Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-05-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 34 s
Description: 学ぶ 原油の引火性と燃焼効率の実験的手法。水面上の原油流出事故への対応戦略を改善するため、風化前後の原油サンプルを用いて、実験室で実用的な規模の火災条件を再現し、着火要件と燃焼効率を同時に評価する方法を解説します。

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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。

<ol><li>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).</li>
<li>Allen, A. A., Jaeger, D., Mabile, N. J., Costanzo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Use+of+Controlled+Burning+During+the+Gulf+of+Mexico+Deepwater+Horizon+MC-252+Oil+Spill+Response%5BTitle%5D)+AND+%22International+Oil+Spill+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">The Use of Controlled Burning During the Gulf of Mexico Deepwater Horizon MC-252 Oil Spill Response.</a> International Oil Spill Conference Proceedings. 2011 (1), 1-13 (2011).</li>
<li>AMAP. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Assessment+2007%3A+Oil+and+Gas+Activities+in+the+Arctic+-+Effects+and+Potential+Effects%22">Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic - Effects and Potential Effects</a>. 1, AMAP. , Oslo, Norway. 423(2010).</li>
<li>Nuka, Research Planning Group, LLC. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Oil+Spill+Prevention+and+Response+in+the+U.S.+Arctic+Ocean%3A+Unexamined+Risks%2C+Unacceptable+Consequences%22">Oil Spill Prevention and Response in the U.S. Arctic Ocean: Unexamined Risks, Unacceptable Consequences</a>. , The PEW Environment Group. Washington, D.C. 136(2010).</li>
<li>Buist, I. A., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBuist%2C+IA+%22In+Situ+Burning+in+Ice-Affected+Waters%3A+State+of+Knowledge+Report+Final+Report+7.1.1%22">In Situ Burning in Ice-Affected Waters: State of Knowledge Report Final Report 7.1.1</a>. , Arctic Response Technology. 293(2013).</li>
<li>EPPR. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Guide+to+Oil+Spill+Response+in+Snow+and+ce+Conditions+in+the+Arctic%22">Guide to Oil Spill Response in Snow and ce Conditions in the Arctic</a>. , Emergency Prevention Preparedness and Response (EPPR). 184(2015).</li>
<li>Opstad, K., Guénette, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fire+on+the+Sea+Surface%2C+Ignitability+and+Sustainability+Under+Various+Environmental+Conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Fire+Safety+Science%22%5BJournal%5D)">Fire on the Sea Surface, Ignitability and Sustainability Under Various Environmental Conditions.</a> Fire Safety Science. 6, 741-752 (2000).</li>
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<li>Guénette, C. C., Thornborough, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Assessment+Of+Two+Off-Shore+Igniter+Concepts%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Twentieth+Arctic+and+Marine+Oil+Spill+Program+%28AMOP%29+Technical+Seminar+%22%5BJournal%5D)">An Assessment Of Two Off-Shore Igniter Concepts.</a> Proceedings of the Twentieth Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar . , Environment Canada 795-808 (1997).</li>
<li>Brandvik, P. J., Fritt-Rasmussen, J., Daniloff, R., Leirvik, F., Resby, J. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrandvik%2C+PJ+%22Establishing%2C+testing+and+verification+of+a+laboratory+burning+cell+to+measure+ignitability+for+in+situ+burning+of+oil+spills.+Report+No.+20%2C+26%22">Establishing, testing and verification of a laboratory burning cell to measure ignitability for in situ burning of oil spills. Report No. 20, 26</a>. 20, SINTEF Materials and Chemistry. Trondheim. (2010).</li>
<li>Van Gelderen, L., Malmquist, L. M. V., Jomaas, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vaporization+order+and+burning+efficiency+of+crude+oils+during+in+situ+burning+on+water%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel%22%5BJournal%5D)">Vaporization order and burning efficiency of crude oils during in situ burning on water.</a> Fuel. 191, 528-537 (2017).</li>
<li>Farmahini Farahani, H., Shi, X., Simeoni, A., Rangwala, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Study+on+Burning+of+Crude+Oil+in+Ice+Cavities%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Combust.+Inst%22%5BJournal%5D)">A Study on Burning of Crude Oil in Ice Cavities.</a> Proc. Combust. Inst. 35 (3), 2699-2706 (2015).</li>
<li>Bullock, R. J., Aggarwal, S., Perkins, R. A., Schnabel, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scale-up+considerations+for+surface+collecting+agent+assisted+in+situ+burn+crude+oil+spill+response+experiments+in+the+Arctic%3A+Laboratory+to+field-scale+investigations%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Environ.+Manage%22%5BJournal%5D)">Scale-up considerations for surface collecting agent assisted in situ burn crude oil spill response experiments in the Arctic: Laboratory to field-scale investigations.</a> J. Environ. Manage. 190, 266-273 (2017).</li>
<li>Fingas, M. F., et al. The Newfoundland Offshore Burn Experiment - NOBE. In Situ Burning Oil Spill Workshop Proceedings, , NIST. 63-70 (1994).</li>
<li>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).</li>
<li>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).</li>
<li>AMAP. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Assessment+2007%3A+Oil+and+Gas+Activities+in+the+Arctic+-+Effects+and+Potential+Effects%22">Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic - Effects and Potential Effects</a>. 2, AMAP. Oslo, Norway. 277(2010).</li>
<li>Buist, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Window-of-Opportunity+for+In+Situ+Burning%5BTitle%5D)+AND+%22Spill+Sci.+Technol.+Bull%22%5BJournal%5D)">Window-of-Opportunity for In Situ Burning.</a> Spill Sci. Technol. Bull. 8 (4), 341-346 (2003).</li>
<li>Wu, N., Kolb, G., Torero, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effect+of+Weathering+on+the+Flammability+of+a+Slick+of+Crude+Oil+on+a+Water+Bed%5BTitle%5D)+AND+%22Combust.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">The Effect of Weathering on the Flammability of a Slick of Crude Oil on a Water Bed.</a> Combust. Sci. Technol. 161 (1), 269-308 (2000).</li>
<li>Ranellone, R. T., Tukaew, P., Shi, X., Rangwala, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ignitability+of+crude+oil+and+its+oil-in-water+products+at+arctic+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Mar.+Pollut.+Bull%22%5BJournal%5D)">Ignitability of crude oil and its oil-in-water products at arctic temperature.</a> Mar. Pollut. Bull. 115 (1), 261-265 (2017).</li>
<li>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).</li>
<li>Van Gelderen, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Importance+of+the+Slick+Thickness+for+Effective+In+situ+Burning+of+Crude+Oil%5BTitle%5D)+AND+%22Fire+Saf.+J%22%5BJournal%5D)">Importance of the Slick Thickness for Effective In situ Burning of Crude Oil.</a> Fire Saf. J. 78, 1-9 (2015).</li>
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<li>Guénette, C. C., Sveum, P., Buist, I., Aunaas, T., Godal, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGu%C3%A9nette%2C+CC+%22In+situ+burning+of+water-in-oil+emulsions%22">In situ burning of water-in-oil emulsions</a>. , Marine Spill Response Corporation. Washington D.C. 139(1994).</li>
<li>Van Gelderen, L., Rojas Alva, U., Mindykowski, P., Jomaas, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+Properties+and+Burning+Efficiencies+of+Crude+Oils+and+Refined+Fuel+Oil%5BTitle%5D)+AND+%22International+Oil+Spill+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Thermal Properties and Burning Efficiencies of Crude Oils and Refined Fuel Oil.</a> International Oil Spill Conference Proceedings. 2017 (1), 985-1005 (2017).</li>
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<li>Janssens, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+rate+of+heat+release+by+oxygen+consumption%5BTitle%5D)+AND+%22Fire+Technol%22%5BJournal%5D)">Measuring rate of heat release by oxygen consumption.</a> Fire Technol. 27 (3), 234-249 (1991).</li>
<li>Brandvik, P. J., Faksness, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Weathering+processes+in+Arctic+oil+spills%3A+Meso-scale+experiments+with+different+ice+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Cold+Reg.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Weathering processes in Arctic oil spills: Meso-scale experiments with different ice conditions.</a> Cold Reg. Sci. Technol. 55 (1), 160-166 (2009).</li>
<li>Wighus, R., Guènette, C. Fire on the sea surface - Experiments hazard assessment 1995. Report No. NBL A07129. , SINTEF. Trondheim. 40(2007).</li>
<li>Guénette, C. C., Sveum, P., Bech, C. M., Buist, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+of+In+Situ+Burning+of+Emulsions+in+Norway%5BTitle%5D)+AND+%22International+Oil+Spill+Conference+Proceedings%22%5BJournal%5D)">Studies of In Situ Burning of Emulsions in Norway.</a> International Oil Spill Conference Proceedings. (1), 115-122 (1995).</li>
</ol>

著者が明らかに何もありません。

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...

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。

<table><tbody><tr><td>DUC 原油</td><td>マースク</td><td>N/A</td><td>r = 0.853 g/ml および h = 6.750 mPa*s の軽質原油。</td></tr><tr><td>Grane Crude Oil</td><td>Statoil</td><td>N/A</td><td>r = 0.925 g/ml、h = 133.6 mPa*sの重質原油。</td></tr><tr><td>SVM 3000 スタビンガー粘度計</td><td>アントンパール</td>社製 <td>C18IP007EN-P</td><td>生原油および耐候性原油用の粘度および密度計です。</td></tr><tr><td>Laboshake RO500</td><td>Gerhardt</td><td>11-0002</td><td>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。</td></tr><tr><td>Jebao Wave Maker RW-4</td><td>Jebao</td><td>N/A</td><td>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。</td></tr><tr><td>アクアビー UP 3000</td><td>アクアビー</td><td>UP 3000</td><td>熱流束計の冷却用アクアリウムポンプです。</td></tr><tr><td>アドベンチャー プレシジョン電子天秤</td><td>OHAUS</td><td>AX5205</td><td>COFA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。</td></tr><tr><td>3Mオイル吸着剤パッド</td><td>VWR</td><td>MMMAHP156</td><td>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。</td></tr><tr><td>質量損失熱量計</td><td>火災試験技術(FTT)</td><td>B11325-650-1-1608</td><td>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。</td></tr><tr><td>34972A データ集録・データロガー スイッチユニット</td><td>RSコンポーネンツ(株)</td><td>702-7958</td><td>Keysight 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</td></tr>。<tr><td>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</td><td>RS Components Ltd.</td><td>702-7939</td><td>Keysight Technologies製。</td></tr><tr><td>ベローズシールバルブ</td><td>Swagelok</td><td>SS-1GS6MM</td><td>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。</td></tr><tr><td>Kronos 50 蠕動ポンプ</td><td>SEKO</td><td>KRFM0210M6000</td><td>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。</td></tr><tr><td>ARCTIC A28 冷蔵サーキュレーター</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>152-5281</td><td>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。</td></tr><tr><td>ダクトインサート付きガス分析計装コンソール</td><td>火災試験技術(FTT)</td><td>B11328-650-1-1609</td><td>O2、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。</td></tr><tr><td>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</td><td>火災試験技術(FTT)</td><td>M015-4</td><td>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。</td></tr><tr><td>赤外線エミッター-モジュールM110/348</td><td>ヘレウス</td><td>80046199</td><td>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。</td></tr><tr><td>パワーコントローラー ヘラトロン&nbsp;</td><td>ヘレウス</td><td>80055836</td><td>タイプCB1x25 P赤外線ヒーター用パワーコントローラー。</td></tr></tbody></table>

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

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

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。

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...

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。

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory ...

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。

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