Розробка математичної моделі процесів синтезу та дисоціації газових гідратів у газопроводі під дією мікрохвильового випромінювання

Автор(и)

  • Тарас Михайлович Подоляк Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка», Україна https://orcid.org/0009-0008-5287-0880
  • Вікторія Іванівна Дмитренко Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка», Україна https://orcid.org/0000-0002-1678-2575

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.363759

Ключові слова:

газові гідрати, надвисокочастотне електромагнітне випромінювання, дисоціація, математичне моделювання, газопровід, енергоефективність, тепловий баланс

Анотація

Об’єктом дослідження є тепломасообмінні процеси, які відбуваються на поверхні гранули газогідрату, який рухається в газопроводі.

В дослідженні вирішувалась проблема нафтогазової галузі – боротьба з утворенням газових гідратів (ГГ) у системах видобутку та транспортування вуглеводнів. Запропоновано перспективний підхід до інтенсифікації дисоціації гідратів шляхом застосування надвисокочастотного електромагнітного випромінювання. Особливості отриманих результатів полягають у розробці математичної моделі, в якій об’єднано два процеси синтезу та дисоціації газових гідратів з урахуванням гідродинамічних процесів у трубопроводі. Головними відмінностями запропонованої математичної моделі є: одночасне урахування двох взаємопротилежних процесів синтезу та дисоціації газогідрату на поверхні гранули; ці процеси відбуваються під час руху газогідратної гранули усередині газопроводу; розігрів гранули газогідрату відбувається внаслідок поглинання нею прямого та відбитого багатомодового надвисокочастотного електромагнітного випромінення.

Отримано комплексну апроксимаційну залежність для визначення необхідної потужності випромінювача Pw = 124Cgg/R1,7, яка дозволяє оперативно розраховувати необхідну мінімальну потужність магнетрона для боротьби з гідратоутворенням.

Встановлено, що для руйнування частинок малих розмірів (<0,01 мм), навіть якщо їх концентрація низька (0,01–0,02%), потрібен випромінювач порівняно великої потужності (3–5 кВт). Теж саме спостерігалося у разі накопичення ГГ до великих концентрацій (>0,1%) при розмірі частинок 0,05–0,1 мм. Тому найбільш вигідною стратегією боротьби з накопиченням ГГ є його активна руйнація при досягненні розмірів 0,02–0,05 мм, які не шкодять перебігу основного технологічного процесу.

Отримані залежності є основою для вдосконалення технологій підготовки газу в умовах гідратоутворення шляхом використання енергії надвисокочастотного випромінювання.

Біографії авторів

Тарас Михайлович Подоляк, Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»

Аспірант

Кафедра нафтогазової інженерії та технологій

Вікторія Іванівна Дмитренко, Національний університет «Полтавська політехніка імені Юрія Кондратюка»

Кандидат технічних наук, доцент,  завідувач кафедри

Кафедра нафтогазової інженерії та технологій

Посилання

  1. Dmytrenko, V. I., Zezekalo, I. G., Vynnykov, Y. L. (2022). The use of bischofite in the gas industry as an inhibitor of hydrate formation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1049 (1), 12052. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1049/1/012052
  2. Pedchenko, M. M.; Biletskyi, V. S. (Ed.) (2014). Hidratoutvorennia vuhlevodnevykh haziv. Poltava: PoltNTU, 182. Available at: https://www.researchgate.net/publication/338117028_Pedcenko_MM_Gidratoutvorenna_vuglevodnevih_gaziv_monografia_MM_Pedcenko_za_red_VS_Bileckogo_-_Poltava_PoltNTU_2014_-_182_s_ISBN_978-966-616-129-4
  3. Dmytrenko, V., Podoliak, T. (2024). Research of methanol content in technological flows of facilities that process gas preparation by low-temperature separation method. Technology Audit and Production Reserves, 6 (1 (80)), 46–53. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.318926
  4. Sloan, E. D. (1998). Clathrate hydrates of natural gases. Marcel Dekker. Available at: https://www.abebooks.com/9780824799373/Clathrate-Hydrates-Natural-Gases-Second-0824799372/plp
  5. Li, D.-L., Liang, D.-Q., Fan, S.-S., Li, X.-S., Tang, L.-G., Huang, N.-S. (2008). In situ hydrate dissociation using microwave heating: Preliminary study. Energy Conversion and Management, 49 (8), 2207–2213. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.01.031
  6. Dreus, A. Y., Bondarenko, V. I., Biletskyi, V., Lysenko, R. (2020). Mathematical simulation of heat and mass exchange processes during dissociation of gas hydrates in a porous medium. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5, 33–39. https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-5/033
  7. Rebai, N., Hadjadj, A., Benmounah, A., Berrouk, A. S., Boualleg, S. M. (2019). Prediction of natural gas hydrates formation using a combination of thermodynamic and neural network modeling. Journal of Petroleum Science and Engineering, 182, 106270. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106270
  8. Fatykhov, M. A., Akchurina, V. A., Stolpovsky, M. V. (2020). Numbrigal simulation of a thermodynamic process to decompose gas hydrate in a gas production well using, radiofrequency electromagnetic radiation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 862 (6), 62075. https://doi.org/10.1088/1757-899x/862/6/062075
  9. Shi, M., Yang, L., Gao, S., Wang, G. (2022). Small-Diameter Tube Wall Damage-Detection Method Based on TE01 Mode Microwave. Sensors, 22 (17), 6476. https://doi.org/10.3390/s22176476
  10. Yang, H., Liu, X., Yue, J., Tang, X. (2022). Analysis of factors affecting microwave heating of natural gas hydrate combined with numerical simulation method. Petroleum, 8 (3), 391–402. https://doi.org/10.1016/j.petlm.2021.12.003
  11. Bera, A., Babadagli, T. (2017). Effect of native and injected nano-particles on the efficiency of heavy oil recovery by radio frequency electromagnetic heating. Journal of Petroleum Science and Engineering, 153, 244–256. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2017.03.051
  12. Kutnyi, B., Pavlenko, A., Cherednikova, O. (2023). Theoretical Foundations of Gas Hydrate Synthesis Intensification. Environmental and Climate Technologies, 27 (1), 666–682. https://doi.org/10.2478/rtuect-2023-0049
  13. Zhang, X., Wang, Y., Wang, H., Fan, S., Meng, X., Xu, H. (2024). Structural parameters optimization of microwave radiation antenna in hydrate reservoir based on multiphysical coupling model. Case Studies in Thermal Engineering, 64, 105449. https://doi.org/10.1016/j.csite.2024.105449
  14. Dreus, A. Y., Gubin, O. I., Bondarenko, V. I., Liu, B., Batuta, V. I. (2022). Numerical study of microwave impact on gas hydrate plugs in a pipeline. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 4, 28–33. https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-4/028
  15. Runborg, O. (2007). Mathematical models and numerical methods for high frequency waves. Communications in Computational Physics, 2 (5), 827–880. Available at: https://www.csc.kth.se/~olofr/Publications/runborg-cicp.pdf
  16. Gear, C. W. (1971). Numerical initial value problems in ordinary differential equations. Prentice-Hall. Available at: https://www.scribd.com/doc/28941688/Numerical-Initial-Value-Problems-in-Ordinary-Differential-Equations#google_vignette
  17. Abu-Nab, A. K., Koldoba, A. V., Koldoba, E. V., Poveshchenko, Y. A., Podryga, V. O., Rahimly, P. I., Bakeer, A. E. (2023). On the Theory of Methane Hydrate Decomposition in a One-Dimensional Model in Porous Sediments: Numerical Study. Mathematics, 11 (2), 341. https://doi.org/10.3390/math11020341
Development of a mathematical model for gas hydrate synthesis and dissociation processes in a gas pipeline under microwave radiation

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-06-16

Як цитувати

Подоляк, Т. М., & Дмитренко, В. І. (2026). Розробка математичної моделі процесів синтезу та дисоціації газових гідратів у газопроводі під дією мікрохвильового випромінювання. Technology Audit and Production Reserves, 3(1(89), 43–49. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.363759

Номер

Том 3 № 1(89) (2026): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології та системи енергопостачання

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Taras Podoliak, Victoriia Dmytrenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.