Ученые усовершенствовали устройство очистки нефтяного газа

09:01, 16 сентября 2021

Благодаря этому добыча нефти станет более экологичной и экономичной

По словам Владимира Алехина, вихревые трубы используются в нефтедобыче для превращения попутного нефтяного газа в сырье. Фото: Полина Погребицкая.

Ученые разработали модель трансзвукового сопла для вихревых труб, которые применяются в нефтегазовой промышленности для очистки попутного нефтяного газа. Новая разработка избавит от необходимости использовать компрессорные станции на скважинах, что значительно сократит как капитальные, так и эксплуатационные расходы. Подробные расчеты и результаты исследования представлены в журнале International Journal of Heat and Mass Transfer.

«Основной областью применения вихревых труб является нефтегазовая промышленность. Например, вместе с добываемой нефтью на поверхность поднимается попутный нефтяной газ, который состоит из множества фракций. В прошлом этот газ сжигали непосредственно на скважине, чем существенно загрязняли окружающую среду. В настоящий момент вихревые трубы используются в нефтедобыче для превращения попутного нефтяного газа в сырье для последующей его транспортировки», — отмечает соавтор публикации, заведующий кафедрой систем автоматизированного проектирования объектов строительства УрФУ Владимир Алехин.

Исследователи провели инженерные расчеты, разработав полуодномерную численную модель, а также применили 3D-моделирование для улучшения характеристик вихревой трубы. Ученые пришли к выводу, что низкая эффективность стандартных вихревых труб связана с их строением. Эффект охлаждения в вихревой трубе возникает из-за обмена энергией между двумя противоположно текущими потоками сжатого газа, однако стандартная конструкция сопла не позволяет разгонять газ в сверхзвуковом режиме. Это приводит к потере значительного количества начальной энергии сжатого газа. Ученые утверждают, что эффективность вихревой трубы можно повысить, увеличив давление сжатого газа на входе и дополнив сопло вихревой трубы новой сверхзвуковой секцией. Сейчас они работают над ее дальнейшим усовершенствованием.

«Эффект энергоразделения в вихревых трубах представляет собой неразрешенную фундаментальную проблему. До конца не ясны физические механизмы, приводящие к температурной стратификации в вихревых трубах. Сейчас мы взвешиваем возможные варианты продолжения исследований нового соплового аппарата. Нам хотелось бы добиться применения вихревых труб для конденсации определенных фракций из газового потока, — поясняет соавтор исследования, доцент кафедры гидравлики УрФУ Анатолий Хаит. — Кроме того, существует ряд потенциальных областей использования вихревых труб, например, конденсация воды из влажного воздуха или охлаждение и нагрев воздуха в помещении. Во всех случаях требуется существенное повышение их энергоэффективности».

Над данной разработкой трудились ученые Уральского федерального университета, Генуэзского университета (Италия) и представители конструкторского бюро «ЧКЗ-ЮГСОН» (Екатеринбург). В этом составе группа работает над изучением и улучшением вихревых труб с 2013 года.

Справка

Вихревая труба Ранка-Хилша является альтернативным способом получения холода. Вихревые трубы не только генерируют холод, но одновременно обеспечивают сепарацию газовых потоков от конденсирующихся компонентов. Достоинством вихревых труб можно назвать простоту конструкции и компактность, отсутствие необходимости в хладагентах (аммиак и фреон опасны для человека), легкость изготовления, обслуживания и ремонта. Простота, компактность, безопасность и надежность в промышленной эксплуатации, возможность работы на агрессивных и взрывоопасных газах — эти качества обеспечивают простоту применения на производстве.