الإجراء التجريبي للدراسات المختبرية لحرق في الموقع : القابلية للاشتعال وكفاءة حرق النفط الخام

Summary

نقدم هنا، بروتوكولا للدراسة في نفس الوقت بالقابلية للاشتعال وكفاءة حرق النفط الخام الطازجة وتعرضت للتجوية تحت ظروف تحاكي في الموقع حرق عمليات في البحر.

Abstract

ويقدم أسلوب جديد لدراسة متزامنة القابلية للاشتعال وكفاءة حرق النفط الخام الطازجة ونجا من خلال اثنين من الأجهزة المختبرية التجريبية. هذه التجارب قابلة للتكرار بسهولة مقارنة بتجارب على المستوى التشغيلي (تجمع القطر إيه تو m)، بينما لا تزال تتميز بواقعية تماما في الموقع حرق الظروف للنفط الخام في المياه. وتشمل الظروف التجريبية طبقة فرعية مياه المتدفقة يبرد البقعة النفطية وتدفق حرارة خارجية (تصل إلى 50 كيلو واط/م²) يحاكي أعلى ردود فعل الحرارة على سطح الوقود في حرائق تجمع النفط الخام حجم العمليات. تمكين هذه الظروف مختبرية التي تسيطر عليها دراسة كفاءة حرق النفط الخام تجمع الحرائق التي مماثلة لتجارب على المستوى التشغيلي. كما يوفر الطريقة البيانات الكمية عن الاحتياجات ليشعل الزيوت الخام من حيث تدفق الحرارة الحرجة، والوقت تأخير الاشتعال كدالة للتمويه الحادث الحرارة ودرجة الحرارة السطحية على الاشتعال والقصور الحراري. يمكن استخدام هذا النوع من البيانات لتحديد القوة المطلوبة والمدة من مصدر الإشعال إشعال نوع معين من النفط الخام الطازجة أو التعرية. تحديد الأسلوب الرئيسي هو أن تأثير تبريد المياه المتدفقة الطبقة الفرعية في حرق النفط الخام كما لم تحدد دالة لتدفق الحرارة الخارجية تماما. النتائج التجريبية تبين بوضوح أن تتدفق مياه الطبقة الفرعية تحسين مدى تمثيل هذا الإعداد ظروف الحرق في الموقع ، ولكن إلى أي مدى هذا التمثيل دقيق غير مؤكد حاليا. الأسلوب مع ذلك يتميز الأكثر واقعية في الموقع حرق الظروف المختبرية المتاحة حاليا للدراسة في نفس الوقت القابلية للاشتعال وحرق كفاءة نفط الخام في المياه.

Introduction

حرق النفط المسكوب في المياه في الموقع هو أسلوب استجابة انسكاب نفط البحرية إزالة النفط المسكوب من سطح الماء بالحرق وتحويله إلى منتجات الاحتراق الغازي والسناج. هذا الأسلوب استجابة طبق بنجاح خلال إكسون فالديز¹ والانسكابات النفطية² الأفق المياه العميقة، وهو مذكور بانتظام كأسلوب استجابة انسكاب نفط محتملة ل القطب الشمالي^{3،4،5 ،6}. البارامترات الرئيسية التي تحدد سواء في الموقع حرق النفط ستكون ناجحة كأسلوب استجابة انسكاب هما القابلية للاشتعال وكفاءة حرق النفط. المعلمة الأولى، القابلية للاشتعال، توضح مدى سهولة يمكن إشعالها وقود ويمكن أن يؤدي للهب المنتشرة على سطح الوقود يسفر عن حريق نمواً كاملا. المعلمة الثانية، حرق الكفاءة، وتعرب عن كمية النفط (في wt %) فعالية تمت إزالته من على سطح الماء بسبب الحريق. وهكذا أنها ذات صلة بفهم القابلية للاشتعال وكفاءة حرق المتوقعة من الزيوت الخام المختلفة تحت في الموقع حرق الظروف.

بقع اشتعال النفط في المياه في الموقع حرق أغراض يتم تناولها عادة كمشكلة عملية، مع المناقشات النوعية في الإشعال نظم^5،7،،من⁸⁹. النهج العملي للاشتعال من انسكاب النفط كمشكلة ثنائية، ووضع العلامات والزيوت “إيجنيتابل” أو “لا إيجنيتابل” (مثل براندفيك، بري-راسموسين, et al. ¹⁰) غير أن ذلك غير صحيح من وجهة نظر أساسية. ومن الناحية النظرية، يمكن أن أشعلت أي الوقود نظراً لمصدر إشعال مناسبة. ولذلك ذات الصلة لتحديد متطلبات الإشعال لمجموعة واسعة من أنواع مختلفة من النفط الخام فهم أفضل لخصائص النفط الخام التي سوف تسميته ك “لا إيجنيتابل”. ولهذا الغرض، يمكن استخدام الأسلوب المتقدمة لدراسة وقت تأخير اشتعال النفط كدالة لتدفق الحرارة الحادثة، تدفق النفط والقصور الحراري، أي مدى صعوبة تسخين الزيت الحرارة الحرجة.

في دراسة سابقة، ونحن افترض أن المعلمة الرئيسي الذي يحكم كفاءة حرق هو ردود فعل الحرارة على سطح الوقود¹¹، ودالة لقطر تجمع. يشرح النظرية التبعية حجم تجمع الظاهر من كفاءة حرق استناداً إلى الدراسات المختبرية للإبلاغ عن انخفاض حرق الكفاءة (32-80 ٪)^8،12،13 ودراسات واسعة النطاق (تجمع القطر إيه تو m) الإبلاغ عالية حرق الكفاءة (90-99%)^14،،من¹⁵¹⁶. الطريقة التي تناقش هذه الوثيقة صممت لاختبار النظرية المقترحة. بإخضاع التجارب المختبرية صغيرة الحجم لتدفق ثابت من حرارة خارجية، يمكن محاكاة ردود فعل الحرارة أعلى لحرائق بركة واسعة النطاق تحت الظروف المختبرية التي تسيطر عليها. على هذا النحو، يسمح الأسلوب المتقدمة دراسة كفاءة حرق فعلياً كدالة للقطر باختلاف تدفق الحرارة الخارجية.

وبالإضافة إلى التمويه حرارة خارجية لمحاكاة أكبر حجم في الموقع حرق العمليات، ميزة الأجهزة التجريبية التبريد من بقعة النفط بتدفق المياه الباردة، ومحاكاة تأثير التبريد البحار الحالية. أسلوب بحث علاوة على ذلك متوافقة مع الزيوت الخام الطازجة وتعرضت للتجوية على حد سواء. ويصف التجوية النفط الخام العملية الفيزيائية والكيميائية التي تؤثر على نفط الخام بمجرد أنه هو تسرب في المياه، مثل الخسائر في مكوناته متقلبة وخلط مع الماء على شكل مستحلبات المياه في النفط (مثل AMAP¹⁷). التبخر واستحلاب وهما عمليات التجوية الرئيسية التي تؤثر القابلية للاشتعال من الزيوت الخام¹⁸ والبروتوكولات لمحاكاة عمليات التجوية هذه ولذلك ترد في أسلوب بحث.

وهنا، نقدم أسلوب مختبر رواية التي تحدد القابلية للاشتعال وكفاءة حرق النفط الخام تحت ظروف تحاكي في الموقع حرق عمليات في البحر. الدراسات السابقة المتعلقة بالقابلية للاشتعال وكفاءة حرق الزيوت الخام ظهرت أساليب مختلفة وقابلة للمقارنة. ودرس القابلية لاشتعال الزيوت الخام الطازجة والتعرية كدالة للتمويه الحرارة الخارجية في المياه¹⁹ وتحت درجات حرارة القطب الشمالي²⁰. حرق كفاءة الدراسات عادة ما تركز على أنواع مختلفة من جديد ونجا من الزيوت الخام والظروف البيئية في جدول ثابت (مثلاً بري راسموسين, et al. ⁸بيخ، سفيوم، وآخرون. ²¹)-هو دراسة أجريت مؤخرا على حرق الزيوت الخام الوارد من الرعاة الكيميائية، إلى معرفة المؤلفين، الأولى لدراسة كفاءة حرق للصغيرة، المتوسطة، وتجارب واسعة النطاق تحت ظروف مماثلة¹³. تجارب واسعة النطاق، ومع ذلك، لا تتوفر دراسات بارامتريه نظراً لكمية كبيرة من الوقت والموارد اللازمة لإجراء مثل هذه التجارب. والميزة الرئيسية لطريقة عرض على الدراسات المذكورة آنفا أنه يتيح في نفس الوقت دراسة كلا الاشتعال وحرق كفاءة نفط الخام تحت ظروف شبه واقعية. وكان الجمع بين دراسة هذين المعيارين للزيوت الخام كدالة لكل من أنواع مختلفة من النفط والقطر (محاكاة) تجمع من خلال تجارب قابلة للتكرار بسهولة سابقا غير مجد من الناحية العملية.

Protocol

هذا البروتوكول يجعل استخدام اثنين من الأجهزة التجريبية المختلفة المستخدمة في الخطوات 4-8، كما هو موضح في الرسومات المصاحبة لها. الإعداد الأولى هو “النفط الخام” القابلية للاشتعال جهاز (الجمعية) (الشكل 1 و الشكل 4)، وهو 1.0 × 1.0 × 0.50 م حوض مياه معدنية3 مصم…

Representative Results

ويبين الشكل 5 منحنى التبخر من النفط الخام الخفيف الذي قد تبخرت على مدى عدة أيام إلى خسارة 30% بالوزن باستخدام الطريقة الموضحة في الخطوة 2. الرقم الذي يبين بوضوح أن بعد اليوم الأول (ح 19) من التجوية التبخر، معدل التبخر ينخفض إلى حد كبير، مما يسمح لإيقاف مؤقت كما…

Discussion

طريقتين التجوية تناقش في هذه الورقة تقريب بسيطة نسبيا من عمليات التجوية إخضاع من نفط المسكوب في المياه إلى¹⁷. يمكن أيضا استخدام أساليب متطورة التجوية الأخرى، أكثر تقديم عينات النفط الخام المجوَّى، مثل المسايل تعميم وصف ب براندفيك وفاكسنيس³⁵. استفادة الأساليب الم?…

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.