Procedimento Experimental para Estudos Laboratoriais de Queima In Situ: Inflamabilidade e Eficiência de Queima do Petróleo Bruto

Resumo

Aqui, apresentamos um protocolo para estudar simultaneamente a inflamabilidade e a eficiência ardente de fresco e resistida petróleo sob condições que simulam em situ queima as operações no mar.

Resumo

É apresentado um novo método para o estudo simultâneo da inflamabilidade e eficiência ardente de fresco e resistida de petróleo através de duas configurações de laboratório experimental. Os experimentos são facilmente reproduzíveis em comparação com experiências em escala operacional (piscina diâmetro ≥2 m), enquanto que ainda com bastante realista em situ queima as condições de óleo cru na água. Condições experimentais incluem uma camada sub fluxo de água que resfria a mancha de óleo e um fluxo de calor externo (até 50 kW/m²) que simula o maior feedback de calor para a superfície do combustível em escala operacional petróleo piscina incêndios. Estas condições permitem um estudo laboratorial controlada da eficiência queima de fogos de piscina de petróleo bruto que são equivalentes às experiências em escala operacional. O método também fornece dados quantitativos sobre os requisitos para a inflamação óleos brutos de petróleo em termos do fluxo de calor crítico, tempo de atraso de ignição em função da inércia térmica, a temperatura da superfície em cima da ignição e o fluxo de calor incidente. Este tipo de dados pode ser usado para determinar a força necessária e a duração de uma fonte de ignição para inflamar um certo tipo de crude fresco ou resistida. A principal limitação do método é que o efeito de resfriamento da água fluindo sub camada sobre o queima de petróleo como uma função do fluxo de calor externo não foi totalmente quantificada. Resultados experimentais mostraram claramente que a camada de sub água fluindo melhorar como representante desta instalação é em situ ardente condições, mas até que ponto esta representação exata é atualmente incerta. O método apresenta, no entanto, o mais realista em situ queimando condições laboratoriais atualmente disponíveis para estudar simultaneamente a inflamabilidade e queima a eficiência do óleo cru na água.

Introdução

Em situ queima de petróleo derramado na água é um método de resposta de derramamento de óleo marinho que remove o óleo derramado da superfície da água por queimá-lo e convertê-lo para fuligem e produtos gasosos de combustão. Este método de resposta foi aplicado com êxito durante o Exxon Valdez¹ e derrames de petróleo em águas profundas Horizon² e regularmente é mencionado como um método de resposta de derramamento de óleo potenciais para o Ártico^{3,4,5 ,6}. Dois dos principais parâmetros que determinam se em situ queima de óleo será bem sucedido como um método de resposta de derramamento são a inflamabilidade e a eficiência de combustão do óleo. O primeiro parâmetro, inflamabilidade, descreve como um combustível pode ser inflamado e facilmente pode levar à propagação de chama sobre a superfície de combustível para resultar em um incêndio totalmente desenvolvido. O segundo parâmetro, queimando a eficiência, expressa a quantidade de óleo (em % em peso) que efetivamente é removido da superfície da água, pelo fogo. Assim, é relevante para compreender a inflamabilidade e a eficiência esperada queima de diferentes óleos brutos de petróleo sob em situ condições de queima.

Ignição de óleo slicks na água para em situ queimando fins é comumente tratado como um problema prático, com discussões qualitativas na ignição sistemas^5,7,8,9. A abordagem prática para a ignição do derramamento de óleo como um problema binário, e rotulagem de óleos ou "inflamáveis" ou "não-inflamável" (por exemplo, Brandvik, Fritt-Rasmussen, et al. ¹⁰) é, no entanto, incorreta do ponto de vista fundamental. Em teoria, qualquer combustível pode ser inflamado dada uma fonte de ignição adequada. É, portanto, relevante para quantificar as exigências de ignição para uma ampla gama de tipos diferentes de óleo cru para compreender melhor as propriedades de um óleo bruto que rotulá-la como "não inflamáveis". Para este efeito, o método desenvolvido pode ser usado para estudar o tempo de atraso de ignição de um óleo em função do fluxo térmico incidente, o fluxo de calor crítico do óleo e sua inércia térmica, ou seja, quão difícil é para aquecer o óleo.

Em um estudo anterior, postula-se que o parâmetro principal que rege a eficiência de combustão é o feedback de calor para a superfície de combustível¹¹, que é uma função do diâmetro da piscina. A teoria explica a dependência do tamanho de piscina aparente da eficiência ardente com base em estudos de laboratório relatando baixa queima eficiências (32-80%)^8,12,13 e estudos de grande escala (diâmetro da piscina ≥2 m) Apresentando alta queima eficiências (90-99%)^14,15,16. O método discutido neste documento foi concebido para testar a teoria proposta. Sujeitando os experimentos de laboratório de pequena escala para um fluxo constante de calor externo, o maior feedback de calor para incêndios de piscina em grande escala pode ser simulado em condições controladas de laboratório. Como tal, o método desenvolvido permite estudar a eficiência ardente eficazmente em função do diâmetro variando o fluxo de calor externo.

Além de um fluxo de calor externo para simular a escala maior de in situ queimando as operações, o recurso de configurações experimentais da mancha de óleo de resfriamento por um fluxo de água fria, simulando o efeito de resfriamento do mar atual. O método discutido além disso é compatível com óleos em bruto frescos e resistidos. O intemperismo do óleo cru descreve o processo físico e químico que afetam uma petróleo bruto, uma vez que é derramado sobre a água, tais como perdas de seus componentes voláteis e mistura com água para emulsões de água em óleo de forma (por exemplo, AMAP¹⁷). Evaporação e emulsificação são dois dos processos de intemperismo principais que afetam a inflamabilidade dos óleos brutos¹⁸ e protocolos para simular estes processos de intemperismo, portanto, estão incluídos o método discutido.

Neste documento, apresentamos um método de laboratório romance que determina a inflamabilidade e a eficiência de queima de petróleo em condições que simulam em situ queima as operações no mar. Estudos anteriores sobre a inflamabilidade e a eficiência de queima de óleos brutos de petróleo destaque comparáveis e diferentes métodos. A inflamabilidade de óleos em bruto frescos e resistidas em função de um fluxo de calor externo foi estudada em água¹⁹ e sob temperaturas árticas²⁰. Estudos de eficiência ardente normalmente enfocam diferentes tipos de fresco e resistiu a óleos brutos e condições ambientais à escala fixa (por exemplo, Fritt-Rasmussen, et al. ⁸Bech, Sveum, et al. ²¹). um estudo recente sobre a queima de óleos brutos de petróleo contidos por pastores de químicos, para o conhecimento dos autores, é o primeiro a estudar a eficiência de queima para pequeno, intermediário, e em grande escala dos experimentos debaixo de condições similares¹³. Experiências em grande escala são, no entanto, não está prontamente disponível para estudos paramétricos devido à extensa quantidade de tempo e recursos necessários para a realização de tais experiências. A principal vantagem do método apresentado sobre os estudos mencionados anteriormente é que ela permite simultaneamente estudando ambos a inflamabilidade e queimando a eficiência de petróleo em condições semirealistas. A combinação de estudar esses dois parâmetros para óleos brutos de petróleo como uma função de ambos tipos diferentes do óleo e o diâmetro da piscina (simulado) através de experiências facilmente repetíveis foi anteriormente inviável na prática.

Protocolo

Este protocolo faz uso de dois diferentes configurações experimentais que são usadas nas etapas 4-8, como mostra o esquema de acompanhamento. A primeira configuração é o petróleo bruto inflamabilidade aparelhos (COFA) (Figura 1 e Figura 4), que é um 1.0 × 1.0 × 0,50 m³ bacia de água de metal projetada para conduzir a pequena escala em situ queima de experimentos de petróleo bruto, como mostrado por exemplo em Van Gelderen, Brogaard, et al. ²² a segunda configuração é um cone aquecedor²³ com um dispositivo de ignição de faísca que apresenta um porta-amostras feitos sob medida e um analisador de gás que mede o O₂, CO₂, e as concentrações de CO nos gases de escape do duto²⁴ (Figura 2 e A Figura 3). As especificações técnicas destas configurações são descritas em detalhes adicionais no documento complementar, que também inclui fotografias das configurações. A menos que especificado em contrário, as medições de dados (por exemplo, temperaturas, fluxos de calor ou as concentrações de gases) são medidas digitalmente através de um multiplexador e dados logger. Os registradores de dados são operados com um programa de aquisição de dados digitais. No protocolo, a frase "iniciar o data logger" inclui todas as ações de acordo com as instruções do programa, conforme fornecido pelo fabricante, que são necessários para iniciar a aquisição de dados.

1. general manipulação de petróleo bruto

1. Para cada óleo fresco que será estudado, tirar uma amostra de 5 mL e medir a sua densidade e viscosidade a 25 ° C em um viscosímetro. Guarde o resto do óleo em 5-10 ° C em frasco de vidro fechado até nova utilização.
   Atenção: Óleo cru fresco é altamente inflamável e tanto petróleo bruto e seus vapores representam uma moderada a risco elevado de saúde. Além disso é difícil limpo de pele ou os olhos com produtos químicos não perigosos, tais como sabão. Usar óculos de segurança e luvas quando manusear o petróleo bruto e trabalhe numa área bem ventilada.
2. No início de cada sessão de teste, pegue os óleos brutos de petróleo que serão testados fora do armazenamento refrigerado (5-10 ° C). Agitar cada recipiente de óleo com a mão durante 1-2 min e deixá-los calor até a temperatura ambiente antes da realização de experiências. Retorne os óleos em bruto para o armazenamento refrigerado entre sessões de teste.
3. Limpe quaisquer superfícies acidentalmente contaminados com petróleo bruto, usando um solvente volátil e não-polares (e.g.,n-heptano).

2. por evaporação intemperismo do óleo cru pelo borbulhar ar pressurizado através do óleo

Nota: Este passo é baseado em Stiver e Mackay²⁵ e Buist, Potter, et al. ²⁶

1. Um número de buracos (por exemplo, seis com um diâmetro (D) de 5 mm) distribuído uniformemente na tampa de um recipiente de plástico de 5-10 L de broca e um único furo (p. ex.,D = 8-10 mm) em um dos lados do recipiente perto de sua borda superior.
2. Fazer um-Ring (aproximadamente D = 20 cm) com um anexo abrir conexão de tubos de plástico com um diâmetro interno (ID) de 4 a 6 mm e um número de furos de broca (por exemplo, seis com D = 1 mm) uniformemente distribuída ao longo de um lado do-Ring.
   Nota: Tente compensar a localização vertical dos furos da tampa dos buracos no-ring para minimizar a quantidade de petróleo bruto, sendo soprado para fora do recipiente.
3. Conecte um tubo de plástico (por exemplo, identificação de 4-8 mm) que atravessa o furo lateral do recipiente plástico, o-Ring. Este tubo será conectado a um sistema de ar pressurizado com uma válvula reguladora e um manômetro.
4. Pesar a tampa e o recipiente de plástico com o-Ring plástico separadamente e registrar seu peso.
5. Pesar 2-4 L de óleo cru (com base na sua densidade) no recipiente e registrar o peso.
6. Coloque o recipiente sob uma coifa e conectar o-ring para o sistema de ar pressurizado. Bolha de ar através do óleo a uma pressão que é o mais alto possível (por exemplo, 200 kPa), sem estourar o óleo através dos furos da tampa do recipiente.
7. Pesar o óleo no início e no final de cada dia de trabalho para monitorar quando é alcançado o estado de intemperismo evaporativo desejada (em % do peso perdido) (por exemplo, 20% em peso perdido em relação ao peso inicial). Isto pode demorar de um dia para mais de uma semana de propagação contínua, função da pressão de ar e tipo de óleo. Cada medição de peso intermediário é usada para estabelecer uma curva de evaporação em função do tempo, que contribui com prever o tempo de evaporação necessária para alcançar o estado desejado intemperismo por evaporação.
   Nota: Após o primeiro dia, o petróleo bruto pode normalmente ser deixado na coifa por vários dias (por exemplo, no fim de semana) sem perder qualquer quantidade significativa de massa quando o ar pressurizado é fechado.
8. Finalizada a evaporação do petróleo bruto, tirar uma amostra de 5 mL de óleo e medir a sua densidade e viscosidade a 25 ° C em um viscosímetro. Guarde o resto do óleo em 5-10 ° C em um frasco de vidro fechado de continuar a utilizar. Limpe o recipiente, tampa e anel-o com um solvente apolar voláteis para remover os restos de petróleo bruto.

3. a emulsificação do óleo cru, usando uma tabela de agitação de Rotary

Nota: Esta parte do protocolo foi modificado Daling, M., et al. ²⁷

1. Adicione um total de 900 mL de óleo cru e a mistura de água doce ou salgada para um frasco de vidro de 1 L, com a quantidade de água correspondente a desejada vol % em emulsão. Por exemplo, uma emulsão com 40 vol % conteúdo de água consiste de 540 mL de óleo cru e 360 mL de água. É aconselhável usar petróleo evaporado, em vez de óleo cru fresco, para apresentar com mais precisão o intemperismo processos de petróleo derramado em águas abertas e criar emulsões mais estáveis.
   Nota: É importante que a garrafa não é totalmente preenchida para que haja espaço livre disponível para a mistura turbulenta do óleo e da água.
2. Agite vigorosamente a mistura água-óleo com a mão por 1-2 min. Em seguida coloque a garrafa de vidro sobre uma mesa giratória de agitação e agitar a mistura de água-óleo em 175 rpm para 20 h à temperatura ambiente.
   Nota: Para evitar problemas com a separação da camada de água da emulsão, realizam os experimentos com a emulsão no mesmo dia como quando estiver concluído o período de agitação de 20 h.
3. Uma amostra de 5 mL da emulsão após as 20h período a tremer e medir sua densidade e viscosidade a 25 ° C em um viscosímetro.
4. Se a emulsão é instável (veja abaixo), coloque o rotary tabela de agitação a emulsão e agitar constantemente a emulsão a 175 rpm entre experiências. No início de cada experimento, interrompa manualmente o rotary agita a tabela, leve a quantidade necessária de emulsão (passo 7.5) e retorná-lo para o rotary agita a tabela. Uma vez que todos os experimentos foram realizados com a emulsão, parar o rotary tabela de agitação e armazenar a emulsão em refrigeração (5-10 ° C) de armazenamento.
5. Se a emulsão está estável, remover a emulsão da tabela giratória tremendo e deixe descansar em temperatura ambiente. Agite a emulsão vigorosamente durante 1-2 min à mão antes de tomar a quantidade necessária de óleo para cada experimento. Uma vez que todos os experimentos foram realizados com a emulsão, armazená-lo em refrigeração (5-10 ° C) de armazenamento.
   Nota: Para efeitos do presente protocolo, emulsões instáveis são definidos como emulsões que formam uma camada de água claramente visível com várias horas, ou seja, antes do final de um dia de trabalho típico.

4. referência in Situ queimando as experiências sobre o COFA (Figura 1) para a calibração da água de resfriamento na configuração do Cone

1. Coloque um cilindro de vidro Pyrex alto 5 cm e uma carteira de identidade de 16,3 cm (diâmetro exterior de 16,9 cm) em um carrinho, com uma altura combinada de 35 a 45 cm, no centro do COFA. A forma do titular é irrelevante, contanto que permite um fluxo livre de água sob a área coberta pelo cilindro de vidro Pyrex. Encha o COFA com água fresca (340-440 L) para que o nível da água é de 1 cm abaixo da borda do cilindro de vidro Pyrex.
2. Coloque uma hélice em um dos lados do COFA directamente em frente do cilindro de vidro Pyrex. Ligar a hélice e ajustar a altura vertical e fluxo para que as ondas são apenas mal observáveis na água dentro do cilindro de vidro Pyrex. Registrar a altura vertical e a posição do fluxo (por exemplo, 1.000 L/h) e desligue a hélice antes de continuar o protocolo.
   Nota: A hélice é usada para criar uma corrente do corpo de água que efetivamente esfria a camada de água abaixo a queima de petróleo a fim de evitar o fenômeno de boilover^28,29. A inicialmente definir fluxo e altura vertical da hélice não podem causar um resfriamento suficiente da camada de sub de água, e um boilover então ainda ocorre.
   Cuidado: Um boilover é um estado de chamas explosivo com altura de chama significativamente aumentada, velocidade de combustão e taxa de liberação de calor durante a qual óleo gotículas são sendo ejetadas do fogo^29,30,31. Certifique-se de que qualquer equipamento vulnerável é protegido (por exemplo, com papel alumínio) e manter o pessoal e o equipamento a uma distância apropriada do fogo.
3. Pese uma quantidade de petróleo bruto equivalente a uma mancha de óleo grossa de 5 mm no cilindro de vidro Pyrex (i.e., com base na densidade e um volume de 104 mL) em um prato de alumínio.
4. Despeje o óleo cru na água dentro do cilindro de vidro Pyrex. Tenha cuidado para não derramar o óleo fora da parte inferior do cilindro derramando o óleo rápido demais. Pesar o prato de alumínio novamente e registrar o peso real do petróleo bruto derramado dentro do cilindro de vidro Pyrex.
5. Lentamente, adicione água para o COFA até que a superfície da mancha de óleo é 1-2 mm abaixo da borda do cilindro de vidro Pyrex. Essa diferença de altura é importante para evitar que o óleo transborde sobre ignição.
6. Ligue o exaustor de escape e a hélice. Então inflamar o petróleo usando uma tocha de butano e medir o tempo queimado desde o momento da ignição ao momento de extinção com um cronômetro.
7. Depois que o fogo é extinto naturalmente, recolher o óleo restante na superfície da água (conhecida como o resíduo de queimadura) usando almofadas de absorção hidrofóbico com um peso conhecido. Sacuda a água recolhida antes da pesagem as almofadas para determinar o peso de resíduos. A eficiência de combustão é então calculada usando a EQ. (1) e a velocidade de combustão é calculada dividindo a diferença entre a massa inicial e a massa do resíduo no momento ardente (em segundos).
   (1)
8. Em casos onde o fogo resulta em um boilover, repita o passo de protocolo 4 por drenagem de água do COFA até a superfície da água é de novo um centímetro abaixo da borda de cilindro de vidro Pyrex. Limpe as bordas do cilindro vidro Pyrex com um solvente volátil, não-polares. Então reduzir a distância vertical entre a hélice e o cilindro de vidro Pyrex e/ou aumentar a posição do fluxo do hélice e repita os passos de protocolo 4.3 para 4,8.
9. Em caso de incêndio não termina com um boilover, use a eficiência ardente calculada e a velocidade de combustão na etapa 4.7 para calibrar a água de resfriamento na configuração do cone.

5. calibração da refrigerar de água para a instalação de Cone (Figura 2 e Figura 3).

1. Perfure um tubo de plástico flexível (identificação de 4 mm) a um centímetro da sua terminando com termopar tipo K espesso 1 mm, para que o talão do termopar é suspenso livremente no interior do tubo. Fixe o termopar com politetrafluoretileno (PTFE) fita e fita de alumínio para garantir que o termopar não se move e que não vaze água a punção. Conecte o termopar a um registrador de dados.
   1. Repita a etapa 5.1 para um tubo com um adaptador de tubo de aço inoxidável e inserir o termopar diretamente abaixo do adaptador de tubo.
2. Colocar e fixar o primeiro tubo plástico com a extremidade com o termopar até ao fundo do reservatório de arrefecimento quanto possível. Conecte a outra extremidade do tubo para a entrada de uma bomba peristáltica com uma velocidade de fluxo ajustável.
3. Conectar um novo tubo de plástico para a saída da bomba peristáltica e conecte a outra extremidade deste tubo de plástico para um adaptador de tubo de aço inoxidável. Conecte o adaptador de tubo com uma válvula de vedação por fole e conectar-se a válvula de vedação por fole para porta-amostras e cone. Certifique-se de que as conexões não vazar água usando fita PTFE entre as conexões quando necessário.
4. Ligue a outra extremidade do porta-amostras cone para uma válvula de vedação por fole, que é conectada ao adaptador de tubo do tubo com um termopar abaixo do adaptador. A outra extremidade deste tubo é colocada e fixada na parte superior do reservatório de arrefecimento, para que a água escoada retorna para o reservatório de arrefecimento.
   Nota: Certifique-se que o tubo de saída e entrada tenham distância espacial suficiente no reservatório de água aquecida diretamente não é recirculada, mas Obtém a fresco para baixo no reservatório antes da recirculação.
5. Coloque o suporte de amostra com os tubos conectados sob o calefator do cone. Ajuste a altura do titular para que a borda externa é de 23 mm do fundo do calefator do cone. Certifique-se de que os tubos são de comprimento suficiente para que o porta-amostras e facilmente pode ser colocado sob o calefator do cone, uma vez que o titular da amostra contém petróleo bruto.
6. Encha o reservatório de arrefecimento com água desmineralizada e esfriar a água a uma temperatura escolhida (por exemplo,12 ° C). Abra as válvulas com vedação por fole e iniciar o fluxo de água através do porta-amostras em um fluxo escolhido (por exemplo, 7 L/h). Agite o titular para remover todo o ar restante do titular para que o titular fica completamente cheio com água.
7. Inicie o data logger e monitorar continuamente a temperatura da água escoada e interior. Parar a bomba, uma vez que a temperatura da água escoada estabilizou (este é geralmente alguns graus acima da temperatura do reservatório conjunto), fechar as válvulas com vedação por fole e ligue o exaustor de escape.
8. Coloque o suporte de amostra em uma escala de carga e tare a balança. Adicione uma quantidade de óleo para o porta-amostras que corresponde a uma espessura Lisa de 10mm (i.e., com base na densidade e um volume de 95 mL). Em seguida, abra as válvulas com vedação por fole e recomeçar a bomba.
9. Coloque o porta-amostras cuidadosamente sob o calefator do cone e inflamar o óleo com uma tocha de butano. Medir o tempo queimado desde o momento da ignição ao momento de extinção com um cronômetro.
   Cuidado: Quando queima de óleos que contêm água, natural ou devido a emulsificação, um boilover pode ocorrer durante a queima (ver passo 4).
10. Depois que o fogo é extinto, parar a bomba, fechar as válvulas, desconectar os tubos e coloque o suporte de amostra em uma escala de tarada. Registre o peso do porta-incluindo o resíduo de queimadura.
11. Limpe qualquer resíduo de óleo queimado do suporte com um solvente volátil e não-polares. Pese o titular limpo novamente para determinar o peso do resíduo. Em seguida, calcular a eficiência de combustão e queimando tempo conforme descrito na etapa 4.7.
12. No caso do ardor de eficiência e velocidade de combustão coincidir com os resultados da etapa de protocolo 4, a temperatura da água e o fluxo agora são calibrados e podem ser usados na etapa seguinte do protocolo. No caso do ardor de eficiência e velocidade de combustão não coincidir com os resultados da etapa de protocolo 4, escolha um novo reservatório de temperatura e/ou o fluxo de novo nesse sentido. Reconectar os tubos no suporte de amostra, abra as válvulas, acionar a bomba, agitar o titular para remover todo o ar e em seguida, repita as etapas 5.7-5.12.
    Nota: Pode não ser possível corresponder tanto a eficiência de combustão e a velocidade de combustão. Para efeitos do protocolo descrito, a eficiência de combustão é mais importante e deve ser combinada com a maior precisão possível. Ao testar vários óleos, a temperatura da água e o fluxo podem ser calibrados para qualquer um óleo, ou para cada óleo individualmente. Enquanto calibrando a temperatura da água e o fluxo para cada óleo individualmente pode simular o óleo queima na água com mais precisão, os resultados de tempo de atraso de ignição de vários óleos (etapa 6) podem ser mais facilmente comparado quando usando um fixo temperatura da água e fluem para cada experimento.

6. calibração do aquecedor de Cone (Figura 2-3).

1. Calibre a correlação entre a temperatura do aquecedor de cone e o fluxo térmico saída usando um fluxo de calor Water-cooled manómetro com uma capacidade máxima de 100 kW/m².
   1. Coloque uma bomba de aquário em um balde e encha o balde com água fria da torneira para que a bomba esta totalmente submersa.
   2. Conecte a bomba de aquário para o medidor de fluxo de calor com um tubo de plástico. Conectar um segundo tubo de plástico para o medidor de fluxo de calor e fixar a outra extremidade do tubo dentro da cubeta, ligeiramente acima da superfície da água, para que a água que flui fora do tubo pode ser facilmente observada. Ligue a bomba e certifique-se de que um fluxo constante de água está fluindo através o medidor de fluxo de calor.
   3. Ligue o exaustor de escape e aquecer o cone a 200 ° C. Coloque o medidor de fluxo de calor (para cima) 25 mm abaixo do centro do cone e conectar o medidor de fluxo de calor para o data logger. Iniciar o data logger, abrir as persianas, medir o fluxo de calor por 5-10 min, até que um fluxo de calor estável leitura é adquirido, impedir a aquisição de dados e fechar as persianas.
   4. Repita a etapa 6.1.3 a temperaturas de cone de 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740, 760, 780 e 800 ° C.
2. Determine as temperaturas de cone que correspondem aos fluxos de calor de 3-50 kW/m² usando os pontos de dados medidos e assumindo uma correlação linear entre os pontos de dados.

7. inflamabilidade experimentos de petróleo bruto na configuração do Cone (Figura 2-3)

1. No início de cada sessão de teste, cheque com o fluxo de calor avaliar se a temperatura de cone correspondente a um fluxo de calor de 10 kW/m² ainda dá a leitura correta (± 5%). Em caso afirmativo, prossiga com o protocolo. Se não, repita a etapa 6 antes de continuar.
2. No início de cada sessão de teste, ligue o exaustor de escape, ligar o analisador de gases e calibrar o analisador de gases de acordo com as especificações fornecidas pelo fabricante.
3. Certifique-se de que, quando o titular da amostra é colocado sob o cone, há uma distância de 23 mm entre a parte inferior do cone e a borda externa do titular.
4. Aquece o cone a uma temperatura correspondente a um fluxo de calor de 5 kW/m².
   1. Entretanto, fixe o reservatório de água para a temperatura encontrada no passo 5, conectar os tubos de água para o porta-amostras, abra as válvulas e ligue a bomba com o caudal encontrado na etapa 5. Agite o porta-amostras para remover todo o ar preso dentro do titular. Inicie o data logger e monitorar a temperatura da água até a temperatura de água escoada se estabilizou.
   2. Uma vez que tanto o cone e o porta-amostras e estabilizar a suas respectivas temperaturas conjunto, parar a bomba, feche as válvulas do porta-amostras e desconectar os tubos das válvulas.
5. Coloque o suporte de amostra em uma escala de carga e tare a balança. Adicione uma quantidade de óleo na temperatura de quarto para o porta-amostras que corresponde a uma espessura Lisa de 10mm (i.e., com base na densidade e um volume de 95 mL). Reconecte os tubos, abra as válvulas com vedação por fole e recomeçar a bomba.
6. Inicie o data logger para o analisador de gases para medir concentrações de CO nos gases de combustão e a temperatura da água em e out flowing, o O₂e CO₂.
7. Cuidadosamente coloque o suporte de amostra sob o cone e pronto dois cronómetros. Posicionem-se a ignição de faísca da amostra. Abra as persianas e iniciar o primeiro cronômetro.
8. Em cima da ignição do óleo, simultaneamente parar o cronômetro primeiro e iniciar o segundo cronômetro. Mova o dispositivo de ignição de faísca volta para a posição neutra, longe da amostra ardente.
   1. Se o óleo não funcionar dentro de 10 min, parar o cronômetro primeiro e mudar o dispositivo de ignição de faísca de volta para sua posição neutra. Então inflamar o óleo usando uma tocha de butano e iniciar o segundo cronômetro.
      Cuidado: Quando queima de óleos que contêm água, natural ou devido a emulsificação, um boilover pode ocorrer durante a queima (etapa 4).
9. Depois que o fogo é extinto, parar o cronômetro segundo, feche as persianas e impedir a aquisição de dados do analisador de gases e a temperatura da água de arrefecimento. Em seguida, parar a bomba, fechar as válvulas, desconectar os tubos e coloque o suporte de amostra em uma escala de tarada. Registre o peso do porta-incluindo o resíduo de queimadura.
10. Limpe o porta de qualquer resíduo de óleo queimado com um solvente volátil e não-polares. Pese o titular limpo novamente para determinar o peso do resíduo. Em seguida, calcular a eficiência de combustão e queimando tempo conforme descrito na etapa 4.7.
11. Para cada óleo que está a ser testado, repita as etapas 7.4-7.10 para fluxos de calor de 10, 20, 30, 40 e 50 kW/m². Remova qualquer fuligem depositada sobre a serpentina de aquecimento cone após cada experimento.
    1. A fim de estabelecer que o mínimo exigido de fluxo de calor necessária para a ignição pilotada, ou seja, o fluxo de calor crítico, pode ser necessário testar fluxos de calor adicional. Repita as etapas de 7,4-7.10 para fluxos de calor diminuíram com incrementos de 1 kW/m² do menor fluxo de calor na qual ignição piloto ocorreu até um fluxo de calor é testado para o qual for pilotada ignição não é observada dentro de 10 min. Então, o fluxo de calor crítico encontra-se dentro de um 1 kW/m² intervalo superior deste fluxo de calor.
       Cuidado: Muito volátil óleos brutos de petróleo pode inflamar espontaneamente quando submetidas a muito elevado calor fluxos (≥ 40 kW/m²), mesmo quando as janelas do calefator do cone são fechadas.

8. superfície temperatura mediante experimentos de ignição de petróleo bruto na configuração do COFA (Figura 4).

1. Coloque um 5cm alta Pyrex cilindro de vidro com uma identificação de 16,3 cm (O.D. de 16,9 cm) em um carrinho, com uma altura combinada de 35 a 45 cm, no centro do COFA (Figura 1). Coloque dois aquecedores de (IR) infravermelhos montados sobre sapatas de aço inoxidável ajustáveis em dois lados opostos do cilindro de vidro Pyrex a uma distância horizontal de pelo menos 5 cm da borda exterior do cilindro.
   Nota: As especificações precisas e dimensões dos aquecedores IR são irrelevantes, enquanto eles podem fornecer um fluxo de calor suficientemente elevado para a superfície do óleo para inflamar o óleos brutos de petróleo, que geralmente requer 5-20 kW/m² para a ignição. Uma potência mínima de 1 kW e mínimo aquecedor largura 17 cm são aconselhados. Quaisquer sistemas de resfriamento dos aquecedores IR, tais como ventiladores de ar, devem além disso não interagir com a mancha de óleo durante o experimento.
2. Para medir a temperatura da superfície em cima da ignição de um petróleo bruto, um incidente, aconselha-se o fluxo de calor de 2-5 kW/m² mais elevado do que o fluxo de calor crítico (etapa 7.11.1).
   1. Preparar um medidor de fluxo de calor² 100 kW/m de acordo com passos 6.1.1-6.1.2 e ligue o medidor de fluxo de calor para um agente de log de dados. Indicador de lugar o fluxo de calor no centro do cilindro de vidro Pyrex, virada para cima, a uma altura de 1-2 mm abaixo da borda superior do cilindro. Superfície horizontal, a esta altura dentro do pirex de vidro cilindro é daqui em diante referido como "o plano horizontal". Este plano horizontal corresponde à superfície de uma poça de óleo dentro do cilindro de vidro Pyrex.
      Nota: Certifique-se que o medidor de fluxo de calor pode ser livremente movido no plano horizontal para que pode medir o fluxo de calor incidente em vários locais do plano horizontal. O pirex de vidro cilindro somente funções como auxílio visual para colocar corretamente o fluxo de calor calibre plano horizontal, assim se necessário, o cilindro de Pyrex pode ser removido durante a etapa de 8,2.
   2. Iniciar o data logger, ligar os aquecedores de IR e monitorar o fluxo de calor incidente no centro do plano horizontal. Ajuste o fluxo de calor incidente ao plano horizontal, ajustando a localização espacial dos calefatores do IR (altura, ângulo e distância horizontal entre o plano horizontal) e sua porcentagem de saída de energia até que o fluxo de calor incidente desejada é obtido.
   3. Medir o fluxo de calor incidente nas bordas exteriores do plano horizontal. Em todos os locais, o fluxo de calor incidente deve ser de 2-5 kW/m² mais elevado do que o fluxo de calor crítico do óleo que será testado. Ajuste a localização e a porcentagem de saída potência dos aquecedores IR de acordo com a etapa anterior, se necessário.
   4. Após cada ajuste da saída de localização e poder dos calefatores do IR, medir o fluxo de calor incidente ao plano horizontal em seu centro e nas bordas exteriores.
   5. Repita etapas 8.2.2-8.2.5 até o fluxo de calor incidente medido ao longo do plano horizontal é 2-5 kW/m² mais elevado do que o fluxo de calor crítico do óleo selecionado. Em seguida, desligar os aquecedores de IR e remova o medidor de fluxo de calor. Coloque o cilindro de vidro Pyrex novamente no seu stand, se necessário.
3. Encha o COFA com água fresca (340-440 L) para que o nível da água é um centímetro abaixo da borda do cilindro de vidro Pyrex. Coloque uma hélice em um dos lados do COFA directamente em frente do cilindro de vidro Pyrex na altura encontrada na etapa 4.
4. Colocar e fixar um conjunto de três termopares de K-Type espessura de 1 mm a 1-2 mm abaixo da borda do cilindro de vidro Pyrex. Organize os termopares para que medem ao longo do raio do cilindro, com uma distância de cerca de 1-2 cm entre cada termopar. Os termopares Conecte um registrador de dados.
5. Anexe um dispositivo de ignição de faísca com um grampo de metal de uma haste de metal em um carrinho de metal que fica no COFA. Coloque o suporte para que o dispositivo de ignição pode facilmente ser movido de uma posição neutra para uma posição 2-3 cm acima da área central do cilindro de vidro Pyrex e volta à posição neutra novamente.
6. Pese uma quantidade de petróleo bruto equivalente a uma 5 mm espessura mancha de óleo no cilindro de vidro Pyrex (i.e., com base na densidade e um volume de 104 mL) em um prato de alumínio.
7. Despeje o óleo cru na água dentro do cilindro de vidro Pyrex. Tenha cuidado para não derramar o óleo fora da parte inferior do cilindro derramando o óleo rápido demais. Pesar o prato de alumínio novamente e registrar o peso real do petróleo bruto derramado dentro do cilindro de vidro Pyrex.
8. Lentamente, adicione água para o COFA até a superfície do óleo só entra em contacto com os três termopares. Mova o dispositivo de ignição de faísca para a posição acima o óleo.
9. Inicie o data logger e um cronômetro em sincronia para que cada segundo corresponda a um número específico de varredura. Ligue o exaustor de escape, a hélice e o dispositivo de ignição de faísca. Ligue os aquecedores de IR e definir a potência de saída para a porcentagem encontrada no passo 8.2.
10. Em cima da ignição do óleo, parar o cronômetro e dados logger, desligue a ignição de faísca e movê-lo para a posição neutra e desligue os calefatores do IR e da hélice. Então, apague o fogo, com cuidado, colocando uma cobertura incombustíveis sobre o cilindro de vidro Pyrex. Apagando o fogo pode exigir os termopares para ser movido primeiro.
11. Coletar e dispor de petróleo bruto com almofadas de absorção hidrofóbicas. Drene a água do COFA até o nível da água é baixo o suficiente para medir o fluxo de calor incidente ao plano horizontal novamente com um medidor de fluxo de calor. Limpe o cilindro de vidro Pyrex com um solvente volátil e não-polares.
12. Traça a temperatura dos termopares a três em função do número de varredura. Baseado no tempo sobre o cronômetro, o número de verificação correspondente e o gráfico plotado, determinam a temperatura de superfície após a ignição do petróleo bruto testado.
13. Para cada óleo adicional que será testado, repita as etapas 8.2-8.12.

Resultados

A Figura 5 mostra a curva de evaporação de um petróleo bruto leve que foi evaporado ao longo de vários dias para uma perda de 30% em peso usando o método descrito na etapa 2. A figura mostra claramente que após o primeiro dia (19 h) de intemperismo por evaporação, a taxa de evaporação é significativamente reduzida, o que permite pausas como mencionado no protocolo.

A Figura 6

Discussão

Os dois métodos de intemperismo discutidos neste artigo são uma aproximação relativamente simples os processos de intemperismo que um óleo derramado sobre a água é submetido a¹⁷. Outros, mais métodos sofisticados de intemperismo também podem ser usados para fornecer amostras resistidas petróleo bruto, como o canal da circulação, descrito por Brandvik e Faksness³⁵. A vantagem dos métodos apresentados é que eles exigem equipamento simples e podem ser facilmente realizados em ...

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
DUC Petróleo bruto	Maersk	N/A	Óleo bruto leve com r = 0,853 g/ml e h = 6,750 mPa*s.
Grane Crude	Oil Statoil	N/A	Petróleo bruto pesado com r = 0,925 g/ml e h = 133,6 mPa*s.
SVM 3000 Stabinger Viscosímetro	Anton Paar	C18IP007EN-P	Medidor de viscosidade e densidade para os óleos brutos frescos e desgastados.
Laboshake RO500	Gerhardt	11-0002	Mesa vibratória rotativa para emulsionar misturas de água e óleo.
Jebao Wave Maker RW-4	Jebao	N/A	Hélice (fluxo de 500-4000 L/h) usada na configuração do COFA para gerar uma corrente.
Aquabee UP 3000	Aquabee	UP 3000	Bomba de aquário para resfriamento do medidor de fluxo de calor.
Balança Eletrônica de Precisão Adventurer	OHAUS	AX5205	Balança de carga usada para pesar o óleo para os experimentos COFA e no suporte de amostra de cone feito sob medida para a configuração do cone.
Almofadas de absorção de óleo 3M	VWR	MMMAHP156	Almofadas de absorção hidrofóbicas usadas para coletar resíduos de óleo para determinar a eficiência de queima do fogo.
Incêndio de Calorímetro de Perda	de Massa (FTT)	B11325-650-1-1608	Um suporte circular feito sob medida foi usado para o teste de petróleo bruto, em vez do suporte de amostra quadrado padrão. Inclui um medidor de fluxo de calor com uma faixa de até 100 kW/m2.
34972A Aquisição de Dados / Unidade de Comutação do Registrador de Dados	RS Components Ltd.	702-7958	Produzido pela Keysight Technologies. Operado pelo software keysight benchLink data logger 3 e equipado com um multiplexador de 20 canais.
Multiplexador de 20 canais 34901A da Keysight	Technologies RS Components Ltd.	702-7939	Produzido pela Keysight Technologies.
Válvula selada com fole	Swagelok	SS-1GS6MM	Válvula de alternância para abrir/fechar a entrada e saída de água do suporte de amostra de cone feito sob medida para a configuração do cone.
Bomba peristáltica Kronos 50	SEKO	KRFM0210M6000	Bomba peristáltica usada para resfriar o suporte de amostra de cone feito sob medida para a configuração do cone.
ARCTIC A28 Circulater Refrigerado	ThermoFisher Scientific	152-5281	Reservatório de resfriamento de água usado para resfriar a água de resfriamento que flui através do suporte de amostra de cone feito sob medida para a configuração do cone. Inclui um controlador de circulador de imersão SC 100.
Console de Instrumentação de Análise de Gás com Inserto de Duto	Tecnologia de Teste de Incêndio (FTT)	B11328-650-1-1609	Analisador de gás para O2, CO2 e CO. Usa uma unidade de comutação de aquisição de dados/registrador de dados 34972A.
Cerâmica & Tecnologia de teste de incêndio de eletrodo de aço inoxidável de 2,5 mm	(FTT)	M015-4	Acendedor de faísca do calorímetro de perda de massa. Usado na configuração COFA para medir a temperatura da superfície após a ignição.
Módulo emissor infravermelho M110/348	Heraeus	80046199	Aquecedores infravermelhos originais nos quais se baseou o novo design com um suporte refrigerado a água para os elementos de aquecimento. Inclui dois emissores de tubo duplo de ondas curtas (09751751). Operado por um controlador de energia tipo CB1x25 P.
Controlador de Energia Heratron	Heraeus	80055836	Tipo CB1x25 P para os aquecedores infravermelhos.