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

O objetivo geral deste procedimento experimental é quantificar e melhorar a compreensão dos requisitos de ignição e a eficiência de queima resultante do petróleo bruto derramado na água para fins de resposta a derramamentos de óleo. Este protocolo pode ajudar a responder a questões-chave para a queima in situ de derramamentos de petróleo bruto, como a força e o tempo de exposição necessários para a fonte de ignição. A principal vantagem desses experimentos de laboratório é que a inflamabilidade e a eficiência de queima dos óleos brutos podem ser estudadas simultaneamente em condições que representam incêndios de petróleo bruto em escala operacional.

Comece a preparar amostras de óleo para os experimentos. Use este recipiente de plástico para o processo de intemperismo. Tem furos perfurados em sua tampa.

Há também um orifício em seu lado para acomodar um tubo de plástico conectado a um O-ring com orifícios. Configure o recipiente para borbulhar ar através de vários litros de petróleo bruto fresco. Durante o processo de intemperismo, monitore o peso do óleo para saber a perda percentual de peso ao longo do tempo.

Pare quando o valor desejado for alcançado, o que pode levar vários dias. A emulsificação do petróleo bruto requer uma mesa vibratória rotativa. Primeiro, agite vigorosamente 900 mililitros da mistura desejada de óleo bruto e água por um a dois minutos.

Em seguida, coloque a garrafa na mesa vibratória rotativa para mexer à temperatura ambiente. O Aparelho de Inflamabilidade de Petróleo Bruto ou COFA está sob um exaustor. É uma bacia de água metálica com entrada e drenagem.

Para o teste, prepare um cilindro de vidro. Deve ter cinco centímetros de altura e cerca de 16 centímetros de diâmetro. Monte o cilindro em um suporte e coloque o suporte e o cilindro no centro da bacia.

Prossiga enchendo a bacia com água doce. Pare quando a água estiver um centímetro abaixo da borda do cilindro de vidro. Monte uma hélice na parede da bacia para ficar de frente para o cilindro de vidro e ajuste sua altura.

Defina sua altura e velocidade para que as ondas geradas sejam quase inobserváveis na água dentro do cilindro. Desligue a hélice e prepare o óleo. Despeje o óleo cuidadosamente na superfície da água dentro do cilindro de vidro.

Em seguida, adicione água lentamente à bacia e pare quando a superfície da mancha de óleo estiver um a dois milímetros abaixo da borda do cilindro. Ligue a hélice e prepare-se para cronometrar a queima. Use uma tocha manual de butano para acender o petróleo bruto.

Registre o tempo desde a ignição até a extinção. Quando o fogo se extinguir, use almofadas de absorção hidrofóbicas para coletar o óleo restante. Sacuda toda a água coletada antes de pesar as almofadas para determinar a eficiência da queima.

Tenha uma configuração diferente pronta sob um capô para estudar a inflamabilidade. Use um aquecedor de cone equipado com persianas e um acendedor de faísca. Este aquecedor também possui um suporte de amostra feito sob medida.

Este esquema destaca as características quando os dois são colocados juntos. O aquecedor de cone fica 23 milímetros acima de uma mancha de óleo que está em um suporte de metal. As válvulas regulam a água de resfriamento que flui abaixo do óleo.

Este esquema fornece uma noção dos elementos além do aquecedor e do suporte de amostra. Existe uma unidade de controle para a temperatura do cone e o acendedor de faísca. O sistema completo de água é revelado, assim como a presença de um analisador de gás que coleta amostras dos gases de escape.

Comece aquecendo o cone para que haja um fluxo de calor de três a 50 quilowatts por metro quadrado na superfície do óleo. Além disso, resfrie o reservatório a uma temperatura previamente determinada. Quando tudo estiver pronto, conecte os tubos de água ao porta-amostras e faça com que a água flua pelo sistema.

Agite o sample suporte para remover o ar preso. Quando as temperaturas do cone e do porta-amostras se estabilizarem, pare a bomba. Feche as válvulas em ambos os lados do porta-amostras e desconecte os tubos.

Leve o porta-amostras para uma balança de carga e tara a balança. Adicione óleo à temperatura ambiente ao porta-amostras equivalente a uma espessura lisa de 10 milímetros. Quando terminar, reconecte o porta-amostras, abra as válvulas e reinicie o fluxo de água.

Depois de iniciar a aquisição de dados, coloque cuidadosamente o porta-amostras sob o cone. Prepare dois cronômetros e mova o acendedor de faísca sobre a amostra. Em seguida, abra as persianas do cone e inicie o primeiro cronômetro.

Quando o óleo acender, pare o primeiro cronômetro e inicie o segundo, depois mova o dispositivo de ignição para a posição neutra. Aguarde o fogo se extinguir para parar o segundo cronômetro. Feche as persianas e pare a aquisição de dados.

Em seguida, pare o fluxo de água no porta-amostras, feche as válvulas e desconecte os tubos. Colocar o porta-amostras numa balança e registar o seu peso com os resíduos de queimadura. Limpe o suporte com um solvente volátil e não polar.

Pese-o novamente para determinar o peso do resíduo e, portanto, a eficiência da queima. Volte para o COFA. Coloque um cilindro de vidro em um suporte no centro do aparelho.

Em seguida, coloque dois aquecedores infravermelhos refrigerados a água em bases ajustáveis na posição em ambos os lados do cilindro. Posicione-os de um a cinco centímetros da borda externa do cilindro. Encha o Aparelho de Inflamabilidade de Óleo Bruto com água.

O nível da água deve estar um centímetro abaixo da borda do cilindro de vidro. Coloque uma hélice voltada para o cilindro na altura previamente determinada. Agora, prepare termopares para o cilindro.

Monte três termopares tipo K de um milímetro de espessura em uma estrutura, suspenda esta estrutura sobre o cilindro. Oriente a estrutura de forma que os termopares fiquem ao longo do raio, um a dois milímetros abaixo da borda do cilindro. Adicione água lentamente à bacia e verifique se a água toca cada termopar ao mesmo tempo que testa a sua colocação.

Para continuar, drene a água para que seu nível fique novamente um centímetro abaixo da borda do cilindro. Certifique-se de que um acendedor de faísca possa se mover facilmente entre uma posição neutra e o centro do cilindro. Inicie-o na posição neutra.

Despeje óleo bruto equivalente a uma mancha de cinco milímetros de espessura na água dentro do cilindro de vidro. Adicione água até que o óleo entre em contato com os termopares. Mova o acendedor de faísca para a posição acima do óleo.

Inicie a aquisição de dados e um cronômetro simultaneamente. Ligue o exaustor, a hélice e o acendedor de faíscas. Ligue os aquecedores infravermelhos em sua potência predeterminada.

Ao acender o óleo, pare o cronômetro. Desligue a ignição e mova-a para a posição neutra. Pare a aquisição de dados e desligue os aquecedores e a hélice.

Em seguida, remova os termopares e apague o fogo usando uma tampa incombustível. Esses dados são para o tempo de atraso de ignição em função do fluxo de calor incidente do cone. Existem dados para petróleo bruto pesado fresco e petróleo bruto pesado que sofreu evaporação.

As assíntotas verticais mostram os fluxos críticos de calor. Este gráfico é da taxa de liberação de calor em função do tempo para petróleo bruto leve fresco. Tem um perfil de taxa de liberação de calor regular.

Compare isso com os dados de um óleo bruto leve emulsionado que teve uma fervura no final da queima. Observe que as escalas são diferentes. Aqui está a eficiência de queima em função do fluxo de calor incidente para dois tipos de petróleo, petróleo bruto leve fresco e petróleo pesado evaporado.

Os dados foram obtidos com a configuração do cone. Os dados da configuração também permitem um gráfico da taxa de queima para os dois tipos de óleo. Este é um exemplo da temperatura da superfície em função do tempo de dois termopares no Aparelho de Inflamabilidade do Petróleo Bruto.

O pico indica o momento da ignição. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como estudar a inflamabilidade e a eficiência de queima de óleos brutos em condições que simulam incêndios de petróleo bruto em escala operacional na água. Uma vez dominados, os vários procedimentos experimentais podem ser realizados em 20 a 60 minutos por experimento, se forem realizados corretamente.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que, embora as configurações experimentais sejam projetadas para simular condições em escala operacional, os experimentos ainda são conduzidos em um ambiente de laboratório controlado e, portanto, os resultados devem ser interpretados de acordo. Seguindo este procedimento, outros parâmetros que influenciam o problema, como vento e ondas, podem ser adicionados aos arranjos experimentais para melhorar ainda mais a representatividade desses experimentos em comparação com as operações reais de queima in situ. Não se esqueça de que trabalhar com fogo e petróleo bruto pode ser extremamente perigoso e precauções, como itens de proteção individual, exaustor adequado e proteção de materiais combustíveis, devem sempre ser tomadas durante a execução deste procedimento.