WO1993017955A1 - Behandlung der benzindämpfe auf tankstellen - Google Patents

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WO1993017955A1
WO1993017955A1 PCT/DE1993/000171 DE9300171W WO9317955A1 WO 1993017955 A1 WO1993017955 A1 WO 1993017955A1 DE 9300171 W DE9300171 W DE 9300171W WO 9317955 A1 WO9317955 A1 WO 9317955A1
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gas
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Fritz Curtius
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Fritz Curtius
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67D—DISPENSING, DELIVERING OR TRANSFERRING LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B67D7/00—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes
    • B67D7/04—Apparatus or devices for transferring liquids from bulk storage containers or reservoirs into vehicles or into portable containers, e.g. for retail sale purposes for transferring fuels, lubricants or mixed fuels and lubricants
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    • B67D7/0476—Vapour recovery systems

Definitions

  • 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.
  • 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.
  • the measuring method has meanwhile been used in various ways.
  • Fig. L is the result as a pressure curve in the underground tank above
  • the 3 upper pressure curves come from a gas station with a central vacuum pump for gas recirculation.
  • Curve A shows the influence of a refueling process from minute 6
  • Curve B shows the pressure increase in the underground tank during the break between
  • Curve C shows the influence of refueling 2 cars at the same time, also from minute 6 for a period of 30 seconds.
  • 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.
  • Curve B is the characteristic pressure increase in the underground tank, which among other things through the continuous operation of the central
  • Vacuum pump in the underground tank is created.
  • Free space volume in the underground tank of 13.5 m3 is calculated according to equation (6) below, an increase in volume of approx. 430
  • the petrol station attendant 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.
  • TÜV Rheinland provides a measuring method based on the gas recirculation system examined above
  • the emission at the tank neck is measured with and without gas recirculation.
  • Gas recirculation is a measure of the recycle rate.
  • volume 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
  • the volume rate is understood as the ratio: returned gas volume / volume of fuel tanked x 100.
  • the pressure in the underground tank system is measured temporarily or permanently to avoid uncontrolled release of vapors
  • 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.
  • 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.
  • the upper curve with the highest vapor pressure belongs to one
  • the mean vapor pressure curve corresponds to summer gasoline.
  • the lower vapor pressure curve belongs to a gasoline, from which the low boilers are partially evaporated. It is that
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • a gas pump 8 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.
  • 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.
  • PIC pressure display control
  • the vehicle tank 10 When petrol is withdrawn, refueling, the vehicle tank 10 is connected to the petrol station via the fuel nozzle.
  • a pump 8 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.
  • 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 .
  • a sealing collar (not shown)
  • the tank 12 of the tank truck Tkw
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the vapors In typical summer conditions, with the same saturation and 20 ° C, the vapors contain 700 g / m3 of petrol.
  • the permissible MAK value maximum. 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • V (2) V (l) * p (il) / p (i2) * T (i2) / T (il), * (1)
  • Ti is the temperature in tank 1 in Kelvin
  • T2 is the temperature in tank 2.
  • the temperatures are only slightly different.
  • the partial pressures p (i ⁇ ) and p (i2) are the pressures of the inerts in
  • the volume Vi corresponds to the tanked liquid volume when filling the tank 1.
  • the partial pressures p (i) of the inerts can be calculated according to equation (2).
  • 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.
  • the operational evaporation of the low boilers in the tank 10 results in an increased partial pressure p (i) of the inerts.
  • p (i) partial pressure of the inerts.
  • 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.
  • the returned small gas volume enters the large free space of the tank 11 of a few cbm (m3).
  • 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.
  • 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.
  • the volume in the tank 10 is displaced and reclaimed in the tank 11.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • stage 1 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.
  • 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 is determined by the external conditions.
  • 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.
  • stage 1 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.
  • V2 VI (1 - pdl) / (l - pd2) (T2 / TD; (4)
  • pg2 pgi + (pd2 - pdi);
  • stage 1 The pressure development in the course of stage 1 can thus be tracked via the pressure measurement in the underground tank. From a certain
  • Time or a change in pressure can be made by opening one
  • Valves that equalize pressure with the environment are established.
  • 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.
  • This pressure compensation in the underground tank must be set before creating and before disconnecting the line connection for stage 1.
  • Vent line 14 allows overpressure in the underground tank
  • Dilution with air can produce 25 m3 of ignitable gases.
  • Flammable mixtures can accumulate for days and weeks, leading to the disasters mentioned above.
  • the pressure measurement enables a quick analysis via the
  • 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.
  • 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.
  • the pressure measurement 19 (PIC) is used for this purpose, implemented as a pressure display (PI) or as a pressure display / control (PIC).
  • PI pressure display
  • PIC pressure display / control
  • the line 25 with the valve 26 enables the pressure equalization of the tank 11 with the environment.
  • 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.
  • 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.
  • the pressure compensation can be established via the line 25 with the atmosphere.
  • 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).
  • the scale value remains constant over the duration of the refueling process, i.e. it does not change.
  • V * (delta) p (mi * Ri + mb * Rb) T;
  • 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%.
  • 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).
  • the accuracy of the pressure measurement depends on the selected one
  • Measuring 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
  • Vent line 14 located on the flange 28.
  • one of the flanges in the dome shaft can also be used for the gas oscillation of the stage
  • the flange 17 can be used for the dipstick.
  • the measuring setup consists of a measuring container 29, which is between 2
  • Valves 31 and 32 is installed in line 30.
  • Initial state can be measured and e.g. can be printed out as a document. .
  • the decrease in pressure is the measure for the leakage quantities.
  • 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.
  • stage 2 causes a dilution of the gasoline vapors in the tank 11 due to the inert content.
  • the pressure control can open the valve 26 or in one
  • 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:
  • 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.
  • 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.
  • the pump is stopped by the pump
  • the examined central gas pump therefore has an unsteady delivery characteristic, which at the beginning of the refueling process has too little delivery capacity.
  • FIG. 3 For this reason, one possibility is shown in FIG. 3 for using the pressure measurement as the actual value for regulating the gas quantity.
  • 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.
  • this cleaning is carried out by washing the gasoline-containing gases with diesel fuel.
  • 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.
  • 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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  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorsorge gegen schädliche Umwelteinwirkungen auf Tankstellen und zur kontrollierten Behandlung der überschüssigen und für die Umwelt schädlichen Benzindampf-/Luftgemische. Dies wird dadurch erreicht, daß der Druck im Tanksystem gemessen wird, die auftretenden, überschüssigen Brüden über eine definierte Öffnung in Austausch mit der Umgebung treten und die physikalischen Bedingungen in der Atmosphäre des Tanksystems bei den unterschiedlichen Betriebsarten der Tankanlage einander angenähert werden. Die Erfindung betrifft weiter die physikalische Berechnung der Gasmengen und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

«4.
Behandlung der Benzindämpfe auf Tankstellen.
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.
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.
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.
Mit dem Meßverfahren wurde inzwischen an verschiedenen
Tankstellen mit Einrichtungen zur Gasrückführung gemessen. In
Fig. l ist das Ergebnis als Druckverlauf im Erdtank über der
Zeit und bei verschiedenen Betriebszuständen aufgetragen. Die
Druckaufzeichnungen beginnen dabei einheitlich nach 4,5 Minuten
-4- und reichen bis zur 9 ten Minute. Die Messung erfolgte mittels
U-Rohr oder Schräg-Rohr Manometer im Freiraum des Bodentank.
Die 3 oberen Druckkurven stammen von einer Tankstelle mit zentraler Vakuum-Pumpe zur Gasrückführung.
Kurve A, zeigt den Einfluß eines Tankvorganges ab der Minute 6,
Kurve B, zeigt den Druckanstieg im Erdtank in der Pause zwischen
2 Tankvorgängen,
Kurve C, zeigt den Einfluß einer Betankung von 2 Pkw gleichzeitig, ebenfalls ab der Minute 6 für die Dauer von 30 sek.
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.
Bei einem idealen Tankvorgang mit Gasrückführung wird das aus dem Erdtank entnommene Benzinvolumen gerade durch das zurückgeführte Gasvolumen ersetzt. Hierbei spricht man von einer
100 % -Gasrückführung. Für diesen Tankvorgang bleibt der Druck im Erdtank konstant oder die Druckänderung ist gleich 0.
Speziell unter Berücksichtigung der in Deutschland gültigen
Gesetze kann dieser Tankvorgang als ideal bezeichnet werden.
Die Druckmessungen entsprechend Kurve A über den Tankvorgang von
1,25 Minuten zeigen also, daß aufgrund des Druckabfalles das zurückgeführte Gasvolumen kleiner als die getankte Menge ist, also zu klein ist.
Der Druckverlauf unter Kurve C fällt bei dem relativ kurzen
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 diesen
Betriebsfall nicht verfügbar ist.
Kurve B ist die charakteristische Druckzunahme im Erdtank, die u.a. durch den kontinuierlichen Betrieb der zentralen
Vakuumpumpe im Erdtank entsteht. Bei dem vorhandenen
Freiraumvolumen im Erdtank von 13,5 m3 errechnet sich nach der unten aufgeführten Gleichung (6) eine Volumenzunahme von ca 430
1/h.
Demgegenüber ist der Verlauf der Kurve D für diskontinuierlichen
Pumpenbetrieb wesentlich flacher und entspricht bei einem
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:
- ährend des Tanken wird viel zuwenig Gas aus dem Pkw abgesaugt, sodaß der Tankkunde den schädlichen Gasen ausgesetzt ist.
- 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.
- 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.
Mit der erfindungsgemäßen Druckmessung im Freiraum des Erdtank sollen die Ursachen für diese typischen Nachteile erkannt werden, um die Nachteile bei dem umweltgerechten Betrieb einer
Tankstelle zu vermeiden.
Ein Verfahren zur Begutachtung von Gasrückfü rsystemen ist in dem Forschungsvorhaben Nr 104 08 508 des Umweltbundesamtes
Berlin beschrieben. Hier stellt der TÜV-Rheinland anhand der oben untersuchten Anlage zur Gasrückführung ein Meßverfahren zur
Ermittlung des Rückführwirkungsgrads vor.
Bei diesem Verfahren wir die Emission am Tankstutzen ohne und mit Gasrückführung gemessen. Die Emissionsminderung mit
Gasrückführung ist eine Maß für die Rückführrate.
Das Verfahren hat aber die Nachteile, daß der Ermittlung der Rückführrate der Vorzug vor der
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 und
Messungen innerhalb der Tankanlage nicht vorgesehen sind. Unter der Volumenrate versteht man das Verhältnis: rückgeführtes Gasvolumen/Volumen des getankten Kraftstoff 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.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
- der Druck im unterirdischen Tanksystem (Lager Tank) zur Vermeidung eines unkontrollierten Freisetzen von Brüden zeitweise oder permanent gemessen wird,
- die auftretenden, überschüssigen Brüden über eine definierte Öffnung in Austausch mit der Umgebung treten,
- 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.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Fig. 1 bis 'Fig. 3 beschrieben.
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. 2 zeigt die Dampfdruckkurven von 3 Benzinmischungen, welche die Bildung der schädlichen Emissionen auf Tankstellen beeinflussen.
Die obere Kurve mit dem höchsten Dampfdruck gehört zu einem
Winterkraftstoff.
Die mittlere Dampfdruckkurve entspricht einem Sommerbenzin.
Die untere Dampfdruckkurve gehört zu einem Benzin, aus welchem die Leichtsieder zum Teil ausgedampft sind..Es ist das
Restbenzin im leeren Pkw-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.
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.
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.
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 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.
Bei der Benzinentnahme, dem Tanken, ist der Fahrzeugtank 10 über die Zapfpistole mit der Tankstelle verbunden.
• ' 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.
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.
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.
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.
Die Erfindung wird im folgenden unter der Berücksichtigung der 3 unterschiedlichen Betriebsbedingungen für die Stufen 2, l und 0 erläutert.
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.
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.
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.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruch 3 dadurch gelöst, daß zur Berechnung der entstehenden Brüden für die Stufe 2
- die gasseitige Volumenentwicklung des durch das eingefüllte Benzin verdrängten Gasvolumen,
- ausgehend von einem Zustand l und einer GasZusammensetzung in dem leeren Tank über dem Restbenzin,
- bei einem Zustand 2 und nach der Sättigung über dem Benzin im Lagertank, berücksichtigt wird.
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.
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.
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.
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:
p * V = m * R * T ; oder m * R = p * V / T ;
Die obigen Gleichungen gelten für das Gasgemisch und nach DALTON auch für die einzelnen Komponenten mit den entsprechenden Partialdrücken.
Bezogen auf die Inerten im Tank l gilt also:
m(iι) * R(ii) = p(ii) * V(ii) / T(ii) ; und
bezogen auf den Tank 2 gilt entsprechend:
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:
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.
Die Partialdrücke p(iι) und p(i2) sind die Drücke der Inerten im
Tank 1 und Tank 2.
Das Volumen Vi entspricht bei einem Auffüllen des Tank 1 dem getankten Flüssigkeitsvolumen.
Da sich über dem Benzin mehrheitlich nur Luftanteile und Benzinanteile befinden, gilt nach DALTON folgende Gleichung:
-5- p (i) = p (gesamt) - P (Benzin) ; (2 )
Bei Kenntnis der Partialdrύcke über den Flüssigkeiten können also die Partialdrücke p(i) der Inerten nach Gleichung (2) berechnet werden.
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.
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.
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.
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.
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.
Unter Verwendung dieser Größe gilt die folgende Gleichung:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die bekannten Systeme zum Umfüllen der Flüssigkeiten haben also den Nachteil, daß
- sie die beim. Umfüllen gegebene Druck- und Volumenänderung nicht berücksichtigen,
- 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.
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.
Es zeigt sich also bereits in der Praxis, daß mit der obigen Verordnung und noch keine ausreichende Vorsorge gegen schädliche Umwelteinwirkungen erreicht wird.
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.
Diese Aufgabe wird durch die Durchführung des UmfüllVorganges gemäß den Merkmalen des Anspruch 9 gelöst.
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.
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.
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.
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)
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.
Für die Zusammensetzung der Partialdrücke im geschlossenen System oder konstantem Volumen gilt nach DALTON.
pg2 = pi2 + pd2 ;
Für den Druck der Inerten (Luft) im Zustand 2 gilt..
pi2 = pii (T2/T1) ; mit pii = pgi - pdi folgt..
pg2 = (pgi - pdi) (T2/T1) + pd2 ; mit pgi = 1 bar gilt
Gleichung (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:
pg2 = pgi + (pd2 - pdi) ;
Über die Druckmessung im Erdtank kann also die Druckentwicklung im Verlaufe der Stufe 1 verfolgt werden. Ab einem bestimmten
Zeitpunkt oder einer Druckänderung kann durch öffnen eines
Ventiles der Druckausgleich mit der Umgebung hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Druckmessung und die Verfahrensführung gemäß Anspruch 9 haben also den Vorteil, daß dem Bedienungsmann beim Lösen der Verbindungsleitung nicht mehr die überschüssigen
Gase oder der Kraf stoff aus der Befüllungsleitung entgegen strömt.
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.
Dieser Druckausgleich im Erdtank ist jeweils vor dem Erstellen und vor dem Lösen der Leitungsverbindung für die Stufe 1 einzustellen.
Die Druckkurven in Fig. l zeigen, daß auch im Betrieb der Stufe
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 zurückliegenden
Katastrophen in Luisville, Kentucky und 1992 in Guadalachara verwiesen. Das ungeregelte Sicherheitsventil 15 in der
Entlüftungsleitung 14 ermöglicht im Erdtank einen Überdruck bis
250 mm-WS. Im Falle der untersuchten Tankstelle mit zentraler
Pumpe ist offensichtlich eine Leckage auf der Saugseite in der
Gasruckfuhrleitung. Über diese mögliche Öffnung kann das gesamte überschüssige Volumen, das bei der Stufe 0 im Zeitraum der
Betriebsruhe über Nacht entsteht, entweichen. Nach den
-ΛS- Vorstellungen und Prüfungen des Standes der Technik ist diese
Pumpe in einem Schacht und dieser an den Abwasserkanal angeschlossen.
Im Rahmen der Vorsorge ist zu bedenken, daß aus 1 cbm Gas (m3) , der aus dem Erdtank in ein Kanalsystem entweicht, bei einer
Verdünnung mit Luft 25 m3 zündfähige Gase entstehen können. Über
Tage und Wochen können sich dadurch zündfähige Gemische ansammeln, die zu den oben erwähnten Katastrophen führen.
Das Prüfverfahren nach dem Stand der Technik hat also den technischen Nachteil, daß
- die vergleichende Messung der Emissionen am Pkwtank für einen
Tankvorgang über eine Stunde dauert und die zurückgeführte
Gasmenge entweder nicht gemessen wird oder zu wenig beachtet wird. Als Folge daraus entsteht bei der Vorsorge für die
Allgemeinheit der große Nachteil, daß die Gefahren infolge der Gasrückführung für die Zeit nach dem Tankvorgang nicht erkannt werden.
Diese Nachteile hat das Verfahren nach dem Hauptanspruch nicht:
Die Druckmessung ermöglicht eine Schnellanalyse über den
Tankvorgang mit Gasrückführung.
Sie ermöglicht die Feststellung von schädlichen Betriebszu- ständen bei der Durchführung der Stufe l.
Sie ermöglicht die Beobachtung der Zustände im Erdtank' während der übrigen Betriebszeit.
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.
Im folgenden wird deshalb die Installation und Funktion der Meß- und Regeltechnik beschrieben.
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.
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.
Bei einem bestimmten Signal von dem Regler 27 kann der Druckausgleich über die Leitung 25 mit der Atmosphäre hergestellt werden.
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.
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.
Für den Druckanstieg in dem geschlossenen Tank 11 bzw für den Partialdruckanteil des überschüssigen Gasgemisch gilt nach 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:
(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:
(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 %.
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.
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.
-λtL -- Die Anpassung der Gasmengen und die einheitliche Einstellung der
Volumenmenge ist durch das Stellventil 9 in der Leitung 3 möglich.
Die Genauigkeit der Druckmessung hängt von dem gewählten
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 kleinen
Meßbereich von 2 bis 5 mbar für die Druckmessung überschreiten.
Für diesen Betriebsfall ist ein alternativer Meßaufbau in der
Entlüftungsleitung 14 an dem Flansch 28 eingezeichnet.
Als Anschlußflansch in bestehenden Installationen kann auch einer der Flansche im Domschacht für die Gaspendelung der Stufe
1 oder der Flansch 17 für den Meßstab verwendet werden.
Der Meßaufbau besteht aus einem Meßbehhälter 29, der zwischen 2
Ventile 31 und 32 in die Leitung 30 eingebaut ist.
Bei einer Messung des Druckverlaufes ist das Ventil 32 zur
Umgebung geschlossen und die Verbindung zum Tank 11 zunächst geöffnet. Der Anschluß der Druckmessung 33 erfolgt auf beiden
Seiten des Ventiles 31. Bei Beginn einer Messung wird dieses
Ventil 31 geschlossen und die Druckabweichung (PIR) von dem
Ausgangszustand kann gemessen und z.B. als Dokument ausgedruckt werden. .
Der Bedingungen im Meßbehälter 29 sollten möglichst konstant bleiben. Eine Ausführung in zylindrischer Form aus Glas oder
Metall ist möglich.
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.
Die vorstehend beschriebene Druckmessung Pi oder Druckregelung PIC kann auch für die Behandlung der überschüssigen Gasmengen während der Stufe 0 verwendet werden.
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 einer
—..)- längeren Pause über Nacht kann es generell geöffnet sein. Der unkontrollierte Austritt der Dämpfe im Erdbereich kann hierdurch vermieden werden.
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.
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:
1. die Verdrängungsarbeit zum Aufblasen gegen die Atmosphäre,
2. das Eigengewicht der Folie, welche auf das Gasvolumen in der Folie einwirkt,
3. der Einfluß des Winddruckes (Staudruck) auf der Folie,
4. der dynamische Anteil der Füllgeschwindigkeit.
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.
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.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, zukünftig die zurückgeführte
Gasmenge zu regeln. Die Druckaufzeichnungen in Fig. 1 über den
Tankvorgang für die TÜV geprüfte Anlage fallen so stark ab, daß man vermuten kann, daß in dem wirklichen Tankbetrieb noch andere
Einflüsse, das zurückgeführte Gasvolumen beeinflussen, die mit dem Prüfverfahren nach dem Stand der Technik nicht zu erkennen sind.
Die beschriebene Anlage der Fa. Scheidt & Bachmann arbeitet mit einer zentralen Vakuumpumpe, die ständig in Betrieb ist. In den
Ruhepausen zwischen den Tankvorgängen wird die Pumpe durch die
-10- 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.
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.
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.
Auf der Tankstelle ist der Bedarf, die überschüssigen Volumen zu reinigen.
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:
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 ist
-1 Λ - 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.
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.
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.
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.
Mit der beschriebenen Meßvorrichtung ist es möglich, auf unterschiedlichen Tankstellen die notwendigen Kontrollen wie Dichtheitsprüfung und Funktionsprüfung der Gasrückführung durchzuführen.
Das Personal erhält die Möglichkeit, sich vor den schädlichen Gasen zu schützen.
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.
-2 -

Claims

Verfahren zur Vorsorge gegen schädliche Umwel einwirkungen auf Tankstellen mit Gaspendeleinrichtungen und zur kontrollierten Behandlung eines überschüssigen und für die Umwelt schädlichen Benzindampf-/Luftgemisches (Brüden) , welches beim Lagern von Ottokraftstoffen, hier als Stufe 0 bezeichnet, infolge der Zufuhr von nicht gesättigten Luftan¬ teilen in der Tankatmosphäre entsteht und in bezug auf die Höher- Sieder wie Octan und Benzol übersättigt sein kann, und welches beim Befülleή des Tankes, als Stufe 1 bezeichnet, oder der Entnahme von Kraftstoff, als Stufe 2 bezeichnet, jeweils in Verbindung mit der Gaspendelung oder Gasrückführung anfällt, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Druck im Tanksystem (Lager Tank) zur Vermeidung eines unkontrollierten Freisetzen von Brüden zeitweise oder permanent gemessen wird,
- die auftretenden, überschüssigen Brüden über eine definierte Öffnung i Austausch mit der Umgebung treten,
- die Betriebsbedingungen im Tanksystem im Verlaufe oder beim Wechsel zwischen einer der Stufen 0, l und 2 in Bezug auf den physikalischen Zustand der Tankatmosphäre einander angenähert werden.
2. Verfahren nach Anspruch (l) , dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmessung für die einzelnen Stufen 0, l, und 2 bei einem Lagertank in einer gemeinsamen Meßstelle und bei mehreren Tanks, welche zu einem System verbunden sind, in einem Tank erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch (1 - 2), dadurch gekennzeichnet, daß zur Berechnung der entstehenden Brüden für die Stufe 2
- die gasseitige Volumenentwicklung des durch das eingefüllte Benzin verdrängten Gasvolumen,
- ausgehend von einem Zustand und einer GasZusammensetzung in dem leeren Tank über dem Restbenzin,
- bei einem Zustand 2 und nach der Sättigung über dem Benzin im Lagertank, berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch (l - 3) , dadurch gekennzeichnet, daß - bei der physikalischen Betrachtung des Vorganges, das Verhalten der inerten Anteile berücksichtigt wird,
- das Verhalten der inerten Anteile- mit der allgemeinen Gasgleichung und dem Gesetz von DALTON beschrieben wird und
- hieraus für die Volumenentwicklung die folgende Gleichung
V(2) = V(ι) * p(ii)/p(i2) * T(±2)/T(ii) ; (1) abgeleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch (1 - 4), dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck p(i) der Inerten über die meßtechnische Ermittlung der Luftanteile z.B. mittels Sauerstoffmessung und über die Berechnung nach der Gleichung p(i) = m(i) * R(i) * T(i)/V ; (3) ermittelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch (l - 5), dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Tankvorgang mit nicht vollständiger Befüllung des Tankes, auch die gasseitige Volumenentwicklung in demjenigen Teil des Tankes berücksichtigt wird, der nicht durch das eingefüllte Benzin ausgefüllt wird.
7. Verfahren nach Anspruch (l - 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse und Erkenntnisse aus dem Berechnungsverfahren für den praktischen Tankbetrieb verwendet werden und der Tankstellenkunde allgemein über eine Bedienungsanweisung auf die Möglichkeit der Vorsorge gegen schädliche Umwelteinwirkungen mittels Volltanken verwiesen wird.
8. Verfahren nach Anspruch (1 - 7), dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssigen Brüden aus dem Betrieb der Stufe 2 und einem System mit Unterdruckunterstützung über die nicht gasdichte Verbindung zwischen Zapfpistole und Fahrzeugtank in Austausch mit der Umgebung treten.
9. Verfahren nach Anspruch (l - 8), dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Betrieb der Stufe 1 in Bezug auf die überschüssigen Brüden
- die Auswirkung der physikalisch unterschiedlichen Bedingungen über der Flüssigkeit (2) auf das ursprüngliche Gasvolumen über der Flüssigkeit (l) berücksichtigt wird und - der Umfüllvorgang in 2 Arbeitsprozessen ausgeführt wird,
- dem eigentlichen Umfüllvorgang mit simultaner Gasrückführung und
- dem Ausgleich der sich in den Tank (l) und (2) ändernden Atmosphäre mit der Umgebung.
10. Verfahren nach Anspruch (1 - 9), dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Atmosphäre nach den physikalischen Gesetzen von DALTON,
- bei der Annahme eines konstanten Druckes, als die Änderung des Volumens unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten der Gleichung
V2 = Vl (1 - pdl)/(l - pd2) (T2/TD ; (4)
- bei der Annahme eines konstanten Volumens als die Änderung des Druckes unter Berücksichtigung der Abhängigkeiten der Gleichung pg2 = (1 - pdi) (T2/T1) + pd2 ; (5)
ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch (1 - 10) , dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Beginn des Austausch mit der Umgebung über ein Steuerventil z.B. in der Entlüftungsleitung geregelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch (1 - 11), dadurch gekennzeichnet, daß die Eπtlüftungsleitung zur Vermeidung von großen Druck¬ schwankungen im Liefertank an diesen Tank 12 angeschlossen ist.
13. Verfahren nach Anspruch (l - 12), dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung eines gesundheitsschädlichen Brüdenaustritt zu Beginn und/oder zum Ende der Stufe l über die Anschlußδff- nungen im Domschacht, jeweils vor Öffnen der Flanschverbindung in dem Erdtank ein Druckausgleich mit der Umgebung über eine Entlüftungsleitung hergestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch (l - 13) , dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssigen Brüden aus dem Betrieb der Stufe 0 über das druckgesteuerte Regelventil oder über eine permanente Öffnung in der Entlüftungsleitung abgeführt werden.
15-. Verfahren nach Anspruch (l - 14) , dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des gewünschten Gasvolumen im Verlauf der Stufe 2 über die Druckmessung im Erdtank kontrolliert wird.
16. Verfahren nach Anspruch (1 - 15), dadurch gekennzeichnet, daß, zur Durchführung der. Volumenbestimmung die Entlüftungs- leitung z.B. mit einem Druckvakuumventil verschlossen wird, die Bestimmung.der volumetrischen Überschüsse als Folge der Gaspendelung über eine Druckmessung in dem gasförmigen Tankvolumen erfolgt und die Volumendifferenz entsprechend der Gleichung
(delta)V = V * (delta)p / p ; (6) berechnet wird.
17. Verfahren nach Anspruch (1 - 16), dadurch gekennzeichnet, daß für eine volumengleiche Gasrückführung oder eine Volumenrate von 100 % der Sollwert der Druckänderung null ist.
18. Verfahren nach Anspruch (l - 17), dadurch gekennzeichnet, daß für die Messung von kleinen Druckunterschieden an das Tanksystem oder Teile davon gasseitig ein zusätzlicher Meßbehälter angeschlossen wird und nach dem Absperren der Verbindungsleitung der Druckverlauf gegenüber dem Meßbehälter bestimmt wird.
19. Verfahren nach Anspruch (1 - 18), dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Druckverlaufes für eine Dichtheitsprüfung verwendet wird.
20. Verfahren nach Anspruch (1 - 19), dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf als Istwert für die mechanische Funktions- kontrolle der Gasrückführung verwendet wird.
21. Verfahren nach Anspruch (1 - 20) , dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf als Istwert für die Kontrolle und Ein¬ stellung der Absaugleistung an der Zapf istole verwendet wird.
22. Verfahren nach Anspruch (l - 21), dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf als Istwert für die Abnahmekontrollen und wiederkehrenden Kontrollen verwendet wird.
23. Verfahren nach Anspruch (1 - 22), dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf als Istwert für die Regelung des zurück¬ geführten Gasvolumen :(der Volumenrate) verwendet wird.
24. Verfahren nach Anspruch (l - 23), dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Betrieb von mehreren Zapfstellen und der Einstellung einer einheitlichen Volumenrate für jede Zapfstelle, die Volumenrate als Summe über ein Regelventil in der Gasruckfuhrleitung geregelt wird.
25. Verfahren nach Anspruch (1 - 24), dadurch gekennzeichnet, daß für die Erstellung der Prüf- oder Abnahmeprotokolle der Druckveriauf graphisch aufgetragen wird.
26. Verfahren nach Anspruch (l - 25) , dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Druckverlaufes zur Verbesserung der Volumenbestimmung mit dem Folienbeutel verwendet wird.
27. Verfahren nach Anspruch (l - 26), dadurch gekennzeichnet, daß der Druckverlauf als Istwert für die Regelung des überschüssigen Volumen bei der Stufe 0 oder Stufe 1 verwendet wird.
28. Verfahren nach Anspruch (l - 27), dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssigen Brüden zur Abscheidung der dampfförmigen Kohlenwasserstoffe einer Waschstufe zugeführt werden.
29. Verfahren nach Anspruch (l - 28), dadurch gekennzeichnet, daß die Brüden mit Dieselkraftstoff als Lösungsmittel gewaschen werden.
30. Verfahren nach Anspruch (1 - 29), dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigten Brüden und die verbrauchte Waschflüssigkeit dem Lagertank für Dieselkraftstoff zugeführt werden.
-IS-
31. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch (1 - 30) zur Aufnahme des Differenzdruckes in dem Tanksystem einer Tankstelle oder in Teilen des Systems gegenüber dem Druck in der Umgebung, bestehend aus,
- einem Absperrventil zur Herstellung eines konstanten Volumens an der Meßstelle durch den Einbau in die offene Entlüftungsleitung,
- einem Drucktransmitter zum Anschluß an die Meßstelle,
- und einer Druckanzeige.
32. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch (1 - 31) zur Messung von kleinen Druckänderungen in einem geschlossenen System, bestehend aus,
- einem Anschlußstück für die Meßvorrichtung,
- einem geschlossenen Meßbehälter, verbunden mit dem Anschlußstück, zur Bildung eines konstanten Vergleichsvolumen zu dem Volumen der Meßstelle,
- einem Absperrventil, eingebaut zwischen dem Anschlußstück und dem Meßbehälter, in die Verbindungsleitung und
- einem Drucktransmitter, zum Anschluß an die 2 konstanten Volumen, die durch das Schließen des Absperrventil entstehen.
33. Meßvorrichtung bestehend aus einer Vorrichtung nach den Ansprüchen (31 oder 32) und einer elektronischen Weiterleitung des Meßsignals und einer Speicherung der Meßdaten.
34. Meßvorrichtung nach Anspruch (33) und einem angeschlossenen Drucker zur graphischen Dokumentation der Anlagenfunktion.
35. Meßvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche (31 - 34) , dadurch gekennzeichnet, daß in die Anschlußleitung vor dem Meßkopf als Explosionschutz eine permanente Fla mensperre eingebaut ist.
-7J?>-
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