CC BY
46Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических аппаратов
УДК 624.139.64
ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ ГРУНТОВ С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ
ПРИРОДНЫХ ХЛАДАГЕНТОВ
В. В. Ананьев
ООО НПП «Медгаз» Российская Федерация, 121471, г. Москва, Можайское шоссе, 29 E-mail: vvanord@yandex.ru
Рассмотрены проблемы использования сжиженного природного газа для термостабилизации грунтовых оснований инженерных сооружений при первом способе строительства в криолитозоне. Приведены результаты моделирования теплового взаимодействия природных низкотемпературных хладагентов с грунтовыми основаниями.
Ключевые слова: термостабилизация грунтов, сжиженный газ, всесезонный термостабилизатор, засоленные грунты, криопэги.
THERMOSTABILIZATION OF GROUND USING LOW-TEMPERATURE NATURAL REFRIGERANTS
V. V. Ananiev
LLC SPE "Medgas" 29, Mozhaiskoye shosse, Moscow, 121471, Russian Federation E-mail: vvanord@yandex.ru
The research deals with the problems of using liquefied natural gas for thermal stabilization of ground engineering bases at the first way construction in kriolitozone. It contains the results of the simulation of the thermal interaction of natural low temperature refrigerants with ground bases.
Keywords: thermostabilization of the ground, the liquefied gas, the all-season thermostabilizer, the salted ground, cryopegs.
Тепловое взаимодействие грунтов с инженерными сооружениями в районах распространения многолет-немерзлых пород (ММП) приводит к уменьшению несущей способности грунтовых оснований. Существенное негативное влияние на этот процесс оказывает засоленность грунтов (п-ов Ямал и др.), которые могут вмещать криопэги. Криопэги залегают на разной глубине в виде изолированных линз.
Перспективным решением проблемы повышения надежности круглогодичного функционирования оснований инфраструктуры на пластично-мерзлых и засоленных грунтах может являться потенциальная возможность частичного использования природных хладагентов - сжиженного природного газа (СПГ), а также продуктов его фракционного разделения этана и пропана. Предлагается использовать этот хладо-ресурс для целей термостабилизации грунтов, используя рекуперативные теплообменные устройства (трубки Фильда) или всесезонный термостабилизатор ВТС (см. рисунок) [1].
Моделируется процесс промерзания четырехслой-ного массива: техногенная насыпь, мерзлый грунт, засоленный талый грунт, вмещающий линзу криопэга, соответственно транспортируется чисто кондуктив-ным механизмом теплопереноса, при наличии условий идеального теплового контакта на границах слоев.
Задача реализована с помощью программного продукта [2].
Схема трубки Фильда: стрелки - направление движения хладоносителя в ВТС; заштрихованные участки - материал стенки ВТС
Для оценки водно-солевого режима пород и крио-пэгов использовались данные [3], обработанные с помощью программы <^КЕЕ2ВКЖЕ» [4].
Решетневскуе чтения. 2017
Задачей данного прогнозного расчета является оценка времени промерзания линзы криопэгов с различной степенью минерализации (М) при промораживании грунта с помощью ВТС. Были рассмотрены разрезы, сложенные песками с различной засоленностью и влажностью равной полной влагоемкости. Для оценки времени промерзания в условиях отсутствия ВТС был решен ряд одномерных задач промерзания пород сверху, а для учета охлаждающего влияния ВТС решались двумерные задачи.
В случае использования термостабилизатора на базе природных хладагентов, время промораживания линзы криопэга мощностью 2 м, с минерализацией, меняющейся в диапазоне от 81,1 до 91,9 г/л, практически не зависит от ее величины, но значительно увеличивается с понижением температуры подаваемого хладагента.
Радиус промерзания в 1,5 метра достигается за 34-40 дней при температуре хладагента минус 40 оС, а при понижении температуры до минус 60 и 80 оС за 26-28 и 22 дня соответственно. При температурах хладагента -60 оС и ниже, полное по мощности промораживание линзы криопэга на радиус 3 м происходит в течении одного зимнего сезона после установки стабилизатора.
Выводы
1. Использование хладоресурса сжиженных природных газов и продуктов его ректификации (этан, пропан) для термостабилизации грунтов представляется перспективным в сложных геокриологических условиях за счет круглогодичного функционирования, высокой интенсивности промораживания и потенциальной возможности вымораживания криопэгов предельной минерализации. Данная технология позволяет частично утилизировать холод вторичных технологических потоков природного газа.
2. Результаты моделирования показывают, что данная технология позволяет успешно промораживать линзы криопэгов высокой минерализации до 91, 1 г/л. Время промораживания криопэга на 1,5 м составило
один месяц, а на радиус до 3 м составило менее 4 месяцев при самых высоких температурах подаваемого хладагента.
Библиографические ссылки
1. Комаров И. А, Ананьев В. В., Бек Д. Д. К проблеме использования хладоресурса сжиженного природного газа для целей термостабилизации грунтов // Криосфера Земли. 2015. Т. XIX, № 2. С. 75-80.
2. Пустовойт Г. П., Венкстерн А. А., Барке В. В. Программа расчета процесса промерзания-оттаивания пород / Свидетельство о государственной регистра-ции№ 2014611743. 2014.
3. Komarov I. A., Kiyashko N. V. Method for Estimating Properties of Cryopegs from the Yamal Peninsula. Tenth International Conference on Permafrost. Vol. 2: Salekhard, 2012. Р. 169-174.
4. Комаров И. А., Мироненко М. В., Кияшко Н. В. Совершенствование нормативной базы по расчетной оценке теплофизических свойств пород и криопэгов // ОФМГ. 2012. № 2. С. 25-30.
References
1. Komarov I. A., Ananiev V. V., Beck D. D. Problem of utilisation of the cooling capacity of natural liqued gas for the thermostabilization of ground // Earth Cryosphere, 2015. Vol. XIX, № 2. P. 75-80. (In Russ.)
2. Pustovoyt G. P., Venkstern A. A, Barka V. V. Program calculation process of freezing-thawing breeds/State Registration certificate No. 2014611743. 2014. (In Russ.)
3. Komarov I. A., Kiyashko N. V. Method for Estimating Properties of Cryopegs from the Yamal Peninsula. Tenth International Conference on Permafrost. Vol. 2: Salekhard, 2012. Р. 169-174. (In Russ.)
4. Komarov I. A., Mironenko M. V., Kiyashko N. V. Improving the regulatory framework for computational evaluation of Thermophysical properties of rocks and kriopjegov // OFMG. 2012. № 2. Р. 25-30. (In Russ.)
© Ананьев В. В., 2017
