Эффективность процесса сепарации при промысловой подготовке во многом определяет качество газа и нефти, влияющее на их последующие транспортировку, использование и потребление. Значительный вклад в эффективность сепарации вносят сепарационные устройства. Современный уровень развития техники и накопленные знания в области новых материалов позволяют создавать сепарационные устройства, поверхность которых покрыта супергидрофобными и гидрофильными (бифильными) материалами с заданной геометрической конфигурацией. Это позволяет изменить параметры смачивания и газодинамические характеристики сепарационных элементов. Гидрофобные и супергидрофобные материалы обладают рядом уникальных функциональных свойств: водонепроницаемостью; устойчивостью к коррозии, биообрастанию и неорганическим загрязнениям. Вследствие этого такие материалы представляют интерес для широкого спектра технических применений. Cупергидрофобные покрытия существенно изменяют режимы теплообмена и массопереноса, что обусловливает перспективность их применения в промышленности для улучшения термодинамики, газодинамики и энергоэффективности различных процессов подготовки газа. Наиболее надежным и масштабируемым методом создания супергидрофобных поверхностей является обработка поверхности с самосборкой на ней структур, обладающих «иерархической шероховатостью». В статье рассмотрен метод получения сепарационных устройств с бифильной поверхностью. Проведены испытания нескольких комбинаций сетчатых насадок с различными типами поверхности. Испытания проводились на стендовой сепарационной установке в вертикальном потоке газа. Изучено изменение коэффициента сепарации. По сравнению с сепарацией с использованием только сетчатой насадки, при использовании двух сепарационных элементов коэффициент сепарации изначально превышает 90 %. Показано, что наилучшим сочетанием является комбинация гидрофобного теплообменника и бифильной сетчатой насадки. На основе полученных данных выполнены эскизы перспективного опытно-промышленного изделия – «конденсационного сепаратора».
Список литературы
1. Shirtcliffe N.J., McHale G., Newton M.I. Learning from superhydrophobic plants: The use of hydrophilic areas on superhydrophobic surfaces for droplet control // Langmuir. – 2009. – Т. 25. – № 24. – С. 14121–14128.
2. Super-Hydrophobic and Super-Oleophilic Coating Mesh Film for the Separation of Oil and Water / L. Feng, Z. Zhang, Z. Mai [et al.] // Angewandte Chemie International Edition. – 2004. – Т. 43. – № 15. – С. 2012–2014.
3. Super-hydrophobic surfaces to condensed micro-droplets at temperatures below the freezing point retard ice/frost formation / M. He, J. Wang, H. Li, Y. Song // Soft Matter. – 2011. – Т. 7. – № 8. – С. 3993.
4. Zhang P.A., Lv F.Y.Y. Review of the recent advances in superhydrophobic surfaces and the emerging energy-related applications // Energy. – 2015. – Т. 82. – Р. 1068–1087.
5. Jhee S., Lee K.-S., Kim W.-S. Effect of surface treatments on the frosting/defrosting behavior of a fin-tube heat exchanger // International Journal of Refrigeration. – 2002. – Т. 25. – № 8. – Р. 1047–1053.
6. Dropwise condensation on superhydrophobic surfaces with two-tier roughness /Chen C.-H., Cai Q., Tsai C. [et al.] // Applied Physics Letters. – 2007. – Т. 90. – № 17. – Р. 173108.
7. Boreyko J.B., Chen C.-H. Self-Propelled Dropwise Condensate on Superhydrophobic Surfaces // Physical Review Letters. – 2009. – Т. 103. – № 18. – Р. 184501.
8. Narhe R.D., Beysens D.A. Water condensation on a super-hydrophobic spike surface // Europhysics Letters (EPL). – 2006. – Т. 75. – № 1. – Р. 98–104.
9. Wu Y., Zhang C. Analysis of anti-condensation mechanism on superhydrophobic anodic aluminum oxide surface // Applied Thermal Engineering. – 2013. – Т. 58. – № 1–2. – Р. 664–669.
10. Zhang Experimental study of the effects of fin surface characteristics on defrosting behavior / Liang C., Wang F., Lü Y. [et al.] // Applied Thermal Engineering. – 2015. – Т. 75. – Р. 86–92.
11. Condensate drainage performance of a plain fin-and-tube heat exchanger constructed from anisotropic micro-grooved fins / A.D. Sommers, R. Yu, N.C. Okamoto, K. Upadhyayula // International Journal of Refrigeration. – 2012. – Т. 35. – № 6. – Р. 1766–1778.
