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Engineering

현장에서 불타의 실험실 연구에 대 한 실험 절차: 가연성 및 원유의 점화 효율성

Published: May 1, 2018 doi: 10.3791/57307

Summary

여기, 선물이 동시에 가연성 및 현장에서 불타는 바다에 대 한 작업을 시뮬레이션 하는 조건 하에서 신선 하 고 풍 화 원유의 레코딩 효율성 연구 프로토콜.

Abstract

가연성의 동시 연구 및 2 개의 실험적인 실험실 설정을 통해 신선 하 고 풍 화 원유의 레코딩 효율성에 대 한 새로운 방법을 제시 합니다. 실험 운영 규모 실험 (풀 직경 ≥2 m), 여전히 꽤 현실 갖춘 현장에서 불타는 물에 원유의 조건 비교 쉽게 반복 있습니다. 실험 조건 냉각 오일 슬 릭 및 운영 규모 원유 풀 화재에 연료 표면에 높은 열 피드백을 시뮬레이션 하는 외부 열 플럭스 (최대 50 원/m2) 흐르는 물 하위 레이어를 포함 합니다. 이러한 조건에 해당 운영 규모 실험 하는 원유 풀 화재의 레코딩 효율성의 제어 실험실 연구 가능 메서드는 또한 임계 열 유 속에서 원유 오일 점화, 사건 열 플럭스, 점화, 시 표면 온도 및 열 관성의 기능으로 점화 지연 시간에 대 한 요구 사항에 정량적 데이터를 제공합니다. 이러한 유형의 데이터는 필요한 힘과 신선한 또는 풍 화 오일의 특정 종류를 점화 하는 점화 소스의 기간 결정 하 사용할 수 있습니다. 방법의 주요 한계는 흐르는 물의 냉각 효과 하위 레이어 레코딩 원유로 외부 열 플럭스의 기능 완벽 하 게 계량 하지는 이다. 실험 결과 명확 하 게 흐르는 물 하위 레이어 레코딩 조건 제자리에서 어떻게 대표이 설치는 개선지 않습니다 하지만 어느 정도이 표현은 정확 하지 않습니다 현재 불확실 했다. 메서드는 가장 현실적인 현장에서 불타는 동시에 가연성을 공부 하 고 불타는 물에 오일의 효율성에 대 한 현재 사용 가능한 실험실 조건 역시 갖추고 있습니다.

Introduction

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현장에서 물에 유출된 원유의 불타 레코딩과 매연 및 가스 연소 제품에 그것을 변환 하 여 물 표면에서 유출된 기름 제거 해양 기름 유출 응답 방법입니다. 이 응답 엑손 발데즈1 과 심해의 지평선2 기름 유출 동안 성공적으로 적용 된 방법과 정기적으로 북극3,4,5에 대 한 잠재적인 기름 유출 응답 방법으로 언급 한 ,6. 제자리에서 기름의 불타 유출 응답 방법으로 성공적 될 것입니다 여부를 결정 하는 핵심 매개 변수에 두는 가연성 및 석유의 연소 효율성입니다. 첫 번째 매개 변수, 가연성, 얼마나 쉽게 연료 발 화 될 수 있는 및 완전 개발된 불 귀 착될 연료 표면 확산 화 염으로 이어질 수 있습니다 설명 합니다. 불타는 효율성, 두 번째 매개 변수 (wt %)에 불에 의해 물 표면에서 효과적으로 제거 하는 석유의 양을 표현 한다. 그것은 따라서 이해는 가연성 및 현장에서 레코딩 조건 아래 다른 원유 오일의 예상된 레코딩 효율성 관련이 있다.

제자리에서 레코딩 목적 점화 시스템5,7,,89에 대 한 질적 논의와 실제적인 문제 해결 일반적으로 대 한 석유의 점화 물에 slicks. 실용적인 접근의 점화에 쏟 이진 문제로 오일 그리고 "화성" 또는 "하지 요령" 오일 라벨 (예: Brandvik, Fritt-라 스무 센, 외 알. 하지만 10)은,, 근본적인 관점에서 올바른. 이론에서는, 어떤 연료 주어진 적절 한 점화 소스를 붙 였을까 될 수 있습니다. 그것은 그러므로 더 나은 이해 "하지 요령"으로 레이블 것이 원유의 속성을 다른 원유 종류의 넓은 범위에 대 한 점화 요구 계량 관련이 있다. 이 목적을 위해 개발 된 방법 사건 열 유 속, 기름 및 그것의 열 관성, 얼마나 어려운 그것은 기름을 열 하는 중요 한 열 플럭스의 기능으로 오일의 점화 지연 시간을 공부 하 사용할 수 있습니다.

이전 연구에서 우리는 레코딩 효율성을 관리 하는 주요 매개 변수는 수영장 직경의 기능 연료 표면11, 열 피드백은 가정. 실험실 연구 보고 낮은 레코딩 효율성 (32-80%)8,,1213 및 대규모 연구 (풀 직경 ≥2 m)에 따라 레코딩 효율성의 명백한 풀 크기 종속성을 설명 하는 이론 높은 연소 효율 (90 ~ 99%)14,15,16보고. 여기에 설명 된 메서드는 제안 된 이론을 테스트 하도록 설계 되었습니다. 외부 열 플럭스를 소규모 실험실 실험을 쓰는 하 여 대규모 수영장 화재에 대 한 높은 열 피드백 제어 실험실 조건 하에서 시뮬레이션할 수 있습니다. 따라서, 개발된 메서드 외부 열 플럭스 변화 하 여 직경의 기능으로 효과적으로 연소 효율을 공부 하는 수 있습니다.

현장에서 의 더 큰 규모를 시뮬레이션 하는 외부 열 플럭스 뿐만 아니라 레코딩 작업, 오일 슬 릭의 차 물 흐름에 의해 냉각, 현재 바다의 냉각 효과 시뮬레이션 실험 설정 기능. 설명한 방법은 또한 신선 하 고 풍 화 원유 오일와 호환 됩니다. 원유의 풍 화는 휘발성 구성 요소 및 양식 물에서 기름 유화 액 (예를 들어, 확장17)을 물으로 혼합의 손실 등 물에 유출은 일단 한 원유에 영향을 주는 물리적, 화학적 과정을 설명 합니다. 증발 및 유화 원유 오일18 의 가연성에 영향을 주는 주요 풍 화 프로세스의 두 있으며 이러한 풍 화 프로세스를 시뮬레이션을 위한 프로토콜 따라서 논의 방법에 포함 됩니다.

여기, 우리는 가연성 및 현장에서 불타는 바다에 대 한 작업을 시뮬레이션 하는 조건 하에서 원유의 레코딩 효율성 결정 하는 새로운 실험실 방법 제시. 가연성 및 원유 오일의 연소 효율에 대 한 이전 연구 기능 비교 및 다른 방법. 외부 열 플럭스의 기능으로 신선 하 고 풍 화 원유 오일의 가연성 물19 및 북극 온도20에서 연구 했다. 레코딩 효율성 연구 일반적으로 신선한의 종류에 집중 하 고 극복 한 원유 오일 및 고정 규모 환경 조건 (예를 들어, Fritt-라 스무 센, . 8Bech, Sveum, 외 알. 21). 원유 오일 화학 목 축 업에 포함 된의 대 한 최근 연구는, 저자, 지식 첫 번째 작은, 중간, 대 한 레코딩 효율성 연구와 비슷한 조건13에서 대규모 실험. 그러나 대규모 실험은,, 파라메트릭 연구 시간과 같은 실험 수행에 필요한 자원의 광범위 한 금액으로 인해 쉽게 사용할 수 없습니다. 앞에서 언급 한 연구를 통해 제시 방법의 주요 장점은 동시에 모두는 가연성을 공부 하 고 불타는 세미 현실적인 조건에서 원유의 효율성에 대 한 수 것입니다. 원유 오일에 대 한 이러한 두 매개 변수 모두 다른 기름 종류와 쉽게 반복 실험을 통해 (시뮬레이션된) 풀 직경의 기능으로 공부의 조합 이전 연습에서 실현 되지 않았습니다.

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Protocol

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이 프로토콜을 사용 4-8 단계에서 사용 되는 두 개의 서로 다른 실험 설정을 동반 회로도 같이. 첫 번째 설치 되는 원유 가연성 기구 (COFA) (그림 1그림 4)는 1.0 × 1.0 × 0.50 m는3 금속 물통 예 같이 작은 규모의 원유 실험, 레코딩 제자리에서 실시 설계 에 반 Gelderen, Brogaard, 외 알. 22 두 번째 설치는 주문 품 샘플 홀더 및 가스 분석기는 O2, CO2, 측정 하는 불꽃 점화와 콘 히터23 및 CO 농도 배기에서 덕트24 (그림 2그림 3)입니다. 이러한 설정의 기술 사양 또한 포함 하는 설정의 사진 보충 문서에서 추가 정보에 설명 되어 있습니다. 달리 지정 하지 않는 한 데이터 측정 (예: 온도, 열 플럭스, 또는 가스 농도)는 멀티플렉서 및 데이터로 거를 통해 디지털로 측정 됩니다. 데이터로 거는 디지털 데이터 수집 프로그램으로 운영 한다. 프로토콜, 어구 "데이터로 거를 시작 하 는" 데이터의 수집을 시작 하는 데 필요한 제조 업체에 의해 제공 프로그램 지침에 따라 모든 작업을 포함 됩니다.

1. 일반 원유의 처리

  1. 공부 될 각각의 신선한 오일에 대 한 5ml 샘플을가지고 고 그것의 밀도 점도 점도 계에 25 ° C에서 측정. 추가 사용까지 닫힌된 유리 병에 5-10 ° C에서 오일의 나머지 부분을 저장 합니다.
    주의: 신선한 원유 가연성 이며 원유와 그것의 증기 보통 높은 건강 위험을 포즈. 그것은 또한 깨끗 한 피부 또는 비누와 같은 비 유해 화학 물질과 눈에서 어렵다입니다. 원유를 처리 하는 경우 보호 안경 및 장갑을 착용 하 고 통풍이 잘되는 지역에서 작동.
  2. 각 테스트 세션의 시작에서 원유 오일 냉각된 (5-10 ° C) 스토리지에서 테스트 것입니다 걸릴. 1-2 분에 대 한 손으로 각 오일 컨테이너를 흔들어 하 고 그들이 실험을 실시 하기 전에 실내 온도까지 열. 원유 오일 냉각된 저장 테스트 세션을 반환 합니다.
  3. 실수로 휘발성 비 극 지 용 매를 사용 하 여 원유로 오염 하는 어떤 표면 든 지 청소 (e.g.,n-헵).

2. 증발 풍 원유 기름 통해 버블링 가압 공기의

참고:이 단계는 기반으로 Stiver와 맥 케이25 및 Buist, 포터, 외 알. 26

  1. 균등 하 게 5-10 L 플라스틱 컨테이너의 뚜껑에 구멍을 (예를 들어, 5 mm의 직경 (D) 6)의 수 및 단일 구멍 (예를 들어,D = 8-10 m m) 컨테이너의 위쪽 가장자리 근처의 측면 중 하나에.
  2. O-ring을 확인 (약 D = 20 m)는 연결 된 플라스틱 관에서 연결 4-6 m m 내부 직경 (아이디)을 열고 드릴 구멍의 수 (예를 들어, 6 D = 1 m m)는 오 링의 한쪽을 따라 균등 하 게 분산.
    참고: 컨테이너 밖으로 날 려 되는 원유의 양을 최소화 하기 위해 링에 구멍에서 뚜껑에 구멍의 수직 위치 오프셋 하려고 합니다.
  3. O-링 플라스틱 컨테이너의 측면 구멍을 통해가 플라스틱 튜브를 (예를 들어, 아이디 4-8 m m)에 연결 합니다. 이 튜브는 조절 밸브와 압력 게이지 압축된 공기 시스템에 연결 됩니다.
  4. 그리고 뚜껑과 플라스틱 링 플라스틱 용기를 별도로 무게 그들의 무게를 등록.
  5. 컨테이너에 2-4 L (의 밀도에 따라) 원유의 무게 고 무게를 등록.
  6. 증기 두건에서 컨테이너를 놓고 압축된 공기 시스템에 o-링을 연결 합니다. 높은 압력에서 기름 통해 공기 거품 컨테이너의 뚜껑에 구멍을 통해 기름 부 없이 가능한 (예를 들어, 200 kPa).
  7. 시작 및 모니터링 (wt % 손실)에서 원하는 증발 풍 화 상태를 달성 하는 때 각 작업 일의 끝에 기름 무게 (예를 들어, 20 wt % 손실 초기 무게에 비해). 이것은 기름 유형 및 공기 압력에 따라 연속 버블링의 일주일에 1 일에서 걸릴 수 있습니다. 각 중간 무게 측정 필요한 증발 시간 예측을 원하는 증발 풍 화 상태에 도달 하는 데 도움이 시간의 기능으로 증발 곡선을 설정 하는 데 사용 됩니다.
    참고: 첫 번째 날, 후 원유 남겨질 수 있습니다 일반적으로 증기 두건에서 몇 일 (예: 주말)에 대 한 가압된 공기를 닫을 때 어떤 상당한 양의 질량을 잃지 않고.
  8. 원유의 증발이 완료 되 면 오일의 5 mL 샘플 고의 밀도 점도 점도 계에 25 ° C에서 측정. 추가 사용에 대 한 닫힌된 유리 병에 5-10 ° C에서 오일의 나머지 부분을 저장 합니다. 모든 원유 남아 제거 하려면 휘발성 비 극 지 용 매와 용기, 뚜껑, 및 o-링을 청소.

3. 로타리 테이블 동요를 사용 하 여 원유의 유화

참고:이 부분의 프로토콜 Daling, 엠, 동부 표준시 알에서 수정 되었습니다. 27

  1. 원유와 신선한 또는 소금 물 혼합물의 900 mL의 총 1 L 유리 병, 유제에 원하는 vol % 일치 하는 물의 양을 추가. 예를 들어 40 vol %로 물 에멀젼은 540 mL 물 360 mL와 원유의 이루어져 있다. 증발된 원유를 사용 하는 것이 좋습니다 보다는 신선한 원유, 풍 화를 더 정확 하 게 제시 물에 유출 기름 처리 하 고 더 안정 된 유화 액을 만들.
    참고: 그 병은 완전히 채워지지 기름과 물의 난 류 혼합에 사용할 수 있는 공간이 있다 그래야 중요 하다.
  2. 적극적으로 손으로 1-2 분 동안 물-오일 혼합을 흔들. 그런 다음 유리 병 떨고 회전 테이블에 놓고 실 온에서 20 h 175 rpm에서 물-오일 혼합물을 저 어.
    참고: 유제 물 계층의 분리와 함께 문제를 방지 하기 위하여 실시 유제와 실험으로 같은 날에 20 h 떨고 기간 완료 되 면.
  3. 유제의 5 mL 샘플 기간을 떨고 20 h 후 고의 밀도 점도 점도 계에 25 ° C에서 측정.
  4. 유제 불안정 (아래 참조) 이면 유제 로타리 테이블 동요에 다시 놓고 끊임없이 실험 사이 175 rpm에서 유제를 흔들. 각 실험의 시작에 로타리 테이블 동요를 수동으로 중지 하 고 유제 (7.5 단계)의 필수 소요 다음 로타리 테이블 동요에 그것을 반환 합니다. 일단 모든 실험 실시 해야 유제와 함께, 로타리 테이블 동요를 중지 하 고 냉각된 (5-10 ° C) 스토리지에 유제를 저장.
  5. 유제는 안정, 회전 하는 진동 테이블에서 유제를 제거 하 고 실 온에서 휴식 하자. 각 실험에 대 한 오일의 필요한 금액을 복용 하기 전에 1-2 분에 대 한 적극적으로 에멀젼을 손으로 흔들어. 모든 실험 실시 해야 유제와 함께, 일단 냉각된 (5-10 ° C) 저장소에 저장 합니다.
    참고:이 프로토콜을 위해 불안정 한 유화 액 즉, 전형적인 평일의 끝 전에 몇 시간와 명확 하 게 보이는 물 층을 형성 하는 유화 액으로 정의 됩니다.

4. 참조 제자리에서 굽기 실험 콘 설치에 물 냉각의 교정 COFA (그림 1)에서

  1. 결합 높이 COFA의 중심에서 35-45 cm의 스탠드에 5 cm 높은 Pyrex 유리 실린더와 16.3 ㎝ (16.9 c m의 외경)의 아이디를 배치 합니다. 소유자의 모양 물 Pyrex 유리 실린더에 의해 커버 된 지역에서의 자유로운 흐름에 대 한 허용으로 무관 하다. 채워는 COFA 민물 (340-440 L) 수 위는 Pyrex 유리 실린더의 가장자리 아래 1 cm.
  2. 프로 펠 러 직접 Pyrex 유리 실린더에 직면 COFA의 측면 중 하나에 놓습니다. 프로 펠 러와 수직 높이 조정 켜고 파도 Pyrex 유리 실린더 안쪽에 물에서 겨우 관찰할 흐름. 수직 높이 및 흐름 자세 (예를 들어, 1000 L/h)를 등록 하 고 프로토콜을 계속 하기 전에 프로 펠 러를 해제.
    참고: 프로 펠 러 boilover 현상,2829를 방지 하기 위하여 불타 원유 아래 물 레이어를 효과적으로 냉각 물 본문에는 전류를 만드는 데 사용 됩니다. 처음 설정된 흐름 및 프로 펠 러의 수직 높이 물 하위 계층의 충분 한 냉각 하지 발생할 수 있습니다 그리고는 boilover 다음 여전히 발생 합니다.
    주의: 한 boilover는 크게 증가 불꽃 높이와, 레코딩 속도, 열 방출 속도 오일 동안 방울 불29,,3031에서 배출 되는 폭발적인 레코딩 상태입니다. 취약 한 모든 장비는 보호 (예를 들어, 알루미늄 호 일) 확인 하 고 화재 로부터 적절 한 거리에 인력과 장비를 유지.
  3. 알루미늄 접시에 Pyrex 유리 실린더 (, 밀도 및 104 mL의 볼륨에 따라)에 5 m m 두꺼운 오일 슬 릭에 상응 하는 원유의 금액을 무게.
  4. Pyrex 유리 실린더 내부 물에 원유를 부 어. 수 너무 빨리 기름을 붓는 의해 실린더의 바닥에 밖에 서 석유를 유출 하지 않도록 주의 하십시오. 다시 알루미늄 접시 무게 및 원유 Pyrex 유리 실린더 내부 부 어의 실제 무게를 등록 합니다.
  5. 기름을 뿌려의 표면 1-2 mm Pyrex 유리 실린더의 가장자리 아래 때까지 천천히는 COFA에 물을 추가 합니다. 이 높이 차이 점화 시 범람에서 석유를 방지 하기 위해 중요 하다.
  6. 배기 후드와 프로 펠 러를 켭니다. 다음 부탄 핸드 토치를 사용 하 여 원유를 점화 하 고 스톱 워치와 멸종의 순간에 점화의 순간에서 레코딩 시간을 측정 한다.
  7. 불은 자연스럽 게 소멸 후 수집 (화상 잔류물으로 알려진) 물 표면에 남아 있는 오일 소수 흡수 패드를 사용 하 여 알려진 무게. 잔류물의 무게를 결정 하기 위해 패드 무게 전에 수집된 물 흔들어. 연소 효율은 다음 식 (1)를 사용 하 여 계산 하 고 레코딩 속도 레코딩 시간 (초)에 의해 초기 질량 및 잔류물 질량의 차이 나누어 계산 됩니다.
    Equation 1(1)
  8. 화재는 boilover에서 발생 하는 경우에 수 면은 다시 Pyrex 유리 실린더 가장자리 아래 1cm까지는 COFA에서 프로토콜을 배수 물 4 단계를 반복 합니다. 휘발성, 비 극성 용 매와 Pyrex 유리 실린더의 가장자리를 청소. 다음 프로 펠 러와 Pyrex 유리 실린더 사이의 수직 거리를 줄일 수 및 프로 펠 러의 흐름 입장을 증가 하 고 프로토콜 단계 4.8 4.3 반복.
  9. 화재는 boilover로 끝나지 않는 경우에 사용 하 여 계산 된 레코딩 효율성과 레코딩 속도 단계 4.7에서에서 보정 물 콘 설치에 냉각.

5. 콘 설치 (그림 2그림 3)에 대 한 물 냉각의 구경 측정.

  1. 유연한 플라스틱 튜브 (4mm 아이디)의 끝나는 1 m m 두께 K 형 열전대 열전대 비드 튜브 안에 자유롭게 일시 중단 되도록에서 1cm에 찔린 합니다. 소계 (PTFE) 테이프와 열전대 이동 하지 않습니다 하 고 물에 빵 꾸에서 누설 하지 않는 알루미늄 테이프는 열전대를 수정 합니다. 열전대 데이터로 거를 연결 합니다.
    1. 스테인리스 스틸 튜브 어댑터 튜브에 대 한 5.1 단계를 반복 하 고 튜브 어댑터 직접 아래 열전대를 삽입.
  2. 놓고 가능한 냉각 저수지의 바닥에까지 열전대와 그것의 끝에와 함께 첫 번째 플라스틱 튜브를 수정 합니다. 연동 펌프는 가변 흐름 속도와 입구에 튜브의 다른 쪽 끝을 연결 합니다.
  3. 새로운 플라스틱 튜브 연동 펌프의 콘센트에 연결 하 고 스테인리스 스틸 튜브 어댑터에이 플라스틱 튜브의 다른 쪽 끝을 연결 합니다. 튜브 어댑터 벨로 우즈 밸브를 연결 하 고 콘 샘플 홀더를 벨로 우즈 밸브를 연결. 연결이 필요할 때 연결 사이 PTFE 테이프를 사용 하 여 물을 누설 하지 않습니다 확인 합니다.
  4. 그러면 어댑터 아래 열전대와 튜브의 튜브 어댑터에 연결 하는 벨로 우즈 밸브를 콘 샘플 홀더의 다른 쪽을 연결 합니다. 이 튜브의 다른 쪽 끝은 놓이고 outflowing 물을 냉각 저수지에 반환 되도록 냉각 저수지의 상단에 고정.
    참고: 유입 튜브 및 아울렛 튜브는 충분 한 공간적 거리 저수지에 온수 물 직접 recirculated 하지 하지만 재순환 전에 저수지에서 냉각 되 면 다는 것을 확인 하십시오.
  5. 샘플 홀더를 콘 히터 아래 연결 된 튜브를 놓습니다. 외부 가장자리는 23 mm 콘 히터의 하단에서 소유자의 높이 조정 합니다. 튜브 샘플 홀더 샘플 홀더 포함 한다 원유 일단 콘 히터 아래 배치 쉽게 수 있도록 충분 한 길이 다는 것을 확인 하십시오.
  6. 광된 물으로 냉각 저수지를 선택한 온도 (,12 ° C)에 물을 냉각. 벨로 우즈 밸브를 열고 선택한 흐름 (예: 7 L/h)에 샘플 홀더를 통해 물 흐름을 시작 합니다. 홀더는 홀더 물으로 완전히 채워 소유자에서 남아 있는 공기를 제거 하는 것을 흔들어.
  7. 데이터로 거를 시작 하 고-그리고 outflowing 물을 온도 지속적으로 모니터링 합니다. Outflowing 물 온도 안정화 되 면 펌프를 중단 (이것은 일반적으로 몇도 설정된 저수지 온도 이상), 벨로 우즈 밸브를 닫고 배기 후드를 켭니다.
  8. 부하 규모에 샘플 홀더를 배치 하 고 규모를 포장. 매끄러운 두께 10 m m (, 밀도 및 95 mL의 볼륨에 따라)에 해당 하는 샘플 홀더를 석유의 금액을 추가 합니다. 다음 벨로 우즈 밸브를 열고 펌프를 다시 시작 합니다.
  9. 신중 하 게 콘 히터 아래 샘플 홀더를 배치 하 고 부탄 핸드 토치와 기름 점화. 스톱 워치와 멸종의 순간에 점화의 순간에서 레코딩 시간을 측정 합니다.
    주의: 때 오일 물 포함 하는 굽기, 자연스럽 게 또는 유화, 인해는 boilover 중에 발생할 수 레코딩 (4 단계 참조).
  10. 화재 진화 후 중지 펌프, 밸브, 튜브, 분리 닫고 tared 규모 샘플 홀더를 배치. 화상 잔류물을 포함 하는 소유자의 무게를 등록 합니다.
  11. 휘발성 비 극 지 용 매와 홀더에서 구운된 기름 잔여물 청소. 잔류물의 무게를 결정 하기 위해 다시 청소 홀더 무게. 다음 레코딩 효율성을 계산 하 고 불타는 시간 단계 4.7에에서 설명 된 대로.
  12. 레코딩 효율성과 레코딩 속도 일치 프로토콜 4 단계에서 결과 하는 경우에 물 온도 흐름 지금 보정 고 다음 프로토콜 단계에서 사용할 수 있습니다. 레코딩 효율성과 레코딩 속도 프로토콜 4 단계에서 결과 일치 하지 않는 경우에 새로운 저수지 온도 및 새로운 흐름에 따라 선택 합니다. 샘플 홀더를 튜브를 다시 연결, 밸브, 펌프를 시작, 모든 공기를 제거 하는 홀더를 흔들어 열고 단계 5.7-5.12를 반복 합니다.
    참고: 그것은 수 없습니다 레코딩 효율성 및 레코딩 속도 일치 하도록 가능한. 설명된 프로토콜 위해 레코딩 효율성 더 중요 한 것 이며 최대한 정확 하 게 일치 해야 합니다. 여러 오일을 테스트할 때는 물 온도 흐름 측정 수 있다 수 중 한 기름, 또는 각 오일에 대 한 개별적으로. 보정 물 온도 흐름에 각 오일 개별적으로 물에 더 정확 하 게 레코딩 석유 시뮬레이션할 수 있습니다, 하는 동안 점화 지연 시간 결과 다양 한 오일 (6 단계)의 수 있습니다 쉽게 때 비해 더 고정을 사용 하 여 온도 물 흐름에 대 한 모든 실험입니다.

6. 콘 히터 (그림 2-3)의 구경 측정.

  1. 콘 히터의 온도 열 플럭스 출력을 사용 하 여 냉각된 열 플럭스 100 kW/m2의 최대 용량 게이지 사이의 상관 관계를 보정.
    1. 수족관 펌프를 양동이에 놓고 펌프 완전히 빠져들 수 있도록 추위 수돗물과 양동이 채울 합니다.
    2. 플라스틱 튜브 열 플럭스 게이지 수족관 펌프를 연결 합니다. 열 플럭스 계기에 두 번째 플라스틱 튜브를 연결 하 고 물 튜브에서 쉽게 관찰 될 수 있다 그래야 양동이, 물 표면 위에 약간 내부 튜브의 다른 쪽 끝을 수정. 펌프를 켜고 물의 꾸준한 흐름 열 유량 계기에 흐르는 확인 하십시오.
    3. 배기 후드를 켜고 콘 200 ° c까지 열 원추의 중심 아래 열 유량 계기 (위쪽으로 향하게) 25 m m를 놓고 열 플럭스 게이지 데이터로 거를 연결 합니다. 데이터로 거를 시작, 셔터, 그리고 읽고 안정적인 열 플럭스 인수 때까지 5-10 분에 대 한 열 유 속 측정, 다음 데이터 수집을 중지 열고 셔터를 닫습니다.
    4. 반복 단계 6.1.3 콘 300, 400, 500, 600, 700, 720, 740, 760, 780와 800 ° C의 온도에서
  2. 콘 온도 측정된 데이터 포인트를 사용 하 고 데이터 요소 간의 선형 상관 관계를 가정 하 고는 3-50 kW/m2 의 열 용에 해당 하는 결정 합니다.

7. 가연성 원유 콘 설정 (그림 2-3)에서 실험

  1. 각 테스트 세션의 시작 부분에 열 플럭스와 체크 게이지 콘 온도 10 원/m2 여전히 열 플럭스는 올바른 읽기 (± 5%)를 제공 하는 여부. 그렇다면, 프로토콜 진행. 그렇지 않으면 6 단계를 반복 하 여 계속 하기 전에.
  2. 각각의 시작에서 세션을 테스트, 배기 후드, 가스 분석기, 설정 켜고의 제조업체에서 제공 하는 사양에 따라 가스 분석기 교정.
  3. 샘플 홀더는 콘 아래 놓으면 거기 23 m m는 콘의 맨 아래와 소유자의 외부 가장자리 사이의 거리는 확인 하십시오.
  4. 5 kW/m2의 열 유동 하는 온도를 콘을 열.
    1. 한편, 차가운 온도에 물이 저수지에서에서 발견 5 단계, 샘플 홀더를 연결 하는 물 관, 밸브, 열고 5 단계에서 발견 하는 흐름에 펌프를 시작 합니다. 흔들어 샘플 홀더는 홀더 안에 갇혀 있는 공기를 제거 하. 데이터로 거를 시작 하 고 outflowing 물 온도 안정화 될 때까지 물 온도 모니터링 합니다.
    2. 원추와 샘플 홀더는 그들의 각각 설정된 온도에서 안정, 일단 펌프를 중지, 샘플 홀더 밸브 닫고 밸브에서 튜브를 분리 합니다.
  5. 부하 규모에 샘플 홀더를 배치 하 고 규모를 포장. 매끄러운 두께 10 m m (즉, 밀도 및 95 mL의 볼륨에 따라)에 해당 하는 샘플 홀더를 실 온에서 석유의 금액을 추가 합니다. 그런 다음 튜브를 다시 연결, 벨로 우즈 밸브 열고 펌프를 다시 시작 합니다.
  6. O2, CO2, 그리고 연소 가스와 물의 그리고 아웃 flowing 온도에서 CO 농도 측정 하는 가스 분석기에 대 한 데이터로 거를 시작 합니다.
  7. 조심 스럽게 원뿔 아래 샘플 홀더를 놓고 두 워치를 준비 합니다. 샘플을 통해 불꽃 점화기 위치로 이동 합니다. 다음 셔터를 열고 첫 번째 스톱 워치를 시작 합니다.
  8. 기름의 점화, 시 동시에 첫 번째 스톱 워치를 중지 하 고 두 번째 스톱 워치를 시작 합니다. 그런 다음 다시 레코딩 샘플에서 중립 위치에 불꽃 점화기를 이동 합니다.
    1. 10 분 이내 기름 점화 하지 않는 경우 첫 번째 스톱 워치를 중지 하 고 중립 위치에 불꽃 점화기를 다시 이동 하는 방법. 그런 다음 부탄 핸드 토치를 사용 하 여 석유를 점화 하 고 두 번째 스톱 워치를 시작.
      주의: 때 오일 물 포함 하는 굽기, 자연스럽 게 또는 유화, 인해는 boilover 발생할 수 있습니다 레코딩 (단계 4).
  9. 화재 진화 후 두 번째 스톱 워치를 중지, 셔터, 닫고 가스 분석기 및 물 온도 냉각의 데이터 수집을 중지 합니다. 다음 중지 펌프, 밸브, 튜브, 분리 닫고 tared 규모 샘플 홀더를 배치. 화상 잔류물을 포함 하는 소유자의 무게를 등록 합니다.
  10. 휘발성 비 극 지 용 매와 구운된 기름 잔여물에서 홀더를 청소 하십시오. 잔류물의 무게를 결정 하기 위해 다시 청소 홀더 무게. 다음 레코딩 효율성을 계산 하 고 불타는 시간 단계 4.7에에서 설명 된 대로.
  11. 테스트 하는 것입니다 각 오일에 대 한 단계 7.4-7.10 10, 20, 30, 40, 50 원/m2의 열 용에 대 한 반복 합니다. 각 실험 후 콘 히터 코일에 입금 모든 그을음을 제거 합니다.
    1. 필요한 최소 열 플럭스 조종된 점화, 에 필요한 중요 한 열 유량을 설정 하기 위해 추가 열 플럭스를 테스트 하려면 필요할 수 있습니다. 7.4-7.10 열 플럭스는 조종된 점화에 낮은 열 유 속에서 1 kW/m2 씩 하향 조정에 대 한 발생 열 플럭스는 조종된 점화 되지 10 분 이내 관찰은 테스트 될 때까지 단계를 반복 합니다. 중요 한 열 유 속은 다음이 열 유 속의 1 kW/m2 위 범위 내에서 발견 됩니다.
      주의: 매우 휘발성 원유 오일 수 점화 저절로 때 복종된 매우 높은 열 플럭스 (≥40 원/m2), 콘 히터의 셔터를 닫을 때에.

8. COFA 설치 (그림 4)에서 원유의 점화 실험 시 표면 온도.

  1. COFA (그림 1)의 중심에서 35-45 cm의 결합 된 높이 스탠드에 16.3 ㎝ (16.9 c m의 마약)의 아이디를 5 cm 높은 Pyrex 유리 실린더를 놓습니다. 실린더의 외부 가장자리에서 적어도 5 cm의 수평 거리에 Pyrex 유리 실린더의 2 개의 반대 측에 조정 가능한 스테인리스 스틸 발 밑에 장착 된 두 개의 적외선 (IR) 히터를 배치 합니다.
    참고: 정확한 사양 및 IR 히터의 적용 되지 않습니다으로 그들은 일반적으로 5 ~ 20 kW/m2 점화 필요 원유 오일, 점화 기름 표면에 충분히 높은 열 플럭스를 제공할 수 있습니다. 1 kw 급 최소 히터 폭 17 cm의 최소 전력 조언 된다. IR 히터 공기 팬 등의 냉각 시스템 한다 또한와 상호작용 하지 기름을 뿌려 실험 기간 동안.
  2. 문제는 원유의 점화 시 표면 온도를 측정 열 유 속의 2-5 kW/m2 의 임계 열 유 속 (단계 7.11.1) 보다 높은 것이 좋습니다.
    1. 단계 6.1.1-6.1.2에 따라 100 원/m2 열 유량 계기를 준비 하 고 데이터로 거에 열 플럭스 게이지를 연결. 장소 열 유 속 측정 Pyrex 유리 실린더의 중심에서 위쪽으로, 실린더의 위쪽 가장자리 아래 1-2 m m의 높이에 직면. Pyrex 유리 실린더에 여기에서로 불린다 "평면" 안쪽이 높이에 수평 영역입니다. 이 평면 Pyrex 유리 실린더 안에 석유 매끄러운 표면에 해당합니다.
      주: 그 열 플럭스 게이지 이동 될 수 있다 자유롭게 수평 평면에 수평 비행기의 다양 한 위치에서 사건 열 플럭스를 측정할 수 있도록 확인 하십시오. Pyrex 유리 실린더 열 플럭스를 올바르게 배치에 대 한 시각 보조 기능 게이지 수평 평면에만 필요한 경우, Pyrex 실린더 8.2 단계 제거 될 수 있다 그래서.
    2. 데이터로 거를 시작 하 고 IR 히터를 켜고 모니터 수평 비행기의 센터에서 사고 열 플럭스. 원하는 문제 열 플럭스를 얻을 때까지 IR 히터 (높이, 각도 및 수평 비행기에서 수평 거리) 및 그들의 전원 출력 비율의 공간 위치를 조정 하 여 수평 평면에 사고 열 플럭스를 조정.
    3. 수평 비행기의 외부 가장자리에 사건 열 유 속 측정. 모든 위치에서 사건 열 플럭스 2-5 kW/m2 테스트 됩니다 오일의 중요 한 열 유 속 보다 높은 해야 합니다. 필요한 경우 위치 및 이전 단계에 따라 IR 히터의 전원 출력 비율을 조정 합니다.
    4. 각 조정 후 IR 히터의 위치와 전원 출력의, 그것의 센터와 외부 가장자리에 수평 평면에 사고 열 유 속을 측정 합니다.
    5. 8.2.2-8.2.5 단계를 반복 하 여 수평 평면에 걸쳐 측정된 문제 열 유 속은 2-5 kW/m2 선택 된 오일의 중요 한 열 유량 보다 더 높은. 그리고, IR 히터를 끄고 열 플럭스 게이지를 제거 합니다. 필요한 경우에 그것의 대에 다시 Pyrex 유리 실린더를 놓습니다.
  3. 수 위는 Pyrex 유리 실린더의 가장자리 밑 1cm는 COFA 민물 (340-440 L)로 작성. 4 단계에서 찾은 높이에 Pyrex 유리 실린더에 직접 직면 COFA의 측면 중 하나에 프로 펠 러를 놓습니다.
  4. 놓고 1-2 mm Pyrex 유리 실린더의 가장자리 아래에 3 1 m m 두께 K 형 열전대의 집합을 수정 합니다. 그들은 각 열전대 사이 약 1-2 cm의 거리는 실린더의 반경에 따라 측정 하는 열전대를 정렬 합니다. 데이터로 거에는 열전대를 연결 합니다.
  5. COFA에는 금속 스탠드에 금속 막대를 불꽃 점화 금속 클램프를 첨부 합니다. 스탠드를 배치 하는 점화기 쉽게 이동할 수 있습니다 중립적인 위치에서 위치를 다시 중립 위치로 다시 Pyrex 유리 실린더의 중앙 지역 위에 2-3 cm.
  6. 알루미늄 접시에 Pyrex 유리 실린더 (즉, 밀도 및 104 mL의 볼륨에 따라)에 5 m m 두꺼운 오일 슬 릭에 상응 하는 원유의 금액을 무게.
  7. Pyrex 유리 실린더 내부 물에 원유를 부 어. 수 너무 빨리 기름을 붓는 의해 실린더의 바닥에 밖에 서 석유를 유출 하지 않도록 주의 하십시오. 다시 알루미늄 접시 무게 및 원유 Pyrex 유리 실린더 내부 부 어의 실제 무게를 등록 합니다.
  8. 석유의 표면 단지 3 개의 열전대의 접촉으로 올 때까지 천천히는 COFA에 물을 추가 합니다. 불꽃 점화 기름 위에 그것의 위치를 이동 합니다.
  9. 특정 검색 번호를 일치 하는 각 두 번째 데이터로 거 및 기초 시계 동기화를 시작 합니다. 배기 후드, 프로 펠 러, 그리고 불꽃 점화를 켜십시오. 적외선 히터를 켜고 전원 출력 단계 8.2에서에서 찾은 비율을 설정.
  10. 기름의 점화, 시 스톱 워치 및 데이터로 거를 중지, 스파크 점화기 및 중립 위치로 이동 끄고 IR 히터 및 프로 펠 러. 다음 신중 하 게 Pyrex 유리 실린더 위에 불연 커버를 삽입 하 여 화재를 소화. 불을 진화 이동 열전대 필요할 수 있습니다 첫번째.
  11. 수집 하 고 소수 성 흡수 패드와 원유의 처분. 배수는 COFA에서 물 수위가 낮은 만큼 다시 열 유량 게이지와 수평 평면에 사고 열 유 속 측정 될 때까지. Pyrex 유리 실린더 휘발성 비 극 지 용 매와 청소.
  12. 3 열전대의 온도 검사 번호의 기능으로 플롯 합니다. 초시계에 시간에 따라, 해당 검색 번호 및 플롯된 그래프 테스트 원유의 점화 시 표면 온도 결정 합니다.
  13. 테스트 됩니다 각 추가 석유에 대 한 단계 8.2-8.12를 반복 합니다.

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Representative Results

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그림 5 에서는 2 단계에서 설명한 방법을 사용 하 여 30 wt %의 손실에 여러 일 동안 증발 했다 빛 원유의 증발 곡선. 그림은 명확 하 게 그 증발 풍의 첫 날 (19 h), 후 증발 속도 크게 감소, 프로토콜에서 설명 했 듯이 일시 중지에 대 한 수 있습니다 보여줍니다.

그림 6 신선한 Grane (무거운 원유)에 대 한 콘 히터 (7 단계, 그림 2-3)에서 사고 열 플럭스의 기능으로 점화 지연 시간을 보여줍니다 및 7 wt %의 손실 Grane 증발. 결과 증발된 원유 오일에 대 한 증가 점화 지연 시간에의 한 예를 제공. 또한, 수직 점근 나타내는 임계 열 유 속 또한 증발 손실의 기능으로 증가 합니다. 전반적으로, 이러한 결과 인화성 원인 원유 오일의 이러한 다른 종류를 점화 하기 위하여 할 필요가 강도와 노출 기간의 느낌을 준다. 여기에 설명 된 프로토콜 추가 결과 반 Gelderen, 로하스 알바, 에서 찾을 수 있습니다. 32

더 일반적인 프리젠테이션의 점화 지연 시간 사건 열 플럭스의 기능 그림 7에서 같이. 오일 슬 릭 타이어 열 두꺼운 물자로 일반적으로 작동 하 고 점화 지연 시간 (tig) 다음 식 (2)19,32에 의해 기술 될 수 있다.

Equation 2(2)

여기, k 열 전도도, ρ 는 밀도, c 는 비 열 계수, Tig 점화, T 온도 (20 ° C로 간주 됩니다)에 따라 표면 온도 absorptivity, 그리고 Equation 3 문제 열 플럭스. 이 방정식을 다시 사고 열 플럭스 (식 3)의 선형 함수로 점화 지연 시간을 제공 합니다.

Equation 4(3)

1의 형태로 점화 지연 시간을 그려서 /Equation 5 사건 열 플럭스의 기능으로 데이터의 선형 추세선을 표시 해야 하며 같은 데이터의 유효성을 평가 하기 위한 허용. 다른 원유 오일에 대 한 추세선의 때문에 그들의 상대 열 inertias (kρc)의 표시를 제공 하는 또한, 낮은 언덕, 힘들어 하는 것입니다 열 (따라서 점화)는 원유.

증발된 Grane (그림 7)에 대 한 결과 선형 추세선, 0.991 R2 값에 맞는 데이터 집합의 좋은 예를 제공. 다른 한편으로, 신선한 Grane에 대 한 결과 명확 하 게 더 높은 열 플럭스 (30 원/m2)에서 선형 추세에서 벗어나고 시작 합니다. 이 문제는 매우 짧은 점화 지연 시간으로 인 한 가장 가능성이 (< 10 s)에서 휘발성 연료의이 유형에 대 한 이러한 높은 열 플럭스. 신선한 Grane, 비슷한 다른 신선한 원유 오일 사건 고온 용에서 아주 급속 하 게 점화 하는 휘발성 분 대의 높은 금액을 포함 합니다. 기본 식 (2) 가연성 가스를 산소와 혼합 하 여 불꽃 점화 도달 연료에서 증발 하는 데 걸리는 시간입니다 가정 중 하나 무시할 수33입니다. 그러나 10 초 미만의 점화 지연 시간,, 몇 초 순서 것으로 추정 된다,이 혼합 시간 점화 지연 시간에 상당한 기여 될지 않습니다. 방정식 (2) 다음 이상 이러한 짧은 점화 지연 기간이 유효 이며 데이터 선형 추세선에서 일탈 하는 따라서. 매우 휘발성 원유 오일의 가연성을 공부,이 문제가 따라서 취해야 한다 계정에 점화 지연 시간 데이터를 분석할 때.

그림 8 신선한 빛 원유와는 유화 빛 원유 (2-3 단계에 따라 준비) 시간의 기능으로 열 방출 속도 보여줍니다. 열 방출 률 O2, CO2, 그리고 Janssens34에서 식 (26)에 따라 가스 분석기 (7 단계)에서 CO 농도 측정으로 계산 됩니다. 이러한 계산에 대 한 자세한 내용은 보충 문서 를 참조 하십시오. 신선한 원유 대표 물을 포함 하지 않는 모든 원유 오일은 시간이 지남에 천천히 감소 열 방출 속도의 전형적인 열 방출 속도 프로 파일을 보여 줍니다. 유화 원유 boilover 현상 boilover 이전 일반 레코딩 단계 보다 5 배 높은 요인까지 빠르게 증가 열 릴리스 속도 explosiveness의 좋은 예를 보여 줍니다. 하지만, Boilovers는 매우 불규칙 한 현상, 고 강도, 기간, 및 사건의 시간 안정성 및 원유 내부 물의 볼륨 비율에 따라 달라 집니다.

그림 9 7 wt %의 손실 가진 신선한 빛 원유 및 중유 증발된 사건 열 플럭스의 기능으로 레코딩 효율성과 레코딩 속도 보여줍니다. 레코딩 속도 레코딩 효율성 두 원유 종류 사고 열 유 속 증가 함께 증가. 낮은 열 플럭스에서 레코딩 효율성 신선한 빛 원유와 무거운 증발된 원유 사이의 상당한 차이 보여줍니다. 높은 열 플럭스에이 오일에 대 한 레코딩 효율성 수렴 비슷한 값, 신선 하 고 풍 화 원유의 모든 종류에 대 한 일반적인 동작입니다. 레코딩 속도 레코딩 시간 또한 각 오일 종류에 대 한 다 수 사건 열 플럭스의 기능으로 변화 하기 때문에 다른 오일에 수렴 추세가 표시 되지 않습니다. 원유 오일을 포함 하는 물, 물 분수 한다 원리에 수 고려 되지 그것은 불연 소재 때문에 레코딩 효율성과 레코딩 속도 계산할 때. 그러나, 레코딩 중 물 증발은 그리고 boilover 더의 복잡 레코딩 효율성과 레코딩 속도 의견으로 연료에서 기름과 물 방울을 추진 한다. 이와 같이 유화 원유 오일 따라서 예를 그림 9에 표시 된 데이터에서 편차 표시 및 주의 해야 레코딩 효율성과 물을 포함 하는 원유 오일의 레코딩 속도 결과 분석할 때.

그림 10 COFA 설치 (단계 8, 그림 4)에 20 wt %의 손실과 증발된 빛 원유에 대 한 시간의 기능으로 연료 표면에 2 개의 열전대의 표면 온도 보여줍니다. 결과에서는 분명 스파이크 온도 178 후 s. 바로이 순간, 전에 원유의 표면 온도 129 ° C로 두 열전대에 의해 측정 된 점화 시 표면 온도. 이 오일 (단계 7)에 대 한 점화 지연 시간 결과 함께, 식 (2) 다음 기름에 대 한 열 관성을 계산 하기 위해 사용할 수 있습니다. 표 1 이 증발 빛 원유 129 ° C와 사고 열 플럭스의 기능으로 그것의 점화 지연 시간에서 점화 시의 표면 온도에 따라 열 관성 값을 보여 줍니다. 우, 외 알. 19 발견이 용어는 열 관성 계산에 따라서 포함 된 원유 오일에 대 한 일치 하는 absorptivity를 설정할 수 없습니다. 비교 목적을 위한 원유 오일에 대 한 열 관성의 문학 가치 우에서 찾을 수 있습니다 . 19 와 Ranellone, 외 알. 20

Figure 1
그림 1 : COFA 설치의 설계도. 설계도 (왼쪽)는 스탠드에 Pyrex 유리 실린더의 상세 보기, 평면도 COFA (가운데), 및 전체 설치 (오른쪽)의 교차 단면 보기 포함 됩니다. 또한, 3 클로즈업 (-c)의 집합 COFA 프로토콜 단계 4.1 (a), 4.4 (b), 및 4.5 (c)에 해당 하는 충전 프로세스를 표시 합니다. COFA 설치 4 단계에서 레코딩 효율성과 콘 설치에 대 한 원유의 레코딩 속도의 교정 포인트를 결정 하는 데 사용 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2 : 완전 한 콘 설치 (규모 안)의 도식 개요. 콘 히터 제어 장치, 맞춤 콘 샘플 홀더, 연동 펌프 및 물 냉각 저수지, 및 가스 분석기 배기 후드 설치에 의하여 이루어져 있다. 설계도 또한 물 튜브 (단계 5.1)에 열전대 배치의 근접 촬영 기능. 이 설치는 7 단계에서 원유 오일의 가연성을 공부 하는 데 사용 됩니다. 참고로 구분 하 여 금속 홀더 오일과 냉각수가 설정에서 사이의 직접 접촉입니다. 콘 샘플 홀더의 세부 정보는 그림 3에 부여 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3 : 콘 설치의 원형 샘플 홀더의 상세한 횡단면 회로도. 금속 가장자리 점화 시 범람에서 석유를 방지 하 고 다시 방사선을 최소화 하기 위해 오일 슬 릭에서 30 ° 각도. 이 콘 샘플 홀더는 7 단계에서 원유 오일의 가연성을 공부 하는 데 사용 됩니다. 참고로 구분 하 여 금속 홀더 오일과 냉각수가 설정에서 사이의 직접 접촉입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4 : 점화 시 원유의 표면 온도 공부에 대 한 설치는 COFA의 설계도. 설계도 표시 (왼쪽) 평면도 및 횡단면 뷰 (오른쪽)와 설치 포함 적외선 (IR) 히터, 스파크 점화, 및 3 개의 열전대의 집합 오일 슬 릭 (8 단계)의 표면 온도 측정 하. COFA 설치 프로그램의 자세한 내용은 그림 1에 나와 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5 : 한 빛 원유 (둑) 시간의 기능으로의 증발 손실. 데이터 2 단계에서 설명한 공기 버블링 메서드를 사용 하 여 얻은 했다 고 첫 날 (19 h) 후 감소 증발 속도 명확 하 게 보여준다.

Figure 6
그림 6 : 점화 지연 시간 결과 사건의 기능으로 신선한에 대 한 플럭스가 열 증발 (7 wt %의 손실) 무거운 원유 (Grane) 및. 이러한 데이터는 프로토콜에 따라 콘 설정 (그림 2)를 사용 하 여 7 단계에서 얻은 했다. 수직 점근 1 kW/m2 위 범위 내에서 임계 열 유 속 (4과 7 kW/m2)를 표시합니다. 오차 막대는 2-3 실험에 따라 데이터 범위를 나타냅니다.

Figure 7
그림 7 : 점화 지연 시간 결과 사건의 기능으로 신선한에 대 한 플럭스가 열 증발 (7 wt %의 손실) 무거운 원유 (Grane) 및. 이러한 데이터는 콘 설치 (그림 2), 7, 단계에서 프로토콜에 따라 사용 하 고 식 (2) 처리를 획득 했다. 결과 예상 대로 증발된 Grane 신선한 Grane 보다 높은 열 관성은 나타냅니다. 또한 그래프로 어떻게, 높은 사고 열 플럭스에서 휘발성 원유 오일, 매우 짧은 점화 지연 시간 (< 10 s) 선형 추세선에서 일탈 할 수 있다. 오차 막대는 2-3 실험에 따라 데이터 범위를 나타냅니다.

Figure 8
그림 8 : 가벼운 신선한 원유와 함께 한 유화 빛 원유에 대 한 시간의 기능으로 열 방출 속도 40 vol % 물을 포함 하 고 40 wt %의 손실을 증발. 데이터는 O2, CO2, 그리고 CO 농도 측정 Janssens34에서 식 (26)에 따라 가스 분석기 (7 단계)에서 처리 하 여 콘 설정 (그림 2)에서 얻은 했다. 신선한 원유 물 없이 원유 오일에 대 한 일반 열 방출 속도 프로 파일 콘텐츠를 보여 줍니다. 유화 빛 원유는 굽기의 끝에 boilover 귀착되 고 열 릴리스 프로필의 일반 원유 화재에 비해 boilover의 강도 표시를 제공 합니다.

Figure 9
그림 9 : 7 wt %의 손실 가진 신선한 빛 원유 (둑) 및 증발된 무거운 원유에 대 한 사고 열 플럭스의 기능으로 효율성 레코딩과 굽기 속도 (Grane 7%). 데이터 7 단계에 따라 콘 설정 (그림 2)에서 얻어 졌다 고 다른 원유 형식의 레코딩 효율성 사건 고온 용에 수렴 하는 방법을 보여줍니다. 모든 데이터 요소 표시 평균 2.5%의 최대 오차를 했다.

Figure 10
그림 10 : 표면 온도 2 개의 열전대에 대 한 시간의 기능으로는 증발된 원유 경유와 20 wt %의 손실 COFA에 점화 실험 중. 데이터는 8 단계에서에서 프로토콜에 따라 COFA 설치 (그림 4)에서 얻은 했다. 178 후 온도에서 갑자기 스파이크의 점화의 순간을 나타냅니다. 온도 직전이 갑자기 온도 스파이크 점화 시 표면 온도 보여줍니다.

Tig (° C) Equation 3
(원/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

표 1: 점화 지연 시간과 해당 열 관성 사건의 기능으로 열 손실 20 wt %의 한 증발된 빛 원유 속. 열 관성은 eq. (2), 7 단계와 8 단계에서 점화 데이터 표면 온도에서 얻은 점화 지연 시간 데이터를 사용 하 여 계산 됩니다.

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Discussion

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이 문서에서 설명 하는 두 가지 풍 화 방법에는 물에 엎지른된 기름은17를 받게 하는 풍 화 프로세스의 비교적 간단한 근사. 다른, 더 정교한 풍 화 방법은 순환 수조 Brandvik와 Faksness35에 의해 설명 같은 풍 화 원유 샘플을 제공 하기 위해 사용할 수 있습니다. 제시 방법의 장점은 간단한 장비를 필요로 하 고 실험실 환경에서 쉽게 수행할 수 있습니다. 결과 풍 화 원유 오일 대표 결과 섹션에서와 같이 가연성이이 프로토콜에서 레코딩 효율성 연구의 목적에 대 한 기능 있습니다.

프로토콜에 주요 한계 중 하나는 콘 설정 (5 단계)에 대 한 냉각 물의 교정입니다. 문제는 제자리에 레코딩 필드 실험 같은 규모와 비슷한 조건에서 콘 설치로에 사용할 수 있는 참조 데이터입니다. 또한 아무 쉽게 사용할 수 있는 열 전달 모델은 불타 원유 및 그것의 흐르는 물 하위 계층 사이의 열 균형을 결정 하기 위해 연습에 사용할 수 있는. 따라서 교정 냉각 물 COFA 설치 (4 단계)에서 실험 데이터에 근거해 있다. 프로토콜에서 설명 했 듯이, 보정 다음 수행할 수 있습니다 어느 단일 오일 또는 각 오일에 대 한 개별적. 참조 데이터 또는 적당 한 열 전달 모델 없이 이러한 방법 중 어떤 경우, 현장에서 물에 원유의 점화를 위한 열 균형의 정확한 대표 제공 알 수 아니다.

콘 설치에 열 균형 콘 샘플 홀더를 통해 흐르는 물의 냉각 용량에도 영향을 미칠 수 있습니다 하는 외부 열 유 속에 원유를 쓰는 하 여 더욱 복잡 합니다. 콘 히터에서 원유의 점화 하는 동안 outflowing 물을 어느 정도 사고 열 유 속에 따라 시간이 지남에 따라 온도에서 증가 한다. 50 원/m2의 최대 사건 열 유 속에서 물 물 출구 나온 증기로도 끓는 것을 관찰 되었다. 어느 정도 냉각 물은 직접가 열 콘 히터 (그리고 아니라 레코딩 기름)에 의해 그리고 여부 결과에 상당한 영향을 현재 명확 하지 않습니다. 광범위 한 경험적 실험 연구를 통해서만 그것 것입니다 물 교정 모든 시험된 문제 열 용 및 각 테스트 오일 타입 냉각을 최적화할 수 있습니다. 이러한 문제에도 불구 하 고 현장에서 레코딩 조건을 나타내는 데 콘 설치의 기능 개선 구현 콘 설치에 의심할 여 지 없이 냉각 하는 물. 예비 실험 물 냉각 낮은 연소 효율을 재현 하는 데 실패 하지 않고 샘플 홀더는 COFA에 관찰 하 고는 현장에서 불타는 원유의 대표를 사용할 수 없습니다. 토론된 제한 따라서 하지 여부는 현재 콘 설치 나타냅니다 제자리에 불타는 물, 그러나 어느 정도까지 원유의 조건 올바르게 나타냅니다 그 상황의 문제입니다. 마찬가지로 지금까지 우리는 알고 있다, 제시 실험실 절차는,이 제한에도 불구 하 고 현재는 가연성을 연구 하 고 현장에서 물에 원유의 불타의 레코딩 효율성에 대 한 가장 현실적인 방법.

프로토콜의 중요 한 단계 점화 COFA 설치 (8 단계)에 따라 표면 온도 측정입니다. 프로 펠 러가 켜져 Pyrex 유리 실린더 안에 석유 매끄러운 표면 일 수 있다 아직도 매우 중요 하다. 이면 기름 표면 (세로) 동작에 너무 많은 위치와 프로 펠 러 (4 단계)의 흐름을 기름 표면에 기류를 줄이기 위해 조정 되어야 한다. 여전히 기름 표면 없이 매우 도전 8 단계에서 점화 시 표면 온도 정확 하 게 측정 된다. 적외선 히터의 선택은 또한이 단계의 성공에 중요. 이 프로토콜의 개발 하는 동안 IR 히터 매우 높은 방사선을 가능한 컴팩트 하면서 출력 및 온도 측정을 방해 하지 않는 냉각 시스템 필요로 발견 했다. 그것은 따라서 신중 하 게 그림4에서 COFA 설치에 대 한 IR 히터의 집합을 선택 하는 것이 중요입니다. 이상적으로, IR 히터 열 유 속에서 적어도 15 kW/m2 의 훨씬 더 Pyrex 유리 실린더에서 5 cm 이상 떨어진 거리를 제공할 수 있이 필요가 있다. 이 원유는 불타는 하는 동안 적외선 히터를 사용 하 여 수 것입니다. 원유 오일의 연소 효율은 다음 제자리에 레코딩 조건 더 나은 대표는 실험적인 체제에 문제 열 플럭스의 기능으로 테스트할 수 있습니다.

추가 개선 현장에서 레코딩 조건 가연성 및 연소 효율 실험 중의 표현 다양 한 수정 또는 추가 COFA 및 콘 설정을 통해 할 수 있었다. 현재, 실험 매우 진정 환경 조건 하에서 지휘 된다. 그러나 그것은 현장에서 레코딩 분야 연구,, 그 파도 바람도 영향을 미칠 수 원유5,21,,3637의 가연성에 의해 표시 되었습니다. 이러한 조건을 시뮬레이션 하는 COFA 수 예 장착 웨이브 메이커와 물 표면에는 바람을 창조 하는 팬 들. 추운 기후 콘 설치, Ranellone와 유사한 추운 냉각 매체를 사용 하 여 시뮬레이션할 수 . 20, 또는 물 몸에 COFA에 얼음을 추가 하 여. 이것이 또한 가연성 및 원유 오일5,22의 레코딩 효율성에 영향을 미칠 것으로 알려져 매개 변수 이기 때문에 마지막으로, 오일 슬 릭의 초기 두께 실험에서 다양 수 있습니다.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

저자 (그랜트 DDF-1335-00282) 프로젝트 자금에 대 한 독립적인 연구를 위한 덴마크 위원회를 감사 하 고 싶습니다. COWIfonden 원유 가연성 기구 및 덕트 삽입을 포함 하 여 가스 분석기의 건설 자금. Maersk 기름과 Statoil 원유 오일 대표 결과에 사용 된를 제공 합니다. 어떤 스폰서는 프로토콜 또는이 문서의 결과에 참여 했습니다. 저자 또한 Ulises 로하스 알바 수정된 콘 샘플 홀더 건설에 대해 감사 하 고 싶습니다.

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.

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References

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<em>현장에서</em> 불타의 실험실 연구에 대 한 실험 절차: 가연성 및 원유의 점화 효율성
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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).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).

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