Experimentelle Verfahren für Untersuchungen im Labor des Brennens In Situ : Entflammbarkeit und brennen Effizienz von Rohöl

Zusammenfassung

Hier präsentieren wir ein Protokoll, um gleichzeitig zu studieren, die Entflammbarkeit und brennende Effizienz von frische und verwitterte Rohöl unter Bedingungen, die in Situ brennenden Vorgänge auf dem Meer zu simulieren.

Zusammenfassung

Eine neue Methode für die gleichzeitige Untersuchung von der Brennbarkeit und brennende Effizienz von frische und verwitterte Rohöl durch zwei Versuchslabor Setups wird vorgestellt. Die Experimente sind im Vergleich zu operativen Skala Experimenten (Pool Durchmesser ≥2 m), während noch durchaus realistisch in Situ brennenden Bedingungen für Rohöl auf dem Wasser mit leicht wiederholbar. Experimentelle Bedingungen umfassen eine fließende Sub-Wasserschicht, die kühlt die Ölpest und einem externen Wärmestrom (bis zu 50 kW/m²), die das höhere Hitze Feedback an die Kraftstoff-Oberfläche in operativen Skala Rohöl Pool Brände simuliert. Diese Bedingungen ermöglichen eine kontrollierte Laborstudie der brennenden Effizienz von Rohöl Pool Brände, die operative Ebene Experimente entsprechen. Die Methode bietet auch quantitative Daten über die Anforderungen an zündenden Rohöle in Bezug auf die kritischen Wärmestromdichte, Zündung Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der einfallenden Wärmestrom, die Oberflächentemperatur auf Zündung und die thermische Trägheit. Dieser Datentyp kann verwendet werden, um festzustellen, die erforderliche Festigkeit und Dauer der Zündquelle auf eine bestimmte Art von frischen oder verwitterten Rohöl zu entzünden. Die wichtigste Einschränkung der Methode ist, dass die kühlende Wirkung des fließenden Wassers Schicht auf das brennende Rohöl Sub als eine Funktion des externen Wärmestroms voll nicht quantifiziert worden. Experimentelle Ergebnisse zeigten deutlich, dass die fließenden-Sub-Wasserschicht verbessert, wie repräsentativ diese Einrichtung von in Situ Brennbedingungen ist aber, inwieweit diese Darstellung stimmt derzeit ungewiss ist. Die Methode zeichnet sich dennoch die realistischste in Situ brennen Laborbedingungen derzeit gleichzeitig studieren die Entflammbarkeit und brennende Leistungsfähigkeit von Rohöl auf dem Wasser.

Einleitung

In Situ Verbrennung verschüttetes Öl auf dem Wasser ist ein marine Öl Spill Response-Verfahren, die das Ausgelaufene Öl von der Wasseroberfläche entfernt, brennen und konvertieren es in Ruß und gasförmigen Verbrennungsprodukte. Diese Antwort-Methode bei der Exxon Valdez¹ und Deepwater Horizon² Ölverschmutzungen erfolgreich angewendet wurde und wird regelmäßig als eine mögliche Öl Spill Response-Verfahren für die arktischen^{3,4,5 erwähnt ,6}. Zwei der wichtigsten Parameter, die bestimmen, ob in Situ Verbrennung von Öl als ein Spill Response-Verfahren erfolgreich sein werden sind die Entflammbarkeit und die brennende Effizienz des Öls. Der erste Parameter, Entflammbarkeit, beschreibt, wie leicht ein Kraftstoff entzündet werden kann und zu verbreiten über die Kraftstoff-Oberfläche zu einem voll entwickelten Brand führen Flamme führen kann. Der zweite Parameter, brennende Leistungsfähigkeit, drückt die Menge des Öls (in Gew.-%), die durch das Feuer effektiv von der Wasseroberfläche entfernt ist. Es ist also für die Entflammbarkeit und die erwarteten brennende Effizienz der verschiedenen Rohöle unter in Situ brennenden Bedingungen zu verstehen.

Die Zündung des Öls slicks auf dem Wasser für in Situ brennenden Zwecke allgemein als ein praktisches Problem mit qualitativen Diskussionen über Zündung Systeme^5,7,8,9gerichtet ist. Die praktische Ansatz für die Zündung des verschüttete Öl als binäre Problem und Kennzeichnung "zündfähige" oder "nicht zündfähig" Öle (z. B. Brandvik, Fritt-Rasmussen Et Al. ¹⁰) stimmt, jedoch aus Sicht der Grundrechte. In der Theorie kann jeder Kraftstoff angesichts eine geeigneten Zündquelle gezündet werden. Es ist daher zu quantifizieren die Zündung-Anforderungen für eine breite Palette von verschiedenen Rohöl Arten um die Eigenschaften einer Rohöl besser zu verstehen, die es als "nicht zündfähig" bezeichnen würde. Die entwickelte Methode ist zu diesem Zweck lässt sich studieren die Zündung Verzögerungszeit eines Öls in Abhängigkeit von der einfallenden Wärmestrom, der kritischen Wärmestromdichte des Öls und die thermische Trägheit, d.h. wie schwierig es ist, um das Öl zu heizen.

In einer früheren Studie postuliert wir, dass der wichtigste Parameter, der die brennende Effizienz regelt das Wärme-Feedback der Kraftstoff Oberfläche¹¹, ist eine Funktion des Durchmessers Pool. Die Theorie erklärt die scheinbare Pool Größe Abhängigkeit der brennenden Effizienz basierend auf Untersuchungen im Labor Berichterstattung niedrig brennende Effizienz (32-80 %)^8,12,13 und groß angelegte Studien (Pool Durchmesser ≥2 m) die Berichterstattung hohe brennende Effizienz (90-99 %)^14,15,16. Die hierin beschriebene Methode wurde entwickelt, um die vorgeschlagene Theorie zu testen. Durch kleine Experimente im Labor zu einem ständigen externen Wärmestrom zu unterwerfen, kann die höhere Wärme-Feedback für groß angelegte Pool Brände unter kontrollierten Laborbedingungen simuliert werden. Als solche kann die entwickelte Methode studieren die brennende Effizienz effektiv als eine Funktion des Durchmessers durch Variation des externen Wärmestroms.

Neben einer externen Wärmestrom, die größeren Skala der in Situ zu simulieren brennen Operationen, die Versuchsaufbauten Funktion Kühlung der Ölpest durch einen Kaltwasser, simulieren die kühlende Wirkung von der Meeresströmung. Die diskutierte Methode ist zudem kompatibel mit frischen und verwitterte Rohöle. Die Verwitterung von Rohöl beschreibt die physikalischen und chemischen Prozess, der ein Rohöl zu beeinflussen, sobald es auf dem Wasser, wie Verluste ihrer flüchtigen Bestandteile und mischen mit Wasser zu Form-Wasser-in-Öl-Emulsionen (z. B. AMAP¹⁷) verschüttet wird. Verdunstung und Emulgierung sind zwei der wichtigsten Verwitterungsprozesse, die die Entflammbarkeit von Rohölen¹⁸ beeinflussen und Protokolle für die Simulation von diese Verwitterungsprozesse sind daher in der besprochenen Methode enthalten.

Hier präsentieren wir Ihnen eine neuartige Labormethode, die bestimmt die Entflammbarkeit und brennende Effizienz der Rohölpreis unter Bedingungen, die in Situ brennenden Operationen auf See zu simulieren. Frühere Studien über die Entflammbarkeit und brennende Effizienz der Rohöle vorgestellten vergleichbar und andere Methoden. Die Entflammbarkeit von frische und verwitterte Rohöle in Abhängigkeit von einem externen Wärmestrom wurde am Wasser¹⁹ und unter arktischen Temperaturen²⁰untersucht. Brennende Effizienz-Studien in der Regel konzentrieren sich auf verschiedene Arten von frischen und verwitterte rohe Öle und Umweltbedingungen in einem festen Maßstab (z. B. Fritt-Rasmussen, Et Al. ⁸Bech, Sveum, Et Al. ²¹). eine aktuelle Studie über die Verbrennung von Rohöle enthalten chemische Hirten ist, um das Wissen der Autoren, der erste brennende Effizienz für kleine, mittlere und groß angelegte Experimente unter ähnlichen Bedingungen¹³. Groß angelegte Experimente sind jedoch nicht ohne weiteres verfügbar für parametrische Studien aufgrund der umfangreichen Anzahl der Zeit- und Ressourcenaufwand für die Durchführung solcher Experimente. Der Hauptvorteil der vorgestellten Methode gegenüber den zuvor genannten Studien ist, dass es ermöglicht gleichzeitig studieren beide die Entflammbarkeit und brennende Leistungsfähigkeit von Rohöl unter semi-realistischen Bedingungen. Die Kombination dieser beiden Parameter für Rohöle in Abhängigkeit von verschiedenen Ölsorten und der (simulierten) Pool Durchmesser durch leicht wiederholbare Experimente zu studieren war zuvor in der Praxis undurchführbar.

Protokoll

Dieses Protokoll nutzt zwei verschiedene Versuchsaufbauten, die Schritte 4 bis 8 verwendet werden wie in der beiliegenden Schaltplänen dargestellt. Die Ersteinrichtung ist das Crude Oil Entflammbarkeit Apparat (COFA) (Abbildung 1 und Abbildung 4), die ein 1.0 × 1,0 × 0,50 m³ Metall Wasserbecken soll führen kleine in Situ Verbrennung von Erdöl Experimente, wie zum Beispiel gezeigt in Van Gelderen, Brogaard, Et Al. ²² das zweite Setup ist ein Kegel Heizung²³ mit einem Funken Zünder, die verfügt über eine maßgeschneiderte Probenhalter und ein Gasanalysator, die der O₂, CO₂, misst und CO-Konzentrationen in den Auspuff Kanal²⁴ (Abbildung 2 und ( Abbildung 3). Die technischen Spezifikationen dieser Setups sind zusätzliche in das ergänzende Dokument ausführlich beinhaltet auch Fotos der Setups. Sofern nicht anders angegeben, sind Daten Messungen (z. B. Temperaturen, Wärmestromes oder Gaskonzentrationen) durch einen multiplexer und Datenlogger Digital gemessen. Die Datenlogger sind mit einem digitalen Daten-Übernahme-Programm betrieben. Im Protokoll umfasst die Phrase "den Datenlogger starten" alle Maßnahmen entsprechend den Anweisungen des Programms, wie vorgesehen durch den Hersteller, die die Erfassung von Daten beginnen müssen.

1. allgemeine Handhabung von Rohöl

1. Nehmen Sie für jede Frischöl, die untersucht werden sollen eine 5 mL Probe und Messen Sie die Dichte und Viskosität bei 25 ° C in einem Viskosimeter. Speichern Sie den Rest des Öls bei 5-10 ° C in einer verschlossenen Glasflasche bis zur weiteren Verwendung.
   Vorsicht: Frisches Rohöl ist leicht entzündlich und Rohöl und seine Dämpfe eine mäßige bis hohe Gesundheitsrisiko darstellen. Es ist außerdem schwierig, von Haut- und Augenkontakt mit ungefährlichen Chemikalien wie Seife sauber. Schutzbrille und Handschuhe zu tragen, beim Umgang mit Rohöl und arbeiten in einem gut belüfteten Raum.
2. Zu Beginn jeder Test-Sitzung nehmen Sie die Rohöle, die aus den gekühlten (5-10 ° C) Lagerung getestet werden. Schütteln Sie jedes Öl Behälter per hand für 1 – 2 min. und lassen Sie sie Hitze bis zu Raumtemperatur vor der Durchführung von Experimenten. Die gekühlte Lagerung zwischen Test-Sessions die Rohöle zurückzukehren.
3. Reinigen Sie alle Oberflächen versehentlich mit Rohöl mit einem flüchtigen unpolare Lösungsmittel (e.g.,n-Heptan).

(2) evaporative Verwitterung von Rohöl von sprudelnden Druckluft durch das Öl

Hinweis: Dieser Schritt basiert auf Stuiver und Mackay²⁵ und Buist, Potter, Et Al. ²⁶

1. Bohren Sie eine Reihe von Löchern (z.B.sechs mit 5 mm Durchmesser (D)) gleichmäßig verteilt in den Deckel des Kunststoff-Container von 5-10 L und eine einzelne Bohrung (z.B.,D = 8-10 mm) in einer der Seiten des Behälters in der Nähe seiner Oberkante.
2. Machen einen o-Ring (ca. D = 20 cm) mit einer angehängten öffnen Sie Verbindung aus Kunststoff-Rohre mit einem Innendurchmesser (ID) von 4-6 mm und eine Anzahl Löcher bohren (z.B., sechs mit D = 1 mm) gleichmäßig verteilte entlang einer Seite des o-Rings.
   Hinweis: Versuchen Sie, die vertikale Position der Löcher in den Deckel aus den Löchern in den o-Ring zum Minimieren von Rohöl aus dem Container heraus geblasen ausgeglichen.
3. Schließen Sie den o-Ring an ein Kunststoffrohr (z.B. I.D. von 4-8 mm), die durch die seitliche Öffnung der Kunststoff-Container geht. Dieses Rohr wird mit einem Druckluft-System ein Regelventil mit Manometer verbunden sein.
4. Wiegen Sie den Deckel und die Kunststoff-Behälter mit Kunststoff o-Ring getrennt und registrieren Sie ihr Gewicht.
5. 2-4 L Rohöl (basierend auf seine Dichte) im Container wiegen und das Gewicht zu registrieren.
6. Stellen Sie den Behälter unter einem Abzug und verbinden Sie den o-Ring mit dem Druckluft-System. Blase Luft durch das Öl bei einem Druck, der so hoch wie möglich (z. B. 200 kPa) ohne Öl durch die Löcher im Deckel des Behälters weht.
7. Wiegen Sie das Öl am Anfang und Ende eines jeden Arbeitstages zu überwachen, wenn der gewünschte evaporative Verwitterung Zustand (in Gew.-% verloren) erreicht wird (z. B. 20 Gew.-% verloren im Vergleich zu den ursprünglichen Gewichts). Dies kann von einem Tag auf mehr als einer Woche der kontinuierlichen sprudeln, je nach Typ und Luft Öldruck dauern. Jeder fortgeschrittene Gewichtsmessung wird verwendet, um eine Verdunstung Kurve als Funktion der Zeit, zu etablieren, das hilft mit der Vorhersage der notwendigen Verdampfung Zeit, den gewünschten evaporative Verwitterung Zustand zu erreichen.
   Hinweis: Nach dem ersten Tag kann das Rohöl in der Regel in der Dunstabzugshaube für mehrere Tage (z.B. über das Wochenende) gelassen werden ohne nennenswerte Menge an Masse zu verlieren, wenn die Druckluft geschlossen wird.
8. Sobald die Verdunstung des Rohöls fertig ist, nehmen Sie eine Probe 5 mL des Öls und Messen Sie die Dichte und Viskosität bei 25 ° C in einem Viskosimeter. Speichern Sie den Rest des Öls bei 5-10 ° C in einer verschlossenen Glasflasche für die weitere Verwendung. Reinigen der Behälter, Deckel und o-Ring mit einem flüchtigen unpolare Lösungsmittel um jede Rohöl-Reste zu entfernen.

3. die Emulgierung von Rohöl mit einem Rotary schütteln Tabelle

Hinweis: Dieser Teil des Protokolls wurde von Daling, M., Et al.modifiziert. ²⁷

1. Eine 1 L Glasflasche fügen Sie insgesamt 900 mL Erdöl-und süß- oder Salzwasser-Wasser-Gemisch mit der Menge des Wassers, die Anpassung der gewünschten vol% in der Emulsion hinzu. Zum Beispiel besteht eine Emulsion mit 40 Vol % Wassergehalt von 540 mL Rohöl und 360 mL Wasser. Es ist ratsam, verdampften Rohöl zu verwenden, anstatt frische Rohöl, genauer gesagt die Verwitterung präsentieren Prozesse des ausgelaufenen Öls auf offenem Wasser und erstellen stabilere Emulsionen.
   Hinweis: Es ist wichtig, dass die Flasche nicht vollständig gefüllt ist, so dass freier Speicherplatz für die turbulente Durchmischung von Öl und Wasser vorhanden ist.
2. Kräftig schütteln von hand das Wasser-Öl-Gemisch für 1-2 min. Dann legen Sie die Glasflasche auf einem Drehtisch schütteln und rühren Sie das Wasser-Öl-Gemisch bei 175 u/min für 20 h bei Raumtemperatur.
   Hinweis: Um Probleme mit der Trennung von der Wasserschicht aus der Emulsion zu verhindern, führen Sie die Experimente mit der Emulsion am selben Tag als nach Abschluss die 20 h schütteln Periode.
3. Nehmen Sie eine 5 mL Probe der Emulsion nach der 20 h Zeit schütteln und Messen Sie seine Dichte und Viskosität bei 25 ° C in einem Viskosimeter.
4. Wenn die Emulsion instabil (siehe unten) ist, setzen Sie die Emulsion wieder auf die Rotary schütteln Tabelle und ständig schütteln Sie die Emulsion bei 175 u/min zwischen Experimente. Zu Beginn jedes Experiments der Rotary schütteln Tabelle manuell zu stoppen, nehmen Sie die erforderliche Menge an Emulsion (Schritt 7,5) und dann an die Rotary schütteln Tabelle zurückgeben. Sobald alle Experimente mit der Emulsion durchgeführt wurden, stoppen Sie die Rotary schütteln Tabelle und speichern Sie die Emulsion in gekühlten (5-10 ° C) Lagerung.
5. Wenn die Emulsion stabil ist, entfernen Sie die Emulsion aus schütteln Drehtisch und bei Zimmertemperatur ruhen lassen. Schütteln Sie die Emulsion kräftig für 1 – 2 min. von hand vor der Einnahme der erforderlichen Menge an Öl für jedes Experiment. Sobald alle Experimente mit der Emulsion durchgeführt wurden, an gekühlte Lagerung (5-10 ° C) aufbewahren.
   Hinweis: Im Sinne dieses Protokolls sind instabile Emulsionen als Emulsionen definiert, die eine deutlich sichtbar Wasserschicht mit mehreren Stunden, d.h. vor dem Ende des einen typischen Arbeitstag zu bilden.

4. Verweis in Situ brennen Experimente in der COFA (Abbildung 1) für die Kalibrierung der Wasserkühlung im Kegel-Setup

1. Legen Sie einen 5 cm hohen Pyrex Glaszylinder und einen Innendurchmesser von 16,3 cm (Außendurchmesser von 16,9 cm) auf einem Ständer, mit einer kombinierten Höhe von 35-45 cm, in der Mitte der COFA. Die Form des Inhabers ist irrelevant, solange es für einen freien Fluss des Wassers unter den Geltungsbereich der Pyrex-Glas-Zylinder ermöglicht. Füllen Sie das COFA mit frischem Wasser (340-440 L), so dass der Wasserstand 1 cm unter den Rand des Zylinders Pyrex Glas ist.
2. Legen Sie einen Propeller auf einer der Seiten der COFA direkt mit Blick auf die Pyrex-Glas-Zylinder. Schalten Sie den Propeller und passen Sie die vertikale Höhe und fließen Sie damit Wellen in das Wasser im Inneren des Zylinders Pyrex Glas gerade noch zu beobachten sind. Tragen Sie die vertikale Höhe und Fluss Haltung (z.B. 1.000 L/h) und deaktivieren Sie den Propeller, bevor Sie fortfahren des Protokolls.
   Hinweis: Der Propeller ist einen Strom in das Gewässer zu erstellen, die effektiv die Wasserschicht unter dem brennenden Rohöl kühlt zur Vermeidung der Boilover Phänomen^28,29verwendet. Den ursprünglich eingestellten Fluss und die vertikale Höhe des Propellers können verursachen keine ausreichende Kühlung der Sub Wasserschicht, und ein Boilover dann immer noch auftritt.
   Achtung: Ein Boilover ist ein explosiver brennenden Zustand mit einem deutlich erhöhten Flammenhöhe, Brenngeschwindigkeit und Hitze Freisetzungsrate, während welches, die Öl Tröpfchen aus dem Feuer^29,30,31ausgeworfen wird sind. Sicherzustellen Sie, dass keine gefährdeten Ausrüstung geschützt (z.B.mit Alufolie) und halten Sie Personal und Ausrüstung in einem angemessenen Abstand vom Feuer.
3. Wiegen Sie eine Menge an Rohöl entspricht einer 5 mm dicken Ölpest im Pyrex-Glas-Zylinder (d. h.anhand der Dichte und ein Volumen von 104 mL) in eine Aluminium-Schale.
4. Gießen Sie das Rohöl auf dem Wasser im Inneren des Zylinders Pyrex Glas. Achten Sie darauf, dass Sie nicht außerhalb der Boden des Zylinders Ölpest durch Gießen das Öl zu schnell. Wiegen Sie die Aluminium-Schale wieder und registrieren Sie das tatsächliche Gewicht des Rohöls im Inneren des Zylinders Pyrex Glas gegossen.
5. Langsam Wasser hinzufügen der COFA bis die Oberfläche des Ölteppichs 1-2 mm unter dem Rand des Zylinders Pyrex Glas. Diese Höhendifferenz ist wichtig, die verhindert, dass das Öl überläuft auf Zündung.
6. Aktivieren Sie die Dunstabzugshaube und den Propeller. Dann entzünden Sie das Rohöl mit einem Butan Hand Fackel und Messen Sie die Brenndauer ab dem Zeitpunkt der Zündung bis zum Moment des Aussterbens mit der Stoppuhr.
7. Nachdem das Feuer natürlich erloschen ist, sammeln das Öl auf der Wasseroberfläche (bekannt als das Brennen Rückstand) mit hydrophoben Absorption Pads mit einem bekannten Gewicht. Schütteln Sie jede gesammelte Wasser vor dem wiegen die Pads zur Ermittlung des Gewichts Essigreiniger ab. Die brennende Effizienz wird dann mit GL. (1) berechnet und die Brenngeschwindigkeit wird ermittelt, indem die Differenz zwischen der Ausgangsmasse und Rückstände Masse durch die Brenndauer (in Sekunden).
   (1)
8. Wiederholen Sie in Fällen, wo das Feuer ergibt sich ein Boilover Protokoll Schritt 4 durch Ablassen von Wasser aus der COFA bis die Wasseroberfläche wieder einen Zentimeter unterhalb der Pyrex Glas Zylinder Kante ist. Reinigen Sie die Kanten der Pyrex Glaszylinder mit einem flüchtigen, unpolare Lösungsmittel. Dann reduzieren Sie den vertikalen Abstand zwischen Propeller und dem Pyrex Glaszylinder und/oder erhöhen Sie die Fluss Haltung des Propellers und wiederholen Sie Protokoll Schritte 4,3 bis 4,8.
9. Für den Fall, dass das Feuer nicht mit einem Boilover endet, verwenden Sie die berechneten brennende Effizienz und Brenngeschwindigkeit im Schritt 4.7, um die Wasserkühlung im Kegel-Setup zu kalibrieren.

(5) Kalibrierung der Wasserkühlung für den Kegel-Setup (Abbildung 2 und Abbildung 3).

1. Stechen Sie ein flexibles Kunststoffrohr (4 mm I.D.) bei einem Zentimeter aus seiner endet mit einem 1 mm dicken K-Typ Thermoelement, dass die Thermoelement-Perle im Inneren der Röhre frei aufgehängt ist. Befestigen Sie das Thermoelement mit Polytetrafluorethylen (PTFE) Band und Alu-Klebeband um sicherzustellen, dass das Thermoelement nicht bewegt und dass Wasser von der Punktion nicht leckt. Schließen Sie das Thermoelement an ein Datenlogger.
   1. Wiederholen Sie Schritt 5.1 für ein Rohr mit einem Edelstahl-Rohradapter und stecken Sie das Thermoelement direkt unterhalb der Schlauchadapter.
2. Positionieren Sie und befestigen Sie die erste Kunststoffröhre mit seinem Ende mit Thermoelement so weit auf den Boden des kühlenden Reservoirs wie möglich. Verbinden Sie das andere Ende des Schlauches mit dem Einlass einer peristaltischen Pumpe mit einer einstellbaren Geschwindigkeit.
3. Schließen Sie eine neue Kunststoff-Rohr an die Steckdose der peristaltischen Pumpe und schließen Sie das andere Ende dieses Kunststoffröhre mit einem Edelstahl-Rohradapter. Ein Balg versiegelt Ventil anschließen Sie der Rohradapter und Probe waffelhalter Balg versiegelt Ventil an. Stellen Sie sicher, dass die Verbindungen nicht Wasser eindringen zu tun, mit PTFE-Band zwischen den Anschlüssen bei Bedarf.
4. Schließen Sie die andere Seite der Probe waffelhalter an ein Balg-versiegelt-Ventil, das dann an den Rohradapter des Rohrs mit einem Thermoelement unterhalb der Adapter angeschlossen ist. Das andere Ende dieses Schlauches ist platziert und an der Spitze der der kühlenden Reservoir fixiert, so dass das abfließende Wasser zum Kühlen Stausee zurück.
   Hinweis: Stellen Sie sicher, dass der Einlass und auslassrohr ausreichende räumliche Distanz im Behälter haben, damit erwärmtes Wasser nicht direkt rezirkuliert, sondern zum Abkühlen nach unten in den Behälter vor der Rückführung ruft.
5. Ort der Probenhalter mit den angeschlossenen Rohren unter die Kegel-Heizung. Die Höheneinstellung des Inhabers, so dass der äußere Rand 23 mm vom unteren Rand der Kegel-Heizung ist. Stellen Sie sicher, dass die Rohre von ausreichender Länge sind, so dass der Probenhalter leicht unter die Kegel-Heizung platziert werden kann, sobald der Probenhalter das Rohöl enthält.
6. Die Kühlung mit entmineralisiertem Wasser füllen und das Wasser auf eine gewünschte Temperatur (z.B.12 ° C). Öffnen Sie Faltenbalg-versiegelt Ventile und starten Sie den Wasserfluss durch die Probenhalter bei einem gewählten Strömung (z. B. 7 L/h). Schütteln Sie die Halterung um Restluft aus der Halterung zu entfernen, so dass der Halter komplett mit Wasser gefüllt wird.
7. Starten Sie den Datenlogger und überwachen Sie kontinuierlich die Temperatur des in- und abfließende Wasser. Die Pumpe zu stoppen, sobald die abfließende Wassertemperatur stabilisiert hat (Dies ist in der Regel ein paar Grad über die eingestellte Reservoir Temperatur), schließen die Ventile Balg abgedichtet, und schalten Sie die Dunstabzugshaube.
8. Der Probenhalter auf einer Last-Skala und Tarieren Sie die Waage. Der Probenhalter, der zu einer glatten Dicke von 10 mm (d. h.anhand der Dichte und ein Volumen von 95 mL) entspricht fügen Sie eine Menge an Öl hinzu. Dann Balg versiegelt Ventile öffnen und die Pumpe wieder starten.
9. Der Probenhalter sorgfältig unter die Kegel-Heizung zu platzieren und das Öl mit einer Butan Hand Fackel zu entzünden. Messen Sie die Brenndauer ab dem Zeitpunkt der Zündung bis zum Moment des Aussterbens mit der Stoppuhr.
   Achtung: Beim Brennen Öle, die Wasser enthalten, entweder natürlich oder durch Emulgierung, ein Boilover auftreten bei der Verbrennung (siehe Schritt 4).
10. Nachdem das Feuer erloschen ist, stoppen Sie die Pumpe, schließen Sie die Ventile trennen Sie der Rohre und platzieren Sie der Probenhalter auf einer geeichten Skala zu. Das Gewicht des Inhabers einschließlich des Burn-Rückstands zu registrieren.
11. Reinigen Sie Verbranntes Öl Rückstände aus der Halterung mit einem flüchtigen unpolare Lösungsmittel. Wiegen Sie die gereinigten Halter erneut, um die Rückstände Gewicht zu bestimmen. Berechnen Sie dann die brennende Effizienz und Brenndauer wie in Schritt 4.7 beschrieben.
12. Für den Fall, dass die brennende Effizienz und Brenngeschwindigkeit die Ergebnisse von Protokoll Schritt 4 übereinstimmen, die Wassertemperatur und Strömung sind jetzt kalibriert und können im folgenden Protokoll Schritt verwendet werden. Für den Fall, dass die brennende Effizienz und Brenngeschwindigkeit nicht die Ergebnisse von Protokoll Schritt 4 übereinstimmen, wählen Sie ein neues Reservoir Temperatur und/oder neue Strömung entsprechend. Verbinden Sie die Rohre auf der Probenhalter, öffnen Sie Ventile, starten Sie die Pumpe, schütteln Sie die Halterung um die Luft zu entfernen und wiederholen Sie die Schritte 5,7-5.12.
    Hinweis: Es kann nicht die brennende Effizienz und die Brenngeschwindigkeit entsprechen möglich. Im Sinne der beschriebenen Protokolls die brennende Effizienz ist wichtiger und sollten so genau wie möglich abgestimmt werden. Wenn Sie mehrere Öle testen, können die Wassertemperatur und die Strömung für entweder ein Öl oder für jedes Öl individuell kalibriert werden. Beim kalibrieren die Wassertemperatur und Durchflussmenge für jedes Öl das Öl brennt auf dem Wasser genauer individuell simulieren kann, Zündung Verzögerung Zeit Ergebnisse verschiedener Öle (Schritt 6) kann ohne weiteres als im Vergleich mit einer festen Wassertemperatur und flow für alle Experimentieren Sie.

6. Kalibrierung der Kegel Heizung (Abbildung 2-3).

1. Kalibrieren Sie den Zusammenhang zwischen der Temperatur der Heizung Kegel und die Hitze Flussmittel Ausgabe mit einem wassergekühlten Wärmestrom Messgerät mit einer maximalen Kapazität von 100 kW/m².
   1. Legen Sie eine aquariumpumpe in einen Eimer und füllen Sie den Eimer mit kaltem Leitungswasser, so dass die Pumpe vollständig untergetaucht ist.
   2. Die aquariumpumpe an Hitze Flussmittel Messgerät mit einem Kunststoffrohr anschließen. Anschließen Sie eine zweite Kunststoffrohr an Hitze Flussmittel Messgerät und beheben Sie das andere Ende des Schlauches in die Eimer, etwas oberhalb der Wasseroberfläche zu, so dass Wasser aus dem Rohr fließt leicht beobachtet werden kann. Schalten Sie die Pumpe und damit ein stetigen Strom von Wasser fließt durch die Hitze Flussmittel Gauge.
   3. Schalten Sie die Dunstabzugshaube und den Kegel auf 200 ° c erhitzen Die Hitze Flussmittel Gauge (nach oben) 25 mm unterhalb der Mitte des Kegels und schließen Sie die Hitze Flussmittel Spurweite an den Datenlogger an. Starten Sie den Datenlogger, Öffnen der Rollläden, messen den Wärmestrom für 5-10 min, bis eine stabile Wärmestrom lesen erworben wird, stoppen die Datenerfassung und Schließen der Rollläden.
   4. Wiederholen Sie Schritt 6.1.3 bei Kegel Temperaturen von 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740, 760, 780 und 800 ° C.
2. Bestimmen Sie die Kegel-Temperaturen, die Wärmestromes von 3-50 kW/m² mit den gemessenen Datenpunkte und vorausgesetzt eine lineare Korrelation zwischen Datenpunkten entsprechen.

7. die Entflammbarkeit Experimente von Rohöl in die Kegel-Setup (Abbildung 2-3)

1. Zu Beginn jeder Test-Sitzung, erkundigen Sie sich bei den Wärmestrom ermitteln, ob die Kegel-Temperatur entspricht einem Wärmestrom von 10 kW/m² noch richtig gelesen (±5 %) gibt. Wenn ja, fahren Sie mit dem Protokoll. Ist dies nicht der Fall, wiederholen Sie Schritt 6, bevor Sie fortfahren.
2. Testen Sie zu Beginn eines jeden Sitzung, schalten Sie die Dunstabzugshaube, schalten Sie den Gas-Analyzer und Kalibrieren Sie der Gasanalysator gemäß den Spezifikationen, die vom Hersteller zur Verfügung gestellt.
3. Stellen Sie sicher, dass wenn der Kegel der Probenhalter unterstellt ist, gibt es eine Strecke von 23 mm zwischen der Unterseite des Kegels und dem äußeren Rand des Inhabers.
4. Erwärmen Sie den Kegel auf eine Temperatur entspricht einem Wärmestrom 5 kW/m².
   1. In der Zwischenzeit kühl der Wasserbehälter auf die Temperatur gefunden in Schritt 5, schließen Sie die Wasser-Rohre an der Probenhalter, Ventile öffnen und starten Sie die Pumpe an den Fluss, die in Schritt 5 gefunden. Schütteln der Probenhalter um Luft gefangen in der Halterung zu entfernen. Starten Sie den Datenlogger und überwachen Sie die Temperatur des Wassers, bis die abfließende Wassertemperatur stabilisiert hat.
   2. Sobald der Konus und der Probenhalter bei ihren jeweiligen eingestellten Temperaturen stabilisieren, stoppen Sie die Pumpe zu, schließen Sie die Ventile der Probenhalter und die Ventile trennen Sie die Rohre.
5. Der Probenhalter auf einer Last-Skala und Tarieren Sie die Waage. Der Probenhalter, der zu einer glatten Dicke von 10 mm (d. h. anhand der Dichte und ein Volumen von 95 mL) entspricht fügen Sie eine Menge an Öl bei Raumtemperatur hinzu. Schließen Sie die Schläuche, öffnen Sie Faltenbälge abgedichtet Ventile und starten Sie die Pumpe wieder.
6. Starten Sie den Datenlogger für die Gas-Analysator zur Messung der O₂, CO₂und CO-Konzentrationen in der Verbrennungsgase und die Wassertemperatur in und out - flowing.
7. Setzen der Probenhalter unter dem Kegel vorsichtig und zwei Stoppuhren bereit. Der Funken Zünder über der Probe in Position bewegt. Dann die Fensterläden öffnen und die erste Stoppuhr starten.
8. Nach Zündung des Öls gleichzeitig die erste Stoppuhr stoppen und die zweite Stoppuhr starten. Verschieben Sie dann die Funken Zünder zurück in seine neutrale Position Weg von den brennenden Probe.
   1. Wenn das Öl nicht innerhalb von 10 min zündet, die erste Stoppuhr stoppen und der Funken Zünder in die neutrale Position zurück. Dann das Öl mit einer Butan Hand Fackel entzünden und die zweite Stoppuhr starten.
      Achtung: Beim Brennen Öle, die Wasser enthalten, auftreten entweder natürlich oder durch Emulgierung, eine Boilover der brennenden (Schritt 4).
9. Nachdem das Feuer erloschen ist, die zweite Stoppuhr, schließen Sie die Rollläden zu, und beenden Sie die Datenerfassung der Gas-Analysator und kühlen Wassertemperaturen. Dann schalten Sie die Pumpe, schließen Sie die Ventile trennen Sie der Rohre und platzieren Sie der Probenhalter auf einer geeichten Skala zu. Das Gewicht des Inhabers einschließlich des Burn-Rückstands zu registrieren.
10. Reinigen Sie den Inhaber von verbranntem Öl Rückstände mit einem flüchtigen unpolare Lösungsmittel. Wiegen Sie die gereinigten Halter erneut, um die Rückstände Gewicht zu bestimmen. Berechnen Sie dann die brennende Effizienz und Brenndauer wie in Schritt 4.7 beschrieben.
11. Wiederholen Sie für jedes Öl, das getestet werden soll Schritte 7,4-7.10 für Wärmestromes von 10, 20, 30, 40 und 50 kW/m². Entfernen Sie alle Ruß auf die Heizspirale Kegel nach jedem Experiment hinterlegt.
    1. Um festzustellen, dass die erforderliche Wärmestrom für pilotierten Zündung, d. h. die kritischen Wärmestromdichte benötigt, ist die zusätzliche Wärmestromes testen erforderlich. Wiederholen Sie die Schritte, die 7,4-7.10 für Wärmestromes gesenkt von 1 kW/m² Schritten von der niedrigsten Wärmestrom bei denen pilotierten Zündung aufgetreten, bis einem Wärmestrom getestet wird für die pilotierten Zündung innerhalb von 10 min nicht beachtet wird. Die kritischen Wärmestromdichte wird dann in einem 1 kW/m² obere Bereich von dieser Wärmestrom gefunden.
       Achtung: Sehr volatil Rohöle können spontan entzünden wenn ausgesetzt sehr hohe Hitze (≥40 kW/m²), Abwehrhaltungen, selbst wenn die Fensterläden der Kegel Heizung geschlossen sind.

8. die Oberflächentemperatur bei Zündung Experimente von Rohöl in das COFA Setup (Abbildung 4).

1. Legen Sie einen 5 cm hohen Pyrex Glaszylinder mit einem Innendurchmesser von 16,3 cm (O.D 16,9 cm) auf einem Ständer, mit einer kombinierten Höhe von 35-45 cm, in der Mitte der COFA (Abbildung 1). Legen Sie zwei Infrarotstrahler (IR) an verstellbaren Edelstahl-Stände an zwei gegenüberliegenden Seiten des Zylinders Pyrex Glas in einem horizontalen Abstand von mindestens 5 cm von der Außenkante des Zylinders montiert.
   Hinweis: Die genauen Spezifikationen und Abmessungen der IR-Heizungen sind irrelevant, solange sie ein ausreichend hoher Wärmestrom an die Öl-Oberfläche, Rohöle, entzünden bieten kann, die in der Regel 5 bis 20 kW/m² für Zündung erfordert. Eine minimale Leistung von 1 kW und minimale Heizung Breite von 17 cm wird empfohlen. Alle Kühlsysteme der IR-Heizungen, wie Luft-Lüfter, sollte außerdem nicht mit der Ölpest während des Experiments interagieren.
2. Messen der Oberflächentemperatur bei Zündung ein Rohöl, ein Vorfall wird Wärmestrom von 2-5 kW/m² höher als seine kritischen Wärmestromdichte (Schritt 7.11.1) empfohlen.
   1. Bereiten Sie ein 100 kW/m² Wärme Flussmittel Messgerät nach Schritten 6.1.1-6.1.2 und verbinden Sie Wärme Flussmittel Messgerät mit Datenlogger. Ort der Wärmestrom Spurweite in der Mitte des Zylinders Pyrex Glas, nach oben, auf einer Höhe von 1 – 2 mm unterhalb der Oberkante des Zylinders. Die horizontale Fläche in dieser Höhe im Inneren der Pyrex Glaszylinder von nun an als "der Horizontalebene" bezeichnet wird. Diese horizontale Ebene entspricht der Oberfläche einer Ölpest im Inneren des Zylinders Pyrex Glas.
      Hinweis: Sicherstellen Sie, dass die Hitze Flussmittel Gauge in der Horizontalebene frei verschoben werden kann, damit es den Vorfall Wärmestrom an verschiedenen Standorten von der horizontalen Ebene messen kann. Die Pyrex Glas Zylinder nur Funktionen als visuelle Hilfe für die korrekte Platzierung des Wärmestroms Horizontalebene, Messen damit bei Bedarf die Pyrex-Zylinder während Schritt 8.2 entnommen werden kann.
   2. Starten Sie den Datenlogger, schalten Sie die IR-Heizungen, und überwachen Sie den Vorfall Wärmestrom in der Mitte der horizontalen Ebene. Optimieren Sie den Vorfall Wärmestrom auf der horizontalen Ebene durch die räumliche Lage des IR-Heizungen (Höhe, Winkel und horizontalen Abstand von der horizontalen Ebene) und ihre Leistung Ausgang Prozentsatz anpassen, bis die gewünschte Vorfall Wärmefluss entsteht.
   3. Messen Sie den Vorfall Wärmestrom an den Außenkanten der Horizontalebene. An allen Standorten sollte der Vorfall Wärmestrom 2-5 kW/m² höher als die kritische Wärmestromdichte des Öls, das getestet werden. Passen Sie die Lage und Macht Ausgabe Prozentsatz der IR-Heizungen nach dem vorherigen Schritt bei Bedarf an.
   4. Messen Sie nach jeder Einstellung der Lage und Ausgangsleistung der IR-Heizungen den Vorfall Wärmestrom auf der horizontalen Ebene im Zentrum und den äußeren Rändern.
   5. Wiederholen Sie Schritte 8.2.2-8.2.5, bis der gemessenen Vorfall Wärmestrom in der Horizontalebene 2-5 kW/m² höher als die kritische Wärmestromdichte des gewählten Öls ist. Schalten Sie die IR-Heizungen, und entfernen Sie die Hitze Flussmittel Gauge. Platzieren Sie Pyrex-Glas-Zylinder zurück auf seinem Ständer, bei Bedarf.
3. Füllen Sie das COFA mit frischem Wasser (340-440 L), so dass der Wasserstand einen Zentimeter unter dem Rand des Zylinders Pyrex Glas ist. Legen Sie einen Propeller auf einer der Seiten der COFA direkt mit Blick auf die Pyrex Glaszylinder auf der Höhe, die in Schritt 4 gefunden.
4. Positionieren Sie und befestigen Sie einen Satz von drei 1 mm dicken Typ K Thermoelemente bei 1-2 mm unter dem Rand des Zylinders Pyrex Glas. Ordnen Sie die Thermoelemente so an, dass sie entlang der Radius des Zylinders, mit einem Abstand von ca. 1-2 cm zwischen den einzelnen Thermoelement messen. Verbinden Sie die Thermoelemente mit Datenlogger.
5. Ein Metallstab auf ein Metall-Ständer, die in der COFA steht zuordnen Sie ein Funken Zünder mit einer Metallklemme. Stand zu platzieren, so dass der Zünder leicht aus einer neutralen Position an eine Position verschoben werden kann ca. 2-3 cm über dem zentralen Bereich des Zylinders Pyrex Glas und wieder in seine neutrale Position wieder.
6. Wiegen Sie eine Menge an Rohöl entspricht einer 5 mm dicken Ölpest im Pyrex-Glas-Zylinder (d. h. anhand der Dichte und ein Volumen von 104 mL) in eine Aluminium-Schale.
7. Gießen Sie das Rohöl auf dem Wasser im Inneren des Zylinders Pyrex Glas. Achten Sie darauf, dass Sie nicht außerhalb der Boden des Zylinders Ölpest durch Gießen das Öl zu schnell. Wiegen Sie die Aluminium-Schale wieder und registrieren Sie das tatsächliche Gewicht des Rohöls im Inneren des Zylinders Pyrex Glas gegossen.
8. Langsam Wasser hinzufügen der COFA bis die Oberfläche des Öls nur in Kontakt mit den drei Thermoelemente kommt. Bewegen Sie die Funken Zünder an seiner Position über das Öl.
9. Datenlogger und eine Stoppuhr synchron zu starten, so dass jede Sekunde eine spezielle Scan-Nummer übereinstimmt. Schalten Sie die Dunstabzugshaube, der Propeller und der Funken Zünder. Schalten Sie die IR-Heizungen und die Leistung auf den Prozentsatz in Schritt 8.2 gefunden.
10. Halten Sie nach Zündung des Öls der Stoppuhr und Datenlogger an, schalten Sie die Funken Zünder, und in seiner neutralen Position verschieben Sie und schalten Sie die IR-Heizungen und der Propeller. Dann löschen Sie das Feuer, indem man vorsichtig eine nicht brennbare Abdeckung über dem Pyrex-Glas-Zylinder. Die Löscharbeiten erfordern die Thermoelemente zu verschiebende Weg zuerst.
11. Sammeln Sie und entsorgen Sie das Rohöl mit hydrophoben Absorption Pads. Lassen Sie Wasser aus der COFA ab, bis der Wasserstand niedrig genug, um den Vorfall Wärmestrom auf der horizontalen Ebene wieder mit einem Wärme-Flux-Messgerät zu messen ist. Reinigen Sie Pyrex Glaszylinder mit einem flüchtigen unpolare Lösungsmittel.
12. Zeichnen Sie die Temperatur der drei Thermoelemente als eine Funktion der Anzahl Scan. Basierend auf der Zeit auf die Stoppuhr, die entsprechende Anzahl von Scan und die geplottete Graph, bestimmen Sie die Oberflächentemperatur nach Zündung des getesteten Rohöls.
13. Wiederholen Sie für jedes zusätzliche Öl, das getestet wird Schritte 8.2-8.12.

Ergebnisse

Abbildung 5 zeigt die Verdunstung Kurve ein leichtes Rohöl, das über mehrere Tage zu einem Verlust von 30 Gew.-% mit der in Schritt 2 beschriebenen Methode verdampft war. Die Abbildung zeigt deutlich, dass nach dem ersten Tag (19 Uhr) der Verdunstungskühlung Verwitterung, die Verdunstungsrate erheblich wodurch für Pausen reduziert wird, wie im Protokoll erwähnt.

Abbildung 6

Diskussion

Die beiden Verwitterung Methoden diskutiert in diesem Papier sind eine relativ einfache Annäherung an die Verwitterungsprozesse, dass¹⁷ein verschüttetes Öl auf dem Wasser ausgesetzt ist. Andere, anspruchsvolle Verwitterung Methoden können auch verwendet werden, verwitterte Rohöl Beispiele, wie die zirkulierenden Klamm durch Brandvik und Faksness³⁵beschrieben. Der Vorteil der vorgestellten Methoden ist, dass sie einfachen Ausrüstung erfordern und leicht in einer Laborumgebun...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
DUC Rohöl	Maersk	N/A	Leichtes Rohöl mit r = 0,853 g/ml und h = 6,750 mPa*s.
Grane Rohöl	Statoil	N/A	Schweres Rohöl mit r = 0,925 g/ml und h = 133,6 mPa*s.
SVM 3000 Stabinger Viskosimeter	Anton Paar	C18IP007EN-P	Viskositäts- und Dichtemessgerät für frische und verwitterte Rohöle.
Laboshake RO500	Gerhardt	11-0002	Drehschwingtisch zum Emulgieren von Wasser- und Ölgemischen.
Jebao Wave Maker RW-4	Jebao	N/A	Propeller (Durchfluss von 500-4000 L/h), der im COFA-Setup verwendet wird, um einen Strom zu erzeugen.
Aquabee UP 3000	Aquabee	UP 3000	Aquarienpumpe zur Kühlung des Wärmestrommessers.
Adventurer Precision Electronic Balance	OHAUS	AX5205	Lastwaage zum Wiegen des Öls für die COFA-Experimente und im speziell angefertigten Kegelprobenhalter für den Kegelaufbau.
3M Oil Sorshedent Pads	VWR	MMMAHP156	Hydrophobe Absorptionskissen, die zum Sammeln von Ölrückständen verwendet werden, um die Verbrennungseffizienz des Feuers zu bestimmen.
Massenverlust-Kalorimeter-Brandprüftechnik	(FTT)	B11325-650-1-1608	die Prüfung von Rohöl wurde anstelle des standardmäßigen quadratischen Probenhalters ein maßgefertigter, kreisförmiger Halter verwendet. Enthält ein Wärmestrommessgerät mit einem Bereich von bis zu 100 kW/m2.
34972A Datenerfassung / Datenlogger Schalteinheit	RS Components Ltd.	702-7958	Hergestellt von Keysight Technologies. Betrieben von der Keysight benchLink Datenlogger 3 Software und ausgestattet mit einem 20-Kanal-Multiplexer.
Keysight Technologies 34901A 20-Kanal-Multiplexer	RS Components Ltd.	702-7939	Hergestellt von Keysight Technologies.
Faltenbalg-abgedichtetes Ventil	Swagelok	SS-1GS6MM	Kippventil zum Öffnen/Schließen des Wasserein- und -auslasses des speziell angefertigten Kegelprobenhalters für den Konusaufbau.
Kronos 50 Schlauchpumpe	SEKO	KRFM0210M6000	Schlauchpumpe, die zur Kühlung des speziell angefertigten Kegelprobenhalters für das Konus-Setup verwendet wird.
ARCTIC A28 Kühlkreislauf	ThermoFisher Scientific	152-5281	Wasserkühlbehälter zur Kühlung des Kühlwassers, das durch den speziell angefertigten Kegelprobenhalter für den Konusaufbau fließt. Enthält eine Einhängethermostatsteuerung SC 100.
Gasanalyse-Instrumentierungskonsole mit Kanaleinsatz	Brandprüftechnik (FTT)	B11328-650-1-1609	Gasanalysator für O2, CO2 und CO. Verwendet eine Datenerfassungs-/Datenlogger-Schalteinheit 34972A.
Keramik & Edelstahl 2,5 mm Elektrode	Brandprüftechnik (FTT)	M015-4	Funkenzünder aus dem Massenverlustkalorimeter. Wird im COFA-Setup verwendet, um die Oberflächentemperatur nach der Zündung zu messen.
Infrarot-Strahler-Modul M110/348	Heraeus	80046199	Original Infrarotheizungen, auf denen die neue Konstruktion mit einer wassergekühlten Halterung für die Heizelemente basierte. Enthält zwei kurzwellige Doppelröhren-Emitter (09751751). Betrieb durch einen Leistungssteller vom Typ CB1x25 P.
Leistungssteller Heratron	Heraeus	80055836	Typ CB1x25 P Leistungssteller für die Infrarotheizungen.