#газ

Современная инфраструктура включает множество сетей трубопроводов, которые выполняют важные функции по транспортировке газа и нефти. Однако их длительная эксплуатация приводит к износу, коррозии, утечкам и другим повреждениям, способствующим авариям и значительным экономическим потерям. Для предотвращения таких ситуаций в последние годы уделяется большое внимание применению роботизированных систем для диагностики трубопроводов. Благодаря своей мобильности и способности проникать внутрь труб, они могут осуществлять осмотр и мониторинг в труднодоступных местах. Однако аккумуляторы, которые являются важным источником энергии для роботов, обладают совсем небольшой мощностью и соответственно малым временем работы. Ученые Пермского Политеха разработали аккумулятор с высокой энергетической мощностью, длительным сроком эксплуатации и небольшими габаритными размерами, которые позволяют установить его в робота. Разработка представляет собой инновационное решение, обеспечивающее надежное и эффективное электропитание для автономного робототехнического комплекса по диагностике трубопроводов.

Верхнекамское месторождение калийных солей — это один из крупнейших в мире обогащенных центров активного российского недропользования. Здесь добывают калийные, магниевые, натриевые соли, а также ведется добыча углеводородного сырья, пресных подземных вод и полезных ископаемых для строительных материалов. Однако подземная разработка месторождения значительно осложняется газодинамическими явлениями. Сегодня научные исследования направлены на решение этой проблемы. Но среди применяемых методов прогнозирования таких природных особенностей отсутствуют методы, основанные на структурно-тектоническом анализе строения пластов, который во многом определяет газодинамическую опасность на рудниках. Эту проблему смогли решить исследователи из Пермского Политеха. Ученые выявили оптимальный метод, позволяющий обрабатывать данные о структурно-тектоническом строении пласта для прогнозирования складчатых структур, опасных по газодинамическим явлениям.

Для обеспечения герметичности и долговечности нефтяных и газовых скважин, эксплуатационные колонны, через которые в будущем на поверхность поступают флюиды, цементируют с помощью тампонажного раствора. Это важный ответственный и трудоемкий процесс, от которого зависит успешность будущей работы скважин. Состав таких смесей для каждой из них подбирается в лабораторных условиях с учетом горно-геологических особенностей, определяются его технологические свойства, обеспечивающие безаварийность проведения работ по цементированию. Если выбрать неправильную рецептуру, то может произойти гидравлический разрыв пласта, который приведет к загрязнению и значительному ухудшению свойств продуктивных горных пород. На сегодняшний день нет полностью автоматизированного способа выбора состава тампонажного раствора, который бы учитывал все требуемые характеристики. Ученые Пермского Политеха разработали программное обеспечение, которое поможет выбрать оптимальную рецептуру тампонажного раствора с учетом требуемых технологических параметров и стоимости всех химических реагентов без проведения дополнительных лабораторных исследований.

На любых промышленных объектах и в быту очень важно следить за газовым оборудованием. Утечка газа может вызвать отравление человека, а еще образовывать взрывоопасную смесь. Природный газ и сжиженные углеводородные газы не имеют запаха, поэтому их утечка может быть обнаружена только специальными датчиками. Для выявления наличия газа в воздухе в товарный газ добавляют специальные вещества – одоранты, имеющие резко выраженный запах. Это позволяет оперативно выявить утечку без специальных технических средств. До недавнего времени в России широко использовались серосодержащие одоранты: СПМ (смесь природных меркаптанов) с Оренбургского газоперерабатывающего завода и некоторые зарубежные аналоги. Однако в связи с уходом иностранных поставщиков одорантов на рынке возник дефицит этого обязательного компонента товарных газов, поэтому становится актуальной тема его импортозамещения и расширения линейки. Ученые Пермского Политеха предложили использовать в качестве одоранта на газоперерабатывающем производстве метилакрилат.

Ученые лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН на основе отечественного сырья синтезировали эффективный адсорбент для извлечения легких углеводородов C2+ из природного газа при высоких давлениях (до 50 бар). Для доказательства его эффективности была проведена экспериментальная работа, в которой сравнивались селективные свойства нескольких углеродных структур различного происхождения и с разными параметрами пористой структуры. Роль природного газа в энергетике и нефтехимии постоянно растет.

С 10 по 13 июля в Екатеринбурге проходит Международная промышленная выставка ИННОПРОМ-2023. На стенде Челябинской области свои разработки и производственные решения для промышленности представил Южно-Уральский государственный университет.

Запасы нефти и газа в России заканчиваются с каждым годом все быстрее, а их потребление продолжает только увеличиваться. На этом фоне в 2021 году премьер-министр России Михаил Мишустин призвал производителей постепенно переходить на возобновляемые источники энергии и сокращать использование традиционных видов горючего, в том числе и угля. Уже к 2030 году наша страна должна почти полностью перейти на «зеленую» энергетику. Это не только сэкономит природные ресурсы, но и поможет планете в борьбе с глобальным потеплением. Правда, газом или нефтью пользуется не только промышленность, но и жилые дома, например, для отопления, поэтому поиск новых методов генерации тепла — актуальная задача. Ученые Пермского Политеха предложили использовать геотермальное отопление в индивидуальных жилых домах, в качестве альтернативы газовому, и посчитали насколько оно экономически эффективно.

В лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН получен патент на металлорганическую каркасную структуру (МОКС) бензолтрикарбоксилата лантана (III) La-BTC и способ ее получения. МОКС представляет собой микропористый адсорбент с прецизионной пористой структурой и узким распределением пор по размерам. Оптимизация технологических процессов и понижение температуры синтеза позволили сократить энергозатраты при его производстве. Размер пор оптимален для адсорбции углекислого газа, поэтому МОКС на основе лантана может быть использован для очистки технических газов.

В лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН получен патент на металлорганическую каркасную структуру (МОКС) бензолтрикарбоксилата иттрия (III) Y-BTC для аккумулирования водорода и способ ее получения. МОКС представляет собой адсорбент, который имеет прецизионную пористую структуру с узким распределением пор по размерам. Он обладает повышенными адсорбционными свойствами по водороду и может применяться для адсорбционного аккумулирования и селективного разделения веществ, в том числе для хранения и транспортировки водорода и выделения и очистки инертных газов. Стоимость производства МОКС таким методом ниже, потому что при синтезе используется меньшее количество веществ.

Физики из ОИВТ РАН, НИУ ВШЭ и МФТИ разработали открытый код OpenDust, который впервые в мире позволяет моделировать движение микрочастиц конденсированного состояния в плазменном потоке. OpenDust оптимизирован под использование графических процессоров и за счет этого позволяет значительно ускорить расчет сил, действующих на микрочастицы, в десятки раз опережая существующие аналоги.

Ученые ИФХЭ РАН и НИЯУ МИФИ, подведомственных Минобрнауки России, применили технологию химического газофазного осаждения для формирования на медной подложке равномерного и низкопористого вольфрамового покрытия толщиной от 30 до 50 микрометров. Изобретение может быть использовано для создания приемной пластины дивертора токамака с концепцией «потеющей стенки» из жидкого лития.

Основные запасы природного газа в России расположены в отдаленных, труднодоступных регионах страны, поэтому возникает проблема его транспортировки из мест добычи до потребителей. Для транспортировки горючего строятся сети высокого давления. Преодолевая большие расстояния, газ теряет энергию в результате трения о стенки трубопровода. Поэтому для поддержания рабочего давления в газопроводе через каждые 100-130 километров строятся газокомпрессорные станции, оснащенные газотранспортной установкой. Аварийное отключение установки может привести к нарушению сроков поставки природного топлива и финансовым потерям, поэтому к ее элементам предъявляются высокие требования по надежности работы. Одной из причин аварийного отключения установки является превышение допустимого уровня вибрации вращающейся части двигателя — ротора. Ученые Пермского Политеха обнаружили основные причины возникновения вредоносных колебаний компрессора и создали упрощенную матмодель для борьбы с ними.

Водоемы содержат значительную часть углерода — главной составляющей парниковых газов. Ученые Томского государственного университета исследовали малые реки Томской области и выяснили, что концентрация растворенного и взвешенного углерода в них больше, чем в таких крупных водных артериях России, как Обь и Лена. Поэтому вклад малых рек в глобальную трансформацию климата может быть гораздо существеннее, чем считалось ранее.

Для транспортировки попутного нефтяного газа через трубопроводы в них необходимо поддерживать определенный уровень давления. С этой целью строятся газокомпрессорные станции, оборудование для которых прежде закупалось за рубежом. В рамках обеспечения технологической независимости от импорта ученые Пермского Политеха определили, как заместить отслужившие импортные детали пластинчатых компрессоров без вреда для оборудования.

Исследователи из Сколтеха и Томского политеха настроили синтез пятикомпонентного карбида — прочного и тугоплавкого соединения углерода и пяти переходных металлов, которое имеет перспективы применения в промышленной керамике и катализе. На основании фундаментальных теоретических принципов, численного моделирования и машинного обучения ученые определили условия синтеза однофазного карбида — так называется состояние вещества, где все атомы металлов равномерно распределены по объему кристалла, — и подтвердили верность предсказания экспериментально. При этом использовался перспективный безвакуумный электродуговой метод синтеза, который экономит значительное количество электроэнергии.

Для транспортировки природного и попутного газа необходимо поддерживать в трубопроводах определенный уровень давления. Сделать это помогают газотурбинные двигатели, аналогичные тем, что используются в самолетах. Они служат источником энергии для работы газокомпрессорных станций. Во время сильных снегопадов на воздухоочистительных устройствах авиационного привода формируется ледяная корка, а иногда снежная «шуба». Ее образование приводит к снижению пропускной способности, уменьшению входного давления, что сопряжено с авариями и простоями. Для борьбы с обледенением ученые Пермского Политеха разработали экспериментальный комплекс «ФИЛЬТР».

Сегодня все больше разрабатываемых нефтяных месторождений можно назвать мелкими по размерам и запасам. В таких условиях проводить большое количество разных исследований для каждого объекта экономически нерентабельно. В то же время на практике нередко встречаются ситуации, когда те или иные параметры принимаются по аналогии с другим месторождением. Основаниями для этого являются непосредственная территориальная близость, отношение к одному и тому же тектоническому элементу и сходство геолого-физических характеристик. Ученые Пермского Политеха предложили всесторонний анализ сразу нескольких объектов, который позволит установить строение, размеры пустотного пространства, фильтрационные характеристики горных пород и их комплексное влияние на добычу ископаемого.

Для эффективной работы камер сгорания газотурбинных энергоустановок, которые активно используются для выработки электричества и теплоэнергии, необходимо в течение всего процесса нагревать свежую газовоздушную смесь до температуры воспламенения. Если газа в смеси мало, а воздуха много, горение нестабильно и практически невозможно. Ученые Пермского Политеха предложили комбинированный способ повышения температуры топлива перед его подачей в камеру сгорания. Технология позволит установке самопроизвольно выделять большое количество тепла и электроэнергии, не принося вреда экологии. Кроме того, разработка уменьшит габариты оборудования и при этом увеличит срок службы и экономичность его работы.

После принятия закона о запрете сжигания попутного нефтяного газа в России были построены газопроводы низкого давления. Их протяженность составляет более семи тысяч километров. Сейчас состояние магистральных газопроводов отслеживают с помощью специальных снарядов с датчиками, которые перемещаются по трубам за счет перекачиваемого газа. При этом для точности диагностики важно обеспечивать равномерную скорость движения снаряда. Существующие конструкции диагностических снарядов недостаточно эффективны для мониторинга газопроводов низкого давления, так как неровности внутренних стенок и относительно низкое давление делают их движение неравномерным. Это приводит к искажению или потере информации, а иногда и к поломке оборудования. Ученые Пермского Политеха предложили конструкцию диагностического снаряда с дополнительными каналами, которая позволит обеспечить безопасность трубопроводов для транспортировки попутного газа.

Системы, подающие рабочий газ под давлением (газогенерирующие устройства), нашли широкое применение в современной авиационной и ракетно-космической промышленности. Обычно газы используются для наддува баков, вытеснения компонентов ракетного топлива в двигательных установках или как самостоятельное топливо для газовых двигателей. Ученые Пермского Политеха предложили новый пористый спекаемый материал с высокими эксплуатационными характеристиками, который можно будет использовать для производства охладителя твердотопливных газогенераторных систем авиационной и космической промышленности.