その場で燃焼の実験的研究のための実験: 燃焼と原油の燃焼効率
Summary
同時に燃焼しその場で燃焼海の操作をシミュレートする条件の下で新鮮なと風化の原油の燃焼効率を研究するためのプロトコルを紹介します。
Abstract
同時燃焼研究と 2 つの実験室のセットアップを通じて新鮮で風化の原油の燃焼効率のための新しい方法を提示します。実験は、まだ非常に現実的な場で燃焼水に原油の条件を搭載しながら運用実験 (プール直径 ≥2 m)、に比べて簡単に再現。実験条件は、流れる水のサブレイヤーは、油膜と事業規模原油プール火災の燃料表面に高い熱フィードバックをシミュレートする外部の熱フラックス (最大 50 kW/m2) を冷却を含まれます。これらの条件は、運用実験に相当する原油プール火災の燃焼効率の制御実験を有効にします。メソッドは、限界熱流束の面で原油を点火、着火遅れ時間入射熱流束、点火、時に表面温度と熱慣性の関数としての要件に関する定量的なデータを提供します。この種類のデータは、必要な強度と発火源が特定の種類の新鮮なまたは風化原油を点火するための期間を判断する使用できます。メソッドの主な制限は、流れる水の冷却効果サブ層の燃焼の原油の外部の熱流束の機能を完全に定量化されていません。流れる水の副層をどのように代表的なこのセットアップはその場で燃焼条件の改善はどの程度この表現は正確には現在あるが実験の結果を示した。それにもかかわらず、最も現実的なその場で燃焼燃焼を同時に勉強と水の原油の効率を焼くのため現在利用可能な実験条件特徴方式。
Introduction
その場で水で流出原油の燃焼は燃焼およびすす、ガス燃焼生成物に変換することによって水表面から流出油を除去する海洋石油流出応答法です。この応答メソッド エクソンバルディーズ号1とディープウォーターホライゾン2油流出の中に正常に適用され、北極3,4,5 の潜在的な石油流出応答法として定期的に記載されて ,6。その場でオイルの燃焼が流出応答法として成功するかどうかを決定する主要なパラメーターは、燃焼とオイルの燃焼効率です。可燃性、最初のパラメーターでは、どのように簡単に燃料の発火できるし、完全に開発された火のための燃料表面上拡散炎につながることができますをについて説明します。燃焼効率を計算、2 番目のパラメーターは、火で水表面から効果的に削除される (wt %) で油の量を表しています。つまり、燃焼とその場で燃焼条件の下で別の原油の燃焼効率が期待される理解に関連します。
その場で燃焼の目的は通常、点火システム5,7,8,9定性的な議論との現実的な問題として解決のため、水に油の着火がスリック タイヤします。点火に実用的なアプローチ流出油バイナリの問題として、「点火」または「ない点火」オイルのラベル (例えばBrandvik、フリット ・ ラスムッセンら 。10) が違います、しかし、根本的な視点から。理論的には、適切な点火源を与えられた任意の燃料を発火できます。したがって、「点火しない」としてラベルが原油の特性を理解する別の原油の種類の広い範囲のため点火要件を定量化する関連性の高いです。この目的のための入射熱流束、油と熱慣性、すなわち熱油はどのように難しいの限界熱流束関数として油の着火遅れ時間の研究を開発した方法を使用できます。
以前の研究では、我々 は燃焼効率を支配する主なパラメーターは、プール直径の機能である燃料表面11、熱フィードバックを仮定しました。理論説明研究レポート低燃焼効率 (32-80%)8,12,13と大規模な研究 (プール直径 ≥2 m) に基づく燃焼効率の明白なプールのサイズ依存性高燃焼効率 (90-99%)14,15,16を報告します。ここで説明する方法は、提案の理論をテストする設計されました。一定の外部熱流束に小規模な実験を施す、によって管理された実験室の条件の下で大規模なプール火災の高熱フィードバックをシミュレートできます。など、先進のメソッドは、外部の熱流束を変化させることにより、径の関数として効果的に燃焼効率を勉強できます。
その場での大規模をシミュレートするために外部の熱フラックスに加えて操作、冷水流量による油膜の冷却、海の流れの冷却効果をシミュレートする実験のセットアップ機能を燃焼します。議論の方法は新鮮で風化した原油と互換性がさらに。原油の風化は、その揮発性成分とフォーム水-油エマルション (例えば、 AMAP17) に水と混合の損失などの水にしたら、原油に影響を及ぼす物理的、化学的プロセスをについて説明します。蒸発と乳化18原油の燃焼性に影響を与える主な風化過程の 2 つでありこれらの風化の過程をシミュレートするためのプロトコル説明したメソッドに含まれています。
ここで、可燃性およびその場で燃焼海の操作をシミュレート条件下で原油の燃焼効率を決定する応用手法を提案します。難燃性および原油の燃焼効率に関する先行研究は、同等と別の方法を紹介しました。外部の熱フラックスの関数として新鮮で風化した原油の燃焼性は水19と北極の気温20の下で調べた。燃焼効率研究通常新鮮なの種類に焦点を当てるし、風化原油オイルと固定スケールで環境条件 (例えば、フリット ラスムッセン,ら 。8Sveum、ベックら。21). 化学の牧夫に含まれる原油の燃焼に関する最近の研究は、著者の知識の小さく、中間燃焼効率を研究する最初と大規模な実験と同様の条件13。大規模な実験は、しかし、時間とそのような実験を行うために必要なリソースの豊富な量のためのパラメトリック研究は容易に入手できません。前述のように研究の提案手法の主な利点は、同時に両方燃焼・燃焼原油半現実的な条件下での効率を計算できます。原油のこれらの 2 つのパラメーターを別の油の種類と簡単に再現性のある実験を通して (シミュレートされた) プール直径の両方の関数として勉強の組み合わせだった以前練習で可能であります。
Protocol
Representative Results
Discussion
本稿で説明した 2 つの風化メソッドは、水の流出油は17に服従すること風化過程の比較的単純な近似です。他のより洗練された風化方法は、35Brandvik と Faksness によって記述される循環水路などの風化した原油のサンプルを提供するためにも使用できます。提示方法の利点は、シンプルな機器を必要とし、ラボ環境で簡単に実施することができることです。?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、プロジェクト (グラント DDF – 1335-00282) を資金調達のための独立した研究のためデンマーク評議会に感謝したいと思います。COWIfonden 原油燃焼装置、ガス分析装置、ダクト挿入を含むの建設資金を提供します。マースク油およびスタット ・ オイルは、代表的な結果を得るのために使用された原油を提供しました。スポンサーのどれもは、プロトコルまたは本研究結果に関与しています。著者も感謝したい Ulises ロハス アルバ変更された円錐形の試料ホルダーを構築支援します。
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. |
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