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

この実験手順の全体的な目標は、油流出対応の目的で水に流出した原油の着火要件とその結果生じる燃焼効率の理解を定量化し、改善することです。このプロトコルは、発火源に必要な強度や曝露時間など、原油流出のin situ燃焼に関する重要な質問に答えるのに役立ちます。これらの実験室実験の主な利点は、運用規模の原油火災を表す条件下で、原油の可燃性と燃焼効率を同時に研究できることです。

実験用の油サンプルの準備を開始します。このプラスチック容器は、ウェザリング加工にご使用ください。蓋には穴が開けられています。

また、その側面には穴が開いており、穴の開いたOリングに接続されたプラスチックチューブを収納できます。数リットルの新鮮な原油を通して空気を泡立てるようにコンテナを設定します。耐候性化プロセス中は、オイルの重量を監視して、時間の経過に伴う重量減少率を把握します。

目的の値に達したら停止しますが、これには数日かかる場合があります。原油の乳化には、回転式振とう台が必要です。まず、所望の原油と水の混合物900ミリリットルを1〜2分間激しく振とうします。

次に、ボトルを回転式振とう台に置き、室温で攪拌します。原油可燃性装置(COFA)は排気フードの下にあります。入口と排水口を備えた金属製の水盤です。

テストのために、ガラスシリンダーを準備します。高さ5センチ、直径約16センチメートルである必要があります。シリンダーをスタンドに取り付け、スタンドとシリンダーを洗面器の中央に置きます。

洗面器に真水を入れて進めます。水がガラスシリンダーの端から1センチ下になったら停止します。洗面器の壁にプロペラを取り付けて、ガラスシリンダーに直接向き、その高さを調整します。

発生した波が円筒内の水中でほとんど観察できないように、高さと速度を設定します。プロペラをオフにしてオイルを準備します。ガラスシリンダー内の水面に油を慎重に注ぎます。

次に、洗面器にゆっくりと水を加え、油膜の表面がシリンダーの端から1〜2ミリメートル下になったら停止します。プロペラを始動し、燃焼のタイミングを計る準備をします。ブタンハンドトーチを使用して原油に点火します。

発火から消滅までの時間を記録します。火が消えたら、疎水性吸収パッドを使用して残りの油を回収します。パッドの重量を量る前に、収集した水を振り落とし、燃焼効率を判断します。

ボンネットの下には、可燃性を研究するための別のセットアップを用意してください。シャッターとスパークイグナイターを備えたコーンヒーターを使用してください。このヒーターには、カスタムメイドのサンプルホルダーも付属しています。

この回路図では、この 2 つを組み合わせた場合の特徴を強調しています。コーンヒーターは、金属ホルダーにある油膜の23ミリメートル上に座っています。バルブは、オイルの下を流れる冷却水を調整します。

この回路図は、ヒーターとサンプルホルダーを超えた要素の感覚を提供します。コーン温度とスパークイグナイターの制御ユニットがあります。完全な水システムを明らかにし、排気ガスをサンプリングするガス分析器の存在も明らかになります。

まず、コーンを加熱して、油面に1平方メートルあたり3〜50キロワットの熱流束を確保します。また、リザーバーを以前に決定した温度に冷却します。すべての準備ができたら、水管をサンプルホルダーに接続し、システムを水が流れるようにします。

サンプルホルダーを振って、閉じ込められた空気を取り除きます。コーンとサンプルホルダーの温度が安定したら、ポンプを停止します。サンプルホルダーの両側にあるバルブを閉じてから、チューブを外します。

サンプルホルダーを負荷スケールに持っていき、スケールを風袋引きします。サンプルホルダーに室温で10mmのスリック厚さに相当する油を加えます。完了したら、サンプルホルダーを再接続し、バルブを開いて、水の流れを再開します。

データ取得を開始したら、サンプルホルダーをコーンの下に慎重に置きます。ストップウォッチを2つ用意し、スパークイグナイターをサンプルの上に移動します。次に、コーンシャッターを開き、最初のストップウォッチをスタートします。

オイルが発火したら、最初のストップウォッチを停止して2番目のストップウォッチを始動し、イグナイターをニュートラル位置に移動します。火が消えるのを待って、2番目のストップウォッチを停止します。シャッターを閉じて、データ集録を停止します。

次に、サンプルホルダー内の水の流れを止め、バルブを閉じて、チューブを外します。サンプルホルダーを風袋引きされたスケールに置き、その重量を燃焼残留物で登録します。ホルダーを揮発性の非極性溶剤で清掃します。

再度重量を量り、残留物の重量を決定し、燃焼効率を決定します。COFAに戻ります。装置の中央にあるスタンドにガラスシリンダーを置きます。

次に、調整可能なフーチングに取り付けた2つの水冷式赤外線ヒーターをシリンダーの両側の位置に置きます。シリンダーの外縁から1〜5センチメートルの位置に配置します。原油可燃性装置に水を入れます。

水位は、ガラスシリンダーの端から1センチメートル下にある必要があります。プロペラをシリンダーに面して、事前に決定した高さに配置します。次に、シリンダー用の熱電対を準備します。

厚さ1mmのK型熱電対を3個フレームに取り付け、このフレームをシリンダーに吊り下げます。熱電対が円柱の端から1〜2ミリメートル下の半径に沿ってくるようにフレームの向きを合わせます。洗面器にゆっくりと水を追加し、水が各熱電対に同時に触れることを確認して、それらの配置をテストします。

続行するには、水のレベルがシリンダーの端から再び1センチ下になるように水を排出します。スパークイグナイターがニュートラルポジションとシリンダーセンターの間を簡単に移動できることを確認します。ニュートラル位置で開始します。

ガラスシリンダー内の水に5mm厚のスリック相当の原油を注ぎます。オイルが熱電対に接触するまで水を追加します。スパークイグナイターをオイルの上の位置に動かします。

データ取得とストップウォッチを同時に開始します。排気フード、プロペラ、スパークイグナイターをオンにします。所定の電力で赤外線ヒーターをオンにします。

オイルが点火したら、ストップウォッチを停止します。イグナイターの電源を切り、ニュートラル位置に移動します。データ集録を停止し、ヒーターとプロペラの電源を切ります。

その後、熱電対を取り外し、不燃性のカバーで消火します。これらのデータは、コーンからの入射熱流束の関数としての点火遅延時間に関するものです。フレッシュ重質原油と蒸発した重質原油のデータがあります。

垂直漸近線は臨界熱流束を示しています。このプロットは、新鮮な軽質原油の時間の関数としての熱放出率を示しています。これは、定期的な熱放出率プロファイルを持っています。

これを、燃焼終了時に沸騰した乳化軽質原油のデータと比較してください。スケールが異なることに注意してください。これは、フレッシュライト原油と蒸発重質原油の2種類のオイルの入射熱流束の関数としての燃焼効率です。

データはコーンセットアップで取得しました。セットアップからのデータにより、2つのオイルタイプの燃焼速度をプロットすることもできます。これは、原油燃焼装置内の2つの熱電対からの時間の関数としての表面温度の例です。

スパイクは発火の瞬間を示します。このビデオを見れば、水上での運転規模の原油火災をシミュレートする条件下で、原油の可燃性と燃焼効率を研究する方法について十分に理解できるはずです。習得すると、さまざまな実験手順を適切に実行すれば、実験ごとに20〜60分で実行できます。

この手順を試行する際には、実験のセットアップが運用スケールの条件をシミュレートするように設計されているにもかかわらず、実験は制御された実験室環境で行われるため、結果はそれに応じて解釈する必要があることを覚えておくことが重要です。この手順に続いて、風や波など、問題に影響を与える他のパラメータを実験設定に追加して、実際のin situ燃焼操作と比較して、これらの実験の代表性をさらに向上させることができます。火や原油を扱う作業は非常に危険である可能性があり、この手順を実行する際には、個人用保護具、適切な排気フード、可燃性物質の保護などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。