Situ yanan laboratuar çalışmaları için deneysel işlemin: yanma ve yanma verimliliği ham petrol
Summary
Burada, aynı anda çalışma yanma ve taze ve yıpranmış ham petrol işlemleri denizde yanan in situ taklit koşullar altında yanma verimliliği için bir protokol mevcut.
Abstract
Yanma, eş zamanlı çalışma ve taze ve yıpranmış ham petrol iki deneysel laboratuvar kurulumları ile yanma verimliliği için yeni bir yöntem sunulur. Deneyler operasyonel ölçekli deneyler (havuz çapı ≥2 m), hala oldukça gerçekçi in situ ham yağ su şartları yanan featuring sırasında kolayca tekrarlanabilir karşılaştırılır. Deneysel koşullar yağ tabakası ve operasyonel ölçek ham petrol havuzu yangınları yakıt yüzeye daha yüksek ısı geribildirim taklit bir Dıştan ısı akısı (en fazla 50 kW/m2) soğutur bir akan su alt katman yer. Bu koşullar operasyonel ölçekli deneyler için eşdeğerdir ham petrol havuzu yangınlar yanma verimliliği bir kontrollü laboratuvar çalışma etkinleştirin. Yöntem aynı zamanda tutuşuyor ham yağlar açısından kritik ısı akısı, ateşleme gecikme süresi olay ısı akısı, ateşleme üzerine yüzey sıcaklığı ve Termal atalet bir fonksiyonu olarak için gereksinimleri Nicel veri sağlar. Bu veri türünü gerekli gücü ve taze veya yıpranmış ham petrol belirli bir tür tutuşturmak için bir ateşleme kaynağı süresi belirlemek için kullanılabilir. Ana yöntem Dıştan ısı akısı bir fonksiyonu değil tamamen sayısal olarak akan suyun soğutma etkisi üzerinde yanan ham petrol alt katman olduğunu kısıtlamasıdır. Deneysel sonuçlar açıkça akan su alt katman bu kurulum situ içinde yanan şartları nasıl temsilcisidir geliştirmek yok ama ne ölçüde bu doğru gösterimidir için şu anda belirsiz olduğunu gösterdi. Yöntem yine de laboratuvar şu anda kullanılabilen koşullar aynı anda yanma okuyor ve ham yağ su verimliliğini yanan yanan en gerçekçi in situ bulunmaktadır.
Introduction
Situ su dökülen ham petrol dökülen yağ yakıcı o ve kurum ve gaz halinde olan yakıtlar yanma ürünleri dönüştürerek su yüzeyinden kaldırır bir deniz petrol sızıntısı yanıt yöntemi yanıyor. Bu yanıt yöntem Exxon Valdez1 ve2 derin deniz Horizon petrol sızıntısı sırasında başarıyla uygulandı ve düzenli olarak kutup3,4,5 için potansiyel bir petrol sızıntısı yanıt yöntemi olarak belirtilir ,6. Situ yağ yakıcı sızıntısı yanıt yöntemi olarak başarılı olup olmayacağını belirleyen anahtar parametreleri yanma ve yağ yanma verimini ikisidir. İlk parametre, yanma, ne kadar kolay bir yakıt Ignited ve tam olarak gelişmiş bir yangında sonuçlanması yakıt yüzey üzerinde yayılan alev yol açabilir açıklar. Verimlilik, yanan ikinci parametre (wt %) olarak etkili bir şekilde ateşin yanında su yüzeyinden kaldırılır yağ miktarını ifade eder. Böylece yanma ve farklı ham yağlar altında koşullar yanan in situ beklenen yanma verimini anlamak uygundur.
Amacıyla yakma in situ yaygın olarak Ateşleme sistemleri5,7,8,9üzerine nitel tartışmalar ile pratik bir sorun olarak ele için yağı ateşleme su slicks. Ateşleme için pratik bir yaklaşım dökülen petrol ikili bir sorun olarak ve etiketleme yağlar “ateş gibi” ya da “değil ateş gibi” (örneğin Brandvik, Fritt-Rasmussen, ve ark. 10), ancak, temel bir bakış açısından yanlıştır. Teorik olarak, herhangi bir yakıt bir uygun ateşleme kaynağı verilen Ignited. Bu nedenle “değil ateş gibi” etiket bir ham petrol özelliklerini daha iyi anlamak için ateşleme gereksinimleri için farklı ham petrol türleri geniş ölçmek uygundur. Bu amaçla, ateşleme gecikme süresi bir petrol olay ısı akısı, kritik ısı akısı petrol ve onun Termal atalet, Yani yağı ısıtmak için ne kadar zor bir fonksiyonu olarak çalışmak için gelişmiş yöntem kullanılabilir.
Bir önceki çalışmada, biz hangi bir havuz çapı fonksiyonudur yanma verimliliği yönetir ana parametre yakıt yüzey11, ısı geribildirim olduğunu öne. Belirgin havuzu boyutu bağımlılık tabanlı raporlama düşük yanma verimliliği (32-%80)8,12,13 ve büyük ölçekli çalışmalar (havuz çapı ≥2 m) laboratuvar çalışmaları üzerinde yanan verimlilik teori açıklar yüksek yanma verimliliği (% 90-99)14,15,16raporlama. Burada tartışılan yöntem önerilen teoriyi test etmek için tasarlanmıştır. Küçük ölçekli laboratuvar deneyleri için sürekli Dıştan ısı akısı subjecting tarafından yüksek ısı geribildirim büyük ölçekli havuzu yangınlar için kontrollü laboratuvar koşullarında benzetimi yapılabilir. Bu nedenle, Gelişmiş yöntemi Dıştan ısı akısı değiştirerek yanma verimliliği çapı bir fonksiyonu olarak etkili eğitim sağlar.
Situ daha büyük ölçekli benzetimini yapmak için bir dış ısı akı yanı sıra işlemleri, yağ tabakası soğuk su akış tarafından soğutma, denizin geçerli soğutma etkisi simüle deneysel kurulumları özelliği yazma. Tartışılan yöntemi Ayrıca taze ve yıpranmış ham yağlar ile uyumludur. Ham petrol ayrışma kayıp uçucu bileşenlerinin ve form petrol su emülsiyonlar (Örneğin, AMAP17) su ile karıştırma gibi su dökülen bir kez bir ham petrol etkileyen fiziksel ve kimyasal işlemi anlatılmaktadır. Buharlaşma ve emülsifikasyon iki ham yağlar18 yanıcılığını etkileyen ana ayrışma süreçleri vardır ve bu ayrışma işlemler simülasyonu için iletişim kuralları bu nedenle tartışılan yönteminde dahil edilir.
Burada, biz yanma ve ham petrol situ içinde deniz üzerinde işlem yazma taklit koşullar altında yanma verimliliği belirler bir roman laboratuvar yöntemi mevcut. Yanma ve ham yağlar yanma verimliliği önceki çalışmalar karşılaştırılabilir ve farklı yöntemleri özellikli. Taze ve yıpranmış ham yağlar yanma bir dış ısı akısı bir fonksiyonu olarak su19 ve Kutup sıcaklık20altında incelenmiştir. Yanma verimliliği çalışmaları genellikle taze farklı türleri üzerinde odaklanmak ve yıpranmış ham yağlar ve sabit bir ölçekte çevre koşulları (Örneğin, Fritt-Rasmussen, ve ark. 8Bech, Sveum, ve ark. 21). ham yağlar kimyasal çobanları tarafından bulunan yazma üzerinde yapılan bir çalışmada, yazarlar, bilgi için küçük, orta, yanma verimliliği çalışmaya ilk ve büyük ölçekli deneyler benzer koşullar13altında. Ancak, büyük ölçekli deneyler vardır zaman ve bu tür deneyler için gerekli kaynakları geniş miktarda nedeniyle parametrik çalışmaları için kolayca kullanılamaz. Yukarıda belirtilen çalışmalar ana avantajı sunulan yönteminin bu aynı anda her iki yanıcılığını eğitim ve verimlilik ham petrol yarı gerçekçi koşullar altında yanan sağlanmıştır. Bu iki parametre ham yağlar için farklı yağ türleri ve kolayca tekrarlanabilir deneyler yoluyla (simülasyon) havuz çapı bir fonksiyonu olarak eğitim ile birlikte uygulamada daha önce olanaksız.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu yazıda ele iki ayrışma yöntemleri dökülmüş bir yağ su17‘ ye tabi tutulur ayrışma işlemleri nispeten basit bir yaklaşım vardır. Diğer, daha sofistike ayrışma yöntemleri Brandvik ve Faksness35tarafından açıklanan dolaşımdaki savağı gibi yıpranmış ham petrol örnekleri sağlamak için de kullanılabilir. Sunulan yöntemleri basit ekipman gerektiren ve laboratuvar ortamında kolayca yapılabilir avantajdır. Elde edilen yıpranmış ham yağlar, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar Danimarka Konseyi (Grant DDF – 1335-00282) proje finansmanı için bağımsız araştırma için teşekkür etmek istiyorum. COWIfonden ham petrol yanıcılığını aparatı ve kanal ekleme de dahil olmak üzere gaz analizörü, inşaatı finanse. Maersk petrol ve Statoil temsilcisi sonuçları için kullanılan ham yağlar sağlanan. Hiçbiri-in belgili tanımlık kefil protokol veya bu kağıt sonuçlarını dahil edilmiştir. Yazarlar ayrıca Ulises Rojas Alva değiştirilmiş koni örnek tutucu inşa ile yardım için teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| DUC Crude Oil | Maersk | N/A | Light crude oil with r = 0.853 g/ml and h = 6.750 mPa*s. |
| Grane Crude Oil | Statoil | N/A | Heavy crude oil with r = 0.925 g/ml and h = 133.6 mPa*s. |
| SVM 3000 Stabinger Viscometer | Anton Paar | C18IP007EN-P | Viscosity and density meter for the fresh and weathered crude oils. |
| Laboshake RO500 | Gerhardt | 11-0002 | Rotary shaking table for emulsifying water and oil mixtures. |
| Jebao Wave Maker RW-4 | Jebao | N/A | Propeller (flow of 500-4000 L/h) used in the COFA setup to generate a current. |
| Aquabee UP 3000 | Aquabee | UP 3000 | Aquarium pump for cooling of heat flux gauge. |
| Adventurer Precision Electronic Balance | OHAUS | AX5205 | Load scale used to weigh the oil for the COFA experiments and in the custom-made cone sample holder for the cone setup. |
| 3M Oil Sorbent Pads | VWR | MMMAHP156 | Hydrophobic absorption pads used to collect oil residues to determine the burning efficiency of the fire. |
| Mass Loss Calorimeter | Fire Testing Technology (FTT) | B11325-650-1-1608 | A custom-made, circular holder was used for the testing of crude oil rather than the standard square sample holder. Includes a heat flux gauge with a range up to 100 kW/m2. |
| 34972A Data Acquisition / Data Logger Switch Unit | RS Components Ltd. | 702-7958 | Produced by Keysight Technologies. Operated by Keysight benchLink data logger 3 software and equipped with a 20-channel multiplexer. |
| Keysight Technologies 34901A 20-channel multiplexer | RS Components Ltd. | 702-7939 | Produced by Keysight Technologies. |
| Bellows-Sealed Valve | Swagelok | SS-1GS6MM | Toggle valve to open/close the water in- and outlet of the custom-made cone sample holder for the cone setup. |
| Kronos 50 Peristaltic Pump | SEKO | KRFM0210M6000 | Peristaltic pump used to cool the custom-made cone sample holder for the cone setup. |
| ARCTIC A28 Refrigerated Circulater | ThermoFisher Scientific | 152-5281 | Water cooling reservoir used to cool the cooling water that flows through the custom-made cone sample holder for the cone setup. Includes a SC 100 Immersion Circulator controller. |
| Gas Analysis Instrumentation Console with Duct Insert | Fire Testing Technology (FTT) | B11328-650-1-1609 | Gas analyzer for O2, CO2 and CO. Uses a 34972A Data Acquisition / Data Logger Switch Unit. |
| Ceramic & Stainless Steel 2.5mm Electrode | Fire Testing Technology (FTT) | M015-4 | Spark igniter from the Mass Loss Calorimeter. Used in the COFA setup to measure the surface temperature upon ignition. |
| Infrared Emitter-Module M110/348 | Heraeus | 80046199 | Original Infrared heaters on which the new design with a water-cooled holder for the heating elements was based. Includes two short wave twin tube emitters (09751751). Operated by a type CB1x25 P power controller. |
| Power Controller Heratron | Heraeus | 80055836 | Type CB1x25 P power controller for the infrared heaters. |
References
- Allen, A. A. Contained Controlled Burning of Spilled Oil During the Exxon Valdez Oil Spill. , 305-313 (1990).
- 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).
- AMAP. . Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic – Effects and Potential Effects. 1, 423 (2010).
- Nuka, Research Planning Group, LLC. . Oil Spill Prevention and Response in the U.S. Arctic Ocean: Unexamined Risks, Unacceptable Consequences. , 136 (2010).
- Buist, I. A., et al. . In Situ Burning in Ice-Affected Waters: State of Knowledge Report Final Report 7.1.1. , 293 (2013).
- EPPR. . Guide to Oil Spill Response in Snow and ce Conditions in the Arctic. , 184 (2015).
- Opstad, K., Guénette, C. Fire on the Sea Surface, Ignitability and Sustainability Under Various Environmental Conditions. Fire Safety Science. 6, 741-752 (2000).
- 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).
- 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 . , 795-808 (1997).
- 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, (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- Fingas, M. F., et al. The Newfoundland Offshore Burn Experiment – NOBE. , 63-70 (1994).
- Guénette, C. C., Wighus, R. In situ Burning of Crude Oil and Emulsions in Broken Ice. , 895-906 (1996).
- Potter, S. Tests of Fire-Resistant Booms in Low Concentrations of Drift Ice – Field experiments May 2009. Report No. 27. 27, 17 (2010).
- AMAP. . Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic – Effects and Potential Effects. 2, 277 (2010).
- Buist, I. Window-of-Opportunity for In Situ Burning. Spill Sci. Technol. Bull. 8 (4), 341-346 (2003).
- 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).
- 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).
- 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. , 735-748 (1993).
- 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).
- . . ISO 17554:2014(E) Reaction to fire tests – Mass loss measurement. , 28 (2014).
- . . , 39 (2001).
- Stiver, W., Mackay, D. Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures. Environ. Sci. Technol. 18 (11), 834-840 (1984).
- Buist, I., Potter, S., Zabilansky, L., Guarino, A., Mullin, J., Davidson, W. F., Lee, K., Cogswell, A. . Oil Spill Response: A Global Perspective. , 41-62 (2008).
- Daling, P. S., Moldestad, M. &. #. 2. 1. 6. ;., Johansen, &. #. 2. 1. 6. ;., 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).
- 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).
- 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).
- Evans, D. D., Mulholland, G. W., Gross, H., Baum, H., Saito, K. Burning, smoke production, and smoke dispersion from oil spill combustion. , 41-87 (1988).
- Guénette, C. C., Sveum, P., Buist, I., Aunaas, T., Godal, L. . In situ burning of water-in-oil emulsions. , 139 (1994).
- 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).
- Quintiere, J. G. Ch 7. Fundamentals of Fire Phenomena. , 159-190 (2006).
- Janssens, M. L. Measuring rate of heat release by oxygen consumption. Fire Technol. 27 (3), 234-249 (1991).
- 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).
- Wighus, R., Guènette, C. Fire on the sea surface – Experiments hazard assessment 1995. Report No. NBL A07129. , 40 (2007).
- 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).
