Экспериментальная процедура для лабораторных исследований In Situ горения: воспламеняемости и эффективности сжигания нефти

Краткое содержание

Здесь мы представляем Протокол одновременно изучать воспламеняемости и эффективность сжигания свежие и выветривания нефти в условиях, которые имитируют в situ горения операции на море.

Аннотация

Представлен новый метод для одновременного изучения воспламеняемости и эффективность сжигания свежие и выветривания нефти через два экспериментальных лабораторных установок. Эксперименты легко повторяемые по сравнению с оперативной масштаб экспериментов (бассейн диаметр ≥2 м), показывая все еще вполне реально в situ горения условий сырой нефти на воде. Экспериментальные условия включают течет вода суб слой, который охлаждает нефтяное пятно и внешнего теплового потока (до 50 кВт/м²), которая имитирует выше обратной связи тепла с поверхности топлива в оперативных масштабах сырой нефти бассейн пожаров. Эти условия позволяют контролируемых лабораторное исследование эффективность сжигания нефти бассейн пожаров, которые эквивалентны оперативных масштабах экспериментов. Этот метод также предоставляет количественные данные о требованиях к пылц нефтей с точки зрения критических теплового потока, время задержки зажигания в зависимости от падающего теплового потока, температуры поверхности после зажигания и тепловой инерции. Этот тип данных может использоваться для определения необходимой прочности и продолжительность источника зажигания разжечь определенный тип свежие или выветрившихся сырой нефти. Основным ограничением метода является, что эффект охлаждения проточной воды югу слой на сжигание сырой нефти, как функция внешнего теплового потока полностью не определены. Экспериментальные результаты четко показали, что течет под слоем воды улучшить, как представитель этой установки является в situ горения условий, но в какой степени это представление точной, в настоящее время неизвестно. Метод тем не менее есть наиболее реалистичным в situ горения лабораторных условиях в настоящее время доступны для одновременно изучая воспламеняемости и сжигание эффективности сырой нефти на воде.

Введение

В situ сжигание разлитой нефти на воде является морских нефтяных разливов ответ метод, который удаляет разлитой нефти с поверхности воды, его сжигание и преобразования его в копоти и в продуктах сгорания газообразных. Этот ответ метод был успешно применен в ходе Exxon Valdez¹ и разливов нефти Дипуотер Horizon² и регулярно упоминается как потенциальные метод ответ разлива нефти для арктических^{3,4,5 ,6}. Два ключевых параметров, которые определяют в situ сжигание нефти будет ли успешным как метод ответ разливов являются воспламеняемости и эффективность сжигания нефти. Первый параметр, воспламеняемости, описывает, как легко топлива могут воспламеняться и может привести к пламя распространяется над поверхностью топлива приведет к полностью развитых огонь. Второй параметр, сжигание эффективность, выражает количество масла (в wt %), который эффективно удаляется с поверхности воды в огне. Таким образом отношение к понимать воспламеняемости и ожидаемая эффективность горения различных масел сырой под на месте условия горения.

Зажигания нефтяных пятен на воде для в situ горения целей обычно рассматривается как практическая проблема, с качественной обсуждение зажигания систем^5,,78,9. Практический подход к зажигания разлитой нефти как двоичные проблема, и маркировки масла «воспламеняющиеся» или «не воспламеняющиеся» (например Brandvik, Fritt-Расмуссен, и др. ¹⁰) является, однако, неверно с фундаментальной точки зрения. В теории любой топлива могут быть зажжены учитывая соответствующий источник. Поэтому уместно определить требования зажигания для широкого круга типов различных сырой нефти лучше понять свойства сырой нефти, которая бы называть его «не воспламеняющиеся». Для этой цели разработанный метод может использоваться для изучения времени задержки воспламенения масла как функция падающего теплового потока, критических теплового потока нефти и ее тепловой инерции, то есть как сложно это для нагрева нефти.

В предыдущем исследовании мы постулируется, что основным параметром, который управляет эффективность сжигания является обратной связи тепла с поверхности топлива¹¹, который является функцией бассейн диаметром. Теория объясняет зависимость размера очевидным бассейн эффективность сжигания на основании лабораторных исследований отчетности низкой горения эффективности (32-80%)^8,12,13 и крупных исследований масштаба (бассейн диаметр ≥2 m) отчетность высокого горения эффективности (90-99%)^14,,1516. Метод обсуждали здесь был разработан для проверки предлагаемой теории. Подвергая мелких лабораторных экспериментов на постоянной внешней теплового потока, выше тепла обратной связи для больших масштабах бассейн пожаров могут быть смоделированы контролируемых лабораторных условиях. Таким образом разработанный метод позволяет изучать эффективность сжигания эффективно как функция диаметра, изменяя поток внешнего тепла.

Помимо внешнего теплового потока для имитации большие масштабы в situ горения операции, функцию экспериментальных установок охлаждения нефтяное пятно поток холодной воды, имитируя эффект охлаждения текущие моря. Кроме того обсудили метод совместим с свежим и выветривания нефтей. Выветривание сырой нефти описывает физические и химические процесс, который влияет на сырую нефть после того, как пролилась на воде, например потери летучих компонентов и смешивания с водой, форма-водомасляных эмульсий (например, AMAP¹⁷). Испарение и эмульгирования являются двумя из основных выветривания процессов, которые влияют на воспламеняемость нефтей¹⁸ и протоколы для имитации этих процессов выветривания таким образом включаются в методе обсуждались.

Здесь мы представляем Роман Лаборатория метод, который определяет воспламеняемости и эффективность сжигания нефти в условиях, которые имитируют в situ горения операции на море. Предыдущие исследования на воспламеняемость и эффективность сжигания масел сырой Рекомендуемые сопоставимых и различные методы. Воспламеняемость свежие и выветривания нефтей как функция внешнего теплового потока было исследовано на воду¹⁹ и арктические температуры²⁰. Горения исследования эффективности обычно сосредоточены на различных видов свежих и выветривания сырого масла и экологических условий в фиксированном масштабе (например, Fritt-Расмуссен, и др. ⁸Бек, Sveum, и др. ²¹). Недавнее исследование на сожжение нефтей, содержащихся в химических скотоводов, до сведения авторов, первым изучить эффективность сжигания для малого, среднего, и больших масштабах экспериментов под аналогичные условия¹³. Большой масштаб экспериментов являются, однако, не являются легкодоступными для параметрических исследований за обширные количества времени и ресурсов, необходимых для проведения таких экспериментов. Основным преимуществом метода представленные над ранее упомянутых исследований является, что он позволяет одновременно изучая оба воспламеняемости и сжигание эффективности сырой нефти в полу в реальных условиях. Сочетание изучения этих двух параметров для сырой нефти как функция нефти различных типов и диаметр (имитация) бассейн через легко повторяемые эксперименты было ранее невозможно на практике.

Протокол

Этот протокол использует два различных экспериментальных установок, которые используются в шагах 4-8, как показано в сопутствующей схемы. Первые установки является сырая нефть воспламеняемости аппарат (COFA) (рис. 1 и рис. 4), который является 1.0 × 1.0 × 0,50 м³ металла водного бассейна, предназначенная для проведения небольших масштабах в situ сжигание нефти экспериментов, как показано, например в ван Gelderen, Brogaard, и др. ²² второй установки является конуса нагреватель²³ с воспламенитель искры, что держатель на заказ образца и газоанализатор, что меры, O₂, CO₂, и концентрации CO в выхлопных газах воздуховодов²⁴ (рис. 2 и Рисунок 3). Технические характеристики этих установок подробно описаны в дополнительных в дополнительном документе, который также включает в себя фотографии из установок. Если не указано иное, данные измерений (например, температуры, потоки тепла или концентрации газа) измеряются цифрово через мультиплексор и данных журнала. Регистраторы данных управляются с помощью программы приобретения цифровых данных. В протоколе фраза «старт логгер» включает в себя все действия согласно инструкциям программы, предоставленный производителем, которые необходимы для начала процесса сбора данных.

1. Общая обработка сырой нефти

1. Для каждого свежего масла, которые будут изучены взять образец 5 мл и измерить его плотность и вязкость при 25 ° C в вискозиметра. Храните остальные масла на 5-10 ° C в закрытой стеклянной бутылке до дальнейшего использования.
   ОСТОРОЖНОСТЬЮ: Свежий сырой нефти легко воспламеняется и сырой нефти и ее паров представляют умеренной до высокой здоровью. Кроме того, трудно очистить от кожи или глаз с неопасных химикатов, таких как мыло. Носите защитные очки и перчатки, когда транспортировка сырой нефти и работать в хорошо проветриваемом помещении.
2. В начале каждой сессии тестирования взять сырой нефти, которые будут проверяться из охлажденного хранения (5-10 ° C). Встряхните каждый контейнер вручную за 1-2 мин и пусть они нагревают до комнатной температуры перед проведением экспериментов. Возвращение нефтей в охлаждаемом между сессиями теста.
3. Очистить любые поверхности, случайно загрязненные сырой нефти с использованием летучих неполярных растворителей (e.g.,n-Гептан).

2. испарения выветривания нефти по восходящей сжатым воздухом через масло

Примечание: Этот шаг основан на размножившись и Маккей²⁵ и Буист, Поттер, и др. ²⁶

1. Дрель количество отверстий (например, шесть с диаметром (D) 5 мм), равномерно распределенных в крышке пластиковый контейнер 5-10 л и просверлить дырку (например,D = 8-10 мм) в одной из сторон контейнера вблизи верхнего края.
2. Сделать кольцо (около D = 20 см) с прилагаемого открыть подключение из пластиковых трубок с внутренним диаметром (и.д.) 4-6 мм и сверлить количество отверстий (например, шесть с D = 1 мм) равномерно распределены вдоль одной стороны уплотнительное кольцо.
   Примечание: Попытаться компенсировать вертикальное расположение отверстий в крышке из отверстий в уплотнительное кольцо, чтобы свести к минимуму количество сырой нефти, ветром из контейнера.
3. Подключите уплотнительное кольцо к пластиковой трубки (например, и.д. 4-8 мм), который проходит через отверстие сбоку пластикового контейнера. Эта трубка подсоединяется к системе сжатого воздуха с регулирующий клапан и манометр.
4. Взвесить крышку и пластиковый контейнер с пластиковой Уплотнительное кольцо отдельно и зарегистрировать их вес.
5. Весят 2-4 Л сырой нефти (на основании его плотность) в контейнере и зарегистрировать вес.
6. Поместите контейнер под вытяжной шкаф и подключить уплотнительное кольцо к системе сжатого воздуха. Пузырь воздуха через масла при давлении, которое так высок, как это возможно (например, 200 кПа) без дуть нефти через отверстия в крышке контейнера.
7. Весят нефть в начале и в конце каждого рабочего дня, чтобы контролировать, когда достигнуто желаемого испарений выветривания государства (в wt % потеряли) (например, 20 wt % потерял по сравнению с первоначальной массы). Это может занять от одного дня до более чем неделю непрерывной пузырьков, в зависимости от типа и воздушного давления масла. Каждое измерение промежуточного веса используется для установления испарения кривой как функции времени, что помогает с предсказанием времени необходимые испарения для достижения желаемого испарений выветривания состояния.
   Примечание: После первого дня, сырой нефти можно обычно оставить в Зонта на несколько дней (например в выходные дни) без потери каких-либо значительное количество массы, когда закрыто сжатым воздухом.
8. По окончании испарения нефти взять образец 5 мл масла и измерить его плотность и вязкость при 25 ° C в вискозиметра. Храните остальные масла на 5-10 ° C в закрытой стеклянной бутылке для дальнейшего использования. Очистите контейнер, крышку и кольцо с летучих неполярных растворителей для удаления остатков сырой нефти.

3. эмульгирования сырой нефти с помощью поворотной пожимая таблицы

Примечание: Эта часть протокола был изменен с Далинг, м., и др. ²⁷

1. Добавьте в общей сложности 900 мл сырой нефти и пресной или соленой воды смесь стеклянная бутылка 1 Л, с количеством воды, соответствия желаемой vol % в эмульсии. Например эмульсии с 40 vol % содержанием воды состоит из 540 мл сырой нефти и 360 мл воды. Рекомендуется использовать выварочная сырой нефти, а не свежий сырой нефти, чтобы более точно представить выветривания процессы разлитой нефти на открытой воде и создать более стабильные эмульсии.
   Примечание: Важно, что бутылка не полностью заполнены так что есть свободное пространство для турбулентного смешения нефти и воды.
2. Энергично встряхните смесь воды и масла вручную за 1-2 мин. Затем поместите стеклянная бутылка на поворотный стол встряхивания и размешать смесь воды и масла на 175 rpm для 20 ч при комнатной температуре.
   Примечание: Для того, чтобы предотвратить проблемы с разделение слоя воды от эмульсии, проводить эксперименты с эмульсии в тот же день как по завершении периода пожимая 20 h.
3. Взять образец 5 мл эмульсии после 20 h, пожимая период и измерить его плотность и вязкость при 25 ° C в вискозиметра.
4. Если эмульсия нестабильно (см. ниже), положите эмульсии на роторные, пожимая таблицы и постоянно трясти эмульсии на 175 об/мин между экспериментов. В начале каждого эксперимента вручную остановить Ротари, пожимая таблицы, принять необходимое количество эмульсии (шаг 7.5) и затем вернуть его Ротари, пожимая таблицы. Как только все эксперименты были проведены с эмульсии, остановить Ротари, пожимая таблицы и хранить эмульсии в охлаждаемом (5-10 ° C).
5. Если эмульсия стабильная, удалите эмульсии из поворотного стола встряхивания и дайте ему отдохнуть при комнатной температуре. Встряхните вручную эмульсии энергично для 1-2 мин до принятия необходимое количество нефти для каждого эксперимента. После того, как все эксперименты были проведены с эмульсии, храните его в охлаждаемом (5-10 ° C).
   Примечание: Для целей настоящего Протокола, нестабильных эмульсий, определяются как эмульсии, которые образуют слой отчетливо видна вода с нескольких часов, т.е. до конца типичного рабочего дня.

4. Ссылка на месте горения эксперименты в COFA (рис. 1) для калибровки охлаждения воды в установке конуса

1. Поместите цилиндр высокого стекла Pyrex 5 см и и.д. 16,3 см (наружный диаметр 16,9 см) на стенде, с комбинированной высотой 35-45 см, в центре COFA. Форма держателя не имеет значения до тех пор, как он позволяет для свободного потока воды в области, охватываемой цилиндра стекла Pyrex. Таким образом, что уровень воды находится на 1 см ниже края цилиндра стекла Pyrex, заполните COFA с пресной водой (340-440 Л).
2. Место пропеллер на одной из сторон COFA, прямо напротив цилиндра стекла Pyrex. Включите винт и отрегулируйте высоту и потока, так что волны едва наблюдаемых в воде внутри цилиндра стекла Pyrex. Регистр вертикальной высоты и позицию потока (например, 1000 Л/ч) и выключите пропеллер перед продолжением протокол.
   Примечание: Пропеллер используется для создания ток в организме воду, который эффективно охлаждает слоя воды ниже горения нефти для того, чтобы предотвратить boilover явление^28,29. Первоначально установленного потока и вертикальной высоты винта не может вызвать достаточное охлаждение под слоем воды, и boilover то еще происходит.
   Предупреждение: Boilover является взрывных горения государством с высота значительно увеличили пламени, скорость горения и темпы выброса тепла во время которой нефть капельки выброшенного из огня^29,30,31. Убедитесь, что любой уязвимых оборудование охраняемых (например, с алюминиевой фольгой) и держать персонала и оборудования на соответствующем расстоянии от огня.
3. Взвесьте количество сырой нефти эквивалент 5 мм толщиной нефтяное пятно в цилиндре стекла Pyrex (т.е., основанный на плотность и объем 104 мл) в алюминиевой блюдо.
4. Залейте сырой нефти на воде внутри цилиндра стекла Pyrex. Будьте осторожны, чтобы не разлива нефти за пределами нижней части цилиндра путем лить масло слишком быстро. Весят алюминия блюдо снова и зарегистрировать фактический вес сырой нефти, полит внутри цилиндра стекла Pyrex.
5. Медленно добавляйте воду COFA до тех пор, пока поверхность нефтяное пятно находится 1-2 мм ниже края цилиндра стекла Pyrex. Эта разница в высоте имеет важное значение для предотвращения перелива после зажигания нефти.
6. Включите вытяжкой и пропеллер. Воспламенение сырой нефти, с помощью рук бутан факел затем измерить время горения с момента зажигания до момента исчезновения с секундомер.
7. После того, как пожар потушен естественно, сбора нефти, оставшиеся на поверхности воды (известный как сжечь остатков) с использованием гидрофобных поглощения колодки с известным вес. Стряхните любой собранной воды до взвешивания колодки для определения веса residua. Эффективность сжигания затем вычисляется с помощью уравнение (1) и скорость горения рассчитывается путем деления разницу между первоначальной массы и остатков массы времени горения (в секундах).
   (1)
8. В тех случаях, когда огонь приводит к boilover повторите шаг 4, слива воды протокол от COFA до поверхности воды снова один сантиметр ниже края цилиндра стекла Pyrex. Очистите края цилиндра стекла Pyrex с неустойчивыми, неполярных растворителей. Затем уменьшить расстояние по вертикали между цилиндр стекла Pyrex и пропеллер или увеличить позицию потока пропеллер и повторите шаги протокол 4.3 до 4,8.
9. В случае, если пожар не заканчивается с boilover, используйте вычисляемые эффективность сжигания и скорость горения в шаге 4.7 для калибровки водяного охлаждения установки конуса.

5. Калибровка водяного охлаждения для установки конуса (рис. 2 и рис. 3).

1. Прокол гибкие пластиковые трубы (4 мм и.д.) на один сантиметр от его прекращения с 1 мм толщиной термопары K-типа так что термопар бусина приостанавливается свободно внутри трубки. Закрепите термопара лента из политетрафторэтилена (ПТФЭ) и алюминиевой ленты для обеспечения что термопара не двигаться, и что вода не сливать от пункции. Подключите термопара к регистратор данных.
   1. Повторите шаг 5.1 для трубки с нержавеющей стали трубки-адаптера и вставьте термопара непосредственно ниже трубки-адаптера.
2. Место и исправить первый пластиковой трубки с ее окончания с термопарой так далеко в нижней части водоема-охладителя как можно скорее. Подключите другой конец трубки на входе Перистальтический насос с регулируемой скоростью.
3. Подключите новый пластиковую трубку к розетке перистальтического насоса и подключите другой конец этой пластиковой трубки к адаптер трубки из нержавеющей стали. Подключите адаптер трубки к Клапан сильфонный а -сильфонный клапан для держателя образца конуса. Убедитесь, что соединения не приводили к утечке воды с помощью Фторопластовой ленты между соединения при необходимости.
4. Подключите другую сторону держателя образца конуса к-сильфонный клапан, который затем подключается к трубки-адаптера трубки с термопарой ниже адаптер. На другом конце этой трубки помещаются и закрепляются в верхней части водоема-охладителя так что непопадание воды возвращается для охлаждения резервуара.
   Примечание: Убедитесь, что трубку и отводной трубки имеют достаточно пространственное расстояние в водохранилище, так что нагретая вода непосредственно не рециркуляции, но получает остывать вниз в резервуаре до рециркуляционные.
5. Место держателя образца с подключенным трубы под конус нагреватель. Отрегулируйте высоту держатель так, чтобы внешний край является 23 мм от нижней части конуса нагреватель. Убедитесь, что трубы являются достаточной длины, чтобы держатель образца легко могут быть поставлены под конус нагреватель после того, как держатель образца содержит сырой нефти.
6. Заполнения водоема-охладителя с деминерализованной водой и охлаждать воду до выбранной температуры (например,12 ° C). Откройте клапаны с сильфонным уплотнением и запустите поток воды через держателя образца в выбранном потоке (например, 7 Л/ч). Встряхните его обладателю право удалить оставшийся воздух из держателя, так что владелец получает полностью заполнен водой.
7. Запустите логгер и постоянно контролировать температуру в - и вытекающей воды. Остановить насос после стабилизации температуры непопадание воды (обычно это на несколько градусов выше температуры установить резервуар), закройте клапаны с сильфонным уплотнением и включите вытяжкой.
8. Поместите держатель образца нагрузки масштабе и тарных шкалы. Добавьте количество нефти для держателя образца, который соответствует пятно толщиной 10 мм (т.е., основанный на плотность и объем 95 мл). Затем откройте клапаны с сильфонным уплотнением и снова запустите насос.
9. Поместите держатель образца тщательно под конус нагреватель и воспламенение нефть с руки факел бутан. Измерьте время горения с момента зажигания до момента исчезновения с секундомер.
   Предупреждение: Когда горение масла, которые содержат воду, естественным образом или благодаря эмульгирование, boilover может произойти во время горения (см. шаг 4).
10. После того, как пожар потушен, остановите насос, закройте клапаны, отсоедините трубы и поместите держатель образца тарированного масштабе. Регистрация веса держателя, включая следов ожога.
11. Очистите остатки сожгли нефти из держателя с неустойчивой неполярных растворителей. Весить уборка держатель снова, чтобы определить вес остатков. Затем рассчитать эффективность сжигания и время, как описано в шаге 4.7 горения.
12. В случае, если эффективность сжигания и скорость горения соответствуют результатам от протокола шаг 4, температуры и расхода воды теперь откалиброван и может использоваться в следующем шаге, протокол. В случае, если эффективность сжигания и скорость горения не соответствуют результатам из протокола шаг 4, выберите новое водохранилище температуры и/или новый поток соответственно. Подключите трубы для держателя образца, откройте клапаны, запустить насос, встряхнуть держатель для удаления любых воздуха и затем повторите шаги 5,7-5.12.
    Примечание: Это может оказаться невозможным для соответствия эффективность сжигания и скорость горения. С целью описать протокол эффективность сжигания имеет более важное значение и должны быть согласованы как можно точнее. При тестировании нескольких масла, температуры и расхода воды могут быть откалиброваны для либо одно масло, или для каждого масла индивидуально. Во время калибровки температуры воды и потока для каждого масла индивидуально может имитировать нефть горения на воде более точно, зажигания задержки времени результаты различных масел (шаг 6) может быть более легко когда по сравнению с использованием фиксированной температура воды и потока для каждого эксперимент.

6. Калибровка конуса подогреватель (рис. 2-3).

1. Калибровка корреляции между температурой конуса нагреватель и тепловой поток вывода с помощью water-cooled теплового потока датчика с максимальной мощностью 100 кВт/м².
   1. Поместите в ведро аквариум насос и заполнить ведро с холодной водопроводной водой, так что полностью погружен насос.
   2. Подключите аквариум насос к датчику потока тепла с пластиковой трубки. Подключите второй пластиковую трубку к датчику потока тепла и исправить другой конец трубки внутри ведро, чуть выше поверхности воды, так что вода течет из трубки можно легко заметить. Включите насос и убедитесь, что устойчивый поток воды течет через датчик потока тепла.
   3. Включите вытяжкой и нагревают конуса до 200 ° C. Поместите датчик потока тепла (вверх) 25 мм ниже центра конуса и подключить датчик потока тепла на логгер. Запустить регистратор данных, откройте жалюзи и измерения теплового потока для 5-10 мин, пока не приобрела стабильного теплового потока чтения, затем остановить сбор данных и закрыть ставни.
   4. Повторите шаг 6.1.3 при температурах конуса, 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740, 760, 780 и 800 ° C.
2. Определение температуры конуса, которые соответствуют потоков тепла 3-50 кВт/м² с использованием точек данных измерений и предполагая линейной корреляции между точками данных.

7. воспламеняемости эксперименты сырой нефти в конус установки (Рисунок 2-3)

1. В начале каждой сессии тестирования, проверьте поток тепла калибровочных ли температура конуса, соответствующий поток тепла 10 кВт/м² , до сих пор дает правильное чтение (±5%). Если это так, переходите с протоколом. Если нет, повторите шаг 6 для продолжения.
2. В начале каждого тест сессии, включите вытяжного зонта, включите анализатор газов и калибровки газоанализатор согласно спецификации, предоставленной изготовителем.
3. Убедитесь, что когда держатель образца помещается под конус, расстояние между нижней части конуса и внешнего края держателя 23 мм.
4. Нагревают конуса до температуры, соответствующей тепловой поток 5 кВт/м².
   1. В то же время, холодный резервуар для воды до температуры нашли в шаге 5, подключите трубы для держателя образца, откройте вентили и запуска насоса в поток, найденных на шаге 5. Встряхните держателя образца, чтобы удалить любые воздух, находящийся внутри держателя. Запустите средство ведения журнала данных и контролировать температуру воды до тех пор, пока температура вытекающей воды стабилизировался.
   2. После того, как конус и держателя образца стабилизироваться на уровне их соответствующих набора температуры, остановите насос, закройте клапаны держателя образца и отсоединения трубок от клапанов.
5. Поместите держатель образца нагрузки масштабе и тарных шкалы. Добавьте количество масла при комнатной температуре для держателя образца, который соответствует пятно толщиной 10 мм (т.е., основанный на плотность и объем 95 мл). Затем подключите трубы, откройте клапаны с сильфонным уплотнением и снова запустите насос.
6. Запустите даталоггер для газоанализатор для измерения O₂, CO₂и концентрации CO в дымовые газы и температура воды в и вне самотечный.
7. Осторожно поместите держатель образца под конус и готовы два секундомеры. Наведите воспламенитель искры в положение образца. Затем откройте жалюзи и начать первый секундомер.
8. После воспламенения масла одновременно остановить первый секундомер и начать второй секундомер. Затем переместите искры воспламенитель обратно в нейтральное положение от горения образца.
   1. Если масло не воспламеняются в течение 10 мин, остановить первый секундомер и переместить искры воспламенитель обратно в нейтральное положение. Затем разжечь нефти, используя руки факел бутан и второй секундомер.
      Предупреждение: Когда горение масла, которые содержат воду, естественным образом или благодаря эмульгирование, boilover может произойти во время горения (шаг 4).
9. После того, как пожар потушен, остановить второй секундомер, закройте ставни и остановка сбора данных анализатор газов и охлаждения температура воды. Затем остановите насос, закройте клапаны, отсоедините трубы и поместите держатель образца тарированного масштабе. Регистрация веса держателя, включая следов ожога.
10. Очистите держатель остатков сожженных нефти с неустойчивой неполярных растворителей. Весить уборка держатель снова, чтобы определить вес остатков. Затем рассчитать эффективность сжигания и время, как описано в шаге 4.7 горения.
11. Для каждого масла, который должен быть проверен повторите шаги 7,4-7.10 для потоков тепла, 10, 20, 30, 40 и 50 кВт/м². Удалите любые сажи на хранение на катушке нагревателя конуса после каждого эксперимента.
    1. Для того, чтобы установить минимальный требуемый поток тепла, необходимые для пилотируемых зажигания, т.е. критические теплового потока, может быть необходимо для проверки потоков дополнительного тепла. Повторите шаги с 7,4-7.10 для потоков тепла, снижена на 1 кВт/м² с шагом от низкой тепловой поток на котором пилотируемых зажигания произошло до тех пор, пока поток тепла проверяется для которого пилотируемых зажигания не наблюдается в течение 10 мин. Критических тепловой поток затем нашли в 1 кВт/м² верхний диапазон этого теплового потока.
       Внимание: Очень нестабильной нефтей могут воспламениться спонтанно, когда подвергается очень высокой жары флюсы (≥40 кВт/м²), даже при закрытых ставнями конуса нагреватель.

8. Поверхностная температура после зажигания эксперименты сырой нефти в COFA установки (Рисунок 4).

1. Поместите цилиндр высокого стекла Пирекс-5см с и.д. 16,3 см (O.D. 16,9 см) на стенде, с комбинированной высотой 35-45 см, в центре COFA (рис. 1). Место два инфракрасных обогревателей (IR), установлены на регулируемые фундаменты из нержавеющей стали на две противоположные стороны Pyrex стекло баллона на горизонтальном расстоянии менее 5 см от внешнего края цилиндра.
   Примечание: Точные спецификации и размеры ИК обогревателей не имеют значения до тех пор, как они могут обеспечить достаточно высокий тепловой поток нефти поверхность, чтобы зажечь нефтей, которых обычно требуется 5-20 кВт/м² для зажигания. Минимальная мощность 1 кВт и минимум нагреватель ширина 17 см, рекомендуется. Любой системы охлаждения ИК обогревателей, таких как вентиляторы, Кроме того не должны взаимодействовать с нефтяное пятно во время эксперимента.
2. Для измерения температуры поверхности после зажигания сырой нефти, инцидент рекомендуется теплового потока 2-5 кВт/м² , выше, чем его критических теплового потока (шаг 7.11.1).
   1. Подготовить датчике потока тепла 100 кВт/м² , согласно 6.1.1-6.1.2 шаги и Соедините датчик потока тепла регистратор данных. Место поток тепла от датчика в центре цилиндра стекла Pyrex, вверх, на высоте 1-2 мм ниже верхнего края цилиндра. Горизонтальная область на этой высоте внутри Pyrex стекло баллона здесь именуется как «по горизонтали». Этот горизонтальной плоскости соответствует к поверхности нефтяного пятна внутри цилиндра стекла Pyrex.
      Примечание: Убедитесь, что датчиков потока тепла может свободно перемещаться в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы он может измерять падающего теплового потока в различных местах в горизонтальной плоскости. Pyrex стекло баллона только калибровочных функций как наглядное пособие для правильно размещения поток тепла от горизонтальной плоскости, так что при необходимости, цилиндр Pyrex могут быть удалены во время шага 8.2.
   2. Запустить регистратор данных, включите ИК нагреватели и контролировать падающего теплового потока в центре горизонтальной плоскости. Настройка падающего теплового потока в горизонтальной плоскости, регулируя пространственное расположение ИК нагреватели (высота, угол и расстояние по горизонтали от горизонтальной плоскости) и их процент выходной мощности до получения желаемого падающего теплового потока.
   3. Измерьте падающего теплового потока на внешних краях в горизонтальной плоскости. Во всех местах падающего теплового потока должно быть 2-5 кВт/м² выше критической теплового потока нефти, которая будет испытываться. Настройте расположение и процент выходной мощности ИК обогревателей согласно предыдущему шагу, в случае необходимости.
   4. После каждой регулировки расположения и выходная мощность ИК обогревателей измерения падающего теплового потока в горизонтальной плоскости на его центр и внешние края.
   5. Повторите шаги 8.2.2-8.2.5, пока измеренных падающего теплового потока в горизонтальной плоскости 2-5 кВт/м² выше критической теплового потока выбранного масла. Затем выключить ИК нагреватели и удалить датчик потока тепла. Поместите цилиндр стекла Pyrex обратно на своем стенде, при необходимости.
3. Таким образом, чтобы уровень воды на один сантиметр ниже края цилиндра стекла Pyrex, заполните COFA с пресной водой (340-440 Л). Место пропеллер на одной из сторон COFA, прямо напротив Pyrex стекло баллона на высоте, найденных на шаге 4.
4. Место и исправить набор трех 1 мм толщиной термопары K-типа на 1-2 мм ниже края цилиндра стекла Pyrex. Организовать термопарами, так что они измеряют вдоль радиуса цилиндра, на расстоянии около 1-2 см между каждой термопары. Подключите термопары к регистратор данных.
5. Придаем искры воспламенитель с металлический зажим металлический стержень на металлических стенд, который стоит в COFA. Место стенда, так, что воспламенителя легко могут быть перемещены из нейтральной позиции в положение 2-3 см выше центральной части цилиндра стекла Pyrex и обратно в нейтральное положение снова.
6. Взвесьте количество сырой нефти эквивалент 5 мм толщиной нефтяное пятно в цилиндре стекла Pyrex (т.е., основанный на плотность и объем 104 мл) в алюминиевой блюдо.
7. Залейте сырой нефти на воде внутри цилиндра стекла Pyrex. Будьте осторожны, чтобы не разлива нефти за пределами нижней части цилиндра путем лить масло слишком быстро. Весят алюминия блюдо снова и зарегистрировать фактический вес сырой нефти, полит внутри цилиндра стекла Pyrex.
8. Медленно добавляйте воду COFA до тех пор, пока на поверхности масла только вступает в контакт с тремя термопарами. Переместите искры воспламенитель свою позицию выше нефти.
9. Начните логгер и секундомер в синхронизации, так, что каждый второй соответствует номеру конкретной проверки. Включите вытяжного зонта, пропеллер и воспламенитель искры. Включите ИК нагреватели и установите мощность в процентах, найденных на шаге 8.2.
10. После воспламенения масла остановить секундомер и данных журнала, выключить воспламенителя искры и переместить его в нейтральное положение и выключить ИК нагреватели и пропеллер. Затем тушить огонь, тщательно поместив негорючим Крышка цилиндра стекла Pyrex. Тушение пожара может потребовать термопары для перемещения от первой.
11. Собирать и распоряжаться сырой нефти с гидрофобным поглощения колодки. Слейте воду из COFA до тех пор, пока уровень воды достаточно низко, чтобы измерить падающего теплового потока в горизонтальной плоскости снова с датчике потока тепла. Протрите цилиндр стекла Pyrex с неустойчивой неполярных растворителей.
12. Участок температуры трех термопар как функция проверки числа. Основываясь на времени на секундомер, соответствующий номер сканирования и печати граф, определите температуру поверхности после зажигания протестированных сырой нефти.
13. Для каждой дополнительной нефти, которая будет испытываться повторите шаги 8.2-8.12.

Результаты

Рисунок 5 показывает кривая испарения легкой сырой нефти, который испаряется в течение нескольких дней к потере 30 wt %, с использованием метода, описанного в шаге 2. На рисунке четко показано, что после первого дня (19 h) испарительный выветривания, скорость испарения снижается значительно, что позволяет для паузы, как указано в протоколе.

Рисунок 6 показывает время за...

Обсуждение

Два выветривания методы, описанные в настоящем документе являются сравнительно простая аппроксимация процессов выветривания, разлитой нефти на воде подвергается¹⁷. Другие, более сложные выветривания методы могут также использоваться для предоставить образцы выдержали сырой нефти, например циркулирующего лотковая, характеризуется Brandvik и Faksness³⁵. Преимущество из представленных методов заключается в том, что они требуют простой оборудования и легко может проводиться в л...

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
DUC Crude Oil	Maersk	N/A	Легкая нефть с r = 0,853 г/мл и h = 6,750 мПа*с.
Grane Crude Oil	Statoil	N/A	Тяжелая нефть с r = 0,925 г/мл и h = 133,6 мПа*с.
SVM 3000 Stabinger Вискозиметр	Anton Paar	C18IP007EN-P	Измеритель вязкости и плотности для свежей и выветренной сырой нефти.
Laboshake RO500	Gerhardt	11-0002	Поворотный встряхивающий стол для эмульгирования водных и масляных смесей.
Jebao Wave Maker RW-4	Jebao	N/A	Propeller (расход 500-4000 л/ч) используется в установке COFA для генерации тока.
Aquabee UP 3000	Aquabee	UP 3000	Аквариумный насос для охлаждения датчика теплового потока.
Прецизионные электронные весы Adventurer	OHAUS	AX5205	Грузовые весы, используемые для взвешивания масла в экспериментах COFA, а также в изготовленном на заказ держателе для образцов конуса для установки конуса.
Прокладки для сорбента масла 3M	VWR	MMMAHP156	Гидрофобные абсорбционные прокладки, используемые для сбора остатков масла для определения эффективности горения при пожаре.
калориметра с потерей массы	(FTT)	B11325-650-1-1608
34972A Коммутационный блок сбора данных / регистратора данных	RS Components Ltd.	702-7958	производства Keysight Technologies. Работает под управлением программного обеспечения Keysight benchLink data logger 3 и оснащен 20-канальным мультиплексором.
Keysight Technologies 34901A 20-канальный мультиплексор	RS Components Ltd.	702-7939	производства Keysight Technologies.
Сильфонный клапан	Swagelok	SS-1GS6MM	Коленчатый клапан для открытия/закрытия входа и выхода воды из изготовленного на заказ держателя образца конуса для установки конуса.
Перистальтический насос Kronos 50	SEKO	KRFM0210M6000	Перистальтический насос, используемый для охлаждения изготовленного на заказ держателя образца конуса для установки конуса.
ARCTIC A28 Охлаждаемый циркулятор	ThermoFisher Scientific	152-5281	Резервуар для водяного охлаждения, используемый для охлаждения охлаждающей воды, которая протекает через изготовленный на заказ держатель для образца конуса для установки конуса. В комплект входит погружной циркуляционный контроллер SC 100.
Контрольно-измерительная консоль для анализа газов с	технологией испытаний на огнестойкость (FTT)	B11328-650-1-1609	Газоанализатор для O2, CO2 и CO. Используется переключатель сбора данных / регистратора данных 34972A.
Керамика и Нержавеющая сталь 2,5 мм Технология испытаний электродов	на огнестойкость (FTT)	M015-4	Искровой воспламенитель от калориметра для потери массы. Используется в установке COFA для измерения температуры поверхности при воспламенении.
Инфракрасный излучатель-модуль M110/348	Heraeus	80046199	Оригинальные инфракрасные обогреватели, на которых была основана новая конструкция с водяным охлаждением держателя для нагревательных элементов. Включает в себя два коротковолновых двухтрубных излучателя (09751751). Управляется контроллером питания типа CB1x25 P.
Контроллер мощности Heratron	Heraeus	80055836	Тип CB1x25 P регулятор мощности для инфракрасных обогревателей.