सीटू जल में की प्रयोगशाला अध्ययन के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रिया: वायुम और जल की क्षमता कच्चे तेल की
Summary
यहाँ, हम एक साथ एक प्रोटोकॉल वर्तमान वायुम और समुद्र पर सीटू जल आपरेशनों में अनुकरण कि शर्तों के तहत ताजा और मौसम में कच्चे तेल की जलती हुई दक्षता का अध्ययन करने के लिए.
Abstract
दो प्रायोगिक प्रयोगशाला setups के माध्यम से ताजा और मौसम कच्चे तेल की वायुम और जलती हुई दक्षता के एक साथ अध्ययन के लिए एक नई विधि प्रस्तुत की है । प्रयोगों को आसानी से परिचालन पैमाने पर प्रयोग (पूल व्यास ≥ 2 मीटर) की तुलना में दोहराया जा रहा है, जबकि अभी भी पानी पर कच्चे तेल की सीटू जल शर्तों में काफी यथार्थवादी विशेषता । प्रयोगात्मक स्थितियों में शामिल है एक बह पानी उप परत कि तेल चालाक और एक बाहरी गर्मी प्रवाह ठंडा (५० किलोवाट/एम2) है कि परिचालन पैमाने पर कच्चे तेल पूल आग में ईंधन की सतह के लिए उच्च गर्मी प्रतिक्रिया simulates । इन शर्तों कच्चे तेल पूल आग की जलती हुई दक्षता का एक नियंत्रित प्रयोगशाला अध्ययन है कि परिचालन पैमाने पर प्रयोगों के बराबर कर रहे है सक्षम करें । विधि भी महत्वपूर्ण गर्मी प्रवाह के मामले में कच्चे तेल प्रज्वलित करने के लिए आवश्यकताओं पर मात्रात्मक डेटा प्रदान करता है, घटना गर्मी प्रवाह के एक समारोह के रूप में इग्निशन देरी समय, प्रज्वलन पर सतह के तापमान, और थर्मल जड़ता । डेटा के इस प्रकार के लिए आवश्यक शक्ति और एक प्रज्वलन स्रोत की अवधि के लिए ताजा या मौसम कच्चे तेल की एक निश्चित प्रकार प्रज्वलित का निर्धारण किया जा सकता है । विधि की मुख्य सीमा है कि बाहरी गर्मी प्रवाह के एक समारोह के रूप में जल कच्चे तेल पर बहने पानी उप परत के शीतलन प्रभाव पूरी तरह से quantified नहीं किया गया है । प्रयोगात्मक परिणाम स्पष्ट रूप से पता चला है कि बहते पानी की उप परत कैसे प्रतिनिधि इस सेटअप में सुधार करता है सीटू जल शर्तों में है, लेकिन किस हद तक इस प्रतिनिधित्व सही है वर्तमान में अनिश्चित है । विधि फिर भी एक साथ वायुम और पानी पर कच्चे तेल की क्षमता जलने का अध्ययन करने के लिए वर्तमान में उपलब्ध सीटू जल प्रयोगशाला शर्तों में सबसे यथार्थवादी सुविधाएं ।
Introduction
पानी पर गिरा कच्चे तेल की सीटू में जल रहा है एक समुद्री तेल फैल प्रतिक्रिया विधि है कि पानी की सतह से यह जल और यह कालिख और गैसीय दहन उत्पादों को बदलने से गिरा तेल हटा । इस प्रतिक्रिया विधि सफलतापूर्वक एक्सान Valdez 1 और गहरे पानी क्षितिज 2 तेल फैल के दौरान लागू किया गया था और नियमित रूप से आर्कटिक 3 के लिए एक संभावित तेल फैल प्रतिक्रिया विधि के रूप में उल्लेख किया है, 4, 5 ,6. महत्वपूर्ण मापदंडों के दो कि क्या सीटू तेल की जलती हुई में एक फैल प्रतिक्रिया विधि के रूप में सफल हो जाएगा निर्धारित करने के वायुम और तेल की जलती हुई दक्षता कर रहे हैं । पहला पैरामीटर, वायुम, बताता है कि कितनी आसानी से एक ईंधन प्रज्वलित किया जा सकता है और एक पूरी तरह से विकसित आग में परिणाम के लिए ईंधन की सतह पर फैल लौ के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । दूसरा पैरामीटर, जल क्षमता, तेल की मात्रा (wt%) कि प्रभावी ढंग से आग से पानी की सतह से हटा दिया जाता है व्यक्त करता है । यह इस प्रकार वायुम और विभिंन कच्चे तेल की उंमीद जलती हुई दक्षता में सीटू जल शर्तों के तहत समझने के लिए प्रासंगिक है ।
सीटू जल प्रयोजनों में के लिए पानी पर तेल चालाकियों के प्रज्वलन सामांयतः एक व्यावहारिक समस्या के रूप में संबोधित किया है, इग्निशन सिस्टम पर गुणात्मक चर्चा के साथ5,7,8,9। एक द्विआधारी समस्या के रूप में गिरा तेल के प्रज्वलन के लिए व्यावहारिक दृष्टिकोण, और लेबलिंग तेलों या तो “प्रज्वलित” या “नहीं प्रज्वलित” (जैसे Brandvik, Fritt-Rasmussen, एट अल। 10) है, तथापि, देखने के एक बुनियादी बिंदु से गलत है । सिद्धांत रूप में, किसी भी ईंधन एक उचित इग्निशन स्रोत दिया प्रज्वलित किया जा सकता है । इसलिए यह अलग कच्चे तेल के प्रकार की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए प्रज्वलन आवश्यकताओं यों ही प्रासंगिक है बेहतर एक कच्चे तेल है कि यह लेबल के रूप में “प्रज्वलित नहीं होगा के गुणों को समझते हैं.” इस प्रयोजन के लिए, विकसित विधि घटना गर्मी प्रवाह के एक समारोह के रूप में एक तेल की इग्निशन देरी समय का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, तेल की महत्वपूर्ण गर्मी प्रवाह और उसके थर्मल जड़ता, यानी कितना मुश्किल के लिए तेल गर्म है ।
पिछले एक अध्ययन में, हम माने है कि मुख्य पैरामीटर है कि जल क्षमता को नियंत्रित ईंधन की सतह के लिए गर्मी प्रतिक्रिया है11, जो पूल व्यास का एक समारोह है । सिद्धांत जल क्षमता के स्पष्ट पूल आकार निर्भरता प्रयोगशाला के अध्ययन के आधार पर कम जल क्षमता रिपोर्टिंग (32-80%)8,12,13 और बड़े पैमाने पर अध्ययन (पूल व्यास ≥ 2 एम) बताते है रिपोर्टिंग उच्च जल क्षमता (90-99%)14,15,16। विधि के साथ साथ चर्चा के लिए प्रस्तावित सिद्धांत परीक्षण डिजाइन किया गया था । एक निरंतर बाहरी गर्मी प्रवाह के लिए छोटे पैमाने पर प्रयोगशाला प्रयोगों के अधीन करके, बड़े पैमाने पर पूल आग के लिए उच्च गर्मी प्रतिक्रिया नियंत्रित प्रयोगशाला शर्तों के तहत नकली किया जा सकता है । जैसे, विकसित विधि बाह्य गर्मी प्रवाह अलग से व्यास के एक समारोह के रूप में प्रभावी ढंग से जल दक्षता का अध्ययन करने की अनुमति देता है ।
एक बाहरी गर्मी प्रवाह के अलावा सीटू जल आपरेशनों में बड़े पैमाने पर अनुकरण करने के लिए, प्रयोगात्मक setups एक ठंडे पानी के प्रवाह से तेल चालाक की शीतलन सुविधा, समुद्र वर्तमान के शीतलन प्रभाव अनुकरण । चर्चा की विधि इसके अलावा दोनों ताजा और मौसम में कच्चे तेल के साथ संगत है । कच्चे तेल के मौसम का वर्णन भौतिक और रासायनिक प्रक्रिया है कि एक कच्चे तेल को प्रभावित एक बार यह पानी पर गिरा दिया है, जैसे इसके अस्थिर घटकों के नुकसान और पानी के साथ मिश्रण करने के लिए पानी के रूप में तेल इमल्शन (उदा, अमाप17) । वाष्पीकरण और emulsification मुख्य अपक्षय प्रक्रियाओं है कि कच्चे तेल के18 वायुम और इन अपक्षय प्रक्रियाओं का अनुकरण करने के लिए प्रोटोकॉल इसलिए प्रभावित की दो है इसलिए चर्चा की विधि में शामिल हैं ।
इस के साथ साथ, हम एक उपंयास प्रयोगशाला विधि है कि समुद्र पर सीटू जल आपरेशनों में अनुकरण शर्तों के तहत कच्चे तेल की वायुम और जल क्षमता निर्धारित करता है । वायुम और कच्चे तेल के जलने की क्षमता पर पिछले अध्ययन दोनों तुलनीय और विभिंन तरीकों विशेष रुप से प्रदर्शित । एक बाहरी गर्मी प्रवाह के एक समारोह के रूप में ताजा और मौसम में कच्चे तेल की वायुम पानी19 और आर्कटिक तापमान20के तहत पर अध्ययन किया गया था । जल दक्षता अध्ययन आम तौर पर एक निश्चित पैमाने पर ताजा और मौसम में कच्चे तेल और पर्यावरण की स्थिति के विभिंन प्रकार पर ध्यान केंद्रित (उदा, Fritt-Rasmussen, एट अल। 8Bech, Sveum, एट अल. 21). रासायनिक झुंडों द्वारा निहित कच्चे तेल के जलने पर हाल ही में एक अध्ययन है, लेखकों के ज्ञान के लिए, पहली समान स्थितियों के तहत छोटे मध्यवर्ती, और बड़े पैमाने पर प्रयोगों के लिए जल क्षमता का अध्ययन करने के लिए13. बड़े पैमाने पर प्रयोग कर रहे हैं, तथापि, पैरामीट्रिक समय और ऐसे प्रयोगों के संचालन के लिए आवश्यक संसाधनों की व्यापक राशि के कारण अध्ययन के लिए आसानी से उपलब्ध नहीं है । पहले उल्लेख किया अध्ययनों से अधिक प्रस्तुत विधि का मुख्य लाभ यह है कि यह एक साथ अर्द्ध यथार्थवादी परिस्थितियों में दोनों वायुम और कच्चे तेल के जलने की क्षमता का अध्ययन करने के लिए अनुमति देता है । दोनों विभिंन प्रकार के तेल के एक समारोह के रूप में कच्चे तेल के लिए इन दो मापदंडों के अध्ययन का संयोजन और (नकली) आसानी से दोहराया प्रयोगों के माध्यम से पूल व्यास पहले व्यवहार में व्यवहार्य था ।
Protocol
Representative Results
Discussion
दो मौसम इस पत्र में चर्चा की विधियां अपक्षय प्रक्रियाओं है कि पानी पर एक गिरा तेल17के अधीन है की एक अपेक्षाकृत सरल सन्निकटन हैं । अन्य, और अधिक परिष्कृत मौसम के तरीकों को भी इस तरह के Brandvik और Faksness<sup cla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक को परियोजना के वित्तपोषण के लिए स्वतंत्र अनुसंधान के लिए डेनमार्क परिषद धंयवाद देना चाहूंगा (अनुदान DDF-1335-00282) । COWIfonden कच्चे तेल वायुम तंत्र और गैस विश्लेषक, डक्ट डालने सहित के निर्माण वित्त पोषित । Maersk तेल और Statoil प्रतिनिधि परिणाम के लिए इस्तेमाल किया गया है कि कच्चे तेल प्रदान की है । प्रायोजकों में से कोई भी प्रोटोकॉल या इस पत्र के परिणामों में शामिल किया गया है । लेखक भी संशोधित शंकु नमूना धारक के निर्माण के साथ सहायता के लिए Ulises Rojas अल्वाs शुक्रिया अदा करना चाहूंगा ।
Materials
| DUC Crude Oil | Maersk | N/A | Light crude oil with r = 0.853 g/ml and h = 6.750 mPa*s. |
| Grane Crude Oil | Statoil | N/A | Heavy crude oil with r = 0.925 g/ml and h = 133.6 mPa*s. |
| SVM 3000 Stabinger Viscometer | Anton Paar | C18IP007EN-P | Viscosity and density meter for the fresh and weathered crude oils. |
| Laboshake RO500 | Gerhardt | 11-0002 | Rotary shaking table for emulsifying water and oil mixtures. |
| Jebao Wave Maker RW-4 | Jebao | N/A | Propeller (flow of 500-4000 L/h) used in the COFA setup to generate a current. |
| Aquabee UP 3000 | Aquabee | UP 3000 | Aquarium pump for cooling of heat flux gauge. |
| Adventurer Precision Electronic Balance | OHAUS | AX5205 | Load scale used to weigh the oil for the COFA experiments and in the custom-made cone sample holder for the cone setup. |
| 3M Oil Sorbent Pads | VWR | MMMAHP156 | Hydrophobic absorption pads used to collect oil residues to determine the burning efficiency of the fire. |
| Mass Loss Calorimeter | Fire Testing Technology (FTT) | B11325-650-1-1608 | A custom-made, circular holder was used for the testing of crude oil rather than the standard square sample holder. Includes a heat flux gauge with a range up to 100 kW/m2. |
| 34972A Data Acquisition / Data Logger Switch Unit | RS Components Ltd. | 702-7958 | Produced by Keysight Technologies. Operated by Keysight benchLink data logger 3 software and equipped with a 20-channel multiplexer. |
| Keysight Technologies 34901A 20-channel multiplexer | RS Components Ltd. | 702-7939 | Produced by Keysight Technologies. |
| Bellows-Sealed Valve | Swagelok | SS-1GS6MM | Toggle valve to open/close the water in- and outlet of the custom-made cone sample holder for the cone setup. |
| Kronos 50 Peristaltic Pump | SEKO | KRFM0210M6000 | Peristaltic pump used to cool the custom-made cone sample holder for the cone setup. |
| ARCTIC A28 Refrigerated Circulater | ThermoFisher Scientific | 152-5281 | Water cooling reservoir used to cool the cooling water that flows through the custom-made cone sample holder for the cone setup. Includes a SC 100 Immersion Circulator controller. |
| Gas Analysis Instrumentation Console with Duct Insert | Fire Testing Technology (FTT) | B11328-650-1-1609 | Gas analyzer for O2, CO2 and CO. Uses a 34972A Data Acquisition / Data Logger Switch Unit. |
| Ceramic & Stainless Steel 2.5mm Electrode | Fire Testing Technology (FTT) | M015-4 | Spark igniter from the Mass Loss Calorimeter. Used in the COFA setup to measure the surface temperature upon ignition. |
| Infrared Emitter-Module M110/348 | Heraeus | 80046199 | Original Infrared heaters on which the new design with a water-cooled holder for the heating elements was based. Includes two short wave twin tube emitters (09751751). Operated by a type CB1x25 P power controller. |
| Power Controller Heratron | Heraeus | 80055836 | Type CB1x25 P power controller for the infrared heaters. |
References
- Allen, A. A. Contained Controlled Burning of Spilled Oil During the Exxon Valdez Oil Spill. , 305-313 (1990).
- Allen, A. A., Jaeger, D., Mabile, N. J., Costanzo, D. The Use of Controlled Burning During the Gulf of Mexico Deepwater Horizon MC-252 Oil Spill Response. International Oil Spill Conference Proceedings. 2011 (1), 1-13 (2011).
- AMAP. . Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic – Effects and Potential Effects. 1, 423 (2010).
- Nuka, Research Planning Group, LLC. . Oil Spill Prevention and Response in the U.S. Arctic Ocean: Unexamined Risks, Unacceptable Consequences. , 136 (2010).
- Buist, I. A., et al. . In Situ Burning in Ice-Affected Waters: State of Knowledge Report Final Report 7.1.1. , 293 (2013).
- EPPR. . Guide to Oil Spill Response in Snow and ce Conditions in the Arctic. , 184 (2015).
- Opstad, K., Guénette, C. Fire on the Sea Surface, Ignitability and Sustainability Under Various Environmental Conditions. Fire Safety Science. 6, 741-752 (2000).
- Fritt-Rasmussen, J., Brandvik, P. J., Villumsen, A., Stenby, E. H. Comparing Ignitability for In Situ Burning of Oil Spills for an Asphaltenic, a Waxy and a Light Crude Oil as a Function of Weathering Conditions Under Arctic Conditions. Cold Reg. Sci. Technol. 72, 1-6 (2012).
- Guénette, C. C., Thornborough, J. An Assessment Of Two Off-Shore Igniter Concepts. Proceedings of the Twentieth Arctic and Marine Oil Spill Program (AMOP) Technical Seminar . , 795-808 (1997).
- Brandvik, P. J., Fritt-Rasmussen, J., Daniloff, R., Leirvik, F., Resby, J. L. . Establishing, testing and verification of a laboratory burning cell to measure ignitability for in situ burning of oil spills. Report No. 20, 26. 20, (2010).
- Van Gelderen, L., Malmquist, L. M. V., Jomaas, G. Vaporization order and burning efficiency of crude oils during in situ burning on water. Fuel. 191, 528-537 (2017).
- Farmahini Farahani, H., Shi, X., Simeoni, A., Rangwala, A. S. A Study on Burning of Crude Oil in Ice Cavities. Proc. Combust. Inst. 35 (3), 2699-2706 (2015).
- Bullock, R. J., Aggarwal, S., Perkins, R. A., Schnabel, W. Scale-up considerations for surface collecting agent assisted in situ burn crude oil spill response experiments in the Arctic: Laboratory to field-scale investigations. J. Environ. Manage. 190, 266-273 (2017).
- Fingas, M. F., et al. The Newfoundland Offshore Burn Experiment – NOBE. , 63-70 (1994).
- Guénette, C. C., Wighus, R. In situ Burning of Crude Oil and Emulsions in Broken Ice. , 895-906 (1996).
- Potter, S. Tests of Fire-Resistant Booms in Low Concentrations of Drift Ice – Field experiments May 2009. Report No. 27. 27, 17 (2010).
- AMAP. . Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic – Effects and Potential Effects. 2, 277 (2010).
- Buist, I. Window-of-Opportunity for In Situ Burning. Spill Sci. Technol. Bull. 8 (4), 341-346 (2003).
- Wu, N., Kolb, G., Torero, J. L. The Effect of Weathering on the Flammability of a Slick of Crude Oil on a Water Bed. Combust. Sci. Technol. 161 (1), 269-308 (2000).
- Ranellone, R. T., Tukaew, P., Shi, X., Rangwala, A. S. Ignitability of crude oil and its oil-in-water products at arctic temperature. Mar. Pollut. Bull. 115 (1), 261-265 (2017).
- Bech, C. M., Sveum, P., Buist, I. A. The Effect of Wind, Ice and Waves on the In situ Burning of Emulsions and Aged Oils. , 735-748 (1993).
- Van Gelderen, L., et al. Importance of the Slick Thickness for Effective In situ Burning of Crude Oil. Fire Saf. J. 78, 1-9 (2015).
- . . ISO 17554:2014(E) Reaction to fire tests – Mass loss measurement. , 28 (2014).
- . . , 39 (2001).
- Stiver, W., Mackay, D. Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures. Environ. Sci. Technol. 18 (11), 834-840 (1984).
- Buist, I., Potter, S., Zabilansky, L., Guarino, A., Mullin, J., Davidson, W. F., Lee, K., Cogswell, A. . Oil Spill Response: A Global Perspective. , 41-62 (2008).
- Daling, P. S., Moldestad, M. &. #. 2. 1. 6. ;., Johansen, &. #. 2. 1. 6. ;., Lewis, A., Rødal, J. Norwegian Testing of Emulsion Properties at Sea–The Importance of Oil Type and Release Conditions. Spill Sci. Technol. Bull. 8 (2), 123-136 (2003).
- Arai, M., Saito, K., Altenkirch, R. A. A Study of Boilover in Liquid Pool Fires Supported on Water Part I: Effects of a Water Sublayer on Pool Fires. Combust. Sci. Technol. 71 (1-3), 25-40 (1990).
- Garo, J. P., Vantelon, J. P., Fernandez-Pello, A. C. Boilover Burning of Oil Spilled on Water. Symp. (Int.) Combust. 25 (1), 1481-1488 (1994).
- Evans, D. D., Mulholland, G. W., Gross, H., Baum, H., Saito, K. Burning, smoke production, and smoke dispersion from oil spill combustion. , 41-87 (1988).
- Guénette, C. C., Sveum, P., Buist, I., Aunaas, T., Godal, L. . In situ burning of water-in-oil emulsions. , 139 (1994).
- Van Gelderen, L., Rojas Alva, U., Mindykowski, P., Jomaas, G. Thermal Properties and Burning Efficiencies of Crude Oils and Refined Fuel Oil. International Oil Spill Conference Proceedings. 2017 (1), 985-1005 (2017).
- Quintiere, J. G. Ch 7. Fundamentals of Fire Phenomena. , 159-190 (2006).
- Janssens, M. L. Measuring rate of heat release by oxygen consumption. Fire Technol. 27 (3), 234-249 (1991).
- Brandvik, P. J., Faksness, L. G. Weathering processes in Arctic oil spills: Meso-scale experiments with different ice conditions. Cold Reg. Sci. Technol. 55 (1), 160-166 (2009).
- Wighus, R., Guènette, C. Fire on the sea surface – Experiments hazard assessment 1995. Report No. NBL A07129. , 40 (2007).
- Guénette, C. C., Sveum, P., Bech, C. M., Buist, I. A. Studies of In Situ Burning of Emulsions in Norway. International Oil Spill Conference Proceedings. (1), 115-122 (1995).
