方法論記事

その場で燃焼の実験的研究のための実験: 燃焼と原油の燃焼効率

DOI：

10.3791/57307

⸱

2018年5月1日

 , 
1Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, 2School of Engineering, BRE Centre for Fire Safety Engineering, University of Edinburgh

この記事について

サマリー

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

同時に燃焼しその場で燃焼海の操作をシミュレートする条件の下で新鮮なと風化の原油の燃焼効率を研究するためのプロトコルを紹介します。

要約

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

同時燃焼研究と 2 つの実験室のセットアップを通じて新鮮で風化の原油の燃焼効率のための新しい方法を提示します。実験は、まだ非常に現実的な場で燃焼水に原油の条件を搭載しながら運用実験 (プール直径 ≥2 m)、に比べて簡単に再現。実験条件は、流れる水のサブレイヤーは、油膜と事業規模原油プール火災の燃料表面に高い熱フィードバックをシミュレートする外部の熱フラックス (最大 50 kW/m2) を冷却を含まれます。これらの条件は、運用実験に相当する原油プール火災の燃焼効率の制御実験を有効にします。メソッドは、限界熱流束の面で原油を点火、着火遅れ時間入射熱流束、点火、時に表面温度と熱慣性の関数としての要件に関する定量的なデータを提供します。この種類のデータは、必要な強度と発火源が特定の種類の新鮮なまたは風化原油を点火するための期間を判断する使用できます。メソッドの主な制限は、流れる水の冷却効果サブ層の燃焼の原油の外部の熱流束の機能を完全に定量化されていません。流れる水の副層をどのように代表的なこのセットアップはその場で燃焼条件の改善はどの程度この表現は正確には現在あるが実験の結果を示した。それにもかかわらず、最も現実的なその場で燃焼燃焼を同時に勉強と水の原油の効率を焼くのため現在利用可能な実験条件特徴方式。

概要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

その場で水で流出原油の燃焼は燃焼およびすす、ガス燃焼生成物に変換することによって水表面から流出油を除去する海洋石油流出応答法です。この応答メソッド エクソンバルディーズ号1とディープウォーターホライゾン2油流出の中に正常に適用され、北極3,4,5 の潜在的な石油流出応答法として定期的に記載されて ,6。その場でオイルの燃焼が流出応答法として成功するかどうかを決定する主要なパラメーターは、燃焼とオイルの燃焼効率です。可燃性、最初のパラメーターでは、どのように簡単に燃料の発火できるし、完全に開発された火のための燃料表面上拡散炎につながることができますをについて説明します。燃焼効率を計算、2 番目のパラメーターは、火で水表面から効果的に削除される (wt %) で油の量を表しています。つまり、燃焼とその場で燃焼条件の下で別の原油の燃焼効率が期待される理解に関連します。

その場で燃焼の目的は通常、点火システム5,7,8,9定性的な議論との現実的な問題として解決のため、水に油の着火がスリック タイヤします。点火に実用的なアプローチ流出油バイナリの問題として、「点火」または「ない点火」オイルのラベル (例えばBrandvik、フリット ・ ラスムッセンら 。10) が違います、しかし、根本的な視点から。理論的には、適切な点火源を与えられた任意の燃料を発火できます。したがって、「点火しない」としてラベルが原油の特性を理解する別の原油の種類の広い範囲のため点火要件を定量化する関連性の高いです。この目的のための入射熱流束、油と熱慣性、すなわち熱油はどのように難しいの限界熱流束関数として油の着火遅れ時間の研究を開発した方法を使用できます。

以前の研究では、我々 は燃焼効率を支配する主なパラメーターは、プール直径の機能である燃料表面11、熱フィードバックを仮定しました。理論説明研究レポート低燃焼効率 (32-80%)8,12,13と大規模な研究 (プール直径 ≥2 m) に基づく燃焼効率の明白なプールのサイズ依存性高燃焼効率 (90-99%)14,15,16を報告します。ここで説明する方法は、提案の理論をテストする設計されました。一定の外部熱流束に小規模な実験を施す、によって管理された実験室の条件の下で大規模なプール火災の高熱フィードバックをシミュレートできます。など、先進のメソッドは、外部の熱流束を変化させることにより、径の関数として効果的に燃焼効率を勉強できます。

その場での大規模をシミュレートするために外部の熱フラックスに加えて操作、冷水流量による油膜の冷却、海の流れの冷却効果をシミュレートする実験のセットアップ機能を燃焼します。議論の方法は新鮮で風化した原油と互換性がさらに。原油の風化は、その揮発性成分とフォーム水-油エマルション (例えば、 AMAP17) に水と混合の損失などの水にしたら、原油に影響を及ぼす物理的、化学的プロセスをについて説明します。蒸発と乳化18原油の燃焼性に影響を与える主な風化過程の 2 つでありこれらの風化の過程をシミュレートするためのプロトコル説明したメソッドに含まれています。

ここで、可燃性およびその場で燃焼海の操作をシミュレート条件下で原油の燃焼効率を決定する応用手法を提案します。難燃性および原油の燃焼効率に関する先行研究は、同等と別の方法を紹介しました。外部の熱フラックスの関数として新鮮で風化した原油の燃焼性は水19と北極の気温20の下で調べた。燃焼効率研究通常新鮮なの種類に焦点を当てるし、風化原油オイルと固定スケールで環境条件 (例えば、フリット ラスムッセン,ら 。8Sveum、ベックら。21). 化学の牧夫に含まれる原油の燃焼に関する最近の研究は、著者の知識の小さく、中間燃焼効率を研究する最初と大規模な実験と同様の条件13。大規模な実験は、しかし、時間とそのような実験を行うために必要なリソースの豊富な量のためのパラメトリック研究は容易に入手できません。前述のように研究の提案手法の主な利点は、同時に両方燃焼・燃焼原油半現実的な条件下での効率を計算できます。原油のこれらの 2 つのパラメーターを別の油の種類と簡単に再現性のある実験を通して (シミュレートされた) プール直径の両方の関数として勉強の組み合わせだった以前練習で可能であります。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

プロトコル

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

このプロトコルでは、4-8 の手順で使用される 2 つの異なった実験組み立て付属の回路図に示すように。最初のセットアップは、原油燃焼装置 (COFA) (図 1および図 4) 1.0 × 1.0 × 0.50 m3金属水盆地の例に示すように、原油実験の場で小規模に燃焼するように設計・ ヴァン ・ Gelderen、Brogaard、ら。22 2 番目のセットアップはカスタムメイドのサンプル ホルダー、O2CO2を測定するガス分析計火花点火とコーン ヒーター23と排気ガス中の CO 濃度ダクト24 (図 2図 3)。これらのセットアップの技術的な仕様、またセットアップの写真を含む補足文書で詳しく説明します。指定がなければ、データ測定 (例えば温度、熱流束、またはガス濃度) は、マルチプレクサーおよびデータ ロガーを通じてデジタル測定されます。データ ロガーは、デジタル データ集録プログラムで運営されています。プロトコルでは、「データ ・ ロガーを開始」句には、データの集録を開始する必要がある製造業者によって提供されるのプログラム指示に従ってすべてのアクションが含まれています。

1. 一般的な原油の処理

  1. 勉強になりますそれぞれの新鮮なオイル 5 mL のサンプルを取るし、その密度と粘度の 25 ° C での粘度を測定します。さらに使用するまで閉じたガラス瓶にオイル 5-10 ° C の残りの部分を格納します。
    注意:新鮮な原油は非常に可燃性、原油とその蒸気の両方をもたらす高い健康被害への穏健派。さらに、皮膚や soap など非有害化学物質による目からきれいに困難です。原油を処理するときに、安全メガネと手袋を着用し、換気の良い場所で作業します。
  2. 各テスト セッションの開始、冷却 (5-10 ° C) ストレージのテストされる原油を取る。1-2 分の各オイル容器を手で振るし、させて実験を行う前に部屋の温度まで熱。原油オイルを冷却ストレージ テスト セッション間に戻ります。
  3. きれいに誤って揮発性非極性溶媒を用いた原油に汚染された任意の表面 (e.g.,n-ヘプタン)。

2 原油、石油バブル加圧空気の蒸発の風化

注: この手順は Stiver ・ マッカイ25とビュースト、ポッターに基づいてら。26

  1. 5-10 L のプラスチック容器のふたで均等に分布数 (例えば、5 mm の直径 (D) の 6) の穴をドリルし、単一穴をドリル (例えば、D = 8-10 mm) の上端近くのコンテナーの側面の一つで。
  2. O リングを作る (D 約 20 cm) をつけて 4 〜 6 mm の内径 (内径) とプラスチック製のチューブの接続を開き、ドリル穴の数 (例えば6 D = 1 mm) o リングの 1 つの側面に沿って均等に分散。
    注: は、コンテナーから吹きつけられている原油の量を最小限に抑えるために o リングの穴から蓋の穴の垂直方向の位置をオフセットしようとします。
  3. プラスチック容器の側の穴を通過する (例えば内径 4-8 mm) にプラスチック製のチューブに o リングを接続します。このチューブは、コントロール バルブと圧力計は、加圧システムに接続されます。
  4. 別にふたをし、プラスチック製 o リング付きプラスチック容器の重さし、自分の体重を登録します。
  5. 原油 (その密度に基づく) の 2-4 L コンテナーの重量を量る、重量を登録します。
  6. ヒューム フードの下にコンテナーを配置し、o リングを加圧システムに接続します。バブルの空気は高圧の油を通過可能な (例えば、 200 kPa) 容器のふたの穴からオイルを吹くことがなく。
  7. 開始と (失われた wt %) で必要な蒸発風化状態を達成したときに監視する、各営業日の最後にオイルの重量を量る (例えば、 20 wt % を失った初期重量と比較して)。これはオイルの種類やエア圧力によって連続的なバブルの 1 週間以上 1 日からかかります。各中間重量測定を使用して、必要な蒸発時間予測を目的蒸発風化状態に到達することができます、時間の関数として蒸発曲線を確立します。
    注: 最初の日後原油通常おけます発煙のフード (例えば週末に) 数日間加圧空気が閉じられたとき、質量のかなりの量を失うことがなく。
  8. 原油の蒸着が完了すると、油の 5 mL のサンプルを取るし、その密度と粘度の 25 ° C での粘度を測定します。さらに使用するための閉じたガラス瓶にオイル 5-10 ° C の残りの部分を格納します。原油遺体を削除する揮発性非極性溶媒と容器、ふた、および o リングをきれい。

3. 振動ロータリーを使用して原油の乳化

注: プロトコルのこの部分は、Daling 雅らから変更されています。27

  1. 1 L のガラス瓶に乳剤の目的 vol % に一致する水の量の原油と淡水もしくは海水混合の 900 mL の合計を追加します。たとえば、40 巻水分含量とのエマルジョンは、原油の 360 mL の水 540 mL で構成されます。蒸着の原油の使用をお勧めではなく新鮮な原油、風化をより正確に提示する開水面にこぼれた油の処理しより安定したエマルジョンを作成します。
    注: 水と油の乱流混合の利用可能な空き領域があるように、ボトルは完全に塗りつぶされませんが重要です。
  2. 積極的に 1-2 分の水-油混合物を手で振る。回転振動台にガラス瓶を配置し、部屋の温度で 20 時間 175 rpm で水-油混合物をかき混ぜます。
    注: エマルジョンからの水の層の分離の問題を防ぐために実験を行う、エマルジョンととして同じ日に 20 h の振動の期間が完了したとき。
  3. 揺れ期間 20 時間後、エマルジョンの 5 mL サンプルを取るし、その密度と粘度の 25 ° C での粘度を測定します。
  4. 乳剤が不安定 (下記参照) の場合は、振動台ロータリー乳剤をバックに、常に実験間 175 rpm でエマルジョンを振る。各実験の開始、振動台ロータリーを手動で停止、エマルジョン (ステップ 7.5) の必要量を取るおよび振動台ロータリーへ戻ります。すべての実験は、乳剤で実施されている、したら振動ロータリーを停止し、冷却 (5-10 ° C) ストレージに乳剤を格納します。
  5. エマルジョンが安定している場合、乳剤をロータリー振動台から外し、この室温で休ませてください。各実験のためのオイルの必要量を取る前に 1-2 分は積極的にエマルジョンを手で振る。すべての実験は、乳剤で実施されている、一度冷却 (5-10 ° C) ストレージに格納します。
    注: この議定書の目的のため、不安定なエマルジョンは、すなわち典型的な仕事日の終わりの前に数時間ではっきりと見える水層を形成するエマルジョンとして定義されます。

4 コーン セットアップで冷却水の校正用 COFA (図 1)その場で燃焼実験参照

  1. 35-45 cm、かさんの中央に高さの合計と、スタンドに 5 cm の高いパイレックス ガラス シリンダーと 16.3 cm (外径 16.9 cm) の内径を配置します。それはパイレックス ガラス シリンダーがカバーする領域の下の水の自由な流れを許可している限り、ホルダーの形は関係ありません。パイレックス ガラスの筒の端の下 1 cm 水位がされるように新鮮な水 (340 440 L) かさんを入力します。
  2. パイレックス ガラス シリンダーに直接直面している COFA の側面の一つにプロペラを配置します。プロペラをオンし垂直方向の高さを調整、流れ、波がちょうどやっとパイレックス ガラス シリンダーの中の水の観測可能なオブジェクト。垂直方向の高さと姿勢の流れ (例えば、1,000 L/h) を登録し、プロトコルを続行する前にプロペラを切ります。
    メモ: プロペラは boilover 現象28,29を防ぐために燃える原油下の水層を効果的に冷却水の体の電流を作成する使用されます。当初設定流量とプロペラの高さは十分な冷却水のサブ層の引き起こさないし、boilover は、まだ発生します。
    注意: boilover、大幅に増加した炎の高さ、燃焼速度と発熱速度火29,30,31から油中に水滴が噴射されている爆発的な燃焼状態です。任意の影響を受ける機器が保護された (例えばアルミ箔を使用) ことを確認し、火から適切な距離で人員と装備を維持し。
  3. アルミ皿にパイレックス ガラス シリンダー (すなわち密度と 104 mL の量に基づく) で 5 mm の厚い油膜に相当する原油の量の重量を量る。
  4. パイレックス ガラス シリンダーの中の水に油を注ぐ。速すぎるオイルを注ぐことによってシリンダーの底外オイルをこぼさないように注意してください。アルミ皿の再度重量を量るし、パイレックス ガラス シリンダーの中に注がれる原油の実際の重量を登録します。
  5. 油膜の表面がパイレックス ガラスの筒の端の下 1-2 mm になるまでゆっくりとかさんに水を追加します。この高さの違いは、点火時に溢れ出すから油を防ぐために重要です。
  6. 排気フードとプロペラを入れます。手ブタントーチを使用して原油を発火し、ストップウォッチで絶滅した瞬間に点火の瞬間から燃焼時間を測定します。
  7. (燃焼残渣として知られている) 水の表面に残った油を集め、火が自然消滅した後知られている重量と疎水性吸収パッドを使用しています。ボッスクカ体重を決定するパッドを計量する前に収集した水を振り払います。燃焼効率は, 式 (1) を使用して計算し、燃焼率は最初の固まりと残基の質量の違いで燃焼時間 (秒) で割って計算されます。
    figure-protocol-1(1)
  8. 火が、boilover の結果の場合、水面が再びパイレックス ガラス シリンダー端下 1 センチになるまでかさんからプロトコル手順水の流出によって 4 を繰り返します。揮発性、非極性溶媒とパイレックス ガラス シリンダーの端をクリーンアップします。プロペラとパイレックス ガラス シリンダー間の垂直距離を減らすプロペラの流れスタンスの増加やプロトコル、手順 4.3 に 4.8。
  9. 火は、boilover で終わらない、場合に、コーン セットアップで冷却水を調整する手順 4.7 で計算された燃焼効率と燃焼速度を使用します。

5. コーン セットアップ (図 2および図 3) 冷却水の校正。

  1. 熱電対ビーズがチューブ内自由に中断されるので、1 mm 厚 K 型熱電対で終わるから 1 センチで柔軟なプラスチック管 (内径 4 mm) の穴を開けます。ポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) テープとアルミテープで熱電対が動かないし、穴から水が漏れていないことを確保するためには、熱電対を修正します。熱電対をデータロガーに接続します。
    1. 手順 5.1 チューブ用ステンレス鋼チューブ アダプターを使用しチューブ アダプターのすぐ下熱電対を挿入します。
  2. 置きに限り可能な限り冷却貯水池の底に熱電対とその終わりで最初のプラスチック製のチューブを修正します。調節可能な流速と蠕動運動型ポンプのインレット チューブのもう一方の端を接続します。
  3. 蠕動ポンプのコンセントに新しいプラスチック チューブとステンレス鋼チューブ アダプターにこのプラスチック チューブのもう一方の端を接続します。ベローズ シール バルブ チューブ アダプターとベローズ シール バルブをコーン サンプル ホルダーに接続します。接続が必要な場合の接続の間 PTFE テープを使用してにより水漏れていないことを確認します。
  4. 熱電対アダプターの下の管のチューブ アダプターに接続し、ベローズ シール バルブに円錐形の試料ホルダーの反対側に接続します。このチューブのもう一方の端は止水の水が冷却タンクに戻るように冷却貯留層の上部に固定されはします。
    注: 入口管と出口管十分な空間距離にある貯水池温水が直接循環がないが循環する前に貯水池でクールに降りてを確認します。
  5. コーンのヒーターの下で接続されているチューブのサンプル ホルダーを配置します。外側のエッジはコーンのヒーターの下から 23 mm ホルダーの高さを調整します。サンプル ホルダーに原油が含まれている一度は円錐形ヒーターの下で試料ホルダーを配置することができますは簡単にできるようにチューブが十分な長さであることを確認します。
  6. 脱イオン水で冷却、リザーバー、(例えば、12 ° C) 選択した温度に水を冷却します。ベローズ シール バルブを開き、選択した流れ (例えば、7 L/h) で試料ホルダーを水の流れを開始します。ホルダーが水で満たされる完全にホルダーから残りの空気を削除するホルダーを振る。
  7. データ ・ ロガーを起動し、止水、水の温度を継続的に監視します。止水の水の温度が安定したら、ポンプを停止 (これは設定貯留層温度より数度では一般的)、ベローズ シール バルブを閉じ、排気フードに。
  8. 負荷のスケールのサンプル ホルダーを配置し、スケールを風袋します。滑らかな厚さ 10 mm (すなわち密度と 95 mL の量に基づく) に対応する試料ホルダーに油の量を追加します。ベローズ シール弁を開き、ポンプを再び開始。
  9. コーンのヒーターの下で慎重にサンプル ホルダーを配置し、手ブタントーチで油に火を付けます。ストップウォッチで絶滅した瞬間に点火の瞬間から燃焼時間を測定します。
    注意: とき水を含むオイルを燃焼、自然または乳化、ため、boilover が発生する燃焼中に (手順 4 を参照してください)。
  10. 火が消滅した後ポンプを停止バルブを閉じます、チューブ外し tared スケール試料ホルダーを配置します。燃焼残渣を含むホルダーの重量を登録します。
  11. 揮発性非極性溶媒のホルダーから任意の燃やされた油の残留物をきれいに。残留物の重量を確認して洗浄ホルダーの重量を量る。燃焼効率を計算して燃焼時間 4.7 の手順で説明されているようです。
  12. 燃焼効率と燃焼速度プロトコル手順 4 で結果が一致した場合に水の温度と流量校正されて今、プロトコル、次の手順で使用することができます。燃焼効率と燃焼速度がプロトコル手順 4 からの結果に一致しない場合にそれに応じて新しい貯留層温度および/または新しいフローを選択します。サンプル ホルダーにチューブを再接続、バルブを開き、ポンプを起動、任意の空気を削除するホルダーを振るし、手順 5.7 5.12 を繰り返します。
    注: 燃焼速度と燃焼効率を実現できない場合があります。記述されていたプロトコルを目的として燃焼効率はより重要でありできるだけ正確に一致する必要があります。複数のオイルをテストするとき水の温度と流量が各オイル、どちらか 1 つの油の個別に校正します。それぞれのオイルは個別により正確に水で燃焼をシミュレートすることが、水の温度と流量を調整中、様々 なオイル (手順 6) の点火遅れ時間の結果ことができときに比べて容易に固定を使用して水温のフローすべて実験。

6. コーン ヒーター (図 2-3) の校正。

  1. コーンのヒーターの温度と熱フラックスの使用出力水冷熱流束計 100 kW/m2の最大容量の相関関係を調整します。
    1. バケツに水槽のポンプを置き、ポンプが完全に水没するので、冷たい水道水バケツを満たしなさい。
    2. プラスチック製のチューブと熱流束のゲージに水槽のポンプを接続します。熱流束ゲージに 2 番目のプラスチック チューブを接続、チューブから流れ出る水が簡単に見られるように、水表面をやや上回る、バケット内部管のもう一方の端を修正します。ポンプをオンにし、水の定常流は、熱流束計を流れることを確認します。
    3. 排気フードをオンにし、200 ° c. にコーンを熱するコーンの中心下熱フラックス ゲージ (上向き) 25 mm に配置、熱流束計をデータロガーに接続します。データ ・ ロガーを開始、シャッターを開けて読んで安定した熱流束が取得されるまでに 5-10 分の熱流束を測定、データ集録を停止し、シャッターを閉じます。
    4. 6.1.3 コーン 300、400、500、600、700、720、740、760、780、800 ° C の温度での手順を繰り返します
  2. 3-50 kW/m2実測データ ポイントを使用して、データ ポイントの線形相関を仮定しての熱流束に対応する円錐形温度を決定します。

7 コーン セットアップ (図 2-3) で原油の燃焼性実験

  1. 各テスト セッションの初めに、熱流束チェック ゲージ 10 kW/m2をまだ熱流束に対応する円錐形温度が正しい読書 (± 5%) を与えるかどうか。その場合は、プロトコルと進みます。そうでない場合は、続行する前に手順 6 を繰り返します。
  2. それぞれの初めにテスト セッション、排気フードの上に、ガス分析計をオンに、その製造元によって提供された規格によるとガス分析計を校正します。
  3. サンプル ホルダーがコーンの下に置くと、23 mm の円錐形の底面とホルダーの外側のエッジの間の距離があることを確認します。
  4. 5 kW/m2の熱流束に対応する温度にコーンをヒートアップします。
    1. 一方で、クールな温度に水の貯留は、手順 5、試料ホルダーに水チューブを接続、バルブを開き、ステップ 5 の流れをポンプを開始します。ホルダーに閉じ込められた空気を削除するサンプル ホルダーを振る。データ ・ ロガーを開始し、止水水の温度が安定するまで水の温度を監視します。
    2. コーンと試料ホルダーの両方をそれぞれの設定温度で安定させるため、一度ポンプを停止、サンプル ホルダーのバルブを閉じます、バルブからチューブを外します。
  5. 負荷のスケールのサンプル ホルダーを配置し、スケールを風袋します。滑らかな厚さ 10 mm (すなわち密度と 95 mL の量に基づく) に対応する試料ホルダーに常温で油の量を追加します。チューブを再接続し、ベローズ シール バルブを開き、ポンプを再度開始します。
  6. O2CO2とに- とアウト-flowing 水の温度や燃焼ガス中の CO 濃度を測定するガス分析計用データロガーを開始します。
  7. 慎重にコーンの下の試料ホルダーを配置し、2 つのストップウォッチを準備します。サンプル上の位置に火花点火を移動します。シャッターを開き、最初のストップウォッチをスタートします。
  8. 油の点火時に同時に初のストップウォッチを停止し、2 番目のストップウォッチを開始します。戻した火花点火燃焼のサンプルから中立的な立場に。
    1. 油が 10 分以内に発火しない、初のストップウォッチを停止し、火花点火をニュートラルの位置に戻します。手ブタントーチを使用してオイルを発火し、2 番目のストップウォッチを起動します。
      注意: とき水を含むオイルを燃焼、自然または乳化、ため、boilover 可能性があります中に発生する燃焼 (ステップ 4)。
  9. 火を消し後、2 番目のストップウォッチを停止、シャッターを閉じる、ガス分析計、冷却水の温度のデータ集録を停止します。ポンプを停止して、バルブを閉じます、チューブを切断、tared スケール試料ホルダーを配置します。燃焼残渣を含むホルダーの重量を登録します。
  10. 揮発性非極性溶媒と任意の燃やされた石油残渣からホルダーをきれいに。残留物の重量を確認して洗浄ホルダーの重量を量る。燃焼効率を計算して燃焼時間 4.7 の手順で説明されているようです。
  11. テストは、各オイル、10、20、30、40、50 kW/m2の熱フラックスの手順 7.4 7.10 を繰り返します。実験後コーン ヒーター コイルで沈殿する任意のすすを削除します。
    1. 最小限の限界熱流束、すなわち操縦の点火に必要な熱流束を確立するためには、追加の熱フラックスをテストする必要があります。7.4-7.10 操縦発火が最も低い熱流束から 1 kW/m2ずつ下げて熱フラックスの発生熱流束は 10 分以内を操縦点火が観測されていないテストまでの手順を繰り返します。限界熱流束、この熱流束の 1 kW/m2の上限範囲内であります。
      注意: 非常に揮発原油は自然受ける非常に高い熱フラックス (≥40 kW/m2) である円錐形ヒーターのシャッターが閉じているときでも、発火することができます。

8. COFA セットアップ (図 4) で原油の燃焼実験時に温度。

  1. 35-45 cm、COFA (図 1) の中央に高さの合計と、台の上で 16.3 cm (16.9 cm の外径) の内径 5 cm 高いパイレックス ガラス シリンダーを配置します。シリンダーの外側の端から 5 cm 以上の水平方向の距離でパイレックス ガラス シリンダーの 2 つの反対側に調整可能なステンレス製の足場にマウントされている 2 つの赤外線 (IR) ヒーターを配置します。
    注: 正確な仕様、赤外線ヒータの寸法も無関係である限り点火のため 5-20 kW/m2を通常必要とする原油を点火する油面に十分に高熱流束を提供することができます。17 cm の 1 kW と最低限ヒーター幅の最小電力を推奨します。IR ヒーター、換気扇・などの任意の冷却システムがない実験中の油膜と対話するさらに。
  2. 原油、インシデントの点火時に表面温度を測定するには、熱流束 2-5 kW/m2の限界熱流束 (ステップ 7.11.1) より高いの使用をお勧めします。
    1. 準備手順 6.1.1-6.1.2 によると 100 kW/m2熱流束計、熱流束計をデータロガーに接続します。場所熱流束ゲージ パイレックス ガラス シリンダーの中央にシリンダーの上部の端の下 1-2 mm の高さで上向き。パイレックス ガラス シリンダーはここから呼ばれます「水平面」この高さで水平方向の領域。この水平面は、パイレックス ガラス シリンダー内側油膜の表面に対応します。
      注: は、熱流束ゲージ移動できること自由に水平面内、水平面の様々 な場所での入射熱流束を測定することができますを確認します。熱流束を正しく配置するため視覚的な援助として機能測定水平面だけのパイレックス ガラス シリンダー段階 8.2 パイレックス シリンダーを削除ことができます必要に応じて。
    2. データ ロガーを開始、赤外線ヒータをオンにし、横の平面の中心に入射熱流束を監視します。目的の入射熱流束が得られるまで、(高さ、角度、および水平面からの水平距離) の IR ヒーターと電源出力率の空間的位置を調整することによって水平方向の平面に入射熱流束を調整します。
    3. 水平面の外側のエッジで入射熱流束を測定します。すべての場所で、入射熱流束は 2-5 kW/m2が試される石油の限界熱流束よりも高いはずです。必要に応じて場所と前の手順に従って赤外線ヒータの電力出力の割合を調整します。
    4. 赤外線ヒータの場所と電源出力の各調整後の中心と外側エッジの水平面に入射熱流束を測定します。
    5. 水平平面全体で測定入射熱流束が 2-5 kW/m2以上選択した石油の限界熱流束になるまでは、手順 8.2.2-8.2.5 を繰り返します。IR ヒーターをオフにし、熱流束計を削除します。必要な場合は、そのスタンドに戻ってパイレックス ガラス シリンダーを配置します。
  3. パイレックス ガラス シリンダーの端の下 1 センチ水位があるので、新鮮な水 (340 440 L) かさんを入力します。手順 4 で見つけた高さでパイレックス ガラス シリンダーに直接直面している COFA の側面の一つにプロペラを配置します。
  4. 配置し、パイレックス ガラスの筒の端の下 1-2 mm で 3 の 1 mm 厚 K 型熱電対のセットを修正します。各熱電対の間に約 1-2 センチの距離と円筒の半径に沿って測定されるように、熱電対を配置します。熱電対をデータロガーに接続します。
  5. 金属クランプで火花点火をかさんに立つ金属スタンドの金属の棒に接続します。スタンドに置き位置に、点火の中立的な立場から移動することができます簡単に、2-3 cm パイレックス ガラス シリンダーの中央エリアに再びニュートラルの位置に戻ります。
  6. アルミ皿にパイレックス ガラス シリンダー (すなわち密度と 104 mL の量に基づく) で 5 mm の厚い油膜に相当する原油の量の重量を量る。
  7. パイレックス ガラス シリンダーの中の水に油を注ぐ。速すぎるオイルを注ぐことによってシリンダーの底外オイルをこぼさないように注意してください。アルミ皿の再度重量を量るし、パイレックス ガラス シリンダーの中に注がれる原油の実際の重量を登録します。
  8. 油の表面はちょうど 3 つの熱電対との接触に来るまでゆっくりかさんに水を追加します。火花点火を油の上の位置に移動します。
  9. 1 秒あたりに特定のスキャン数が一致するようにデータ ・ ロガーとストップウォッチの同期を開始します。排気フード、プロペラと火花点火を入れます。赤外線ヒータをオンにし、電源の出力を 8.2 の手順で見つかった割合に設定します。
  10. 油の点火時にストップウォッチと温度ロガーを停止、火花点火をオフにしてその中立位置に移動赤外線ヒータとプロペラをオフに。その後、慎重にパイレックス ガラス シリンダー上不燃カバーを置くことによって火を消します。移動する熱電対があります消火は最初の。
  11. 収集し、疎水性の吸収パッドと原油の処分します。水のレベルが低く、熱流束ゲージで再び平面に入射熱流束を測定するまでは、かさんから水を流出させます。揮発性非極性溶媒とパイレックス ガラス シリンダーをクリーンアップします。
  12. 3 熱電対の温度をスキャン数の関数としてプロットします。ストップウォッチの時間に基づいて、対応するスキャン数、プロットされたグラフは、テストされた原油の点火時に表面温度を決定します。
  13. テストされる各追加オイル、手順 8.2 8.12 を繰り返します。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

結果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

手順 2 で説明したメソッドを使用して 30 wt % の損失に複数日にわたる蒸着された軽質原油の蒸発曲線を図 5に示します。蒸発風化の最初の日 (19 h) 後、蒸発速度が低下する大幅にプロトコルで説明したように一時停止ができる明確に図であります。

図 6は新鮮なグラネ (重質原油油) の円錐形ヒーター (ステップ 7、図 2-3) から入射熱流束の関数として着火遅れ時間を示し 7 wt % の損失とグラネを蒸着します。結果は、蒸着原油の高められた発火遅延時間の例を与えます。さらに、垂直方向の漸近線で表される、限界熱流束は、蒸発損失の関数としても増加します。全体的にみて、これらの結果は、点火源を持つさまざまな種類の原油を発火させるために必要...

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

ディスカッション

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本稿で説明した 2 つの風化メソッドは、水の流出油は17に服従すること風化過程の比較的単純な近似です。他のより洗練された風化方法は、35Brandvik と Faksness によって記述される循環水路などの風化した原油のサンプルを提供するためにも使用できます。提示方法の利点は、シンプルな機器を必要とし、ラボ環境で簡単に実施することができることです。代表結果] セクションに示されているように、結果風化原油は可燃性・燃焼効率研究このプロトコルの目的のために機能されます。

プロトコルの主な制限の 1 つは円錐セットアップ (手順 5) 冷却水の校正です。問題は、その場で燃焼実験と同様の条件で同じ規模でコーン セットアップとしての利用可能な参照データがないことです。さらに、燃える原油とその流れる水のサブ層の熱バランスを決定する実際に使用することができます容易に利用可能な熱伝達モデルがないです。したがって校正を冷却水は、COFA セットアップ (ステップ 4) からの実験データ...

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

開示事項

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

著者が明らかに何もありません。

謝辞

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

著者は、プロジェクト (グラント DDF - 1335-00282) を資金調達のための独立した研究のためデンマーク評議会に感謝したいと思います。COWIfonden 原油燃焼装置、ガス分析装置、ダクト挿入を含むの建設資金を提供します。マースク油およびスタット ・ オイルは、代表的な結果を得るのために使用された原油を提供しました。スポンサーのどれもは、プロトコルまたは本研究結果に関与しています。著者も感謝したい Ulises ロハス アルバ変更された円錐形の試料ホルダーを構築支援します。

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
DUC 原油マースクN/Ar = 0.853 g/ml および h = 6.750 mPa*s の軽質原油。
Grane Crude OilStatoilN/Ar = 0.925 g/ml、h = 133.6 mPa*sの重質原油。
SVM 3000 スタビンガー粘度計アントンパールC18IP007EN-P生原油および耐候性原油用の粘度および密度計です。
Laboshake RO500Gerhardt11-0002水と油の混合物を乳化するためのロータリー振とうテーブル。
Jebao Wave Maker RW-4JebaoN/Aプロペラ(500-4000 L/hの流量)は、COFAのセットアップで電流を生成するために使用されます。
アクアビー UP 3000アクアビーUP 3000熱流束計の冷却用アクアリウムポンプです。
アドベンチャー プレシジョン電子天秤OHAUSAX5205COFA実験用のオイルの計量と、コーンセットアップ用のカスタムメイドのコーンサンプルホルダーの重量測定に使用されるロードスケールです。
3Mオイル吸着剤パッドVWRMMMAHP156疎水性吸収パッドは、油の残留物を収集して火災の燃焼効率を決定するために使用されます。
質量損失熱量計火災試験技術(FTT)B11325-650-1-1608原油の試験には、標準的な正方形のサンプルホルダーではなく、カスタムメイドの円形ホルダーが使用されました。最大100kW/m2の範囲の熱流束計が含まれています。
34972A データ集録・データロガー スイッチユニットRSコンポーネンツ(株)702-7958Keysight Technologies製。Keysight benchLink Data Logger 3ソフトウェアで操作し、20チャンネルマルチプレクサを装備
キーサイトテクノロジーズ 34901A 20チャンネルマルチプレクサRS Components Ltd.702-7939Keysight Technologies製。
ベローズシールバルブSwagelokSS-1GS6MMカスタムメイドのコーン・サンプル・ホルダーの水の出し入れを開閉するトグル・バルブです。
Kronos 50 蠕動ポンプSEKOKRFM0210M6000蠕動ポンプは、コーンセットアップ用のカスタムメイドのコーンサンプルホルダーを冷却するために使用されます。
ARCTIC A28 冷蔵サーキュレーターサーモフィッシャーサイエンティフィック152-5281コーンセットアップ用のカスタムメイドのコーンサンプルホルダーを流れる冷却水を冷却するために使用される水冷リザーバーです。SC 100 イマージョンサーキュレーターコントローラーが含まれています。
ダクトインサート付きガス分析計装コンソール火災試験技術(FTT)B11328-650-1-1609O2、CO2およびCO.用のガス分析器は、34972Aデータ収集/データロガースイッチユニットを使用します。
セラミック&質量損失熱量計からのステンレス鋼2.5mm電極火災試験技術(FTT)M015-4スパークイグナイター。COFAセットアップで使用され、点火時の表面温度を測定します。
赤外線エミッター-モジュールM110/348ヘレウス80046199オリジナルの赤外線ヒーターで、発熱体用の水冷ホルダーを備えた新しいデザインのベースとなっています。短波ツインチューブエミッター(09751751)2個付属。タイプCB1x25Pパワーコントローラーで操作します。
パワーコントローラー ヘラトロン ヘレウス80055836タイプCB1x25 P赤外線ヒーター用パワーコントローラー。
社製 。

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Allen, A. A. Contained Controlled Burning of Spilled Oil During the Exxon Valdez Oil Spill. Proceedings of the Thirteenth Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar. 305-313 Environment Canada, , 305-313 (1990).
  2. Allen, A. A., Jaeger, D., Mabile, N. J., Costanzo, D. The Use of Controlled Burning During the Gulf of Mexico Deepwater Horizon MC-252 Oil Spill Response. International Oil Spill Conference Proceedings. 2011 (1), 1-13 (2011).
  3. AMAP. Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic - Effects and Potential Effects. 1, AMAP. , Oslo, Norway. 423(2010).
  4. Nuka, Research Planning Group, LLC. Oil Spill Prevention and Response in the U.S. Arctic Ocean: Unexamined Risks, Unacceptable Consequences. , The PEW Environment Group. Washington, D.C. 136(2010).
  5. Buist, I. A., et al. In Situ Burning in Ice-Affected Waters: State of Knowledge Report Final Report 7.1.1. , Arctic Response Technology. 293(2013).
  6. EPPR. Guide to Oil Spill Response in Snow and ce Conditions in the Arctic. , Emergency Prevention Preparedness and Response (EPPR). 184(2015).
  7. Opstad, K., Guénette, C. Fire on the Sea Surface, Ignitability and Sustainability Under Various Environmental Conditions. Fire Safety Science. 6, 741-752 (2000).
  8. Fritt-Rasmussen, J., Brandvik, P. J., Villumsen, A., Stenby, E. H. Comparing Ignitability for In Situ Burning of Oil Spills for an Asphaltenic, a Waxy and a Light Crude Oil as a Function of Weathering Conditions Under Arctic Conditions. Cold Reg. Sci. Technol. 72, 1-6 (2012).
  9. Guénette, C. C., Thornborough, J. An Assessment Of Two Off-Shore Igniter Concepts. Proceedings of the Twentieth Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar . , Environment Canada 795-808 (1997).
  10. Brandvik, P. J., Fritt-Rasmussen, J., Daniloff, R., Leirvik, F., Resby, J. L. Establishing, testing and verification of a laboratory burning cell to measure ignitability for in situ burning of oil spills. Report No. 20, 26. 20, SINTEF Materials and Chemistry. Trondheim. (2010).
  11. Van Gelderen, L., Malmquist, L. M. V., Jomaas, G. Vaporization order and burning efficiency of crude oils during in situ burning on water. Fuel. 191, 528-537 (2017).
  12. Farmahini Farahani, H., Shi, X., Simeoni, A., Rangwala, A. S. A Study on Burning of Crude Oil in Ice Cavities. Proc. Combust. Inst. 35 (3), 2699-2706 (2015).
  13. Bullock, R. J., Aggarwal, S., Perkins, R. A., Schnabel, W. Scale-up considerations for surface collecting agent assisted in situ burn crude oil spill response experiments in the Arctic: Laboratory to field-scale investigations. J. Environ. Manage. 190, 266-273 (2017).
  14. Fingas, M. F., et al. The Newfoundland Offshore Burn Experiment - NOBE. In Situ Burning Oil Spill Workshop Proceedings, , NIST. 63-70 (1994).
  15. Guénette, C. C., Wighus, R. In situ Burning of Crude Oil and Emulsions in Broken Ice. Proceedings of the Nineteenth Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar, , Environment Canada. 895-906 (1996).
  16. Potter, S. Tests of Fire-Resistant Booms in Low Concentrations of Drift Ice - Field experiments May 2009. Report No. 27. 27, SINTEF. Trondheim. 17(2010).
  17. AMAP. Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic - Effects and Potential Effects. 2, AMAP. Oslo, Norway. 277(2010).
  18. Buist, I. Window-of-Opportunity for In Situ Burning. Spill Sci. Technol. Bull. 8 (4), 341-346 (2003).
  19. Wu, N., Kolb, G., Torero, J. L. The Effect of Weathering on the Flammability of a Slick of Crude Oil on a Water Bed. Combust. Sci. Technol. 161 (1), 269-308 (2000).
  20. Ranellone, R. T., Tukaew, P., Shi, X., Rangwala, A. S. Ignitability of crude oil and its oil-in-water products at arctic temperature. Mar. Pollut. Bull. 115 (1), 261-265 (2017).
  21. Bech, C. M., Sveum, P., Buist, I. A. The Effect of Wind, Ice and Waves on the In situ Burning of Emulsions and Aged Oils. Proceedings of the Sixteenth Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar, , Environment Canada. 735-748 (1993).
  22. Van Gelderen, L., et al. Importance of the Slick Thickness for Effective In situ Burning of Crude Oil. Fire Saf. J. 78, 1-9 (2015).
  23. ISO 17554:2014(E) Reaction to fire tests – Mass loss measurement. , International Organization for Standardization. Geneva. 28(2014).
  24. ISO/TR 9705-2:2001(E) Reaction-to-fire tests – Full-scale room tests for surface products – Part 2: Technical background and guidance . , International Organization for Standardization. Geneva. 39(2001).
  25. Stiver, W., Mackay, D. Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures. Environ. Sci. Technol. 18 (11), 834-840 (1984).
  26. Buist, I., Potter, S., Zabilansky, L., Guarino, A., Mullin, J. Oil Spill Response: A Global Perspective. Davidson, W. F., Lee, K., Cogswell, A. , Springer. Netherlands. 41-62 (2008).
  27. Daling, P. S., Moldestad, M. Ø, Johansen, Ø, Lewis, A., Rødal, J. Norwegian Testing of Emulsion Properties at Sea--The Importance of Oil Type and Release Conditions. Spill Sci. Technol. Bull. 8 (2), 123-136 (2003).
  28. Arai, M., Saito, K., Altenkirch, R. A. A Study of Boilover in Liquid Pool Fires Supported on Water Part I: Effects of a Water Sublayer on Pool Fires. Combust. Sci. Technol. 71 (1-3), 25-40 (1990).
  29. Garo, J. P., Vantelon, J. P., Fernandez-Pello, A. C. Boilover Burning of Oil Spilled on Water. Symp. (Int.) Combust. 25 (1), 1481-1488 (1994).
  30. Evans, D. D., Mulholland, G. W., Gross, H., Baum, H., Saito, K. Burning, smoke production, and smoke dispersion from oil spill combustion. Proceedings of the Eleventh Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar, , Environment Canada. 41-87 (1988).
  31. Guénette, C. C., Sveum, P., Buist, I., Aunaas, T., Godal, L. In situ burning of water-in-oil emulsions. , Marine Spill Response Corporation. Washington D.C. 139(1994).
  32. Van Gelderen, L., Rojas Alva, U., Mindykowski, P., Jomaas, G. Thermal Properties and Burning Efficiencies of Crude Oils and Refined Fuel Oil. International Oil Spill Conference Proceedings. 2017 (1), 985-1005 (2017).
  33. Quintiere, J. G. Ch 7. Fundamentals of Fire Phenomena. , John Wiley & Sons, Ltd. 159-190 (2006).
  34. Janssens, M. L. Measuring rate of heat release by oxygen consumption. Fire Technol. 27 (3), 234-249 (1991).
  35. Brandvik, P. J., Faksness, L. G. Weathering processes in Arctic oil spills: Meso-scale experiments with different ice conditions. Cold Reg. Sci. Technol. 55 (1), 160-166 (2009).
  36. Wighus, R., Guènette, C. Fire on the sea surface - Experiments hazard assessment 1995. Report No. NBL A07129. , SINTEF. Trondheim. 40(2007).
  37. Guénette, C. C., Sveum, P., Bech, C. M., Buist, I. A. Studies of In Situ Burning of Emulsions in Norway. International Oil Spill Conference Proceedings. (1), 115-122 (1995).

アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。

再版と許可

このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト

許可をリクエスト

タグ

関連記事