RU2620664C1 - Method for heat stabilization of permafrost soils and device for its implementation - Google Patents

Method for heat stabilization of permafrost soils and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2620664C1
RU2620664C1 RU2015156875A RU2015156875A RU2620664C1 RU 2620664 C1 RU2620664 C1 RU 2620664C1 RU 2015156875 A RU2015156875 A RU 2015156875A RU 2015156875 A RU2015156875 A RU 2015156875A RU 2620664 C1 RU2620664 C1 RU 2620664C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
soil
underground
conducting element
pipeline
Prior art date
Application number
RU2015156875A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Павел Александрович Ревель-Муроз
Юрий Викторович Лисин
Анатолий Евгеньевич Сощенко
Виталий Иванович Суриков
Сергей Борисович Татауров
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть")
Общество с ограниченной ответственностью "Транснефть-Восток" (ООО "Транснефть-Восток")
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов Транснефть" (ООО "НИИ Транснефть")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть"), Общество с ограниченной ответственностью "Транснефть-Восток" (ООО "Транснефть-Восток"), Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт транспорта нефти и нефтепродуктов Транснефть" (ООО "НИИ Транснефть") filed Critical Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть")
Priority to RU2015156875A priority Critical patent/RU2620664C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2620664C1 publication Critical patent/RU2620664C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/11Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means
    • E02D3/115Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means by freezing

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: device for heat stabilization of permafrost soils contains at least two soil heat stabilizers, based on biphase thermosyphones, comprising the aboveground condenser part and the underground transport and evaporation parts, and at least one heat-conducting element made in the form of a plate of heat-dissipative material with the thermal conductivity of at least 5 W/m⋅K. At least two soil heat stabilizers are installed on both sides of the underground-laid pipeline and at least one heat conductive element is installed under the heat insulation material separating the underground-laid pipe from the roof of permafrost soils and has openings for connecting to the evaporating parts of at least two soil heat stabilizers.
EFFECT: increasing the efficiency of preserving permafrost soils or freezing weak soils of the bases of pipeline system objects to ensure the safety during the designated service life at design modes.
8 cl, 2 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Группа изобретений относится к области строительства трубопроводов подземной прокладки и может быть использована для обеспечения термостабилизации грунтов при подземной прокладке трубопроводов на многолетнемерзлых и слабых грунтах.The group of inventions relates to the field of construction of pipelines of underground laying and can be used to provide thermal stabilization of soils during underground laying of pipelines on permafrost and soft soils.

Известно устройство для температурной термостабилизации многолетнемерзлых грунтов [патент на изобретение RU 2556591 C1, опубл. 10.07.2015, МПК: E02D 3/115], содержащее термостабилизатор на основе двухфазного термосифона, включающего надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, размещенные в гильзе с хладагентом. Гильза представляет собой полый цилиндрический корпус с дном и герметизирующим элементом на верхнем конце с отверстием для установки термостабилизатора. Герметизирующий элемент представляет собой разъемное сальниковое уплотнение, которое состоит из опорного кольца, установленного на выполненную в гильзе круговую ступеньку, нажимного кольца и уплотнительных колец из терморасширенного графита, зажатых между ними.A device for temperature thermal stabilization of permafrost soils [patent for invention RU 2556591 C1, publ. 07/10/2015, IPC: E02D 3/115], containing a thermostabilizer based on a two-phase thermosiphon, including an aboveground condenser part and underground transport and evaporation parts placed in a sleeve with a refrigerant. The sleeve is a hollow cylindrical body with a bottom and a sealing element at the upper end with an opening for installing a heat stabilizer. The sealing element is a detachable stuffing box seal, which consists of a support ring mounted on a circular step made in the sleeve, a pressure ring and heat-expanded graphite packing rings sandwiched between them.

Известно также охлаждаемое основание сооружений [патент на полезную модель RU 143963 U1, опубл. 10.08.2014, МПК: E02D 3/115], включающее грунтовую отсыпку и охлаждающую систему сезонного действия, выполненную в виде заполненной низкокипящей жидкостью гравитационной тепловой герметичной трубы, состоящей из конденсатора и испарителя, и установленной коаксиально с внешней стороны трубы емкости из эластичного материала с аккумулирующим холод веществом, заключенной в жесткий каркас. Верхняя часть конденсатора расположена над поверхностью грунтовой отсыпки и снабжена с внешней стороны горизонтальным круговым оребрением, а верхняя часть испарителя расположена в грунтовой отсыпке. Длина нижней части конденсатора соответствует расстоянию между поверхностью грунтовой отсыпки и подошвой слоя сезонного оттаивания. Емкость с аккумулирующим холод веществом выполнена с длиной, соответствующей длине нижней части конденсатора, и расположена на уровне нижней части конденсатора. Оребрение внутри емкости выполнено с отверстиями для прохода аккумулирующего холод вещества. Нижняя часть испарителя расположена в основании грунтовой отсыпки.It is also known cooled base structures [patent for utility model RU 143963 U1, publ. 08/10/2014, IPC: E02D 3/115], including soil filling and a seasonal cooling system, made in the form of a gravitational heat-tight sealed pipe filled with low boiling liquid, consisting of a condenser and an evaporator, and a container made of elastic material coaxially installed from the outside of the pipe with cold storage substance enclosed in a rigid frame. The upper part of the condenser is located above the surface of the soil dump and is equipped with a horizontal circular finning on the outside, and the upper part of the evaporator is located in the soil dump. The length of the bottom of the condenser corresponds to the distance between the surface of the soil dump and the bottom of the seasonal thawing layer. The container with the cold storage substance is made with a length corresponding to the length of the lower part of the capacitor, and is located at the level of the lower part of the capacitor. The fins inside the tank are made with holes for the passage of the cold storage substance. The lower part of the evaporator is located at the base of the soil dump.

Недостатками известных аналогов является использование в устройствах термостабилизации многолетнемерзлых грунтов жидких хладагентов, характеризующихся высокой скоростью испарения при нарушении герметичности охлаждающих систем. Кроме того, подобные устройства термостабилизации многолетнемерзлых грунтов не устойчивы к коррозии и требуют значительных затрат на их эксплуатацию.The disadvantages of the known analogues is the use in devices of thermal stabilization of permafrost soils of liquid refrigerants, characterized by a high evaporation rate in violation of the tightness of cooling systems. In addition, such devices for thermal stabilization of permafrost soils are not resistant to corrosion and require significant costs for their operation.

Наиболее близким аналогом заявленной группы изобретений является система для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах [патент на изобретение RU 2416002 C1, опубл. 10.04.2011, МПК: E02D 3/115], содержащая гидрозатвор, уравнительный сосуд, соединенный с конденсатором и связанный с ними посредством трубопроводов, подводящих и отводящих теплоноситель, испаритель, размещенный в отсыпке грунта основания. В известной системе содержится дополнительный испаритель с системой трубопроводов и гидрозатвором. Оба испарителя размещены равномерно по всей площади отсыпки грунта основания, оснащенного слоем теплоизоляции, и соединены с помощью трубопроводов посредством своих отводящих концов с верхними точками уравнительного сосуда. Подводящими концами основной и дополнительный испарители подсоединены в нижней точке конденсатора и нижней точке уравнительного сосуда соответственно через соответствующие гидрозатворы.The closest analogue of the claimed group of inventions is a system for temperature stabilization of the foundations of structures on permafrost [patent for invention RU 2416002 C1, publ. 04/10/2011, IPC: E02D 3/115], containing a water trap, surge vessel connected to the condenser and connected to them via pipelines supplying and discharging the coolant, and an evaporator located in the bedding of the base soil. The known system contains an additional evaporator with a piping system and a water seal. Both evaporators are placed evenly over the entire area of filling the soil of the base, equipped with a layer of thermal insulation, and are connected via pipelines through their outlet ends to the upper points of the surge vessel. The leading ends of the primary and secondary evaporators are connected at the lower point of the condenser and the lower point of the equalization vessel, respectively, through the corresponding hydraulic locks.

К недостаткам наиболее близкого аналога можно отнести использование жидких хладагентов, высокую себестоимость и металлоемкость системы для температурной стабилизации оснований сооружений на вечномерзлых грунтах, формирующиеся за счет значительного количества применяемых узлов и агрегатов, что также делает их недостаточно надежными при эксплуатации.The disadvantages of the closest analogue include the use of liquid refrigerants, the high cost and metal consumption of the system for temperature stabilization of the foundations of structures on permafrost soils, which are formed due to the significant number of units and assemblies used, which also makes them insufficiently reliable during operation.

Задачей, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, является надежная температурная стабилизация многолетнемерзлых и/или слабых грунтов оснований объектов трубопроводной системы.The problem to which the claimed group of inventions is directed is reliable temperature stabilization of permafrost and / or weak soils of the foundations of the objects of the pipeline system.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является повышение эффективности сохранения многолетнемерзлых грунтов или замораживания слабых грунтов оснований объектов трубопроводной системы для обеспечения безопасности в течение назначенного срока эксплуатации на проектных режимах.The technical result of the claimed group of inventions is to increase the efficiency of conservation of permafrost soils or freezing weak soils of the foundations of pipeline system objects to ensure safety during the designated period of operation under design conditions.

Указанная задача решается, а технический результат достигается тем, что устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов содержит по меньшей мере два термостабилизатора грунта на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К, причем по меньшей мере два термостабилизатора грунта установлены по обе стороны от трубопровода подземной прокладки, а по меньшей мере один теплопроводящий элемент установлен под теплоизоляционным материалом, отделяющим трубопровод подземной прокладки от кровли многолетнемерзлых грунтов, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта.This problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the thermal stabilization device of permafrost soils contains at least two soil thermal stabilizers based on two-phase thermosyphons, including an aboveground condenser part and underground transport and evaporation parts, and at least one heat-conducting element made in the form of a plate from heat dissipating material with a thermal conductivity of at least 5 W / m⋅K, with at least two soil heat stabilizers installed in baa side of the pipeline underground installation, and at least one heat transfer member mounted under the thermally insulating material separating pipe underground laying of roofing permafrost and has openings for connection to the evaporator part of at least two ground heat stabilizers.

Теплорассеивающий материал представляет собой теплорассеивающий полимерный композит, обладающий коэффициентом теплопроводности 5-15 Вт/м⋅К.The heat-dissipating material is a heat-dissipating polymer composite having a heat conductivity coefficient of 5-15 W / m⋅K.

Термостабилизаторы грунта установлены от оси трубопровода подземной прокладки на расстоянии

Figure 00000001
, связанном с радиусом r зоны замерзания грунта термостабилизатора следующим соотношением:
Figure 00000002
.Thermostabilizers of soil are installed from the axis of the underground pipeline at a distance
Figure 00000001
associated with the radius r of the soil freezing zone of the heat stabilizer by the following ratio:
Figure 00000002
.

Край заложения теплопроводящего элемента отстоит от места его соединения с испарительной частью термостабилизатора грунта на расстоянии 0,2-0,3 r.The laying edge of the heat-conducting element is separated from the place of its connection with the evaporation part of the soil heat stabilizer at a distance of 0.2-0.3 r.

Кроме того, указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что в способе термостабилизации многолетнемерзлых грунтов проводят выемку талого грунта на участке прокладки трубопровода до глубины залегания кровли многолетнемерзлых грунтов, проводят укладку песчаного слоя на кровлю многолетнемерзлых грунтов, укладывают на песчаный слой по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К, укладывают на по меньшей мере один теплопроводящий элемент теплоизоляционный материал; проводят засыпку выемки талым грунтом; устанавливают по обе стороны от трубопровода подземной прокладки по меньшей мере два термостабилизатора грунтов на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, причем в теплопроводящем элементе выполняют отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта.In addition, this problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that in the method of thermal stabilization of permafrost soil, excavation of thawed soil is carried out at the pipeline laying section to the depth of the roof of the permafrost soil, laying of the sand layer on the roof of the permafrost soil is carried out on the sand layer at least one heat-conducting element made in the form of a plate of heat-dissipating material with a thermal conductivity of at least 5 W / m⋅K is laid on at least one heat-conducting element, heat-insulating material; fill the excavation with thawed soil; at least two soil heat stabilizers are installed on both sides of the underground pipeline, based on two-phase thermosyphons, including an aboveground condenser part and underground transport and evaporation parts, and openings are made in the heat-conducting element for connecting with the evaporation parts of at least two soil heat stabilizers.

В качестве теплорассеивающего материала используют теплорассеивающий полимерный композит, обладающий коэффициентом теплопроводности 5-15 Вт/м⋅К.As a heat-dissipating material, a heat-dissipating polymer composite is used having a heat conductivity coefficient of 5-15 W / m⋅K.

Термостабилизаторы грунта устанавливают от оси трубопровода подземной прокладки на расстоянии

Figure 00000003
, связанном с радиусом r зоны замерзания грунта термостабилизатора следующим соотношением:
Figure 00000004
.Thermostabilizers of soil are installed from the axis of the underground pipeline at a distance
Figure 00000003
associated with the radius r of the soil freezing zone of the heat stabilizer by the following ratio:
Figure 00000004
.

Край заложения теплопроводящего элемента размещают от места его соединения с испарительной частью термостабилизатора грунта на расстоянии 0,2-0,3 r.The edge of the heat-conducting element is placed from the place of its connection with the evaporative part of the soil heat stabilizer at a distance of 0.2-0.3 r.

Заявленная группа изобретений поясняется чертежами (фиг. 1, фиг. 2), на которых изображены:The claimed group of inventions is illustrated by drawings (Fig. 1, Fig. 2), which depict:

фиг. 1 - участок подземной прокладки трубопровода (вид сверху);FIG. 1 - section of the underground pipeline (top view);

фиг. 2 - участок подземной прокладки трубопровода (продольный разрез),FIG. 2 - section of the underground pipeline (longitudinal section),

и позициями обозначены:and the positions indicated:

1 - трубопровод подземной прокладки;1 - underground pipeline;

2 - кровля многолетнемерзлых грунтов;2 - roof of permafrost soils;

3 - песчаный слой;3 - sand layer;

4 - теплопроводящий элемент;4 - heat-conducting element;

5 - теплоизоляционный материал;5 - thermal insulation material;

6 - талый грунт;6 - thawed soil;

7 - термостабилизатор грунта.7 - soil thermal stabilizer.

В частном случае выполнения заявленной группы изобретений устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов может содержать два термостабилизатора грунта 7, установленных оппозитно друг другу по обе стороны от трубопровода подземной прокладки 1, и теплопроводящий элемент 4, размещенный поперек оси трубопровода между испарительными частями термостабилизаторов грунта 7. Кроме того, устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов может содержать два и более теплопроводящих элемента 4, размещенных поперек оси трубопровода между испарительными частями двух и более пар установленных оппозитно друг другу термостабилизаторов грунта 7.In the particular case of the implementation of the claimed group of inventions, the device for thermal stabilization of permafrost soils may contain two thermal stabilizers of soil 7 installed opposite each other on both sides of the pipeline of the underground gasket 1, and a heat-conducting element 4 placed across the axis of the pipeline between the evaporative parts of thermostabilizers of soil 7. In addition, a device for thermal stabilization of permafrost soils may contain two or more heat-conducting elements 4 located across the axis of the pipeline between the evaporative parts of two or more pairs of soil thermal stabilizers installed opposite to each other 7.

Термостабилизаторы грунта 7 выполнены на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную верхнюю конденсаторную часть и подземные среднюю транспортную и нижнюю испарительные части. Термостабилизаторы грунта 7 отстоят от оси трубопровода подземной прокладки 1 на расстояние

Figure 00000005
, значение которого для гарантированного промораживания грунта в зоне прокладки трубопровода выбирают из диапазона
Figure 00000006
, где r - радиус зоны замерзания грунта термостабилизатора 7 при среднезимней температуре минус 15°C. Параметр r зависит от выбора конкретного типа термостабилизатора грунта 7. В частности, при использовании известных термостабилизаторов грунта, радиус зоны замерзания грунта при среднезимней температуре минус 15°C будет находиться в диапазоне 1-1,5 м.Thermostabilizers of the soil 7 are made on the basis of two-phase thermosiphons, including the aboveground upper condenser part and the underground middle transport and lower evaporation parts. Thermostabilizers of soil 7 are distant from the axis of the pipeline underground 1 for a distance
Figure 00000005
, the value of which for guaranteed freezing of soil in the area of the pipeline is selected from the range
Figure 00000006
where r is the radius of the soil freezing zone of the stabilizer 7 at a mid-winter temperature of minus 15 ° C. The parameter r depends on the choice of a particular type of soil thermal stabilizer 7. In particular, when using known thermal stabilizers of soil, the radius of the zone of soil freezing at an average winter temperature of minus 15 ° C will be in the range of 1-1.5 m.

Теплопроводящий элемент 4 выполнен в виде пластины из теплорассеивающего материала, обладающего коэффициентом теплопроводности 5-15 Вт/м⋅К, и предпочтительно стойкостью к термическим воздействиям до 250°C и химическим воздействиям. В качестве материала с такими свойствами может быть использован теплорассеивающий полимерный композит - гранулированная пластмасса, в отличие от обычных пластмасс обладающая способностью принципиально лучше (в 10-100 раз больше) проводить через себя тепло и передавать (рассеивать) его в окружающую среду. В предпочтительном варианте пластина теплопроводящего элемента 4 может быть выполнена из длинномерных труб из теплорассеивающего полимерного композита, жестко соединенных между собой по всей длине по соприкасающимся образующим.The heat-conducting element 4 is made in the form of a plate of heat-dissipating material having a thermal conductivity of 5-15 W / m /K, and is preferably resistant to thermal effects up to 250 ° C and chemical influences. As a material with such properties, a heat-dissipating polymer composite can be used - granular plastic, unlike ordinary plastics, which has the ability in principle to conduct heat better (10-100 times) and transfer (dissipate) it into the environment. In a preferred embodiment, the plate of the heat-conducting element 4 can be made of long pipes made of a heat-dispersing polymer composite rigidly interconnected along the entire length along contacting generators.

Теплопроводящий элемент 4 установлен под теплоизоляционным материалом 5, отделяющим трубопровод подземной прокладки 1 от кровли многолетнемерзлых грунтов 2, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта 7. В качестве теплоизоляционного материала 5 может быть использован экструзионный вспененный полистирол (например, компании «ТехноНИКОЛЬ»). Край заложения теплопроводящего элемента 4 отстоит от места его соединения с испарительной частью термостабилизатора грунта 7 на расстояние 0,2-0,3 r, где r - радиус зоны замерзания грунта термостабилизатора, что обеспечивает надежную сохранность грунтов оснований объектов трубопроводной системы в многолетнемерзлом состоянии.The heat-conducting element 4 is installed under the heat-insulating material 5, which separates the pipeline of the underground gasket 1 from the roof of permafrost soils 2, and has openings for connecting with the evaporation parts of at least two soil heat stabilizers 7. Extrusion foam polystyrene can be used as the heat-insulating material 5 (for example, TechnoNICOL company). The laying edge of the heat-conducting element 4 is separated from the place of its connection with the evaporation part of the soil thermal stabilizer 7 by a distance of 0.2-0.3 r, where r is the radius of the soil freezing zone of the thermal stabilizer, which ensures reliable preservation of the soil of the foundations of the pipeline system objects in the permafrost state.

Заявленный способ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов осуществляют следующим образом.The claimed method of thermal stabilization of permafrost soils is as follows.

Первоначально проводят выемку талого грунта 6 на участке подземной прокладки трубопровода 1 до глубины залегания кровли 2 многолетнемерзлых грунтов. Затем проводят укладку песчаного слоя 3 мощностью от 100 до 150 мм на кровлю 2 многолетнемерзлых грунтов и укладывают на песчаный слой 3 один или более теплопроводящих элементов 4, выполненных в виде пластин из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К. В теплопроводящем элементе 4 выполняют отверстия (не показаны) для соединения с испарительными частями термостабилизаторов грунта 7. Край заложения теплопроводящего элемента 4 располагают от места его соединения с испарительной частью термостабилизатора грунта 7 на расстоянии 0,2-0,3 r, где r - радиус зоны замерзания грунта термостабилизатора. В качестве теплорассеивающего материала используют теплорассеивающий полимерный композит, обладающий коэффициентом теплопроводности 5-15 Вт/м⋅К.Initially, excavation of thawed soil 6 is carried out in the area of underground laying of pipeline 1 to the depth of the roof 2 of permafrost soils. Then the sand layer 3 is laid with a thickness of 100 to 150 mm on the roof of 2 permafrost soils and one or more heat-conducting elements 4 are made on the sand layer 3, made in the form of plates of heat-dissipating material with a thermal conductivity of at least 5 W / m⋅K. Openings (not shown) are made in the heat-conducting element 4 for connecting to the evaporative parts of the soil heat stabilizers 7. The laying edge of the heat-conducting element 4 is located at a distance of 0.2-0.3 r from the place of its connection with the evaporation part of the soil heat stabilizer 7, where r is the radius zones of soil freezing of the heat stabilizer. As a heat-dissipating material, a heat-dissipating polymer composite is used having a heat conductivity coefficient of 5-15 W / m⋅K.

После этого укладывают на теплопроводящий элемент 4 теплоизоляционный материал 5 толщиной 100-200 мм. В завершение проводят засыпку выемки талым грунтом 6 и устанавливают по обе стороны на расстоянии

Figure 00000007
от оси трубопровода подземной прокладки 1 в отверстия в теплопроводящем элементе 4 термостабилизаторы грунтов 7 на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части. Расстояние
Figure 00000008
связано с радиусом r зоны замерзания грунта термостабилизатора соотношением
Figure 00000009
.After that, heat-insulating material 5 with a thickness of 100-200 mm is laid on the heat-conducting element 4. In conclusion, fill the excavation with melt soil 6 and install on both sides at a distance
Figure 00000007
from the axis of the pipeline of the underground gasket 1 into the holes in the heat-conducting element 4, soil heat stabilizers 7 based on two-phase thermosyphons, including the aboveground condenser part and the underground transport and evaporation parts. Distance
Figure 00000008
is connected with the radius r of the soil freezing zone of the heat stabilizer by the ratio
Figure 00000009
.

В ходе работы термостабилизаторов грунтов 7 в зимний период происходит перенос тепла по теплопроводящему элементу 4, что приводит к более эффективному распределению отрицательных температур по площади, занимаемой теплопроводящим элементом 4, и к более быстрому и равномерному охлаждению грунта под трубопроводом 1 подземной прокладки.During the operation of the soil heat stabilizers 7 in the winter, heat is transferred through the heat-conducting element 4, which leads to a more efficient distribution of negative temperatures over the area occupied by the heat-conducting element 4, and to faster and more uniform cooling of the soil under the underground pipeline 1.

ПримерExample

При осуществления заявленного способа термостабилизации многолетнемерзлых грунтов и при использовании заявленного устройства термостабилизации многолетнемерзлых грунтов в зимний период были проведены замеры радиуса зоны замерзания грунта термостабилизатора при наличии теплопроводящего элемента из теплорассеивающего полимерного композита, результаты которых приведены в таблице 1.When implementing the claimed method of thermal stabilization of permafrost soils and when using the claimed device for thermal stabilization of permafrost soils in winter, the radius of the soil freezing zone of the thermal stabilizer was measured in the presence of a heat-conducting element from a heat-dispersing polymer composite, the results of which are shown in table 1.

Figure 00000010
Figure 00000010

Проведенные измерения показали, что уже при температуре окружающего воздуха, равной минус 15°C, радиус зоны замерзания грунта термостабилизатора при наличии теплопроводящего элемента, установленного в соответствии с заявленным способом, увеличивается почти в два раза: 2,65 м при наличии теплопроводящего элемента, против 1-1,5 м при использовании только термостабилизатора.The measurements showed that even at an ambient temperature of minus 15 ° C, the radius of the soil freezing zone of the heat stabilizer in the presence of a heat-conducting element installed in accordance with the claimed method almost doubles: 2.65 m in the presence of a heat-conducting element, against 1-1.5 m when using only thermostabilizer.

Таким образом, при использовании заявленной группы изобретений достигается повышение эффективности сохранения многолетнемерзлых грунтов или замораживания слабых грунтов оснований объектов трубопроводной системы для обеспечения безопасности в течение назначенного срока эксплуатации на проектных режимах.Thus, when using the claimed group of inventions, an increase in the efficiency of conservation of permafrost soils or freezing of soft soils of the foundations of pipeline system objects is achieved to ensure safety during the designated period of operation under design conditions.

Claims (15)

1. Устройство термостабилизации многолетнемерзлых грунтов, характеризующееся тем, что оно содержит по меньшей мере два термостабилизатора грунта на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части, и по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К, причем по меньшей мере два термостабилизатора грунта установлены по обе стороны от трубопровода подземной прокладки, а по меньшей мере один теплопроводящий элемент установлен под теплоизоляционным материалом, отделяющим трубопровод подземной прокладки от кровли многолетнемерзлых грунтов, и имеет отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта.1. The device for thermal stabilization of permafrost soils, characterized in that it contains at least two soil heat stabilizers based on two-phase thermosyphons, including an above-ground condenser part and underground transport and evaporation parts, and at least one heat-conducting element made in the form of a plate of heat-dissipating material with a thermal conductivity of at least 5 W / m⋅K, with at least two soil heat stabilizers installed on both sides of the underground pipeline rock-laying, and at least one heat-conducting element is installed under the heat-insulating material separating the underground laying pipeline from the roof of permafrost soils, and has openings for connecting to the evaporative parts of at least two soil heat stabilizers. 2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что теплорассеивающий материал представляет собой теплорассеивающий полимерный композит, обладающий коэффициентом теплопроводности 5-15 Вт/м⋅К.2. The device according to claim 1, characterized in that the heat-dissipating material is a heat-dispersing polymer composite having a thermal conductivity of 5-15 W / m⋅K. 3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что термостабилизаторы грунта установлены от оси трубопровода подземной прокладки на расстоянии
Figure 00000011
, связанном с радиусом r зоны замерзания грунта термостабилизатора следующим соотношением: 0,7 r≤
Figure 00000011
≤r.
3. The device according to p. 1, characterized in that the thermostabilizers of the soil are installed from the axis of the underground pipeline at a distance
Figure 00000011
associated with the radius r of the soil freezing zone of the heat stabilizer by the following ratio: 0.7 r≤
Figure 00000011
≤r.
4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что край заложения теплопроводящего элемента отстоит от места его соединения с испарительной частью термостабилизатора грунта на расстоянии 0,2-0,3 r.4. The device according to p. 1, characterized in that the edge of the heat-conducting element is separated from the place of its connection with the evaporative part of the soil heat stabilizer at a distance of 0.2-0.3 r. 5. Способ термостабилизации многолетнемерзлых грунтов, заключающийся в том, что5. The method of thermal stabilization of permafrost soils, which consists in the fact that - проводят выемку талого грунта на участке прокладки трубопровода до глубины залегания кровли многолетнемерзлых грунтов;- carry out the excavation of thawed soil at the site of the pipeline to the depth of the roof of permafrost soils; - проводят укладку песчаного слоя на кровлю многолетнемерзлых грунтов;- carry out the laying of the sand layer on the roof of permafrost soils; - укладывают на песчаный слой по меньшей мере один теплопроводящий элемент, выполненный в виде пластины из теплорассеивающего материала с коэффициентом теплопроводности не менее 5 Вт/м⋅К;- lay on the sand layer at least one heat-conducting element made in the form of a plate of heat-dissipating material with a thermal conductivity of at least 5 W / m⋅K; - укладывают на по меньшей мере один теплопроводящий элемент теплоизоляционный материал;- stack on at least one heat-conducting element, heat-insulating material; - проводят засыпку выемки талым грунтом;- carry out filling the excavation with thawed soil; - устанавливают по обе стороны от трубопровода подземной прокладки по меньшей мере два термостабилизатора грунтов на основе двухфазных термосифонов, включающих надземную конденсаторную часть и подземные транспортную и испарительные части;- install on both sides of the underground pipeline at least two soil heat stabilizers based on two-phase thermosyphons, including the aboveground condenser part and the underground transport and evaporation parts; - причем в теплопроводящем элементе выполняют отверстия для соединения с испарительными частями по меньшей мере двух термостабилизаторов грунта.- moreover, holes are made in the heat-conducting element for connecting with the evaporative parts of at least two soil heat stabilizers. 6. Способ по п. 5, заключающийся в том, что в качестве теплорассеивающего материала используют теплорассеивающий полимерный композит, обладающий коэффициентом теплопроводности 5-15 Вт/м⋅К.6. The method according to p. 5, consisting in the fact that as a heat dissipating material using heat dissipating polymer composite having a coefficient of thermal conductivity of 5-15 W / m⋅K. 7. Способ по п. 5, заключающийся в том, что термостабилизаторы грунта устанавливают от оси трубопровода подземной прокладки на расстоянии
Figure 00000011
, связанном с радиусом r зоны замерзания грунта термостабилизатора следующим соотношением: 0,7 r≤
Figure 00000011
≤r.
7. The method according to p. 5, which consists in the fact that the heat stabilizers of the soil are installed from the axis of the pipeline underground laying at a distance
Figure 00000011
associated with the radius r of the soil freezing zone of the heat stabilizer by the following ratio: 0.7 r≤
Figure 00000011
≤r.
8. Способ по п. 5, заключающийся в том, что край заложения теплопроводящего элемента размещают от места его соединения с испарительной частью термостабилизатора грунта на расстоянии 0,2-0,3 r.8. The method according to p. 5, namely, that the edge of the heat-conducting element is placed from the place of its connection with the evaporative part of the soil heat stabilizer at a distance of 0.2-0.3 r.
RU2015156875A 2015-12-30 2015-12-30 Method for heat stabilization of permafrost soils and device for its implementation RU2620664C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156875A RU2620664C1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Method for heat stabilization of permafrost soils and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156875A RU2620664C1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Method for heat stabilization of permafrost soils and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2620664C1 true RU2620664C1 (en) 2017-05-29

Family

ID=59031946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156875A RU2620664C1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Method for heat stabilization of permafrost soils and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2620664C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU211086U1 (en) * 2021-07-08 2022-05-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина" Benchmark for soils in areas of permafrost and deep seasonal thawing

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3217791A (en) * 1964-07-30 1965-11-16 Erwin L Long Means for maintaining perma-frost foundations
SU667634A1 (en) * 1976-04-26 1979-06-15 Ленинградский Филиал Государственного Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института Гражданской Авиации "Аэропроект" Apparatus for freesing foundation soil under a structure
RU2416002C1 (en) * 2010-06-10 2011-04-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Фундаментстройаркос" System for temperature stabilisation of structures foundation on permafrost soils
RU2454506C2 (en) * 2010-10-08 2012-06-27 Открытое Акционерное Общество "Фундаментпроект" Cooling device for temperature stabilisation of permafrost soils and method to install such device
RU120974U1 (en) * 2012-04-26 2012-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Старый Дом" GROUND FREEZING DEVICE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3217791A (en) * 1964-07-30 1965-11-16 Erwin L Long Means for maintaining perma-frost foundations
SU667634A1 (en) * 1976-04-26 1979-06-15 Ленинградский Филиал Государственного Проектно-Изыскательского И Научно-Исследовательского Института Гражданской Авиации "Аэропроект" Apparatus for freesing foundation soil under a structure
RU2416002C1 (en) * 2010-06-10 2011-04-10 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Фундаментстройаркос" System for temperature stabilisation of structures foundation on permafrost soils
RU2454506C2 (en) * 2010-10-08 2012-06-27 Открытое Акционерное Общество "Фундаментпроект" Cooling device for temperature stabilisation of permafrost soils and method to install such device
RU120974U1 (en) * 2012-04-26 2012-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Старый Дом" GROUND FREEZING DEVICE

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU211086U1 (en) * 2021-07-08 2022-05-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет им. И.Т. Трубилина" Benchmark for soils in areas of permafrost and deep seasonal thawing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4279294A (en) Heat pipe bag system
US7856839B2 (en) Direct exchange geothermal heating/cooling system sub-surface tubing installation with supplemental sub-surface tubing configuration
Wagner Review of thermosyphon applications
AU2013246091B2 (en) Ground loops and insulation for direct exchange geothermal systems
EP0596006A1 (en) Solar collector with freeze damage protection.
US4339929A (en) Heat pipe bag system
US4194856A (en) Method for reducing frost heave of refrigerated gas pipelines
US9593868B2 (en) Horizontal ground-coupled heat exchanger for geothermal systems
RU2415226C1 (en) System for temperature stabilisation of structures foundation on permafrost soils
RU2556591C1 (en) Device for temperature stabilisation of permanently frozen grounds
RU2620664C1 (en) Method for heat stabilization of permafrost soils and device for its implementation
Yarmak Permafrost foundations thermally stabilized using thermosyphons
US10345051B1 (en) Ground source heat pump heat exchanger
CN110715568A (en) One-way cold guide pipe utilizing phase change conduction
US11555658B2 (en) Methods and systems to convert passive cooling to active cooling
US9920499B2 (en) Device for heat stabilization of perennial permafrost soils
RU2470114C2 (en) Thermopile for bridge supports
US11022345B1 (en) Ground source heat pump heat exchanger
RU2384671C1 (en) Pile support for structures erected on permanently frozen soil
RU147446U1 (en) SEASONAL ACTING UNIT FOR COOLING ETERNAL-FROZEN SOILS OF BASES OF ENGINEERING STRUCTURES
US20150377523A1 (en) Support member with dual use rebar for geothermal underground loop
JP2017101504A (en) Freezing method
RU2384672C1 (en) Cooled pile support for structures erected on permanently frozen soil
JP6537111B2 (en) Freezing method
US20180080686A1 (en) Support member with dual use rebar for geothermal underground loop and methods

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner