Wysłuchiwanie pęcherzyków w rurach
Rury i rurociągi stały się żyłami nowoczesnego społeczeństwa. Transportują cenne paliwa, jak ropa i gaz, z głębin dna oceanicznego, przez granice, do naszych miast i domów. Niemniej pierwszym krokiem do wyprowadzenia ropy i gazu z dna morskiego do rur jest skomplikowana procedura najeżona niebezpieczeństwami z powodu zmieniających się ciśnień. Międzynarodowy zespół, pracujący pod kierunkiem europejskich naukowców, opracował nową metodę pomiaru pęcherzyków gazu w rurociągach, umożliwiającą unikanie "wybuchów" pęcherzyków, jak to się stało w 2010 r. w Zatoce Meksykańskiej. Badania zostały zaprezentowane w czasopiśmie Proceedings of the Royal Society A. W kwietniu 2010 r. świat był przerażony szkodami, jakich doznało środowisko z powodu pęcherzyka metanu, który doprowadził do wybuchu platformy wiertniczej i śmierci 11 osób w Zatoce Meksykańskiej. Mały pęcherzyk metanu rozszerzył się do takich rozmiarów, że wyrzucił 73-metrową platformę wiertniczą w powietrze. Aby uniknąć tego typu wypadków, umiejętność pomiaru pęcherzyków gazu w rurociągach ma zasadnicze znaczenie dla przemysłu produkcyjnego, energetycznego i petrochemicznego. W toku nowych badań prowadzonych na Uniwersytecie w Southampton, Wlk. Brytania, opracowano nową metodę do precyzyjniejszego pomiaru pęcherzyków gazu w rurociągach. Ciśnienie między dnem morskim a powierzchnią wody różni się. Wszelkie pęcherzyki obecne w ropie lub gazie, które są przenoszone rurą w górę, będą się naturalnie rozszerzać ze względu na spadek ciśnienia wraz ze zbliżaniem się do powierzchni. Te rozszerzające się pęcherzyki mogą doprowadzić do rozsadzenia, w którym ropa i/lub gaz są nagle uwalniane z odwiertu. Na chwilę obecną rozkład wielkości pęcherzyków gazu (BSD) jest szacowany na podstawie fal dźwiękowych wysyłanych przez płyn pęcherzykowy i porównywania zmierzonego tłumienia fali dźwiękowej (utraty amplitudy w czasie rozchodzenia się) z przewidywaniami teoretycznymi. Problemy pojawiają się przy stosowaniu teorii w praktyce. Teoria wychodzi z założenia, że pęcherzyki istnieją w nieskończonej głębi płynu. To może prowadzić do błędów w szacowaniu populacji pęcherzyków. Zespół pod przewodnictwem europejskim, którego pracami kierował profesor Tim Leighton z Instytutu Badania Dźwięków i Wibracji przy Uniwersytecie w Southampton, opracował nową metodę, uwzględniającą istnienie pęcherzyków w rurze. Naukowcy zmierzyli, jak prędkości fazowe i tłumienia w płynie pęcherzykowym w rurze mogą zostać odwrócone w celu oszacowania BSD (który to rozkład został niezależnie zmierzony za pomocą techniki optycznej). Ta nowa technika, dostosowana to rurociągów typu TTF, daje dobre szacunki BSD, pod warunkiem że zakres częstotliwości jest wystarczająco szeroki. Zdaniem profesora Leightona: "Ten artykuł przedstawia nową metodę, którą opracowaliśmy będąc w połowie kontraktu naukowego. Sprawdza się, ale właśnie wtedy, kiedy skończyliśmy jej opracowywanie zapanował w 2008 r. globalny kryzys finansowy i nie było już dostępnych funduszy na wbudowanie urządzenia w rurociągi rtęci ORNL. Trzeba było poszukać bardziej przystępnego rozwiązania, nad którym właśnie teraz pracujemy. Pierwotny projekt został wstrzymany do czasu, kiedy świat znajdzie się w lepszej kondycji finansowej. To była doskonała okazja do współpracy z naukowcami i inżynierami jądrowymi z ORNL i RAL". Profesor Leighton wraz z zespołem dostał zlecenie w ramach realizowanego programu na opracowanie sposobów precyzyjniejszego szacowania BSD w stalowych rurociągach wypełnionych rtęcią w docelowym obiekcie testowym (TTF) Spallation Neutron Source (SNS) o wartości 1,4 mld USA przy Oak Ridge National Laboratory w stanie Tennessee, USA - jednym z najsilniejszych pulsujących źródeł neutronów na świecie. Obiekt ten może wystrzelić wiązkę protonów za pomocą akceleratora liniowego o długości kilkuset metrów w 20 ton napompowanej płynnej rtęci. Wokół źródła wbudowane jest specjalistyczne oprzyrządowanie neutronowe wychwytujące wiązki neutronów i wykorzystujące je do sondowania struktur materiałów, takich jak testowe skrzydła samolotów, dowody kryminalistyczne czy produkty biomedyczne. "Obiekt SNS został zbudowany z założeniem, że co jakiś czas będzie musiał być zamykany, a pojemnik z rtęcią, który stał się wysoce radioaktywny, został zastąpiony nowym, ponieważ jego stal kruszy się z powodu uszkodzeń wywoływanych promieniowaniem" - informuje profesor Leighton. "Aczkolwiek z uwagi na to, że wiązka protonów oddziałuje na rtęć i wywołuje fale uderzeniowe, które powodują zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych w rtęć i erozję stali, wymiana może być potrzebna częściej niż pierwotnie przewidywano przy pełnej mocy operacyjnej. I rzeczywiście osiągnięcie pełnej mocy projektowej jest zagrożone".Więcej informacji: Instytut Badania Dźwięków i Wibracji Uniwersytetu w Southampton: http://www.southampton.ac.uk/engineering/research/centres/isvr.page(odnośnik otworzy się w nowym oknie) Proceedings of the Royal Society A: http://rspa.royalsocietypublishing.org/(odnośnik otworzy się w nowym oknie)
Kraje
Zjednoczone Królestwo