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

L'obiettivo generale di questa procedura sperimentale è quantificare e migliorare la comprensione dei requisiti di accensione e la conseguente efficienza di combustione del petrolio greggio versato sull'acqua ai fini della risposta alla fuoriuscita di petrolio. Questo protocollo può aiutare a rispondere a domande chiave per la combustione in situ di fuoriuscite di petrolio greggio, come la forza e il tempo di esposizione necessari per la fonte di accensione. Il vantaggio principale di questi esperimenti di laboratorio è che l'infiammabilità e l'efficienza di combustione del petrolio greggio possono essere studiate simultaneamente in condizioni che rappresentano incendi di petrolio greggio su scala operativa.

Inizia a preparare campioni di olio per gli esperimenti. Usa questo contenitore di plastica per il processo di invecchiamento degli agenti atmosferici. Ha dei fori praticati nel coperchio.

C'è anche un foro sul lato per ospitare un tubo di plastica collegato a un O-ring con fori. Prepara il contenitore in modo che bolle aria attraverso diversi litri di petrolio greggio fresco. Durante il processo di alterazione, monitorare il peso dell'olio per conoscere la percentuale di perdita di peso nel tempo.

Fermarsi quando viene raggiunto il valore desiderato, operazione che può richiedere diversi giorni. L'emulsione del petrolio greggio richiede una tavola vibrante rotante. Per prima cosa, agitare energicamente 900 millilitri della miscela di petrolio greggio e acqua desiderata per uno o due minuti.

Quindi posizionare la bottiglia sul tavolo vibrante rotante per mescolare a temperatura ambiente. L'apparato per l'infiammabilità del petrolio greggio o COFA si trova sotto una cappa di scarico. Si tratta di una bacinella d'acqua in metallo con ingresso e scarico.

Per il test, preparare un cilindro di vetro. Dovrebbe essere alto cinque centimetri e avere un diametro di circa 16 centimetri. Montare il cilindro su un supporto e posizionare il supporto e il cilindro al centro della bacinella.

Procedere riempiendo la bacinella con acqua fresca. Fermati quando l'acqua si trova un centimetro sotto il bordo del cilindro di vetro. Montare un'elica sulla parete della vasca in modo che sia rivolta direttamente verso il cilindro di vetro e regolarne l'altezza.

Imposta la sua altezza e velocità in modo che le onde generate siano appena osservabili nell'acqua all'interno del cilindro. Spegnere l'elica e preparare l'olio. Versare l'olio con cura sulla superficie dell'acqua all'interno del cilindro di vetro.

Quindi, aggiungi lentamente acqua alla bacinella e fermati quando la superficie della chiazza d'olio è da uno a due millimetri sotto il bordo del cilindro. Avvia l'elica e preparati a cronometrare la combustione. Usa una torcia manuale a butano per accendere il petrolio greggio.

Registra il tempo dall'accensione fino all'estinzione. Quando l'incendio si è spento, utilizzare tamponi assorbenti idrofobici per raccogliere l'olio rimanente. Scuotere l'acqua raccolta prima di pesare i tamponi per determinare l'efficienza di combustione.

Tieni pronta una configurazione diversa sotto un cofano per studiare l'infiammabilità. Utilizzare un riscaldatore a cono dotato di otturatori e accenditore a scintilla. Questo riscaldatore è inoltre dotato di un portacampioni su misura.

Questo schema evidenzia le caratteristiche quando le due vengono messe insieme. Il riscaldatore a cono si trova a 23 millimetri sopra una chiazza d'olio che si trova in un supporto di metallo. Le valvole regolano l'acqua di raffreddamento che scorre sotto l'olio.

Questo schema fornisce un'idea degli elementi oltre il riscaldatore e il supporto del campione. C'è una centralina per la temperatura del cono e l'accenditore a scintilla. Viene rivelato l'intero sistema dell'acqua, così come la presenza di un analizzatore di gas che campiona i gas di scarico.

Inizia riscaldando il cono in modo che ci sia un flusso di calore da tre a 50 kilowatt per metro quadrato sulla superficie dell'olio. Inoltre, raffreddare il serbatoio a una temperatura precedentemente determinata. Quando tutto è pronto, collegare i tubi dell'acqua al portacampioni e far scorrere l'acqua attraverso il sistema.

Agitare il supporto del campione per rimuovere l'aria intrappolata. Quando le temperature del cono e del portacampione si stabilizzano, arrestare la pompa. Chiudere le valvole su entrambi i lati del portacampioni, quindi scollegare i tubi.

Portare il supporto del campione su una bilancia di carico e tarare la bilancia. Aggiungere olio a temperatura ambiente al portacampioni equivalente a uno spessore liscio di 10 millimetri. Al termine, ricollegare il portacampioni, aprire le valvole e riavviare il flusso d'acqua.

Dopo aver avviato l'acquisizione dei dati, posizionare con cautela il portacampione sotto il cono. Preparare due cronometri e spostare l'accenditore sulla scintilla campione. Quindi, apri le persiane a cono e avvia il primo cronometro.

Quando l'olio si accende, arrestare il primo cronometro e avviare il secondo, quindi portare l'accenditore in posizione neutra. Attendere che il fuoco si spenga per fermare il secondo cronometro. Chiudere le tapparelle e interrompere l'acquisizione dei dati.

Quindi, arrestare il flusso d'acqua nel portacampioni, chiudere le valvole e scollegare i tubi. Posizionare il portacampione su una bilancia tarata e registrare il suo peso con i residui di ustione. Pulire il supporto con un solvente volatile non polare.

Pesarlo nuovamente per determinare il peso del residuo e quindi l'efficienza di combustione. Torna al COFA. Posizionare un cilindro di vetro su un supporto al centro dell'apparecchio.

Quindi, posizionare due riscaldatori a infrarossi raffreddati ad acqua su basi regolabili in posizione su entrambi i lati del cilindro. Posizionali da uno a cinque centimetri dal bordo esterno del cilindro. Riempire d'acqua l'apparecchio per l'infiammabilità del petrolio greggio.

Il livello dell'acqua dovrebbe essere un centimetro sotto il bordo del cilindro di vetro. Posizionare un'elica rivolta verso il cilindro all'altezza precedentemente determinata. Ora, prepara le termocoppie per il cilindro.

Montare tre termocoppie di tipo K spesse un millimetro su un telaio, sospendere questo telaio sopra il cilindro. Orientare il telaio in modo che le termocoppie si trovino lungo il raggio, uno o due millimetri sotto il bordo del cilindro. Aggiungere lentamente l'acqua alla bacinella e controllare che l'acqua tocchi ciascuna termocoppia contemporaneamente a un test del loro posizionamento.

Per continuare, scaricare l'acqua in modo che il suo livello sia di nuovo un centimetro sotto il bordo del cilindro. Assicurarsi che un accenditore a scintilla possa spostarsi facilmente tra una posizione neutra e il centro del cilindro. Avviarlo in posizione neutra.

Versare il petrolio greggio equivalente a una chiazza di cinque millimetri di spessore sull'acqua all'interno del cilindro di vetro. Aggiungere acqua fino a quando l'olio non entra in contatto con le termocoppie. Spostare l'accenditore in posizione sopra l'olio.

Avvia contemporaneamente l'acquisizione dei dati e un cronometro. Accendi la cappa di scarico, l'elica e l'accenditore a scintilla. Accendere i riscaldatori a infrarossi alla potenza predeterminata.

All'accensione dell'olio, arrestare il cronometro. Spegnere l'accenditore e portarlo in posizione neutra. Interrompere l'acquisizione dei dati e spegnere i riscaldatori e l'elica.

Quindi, rimuovere le termocoppie e spegnere l'incendio utilizzando un coperchio non combustibile. Questi dati si riferiscono al tempo di ritardo dell'accensione in funzione del flusso di calore incidente dal cono. Ci sono dati per il greggio pesante fresco e il petrolio greggio pesante che ha subito evaporazione.

Gli asintoti verticali mostrano i flussi di calore critici. Questo grafico rappresenta il tasso di rilascio di calore in funzione del tempo per il petrolio greggio leggero fresco. Ha un profilo regolare della velocità di rilascio del calore.

Confrontate questo con i dati di un petrolio greggio leggero emulsionato che ha avuto un'ebollizione alla fine della combustione. Si noti che le scale sono diverse. Ecco l'efficienza di combustione in funzione del flusso di calore incidente per due tipi di petrolio, greggio leggero fresco e greggio pesante evaporato.

I dati sono stati ottenuti con la configurazione del cono. I dati della configurazione consentono anche di tracciare la velocità di combustione per i due tipi di olio. Questo è un esempio della temperatura superficiale in funzione del tempo di due termocoppie nell'apparato di infiammabilità del petrolio greggio.

Il picco indica il momento dell'accensione. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come studiare l'infiammabilità e l'efficienza di combustione del petrolio greggio in condizioni che simulano incendi di petrolio greggio su scala operativa sull'acqua. Una volta padroneggiate, le varie procedure sperimentali possono essere eseguite in 20-60 minuti per esperimento, se vengono eseguite correttamente.

Mentre si tenta questa procedura, è importante ricordare che, sebbene le configurazioni sperimentali siano progettate per simulare condizioni su scala operativa, gli esperimenti sono comunque condotti in un ambiente di laboratorio controllato e quindi i risultati devono essere interpretati di conseguenza. Seguendo questa procedura, altri parametri che influenzano il problema come il vento e le onde possono essere aggiunti alle configurazioni sperimentali per migliorare ulteriormente la rappresentatività di questi esperimenti rispetto alle reali operazioni di combustione in situ. Non dimenticare che lavorare con il fuoco e il petrolio greggio può essere estremamente pericoloso e che durante l'esecuzione di questa procedura è necessario prendere sempre precauzioni, come articoli di protezione individuale, un'adeguata cappa di scarico e la salvaguardia dei materiali combustibili.