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

Das übergeordnete Ziel dieses experimentellen Verfahrens ist es, die Zündanforderungen und die daraus resultierende Verbrennungseffizienz von Rohöl, das auf Wasser verschüttet wird, zu quantifizieren und zu verbessern, um bei Ölverschmutzungen vorzugehen. Dieses Protokoll kann dazu beitragen, wichtige Fragen für die In-situ-Verbrennung von Rohölverschmutzungen zu beantworten, wie z. B. die Stärke und die Expositionszeit, die für die Zündquelle benötigt wird. Der Hauptvorteil dieser Laborversuche besteht darin, dass die Entflammbarkeit und die Verbrennungseffizienz von Rohölen gleichzeitig unter Bedingungen untersucht werden können, die einem Rohölfeuer im Einsatzmaßstab entsprechen.

Beginnen Sie mit der Vorbereitung von Ölproben für die Experimente. Verwenden Sie diesen Kunststoffbehälter für den Bewitterungsprozess. In den Deckel sind Löcher gebohrt.

An der Seite befindet sich auch ein Loch für ein Kunststoffrohr, das mit einem O-Ring mit Löchern verbunden ist. Stellen Sie den Behälter so auf, dass Luft durch mehrere Liter frisches Rohöl sprudelt. Überwachen Sie während des Bewitterungsprozesses das Gewicht des Öls, um den prozentualen Gewichtsverlust im Laufe der Zeit zu kennen.

Stoppen Sie, wenn der gewünschte Wert erreicht ist, was mehrere Tage dauern kann. Für die Emulgierung von Rohöl ist ein Drehtisch erforderlich. Schütteln Sie zunächst 900 Milliliter des gewünschten Rohöl-Wasser-Gemisches für ein bis zwei Minuten kräftig.

Stellen Sie dann die Flasche auf den Dreh-Schütteltisch, um sie bei Raumtemperatur umzurühren. Das Rohöl-Entflammbarkeitsgerät (COFA) befindet sich unter einer Ablufthaube. Es handelt sich um ein Wasserbecken aus Metall mit Ein- und Ablauf.

Bereiten Sie für den Test einen Glaszylinder vor. Er sollte fünf Zentimeter hoch sein und einen Durchmesser von etwa 16 Zentimetern haben. Montieren Sie den Zylinder auf einem Ständer und platzieren Sie den Ständer und den Zylinder in der Mitte des Beckens.

Füllen Sie das Becken mit frischem Wasser. Stoppen Sie, wenn das Wasser einen Zentimeter unter dem Rand des Glaszylinders steht. Montieren Sie einen Propeller an der Beckenwand, der direkt auf den Glaszylinder ausgerichtet ist, und stellen Sie ihn in der Höhe ein.

Stellen Sie seine Höhe und Geschwindigkeit so ein, dass die erzeugten Wellen im Wasser im Inneren des Zylinders kaum zu sehen sind. Schalten Sie den Propeller aus und bereiten Sie das Öl vor. Gießen Sie das Öl vorsichtig auf die Wasseroberfläche im Inneren des Glaszylinders.

Geben Sie dann langsam Wasser in das Becken und stoppen Sie, wenn die Oberfläche des Ölteppichs ein bis zwei Millimeter unter dem Rand des Zylinders liegt. Starten Sie den Propeller und bereiten Sie sich darauf vor, das Brennen zu timen. Verwenden Sie einen Butan-Handbrenner, um das Rohöl zu entzünden.

Notieren Sie die Zeit von der Zündung bis zum Erlöschen. Wenn das Feuer erloschen ist, verwenden Sie hydrophobe Absorptionskissen, um das restliche Öl aufzufangen. Schütteln Sie das gesammelte Wasser ab, bevor Sie die Pads wiegen, um die Brenneffizienz zu bestimmen.

Halten Sie ein anderes Setup unter einer Motorhaube bereit, um die Entflammbarkeit zu untersuchen. Verwenden Sie eine Kegelheizung, die mit Klappenläden und einem Funkenzünder ausgestattet ist. Diese Heizung verfügt auch über einen speziell angefertigten Probenhalter.

Dieses Schema hebt die Funktionen hervor, wenn die beiden zusammengefügt werden. Die Kegelheizung sitzt 23 Millimeter über einem Ölteppich, der sich in einer Metallhalterung befindet. Ventile regeln das Kühlwasser, das unter dem Öl fließt.

Dieses Schema vermittelt ein Gefühl für die Elemente jenseits der Heizung und des Probenhalters. Es gibt eine Steuereinheit für die Konustemperatur und den Funkenzünder. Das komplette Wassersystem wird offengelegt, ebenso wie das Vorhandensein eines Gasanalysators, der die Abgase beprobt.

Beginnen Sie damit, den Kegel so zu erhitzen, dass an der Öloberfläche ein Wärmefluss von drei bis 50 Kilowatt pro Quadratmeter entsteht. Kühlen Sie den Behälter außerdem auf eine zuvor festgelegte Temperatur ab. Wenn alles fertig ist, schließen Sie die Wasserschläuche an den Probenhalter an und lassen Sie das Wasser durch das System fließen.

Schütteln Sie den Probenhalter, um eingeschlossene Luft zu entfernen. Wenn sich die Temperaturen des Kegels und des Probenhalters stabilisiert haben, stoppen Sie die Pumpe. Schließen Sie die Ventile auf beiden Seiten des Probenhalters und trennen Sie dann die Röhrchen.

Bringen Sie den Probenhalter zu einer Lastwaage und tarieren Sie die Waage. Geben Sie Öl bei Raumtemperatur in den Probenhalter, was einer Slick-Dicke von 10 Millimetern entspricht. Wenn Sie fertig sind, schließen Sie den Probenhalter wieder an, öffnen Sie die Ventile und starten Sie den Wasserfluss neu.

Platzieren Sie den Probenhalter nach dem Start der Datenerfassung vorsichtig unter dem Kegel. Bereiten Sie zwei Stoppuhren vor und bewegen Sie den Funkenzünder über die Probe. Öffnen Sie als Nächstes die Kegelverschlüsse und starten Sie die erste Stoppuhr.

Wenn sich das Öl entzündet, stoppen Sie die erste Stoppuhr und starten Sie die zweite, und bringen Sie dann den Zünder in seine neutrale Position. Warten Sie, bis das Feuer erloschen ist, um die zweite Stoppuhr zu stoppen. Schließen Sie die Rollläden und stoppen Sie die Datenerfassung.

Stoppen Sie anschließend den Wasserfluss im Probenhalter, schließen Sie die Ventile und trennen Sie die Schläuche. Stellen Sie den Probenhalter auf eine tarierte Waage und registrieren Sie sein Gewicht mit Brandrückständen. Reinigen Sie den Halter mit einem flüchtigen, unpolaren Lösungsmittel.

Wiegen Sie es erneut, um das Rückstandsgewicht und damit die Verbrennungseffizienz zu bestimmen. Kehren Sie zum COFA zurück. Stellen Sie einen Glaszylinder auf einen Ständer in der Mitte des Geräts.

Bringen Sie anschließend zwei wassergekühlte Infrarotheizungen auf verstellbaren Fundamenten auf beiden Seiten des Zylinders in Position. Positionieren Sie sie ein bis fünf Zentimeter von der Außenkante des Zylinders entfernt. Füllen Sie das Rohöl-Entflammbarkeitsgerät mit Wasser.

Der Wasserstand sollte einen Zentimeter unter dem Rand des Glaszylinders liegen. Platzieren Sie einen Propeller mit Blick auf den Zylinder in der zuvor festgelegten Höhe. Bereiten Sie nun Thermoelemente für den Zylinder vor.

Montieren Sie drei ein Millimeter dicke K-Typ-Thermoelemente auf einem Rahmen und hängen Sie diesen Rahmen über den Zylinder. Richten Sie den Rahmen so aus, dass sich die Thermoelemente entlang des Radius befinden, ein bis zwei Millimeter unter der Zylinderkante. Geben Sie langsam Wasser in das Becken und prüfen Sie, ob das Wasser gleichzeitig mit jedem Thermoelement in Berührung kommt, um deren Platzierung zu testen.

Um fortzufahren, lassen Sie das Wasser ab, so dass sein Wasserstand wieder einen Zentimeter unter dem Rand des Zylinders liegt. Stellen Sie sicher, dass sich ein Funkenzünder problemlos zwischen einer neutralen Position und der Zylindermitte bewegen kann. Starten Sie es in der neutralen Position.

Gießen Sie Rohöl, das einem fünf Millimeter dicken Ölteppich entspricht, auf das Wasser im Inneren des Glaszylinders. Füge Wasser hinzu, bis das Öl gerade mit den Thermoelementen in Berührung kommt. Bringen Sie den Funkenzünder in Position über dem Öl.

Starten Sie gleichzeitig die Datenerfassung und eine Stoppuhr. Schalten Sie die Abzugshaube, den Propeller und den Funkenzünder ein. Schalten Sie die Infrarotheizungen mit der vorgegebenen Leistung ein.

Nach dem Anzünden des Öls stoppen Sie die Stoppuhr. Schalten Sie den Zünder aus und bringen Sie ihn in die neutrale Position. Stoppen Sie die Datenerfassung und schalten Sie die Heizungen und den Propeller aus.

Entfernen Sie dann die Thermoelemente und löschen Sie das Feuer mit einer nicht brennbaren Abdeckung. Diese Daten beziehen sich auf die Zündverzögerungszeit in Abhängigkeit vom einfallenden Wärmefluss aus dem Kegel. Es gibt Daten für frisches schweres Rohöl und schweres Rohöl, das verdunstet ist.

Die vertikalen Asymptoten zeigen die kritischen Wärmeflüsse. Dieses Diagramm zeigt die Wärmefreisetzungsrate als Funktion der Zeit für frisches leichtes Rohöl. Es hat ein regelmäßiges Wärmeabgaberatenprofil.

Vergleichen Sie dies mit den Daten für ein emulgiertes leichtes Rohöl, das am Ende der Verbrennung ein Überkochen aufwies. Beachten Sie, dass die Skalen unterschiedlich sind. Hier ist der Verbrennungswirkungsgrad in Abhängigkeit vom einfallenden Wärmefluss für zwei Ölsorten, frisches leichtes Rohöl und verdampftes schweres Rohöl.

Die Daten wurden mit dem Konusaufbau gewonnen. Die Daten aus dem Setup ermöglichen auch eine Darstellung der Brenngeschwindigkeit für die beiden Ölsorten. Dies ist ein Beispiel für die Oberflächentemperatur als Funktion der Zeit von zwei Thermoelementen in der Rohöl-Entflammbarkeitsvorrichtung.

Der Dorn zeigt den Zeitpunkt der Zündung an. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die Entflammbarkeit und Verbrennungseffizienz von Rohölen unter Bedingungen untersuchen können, die Rohölbrände auf dem Wasser im Betriebsmaßstab simulieren. Einmal gemeistert, können die verschiedenen experimentellen Verfahren in 20 bis 60 Minuten pro Versuch durchgeführt werden, wenn sie richtig durchgeführt werden.

Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass, obwohl die Versuchsaufbauten so konzipiert sind, dass sie die Bedingungen im operationellen Maßstab simulieren, die Experimente immer noch in einer kontrollierten Laborumgebung durchgeführt werden und daher die Ergebnisse entsprechend interpretiert werden sollten. Nach diesem Verfahren können weitere Parameter, die das Problem beeinflussen, wie Wind und Wellen, zu den Versuchsaufbauten hinzugefügt werden, um die Repräsentativität dieser Experimente im Vergleich zu realen in situ Brennvorgängen weiter zu verbessern. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Feuer und Rohöl äußerst gefährlich sein kann und dass bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden sollten, wie z. B. persönliche Schutzartikel, eine geeignete Abzugshaube und der Schutz brennbarer Materialien.