Procedura sperimentale per studi di laboratorio di In Situ di masterizzazione: infiammabilità ed efficienza di combustione del petrolio greggio

Sommario

Qui, presentiamo un protocollo per studiare simultaneamente l'infiammabilità e la efficienza combustiva di greggio fresco e stagionato in condizioni che simulano in situ operazioni sul mare di masterizzazione.

Abstract

Viene presentato un nuovo metodo per lo studio simultaneo di infiammabilità ed efficienza combustiva di fresco e stagionato greggio attraverso due installazioni di laboratorio sperimentale. Gli esperimenti sono facilmente ripetibili rispetto agli esperimenti su scala operativa (piscina diametro ≥ 2 m), mentre ancora con abbastanza realistico in situ masterizzazione condizioni di greggio sull'acqua. Condizioni sperimentali includono un sub-livello di acqua fluente che raffredda la chiazza di petrolio e un flusso di calore esterno (fino a 50 kW/m²) che simula il feedback di calore superiore alla superficie del combustibile in scala operativa greggio piscina incendi. Queste condizioni consentono uno studio di laboratorio controllate dell'efficienza combustiva di incendi di piscina di petrolio greggio che sono equivalenti a esperimenti su scala operativa. Il metodo fornisce anche dati quantitativi sui requisiti per bruciare oli greggi in termini di potenza termica critico, tempo di ritardo di accensione in funzione della potenza termica incidente, la temperatura in superficie dopo l'accensione e l'inerzia termica. Questo tipo di dati può essere utilizzato per determinare la forza necessaria e la durata di una sorgente di accensione per accendere un certo tipo di petrolio greggio fresco o stagionato. Il limite principale del metodo è che l'effetto di raffreddamento dell'acqua che scorre è sub-strato il petrolio brucia come una funzione del flusso di calore esterno completamente non è stata quantificata. Risultati sperimentali hanno mostrato chiaramente che il sub-livello di acqua fluente migliorare questa configurazione è come rappresentativi delle condizioni di combustione in situ , ma in che misura questa rappresentazione accurata è attualmente incerto. Il metodo presenta tuttavia il più realistico in situ masterizzazione condizioni di laboratorio attualmente disponibili per studiare simultaneamente l'infiammabilità e la masterizzazione efficienza del greggio sull'acqua.

Introduzione

In situ burning del greggio versato sull'acqua è un metodo di risposta di fuoriuscita di olio marino che rimuove i residui di olio dalla superficie dell'acqua bruciarlo e convertirlo alla fuliggine e prodotti gassosi della combustione. Questo metodo di risposta è stato applicato con successo durante la Exxon Valdez¹ e sversamenti di petrolio Deepwater Horizon² e viene regolarmente citato come un potenziale metodo di risposta di fuoriuscita di olio per l'Artico^{3,4,5 ,6}. Due dei parametri chiave che determinano se in situ combustione di olio avrà successo come un metodo di risposta di caduta sono l'infiammabilità e l'efficienza di combustione dell'olio. Il primo parametro, infiammabilità, descrive come facilmente un combustibile può essere bruciato e può portare alla diffusione della fiamma sopra la superficie del carburante per provocare un incendio pienamente sviluppato. Il secondo parametro, masterizzazione efficienza, esprime la quantità di olio (in % wt) efficacemente rimosso dalla superficie dell'acqua per il fuoco. È così rilevante per la comprensione, l'infiammabilità ed efficienza combustiva previsto di diversi oli greggi sotto in situ le condizioni di combustione.

L'accensione dell'olio slick sull'acqua per in situ gli scopi burning comunemente è affrontato come un problema pratico, con discussioni qualitative accensione sistemi^5,7,8,9. L'approccio pratico all'accensione di versato olio come un problema di binario ed etichettatura oli o "infiammabili" o "non infiammabile" (ad es. Brandvik, Fritt-Rasmussen, et al. ¹⁰) non è, tuttavia, corretto da un punto di vista fondamentale. In teoria, qualsiasi combustibile possa essere bruciato dato una fonte d'ignizione appropriato. È quindi rilevante per quantificare i requisiti di accensione per una vasta gamma di tipi diversi di petrolio greggio per comprendere meglio le proprietà di un greggio che sarebbe etichettarlo come "non infiammabile". Per questo scopo, il metodo sviluppato può essere utilizzato per studiare il tempo di ritardo di accensione di un olio in funzione della potenza termica incidente, il flusso di calore critico dell'olio e la sua inerzia termica, cioè come difficile è per riscaldare l'olio.

In uno studio precedente, abbiamo postulato che il parametro principale che governa l'efficienza di combustione è il feedback di calore a superficie combustibile¹¹, che è una funzione del diametro della piscina. La teoria spiega la dipendenza di dimensioni piscina apparente dell'efficienza combustiva sulla base di studi di laboratorio segnalazione basso bruciante efficienze (32-80%)^8,12,13 e studi su larga scala (piscina diametro ≥ 2 m) segnalazione di masterizzazione ad alta efficienza (90-99%)^14,15,16. Il metodo illustrato nel presente documento è stato progettato per testare la teoria proposta. Sottoponendo gli esperimenti di laboratorio su piccola scala un flusso costante di calore esterno, il feedback di calore superiore per incendi di grandi dimensioni piscina possa essere simulato in condizioni di laboratorio controllate. Come tale, il metodo sviluppato permette di studiare l'efficienza combustiva efficacemente in funzione del diametro variando il flusso di calore esterne.

Oltre a un flusso di calore esterno per simulare la scala più grande di in situ bruciando le operazioni, la funzionalità messe a punto sperimentali raffreddamento della marea nera di un flusso di acqua freddo, che simula l'effetto di raffreddamento del mare attuale. Il metodo discusso è inoltre compatibile con oli greggi sia freschi che stagionati. L'erosione del greggio viene descritto il processo di fisico e chimico che influenzano un greggio, una volta che esso viene versato sull'acqua, come ad esempio le perdite dei suoi componenti volatili e miscelazione con acqua alle emulsioni acqua-olio di forma (ad es., AMAP¹⁷). Evaporazione ed emulsificazione sono due dei processi atmosferici principali che influenzano l'infiammabilità dei petroli greggi¹⁸ e protocolli per la simulazione di questi processi di alterazione sono pertanto inclusi nel metodo discusso.

Qui, presentiamo un metodo di laboratorio romanzo che determina l'infiammabilità e la efficienza combustiva di petrolio greggio in condizioni che simulano in situ operazioni sul mare di masterizzazione. Gli studi precedenti sull'infiammabilità ed efficienza combustiva degli oli greggi in primo piano sia paragonabili e diversi metodi. L'infiammabilità degli oli greggi freschi e stagionati in funzione di un flusso di calore esterno è stato studiato su acqua¹⁹ e sotto temperature artiche²⁰. Studi di efficienza di combustione in genere concentrarsi su diversi tipi di fresco e weathered oli greggi e le condizioni ambientali a scala fissa (ad es., Fritt-Rasmussen, et al. ⁸Bech, Sveum, et al. ²¹). un recente studio sulla combustione di oli contenuti chimici pastori è, alla conoscenza degli autori, il primo a studiare l'efficienza combustiva per piccolo, intermedio, e su larga scala esperimenti in simili circostanze¹³. Esperimenti su larga scala sono, tuttavia, non è prontamente disponibile per studi parametrici dovuto la vasta quantità di tempo e risorse necessarie per lo svolgimento di tali esperimenti. Il vantaggio principale del metodo presentato sopra gli studi menzionati in precedenza è che esso permette contemporaneamente studiare entrambi l'infiammabilità e la masterizzazione efficienza del petrolio greggio in condizioni semi-realistiche. La combinazione di studiare questi due parametri per oli greggi in funzione di entrambi i tipi differenti dell'olio e il diametro della piscina (simulato) attraverso esperimenti facilmente ripetibili era precedentemente inattuabile nella pratica.

Protocollo

Questo protocollo si avvale di due differenti configurazioni sperimentali utilizzati nei passaggi 4-8, come mostrato nella schema accompagna. La prima configurazione è il petrolio greggio infiammabilità apparato (COFA) (Figura 1 e Figura 4), che è un 1.0 × 1.0 × 0,50 m³ bacino di acqua in metallo progettato per condurre su piccola scala in situ masterizzazione di esperimenti di petrolio greggio, come dimostrato per esempio a Van Gelderen, Brogaard, et al. ²² la seconda installazione è un cono riscaldatore²³ con un dispositivo di accensione di scintilla che dispone di un supporto su misura campione e un analizzatore di gas che misura l'O₂, CO₂, e le concentrazioni di CO nel gas di scarico del condotto²⁴ (Figura 2 e Figura 3). Le specifiche tecniche di queste configurazioni sono descritte dettagliatamente nel documento complementare, che comprende anche fotografie delle configurazioni aggiuntive. Se non specificato diversamente, delle misurazioni di dati (ad esempio, temperature, flussi di calore o le concentrazioni di gas) sono misurate digitalmente attraverso un multiplexer e data logger. I data logger sono operati con un programma di acquisizione di dati digitali. Nel protocollo, la frase "avviare il data logger" comprende tutte le azioni secondo le istruzioni del programma, come previsto dal costruttore, che sono necessari per avviare l'acquisizione dei dati.

1. generale movimentazione del petrolio greggio

1. Per ogni olio fresco che sarà studiato, prelevare un campione da 5 mL e misurare la densità e la viscosità a 25 ° C in un viscosimetro. Conservare il resto dell'olio a 5-10 ° C in una bottiglia di vetro chiuso fino al successivo utilizzo.
   Attenzione: Fresco il petrolio greggio è altamente infiammabile e sia petrolio greggio ed i relativi vapori pongono una moderata a rischio per la salute alta. Inoltre è difficile da pulire dalla pelle o gli occhi con i prodotti chimici pericolosi come il sapone. Indossare occhiali e guanti durante la manipolazione di petrolio greggio e lavorare in un'area ben ventilata.
2. All'inizio di ogni sessione di test, prendere gli oli di greggio che sarà testati fuori il deposito raffreddato (5-10 ° C). Agitare a mano ogni contenitore di olio per 1-2 min e far loro calore fino a temperatura ambiente prima conducendo esperimenti. Restituire le greggi per lo stoccaggio refrigerato tra sessioni di test.
3. Pulire le superfici accidentalmente contaminate con petrolio greggio utilizzando un solvente apolare volatile (e.g.,n-eptano).

2. evaporativo agli agenti atmosferici di petrolio greggio da bolle d'aria sotto pressione attraverso l'olio

Nota: Questo passaggio si basa su Mackay e Stiver²⁵ e Buist, Potter, et al. ²⁶

1. Praticare un numero di fori (ad esempio, sei con un diametro (D) di 5 mm) distribuito uniformemente nel coperchio di un contenitore di plastica di 5-10 L e praticare un foro singolo (ad es.,D = 8-10 mm) in uno dei lati del contenitore vicino suo bordo superiore.
2. Rendere un o-ring (circa D = 20 cm) con un allegato aprire connessione di tubi di plastica con un diametro interno (I.D.) di 4-6 mm e un numero di fori di trapano (ad es., sei con D = 1 mm) uniformemente distribuiti lungo un lato del giunto circolare.
   Nota: Provare a compensare la posizione verticale dei fori nel coperchio dai fori l'o-ring per ridurre al minimo la quantità di petrolio greggio essere soffiato fuori dal contenitore.
3. Collegare l'o-ring per un tubo di plastica (per esempio, I.D. 4-8 mm) che passa attraverso il foro laterale del contenitore plastico. Questo tubo sarà collegato ad un sistema di aria pressurizzata con una valvola di regolazione e un manometro.
4. Pesare il coperchio e il contenitore di plastica con l'o-ring in plastica separatamente e registrare il loro peso.
5. Pesano 2-4 L di petrolio greggio (in base alla sua densità) nel contenitore e registrare il peso.
6. Posizionare il contenitore sotto una cappa aspirante e collegare l'o-ring per il sistema di aria pressurizzata. Bolla di aria attraverso l'olio ad una pressione che è più in alto possibile (ad es., 200 kPa) senza dilapidare olio attraverso i fori del coperchio del contenitore.
7. Pesare l'olio all'inizio e alla fine di ogni giornata di lavoro per monitorare quando è raggiunto lo stato desiderato evaporativo agli agenti atmosferici (in wt % perdita) (per esempio 20 wt % perso rispetto al peso iniziale). Questo può richiedere da un giorno a più di una settimana di bubbling di continuo, a seconda della pressione di aria e tipo di olio. Ogni misura di peso intermedio viene utilizzato per stabilire una curva di evaporazione in funzione del tempo, che aiuta con la previsione del tempo di evaporazione necessaria per raggiungere lo stato desiderato evaporativo agli agenti atmosferici.
   Nota: Dopo il primo giorno, il petrolio greggio può in genere essere lasciato nella cappa per diversi giorni (ad es. durante il fine settimana) senza perdere una quantità significativa di massa quando è chiuso l'aria pressurizzata.
8. Una volta terminata l'evaporazione del greggio, prendere un campione di 5 mL di olio e misurare la densità e la viscosità a 25 ° C in un viscosimetro. Conservare il resto dell'olio a 5-10 ° C in una bottiglia di vetro chiuso per un ulteriore uso. Pulire il contenitore, il coperchio e o-ring con un solvente non polare volatile per eliminare eventuali residui di petrolio greggio.

3. emulsificazione del greggio utilizzando un Rotary tavola vibrante

Nota: Questa parte del protocollo è stata modificata da Daling, M., et al. ²⁷

1. Aggiungere un totale di 900 mL di petrolio greggio e la miscela di acqua dolce o salata a una bottiglia di vetro 1L, con la quantità d'acqua corrispondente il desiderato vol % nell'emulsione. Ad esempio, un'emulsione con 40 vol % contenuto di acqua è costituito da 540 mL di petrolio greggio e 360 mL di acqua. Si consiglia di utilizzare il petrolio greggio evaporato, piuttosto che fresco greggio, per presentare con maggiore precisione le intemperie i processi di petrolio fuoriuscito in mare aperto e creare emulsioni più stabili.
   Nota: È importante che la bottiglia non è completamente riempita così che c'è spazio libero disponibile per la miscelazione turbolenta di olio e acqua.
2. Agitare la miscela acqua-olio a mano per 1-2 min. Quindi posizionare la bottiglia di vetro su una tavola vibrante rotante e mescolare la miscela acqua-olio a 175 rpm per 20 h a temperatura ambiente.
   Nota: Al fine di evitare problemi con la separazione del livello dell'acqua dall'emulsione, condurre esperimenti con l'emulsione sullo stesso giorno quando viene completato il periodo di agitazione di 20 h.
3. Prelevare un campione di 5 mL di emulsione dopo le h 20 periodo di agitazione e misurare la densità e la viscosità a 25 ° C in un viscosimetro.
4. Se l'emulsione è instabili (Vedi sotto), riposizionare l'emulsione sul rotary tavola vibrante e agitare costantemente l'emulsione a 175 giri fra gli esperimenti. All'inizio di ciascun esperimento, arrestare manualmente il rotary tavola vibrante, prendere la quantità necessaria di emulsione (passo 7,5) e poi ritornare il rotary tavola vibrante. Una volta che tutti gli esperimenti sono stati condotti con l'emulsione, interrompere il rotary tavola vibrante e memorizzare l'emulsione in raffreddato (5-10 ° C) archiviazione.
5. Se l'emulsione è stabile, rimuovere l'emulsione da tavola vibrante rotante e lasciarlo riposare a temperatura ambiente. Agitare l'emulsione energicamente per 1-2 min a mano prima di prendere la quantità necessaria di olio per ogni esperimento. Una volta che tutti gli esperimenti sono stati condotti con l'emulsione, memorizzarlo in deposito (5-10 ° C) raffreddato.
   Nota: Ai fini del presente protocollo, emulsioni instabili sono definiti come emulsioni che formano uno strato di acqua chiaramente visibile con parecchie ore, cioè prima della fine di una giornata lavorativa tipica.

4. riferimento in Situ masterizzazione esperimenti in COFA (Figura 1) per la calibrazione di raffreddamento ad acqua nel Setup del cono

1. Mettete un cilindro di vetro Pyrex alto 5 cm e un'identita ' di 16,3 cm (diametro esterno di 16,9 cm) su un supporto, con un'altezza complessiva di 35-45 centimetri, al centro della COFA. La forma del titolare è irrilevante, purché permette un libero flusso di acqua sotto l'area coperta dal cilindro di vetro Pyrex. Riempire la COFA con acqua fresca (340-440 L) in modo che il livello dell'acqua è 1 cm sotto il bordo del cilindro di vetro Pyrex.
2. Posto un'elica su uno dei lati della COFA direttamente rivolto verso il cilindro di vetro Pyrex. Girare l'elica e regolare l'altezza verticale e flusso di modo che le onde sono a malapena osservabili nell'acqua all'interno del cilindro di vetro Pyrex. Registrare l'altezza verticale e l'assetto di flusso (ad es., 1.000 L/h) e disattivare l'elica prima di continuare il protocollo.
   Nota: L'elica viene utilizzato per creare una corrente nel corpo dell'acqua che raffredda efficacemente il livello di acqua sotto il masterizzazione greggio al fine di prevenire il fenomeno di boilover^28,29. Il flusso inizialmente impostato e l'altezza verticale dell'elica non può causare un raffreddamento sufficiente dello sub-strato acqua, e un boilover quindi ancora si verifica.
   Attenzione: Un boilover è uno stato esplosivo brucia con una fiamma significativamente aumentata altezza, la velocità di combustione e tasso di rilascio di calore durante la quale olio goccioline sono espulsi dal fuoco^29,30,31. Assicurarsi che qualsiasi equipaggiamento vulnerabile siano protetto (ad es., con foglio di alluminio) e tenere il personale e le attrezzature ad una distanza appropriata dal fuoco.
3. Pesare una quantità di petrolio grezzo equivalente a una chiazza di petrolio spessa 5 mm nel cilindro di vetro di Pyrex (vale a dire, sulla base della densità e un volume di 104 mL) in un piatto di alluminio.
4. Versare l'olio greggio sull'acqua all'interno del cilindro di vetro Pyrex. Fare attenzione a non versare olio fuori il fondo del cilindro versando l'olio troppo veloce. Pesare il piatto di alluminio nuovamente e registrare il peso effettivo del greggio riversato all'interno del cilindro di vetro Pyrex.
5. Aggiungere lentamente acqua la COFA fino a quando la superficie della marea nera è 1-2 mm sotto il bordo del cilindro di vetro Pyrex. Questa differenza di altezza è importante per evitare che l'olio fuoriesca dopo l'accensione.
6. Accendere la cappa di scarico e l'elica. Poi accendere il petrolio greggio utilizzando un cannello butano e misurare il tempo di combustione dal momento dell'accensione al momento dell'estinzione con un cronometro.
7. Dopo che il fuoco si spegne naturalmente, raccogliere l'olio rimanente sulla superficie dell'acqua (nota come il residuo di ustione) utilizzando pastiglie assorbimento idrofobo con un peso noto. Scuotete le raccolte d'acqua prima di pesare le pastiglie per determinare il peso di residui. L'efficienza di combustione viene quindi calcolata utilizzando EQ. (1) e la velocità di combustione è calcolata dividendo la differenza tra la massa iniziale e la massa del residuo per il tempo di combustione (in secondi).
   (1)
8. In casi dove il fuoco si traduce in un boilover, ripetere il protocollo passaggio 4 di scarico dell'acqua dalla COFA fino a quando la superficie dell'acqua è ancora un centimetro sotto il bordo di cilindro di vetro Pyrex. Pulire i bordi del cilindro di vetro di Pyrex con un solvente volatile, non-polare. Quindi ridurre la distanza verticale tra l'elica e il cilindro di vetro Pyrex e/o aumentare la posizione del flusso dell'elica e ripetere i passaggi di protocollo 4.3 a 4,8.
9. Nel caso in cui il fuoco non si esaurisce con un boilover, utilizzare l'efficienza combustiva calcolata e la velocità di combustione nel passaggio 4.7 per calibrare l'acqua di raffreddamento nel setup del cono.

5. taratura del raffreddamento ad acqua per l'installazione di cono (Figura 2 e Figura 3).

1. Puntura di un tubo di plastica flessibile (4 mm di diametro) a un centimetro dalla sua fine con una termocoppia di tipo K spessa 1 mm, in modo che il tallone termocoppia è sospeso liberamente all'interno del tubo. Difficoltà la termocoppia con nastro di politetrafluoroetilene (PTFE) e nastro di alluminio per garantire che la termocoppia non si muova e che non perda acqua dalla puntura. Collegare la termocoppia a un data logger.
   1. Ripetere il passaggio 5.1 per un tubo con un adattatore per tubo in acciaio inox e inserire la termocoppia direttamente sotto il tubo modulare.
2. Posizionare e fissare il primo tubo di plastica con l'estremità con la termocoppia fino alla parte inferiore del serbatoio raffreddamento possibile. Collegare l'altra estremità del tubo e la presa della pompa peristaltica con una velocità di flusso regolabile.
3. Collegare un nuovo tubo di plastica alla presa della pompa peristaltica e collegare l'altra estremità di questo tubo di plastica di un adattatore per tubo in acciaio inox. Collegare l'adattatore del tubo ad una valvola a soffietto e collegare la valvola a soffietto al supporto del campione di cono. Assicurarsi che le connessioni non perdano acqua utilizzando nastro in PTFE tra le connessioni quando necessario.
4. Collegare l'altra estremità del supporto del campione di cono ad una valvola a soffietto, che quindi è collegata all'adattatore del tubo del tubo con una termocoppia sotto la scheda. L'altra estremità di questo tubo è posizionata e fissata nella parte superiore del serbatoio raffreddamento in modo che l'acqua outflowing ritorna al serbatoio di raffreddamento.
   Nota: Assicurarsi che il tubo di aspirazione e tubo di scarico abbia sufficiente distanza spaziale nel serbatoio affinché acqua riscaldata direttamente non viene ricircolata, ma scende a raffreddare nel serbatoio prima del ricircolo.
5. Posizionare il supporto del campione con i tubi collegati sotto la stufa di cono. Regolare l'altezza del titolare in modo che il bordo esterno è di 23 mm dal fondo della stufa cono. Assicurarsi che i tubi sono di lunghezza sufficiente in modo che il supporto del campione possa essere facilmente collocata sotto la stufa di cono, una volta che il portacampioni contiene il petrolio greggio.
6. Riempire il serbatoio di raffreddamento con acqua demineralizzata e raffreddare l'acqua ad una temperatura prefissata (ad es.,12 ° C). Aprire le valvole a soffietto e avviare il flusso di acqua attraverso il portacampioni flusso selezionate (ad es., 7 L/h). Agitare il titolare per rimuovere eventuali residui di aria da parte del titolare, in modo che il titolare ottiene completamente riempito d'acqua.
7. Avviare il data logger e monitorare costantemente la temperatura dell'acqua in entrata e uscita. Fermare la pompa una volta che la temperatura dell'acqua outflowing ha stabilizzato (in genere pochi gradi sopra la temperatura di set serbatoio), chiudere le valvole a soffietto e accendere la cappa di scarico.
8. Collocare il supporto per esempio su una scala di carico e tarare la bilancia. Aggiungere una quantità di olio per il portacampioni che corrisponde a un chiazza di petrolio spessore di 10 mm (vale a dire, sulla base della densità e un volume di 95 mL). Poi aprire le valvole a soffietto e avviare nuovamente la pompa.
9. Posizionare il portacampioni con attenzione sotto la stufa di cono e accendere l'olio con un cannello butano. Misurare il tempo di combustione dal momento dell'accensione al momento dell'estinzione con un cronometro.
   Attenzione: Durante la masterizzazione di oli che contengono acqua, naturalmente o a causa di emulsificazione, un boilover può verificarsi durante la combustione (Vedi anche passo 4).
10. Dopo che il fuoco si spegne, fermare la pompa, chiudere le valvole, scollegare i tubi e posizionare il supporto del campione su scala tarata. Registrare il peso del titolare compreso il residuo di ustione.
11. Pulire eventuali residui di olio bruciato dal titolare con un solvente non polare volatile. Pesare il titolare pulito nuovamente per determinare il peso del residuo. Quindi calcolare l'efficienza di combustione e la masterizzazione di tempo come descritto al punto 4.7.
12. Nel caso in cui l'efficienza combustiva e la velocità di combustione corrispondono i risultati del protocollo passaggio 4, il flusso e la temperatura dell'acqua ora sono calibrati e può essere utilizzati nel passaggio seguente protocollo. Nel caso in cui l'efficienza combustiva e la velocità di combustione non corrispondono i risultati del protocollo passaggio 4, scegliere un nuovo serbatoio temperatura e/o il nuovo flusso di conseguenza. Ricollegare i tubi per il portacampioni, aprire le valvole, avviare la pompa, scuotere il titolare per rimuovere tutta l'aria e quindi ripetere i passaggi 5.7-5.12.
    Nota: Potrebbe non essere possibile abbinare sia l'efficienza di combustione e la velocità di combustione. Ai fini del protocollo descritto, efficienza combustiva è più importante e dovrebbe essere abbinato in modo più accurato possibile. Durante il test oli multipli, il flusso e la temperatura dell'acqua può essere calibrati per entrambi un olio, o per ogni olio individualmente. Durante la calibrazione della temperatura dell'acqua e flusso per ogni olio individualmente può simulare l'olio brucia sull'acqua con maggiore precisione, risultati di tempo di ritardo accensione di vari oli (passaggio 6) possono essere più facilmente rispetto a quando usando un fisso temperatura acqua e flusso per ogni esperimento.

6. taratura del cono riscaldatore (Figura 2-3).

1. Calibrare la correlazione tra la temperatura del riscaldatore cono e calore flusso di output utilizzando un flusso di calore raffreddato ad acqua di gauge con una capienza massima di 100 kW/m².
   1. Posizionare una pompa da acquario in un secchio e riempire il secchio con acqua fredda di rubinetto, in modo che la pompa sia completamente sommersa.
   2. Collegare la pompa dell'acquario al misuratore di flusso di calore con un tubo di plastica. Collegare un tubo di plastica secondo al misuratore di flusso di calore e fissare l'altra estremità del tubo all'interno del secchio, leggermente sopra la superficie dell'acqua, in modo che acqua che scorre fuori del tubo può essere facilmente osservato. Accendere la pompa e garantire un flusso costante di acqua che scorre attraverso il misuratore di flusso di calore.
   3. Accendere la cappa di scarico e riscaldare il cono a 200 ° C. Posizionare l'indicatore di flusso termico (rivolto verso l'alto) 25 mm sotto il centro del cono e collegare il misuratore di flusso di calore al data logger. Avviare il data logger, aprire le persiane e misurare il flusso di calore per 5-10 minuti fino a quando un flusso di calore stabile lettura viene acquisito, quindi fermare l'acquisizione di dati e chiudere le persiane.
   4. Ripetere il punto 6.1.3 alle temperature di cono di 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740, 760, 780 e 800 ° C.
2. Determinare le temperature di cono che corrispondono ai flussi di calore di 3-50 kW/m² utilizzando i punti di dati misurati e supponendo una correlazione lineare tra i punti dati.

7. infiammabilità esperimenti di petrolio greggio nel Setup del cono (Figura 2-3)

1. All'inizio di ogni sessione di prova, controllare con il flusso di calore manometro se la temperatura di cono corrispondente a un flusso di calore di 10 kW/m² ancora dà la lettura corretta (± 5%). In caso affermativo, procedere con il protocollo. In caso contrario, ripetere il passaggio 6 prima di continuare.
2. All'inizio di ogni sessione di test, accendere la cappa di scarico, accendere l'analizzatore di gas e calibrare l'analizzatore di gas secondo le specifiche fornite dal fabbricante.
3. Garantire che quando il portacampioni è posto sotto il cono, c'è una distanza di 23 mm tra la parte inferiore del cono e il bordo esterno del titolare.
4. Riscaldare il cono ad una temperatura corrispondente a un flusso di calore di 5 kW/m².
   1. Nel frattempo, raffreddare il serbatoio dell'acqua alla temperatura trovato nel passaggio 5, collegare i tubi dell'acqua al supporto del campione, aprire le valvole e avviare la pompa a flusso trovato nel passaggio 5. Agitare il portacampioni per rimuovere tutta l'aria intrappolata all'interno del supporto. Avviare il data logger e monitorare la temperatura dell'acqua fino a quando la temperatura dell'acqua outflowing ha stabilizzato.
   2. Una volta che il cono sia il portacampioni stabilizzare alle loro rispettive temperature impostate, fermare la pompa, chiudere le valvole del supporto del campione e scollegare i tubi dalle valvole.
5. Collocare il supporto per esempio su una scala di carico e tarare la bilancia. Aggiungere una quantità di olio a temperatura ambiente il portacampioni che corrisponde a un chiazza di petrolio spessore di 10 mm (vale a dire, sulla base della densità e un volume di 95 mL). Ricollegare i tubi, aprire le valvole a soffietto e avviare nuovamente la pompa.
6. Avviare il data logger per l'analizzatore di gas per misurare le concentrazioni di CO nel gas di combustione e la temperatura dell'acqua in e out flowing, CO₂e O₂.
7. Posizionare il supporto del campione sotto il cono e pronti due cronometri. Spostare il dispositivo di accensione di scintilla in posizione sopra il campione. Quindi aprire le persiane e avviare il cronometro primo.
8. Dopo l'accensione dell'olio, contemporaneamente arrestare il cronometro primo e avviare il cronometro secondo. Quindi spostare il dispositivo di accensione di scintilla nuovamente in posizione neutra dalla masterizzazione campione.
   1. Se l'olio non si accende entro 10 min, fermare il cronometro primo e spostare il dispositivo di accensione di scintilla nuovamente nella sua posizione neutra. Poi accendono l'olio usando un cannello butano e avviare il cronometro secondo.
      Attenzione: Durante la masterizzazione di oli che contengono acqua, naturalmente o a causa di emulsificazione, un boilover può verificarsi durante il masterizzazione (passaggio 4).
9. Dopo che il fuoco si spegne, fermare il cronometro secondo, chiudere le persiane e fermare l'acquisizione di dati dell'analizzatore di gas e temperature dell'acqua di raffreddamento. Quindi fermare la pompa, chiudere le valvole, scollegare i tubi e posizionare il supporto del campione su scala tarata. Registrare il peso del titolare compreso il residuo di ustione.
10. Pulire il contenitore da eventuali residui di olio bruciato con un solvente non polare volatile. Pesare il titolare pulito nuovamente per determinare il peso del residuo. Quindi calcolare l'efficienza di combustione e la masterizzazione di tempo come descritto al punto 4.7.
11. Per ogni olio che deve essere testato, ripetere i passaggi 7.4-7.10 per flussi di calore di 10, 20, 30, 40 e 50 kW/m². Rimuovere qualsiasi fuliggine depositata sul cono riscaldatore bobina dopo ogni esperimento.
    1. Al fine di stabilire che la minima potenza termica necessaria per accensione pilotata, cioè il flusso di calore critico, può essere necessario verificare i flussi di calore supplementare. Ripetere i passaggi da 7,4-7.10 per flussi di calore abbassate di 1 kW/m² con incrementi dal più basso flusso di calore alle quali accensione pilotata si è verificato fino a quando un flusso di calore è testato per cui accensione pilotata non viene osservata entro 10 min. Il flusso di calore critico quindi si trova all'interno di una gamma superiore di 1 kW/m² di questo flusso di calore.
       Attenzione: Oli greggi molto volatili può prendere fuoco spontaneamente quando sottoposti ad altissimo calore flussi (≥ 40 kW/m²), anche quando sono chiuse le persiane del riscaldatore cono.

8. superficie temperatura all'accensione esperimenti di petrolio greggio nel Setup del COFA (Figura 4).

1. Mettete un cilindro di vetro Pyrex alto di 5 cm con un diametro interno di 16,3 cm (diametro esterno di 16,9 cm) su un supporto, con un'altezza complessiva di 35-45 centimetri, nel centro della COFA (Figura 1). Posizionare due a infrarossi (IR) montati su basamenti di acciaio regolabili su due lati opposti del cilindro di vetro Pyrex ad una distanza orizzontale di almeno 5 cm dal bordo esterno del cilindro.
   Nota: Le specifiche precise e le dimensioni dei riscaldatori IR sono irrilevanti, purché essi possono fornire un flusso di calore sufficientemente alta per la superficie di olio per bruciare oli greggi, che in genere richiede 5-20 kW/m² per l'accensione. Si consiglia una potenza minima di 1 kW e minimo larghezza di riscaldatore di 17 cm. Eventuali sistemi di raffreddamento dei riscaldatori IR, quali ventilatori aria, inoltre non dovrebbero interagire con la chiazza di petrolio durante l'esperimento.
2. Per misurare la temperatura in superficie dopo l'accensione di un greggio, un incidente è consigliato il flusso di calore di 2-5 kW/m² superiore al suo flusso di calore critico (passo 7.11.1).
   1. Preparare un misuratore di flusso 100 kW/m² calore secondo passi 6.1.1-6.1.2 e collegare il misuratore di flusso di calore a un data logger. Posto il flusso di calore calibro al centro del cilindro di vetro Pyrex, rivolto verso l'alto, ad un'altezza di 1-2 mm sotto il bordo superiore del cilindro. L'area orizzontale a questa altezza dentro il Pyrex vetro cilindro è da qui in poi indicato come "piano orizzontale". Questo piano orizzontale corrisponde alla superficie di una chiazza di petrolio all'interno del cilindro di vetro Pyrex.
      Nota: Assicurarsi che il misuratore di flusso di calore può essere spostato liberamente sul piano orizzontale che può misurare il flusso di calore incidente in varie località del piano orizzontale. Il Pyrex vetro cilindro solo funzioni come un aiuto visivo per posizionare correttamente il flusso di calore calibro piano orizzontale, quindi se necessario, il cilindro di Pyrex possa essere rimossi durante il passaggio 8.2.
   2. Avviare il data logger, accendere i riscaldatori IR e monitorare il flusso di calore incidente al centro del piano orizzontale. Ottimizzare il flusso di calore incidente sul piano orizzontale regolando la posizione spaziale dei riscaldatori IR (altezza, angolo e distanza orizzontale tra il piano orizzontale) e loro percentuale di uscita di potenza fino a quando il flusso di calore incidente desiderato è ottenuto.
   3. Misurare il flusso di calore incidente ai bordi esterni del piano orizzontale. In tutte le sedi, il flusso termico incidente dovrebbe essere 2-5 kW/m² superiore il flusso di calore critico dell'olio che sarà testato. Regolare la posizione e la percentuale di uscita di alimentazione dei riscaldatori IR secondo il punto precedente, se necessario.
   4. Dopo ogni regolazione dell'uscita Ubicazione e la potenza dei riscaldatori IR, misurare il flusso di calore incidente sul piano orizzontale al suo centro e i bordi esterni.
   5. Ripetere i passaggi 8.2.2-8.2.5 fino a quando il flusso di calore incidente misurata in tutto il piano orizzontale è 2-5 kW/m² superiore il flusso di calore critico dell'olio selezionato. Spegnere i riscaldatori IR, quindi rimuovere il misuratore di flusso di calore. Posizionare il cilindro di vetro Pyrex nel suo supporto, se necessario.
3. Riempire la COFA con acqua fresca (340-440 L) in modo che il livello dell'acqua è un centimetro sotto il bordo del cilindro di vetro Pyrex. Posto un'elica su uno dei lati della COFA direttamente rivolto verso il cilindro di vetro Pyrex all'altezza trovato nel passaggio 4.
4. Posizionare e fissare una serie di tre termocoppie di tipo K spessore 1 mm a 1-2 mm sotto il bordo del cilindro di vetro Pyrex. Disporre le termocoppie in modo che misurano lungo il raggio del cilindro, con una distanza di circa 1-2 cm tra ogni termocoppia. Collegare le termocoppie a un data logger.
5. Collegare un dispositivo di accensione di scintilla con una fascetta metallica ad un'asta di metallo su un supporto metallico che si trova alla COFA. Posizionare il supporto in modo che il dispositivo di accensione può essere spostato facilmente da una posizione neutrale per una posizione 2-3 cm sopra la zona centrale del cilindro di vetro Pyrex e torna alla sua posizione neutra nuovamente.
6. Pesare una quantità di petrolio grezzo equivalente a una chiazza di petrolio spessa 5 mm nel cilindro di vetro di Pyrex (vale a dire, sulla base della densità e un volume di 104 mL) in un piatto di alluminio.
7. Versare l'olio greggio sull'acqua all'interno del cilindro di vetro Pyrex. Fare attenzione a non versare olio fuori il fondo del cilindro versando l'olio troppo veloce. Pesare il piatto di alluminio nuovamente e registrare il peso effettivo del greggio riversato all'interno del cilindro di vetro Pyrex.
8. Aggiungere lentamente acqua la COFA fino a quando la superficie dell'olio appena entra in contatto con le tre termocoppie. Spostare il dispositivo di accensione di scintilla nella sua posizione sopra l'olio.
9. Avviare il data logger e un cronometro in sincronia in modo che ogni secondo corrisponde a un numero di scansione specifica. Accendere la cappa di scarico, l'elica e il sistema di accensione di scintilla. Accendere i riscaldatori IR e impostare la potenza per la percentuale individuata nel passaggio 8.2.
10. Dopo l'accensione dell'olio, fermare il cronometro e data logger, spegnere il sistema di accensione di scintilla e spostarlo in posizione neutra e spegnere i riscaldatori IR e l'elica. Quindi spegnere il fuoco mettendo attentamente una copertura incombustibile sopra il cilindro di vetro Pyrex. Il fuoco di estinzione possono richiedere le termocoppie di essere spostati prima.
11. Raccogliere e smaltire l'olio greggio con pastiglie assorbimento idrofobo. Drenare l'acqua dalla COFA fino a quando il livello dell'acqua è abbastanza basso per misurare il flusso di calore incidente sul piano orizzontale nuovamente con un misuratore di flusso di calore. Pulire il cilindro di vetro di Pyrex con un solvente non polare volatile.
12. Tracciare la temperatura delle tre termocoppie in funzione del numero di scansione. Basato sull'ora del cronometro, il corrispondente numero di scansione e il tracciato grafico, determinare la temperatura in superficie dopo l'accensione del greggio testato.
13. Per ogni olio supplementare che verrà testato, ripetere i passaggi 8.2-8.12.

Risultati

La figura 5 Mostra la curva di evaporazione di un petrolio greggio leggero che era evaporato di più giorni ad una perdita del 30% in peso utilizzando il metodo descritto nel passaggio 2. La figura mostra chiaramente che dopo il primo giorno (ore 19) degli agenti atmosferici per evaporazione, il tasso di evaporazione è ridotta significativamente, che permette per pause, come indicato nel protocollo.

...

Discussione

I due metodi di agenti atmosferici discussi in questa carta sono un'approssimazione relativamente semplice dei processi atmosferici che un olio versato sull'acqua è sottoposto a¹⁷. Altri metodi più sofisticati agli agenti atmosferici è utilizzabile anche per fornire campioni di petrolio greggio esposto all'aria, come il flume circolo descritto da Brandvik e Faksness³⁵. Il vantaggio dei metodi presentati è che richiedono un'attrezzatura semplice e può essere facilmente effet...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
DUC Crude Oil	Maersk	N/A Petrolio	greggio leggero con r = 0,853 g/ml e h = 6,750 mPa*s.
Grane Crude Oil	Statoil	N/A	Petrolio greggio pesante con r = 0,925 g/ml e h = 133,6 mPa*s.
SVM 3000 Stabinger Viscosimetro	Anton Paar	C18IP007EN-P	Misuratore di viscosità e densità per il petrolio greggio fresco e stagionato.
Laboshake RO500	Gerhardt	11-0002	Tavola vibrante rotante per emulsionare miscele di acqua e olio.
Jebao Wave Maker RW-4	Jebao	N/A	Propeller (flusso di 500-4000 L/h) utilizzato nella configurazione COFA per generare corrente.
Aquabee UP 3000	Aquabee	UP 3000	Pompa per acquari per il raffreddamento del flussometro di calore.
Bilancia elettronica di precisione Adventurer	OHAUS	AX5205	Bilancia di carico utilizzata per pesare l'olio per gli esperimenti COFA e nel supporto del campione del cono su misura per la configurazione del cono.
3M Oil Sorbent Pads	VWR	MMMAHP156	Cuscinetti di assorbimento idrofobici utilizzati per raccogliere i residui di olio per determinare l'efficienza di combustione dell'incendio.
Tecnologia di prova antincendio del	calorimetro a perdita di massa	B11325-650-1-1608	Per l'analisi del petrolio greggio è stato utilizzato un supporto circolare su misura anziché il supporto quadrato standard per il campione. Include un flussometro di calore con un intervallo fino a 100 kW/m2.
34972A Unità di commutazione per acquisizione dati / registratore di dati	RS Components Ltd.	702-7958	Prodotto da Keysight Technologies. Gestito dal software Keysight benchLink data logger 3 e dotato di un multiplexer a 20 canali.
Keysight Technologies 34901A Multiplexer a 20 canali	RS Components Ltd.	702-7939	Prodotto da Keysight Technologies.
Valvola a soffietto	Swagelok	SS-1GS6MM	Valvola a ginocchiera per aprire/chiudere l'ingresso e l'uscita dell'acqua del portacampione del cono su misura per la configurazione del cono.
Pompa peristaltica Kronos 50	SEKO	KRFM0210M6000	Pompa peristaltica utilizzata per raffreddare il portacampione a cono su misura per la configurazione del cono.
Circolatore refrigerato ARCTIC A28	ThermoFisher Scientific	152-5281	Serbatoio di raffreddamento ad acqua utilizzato per raffreddare l'acqua di raffreddamento che scorre attraverso il portacampioni a cono su misura per la configurazione del cono. Include un controller per circolatore a immersione SC 100.
Console di strumentazione per l'analisi dei gas con tecnologia	prova antincendio con inserto per condotto (FTT)	B11328-650-1-1609	Analizzatore di gas per O2, CO2 e CO. Utilizza un'unità di commutazione di acquisizione/data logger 34972A.
Ceramica & Tecnologia di prova antincendio dell'elettrodo da 2,5 mm in acciaio inossidabile	(FTT)	M015-4	Accenditore a scintilla dal calorimetro a perdita di massa. Utilizzato nella configurazione COFA per misurare la temperatura superficiale al momento dell'accensione.
Modulo emettitore a infrarossi M110/348	Heraeus	80046199	Riscaldatori a infrarossi originali su cui si è basato il nuovo design con un supporto raffreddato ad acqua per gli elementi riscaldanti. Include due emettitori a doppio tubo a onde corte (09751751). Azionato da un regolatore di potenza tipo CB1x25 P.
Controllore di potenza Heratron	di	Heraeus	80055836 tipo CB1x25 P per i riscaldatori a infrarossi.