התהליך הניסיוני במחקרי מעבדה של בחיי עיר בוער: דליקות והיעילות צריבה של נפט גולמי

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול ללמוד בו זמנית דליקות ויעילות הבוער של הנפט הגולמי בליה ורענן בתנאים המדמים בחיי עיר צריבה פעולות על הים.

Abstract

שיטה חדשה עבור חקר דליקות סימולטני ויעילות הבוער של הנפט הגולמי בליה ורענן דרך שני כיוונוני מעבדה ניסויית מוצג. הניסויים הם הדיר בקלות לעומת ניסויים בקנה מידה תפעוליים (בריכה קוטר ≥2 מ’), בעוד שמציעות עדיין מציאותיים מאוד בחיי עיר צריבה בתנאים של נפט גולמי על המים. תנאים ניסיוני כוללים מים זורמים תת השכבה שמקררת את כתם שמן, של שטף חום חיצוני (עד 50 קילוואט/m²) המדמה את המשוב חום גבוה אל פני השטח דלק בשריפות מאגר נפט גולמי מידה תפעוליים. תנאים אלה מאפשרים מחקר מעבדה מבוקרת של יעילות שריפת שריפות מאגר נפט שוות ניסויים בקנה מידה תפעוליים. השיטה מספקת גם נתונים כמותיים לגבי הדרישות עבור והצתת שמני גולמי במונחים של שטף חום קריטי, זמן ההשהיה ההצתה כפונקציה של שטף חום האירוע, את טמפרטורת פני השטח בעת התנעה האינרציה התרמית. סוג נתונים זה יכול לשמש כדי לקבוע את הכוח הנדרש ואת משך הזמן של מקור ההצתה להצית סוג מסוים של נפט גולמי טריים או בליה. המגבלה העיקרית של השיטה היא כי אפקט הקירור של המים הזורמים תת השכבה על הנפט הגולמי בוער כמו פונקציה של שטף חום חיצוני יש לא היה מלא לכמת. תוצאות הניסוי הראו בבירור כי השכבה זורמים מים תת לשפר את נציג כמה המקום הזה בחיי עיר תנאי בוער, אבל באיזה היקף הייצוג הזה הוא מדויק היא כרגע לא בטוח. השיטה אף על פי כן כולל את ריאליסטי בחיי עיר צריבה תנאי מעבדה זמין כעת עבור הלומדים בו זמנית את דליקות וצריבה היעילות של נפט גולמי על המים.

Introduction

בחיי עיר שריפת נפט גולמי שנשפך על המים היא שיטה התגובה לשפוך נפט ימיים זה מסיר שמן שנשפך מפני השטח המים על ידי צריבתו והפיכתו פיח ומוצרים גזי בעירה. שיטה זו התגובה הוחלה בהצלחה במהלך אקסון ואלדז¹ ו אופק בעומק² הנפט נשפך ולא מוזכר באופן קבוע שיטה התגובה לשפוך שמן פוטנציאליים עבור הארקטי^{3,4,5 ,6}. שני הפרמטרים מפתח לקבוע אם בחיי עיר שריפת שמן יהיה מוצלח כשיטה התגובה לשפוך את דליקות הינם יעילות שריפת השמן. הפרמטר הראשון, דליקות, מתאר איך בקלות דלק יכול להידלק והוא יכול להוביל להבה מתפשטת על פני דלק כתוצאה מכך בשריפה מפותחת. הפרמטר השני, שריפת יעילות, מבטא את כמות השמן (ב wt %) מוסר ביעילות פני המים ליד האש. זה רלוונטי ובכך להבין את דליקות ואת היעילות בוער הצפוי של שמני גולמי שונים תחת בחיי עיר צריבה תנאים.

ההצתה של שמן כתמי מים בחיי עיר צריבה מטרות מופנית בדרך כלל בעיה מעשית, עם דיונים איכותי על ההצתה מערכות^5,7,8,9. הגישה המעשית להצתה של נשפך שמן כבעיה בינארי, labelling שמנים “.”הדבר הזה מצית אותך או “לא הדבר הזה מצית אותך” (למשל Brandvik, Fritt-רסמוסן, et al. ¹⁰), אולם הוא שגוי מנקודת מבט הבסיסית. בתיאוריה, כל דלק יכול להידלק בהתחשב מקור ההצתה המתאים. לכן זה רלוונטי לכמת את הדרישות ההצתה עבור מגוון רחב של סוגים שונים נפט גולמי כדי להבין טוב יותר את המאפיינים של נפט גולמי זה באותיות כמו “לא הדבר הזה מצית אותך”. למטרה זו, השיטה שפותחה ניתן ללמוד את זמן ההשהיה ההצתה של שמן כפונקציה של שטף חום התקרית, שטף החום הקריטי של השמן, שלה האינרציה התרמית, כלומר כמה קשה זה לחמם את השמן.

במחקר הקודם, אנחנו הניחו כי הפרמטר העיקרי השולטת יעילות שריפת הוא המשוב חום דלק משטח¹¹, אשר היא פונקציה של קוטר הבריכה. התיאוריה מסבירה את התלות גודל הבריכה נראית לעין ליעילות בוער מבוסס על מחקרי מעבדה דיווח נמוך בוער יעילות (32-80%)^8,12,13 ולימודי בקנה מידה גדול (בריכה קוטר ≥2 ז) דיווח גבוהה בוער יעילות (90-99%)^14,15,16. השיטה הנדונים כאן נועד לבחון את התיאוריה המוצע. במינים בקנה מידה קטן שמוכר כדי זרימה מתמדת חום חיצוני, ניתן לדמות את המשוב חום גבוה יותר לאש בריכה בקנה מידה גדול בתנאי מעבדה מבוקרת. ככזה, השיטה שפותחה מאפשרת ללמוד את יעילות שריפת ביעילות כפונקציה של הקוטר על ידי שינוי שטף חום חיצוני.

בנוסף שטף חום חיצוני כדי לדמות קנה מידה גדולה יותר של בחיי עיר שריפת פעולות, התכונה setups ניסיוני קירור של כתם שמן על ידי זרם מים קרים, להדמיית אפקט הקירור של הים הנוכחי. השיטה דנו היא יתר על כן תואם עם שמני גולמי הן טריים והן בליה. הבליה של נפט גולמי מתאר את התהליך הכימי והפיסי המשפיעות לנפט גולמי ברגע זה נשפך על המים, כגון הפסדים של מרכיביו נדיף ולערבב עם מים כדי אמולסיות מים בתוך שמן הטופס (לדוגמה, AMAP¹⁷). אידוי, תחליב שני תהליכי הבלייה העיקריים המשפיעים על דליקות של שמני גולמי¹⁸ , פרוטוקולים להדמיית תהליכים בלייה אלה כלולים ולכן השיטה דנו.

במסמך זה, אנו מציגים שיטה מעבדה הרומן הקובע את דליקות והיעילות הבוער של נפט גולמי בתנאים המדמים בחיי עיר צריבה פעולות על הים. מחקרים קודמים על דליקות ועל יעילות שריפת שמן גולמי בהשתתפות דומות ושיטות שונות. דליקות של שמני גולמי בליה ורענן כפונקציה של שטף חום חיצוני נחקר על המים¹⁹ ותחת טמפרטורות הקוטב²⁰. מחקרים יעילות שריפת בדרך כלל מתמקדים סוגים שונים של טרי, בלויות שמני גולמי ותנאים סביבתיים בקנה מידה קבוע (למשל, Fritt-רסמוסן, et al. ⁸פרנילה בק, Sveum, et al. ²¹)-מחקר שנערך לאחרונה על שריפת שמן גולמי הנכללת רועים כימית היא, הידע של המחברים, הראשונים שלמדו את יעילות שריפת עבור קטן, בינוני, ו ניסויים בקנה מידה גדול תחת תנאים דומים¹³. הם ניסויים בקנה מידה גדול, עם זאת, לא זמינים ללימודי פרמטרית עקב כמות נרחבת זמן ומשאבים הדרושים עבור ניסויים כאלה. היתרון העיקרי של השיטה שהוצגו על המחקרים כאמור הוא שזה מאפשר עבור הלומדים בשתי דליקות את וצריבה היעילות של נפט גולמי בתנאים למחצה מציאותי בו זמנית. השילוב של לימוד אלה שני פרמטרים עבור שמני גולמי כפונקציה של סוגי שמן שונה והן את קוטר הבריכה (מדומה) דרך ניסויים בקלות הדיר היה בעבר ישים בפועל.

Protocol

פרוטוקול זה עושה שימוש שני כיוונוני ניסיוני שונים המשמשים בשלבים 4-8, כפי שמוצג את התרשימים הנלווה. ההגדרה הראשונה תהיה הנפט הגולמי דליקות המנגנון (COFA) (איור 1 ו- 4 באיור), אשר נמצא 1.0 × 1.0 × 0.50 מ’3 אגן מים מתכת שנועדו לנהל בקנה מידה קטן בחיי עיר שריפ…

Representative Results

איור 5 מראה את עקומת אידוי של שמן גולמי אור היה התאדו על פני ימים מרובים לאובדן של 30% wt באמצעות השיטה המתוארת בשלב 2. האיור מראה בבירור כי לאחר היום הראשון (19 h) בליה אויר, קצב אידוי מצטמצם באופן משמעותי, אשר מאפשר עבור השהיות כאמור בפרוטוקול. <p class="jove_content" fo:k…

Discussion

שתי השיטות בליה המתוארים במסמך זה הם הערכה פשוטה יחסית של תהליכי בליה שמן שנשפך על המים הוא נתון עד¹⁷. שיטות מתוחכמות בליה יותר יכול לשמש גם כדי לספק דוגמאות בליה נפט גולמי, כגון לבריכה במחזור המתואר באמצעות Brandvik ו- Faksness³⁵. היתרון של השיטות הציג היא כי הם דורשים ציוד …

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.