Domschacht für die Gaspendelung der StufeAs a connection flange in existing installations, one of the flanges in the dome shaft can also be used for the gas oscillation of the stage
1 oder der Flansch 17 für den Meßstab verwendet werden.1 or the flange 17 can be used for the dipstick.
Der Meßaufbau besteht aus einem Meßbehhälter 29, der zwischen 2The measuring setup consists of a measuring container 29, which is between 2
Ventile 31 und 32 in die Leitung 30 eingebaut ist.Valves 31 and 32 is installed in line 30.
Bei einer Messung des Druckverlaufes ist das Ventil 32 zurWhen measuring the pressure curve, the valve 32 is closed
Umgebung geschlossen und die Verbindung zum Tank 11 zunächst geöffnet. Der Anschluß der Druckmessung 33 erfolgt auf beidenEnvironment closed and the connection to the tank 11 first opened. The pressure measurement 33 is connected to both
Seiten des Ventiles 31. Bei Beginn einer Messung wird diesesSide of the valve 31. At the start of a measurement, this will
Ventil 31 geschlossen und die Druckabweichung (PIR) von demValve 31 closed and the pressure deviation (PIR) from that
Ausgangszustand kann gemessen und z.B. als Dokument ausgedruckt werden. .Initial state can be measured and e.g. can be printed out as a document. .
Der Bedingungen im Meßbehälter 29 sollten möglichst konstant bleiben. Eine Ausführung in zylindrischer Form aus Glas oderThe conditions in the measuring container 29 should remain as constant as possible. A cylindrical or glass version
Metall ist möglich.Metal is possible.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf für wiederkehrende Dichtheits- prüfungen. Mit der vergleichenden Druckmessung in der Leitung 30 ist es möglich, die vorgeschriebenen Dichtheits-kontrollen in der Tankanlage durchzuführen. Die Druckabnahme ist nach Gleichung (6) das Maß für die Leckagemengen.At the petrol station there is a need for periodic leak tests. With the comparative pressure measurement in line 30, it is possible to carry out the prescribed tightness checks in the tank system. According to equation (6), the decrease in pressure is the measure for the leakage quantities.
Die vorstehend beschriebene Druckmessung Pi oder Druckregelung PIC kann auch für die Behandlung der überschüssigen Gasmengen während der Stufe 0 verwendet werden.The pressure measurement Pi or pressure control PIC described above can also be used for the treatment of the excess gas quantities during stage 0.
Das während der Stufe 2 zurückgeführte Gas bewirkt im Tank 11 durch den Gehalt an Inerten eine Verdünnung der Benzindämpfe. Im Verlaufe der Stufe 0 kommt es zu einer Nachverdampfung mit einem weiteren Druckanstieg im geschlossenen System. In diesem Fall kann die Überdruckregelung das Ventil 26 öffnen oder in einerThe gas returned during stage 2 causes a dilution of the gasoline vapors in the tank 11 due to the inert content. In the course of stage 0, re-evaporation occurs with a further increase in pressure in the closed system. In this case, the pressure control can open the valve 26 or in one
—..)-
längeren Pause über Nacht kann es generell geöffnet sein. Der unkontrollierte Austritt der Dämpfe im Erdbereich kann hierdurch vermieden werden.- ..) - longer break over night it can generally be open. This can prevent the uncontrolled escape of vapors in the earth's area.
Diese Fragen der Emissionsverlagerung durch die Rückführung der benzindampf-haltigen Luft wurde auch in dem Prüfverfahren, Kap. 5, nach dem Stand der Technik untersucht. Die überschüssigen Dämpfe werden hier in einem Folienbeutel mit einem Fassungsvermögen von 90 1 aufgefangen.These questions of shifting emissions through the recirculation of gasoline-containing air were also addressed in the test procedure, Chap. 5, examined according to the prior art. The excess vapors are collected here in a foil bag with a capacity of 90 liters.
Diese Meßmethode hat den Nachteil, daß während der Messung weder das Volumen noch der Gesamtdruck konstant bleibt, und daß die Druckänderung über die Dauer der Messung nicht gemessen wird. Das Füllen des Foliehbeutel bedingt aber aus mehreren Gründen eine Drucksteigerung im Erdtank:This measuring method has the disadvantage that neither the volume nor the total pressure remains constant during the measurement, and that the pressure change is not measured over the duration of the measurement. Filling the foil pouch causes an increase in pressure in the underground tank for several reasons:
1. die Verdrängungsarbeit zum Aufblasen gegen die Atmosphäre,1. the displacement work to inflate against the atmosphere,
2. das Eigengewicht der Folie, welche auf das Gasvolumen in der Folie einwirkt,2. the dead weight of the film, which acts on the gas volume in the film,
3. der Einfluß des Winddruckes (Staudruck) auf der Folie,3. the influence of wind pressure (dynamic pressure) on the film,
4. der dynamische Anteil der Füllgeschwindigkeit.4. the dynamic part of the filling speed.
Die Volumenmessung im Folienbeutel nach dem Stand der Technik ist also durch eine Druckmessung gemäß der Erfindung zu ergänzen. Die wirkliche Volumenzunahme im Erdtank kann dann mit Hilfe der Gleichung (6) nach Anspruch 16 zuzüglich dem Volumen in dem Folienbeutel berechnet werden.The volume measurement in the film bag according to the prior art must therefore be supplemented by a pressure measurement according to the invention. The actual volume increase in the underground tank can then be calculated using equation (6) according to claim 16 plus the volume in the foil bag.
Das Prüfverfahren nach dem stand der Technik berücksichtigt also bei den Messungen an der Zapfpistole und bei den Messungen am Entlüftungsmast die Bedingungen im Bodentank nicht in dem Maße, um die Vorsorge vor schädlichen Umwelteinwirkungen zu erfüllen.The state-of-the-art test method therefore does not take the conditions in the floor tank into account to the extent that the precautionary measures against harmful environmental effects are taken into account in the measurements on the fuel nozzle and in the measurements on the ventilation mast.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, zukünftig die zurückgeführteAt the petrol station, there is a need, which will be returned in the future
Gasmenge zu regeln. Die Druckaufzeichnungen in Fig. 1 über denRegulate the amount of gas. The print records in Fig. 1 on the
Tankvorgang für die TÜV geprüfte Anlage fallen so stark ab, daß man vermuten kann, daß in dem wirklichen Tankbetrieb noch andereThe refueling process for the TÜV-tested system drops so much that one can assume that there are others in the real refueling operation
Einflüsse, das zurückgeführte Gasvolumen beeinflussen, die mit dem Prüfverfahren nach dem Stand der Technik nicht zu erkennen sind.Influences that influence the returned gas volume, which cannot be recognized with the test method according to the state of the art.
Die beschriebene Anlage der Fa. Scheidt & Bachmann arbeitet mit einer zentralen Vakuumpumpe, die ständig in Betrieb ist. In denThe described system from Scheidt & Bachmann works with a central vacuum pump that is constantly in operation. In the
Ruhepausen zwischen den Tankvorgängen wird die Pumpe durch dieThe pump is stopped by the pump
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Reibungsverluste erheblich aufgeheizt. Die als latente Wärme in der Pumpe gespeicherte Wärmeenergie heizt das bei Beginn der Stufe 2 eintretende Gas erheblich auf, wodurch der zu fördernde Volumenstrom in der Pumpe bis zu 20 % zunimmt. Die Pumpe hat aber ein konstantes Fδrdervolumen, sodaß die am Tankstutzen abgesaugte Menge zu klein ist und der Unterdruck am Saugstutzen der Pumpe zusammenbricht. Bei längerem Betrieb oder mehreren Tankvorgängen hintereinander kühlt sich die Pumpe ab und das effektive Fδrdervolumen steigt an.-10- Frictional losses heated up considerably. The heat energy stored as latent heat in the pump heats up the gas entering at the beginning of stage 2, which increases the volume flow to be pumped in the pump by up to 20%. However, the pump has a constant delivery volume, so that the amount sucked off at the tank neck is too small and the negative pressure at the suction neck of the pump breaks down. During longer operation or several refueling processes in succession, the pump cools down and the effective delivery volume increases.
Die untersuchte, zentrale Gaspumpe hat also eine instationäre Fδrdercharakteristik, die zu Beginn des Tankvorganges zu wenig Förderleistung bringt. Ein Fehler, der mit dem Prüfverfahren nach dem Stand der Technik nicht feststellbar ist. Er zeigt aber, daß die ideale Gasrückführung bei bestimmten Systemen nur durch eine Regelung zu erreichen ist.The examined central gas pump therefore has an unsteady delivery characteristic, which at the beginning of the refueling process has too little delivery capacity. An error that cannot be determined with the test method according to the state of the art. However, it shows that the ideal gas recirculation in certain systems can only be achieved by regulation.
Aus diesem Grund wird in Fig. 3 eine Möglichkeit aufgezeigt, um die Druckmessung als Istwert für eine Regelung der Gasmenge zu verwenden. Hierzu ist in die Sammelleitung 7 ein Regelventil 18 eingebaut. Dieses Ventil wird von dem Regler 27 gespeist. Bei einem Druckanstieg wird zur Reduzierung des Volumenstromes der Druckverlust im Stellventil 18 erhöht. Bei einem Druckabfall wird durch entsprechendes öffnen des Ventiles der Druckverlust in der Leitung 7 reduziert.For this reason, one possibility is shown in FIG. 3 for using the pressure measurement as the actual value for regulating the gas quantity. For this purpose, a control valve 18 is installed in the manifold 7. This valve is fed by the controller 27. If the pressure rises, the pressure loss in the control valve 18 is increased to reduce the volume flow. If the pressure drops, the pressure loss in line 7 is reduced by opening the valve accordingly.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, die überschüssigen Volumen zu reinigen.At the gas station there is a need to clean the excess volume.
Die vorstehende Beschreibung der Erfindung zeigt, daß die schädlichen Umwelteinwirkungen durch die überschüssigen Gasvolumen entstehen. Eine ganzheitliche Betrachtung der Volumenbildung auf einer Tankstelle ausgehend von dem Tankvorgang und dem Zustand im Pkwtank bis zur Benzinlieferung mit dem Zustand in dem Tanklastzug (Tkw) ist deshalb von Interesse. Die folgenden Ausgangsbedingungen sind nach Fig. 2 realistisch:The above description of the invention shows that the harmful environmental effects arise from the excess gas volume. It is therefore of interest to take a holistic view of the volume formation at a petrol station, starting with the refueling process and the condition in the car tank up to the delivery of petrol with the condition in the tanker truck. The following initial conditions are realistic according to FIG. 2:
Pkw Temperatur 10 °C Dampfdruck 0,15 bar Tkw Temperatur 30 °C Dampfdruck 0,5 bar Nach Gleichung (4) ergibt sich für V2 = 1,82 VI; Das überschüssige Volumen ist also 82 % der getankten Kraftstoffmenge. Zur Vermeidung von nicht erkannten Schäden istCar temperature 10 ° C steam pressure 0.15 bar Truck temperature 30 ° C steam pressure 0.5 bar According to equation (4), for V2 = 1.82 VI; The excess volume is therefore 82% of the fuel quantity. To avoid undetected damage
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es also wichtig, unter Beachtung der staatlichen Verordnungen das Volumen richtig in die Atmosphäre abzuführen. Erfindungsgemäß ist auch eine weitergehende Reinigung des überschüssigen Volumen möglich. Nach den Merkmalen des Anspruch 29 erfolgt diese Reinigung durch eine Wäsche der benzindampf- haltigen Gase mit Dieselkraftstoff.-1 Λ - It is therefore important to properly discharge the volume into the atmosphere, taking into account the state regulations. According to the invention, further cleaning of the excess volume is also possible. According to the features of claim 29, this cleaning is carried out by washing the gasoline-containing gases with diesel fuel.
Dieselkraftstoff hat bei- 20 °C einen Dampfdruck um 5,5 mm WS. Dies bedingt einen Kohlenwasserstoffanteil von 4 g/m3. Der Dieselkraftstoff ist für die Benzindämpfe das Lösungsmittel, sodaß das Benzin bis auf einen Restgehalt von 10 bis 20 g/m3 ausgewaschen werden kann. Die Aufgabe der Dämpfe erfolgt über die Leitung 25 von unten in den Wäscher. Die gereinigten Gase können dem Tank für Dieselkraftstoff zugeführt werden. Die Waschflüssigkeit wird von oben dem Wäscher zugeführt. Zum Erreichen der notwendigen Trennstufenzahl von 5 wird in den Wäscher eine geordnete Packung eingebaut. Die Bauhδhe der Packung liegt im Bereich von 1 m. Die Waschflüssigkeit wird dem Tank für Dieselkraftstoff entnommen und diesem auch wieder zugeführt. Ein möglicher Platz für einen Aufstellungsort ist bei der Entlüftungsleitung 14. Die Ausführung eines derartigen Wäschers ist in der deutschen Anmeldung DE 39 16 073 des Anmelders beschrieben.Diesel fuel has a vapor pressure of 5.5 mm WS at -20 ° C. This requires a hydrocarbon content of 4 g / m3. The diesel fuel is the solvent for the gasoline vapors, so that the gasoline can be washed out to a residual content of 10 to 20 g / m3. The vapors are fed into the scrubber from below via line 25. The cleaned gases can be fed to the tank for diesel fuel. The washing liquid is fed to the washer from above. To achieve the required number of separation stages of 5, an orderly packing is installed in the scrubber. The overall height of the pack is in the range of 1 m. The washing liquid is removed from the tank for diesel fuel and also fed back into it. A possible place for an installation site is at the vent line 14. The execution of such a washer is described in the applicant's German application DE 39 16 073.
Zukünftige Entwicklungen können die Verwendung eines Bajonett¬ verschlusses beim Tanken vorschreiben. Der überschüssige Volumenstrom kann dann über die Leitung 25 entweichen. Die Regelung in der Leitung ermöglicht eine kontrollierte weitere Behandlung.Future developments may dictate the use of a bayonet lock when refueling. The excess volume flow can then escape via line 25. The regulation in the line enables controlled further treatment.
Mit dem neuen Verfahren ist es möglich, schädliche Umweltein¬ wirkungen auf Tankstellen mit Gasrückführung zu erkennen und die Tankanlagen umweltgerecht nach § 23 des BlmschG (Bundes Immissionsschutz Gesetz) zu betreiben.With the new method it is possible to identify harmful environmental effects on gas stations with gas recirculation and to operate the tank systems in an environmentally friendly manner in accordance with Section 23 of the BlmschG (Federal Immission Control Act).
Mit der beschriebenen Meßvorrichtung ist es möglich, auf unterschiedlichen Tankstellen die notwendigen Kontrollen wie Dichtheitsprüfung und Funktionsprüfung der Gasrückführung durchzuführen.With the measuring device described, it is possible to carry out the necessary checks, such as a leak test and functional test of the gas return, at different petrol stations.
Das Personal erhält die Möglichkeit, sich vor den schädlichen Gasen zu schützen.The personnel are given the opportunity to protect themselves from the harmful gases.
Die Tankstellenkunden können die gewünschte Information bekommen, wie weitere Emissionen"durch regelmäßiges Volltanken vermieden werden können.
Die Analytik auf Sauerstoff ermöglicht eine statistische Erfassung der Ausgangsbedingungen im leeren Pkwtank. Hierdurch könnten sich weitere Verbesserungen beim Betanken von Pkw ergeben.The gas station customers can get the desired information, such as other emissions "can be avoided by regularly filling up. The analysis for oxygen enables a statistical recording of the initial conditions in the empty car tank. This could result in further improvements when refueling cars.
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