Une procédure expérimentale pour Laboratory Studies of In Situ brûlant : inflammabilité et l’efficacité de combustion de pétrole brut

L’objectif général de cette procédure expérimentale est de quantifier et d’améliorer la compréhension des exigences d’allumage et de l’efficacité de combustion du pétrole brut déversé sur l’eau à des fins d’intervention en cas de déversement d’hydrocarbures. Ce protocole peut aider à répondre à des questions clés pour la combustion in situ de déversements de pétrole brut, telles que l’intensité et le temps d’exposition nécessaires à la source d’inflammation. Le principal avantage de ces expériences en laboratoire est que l’inflammabilité et l’efficacité de combustion des pétroles bruts peuvent être étudiées simultanément dans des conditions qui représentent des incendies de pétrole brut à l’échelle opérationnelle.

Commencez à préparer des échantillons d’huile pour les expériences. Utilisez ce récipient en plastique pour le processus de vieillissement. Il a des trous percés dans son couvercle.

Il y a aussi un trou dans son côté pour accueillir un tube en plastique relié à un joint torique avec des trous. Installez le récipient pour faire bouillonner l’air à travers plusieurs litres de pétrole brut frais. Pendant le processus de vieillissement, surveillez le poids de l’huile pour connaître le pourcentage de perte de poids au fil du temps.

Arrêtez-vous lorsque la valeur souhaitée est atteinte, ce qui peut prendre plusieurs jours. L’émulsification du pétrole brut nécessite une table vibrante rotative. Tout d’abord, agitez vigoureusement 900 millilitres du mélange d’huile brute et d’eau désiré pendant une à deux minutes.

Placez ensuite la bouteille sur la table vibrante rotative pour remuer à température ambiante. L’appareil d’inflammabilité du pétrole brut ou COFA se trouve sous un capot d’évacuation. Il s’agit d’un bassin d’eau en métal avec une entrée et un drain.

Pour le test, préparez un cylindre de verre. Il doit mesurer cinq centimètres de haut et environ 16 centimètres de diamètre. Montez le cylindre sur un support et placez le support et le cylindre au centre du bassin.

Procédez en remplissant le bassin d’eau douce. Arrêtez-vous lorsque l’eau se trouve à un centimètre sous le bord du cylindre de verre. Montez une hélice sur la paroi du bassin pour faire face directement au cylindre de verre et régler sa hauteur.

Réglez sa hauteur et sa vitesse de manière à ce que les vagues générées soient à peine observables dans l’eau à l’intérieur du cylindre. Éteignez l’hélice et préparez l’huile. Versez soigneusement l’huile sur la surface de l’eau à l’intérieur du cylindre de verre.

Ensuite, ajoutez lentement de l’eau dans le bassin et arrêtez-vous lorsque la surface de la nappe d’huile est d’un à deux millimètres sous le bord du cylindre. Démarrez l’hélice et préparez-vous à chronométrer la combustion. Utilisez un chalumeau à main au butane pour allumer le pétrole brut.

Enregistrez le temps écoulé entre l’allumage et l’extinction. Une fois le feu éteint, utilisez des tampons d’absorption hydrophobes pour recueillir l’huile restante. Secouez l’eau recueillie avant de peser les tampons pour déterminer l’efficacité de combustion.

Ayez une configuration différente prête sous un capot pour étudier l’inflammabilité. Utilisez un radiateur à cône équipé de volets et d’un allumeur à étincelle. Cet appareil de chauffage dispose également d’un porte-échantillon sur mesure.

Ce schéma met en évidence les caractéristiques lorsque les deux sont assemblés. Le cône chauffant se trouve à 23 millimètres au-dessus d’une nappe d’huile qui se trouve dans un support métallique. Les vannes régulent l’eau de refroidissement qui s’écoule sous l’huile.

Ce schéma donne une idée des éléments au-delà de l’appareil de chauffage et du porte-échantillon. Il y a une unité de contrôle pour la température du cône et l’allumeur d’étincelle. L’ensemble du système d’eau est révélé, ainsi que la présence d’un analyseur de gaz qui échantillonne les gaz d’échappement.

Commencez par chauffer le cône de manière à ce qu’il y ait un flux de chaleur de trois à 50 kilowatts par mètre carré à la surface de l’huile. Refroidissez également le réservoir à une température préalablement déterminée. Lorsque tout est prêt, connectez les tubes d’eau au porte-échantillon et faites circuler l’eau dans le système.

Secouez le porte-échantillon pour éliminer l’air emprisonné. Lorsque les températures du cône et du porte-échantillon se stabilisent, arrêtez la pompe. Fermez les vannes des deux côtés du porte-échantillon, puis débranchez les tubes.

Approchez le porte-échantillon d’une balance de charge et tarez la balance. Ajoutez de l’huile à température ambiante dans le porte-échantillon équivalente à une épaisseur de nappe de 10 millimètres. Une fois terminé, rebranchez le porte-échantillon, ouvrez les vannes et redémarrez le débit d’eau.

Après avoir commencé l’acquisition des données, placez soigneusement le porte-échantillon sous le cône. Préparez deux chronomètres et déplacez l’allumeur d’étincelle sur l’échantillon. Ensuite, ouvrez les volets coniques et démarrez le premier chronomètre.

Lorsque l’huile s’enflamme, arrêtez le premier chronomètre et démarrez le second, puis mettez l’allumeur en position neutre. Attendez que le feu s’éteigne pour arrêter le deuxième chronomètre. Fermez les volets et arrêtez l’acquisition de données.

Ensuite, arrêtez l’écoulement de l’eau dans le porte-échantillon, fermez les vannes et débranchez les tubes. Placez le porte-échantillon sur une balance tarée et enregistrez son poids avec les résidus de brûlure. Nettoyez le support avec un solvant volatil non polaire.

Pesez-le à nouveau pour déterminer le poids des résidus et donc l’efficacité de combustion. Retour à la COFA. Placez un cylindre de verre sur un support au centre de l’appareil.

Ensuite, placez deux radiateurs infrarouges refroidis à l’eau sur des semelles réglables en position de chaque côté du cylindre. Positionnez-les à une à cinq centimètres du bord extérieur du cylindre. Remplissez l’appareil d’inflammabilité du pétrole brut avec de l’eau.

Le niveau de l’eau doit être d’un centimètre sous le bord du cylindre de verre. Placez une hélice face au cylindre à la hauteur préalablement déterminée. Maintenant, préparez les thermocouples pour le cylindre.

Montez trois thermocouples de type K d’un millimètre d’épaisseur sur un cadre, suspendez ce cadre au-dessus du cylindre. Orientez le cadre de manière à ce que les thermocouples soient le long du rayon, un à deux millimètres sous le bord du cylindre. Ajoutez lentement de l’eau dans le bassin et vérifiez que l’eau touche chaque thermocouple en même temps qu’un test de leur placement.

Pour continuer, vidangez l’eau de manière à ce que son niveau soit à nouveau un centimètre en dessous du bord du cylindre. Assurez-vous qu’un allumeur à étincelle peut facilement se déplacer entre une position neutre et le centre du cylindre. Démarrez-le en position neutre.

Versez du pétrole brut équivalent à une nappe de cinq millimètres d’épaisseur sur l’eau à l’intérieur du cylindre de verre. Ajoutez de l’eau jusqu’à ce que l’huile entre en contact avec les thermocouples. Déplacez l’allumeur à étincelle en position au-dessus de l’huile.

Démarrez simultanément l’acquisition de données et un chronomètre. Allumez la hotte d’extraction, l’hélice et l’allumeur d’étincelle. Allumez les radiateurs infrarouges à leur puissance prédéterminée.

Lors de l’allumage de l’huile, arrêtez le chronomètre. Éteignez l’allumeur et déplacez-le en position neutre. Arrêtez l’acquisition de données et éteignez les réchauffeurs et l’hélice.

Ensuite, retirez les thermocouples et éteignez le feu à l’aide d’un couvercle incombustible. Ces données concernent le temps de retard à l’allumage en fonction du flux de chaleur incident provenant du cône. Il existe des données pour le pétrole brut lourd frais et le pétrole brut lourd qui a subi une évaporation.

Les asymptotes verticales montrent les flux de chaleur critiques. Ce graphique représente le taux de dégagement de chaleur en fonction du temps pour le pétrole brut léger frais. Il a un profil de taux de dégagement de chaleur régulier.

Comparez cela avec les données d’un pétrole brut léger émulsionné qui avait un débordement à la fin de la combustion. Notez que les échelles sont différentes. Voici l’efficacité de combustion en fonction du flux de chaleur incidente pour deux types d’huile, le brut léger frais et le brut lourd évaporé.

Les données ont été obtenues avec la configuration du cône. Les données de la configuration permettent également de tracer la vitesse de combustion des deux types d’huile. Voici un exemple de la température de surface en fonction du temps de deux thermocouples dans l’appareil d’inflammabilité du pétrole brut.

La pointe indique le moment de l’allumage. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’étudier l’inflammabilité et l’efficacité de combustion des pétroles bruts dans des conditions qui simulent des incendies de pétrole brut à l’échelle opérationnelle sur l’eau. Une fois maîtrisées, les différentes procédures expérimentales peuvent être réalisées en 20 à 60 minutes par expérience si elles sont correctement réalisées.

Lors de la tentative de cette procédure, il est important de se rappeler que, bien que les configurations expérimentales soient conçues pour simuler des conditions à l’échelle opérationnelle, les expériences sont toujours menées dans un environnement de laboratoire contrôlé et les résultats doivent donc être interprétés en conséquence. Suite à cette procédure, d’autres paramètres qui influencent le problème, tels que le vent et les vagues, peuvent être ajoutés aux dispositifs expérimentaux afin d’améliorer encore la représentativité de ces expériences par rapport aux opérations réelles de combustion in situ. N’oubliez pas que travailler avec du feu et du pétrole brut peut être extrêmement dangereux et que des précautions, telles que des articles de protection individuelle, une hotte d’évacuation appropriée et la protection des matériaux combustibles, doivent toujours être prises lors de l’exécution de cette procédure.