Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Situ yanan laboratuar çalışmaları için deneysel işlemin: yanma ve yanma verimliliği ham petrol

Published: May 1, 2018 doi: 10.3791/57307
Automatic Translation
1, 1,2
1Department of Civil Engineering, Technical University of Denmark, 2School of Engineering, BRE Centre for Fire Safety Engineering, University of Edinburgh

Summary

Burada, aynı anda çalışma yanma ve taze ve yıpranmış ham petrol işlemleri denizde yanan in situ taklit koşullar altında yanma verimliliği için bir protokol mevcut.

Abstract

Yanma, eş zamanlı çalışma ve taze ve yıpranmış ham petrol iki deneysel laboratuvar kurulumları ile yanma verimliliği için yeni bir yöntem sunulur. Deneyler operasyonel ölçekli deneyler (havuz çapı ≥2 m), hala oldukça gerçekçi in situ ham yağ su şartları yanan featuring sırasında kolayca tekrarlanabilir karşılaştırılır. Deneysel koşullar yağ tabakası ve operasyonel ölçek ham petrol havuzu yangınları yakıt yüzeye daha yüksek ısı geribildirim taklit bir Dıştan ısı akısı (en fazla 50 kW/m2) soğutur bir akan su alt katman yer. Bu koşullar operasyonel ölçekli deneyler için eşdeğerdir ham petrol havuzu yangınlar yanma verimliliği bir kontrollü laboratuvar çalışma etkinleştirin. Yöntem aynı zamanda tutuşuyor ham yağlar açısından kritik ısı akısı, ateşleme gecikme süresi olay ısı akısı, ateşleme üzerine yüzey sıcaklığı ve Termal atalet bir fonksiyonu olarak için gereksinimleri Nicel veri sağlar. Bu veri türünü gerekli gücü ve taze veya yıpranmış ham petrol belirli bir tür tutuşturmak için bir ateşleme kaynağı süresi belirlemek için kullanılabilir. Ana yöntem Dıştan ısı akısı bir fonksiyonu değil tamamen sayısal olarak akan suyun soğutma etkisi üzerinde yanan ham petrol alt katman olduğunu kısıtlamasıdır. Deneysel sonuçlar açıkça akan su alt katman bu kurulum situ içinde yanan şartları nasıl temsilcisidir geliştirmek yok ama ne ölçüde bu doğru gösterimidir için şu anda belirsiz olduğunu gösterdi. Yöntem yine de laboratuvar şu anda kullanılabilen koşullar aynı anda yanma okuyor ve ham yağ su verimliliğini yanan yanan en gerçekçi in situ bulunmaktadır.

Introduction

Situ su dökülen ham petrol dökülen yağ yakıcı o ve kurum ve gaz halinde olan yakıtlar yanma ürünleri dönüştürerek su yüzeyinden kaldırır bir deniz petrol sızıntısı yanıt yöntemi yanıyor. Bu yanıt yöntem Exxon Valdez1 ve2 derin deniz Horizon petrol sızıntısı sırasında başarıyla uygulandı ve düzenli olarak kutup3,4,5 için potansiyel bir petrol sızıntısı yanıt yöntemi olarak belirtilir ,6. Situ yağ yakıcı sızıntısı yanıt yöntemi olarak başarılı olup olmayacağını belirleyen anahtar parametreleri yanma ve yağ yanma verimini ikisidir. İlk parametre, yanma, ne kadar kolay bir yakıt Ignited ve tam olarak gelişmiş bir yangında sonuçlanması yakıt yüzey üzerinde yayılan alev yol açabilir açıklar. Verimlilik, yanan ikinci parametre (wt %) olarak etkili bir şekilde ateşin yanında su yüzeyinden kaldırılır yağ miktarını ifade eder. Böylece yanma ve farklı ham yağlar altında koşullar yanan in situ beklenen yanma verimini anlamak uygundur.

Amacıyla yakma in situ yaygın olarak Ateşleme sistemleri5,7,8,9üzerine nitel tartışmalar ile pratik bir sorun olarak ele için yağı ateşleme su slicks. Ateşleme için pratik bir yaklaşım dökülen petrol ikili bir sorun olarak ve etiketleme yağlar "ateş gibi" ya da "değil ateş gibi" (örneğin Brandvik, Fritt-Rasmussen, ve ark. 10), ancak, temel bir bakış açısından yanlıştır. Teorik olarak, herhangi bir yakıt bir uygun ateşleme kaynağı verilen Ignited. Bu nedenle "değil ateş gibi" etiket bir ham petrol özelliklerini daha iyi anlamak için ateşleme gereksinimleri için farklı ham petrol türleri geniş ölçmek uygundur. Bu amaçla, ateşleme gecikme süresi bir petrol olay ısı akısı, kritik ısı akısı petrol ve onun Termal atalet, Yani yağı ısıtmak için ne kadar zor bir fonksiyonu olarak çalışmak için gelişmiş yöntem kullanılabilir.

Bir önceki çalışmada, biz hangi bir havuz çapı fonksiyonudur yanma verimliliği yönetir ana parametre yakıt yüzey11, ısı geribildirim olduğunu öne. Belirgin havuzu boyutu bağımlılık tabanlı raporlama düşük yanma verimliliği (32-%80)8,12,13 ve büyük ölçekli çalışmalar (havuz çapı ≥2 m) laboratuvar çalışmaları üzerinde yanan verimlilik teori açıklar yüksek yanma verimliliği (% 90-99)14,15,16raporlama. Burada tartışılan yöntem önerilen teoriyi test etmek için tasarlanmıştır. Küçük ölçekli laboratuvar deneyleri için sürekli Dıştan ısı akısı subjecting tarafından yüksek ısı geribildirim büyük ölçekli havuzu yangınlar için kontrollü laboratuvar koşullarında benzetimi yapılabilir. Bu nedenle, Gelişmiş yöntemi Dıştan ısı akısı değiştirerek yanma verimliliği çapı bir fonksiyonu olarak etkili eğitim sağlar.

Situ daha büyük ölçekli benzetimini yapmak için bir dış ısı akı yanı sıra işlemleri, yağ tabakası soğuk su akış tarafından soğutma, denizin geçerli soğutma etkisi simüle deneysel kurulumları özelliği yazma. Tartışılan yöntemi Ayrıca taze ve yıpranmış ham yağlar ile uyumludur. Ham petrol ayrışma kayıp uçucu bileşenlerinin ve form petrol su emülsiyonlar (Örneğin, AMAP17) su ile karıştırma gibi su dökülen bir kez bir ham petrol etkileyen fiziksel ve kimyasal işlemi anlatılmaktadır. Buharlaşma ve emülsifikasyon iki ham yağlar18 yanıcılığını etkileyen ana ayrışma süreçleri vardır ve bu ayrışma işlemler simülasyonu için iletişim kuralları bu nedenle tartışılan yönteminde dahil edilir.

Burada, biz yanma ve ham petrol situ içinde deniz üzerinde işlem yazma taklit koşullar altında yanma verimliliği belirler bir roman laboratuvar yöntemi mevcut. Yanma ve ham yağlar yanma verimliliği önceki çalışmalar karşılaştırılabilir ve farklı yöntemleri özellikli. Taze ve yıpranmış ham yağlar yanma bir dış ısı akısı bir fonksiyonu olarak su19 ve Kutup sıcaklık20altında incelenmiştir. Yanma verimliliği çalışmaları genellikle taze farklı türleri üzerinde odaklanmak ve yıpranmış ham yağlar ve sabit bir ölçekte çevre koşulları (Örneğin, Fritt-Rasmussen, ve ark. 8Bech, Sveum, ve ark. 21). ham yağlar kimyasal çobanları tarafından bulunan yazma üzerinde yapılan bir çalışmada, yazarlar, bilgi için küçük, orta, yanma verimliliği çalışmaya ilk ve büyük ölçekli deneyler benzer koşullar13altında. Ancak, büyük ölçekli deneyler vardır zaman ve bu tür deneyler için gerekli kaynakları geniş miktarda nedeniyle parametrik çalışmaları için kolayca kullanılamaz. Yukarıda belirtilen çalışmalar ana avantajı sunulan yönteminin bu aynı anda her iki yanıcılığını eğitim ve verimlilik ham petrol yarı gerçekçi koşullar altında yanan sağlanmıştır. Bu iki parametre ham yağlar için farklı yağ türleri ve kolayca tekrarlanabilir deneyler yoluyla (simülasyon) havuz çapı bir fonksiyonu olarak eğitim ile birlikte uygulamada daha önce olanaksız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bu iletişim kuralı geçici kullanma-in 4-8, adımda kullanılan iki farklı deneysel kurulumları eşlik eden planları gösterildiği gibi. Ham petrol yanıcılığını aparatı (bir 1.0 x 1,0 × 0.50 m olan COFA) (Resim 1 ve şekil 4), ilk düzmece3 metal su Havzası küçük ölçekli in situ ham petrol deneyleri, yanan örneğin gösterildiği gibi yapmak için tasarlanmış Van Gelderen, Brogaard, ve ark. 22 ikinci Kur, bir ısmarlama örnek sahibi ve O2, CO2, ölçer bir gaz analiz özellikleri bir kıvılcım ateşleyici ile koni ısıtıcı23 ve egzoz konsantrasyonlarda CO kanal24 (Şekil 2 ve Şekil 3). Bu ayarlar teknik özellikleri ek belge, kurulumları fotoğraflarını da içeren ek ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Aksi belirtilmediği sürece, veri ölçümleri (örn., sıcaklık, ısı Cerayanlar veya gaz konsantrasyonları) dijital bir multiplexer ve veri logger ile ölçülür. Veri kaydedicilerinin dijital veri satın alma programı ile çalışır. İletişim kuralında, "veri logger Başlat" ifade veri toplama başlatmak için gerekli olan üreticisi tarafından sağlanan gibi program talimatlara göre tüm eylemleri içerir.

1. genel işleme ham petrol

  1. Okudu olabilir taze her yağ, 5 mL örnek almak ve onun yoğunluğu ve bir Vikozimetre 25 ° C'de viskozite ölçmek. 5-10 ° C'de petrol geri kalanı kapalı cam şişede daha fazla kullanmak kadar saklamak.
    Uyarı: Son derece yanıcı taze ham petrol ve ham petrol ve onun buharlar yüksek sa˜l'k orta oluşturmaktadır. Ayrıca temiz--dan cilt veya gözlerle sabun gibi tehlikeli olmayan kimyasal madde ile zor. Ham petrol işleme, koruyucu gözlük ve eldiven giymek ve iyi havalandırılan bir alanda iş.
  2. Her test oturum başlangıcında, soğutmalı (5-10 ° C) depodan sınanacak ham yağlar al. Her yağ haznesi el ile 1-2 min için sallamak ve onları izin deneyler önce oda sıcaklığına kadar ısı. Ham yağlar test oturumları arasında soğutmalı depolama dönün.
  3. Yanlışlıkla ham petrol ile uçucu bir polar olmayan çözücü kullanarak kirlenmiş yüzeyler temiz (e.g.,n-heptane).

2. Evaporatif ayrışma ham petrol petrol kabarcıklanma basınçlı hava tarafından

Not: Stiver ve Mackay25 ve Buist, Potter, bu adımı dayanmaktadır ve ark. 26

  1. 5-10 m bir plastik konteyner kapağı içinde eşit olarak dağıtılmış bir sayı-in (örneğin, altı 5 mm çapında (D)) delik matkap ve tek bir delik matkap (örneğin,D = 8-10 mm) bir tarafın kapsayıcısının üst kenarını yakınındaki.
  2. Bir O-ring yapmak (yaklaşık D = 20 cm) bir ekli ile bağlantı plastik tüpler dışında bir iç çapı 4-6 mm ile (kimlik) açın ve Matkap delik sayısı (örneğin, altı ile D = 1 mm) O-ring bir tarafı boyunca eşit olarak dağıtılmış.
    Not: gelen ham petrol konteyner dışarı üflenir en aza indirmek için O-ring delikler kapak delik dikey konumunu dengelemek deneyin.
  3. O-ring plastik konteyner yan delikten gider bir plastik tüp (Örneğin, kimlik 4-8 mm) takın. Bu tüp bir basınçlı hava sistemi düzenleyen bir kapak ve bir basınç göstergesi ile bağlı.
  4. Kapağı ve plastik konteyner plastik O-ring ile ayrı ayrı tartmak ve onların ağırlık kayıt.
  5. 2-4 L ham petrol (yoğunluğu üzerinde dayalı) kapsayıcısında tartmak ve ağırlığı kayıt.
  6. Bir duman başlık altında konteyner yerleştirin ve O-ring basınçlı hava sisteme bağlayın. Yağ olarak yüksek bir basınç altında aracılığıyla hava kabarcık konteyner kapak delik aracılığıyla petrol üfleme olmadan (Örneğin, 200 kPa) mümkün olduğunca.
  7. Başlangıç ve ne zaman (wt % kayıp) istenen Evaporatif ayrışma durumunda elde izlemek için her iş günü sonunda petrol tartmak (Örneğin, 20 wt % kaybetti ilk ağırlığı ile karşılaştırıldığında). Bu sürekli köpüren, yağ türü ve hava basıncı bağlı olarak bir hafta içinde için bir gün sürebilir. Her ara ağırlık ölçüm bir buharlaşma eğrisi gerekli buharlaşma zaman tahmin ile istenen Evaporatif ayrışma devlet ulaşmak için yardımcı olur zaman bir fonksiyonu olarak kurmak için kullanılır.
    Not: ilk günün ardından, ham petrol genellikle duman mahallede birkaç gün (örneğin hafta sonu) basınçlı hava kapalı olduğunda herhangi bir önemli miktarda kütle kaybı olmadan bırakılabilir.
  8. Ham petrol buharlaşma tamamlandıktan sonra yağı 5 mL örneğini alın ve onun yoğunluğu ve bir Vikozimetre 25 ° C'de viskozite ölçmek. 5-10 ° C'de petrol geri kalanı kapalı cam şişe daha fazla kullanmak için saklayın. Kap, kapak ve O-ring herhangi bir ham petrol kalıntılarını kaldırmak için geçici bir kutup solvent ile temizleyin.

3. emülsifikasyon petrol tablo sallayarak bir Rotary kullanarak

Not: Bu bölümü iletişim kuralının Daling, M., ve diğerlerideğiştirildi. 27

  1. Ham petrol ve taze veya tuzlu su karışımı 900 mL toplamda 1 L cam şişe için emülsiyon istenen vol % eşleşen su miktarı ile ekleyin. Örneğin, bir emülsiyon 40 vol % su içeriği ile 540 mL ham petrol ve 360 mL su oluşur. Bu buharlaştırılmış ham petrol kullanmak için tavsiye edilir, yerine taze ham petrol ayrışma daha doğru bir şekilde sunmak, açık su dökülen petrolün işler ve daha istikrarlı emülsiyonlar oluşturun.
    Not: Böylece her boş alan petrol ve su çalkantılı karıştırma için kullanılabilir şişe tam dolu değil önemlidir.
  2. Su-yağ karışımı el ile 1-2 min için shake şiddetle. Daha sonra cam şişe döner sallayarak masaya koyun ve oda sıcaklığında 20 h 175 rpm'de su-yağ karışımı ilave edin.
    Not: 20 h sallayarak süresi tamamlandığında su katmanı ayrılması emülsiyon ile sorunları önlemek için emülsiyon ile aynı günde deney.
  3. 20 dönem sallayarak h sonra emülsiyon 5 mL örneğini alın ve onun yoğunluğu ve bir Vikozimetre 25 ° C'de viskozite ölçmek.
  4. Emülsiyon kararsız (aşağıya bakın) ise, emülsiyon geri döner masa sallayarak üzerinde yerleştirin ve sürekli deneyler arasında 175 rpm'de emülsiyon sallamak. Her denemenin başında el ile tablo sallayarak rotary durdurun, emülsiyon (adım 7.5) gerekli miktarda almak ve sonra tablo sallayarak rotary dönün. Tüm deneyler ile emülsiyon yaptı sonra tablo sallayarak rotary durdurun ve emülsiyon soğutmalı (5-10 ° C) depoda saklamak.
  5. Emülsiyon stabil emülsiyon döner sallayarak tablosundan kaldırın ve oda sıcaklığında bekletin bırak. 1-2 min için şiddetle emülsiyon el ile petrol her deneme için gerekli miktarda çekim işleminden önce sallamak. Bir kez tüm deneylerin emülsiyon ile yapılmıştır, soğutmalı (5-10 ° C) depolama alanında depolar.
    Not: Bu protokol amacıyla kararsız emülsiyonlar açıkça görülebilir su katmanı ile birkaç saat, Yani tipik bir iş günü sonundan önce formu emülsiyonlar olarak tanımlanır.

4. başvuru Situ içinde yanan deneylerde koni kurulumunda soğutma suyu kalibrasyonu için COFA (şekil 1)

  1. Bir 5 cm yüksek Borcam cam silindir ve kimliğini 16,3 cm (16.9 cm dış çapı) kombine yüksekliği ile 35-45 cm, COFA merkezinde bir stand üzerine yerleştirin. Su Borcam cam silindir tarafından bölgeyi altında ücretsiz bir akış için izin verdiği sürece sahibinin şekil önemi yok. Böylece su seviyesi Borcam cam silindir kenarına 1 cm COFA (340-440 L) tatlı su ile doldurun.
  2. Bir pervane doğrudan Borcam cam silindir karşı karşıya COFA taraflardan biri yerleştirin. Pervane üzerinde açmak ve dikey yükseklik ayarlama ve böylece dalgalar zar zor observable Borcam cam silindir içinde su akışı. Dikey yükseklik ve akış duruşu (örneğin, 1000 L/h) kayıt ve pervane protokol devam etmeden önce devre dışı.
    Not: Pervane bir akım etkili boilover fenomen28,29önlemek için yanan ham petrol aşağıda su katmanı soğur su vücut oluşturmak için kullanılır. Başlangıçta küme akışı ve pervane dikey yüksekliği yeterli soğutma su alt tabakası neden olmaz ve bir boilover sonra oluşmaya devam eder.
    Dikkat: Bir boilover bir patlayıcı yanan bir önemli ölçüde artış alev yüksekliği, yanma oranı ve ısı yayın oranı sırasında hangi yağ damlacıkları ateş29,30,31çıkıp ile durumdur. Güvenlik açığı bulunan herhangi bir ekipman korumalı (örneğin, alüminyum folyo ile) olduğundan emin olun ve personel ve ekipman ateşten uygun bir mesafede tutmak.
  3. Ham petrol eşdeğeri bir 5 mm kalın yağ tabakası Borcam cam silindir (yoğunluk ve 104 mL hacmi dayalıYani,) için bir miktar bir alüminyum tabakta tartın.
  4. Ham petrol Borcam cam silindir içinde su dökmek. Silindirin alt dışında petrol yayılımı çok hızlı yağ dökerek değil dikkatli olun. Alüminyum çanak daha tartmak ve gerçek kilo Borcam cam silindir dökülür ham petrol kayıt.
  5. Yavaş yavaş yağ birikintisi yüzeyine Borcam cam silindir kenarına altında 1-2 mm kadar su COFA için ekleyin. Bu boy farkı ateşleme taşan petrol önlemek önemlidir.
  6. Yormak kukuleta ve pervane açın. O zaman bir bütan el meşale kullanarak ham petrol tutuşturmak ve kronometre nesli anı andan itibaren ateşleme zamanı yanan ölçmek.
  7. Yangın söndürüldü doğal olarak sonra (yanık kalıntı da bilinir) su yüzeyinde kalan petrol toplamak hidrofobik emme yastıkları ile bilinen bir ağırlık kullanarak. Toplanan su residua ağırlık belirlemek için yastıkları ağırlığında önce kendine gel. Yanma verimliliği sonra EQ (1) kullanılarak hesaplanır ve yanma hızı yanma süresi (saniye cinsinden) tarafından ilk kütle ve kalıntı kitle arasındaki farkı bölünerek hesaplanır.
    Equation 1(1)
  8. Su yüzeyi yeniden Borcam cam silindir kenarına aşağıda bir santimetre olana nerede yangın bir boilover sonuç durumlarda, Protokolü 4 drenaj su tarafından COFA gelen adımları yineleyin. Borcam cam silindir bir uçucu, polar olmayan çözücü ile kenarlarını temizlemek. O zaman pervane ve Borcam cam silindir arasındaki dikey mesafe azaltmak ve/veya pervane akışı tutumunu artırmak ve protokol adımları 4.3-4,8 yineleyin.
  9. Hesaplanan yanma verimliliği ve yanma hızı-dibi takdirde yangın bir boilover ile bitmiyor, adım 4.7 koni kurulumunda soğutma suyu ayarlamak için kullanın.

5. su soğutma koni Kur (Şekil 2 ve şekil 3) kalibrasyonu.

  1. Böylece ısıl boncuk serbestçe tüp içinde bekletilir, bir 1 mm kalın K-tipi ısıl ile biten üzerinden bir santimetre, esnek plastik tüp (4 mm kimlik) delik. Isıl politetrafloroetilin (PTFE) teyp ve ısıl hareket etmez ve su delik kaçak değil sağlamak için alüminyum kaset ile düzeltmek. Isıl bir veri logger bağlayın.
    1. 5.1 bir tüp için paslanmaz çelik boru adaptörü ile adımları yineleyin ve ısıl hemen altında tüp bağdaştırıcısı takın.
  2. Yerleştirin ve mümkün olduğunca soğutma rezervuar dibine kadar ısıl ile ilk plastik tüp sonuna ile düzeltmek. Peristaltik pompa bir ayarlanabilir akış hızı ile giriş için tüp diğer ucunu bağlayın.
  3. Yeni bir plastik tüp Peristaltik pompa prizine takýn ve öteki son-in bu plastik tüp bir paslanmaz çelik boru adaptörüne bağlayın. Bir körük mühürlü kapak için tüp adaptörünü ve körüklü mühürlü kapak koni örnek sahibine bağlayın. Bağlantıları su gerektiğinde bağlantılar arasında PTFE bandı kullanarak sızıntısı değil emin olun.
  4. Sonra bir ısıl bağdaştırıcı aşağıda ile tüp tüp bağdaştırıcısına bağlı bir körük mühürlü kapak koni örnek sahibi diğer tarafına bağlayın. Öteki son-in bu tüp yerleştirilir ve outflowing su soğutma rezervuar döndürür soğutma rezervuar üst kısmında sabit.
    Not: böylece sıcak su değil doğrudan recirculated ama sirkülasyon önce Reservoir soğumaya iner giriş tüp ve çıkış tüp yeterli kayma mesafe rezervuar içinde olduğundan emin olun.
  5. Koni ısıtıcı altında bağlı tüpler ile örnek sahibi yerleştirin. Böylece dış kenarına koni ısıtıcı derinliklerinden gelen 23 mm tutucu yüksekliğini ayarlayın. Böylece bir kez örnek sahibi ham petrol içerir örnek sahibi koni ısıtıcı altında kolayca yerleştirilebilir tüpler yeterli uzunlukta olduğundan emin olun.
  6. Soğutma rezervuar demineralize su ile doldurun ve suyuna seçilen sıcaklığa (örneğin,12 ° C). Körük kapalı vanaları açın ve seçilen akışı (örneğin, 7 L/h) adlı örnek sahibi ile su akışı başlar. Sahibi sahibi tamamen suyla dolacak sahibinden kalan herhangi bir hava kaldırmak sallamayın.
  7. Veri logger başlatın ve sürekli olarak içinde ve outflowing su sıcaklığını izlemek. Outflowing su sıcaklığı stabilize pompa durdurmak (genellikle bir kaç derecenin üzerinde ayarlama depo sıcaklık bu), körük kapalı vanaları kapatın ve egzoz kaputa açın.
  8. Bir yük ölçekte yer örnek tutucu ve ölçeğin Dara. Kaygan kalınlığı 10 mm (yoğunluk ve 95 mL hacmi dayalıYani) karşılık gelen örnek sahibi için bir miktar yağ ekleyin. O zaman körük kapalı vanaları açın ve pompa yeniden başlatın.
  9. Örnek tutucu koni ısıtıcı altında dikkatlice yerleştirin ve bir bütan el meşale ile petrol tutuşturmak. Bir kronometre nesli anı andan itibaren ateşleme zamanı yanan ölçmek.
    Dikkat: Ne zaman su içeren yağlar yanma, ya doğal ya da alma, nedeniyle bir boilover yazma sırasında oluşabilir (Ayrıca bkz: adım 4).
  10. Sonra yangın söndürüldü, pompa durdurmak, vanaları kapatın, tüpler bağlantısını kesin ve tared bir ölçekte yer örnek tutucu. Yanık kalıntı da dahil olmak üzere sahibinin ağırlık kayıt.
  11. Herhangi bir yanık yağ kalıntı uçucu bir polar olmayan çözücü ile sahibinden temiz. Tekrar kalıntı ağırlık belirlemek için temizlenmiş tutucu tartın. Sonra yanma verimliliği hesaplamak ve 4.7 adımda anlatıldığı gibi zaman yanan.
  12. Yanma verimliliği ve yanma hızı Protokolü adım 4 sonuçlarından eşleşmesi durumunda, su sıcaklığı ve akış şimdi kalibre edilmiş ve aşağıdaki protokol adımda kullanılabilir. Yanma verimliliği ve yanma hızı Protokolü adım 4 sonuçlarından eşleşmemesi durumunda, bir yeni rezervuar sıcaklığı ve/veya yeni akışı buna göre seçin. Tüpler örnek sahibi için yeniden, vanaları açın, pompa başlatmak, herhangi bir havayı çıkarmak için tutucu sallamak ve adımları 5,7-5.12 yineleyin.
    Not: Yanma verimliliği ve yanma hızı eşleştirmek mümkün olmayabilir. Açıklanan protokol amacıyla yanma verimliliği daha önemlidir ve olabildiğince doğru bir biçimde uyumlu olması. Birden fazla yağlar sınarken, su sıcaklığı ve akış veya her yağ ya da bir petrol için ayrı ayrı ayarlanması. Her yağ tek tek su daha doğru bir şekilde yanan petrol taklit için su sıcaklığı ve akış sırasında ayarlama, ateşleme gecikme zamanlı sonuçlar çeşitli yağlar (adım 6) kolayca ne zaman karşılaştırıldığında daha fazla su sıcaklığı sabit kullanarak ve için akışı olabilir her deneme.

6. Kalibrasyon koni ısıtıcının (Şekil 2-3).

  1. Koni Kalorifer sıcaklık ve ısı akı çıktı bir su soğutmalı ısı akısı ölçmek 100 kW/m2maksimum kapasiteli kullanma arasındaki korelasyon kalibre.
    1. Akvaryum Pompa kovaya koyun ve böylece pompa tamamen sular altında kova soğuk musluk suyuyla doldurun.
    2. Akvaryum Pompa ısı akış ölçer ile bir plastik tüp takın. Isı akısı ölçere ikinci bir plastik tüp bağlamak ve böylece tüp dışarı akan su kolayca görülebilir biraz su yüzeyi üzerinde kova içinde tüp diğer ucunu düzeltmek. Pompa üzerindeki çevirmek ve su sürekli bir akış ısı akısı ölçer akıyor emin olun.
    3. Egzoz kaputa açmak ve koni ile 200 ° c kadar ısı (Yukarı bakacak şekilde) ısı akış ölçer 25 mm koni merkezine yerleştirin ve ısı akış ölçer veri logger bağlayın. Veri logger başlatmak, kepenkleri açın ve okuma bir istikrarlı ısı akısı kazanılır kadar 5-10dk için ısı akı ölçmek, sonra veri toplama durdurun ve Kepenkleri kapatın.
    4. 6.1.3 koni sıcaklıkta 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740, 760, 780 ve 800 ° c arasındaki adımları yineleyin
  2. Isı Cerayanlar ölçülen veri noktalarını kullanarak ve veri noktaları arasında doğrusal bir ilişki varsayarak 3-50 kW/m2 karşılık koni sıcaklıklar belirlemek.

7. yanma deneyler ham petrol koni yapısı (Şekil 2-3)

  1. Her test oturumun başlangıcında onay ısı akı ile 10 kW/m2 hala bir ısı akışı için karşılık gelen koni sıcaklık doğru okuma (±5%) verir olup olmadığını ölçmek. Eğer öyleyse, iletişim kuralı ile devam edin. Eğer yoksa, devam etmeden önce tekrar adım 6.
  2. Başında her oturum test, egzoz kaputa açın ve gaz analizörü açmak ve gaz analizörü üreticisi tarafından sağlanan özellikleri göre kalibre.
  3. Örnek sahibi koni altında yerleştirildiğinde, orada 23 mm alt koni sahibinin dış kenarı arasındaki mesafe olması.
  4. Koni 5 kW/m2bir ısı akışı için karşılık gelen bir sıcaklık için ısı.
    1. Bu arada, serin su rezervuar sıcaklığı için adım 5'te bulunan, örnek sahibine su tüpler bağlamak, vanaları açın ve adım 5'te bulunan akış istasyonlarında başlatın. Herhangi bir hava içindeki kutusunda tuzağa kaldırmak için örnek sahibi sallamak. Veri logger başlatın ve outflowing su sıcaklığı stabilize kadar su sıcaklık izlemek.
    2. Koni ve örnek sahibi onların anılan sıraya göre ayarlama sıcaklıklarda stabilize sonra pompa durdurun, örnek sahibi valfleri kapatın ve tüplerin vanaları kesmek.
  5. Bir yük ölçekte yer örnek tutucu ve ölçeğin Dara. Bir miktarda yağı oda sıcaklığında kaygan kalınlığı 10 mm (yoğunluk ve 95 mL hacmi dayalıYani ) karşılık gelen örnek sahibi için ekleyin. O zaman reconnect tüpler, körük kapalı vanaları açın ve pompa yeniden başlatın.
  6. O2, CO2ve CO konsantrasyonlarda yanma gazları ve içinde - ve çıkış - flowing su sıcaklığı ölçmek için veri logger için gaz Analyzer'ı Başlat.
  7. Dikkatli bir şekilde yer koni altında örnek tutucu ve iki kronometreleri hazır. Kıvılcım ateşleyici üzerinde örnek yerlerinize geçin. O zaman panjurları açın ve ilk kronometre başlayın.
  8. Ateşleme petrol üzerine aynı anda ilk Kronometreyi durdurun ve ikinci kronometre başlatın. O zaman kıvılcım ateşleyici geri tarafsız konumunu yanan örnek uzak içine taşıyın.
    1. Petrol 10 dk içinde tutuşturmak değil, ilk Kronometreyi durdurmak ve kıvılcım ateşleyici geri tarafsız, yerlerinize geçin. O zaman bir bütan el meşale kullanarak yağ tutuşturmak ve ikinci kronometre başlar.
      Dikkat: Ne zaman su içeren yağlar yanma, bir boilover yanan (Adım 4) sırasında doğal olarak veya emülgatör, nedeniyle oluşabilir.
  9. Sonra yangın söndürüldü, ikinci Kronometreyi durdurmak, Kepenkleri kapatın ve veri toplama gaz analizörü ve soğutma suyu sıcaklıkları durdurun. Pompa kes, vanaları kapatın, tüpler bağlantısını kesin ve tared bir ölçekte yer örnek tutucu. Yanık kalıntı da dahil olmak üzere sahibinin ağırlık kayıt.
  10. Uçucu bir polar olmayan çözücü ile herhangi bir yanık yağ kalıntı sahibinden temiz. Tekrar kalıntı ağırlık belirlemek için temizlenmiş tutucu tartın. Sonra yanma verimliliği hesaplamak ve 4.7 adımda anlatıldığı gibi zaman yanan.
  11. Test edilecek olan her yağ için adımları 7,4-7.10 ısı Cerayanlar 10, 20, 30, 40 ve 50 kW/m2için yineleyin. Herhangi bir kurum koni ısıtıcı bobin üzerinde her deneyden sonra yatırılır kaldırın.
    1. Gerekli en düşük ısı akısı Kaptanlı ateşleme için Yani kritik ısı akısı gerekli oluşturmak için ek ısı Cerayanlar test etmek gerekli olabilir. Isı akısı kendisi için 10 dk içinde Kaptanlı ateşleme görülmektedir değil test kadar 7,4-7.10 1 kW/m2 artışlarla hangi Kaptanlı ateşleme, düşük ısı akı dan tarafından indirdi ısı tozlar için oluştu adımları yineleyin. Kritik ısı akısı sonra bir 1 kW/m2 üst aralığı bu ısı akısı içinde buldum.
      Dikkat: Çok uçucu ham yağlar kendiliğinden bile koni ısıtıcı panjurlar kapalı olduğunda ne zaman (≥40 kW/m2), tabi çok yüksek ısı değişimlerinde tutuşturmak.

8. yüzey sıcaklığı ateşleme deneyler ham petrol COFA yapısı (şekil 4) üzerine.

  1. Bir 5 cm yüksek Borcam cam silindir kimliğini 16,3 cm (OD 16.9 cm) ile kombine yüksekliği 35-45 cm, COFA (şekil 1) Merkezi ile bir stand üzerine yerleştirin. Silindir dış kenarından Borcam cam silindir yatay uzaklığı en az 5 cm olarak iki karşı taraflarında ayarlanabilir paslanmaz çelik temeller üzerine monte iki kızılötesi (IR) Isıtma cihazları yerleştirin.
    Not: onlar yeterince yüksek ısı akısı ateşleme için genellikle 5-20 kW/m2 gerektiren ham yağlar, tutuşturmak için petrol yüzeye sağlayabilir sürece kesin özellikleri ve Kızılötesi ısıtıcılar boyutları alakasız. 17 cm 1 kW ve en az ısıtıcı genişliği en az bir güç tavsiye vardır. Klima cihazları, hava hayranları gibi herhangi bir soğutma sistemi Ayrıca yağ tabakası ile deneme sırasında etkileşim değil.
  2. Ateşleme bir ham petrol, bir olay üzerine yüzey sıcaklığı ölçmek için 2-5 kW/m2 , kritik ısı akısı (adım 7.11.1) yüksek ısı akısı tavsiye edilir.
    1. 100 kW/m2 ısı akış ölçer adımları 6.1.1-6.1.2 göre hazırlamak ve ısı akış ölçer veri logger için bağlayın. Yukarı, 1-2 mm silindir üst kenarını aşağıda yükseklikte bakacak bir ısı akısı ölçmek Borcam cam silindir merkezinde yer. Cam silindir bundan böyle "yatay düzlemde" denir Borcam içinde bu yükseklikte yatay alan. Bu yatay düzlemde bir yağ tabakası içinde Borcam cam silindir yüzeyine karşılık gelir.
      Not: olay ısı akısı yatay düzlemde çeşitli yerlerinde ölçebilirsiniz böylece ısı akış ölçer serbestçe yatay düzlemde taşınabileceğini olun. Borcam cam silindir işlevleri düzgün ısı akısı yerleştirmek için görsel bir yardım olarak yatay düzlemde, ölçer yalnızca gerekirse, Borcam silindir-ebilmek var olmak çıkarmak 8.2 adımı sırasında bu yüzden.
    2. Veri logger başlatmak, Kızılötesi ısıtıcılar açmak ve yatay düzlemde ortasındaki olay ısı akısı izlemek. Olay ısı akısı yatay düzlemde için istenen olay ısı akısı elde edilir kadar Kızılötesi ısıtıcılar (yükseklik, açı ve yatay düzlemde yatay mesafe) ve onların güç çıkış yüzdesini uzaysal konumunu ayarlayarak ayarlayın.
    3. Olay ısı akısı yatay düzlemde dış kenarlarında ölçmek. Tüm yerleşimleri, olay ısı akısı 2-5 kW/m2 test edilecektir petrol kritik ısı akısı yüksek olmalıdır. Kızılötesi ısıtıcılar önceki adımı göre güç çıkış yüzdesi ve konumunu ayarlayın.
    4. Kızılötesi ısıtıcılar konumu ve güç çıkışını her düzeltmeden sonra olay ısı akısı Merkezi ve dış kenarlarına yatay düzlemde için ölçmek.
    5. Adımları 8.2.2-8.2.5 boyunca yatay düzlemde ölçülen olay ısı akısı 2-5 kW/m2 seçili petrol kritik ısı akısı yüksek gelene kadar bunu tekrarlayın. Sonra Kızılötesi ısıtıcılar ve ısı akış ölçer çıkarın. Borcam cam silindir gerekli, onun sandalyesine geri koyun.
  3. Böylece su seviyesi Borcam cam silindir kenarına aşağıda bir santimetre COFA taze su (340-440 L) ile doldurun. Bir pervane doğrudan Borcam cam silindir 4. adımda bulunan yükseklikte karşı karşıya COFA taraflardan biri yerleştirin.
  4. Koyun ve 1-2 mm Borcam cam silindir kenarına aşağıda bir dizi üç 1 mm kalın K-tipi thermocouples düzeltmek. Silindir, RADIUS ile yaklaşık 1-2 cm her ısıl arasında bir mesafe boyunca ölçmek thermocouples düzenleyin. Thermocouples bir veri logger bağlayın.
  5. Bir kıvılcım ateşleyici bir metal çubuk içinde COFA standları bir metal stand ile metal kelepçe iliştirin. Böylece ateşleyici kolayca tarafsız bir konumdan bir konuma taşınabilir standı yer merkezi bir yerde Borcam cam silindir ve tarafsız konumunu yeniden başa yukarıda 2-3 cm.
  6. Ham petrol eşdeğeri bir 5 mm kalın yağ tabakası Borcam cam silindir (yoğunluk ve 104 mL hacmi dayalıYani ) için bir miktar bir alüminyum tabakta tartın.
  7. Ham petrol Borcam cam silindir içinde su dökmek. Silindirin alt dışında petrol yayılımı çok hızlı yağ dökerek değil dikkatli olun. Alüminyum çanak daha tartmak ve gerçek kilo Borcam cam silindir dökülür ham petrol kayıt.
  8. Yavaş yavaş yağ yüzeyi ile temas üç thermocouples sadece gelene COFA için su ekleyin. Kıvılcım ateşleyici yukarıda yağını konumuna taşıyın.
  9. Her saniye belirli tarama numarasıyla eşleşen veri logger ve eşit bir kronometre başlatın. Yormak kukuleta, pervane ve kıvılcım ateşleyici açın. Kızılötesi ısıtıcılar açın ve güç çıkışı 8.2. adımda bulunan yüzdesine ayarlayın.
  10. Ateşleme petrol üzerine kronometre ve veri logger durdurmak kıvılcım ateşleyici açmak ve tarafsız konumuna hareket Kızılötesi ısıtıcılar ve pervane kapatın. Sonra dikkatlice Borcam cam silindir üzerinde yanmaz paravan yerleştirerek yangın söndürmek. Yangın söndürme taşınacak thermocouples gerektirebilir uzakta ilk.
  11. Toplamak ve hidrofobik emme yastıkları ile ham petrol atmayın. Su seviyesi tekrar ısı akış ölçer ile yatay düzlemde için olay ısı akısı ölçmek için düşük olana COFA gelen su tahliye. Borcam cam silindir uçucu bir polar olmayan çözücü ile temizleyin.
  12. Üç thermocouples sıcaklığını tarama numara bir fonksiyonu olarak çiz. Kronometre, ilgili tarama sayı ve çizilen grafik zamanında dayanarak, ateşleme test ham petrol üzerine yüzey sıcaklığı belirlemek.
  13. Test edilecek her ek petrol için adımları 8.2-8.12 yineleyin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 5 30 wt % 2. adımda açıklanan yöntemi kullanarak bir kaybı için birden fazla gün içinde buharlaşıp hafif bir ham petrol buharlaşma eğrisi gösteriyor. Şekil açıkça ilk günü Evaporatif ayrışma sonra (19 h), buharlaşma hızı önemli ölçüde, duraklar için protokolünde bahsedilen sağlayan azalma gösterir.

Şekil 6 ateşleme gecikme süresi olay ısı akısı koni ısıtıcı (adım 7, Şekil 2-3) üzerinden bir fonksiyonu olarak taze Grane (ağır ham petrol) gösterir ve Grane 7 wt % kayıplarla buharlaşmış. Sonuçları artan ateşleme mesafeye buharlaştırılmış ham yağlar için bir örnek vermek. Ayrıca, dikey Asimtotlar tarafından temsil edilen kritik ısı akısı da Evaporatif kayıp bir fonksiyonu olarak artar. Genel olarak, bu sonuçlar bir ateşleme kaynağı ham yağlar bu farklı türleri tutuşturmak için olması gereken güç ve pozlama süresi bir izlenimi vermek. Burada açıklanan protokolü ile elde edilen ek sonuçlar bulunabilir Van Gelderen, Rojas Alva, ve ark. 32

Bir işlev olay ısı akı Şekil 7' de gösterildiği gibi bir daha tipik tanıtım ateşleme gecikme süresi. Ham petrol slicks genellikle termal olarak kalın malzeme olarak davranır ve ateşleme gecikme süresi (tIG) sonra EQ (2)19,32tarafından tanımlanabilir.

Equation 2(2)

K ısı iletkenliği, ρ yoğunluğu, c özgül ısı katsayısı, TIG ateşleme, T∞ (20 ° C olduğu varsayılır) ortam sıcaklığı üzerine yüzey sıcaklığı burada bir absorptivity, ve Equation 3 olay ısı akısı. Bu denklem yeniden ateşleme gecikme süresi olay ısı akısı (EQ 3) doğrusal bir fonksiyonu olarak verir.

Equation 4(3)

Ateşleme gecikme süresi 1 şeklinde komplo tarafından /Equation 5 olay ısı akısı bir fonksiyonu olarak, verileri bir doğrusal eğilim çizgisini göster ve bu nedenle veri geçerliliğini değerlendirmek için izin. Ayrıca, eğilim çizgileri farklı ham yağlar için yamaçları çünkü onların göreceli termal inertias (kρc) belirtisi vermek de o kadar düşük eğim ham petrol kadar ısı (ve böylece tutuşturmak için) zor.

Buharlaştırılmış Grane (Şekil 7) sonuçları ile 0.991 R2 değeri doğrusal eğilim çizgisini ile uygun bir veri kümesinin iyi bir örnek ver. Öte yandan, taze Grane için sonuçlar açıkça daha yüksek ısı tozlar (30 kW/m2), doğrusal eğilim sapma için başlatın. Bu davranış büyük olasılıkla son derece kısa ateşleme mesafeye tarafından kaynaklanır (< 10 s), böyle yüksek ısı Cerayanlar uçucu yakıt bu tür için. Taze Grane, diğer taze ham yağlar benzer çok hızlı bir şekilde yüksek olay ısı tozlar altında tutuşturmak uçucu bileşenlerin yüksek miktarda içerir. Temel EQ (2) oksijen ile karıştırın ve kıvılcım ateşleyici ulaşmak için yakıt buharlaşan yanıcı gazlar için gereken zaman bu varsayımlar biridir ihmal edilebilir33. Ateşleme mesafeye az 10 saniye ile ancak, ateşleme gecikme süresi için önemli bir katkı sırasına birkaç saniye olduğu tahmin edilmektedir, karıştırma bu sefer hale gelir. Denklem (2) o zaman artık bu kısa ateşleme mesafeye ile geçerli değil ve bu nedenle veri doğrusal eğilim satırından sapma sergiliyor. Çok uçucu ham yağlar yanma okurken, bu davranış böylece dikkate ateşleme gecikme saat verilerini analiz ederken alınmalıdır.

Şekil 8 ısı yayın oranları taze hafif ham petrol ve bir emülsifiye hafif ham petrol (2-3 adımları göre hazırlanmış) için zamanın bir fonksiyonu olarak gösterir. Isı yayın oranları O2, CO2ve CO konsantrasyon ölçümleri gaz analizörü (7. adım) göre EQ (26) Janssens34üzerinden üzerinden hesaplanır. Daha fazla bilgi için Ek belge bu hesaplamalar üzerinde bakın. Taze ham petrol herhangi bir su içermeyen tüm ham yağlar temsilcisidir zaman içinde yavaş yavaş azalan bir ısı yayın oranı bir tipik ısı yayın oranı profilini gösterir. Emülsifiye ham petrol explosiveness boilover olgusunun bir faktör beş kat daha fazla boilover önce düzenli yanan faz kadar hızla artar ısı yayın oranı ile iyi bir örneği gösterilir. Boilovers son derece düzensiz olayları, olsa da, ve şiddeti, süresi ve zaman oluş istikrar ve ham petrol içinde su hacmi yüzdesi üzerinde bağlıdır.

Şekil 9 kayıp 7 wt % ile taze bir hafif ham petrol ve ağır buharlaştırılmış petrol için olay ısı akı bir fonksiyonu olarak yanma verimliliği ve yanma hızı gösterir. Yanma hızı ve yanma verimliliği her iki ham petrol türleri için olay ısı akı ile artacaktır. Düşük ısı Cereyanlar yanma verimliliği taze hafif ham petrol ve ağır buharlaştırılmış ham petrol arasında önemli bir fark gösterir. Yüksek ısı Cereyanlar yanma verimliliği bu yağlar için tüm tip-in taze ve yıpranmış ham petrol için tipik davranış olduğu benzer değerlere birleşirler. Yanan zaman da her yağ türü için farklı olabilir olay ısı akısı bir fonksiyonu olarak değiştirdiği için yazma oranı için farklı yağlar, yakınsak bu eğilim göstermez. Ham su içeren yağlar için su kesir prensipte için çünkü yanmaz malzeme yanma verimliliği ve yanma oranı hesaplanırken muhasebesi değil. Ancak, yazma sırasında su buharlaşır ve yakıt petrol ve Su damlacıkları propels gibi ilave boilover başlangıçlı yanma verimliliği ve yanma hızı tahminleri olmak zordur. Bu nedenle, emülsifiye ham yağlar böylece sapmalar, örneğin Şekil 9' da gösterilen verileri görüntüleyebilir ve yanma verimliliği ve ham su içeren yağlar yanma hızı sonuçlarını analiz ederken özen gösterilmelidir.

Şekil 10 yakıt yüzeyde iki thermocouples yüzey sıcaklığı zaman bir buharlaştırılmış hafif ham petrol için bir işlev kayıplar 20 wt % COFA kurulum (Adım 8, şekil 4) olarak gösterir. Sonuç açık ani bir sıcaklık 178 sonra gösterir s. Şu bu önce ham petrol yüzey sıcaklığı 129 ° her iki thermocouples tarafından ölçülen ateşleme üzerine yüzey sıcaklığı olan C andır. Ateşleme gecikme zamanlı sonuçlar için bu yağ (7. adım) ile birlikte, EQ (2) daha sonra petrol için Termal atalet hesaplamak için kullanılabilir. Tablo 1 buharlaştırılmış bu hafif ham petrol yüzey sıcaklık kontak 129 ° C ve onun ateşleme mesafeye olay ısı akısı bir fonksiyonu olarak üzerine dayalı Termal atalet değerlerini gösterir. Wu, ve ark. 19 absorptivity ham yağlar için birlik için ayarlanamadı ve bu dönem böylece Termal atalet hesaplamalara dahil buldum. Edebiyat değerleri karşılaştırma amaçları için ham yağlar için Termal atalet-ebilmek bulunmak içinde Wu, ve ark. 19 ve Ranellone, ve ark. 20

Figure 1
Resim 1 : COFA kurulum şemalarını. Şemaları Borcam cam silindir ayrıntılı bir görünümünü (solda), stand, yukarıdan COFA (orta) ve bir kesit görünümü tam kurulum (sağda) içerir. Buna ek olarak, üç yakın çekimler (a-c) bir grup iletişim kuralı adımları 4.1 (a), 4,4 (b) ve 4.5 (c) karşılık gelen COFA dolum işlemi gösterir. COFA kurulum adım 4'te yanma verimliliği ve ham petrol koni kuruluma yanma hızı kalibrasyon noktaları belirlemek için kullanılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2 : Tam koni kuruluma (değil ölçeklemek için) şematik bakış. Kur bir koni ısıtıcı kontrol ünitesi, bir ısmarlama koni örnek sahibi, Peristaltik pompa ve su soğutma rezervuar ve gaz analyzer ile bir çok yormak kukuleta ile oluşur. Çizimleri de su tüpler (Adım 5.1) ısıl yerleşim bir close-up özelliği. Bu kurulum 7. adımda ham yağlar yanma incelemek için kullanılır. Onlar metal sahibi tarafından ayrılır gibi petrol ve soğutma suyun içine bu kurulum arasında doğrudan temas olduğunu unutmayın. Koni örnek sahibi ayrıntılarını şekil 3' te verilmiştir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3 : Koni kuruluma dairesel örnek sahibinin ayrıntılı kesitsel şematik. Metal kenarlar ateşleme taşan petrol önlemek ve yeniden radyasyon en aza indirmek için yağ birikintisi 30 ° açılı olan. Bu koni örnek sahibi 7. adımda ham yağlar yanma incelemek için kullanılır. Onlar metal sahibi tarafından ayrılır gibi petrol ve soğutma suyun içine bu kurulum arasında doğrudan temas olduğunu unutmayın. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4 : COFA şemaları kurulum yüzey sıcaklığı ham petrol ateşleme üzerine eğitim için. (Solda) bir üstten görünüm şemasını göster ve kesit görünümü (sağda) ve kurulum kızılötesi (IR) Isıtma cihazları, bir kıvılcım ateşleyici ve üç thermocouples kümesi yağ tabakası (Adım 8) yüzey sıcaklığı ölçmek için içerir. Ek ayrıntıları COFA yapısı şekil 1' de gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5 : Evaporatif kayıp zamanın bir fonksiyonu olarak hafif ham petrol (DUC). Veri 2. adımda açıklanan hava kabarcıklanma yöntemini kullanarak elde edilmiştir ve azaltılmış buharlaşma oranı sonrası ilk gün (19 h) açıkça gösteriyor.

Figure 6
Şekil 6 : Ateşleme gecikme zamanlı sonuçlar bir fonksiyonu olarak olay ısı bir taze için akı ve buharlaşıp (7 wt % kayıp) ağır ham petrol (Grane). 7. adımda protokolüne göre koni kurulum (Şekil 2) kullanarak bu veri elde edilmiştir. Dikey Asimtotlar 1 kW/m2 üst aralığı içindeki kritik ısı akısı (4 ve 7 kW/m2) gösterir. Hata çubukları üzerinde 2-3 deney dayalı bir veri aralığını gösterir.

Figure 7
Şekil 7 : Ateşleme gecikme zamanlı sonuçlar bir fonksiyonu olarak olay ısı bir taze için akı ve buharlaşıp (7 wt % kayıp) ağır ham petrol (Grane). Bu veriler 7. adımda protokolüne göre koni kurulumu (Şekil 2) kullanarak ve EQ (2) ile işlenen elde edilmiştir. Sonuçlar beklendiği gibi buharlaştırılmış Grane taze Grane, daha yüksek bir Termal atalet olduğunu gösterir. Grafik Ayrıca nasıl, yüksek olay ısı Cereyanlar, uçucu ham yağlar için çok kısa ateşleme gecikme kez gösterir (< 10 s) doğrusal eğilim satırından sapma. Hata çubukları üzerinde 2-3 deney dayalı bir veri aralığını gösterir.

Figure 8
Şekil 8 : Isı yayın hızı ışık taze ham petrol ve bir emülsifiye hafif ham petrol ile zamanın bir fonksiyonu olarak buharlaşıp wt % 40 ve 40 vol % su içeren kayıp. Verileri O2, CO2ve CO konsantrasyon ölçümleri gaz analizörü (7. adım) göre EQ (26) Janssens34üzerinden gelen işleyerek koni kurulum (Şekil 2) elde edilmiştir. Taze ham petrol ham yağlar su olmadan normal ısı yayın oranı profil içerik gösterir. Bir boilover yaz sonunda emülsifiye hafif ham petrol sonuçlandı ve onun ısı yayın profil düzenli ham petrol ateşe göre bir boilover yoğunluğunu bir göstergesi verir.

Figure 9
Şekil 9 : Yanma verimliliği ve yazma oranı taze hafif ham petrol (DUC) ve bir buharlaştırılmış ağır ham petrol için olay ısı akı bir fonksiyonu ile kayıp 7 wt % olarak (Grane % 7). Veri içinde adım 7 göre koni tertibat (Şekil 2) elde edilmiştir ve nasıl farklı ham petrol türleri yanma verimliliği yüksek olay ısı Cereyanlar yakınsama göster. Tüm veri noktalarını gösterilen Ortalamalar üzerinden % 2.5 en fazla bir hata vardı.

Figure 10
Şekil 10 : Sıcaklık yüzey iki thermocouples zamanın bir fonksiyonu olarak kayıplar 20 wt % buharlaştırılmış hafif ham petrol ile COFA bir ateşleme deney sırasında. Verileri adım 8'protokolüne göre COFA kurulumunda (şekil 4) elde edilmiştir. Ani ani sıcaklık 178 sonra artış s an ateşleme gösterir. Sıcaklık hemen önce bu ani sıcaklık diken ateşleme üzerine yüzey sıcaklığı gösterir.

TIG (° C) Equation 3
(kW/m2)		 tIG (s) (kW * s0,5/ (m2* K))
129 4 263 0,63
5 109 0,5
10 36 0,58
15 13 0,52
20 8.4 0.56
30 5.4 0,67
40 5.2 0,88

Tablo 1: ateşleme mesafeye ve olay bir fonksiyonu olarak karşılık gelen Termal atalet ısı kayıp 20 wt % ile buharlaştırılmış hafif ham petrol için akı. Termal atalet içinde adım 7 ve 8. adımda ateşleme veri üzerine yüzey sıcaklığı elde ateşleme gecikme saat verileri esas EQ (2), kullanılarak hesaplanır.

Ek belge Bu belgeyi karşıdan yüklemek için lütfen buraya tıklayın

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu yazıda ele iki ayrışma yöntemleri dökülmüş bir yağ su17' ye tabi tutulur ayrışma işlemleri nispeten basit bir yaklaşım vardır. Diğer, daha sofistike ayrışma yöntemleri Brandvik ve Faksness35tarafından açıklanan dolaşımdaki savağı gibi yıpranmış ham petrol örnekleri sağlamak için de kullanılabilir. Sunulan yöntemleri basit ekipman gerektiren ve laboratuvar ortamında kolayca yapılabilir avantajdır. Elde edilen yıpranmış ham yağlar, sonra temsilcisi sonuçları bölümünde gösterildiği gibi yanma ve bu iletişim kuralı, yanma verimliliği çalışmalarda amaçları için fonksiyonel.

Bir iletişim kuralındaki ana sınırlamaları koni kurulum (Adım 5) soğutma suyu kalibrasyonu var. Başvuru veri elde edilebilir için sahada yapılan deneyler koni ayarı olarak aynı ölçekte ve benzer koşullar altında yanan in situ konudur. Ayrıca uygulamada yanan bir ham petrol ve akan su alt katman ısı dengesini belirlemek için kullanılabilir hiçbir hazır ısı transferi modeli var. Bu nedenle kalibrasyon soğutma suyu COFA kurulum (Adım 4) deneysel verileri esas zorunda. Protokolünde bahsedilen, kalibrasyon sonra her yağ veya her iki tek yağlar için ayrı olarak yapılabilir. Başvuru veri veya uygun ısı transferi modeli, bu yöntemlerin varsa, in situ ham yağ su yanma için ısı dengesi doğru bir gösterimini veren bilmek mümkün değildir.

Koni kurulumunda ısı dengesi daha da koni örnek sahibi akar su soğutma kapasitesini etkileyebilir bir dış ısı akısı ham petrol subjecting tarafından karmaşıktır. Ham petrol koni ısıtıcı altında yazma sırasında outflowing su zamanla, hangi ölçüde olay ısı akısı bağlıdır sıcaklık artar. Buhar dışarı suyu çıkışı geldiği 50 kW/m2maksimum olay ısı akısı, su bile kaynama olması için gözlendi. Ne ölçüde, koni ısıtıcı (ve değil yanan petrol) doğrudan soğutma su ısıtılır ve sonuçları üzerinde önemli bir etkisi olup şu anda belli değil. Geniş ampirik deneysel çalışma sadece kalibrasyon tüm test olay ısı Cerayanlar ve her test yağlı tip soğutma suyu optimize etmek mümkündür. Bu sorunları rağmen hiç şüphesiz koni kurulumunda soğutma suyu uygulama koşulları yanan in situ temsil etmek için koni kurulumunun yeteneği geliştirmek. Soğutma suyu düşük yanma verimliliği çoğaltmak başarısız olmadan bir örnek sahibi ile ön deneyler COFA içinde gözlenen ve in situ petrol yanan temsil etmek için kullanılamadı. Tartışılan sınırlama böylece olup koşulları ham petrol su ama hangi ölçüde yanan geçerli koni Kur temsil in situ doğru bu koşulların temsil meselesi değildir. Biz farkında olarak sunulan laboratuvar yordamı, bu sınırlamaya rağmen şu anda yanma ve in situ ham petrol su yanma yanma verimliliği için en gerçekçi yöntemidir.

Protokol bir kritik COFA kurulum (Adım 8) kontakta üzerine yüzey sıcaklığı ölçümü adımdır. Pervane açık olduğunda, yağ tabakası içinde Borcam cam silindir yüzeyine olabildiğince hala çok önemlidir. Petrol yüzey (dikey) çekimde çok fazla ise, konumu ve pervane (Adım 4) akışı türbülans yağ yüzeyi azaltmak için ayarlanmalıdır. Hala bir petrol yüzey doğru ateşleme 8. adımda üzerine yüzey sıcaklığı ölçmek için çok zor olur. Kızılötesi ısıtıcılar seçiminde de bu adımı başarısı için önemlidir. Bu iletişim kuralı geliştirilmesi sırasında Kızılötesi ısıtıcılar bir çok yüksek radyasyon çıkışı, mümkün olduğu kadar kompakt olurken ve sıcaklık ölçümleri ile müdahale değil bir soğutma sistemine sahip olması gerekir bulundu. Böylece COFA kurulum için Klima cihazları bir dizi şekil 4' te seçerken dikkat önemlidir. İdeal olarak, Kızılötesi ısıtıcılar bir ısı akısı en az 15 kW/m2 çok daha fazla Borcam cam silindir 5 cm daha uzak mesafelerde sağlamak mümkün olması gerekir. Bu ham yağ yakıcı Kızılötesi ısıtıcılar kullanarak sağlayacak. Ham yağlar yanma verimliliği sonra bir olay ısı akısı daha iyi koşullar yanan in situ temsil eden bir deneysel kurulumunda bir fonksiyonu olarak test edilebilir.

Daha fazla ilerleme-e doğru koşullar yanma yanma ve yanma verimliliği deneyler sırasında in situ gösterimini çeşitli değişiklikler veya eklemeler COFA ve koni ayarları aracılığıyla yapılmış olabilir. Şu anda, deneyler çok sakin çevresel koşullar altında yapılmaktadır. Dalgalar ve Rüzgar da ham petrol5,21,36,37yanıcılığını etkileyebilir saha çalışmaları, ancak, yanan situ tarafından gösterilmiştir. Bu koşullar benzetimini yapmak için örneğin bir dalga makinesi ve bir rüzgar su yüzey üzerinde oluşturmak hayranları ile COFA donatılmış. Soğuk iklimlerde simüle edilebilir koni kurulumunda Ranellone için benzer bir soğuk soğutma orta kullanarak ve ark. 20, veya buz COFA vücutta su ekleyerek. Son olarak, çünkü bu aynı zamanda yanma ve ham yağlar5,22yanma verimliliği etkilemek için bilinen bir parametre ham petrol slicks ilk kalınlığı deneylerde değiştirilebilir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Yazarlar Danimarka Konseyi (Grant DDF - 1335-00282) proje finansmanı için bağımsız araştırma için teşekkür etmek istiyorum. COWIfonden ham petrol yanıcılığını aparatı ve kanal ekleme de dahil olmak üzere gaz analizörü, inşaatı finanse. Maersk petrol ve Statoil temsilcisi sonuçları için kullanılan ham yağlar sağlanan. Hiçbiri-in belgili tanımlık kefil protokol veya bu kağıt sonuçlarını dahil edilmiştir. Yazarlar ayrıca Ulises Rojas Alva değiştirilmiş koni örnek tutucu inşa ile yardım için teşekkür etmek istiyorum.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Allen, A. A. Contained Controlled Burning of Spilled Oil During the Exxon Valdez Oil Spill. Proceedings of the Thirteenth Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar. 305-313 Environment Canada, , 305-313 (1990).
  2. 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).
  3. AMAP. Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic - Effects and Potential Effects. 1, AMAP. , Oslo, Norway. 423 (2010).
  4. Nuka, Research Planning Group, LLC. Oil Spill Prevention and Response in the U.S. Arctic Ocean: Unexamined Risks, Unacceptable Consequences. , The PEW Environment Group. Washington, D.C. 136 (2010).
  5. Buist, I. A., et al. In Situ Burning in Ice-Affected Waters: State of Knowledge Report Final Report 7.1.1. , Arctic Response Technology. 293 (2013).
  6. EPPR. Guide to Oil Spill Response in Snow and ce Conditions in the Arctic. , Emergency Prevention Preparedness and Response (EPPR). 184 (2015).
  7. Opstad, K., Guénette, C. Fire on the Sea Surface, Ignitability and Sustainability Under Various Environmental Conditions. Fire Safety Science. 6, 741-752 (2000).
  8. 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).
  9. 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 . , Environment Canada 795-808 (1997).
  10. 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, SINTEF Materials and Chemistry. Trondheim. (2010).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Fingas, M. F., et al. The Newfoundland Offshore Burn Experiment - NOBE. In Situ Burning Oil Spill Workshop Proceedings, , NIST. 63-70 (1994).
  15. Guénette, C. C., Wighus, R. In situ Burning of Crude Oil and Emulsions in Broken Ice. Proceedings of the Nineteenth Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar, , Environment Canada. 895-906 (1996).
  16. Potter, S. Tests of Fire-Resistant Booms in Low Concentrations of Drift Ice - Field experiments May 2009. Report No. 27. 27, SINTEF. Trondheim. 17 (2010).
  17. AMAP. Assessment 2007: Oil and Gas Activities in the Arctic - Effects and Potential Effects. 2, AMAP. Oslo, Norway. 277 (2010).
  18. Buist, I. Window-of-Opportunity for In Situ Burning. Spill Sci. Technol. Bull. 8 (4), 341-346 (2003).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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. Proceedings of the Sixteenth Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar, , Environment Canada. 735-748 (1993).
  22. 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).
  23. ISO 17554:2014(E) Reaction to fire tests – Mass loss measurement. , International Organization for Standardization. Geneva. 28 (2014).
  24. ISO/TR 9705-2:2001(E) Reaction-to-fire tests – Full-scale room tests for surface products – Part 2: Technical background and guidance . , International Organization for Standardization. Geneva. 39 (2001).
  25. Stiver, W., Mackay, D. Evaporation rate of spills of hydrocarbons and petroleum mixtures. Environ. Sci. Technol. 18 (11), 834-840 (1984).
  26. Buist, I., Potter, S., Zabilansky, L., Guarino, A., Mullin, J. Oil Spill Response: A Global Perspective. Davidson, W. F., Lee, K., Cogswell, A. , Springer. Netherlands. 41-62 (2008).
  27. Daling, P. S., Moldestad, M. Ø, Johansen, Ø, 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Evans, D. D., Mulholland, G. W., Gross, H., Baum, H., Saito, K. Burning, smoke production, and smoke dispersion from oil spill combustion. Proceedings of the Eleventh Arctic and Marine Oilspill Program (AMOP) Technical Seminar, , Environment Canada. 41-87 (1988).
  31. Guénette, C. C., Sveum, P., Buist, I., Aunaas, T., Godal, L. In situ burning of water-in-oil emulsions. , Marine Spill Response Corporation. Washington D.C. 139 (1994).
  32. 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).
  33. Quintiere, J. G. Ch 7. Fundamentals of Fire Phenomena. , John Wiley & Sons, Ltd. 159-190 (2006).
  34. Janssens, M. L. Measuring rate of heat release by oxygen consumption. Fire Technol. 27 (3), 234-249 (1991).
  35. 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).
  36. Wighus, R., Guènette, C. Fire on the sea surface - Experiments hazard assessment 1995. Report No. NBL A07129. , SINTEF. Trondheim. 40 (2007).
  37. 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).

Tags

Mühendislik 135 in Situ yanma ham petrol ayrışma ısı transferi yanma yanma verimliliği yayın
<em>Situ</em> yanan laboratuar çalışmaları için deneysel işlemin: yanma ve yanma verimliliği ham petrol
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

van Gelderen, L., Jomaas, G.… More

van Gelderen, L., Jomaas, G. Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil. J. Vis. Exp. (135), e57307, doi:10.3791/57307 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter