Применение термостабилизаторов грунта на магистральных трубопроводах | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Экология

Опубликовано в Молодой учёный №19 (123) октябрь-1 2016 г.

Дата публикации: 04.10.2016

Статья просмотрена: 292 раза

Библиографическое описание:

Реховская Е. О., Макарова А. С. Применение термостабилизаторов грунта на магистральных трубопроводах // Молодой ученый. — 2016. — №19. — С. 207-210. — URL https://moluch.ru/archive/123/34057/ (дата обращения: 20.09.2018).



Главным направлением в практике северного строительства является сохранение состояния мерзлых грунтов на территории деятельности человека. На севере России сосредоточены большие объемы природных ресурсов (уголь, торф, нефть, газ). При этом из-за климатических условий создаются трудности при проведении разведки и последующей транспортировке исследуемых запасов. В летний период при оттаивании грунтов на магистральных трубопроводах уменьшается прочность их характеристик. Как следствие могут произойти разрывы трубопроводов, разливы нефтепродуктов, что вызовет экологическую катастрофу.

Невозможно спрогнозировать частоту, интенсивность и вероятность экологического бедствия при аварийном разливе нефти. Все это различается и зависит от различных техногенных и природных факторов. Сейчас важно обеспечить безопасность магистральных трубопроводов. Наиболее эффективным в этом плане способом поддержания и при необходимости усиления мерзлоты грунта является применение термостабилизаторов. Данные охлаждающие устройства необходимы для повышения несущей способности грунта путем его охлаждения и замораживания [1].

Важной проблемой территории Крайнего Севера являются деформации (просадки, термокарстовые образования), возникающие в результате протаивания грунтов. Анализ фундамента при проведении строительных работ в условиях вечной мерзлоты показывает, что применение бетонируемых конструкций необходимо только при строительстве больших объектов (мостов и т. п.), в других случаях надо использовать сборные конструкции.

Рис. 1. Термостабилизация мостов на мерзлых грунтах

Сейчас при строительстве и ремонте автомобильных дорог в зоне вечной мерзлоты применяют технологию температурной стабилизации мерзлых грунтов с методами защиты грунтов от деградации (рис. 1).

Термостабилизаторы необходимы для замораживания талых и охлаждения многолетнемерзлых грунтов в болотистой местности или на пучинистых грунтах. Они представляют собой холодильные устройства, которые работают за счет низких температур воздуха в зимний период, аккумулируя холод в грунте на летний период. За счет постоянной циркуляции хладагента термостабилизаторы низкозатратны. Часто охлаждающие устройства применяют в качестве средства при морозном пучении. Для обеспечения устойчивости наземных трубопроводов применяют методы свайного строительства [2, 3].

В современных термостабилизаторах применяют такие хладагенты как сжиженный аммиак или диоксид углерода. Использование керосина или фреона запрещены из-за пожароопасных свойств первого хладагента и озоноразрушающих второго.

Таким образом, термостабилизаторы — это трубчатая холодильная машина бесскомпрессорного типа использующая конвекционные свойства хладагента при разнице в температуре между грунтом и воздухом снаружи. При низких температурах хладагент конденсируется в радиаторе-конденсаторе, который расположен в верхней части устройства. Затем хладагент стекает в испарительную часть, находящуюся внизу, забирая тепло грунта и охлаждая его до температуры ниже температуры замерзания. При этом хладагент испаряется и попадает в верхнюю часть термостабилизатора. Схема стандартного охладительного устройства приведена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема термостабилизатора грунта: 1 — воздушный конденсатор; 2 — испаритель; 3 — грунт; 4 — хладагент; 5 — тепловой поток от охлаждаемого грунта

Данный механизм согласуется с теплообменом в системе «труба в трубе» (рис. 3).

Рис. 3. Тепловой поток в системе «грунт — термостабилизатор — атмосфера»: 1 — корпус испарителя; 2 — гильза; 3 — тепловой поток Q; 4 — теплоноситель; 5 — грунт; 6 — хладагент; Н — расчётный параметр, м

Донная часть внутренней трубы (стандартный термостабилизатор) заполнен хладагентом, кольцевой воздушный промежуток между корпусом и полугерметичной гильзой заливается теплоносителем. Затем отбор тепла новым термостабилизатором грунта от замораживаемого грунта происходит через стенку гильзы. Теоретически теплопередачу в системе «мерзлый грунт — термостабилизатор» можно описать формулами.

Для расчёта количества теплоты Q, передаваемого через теплообменную поверхность S, справедлива формула:

Q = ∫s kΔTdS,

где k — коэффициент теплопередачи между начальным источником тепла (грунт) и конечным поглотителем тепла (хладагент) через разделяющую их преград), Вт/(м2·К);

ΔT — разность температур грунта и хладагента, К.

Коэффициент теплопередачи k для цилиндрических стенок рассчитывается по формуле:

где λст — теплопроводность стенки, Вт/(м·К);

d1, d2 — внутренний и наружный диаметры трубы, м;

α1,2 — коэффициенты теплоотдачи, Вт/(м2·К);

l — длина трубы, м.

Применение термостабилизаторов позволило существенно увеличить площадь замораживаемого грунта вокруг изделия, уменьшить количество термостабилизаторов на единицу площади и обеспечить экономию материальных, трудовых ресурсов и сокрaтить время строительных работ.

Литература:

  1. Bayasan, R. M. The experience of thermalstabilization technology application for engineering protection of bases of structuresin permafrostregions / R. M. Bayasan, T. V. Bayasan, A. D. Lobanov, G. P. Pustovoit // Материалы международной научной конференции МАИГ «Инженерная защита территории и безопасность населения: роль и задачи геоэкологии, инженерной геологии и изысканий», 6–8 сентября 2011 г. — М. — C. 58.
  2. Долгих, Г. М. Практический опыт строительства оснований зданий и сооружений в условиях ВМГ / Г. М. Долгих, С. Н. Окунев, Ю. Э. Кинцлер. Тюмень, ООО НПО «Фундаментстройаркос». — 2002.
  3. Яковлев, Р. Н. Универсальный фундамент. Технология ТЭсе./ Р. Н. Яковлев. — Изд-во «Аделант». — 2006. — 271 с.
Основные термины (генерируются автоматически): грунт, тепловой поток, термостабилизатор, хладагент, вечная мерзлота, летний период, коэффициент теплопередачи, замораживаемый грунт.


Похожие статьи

Исследование работы сезоннодействующего...

Для поддержания вечной мерзлоты используют термостабилизаторы грунта. Данная работа посвящается исследованиям динамики температурного режима грунта вокруг термостабилизатора в зимнем и летнем режиме эксплуатации для климатической зоны юга...

Анализ вариативных способов заморозки грунта | Молодой ученый

В технологии замораживании грунта рассольным способом применяют для заморозки холодильный агент. В качестве хладагента применяют охлажденный водный раствор хлористого кальция (рассол).

Компрессорная контейнерная установка для сезонно действующих...

Основная задача в сфере обеспечения безопасности при сооружении и эксплуатации зданий и сооружений в среде вечной мерзлоты — своевременное предотвращение развития

Для этого в граничное условие теплового воздействия термостабилизатора на грунт введем две точки

Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)

Вечная мерзлота очень коварна. Стоит лишь немного изменить ее тепловое состояние, снять хотя бы тонкий слой торфа, как тут же появляются овраги.

Вследствие изменения температуры поверхности грунтов в сторону потепления происходит таяние подземных льдов.

Специфика строительства земляного полотна в условиях вечной...

вечная мерзлота, земляное полотно, верхняя граница, грунт, постройка насыпи, сезонное оттаивание, принцип, поперечный профиль насыпи, мощность грунтов, среднегодовая температура грунтов.

Анализ работоспособности грунтовой плотины в криолитозоне

Коэффициенты фильтрации разуплотненных талых грунтов изменяются от 1,17 до 4,8 м/сут, суглинков — от 1,41∙10–3 до 4,83∙10–3

− уменьшается тепловой поток в мерзлый массив на границе с мерзлыми породами, и соответственно уменьшается скорость деградации мерзлоты.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Летний и зимний периоды эксплуатации машин определяются температурой, влажности наружного воздуха.

За счет теплопередачи через элементы конструкции оболочки теплота поступает к внутреннему объему (тепловой поток W). Под воздействием W + W5 формируется...

Методика расчета теплопотерь для помещений | Статья в журнале...

К — коэффициент теплопередачи отдельного ограждения

Необходимо найти коэффициент теплоотдачи со стороны грунта.

Перечисленные добавки не учитываются, если двери являются летними или запасными, т. е. не открываются постоянно.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Исследование работы сезоннодействующего...

Для поддержания вечной мерзлоты используют термостабилизаторы грунта. Данная работа посвящается исследованиям динамики температурного режима грунта вокруг термостабилизатора в зимнем и летнем режиме эксплуатации для климатической зоны юга...

Анализ вариативных способов заморозки грунта | Молодой ученый

В технологии замораживании грунта рассольным способом применяют для заморозки холодильный агент. В качестве хладагента применяют охлажденный водный раствор хлористого кальция (рассол).

Компрессорная контейнерная установка для сезонно действующих...

Основная задача в сфере обеспечения безопасности при сооружении и эксплуатации зданий и сооружений в среде вечной мерзлоты — своевременное предотвращение развития

Для этого в граничное условие теплового воздействия термостабилизатора на грунт введем две точки

Вечная мерзлота на территории Республики Саха (Якутия)

Вечная мерзлота очень коварна. Стоит лишь немного изменить ее тепловое состояние, снять хотя бы тонкий слой торфа, как тут же появляются овраги.

Вследствие изменения температуры поверхности грунтов в сторону потепления происходит таяние подземных льдов.

Специфика строительства земляного полотна в условиях вечной...

вечная мерзлота, земляное полотно, верхняя граница, грунт, постройка насыпи, сезонное оттаивание, принцип, поперечный профиль насыпи, мощность грунтов, среднегодовая температура грунтов.

Анализ работоспособности грунтовой плотины в криолитозоне

Коэффициенты фильтрации разуплотненных талых грунтов изменяются от 1,17 до 4,8 м/сут, суглинков — от 1,41∙10–3 до 4,83∙10–3

− уменьшается тепловой поток в мерзлый массив на границе с мерзлыми породами, и соответственно уменьшается скорость деградации мерзлоты.

Расчёт температурного и влажностного режима внутри...

Летний и зимний периоды эксплуатации машин определяются температурой, влажности наружного воздуха.

За счет теплопередачи через элементы конструкции оболочки теплота поступает к внутреннему объему (тепловой поток W). Под воздействием W + W5 формируется...

Методика расчета теплопотерь для помещений | Статья в журнале...

К — коэффициент теплопередачи отдельного ограждения

Необходимо найти коэффициент теплоотдачи со стороны грунта.

Перечисленные добавки не учитываются, если двери являются летними или запасными, т. е. не открываются постоянно.

Задать вопрос