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

Общая цель данной экспериментальной процедуры заключается в количественной оценке и улучшении понимания требований к воспламенению и результирующей эффективности сжигания сырой нефти, разлитой на воде, в целях ликвидации разливов нефти. Этот протокол может помочь ответить на ключевые вопросы о сжигании разливов сырой нефти in situ, такие как сила и время воздействия, необходимое для источника возгорания. Основное преимущество этих лабораторных экспериментов заключается в том, что воспламеняемость и эффективность горения сырой нефти могут быть изучены одновременно в условиях, которые представляют собой оперативные пожары сырой нефти.

Начните подготовку образцов масла для экспериментов. Используйте этот пластиковый контейнер для процесса атмосферостойкости. В крышке просверлены отверстия.

В его боку также есть отверстие для размещения пластиковой трубки, соединенной с уплотнительным кольцом с отверстиями. Установите емкость так, чтобы воздух пузырился через несколько литров свежей сырой нефти. В процессе выветривания следите за весом масла, чтобы знать процентную потерю веса с течением времени.

Прекращают при достижении нужного значения, что может занять несколько дней. Для эмульгирования сырой нефти требуется вращающийся встряхивающий стол. Сначала энергично встряхните 900 миллилитров желаемой смеси сырой нефти и воды в течение одной-двух минут.

Затем поставьте бутылку на вращающийся встряхивающий стол для перемешивания при комнатной температуре. Аппарат для измерения воспламеняемости сырой нефти или COFA находится под вытяжным колпаком. Он представляет собой металлический бассейн для воды с входом и сливом.

Для проведения теста подготовьте стеклянный цилиндр. Он должен быть пять сантиметров в высоту и около 16 сантиметров в диаметре. Установите цилиндр на подставку и поместите подставку и цилиндр в центр тазика.

Действуйте, наполнив таз пресной водой. Остановитесь, когда вода окажется на один сантиметр ниже края стеклянного цилиндра. Установите пропеллер на стенке бассейна так, чтобы он был обращен прямо к стеклянному цилиндру, и отрегулируйте его высоту.

Установите его высоту и скорость таким образом, чтобы генерируемые волны были едва заметны в воде внутри цилиндра. Выключите пропеллер и приготовьте масло. Осторожно вылейте масло на поверхность воды внутри стеклянного цилиндра.

Затем медленно долейте воду в таз и остановитесь, когда поверхность масляного пятна окажется на один-два миллиметра ниже края цилиндра. Запустите гребной винт и приготовьтесь рассчитать время горения. Используйте ручную горелку из бутана для розжига сырой нефти.

Запишите время от возгорания до потухания. Когда огонь погаснет, используйте гидрофобные абсорбционные прокладки для сбора остатков масла. Стряхните собранную воду перед взвешиванием прокладок, чтобы определить эффективность горения.

Подготовьте под капотом другую установку для изучения воспламеняемости. Используйте конусный нагреватель, оснащенный жалюзи и искровым воспламенителем. Этот нагреватель также оснащен изготовленным на заказ держателем для образцов.

На этой схеме выделены функции, когда они соединены вместе. Конусный нагреватель находится на 23 миллиметра выше масляного пятна, которое находится в металлическом держателе. Клапаны регулируют охлаждающую воду, которая течет ниже масла.

Эта схема дает представление об элементах, находящихся за пределами нагревателя и держателя образца. Имеется блок управления температурой конуса и искровым воспламенителем. Раскрывается вся система водоснабжения, а также наличие газоанализатора, который отбирает пробы выхлопных газов.

Начните с нагрева конуса так, чтобы тепловой поток составлял от трех до 50 киловатт на квадратный метр на поверхности масла. Кроме того, охладите резервуар до заранее определенной температуры. Когда все будет готово, подсоедините водяные трубки к держателю для образцов и пусть вода будет течь по системе.

Встряхните держатель для образцов, чтобы удалить захваченный воздух. Когда температура конуса и держателя образца стабилизируется, остановите насос. Закройте клапаны с обеих сторон держателя образцов, затем отсоедините пробирки.

Поднесите держатель образца к грузовым весам и затарьте весы. Добавьте масло комнатной температуры в держатель образца, эквивалентную толщине 10 миллиметров. Когда закончите, снова подключите держатель для образцов, откройте клапаны и снова запустите поток воды.

После начала сбора данных осторожно поместите держатель образца под конус. Подготовьте два секундомера и переместите искровой воспламенитель над образцом. Далее откройте конусные затворы и запустите первый секундомер.

Когда масло воспламенится, остановите первый секундомер и запустите второй, затем переместите воспламенитель в нейтральное положение. Дождитесь пока огонь погаснет, чтобы остановить второй секундомер. Закройте жалюзи и остановите сбор данных.

Далее остановите поток воды в держателе для образцов, закройте клапаны и отсоедините пробирки. Поместите держатель образца на тарированные весы и зарегистрируйте его вес с остатками горения. Очистите держатель летучим неполярным растворителем.

Взвесьте его еще раз, чтобы определить вес остатка и, следовательно, эффективность горения. Возвращение в COFA. Поставьте стеклянный цилиндр на подставку в центре аппарата.

Затем установите два инфракрасных обогревателя с водяным охлаждением на регулируемые опоры по обе стороны цилиндра. Расположите их на расстоянии от одного до пяти сантиметров от внешнего края цилиндра. Наполните аппарат для определения воспламеняемости сырого масла водой.

Уровень воды должен быть на один сантиметр ниже края стеклянного цилиндра. Расположите пропеллер лицом к цилиндру на заранее определенной высоте. Теперь подготовьте термопары для цилиндра.

Установите на раму три термопары K-Type толщиной в один миллиметр, подвесьте эту раму над цилиндром. Расположите раму так, чтобы термопары находились по радиусу, на один-два миллиметра ниже края цилиндра. Медленно добавляйте воду в бассейн и проверяйте, соприкасается ли вода с каждой термопарой одновременно с проверкой их размещения.

Чтобы продолжить, слейте воду так, чтобы ее уровень снова был на один сантиметр ниже края цилиндра. Убедитесь, что искровой воспламенитель может легко перемещаться между нейтральным положением и центром цилиндра. Запустите его в нейтральном положении.

Вылейте сырую нефть, эквивалентную пятну толщиной пять миллиметров, в воду внутри стеклянного цилиндра. Добавляйте воду до тех пор, пока масло не соприкоснется с термопарами. Переместите искровой воспламенитель в положение над маслом.

Запускайте сбор данных и секундомер одновременно. Включите вытяжной колпак, воздушный винт и искровой воспламенитель. Включите инфракрасные обогреватели на заданную мощность.

При воспламенении масла остановите секундомер. Выключите воспламенитель и переместите его в нейтральное положение. Остановите сбор данных и выключите нагреватели и пропеллер.

Затем снимите термопары и потушите огонь с помощью негорючего чехла. Эти данные относятся к времени задержки зажигания в зависимости от падающего теплового потока от конуса. Есть данные по свежей тяжелой нефти и тяжелой нефти, которая подверглась испарению.

Вертикальные асимптоты показывают критические тепловые потоки. На этом графике показана скорость тепловыделения в зависимости от времени для свежей легкой сырой нефти. Он имеет регулярный профиль скорости тепловыделения.

Сравните это с данными для эмульгированной легкой сырой нефти, которая имела кипение в конце сгорания. Обратите внимание, что масштабы отличаются. Здесь показана эффективность горения в зависимости от падающего теплового потока для двух типов нефти: свежей легкой нефти и испаренной тяжелой нефти.

Данные были получены при настройке конуса. Данные настройки также позволяют построить график скорости горения для двух типов масла. Это пример зависимости температуры поверхности от времени от двух термопар в аппарате для определения воспламеняемости сырой нефти.

Шип указывает на момент возгорания. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как изучать воспламеняемость и эффективность горения сырой нефти в условиях, имитирующих оперативные пожары сырой нефти на воде. После освоения различные экспериментальные процедуры могут быть выполнены за 20-60 минут за эксперимент, если они выполнены правильно.

При попытке выполнить эту процедуру важно помнить, что, хотя экспериментальные установки предназначены для моделирования условий производственного масштаба, эксперименты все равно проводятся в контролируемой лабораторной среде, и поэтому результаты следует интерпретировать соответствующим образом. Следуя этой процедуре, другие параметры, влияющие на проблему, такие как ветер и волны, могут быть добавлены в экспериментальные установки, чтобы еще больше повысить репрезентативность этих экспериментов по сравнению с реальными операциями по сжиганию in situ. Не забывайте, что работа с огнем и сырой нефтью может быть чрезвычайно опасной, и при выполнении этой процедуры всегда следует соблюдать меры предосторожности, такие как предметы индивидуальной защиты, надлежащий вытяжной колпак и защита горючих материалов.