186511. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szénhidrogéneket szállító vezetékekben levő földgázhidrát, jég, elemi kén vagy paraffin olvasztására
1 186 511 2 fin bontására, illetve olvasztására a 0,8-8 GHz frekvenciájú, TE0, vagy TE,, vygyTM01 módusú elektromágneses teret alkalmazva a földgáziparban használt bármely csővezetékben lévő lerakódást a legkisebb energiabefekíetéssel tudjuk megszüntetni. Találmányunk az elektromágneses energia elnyelődési és a hullámterjedés törvényszerűségein alapul. Az elemzést tömören az alábbiakban foglaljuk össze: Az elektromágneses térerősség disszipációjának teljesítménye Pd-V térfogatban: Pd = 5,56 - 101’ f Ér tg <5 E2 V ahol f = a frekvencia E = az elektromos térerősség Ér = a relatív permittivitás valós része tgá = a veszteségi szögtangense. A földgázvezetékben lévő földgázban, gazolinban és vízben, illetve a vezeték falán lévő közegekben dísszipálódó energia az egyes közegekben diszszipálódott energia algebrai összege. Egységnyi térfogatban: Pd = (Pd gáz ■ mgáz + PdCil ■ m{ H-f PdH;0 - mHa0) V + 2r ti • 1 h • Q • Pdsz, ahol r = a vezeték belső átmérője, 1 = a vezeték belső hossza, h = a szennyező réteg vastagsága, q = a szennyező réteg sűrűsége. Az irodalmi mérésadatok szerint a gázok permittivitása és veszteségszöge igen kicsi, bennük gyakorlatilag az elektromágneses térerő nem disszipálódik. A gazolin permittivitása várhatóan törésmutatója négyzetével egyenlő és frekvencia független, számértéke 1,2— 1,7; veszteségi szögének 104-szerese 1-5 GHz tartományban 20-200 közt várható. A víz permittivitása és veszteségi szöge és szorzatuk a hőmérséklet függvényében, a hidrátképződés szempontjából érdekes 0 °C-25 °C tartományban, rendre 0,3; 3,0; 10 GHz frekvencián: t(°C) 0,3 GHz 3 GHz 10 GHz 1,5 86,5 80,5 38 320 3100 10 300 2,768 24,95 31,14 15 81,0 78,8 49 210 2050 7000 1,701 21,67 28,70 77,5 76,5 55 25 160 1570 5400 1,240 12,01 29,70 Látható, hogy a víz dielektromos vesztesége (az Ér • tg 8 szorzat) a frekvencia növekedtéve! rohamosan nő. Emiatt célszerűnek látszana minél nagyobb frekvencia alkalmazása, mert egységnyi besugárzott teljesítményből így nagyobb részt nyel el a viz. Például az egyik gázmezőből termelt gázt szállító vezetékre végzett számítások szerint 84 bar nyomáson és 15 °C-on a gáz sűrűsége: 81,6 kg/m3 a szénhidrogén kondenzátum sűrűsége: 631,3 kg/m3 a földgáz (az elegy) fajtérfogata: 1,22 • 10'2 m3/kg. A gázt rétegállapotban 180 bar nyomáson, 120 *C-on teíilettnek tekintjük. Telítési vízgőztartalma 0,3125 kg H20/kmól földgáz 1,59 • 10~2 kg H20/ kg földgáz. Ha a gázt nem szeparálják mezőben, akkor a hidráiban 0,3065 kg/kmó! víz épül be, míg a hidráttal egyensúlyt tartó gázfázisban 0,0060 ^g/kmól a víztartalom. A csővezetékben lévő közeg 1 m3 térfogatában elnyelődő energia (a csőfalon lévő szennyezésben elnyelődő energiát nem számítva), p = 5,56 • KJ""1 ‘fÉ2(É,gáz • tg S gáz • mgáz + 4 ÉlC„ tg úc„ mCH 4- ÉrH,0 tg <5 H20 • mH2o) A zárójelben lévő, közegtől függő tényezőt K-va! jelölve, melynek száméríéke fenti üzemállapotra 3 GHy-en: K = 1 ■ I • 10 ~5 • 0,928—T—- —- ■ 81,6 kg/m3 gáz nv csoterf. ___ m3 4 1,3- I • 10 -2 0,072631,3 kg/CH + m csoterf. 4 21,67 1,56- 10"2 kg H20/kg földgáz; KJ(!n/ = 7,6- 10 *4-0,59 4- 28,17 = 28,76, 10 GHz-en K10í;„, = 7,6- 10-54-0,594-28,70- 1,3 kg = 37,9 E két számadatot összevetve látható, hogy minden mikrohullámú frekvencián az energia zömét a víz, illetve jég vagy hidrát nyeli el, jóllehet nagyobb frekvencián az arány eltolódik a víz javára. Azonban a közegfüggő K tényezők, illetve a frekvenciák szorzatai 3 10Q • 28,76 = 8,63 ■ I010, illetve 10 • 10° ■ 37.9 = 37,9 • 10!0 értékűek. A magasabb fekvencia alkalmazása tehát mintegy négyszeres disszipációs veszteséggel járna. Ezt a? arányt még fokozza a falon lévő rozsdában, szennyezésben elnyelődő energia. Fenti meggondolások alapján választottuk a mikrohullámú sáv alsó frekvenciáit. E választás ugyanakkor azzal a hátránnyal jár, hogy a nagyobb hullámhossz korlátozza a besugározható csővezeték méretet, de ez megfelelő módus alkalmazásával kiküszöbölhető. Az a kritikus hullámhossz, mely a tápvonalnak megfelelő csővezetékben még terjed, az elektromágneses tér szerkezetének, irányának, az úgynevezett módusnak függvénye. A szabványos ipari frekvenciájú (hullámhosszú) sugárzók által meghatározott kritikus átmérők: 5 10 15 20 25 30 '35 40 45 50 55 60 3
