RU2634765C1 - System for cooling and freezing soil - Google Patents

System for cooling and freezing soil Download PDF

Info

Publication number
RU2634765C1
RU2634765C1 RU2016137039A RU2016137039A RU2634765C1 RU 2634765 C1 RU2634765 C1 RU 2634765C1 RU 2016137039 A RU2016137039 A RU 2016137039A RU 2016137039 A RU2016137039 A RU 2016137039A RU 2634765 C1 RU2634765 C1 RU 2634765C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cryopegs
cryopeg
freezing
technical result
cryolithozone
Prior art date
Application number
RU2016137039A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рудольф Владимирович Чжан
Дмитрий Михайлович Шестернев
Георгий Петрович Кузьмин
Сергей Александрович Великин
Андрей Антонович Чжан
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2016137039A priority Critical patent/RU2634765C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2634765C1 publication Critical patent/RU2634765C1/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: system including the installation of underground heat exchangers with a liquid coolant with a freezing point below zero degrees centigrade (brine) is described, characterized in that cryopegs are used as a liquid coolant, a cryopeg being fed to freezing columns from the cryolithozone into the heat exchangers. Spent cryopegs can be forcibly discharged to the cryolithozone massif. The outer part of the circulation circuit can be thermally insulated. The technical result of profitability increase is achieved by the absence of energy-consuming refrigerating machines and by the absence of the need to prepare a special cooling solution. The technical result of reliability increase is achieved by reducing the number of system components, the failure probability of each of which differs from zero. The technical result of operation stability increase is achieved by the temperature stability of the cryopeg, the total amount of which considerably exceeds the amount of the cryopeg used during the season. The invention can be successfully applied in the construction of industrial and civil buildings.
EFFECT: increasing the economy, reliability and stability of operation.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к системам для охлаждения и замораживания грунтов в горнотехническом строительстве в областях распространения вечной мерзлоты (криолитозоне), характеризующихся наличием природных рассолов с отрицательными температурами (криопэгами).The invention relates to systems for cooling and freezing soils in mining engineering in the areas of permafrost distribution (permafrost zone), characterized by the presence of natural brines with negative temperatures (cryopegs).

Известна «Система замораживания грунтов» RU 2435904 [2], содержащая скважины, пробуренные эквидистантно по контуру выработки или котлована, в скважины опущены замораживающие колонки, а в них - питающие трубы, в колонках циркулирует охлажденный на замораживающей станции рассол, коллекторы, соединяющие выход замораживающих колонок с замораживающей станцией, в качестве рассола используется раствор соли хлористого кальция, рассол охлаждается на замораживающих станциях холодильными машинами.The well-known "System of freezing soils" RU 2435904 [2], containing wells drilled equidistantly along the output or pit contour, freezing columns are lowered into the wells, and supply pipes are placed in them, brine cooled at the freezing station is circulating in the columns, collectors connecting the exit of the freezing columns with a freezing station, a salt solution of calcium chloride is used as a brine, the brine is cooled at freezing stations by refrigeration machines.

Недостатком устройства является наличие энергозатратной замораживающей станции.The disadvantage of this device is the presence of an energy-consuming freezing station.

Наиболее близким техническим решением является «Способ устройства плитного фундамента на сваях для резервуара с низкотемпературным продуктом» RU 2552253 [1], опирающегося на свайное поле, охлаждаемое дополнительным промораживанием массива вечномерзлого грунта, дополнительное промораживание массива вечномерзлого грунта со сваями осуществляют глубинными термоэлементами методом принудительной регулируемой подачи в них хладагента заданной температуры от внешнего источника его охлаждения по закольцованным распределительным магистралям. The closest technical solution is the "Method for installing a slab foundation on piles for a reservoir with a low-temperature product" RU 2552253 [1], which rests on a pile field, cooled by additional freezing of the permafrost mass, additional freezing of the permafrost soil with piles is carried out by means of forced thermoelements by the method of forced controlled feeding in them the refrigerant of a predetermined temperature from an external source of its cooling along the looped distribution lines .

Устройство обладает большей экономичностью по сравнению с [2] благодаря наличию возможности использования естественного охлаждения.The device has greater efficiency compared to [2] due to the presence of the possibility of using natural cooling.

Недостатком является низкая экономичность, обусловленная применение энергозатратных холодильных машин. Недостатком также является низкая надежность и стабильность работы охлаждающего устройства.The disadvantage is the low efficiency due to the use of energy-intensive chillers. The disadvantage is the low reliability and stability of the cooling device.

На территории вечной мерзлоты развиты поверхностные (океаны, моря и озера) и подземные криопэги. Температура подземных надмерзлотных криопэгов достигает – (30-40)ºС, межмерзлотных – (2-12)ºС, подмерзлотных (0-5)ºС.On the territory of permafrost developed surface (oceans, seas and lakes) and underground cryopegs. The temperature of underground permafrost cryopegs reaches - (30-40) ºС, inter-permafrost - (2-12) ºС, permafrost (0-5) ºС.

Соленые подземные воды и рассолы в процессе похолодания климата приобрели отрицательные температуры, превратились в криопэги. За счет больших запасов холода в них, оставаясь в жидкой фазе, они активно влияют на интенсивное охлаждение пород, аномально увеличивая мощности криогенной части разреза. Такими своеобразными природными «машинами-холодильниками» Сибирской платформы, содержащими криопэги, являются Верхневилюйское, Верхне-Мархинское и Туруханское поднятия, Путоранский вулканогенный массив и другие, в пределах которых сосредоточены месторождения углеводородов, алмазов и драгоценных металлов.Salty groundwater and brines during the cooling of the climate acquired negative temperatures, turned into cryopegs. Due to the large reserves of cold in them, remaining in the liquid phase, they actively affect the intensive cooling of the rocks, anomalously increasing the thickness of the cryogenic part of the section. Such peculiar natural “refrigerating machines” of the Siberian platform containing cryopegs are the Verkhnevilyuyskoye, Verkhne-Markhinskoye and Turukhanskoye uplifts, the Putorana volcanogenic massif and others, within which deposits of hydrocarbons, diamonds and precious metals are concentrated.

Задачей изобретения является повышение эффективности применения системы за счет использования естественных криогенных ресурсов – рассолов с отрицательными температурами (криопэгов), залегающих в криолитозоне, рассматриваемой как природная холодильная машина.The objective of the invention is to increase the efficiency of the system through the use of natural cryogenic resources - brines with negative temperatures (cryopegs) lying in the permafrost zone, considered as a natural refrigeration machine.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы.The technical result of the invention is to increase efficiency, reliability and stability.

Технический результат достигается тем, что система для охлаждения и замораживания грунтов, включающая установку подземных теплообменников с жидким теплоносителем с температурой замерзания ниже нуля градусов по Цельсию (рассолом), характеризуется тем, что в качестве жидкого теплоносителя используют криопэги, причем криопэг подается в замораживающие колонки из криолитозоны в теплообменники.The technical result is achieved by the fact that the system for cooling and freezing soils, including the installation of underground heat exchangers with a liquid coolant with a freezing temperature below zero degrees Celsius (brine), is characterized by the fact that cryopegs are used as the liquid coolant, and the cryopag is supplied to the freezing columns from cryolithozones in heat exchangers.

Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны, что повысит экологичность использования и увеличит срок работы системы благодаря возобновлению холодильного ресурса месторождения криопэга.Spent cryopegs can be forcibly discharged into the cryolithozone massif, which will increase environmental friendliness and increase the life of the system due to the renewal of the refrigeration resource of the cryopeg deposit.

Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована, что снизит нагрев криопэга в летнее время и защитит криопэг от критического охлаждения в зимний период.The outer part of the circulation circuit can be thermally insulated, which will reduce the heating of the cryopeg in the summer and protect the cryopeg from critical cooling in the winter.

Пример осуществления системы схематически показан на чертеже, гдеAn example implementation of the system is schematically shown in the drawing, where

1 – криолитозона;1 - cryolithozone;

2 – горизонт криопэгов;2 - horizon of cryopegs;

3 – верхняя граница криолитозоны;3 - the upper boundary of the permafrost zone;

4 – уровень статического напора криопэгов;4 - level of static pressure of cryopegs;

5 – скважина, подающая крипэг;5 - creep feed well;

6 – фильтр;6 - filter;

7 – глубинный насос;7 - deep pump;

8 – трубопровод, подающий криопэг;8 - pipeline supplying cryopag;

9 – резервуар;9 - reservoir;

10 – магистральный насос;10 - main pump;

11 – коллектор, подающий криопэг;11 - collector supplying a cryopeg;

12 – замораживающие скважины;12 - freezing wells;

13 – коллектор, собирающий отработанный криопэг;13 - a collector collecting the spent cryopag;

14 – трубопровод;14 - pipeline;

15 – резервуар;15 - tank;

16 – насос;16 - pump;

17 – трубопровод;17 - pipeline;

18 – скважина, закачивающая отработанный криопэг;18 - well pumping spent cryopag;

19 – теплоизолятор.19 - heat insulator.

Система действует следующим образом: из водоносного горизонта криопэгов 2, расположенного ниже уровня статического напора криопэгов 4, содержащего естественные природные рассолы–криопэги криолитозоны 1, по скважине 5, имеющей фильтр 6, с помощью насоса 7 закачивается по трубопроводу 8 в резервуар 9, и насосом 10 заполняется коллектор 11, из которого криопэг поступает в замораживающие скважины 12. Отработанные рассолы-криопэги поступают в коллектор 13, далее по трубопроводу 14 – в резервуар 15, и насосом 16 по трубопроводу 17 рассолы-криопэги закачиваются через скважину 18 в массив криолитозоны 1, содержащий криопэг 2. Для обеспечения нормальной работы циркуляционный контур теплоизолируется 19. Верхняя граница криолитозоны обозначена поз.3.The system operates as follows: from the aquifer of the cryopegs 2, located below the level of the static pressure of the cryopegs 4, containing natural natural brines – cryopegs of the cryolithozone 1, through a well 5 having a filter 6, it is pumped through a pipe 8 to a reservoir 9 using a pump 7 and a pump 10, the collector 11 is filled, from which the cryopeg enters the freeze wells 12. The spent cryopegs are delivered to the collector 13, then through the pipe 14 to the reservoir 15, and the pump 16 is fed through the pipe 17 to the injection cryopegs ayutsya through hole 18 in the array Cryolithozone 1 comprising cryopeg 2. To ensure normal operation of the circulation circuit 19. The upper limit Insulate Cryolithozone designated pos.3.

Технический результат – повышение экономичности достигается отсутствием энергозатратных холодильных машин и за счет отсутствия необходимости в приготовлении специального охлаждающего раствора. Технический результат – повышение надежности достигается снижением количества компонентов системы, вероятность выхода из строя каждого из которых отличается от нулевой. Технический результат – повышение стабильности работы достигается стабильностью температуры криопэга, общее количество которого значительно превышает количество используемого за сезон криопэга.EFFECT: increased efficiency is achieved by the absence of energy-consuming refrigerating machines and due to the absence of the need to prepare a special cooling solution. EFFECT: increased reliability is achieved by reducing the number of system components, the probability of failure of each of which differs from zero. EFFECT: increased stability of work is achieved by the temperature stability of the cryopag, the total amount of which significantly exceeds the amount of the cryopag used during the season.

Промышленное применение: изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений.Industrial application: the invention can be successfully applied in the construction of industrial and civil structures.

Claims (3)

1. Система для охлаждения и замораживания грунтов, включающая установку подземных теплообменников с жидким теплоносителем с температурой замерзания ниже нуля градусов по Цельсию, отличающаяся тем, что в качестве жидкого теплоносителя используют криопэги, причем криопэг подается в замораживающие колонки из криолитозоны в теплообменники.1. A system for cooling and freezing soils, including the installation of underground heat exchangers with a liquid coolant with a freezing temperature below zero degrees Celsius, characterized in that cryopegs are used as a liquid coolant, and the cryopag is supplied to freezing columns from the permafrost zone to the heat exchangers. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что отработанные криопэги принудительно отводятся в массив криолитозоны.2. The system according to claim 1, characterized in that the spent cryopegs are forcibly discharged into the cryolithozone array. 3. Система по п.2, отличающаяся тем, что наружная часть циркуляционного контура термоизолирована.3. The system according to claim 2, characterized in that the outer part of the circulation circuit is thermally insulated.
RU2016137039A 2016-09-16 2016-09-16 System for cooling and freezing soil RU2634765C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016137039A RU2634765C1 (en) 2016-09-16 2016-09-16 System for cooling and freezing soil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016137039A RU2634765C1 (en) 2016-09-16 2016-09-16 System for cooling and freezing soil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634765C1 true RU2634765C1 (en) 2017-11-03

Family

ID=60263567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016137039A RU2634765C1 (en) 2016-09-16 2016-09-16 System for cooling and freezing soil

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634765C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3788389A (en) * 1971-08-25 1974-01-29 Mc Donnell Douglas Corp Permafrost structural support with heat pipe stabilization
RU2435904C2 (en) * 2008-02-19 2011-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский военный институт ракетных войск имени Главного маршала артиллерии М.И. Неделина" Министерство обороны Российской Федерации System of soils freezing
RU2552253C1 (en) * 2013-11-27 2015-06-10 Роберт Мияссарович Хафизов Method of arrangement of foundation slab on piles for low-temperature product tank

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3788389A (en) * 1971-08-25 1974-01-29 Mc Donnell Douglas Corp Permafrost structural support with heat pipe stabilization
RU2435904C2 (en) * 2008-02-19 2011-12-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ростовский военный институт ракетных войск имени Главного маршала артиллерии М.И. Неделина" Министерство обороны Российской Федерации System of soils freezing
RU2552253C1 (en) * 2013-11-27 2015-06-10 Роберт Мияссарович Хафизов Method of arrangement of foundation slab on piles for low-temperature product tank

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Диссертация "Закономерности изменения фазового и химического состава, теплофизических характеристик засоленных пород и криопэгов п-ова ямал в процессе их криогенного метаморфизма", Н.В.Кияшко, под руководством И.А.Комаров, МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва, 2014, стр.69, абзац 2. *
Статья "К проблеме использования хладоресурса сжиженного природного газа для целей термостабилизации грунтов", И.А.Комаров и др., научный журнал "Криосфера земли", N2, 2015; стр.75-80. *
Статья "К проблеме использования хладоресурса сжиженного природного газа для целей термостабилизации грунтов", И.А.Комаров и др., научный журнал "Криосфера земли", N2, 2015; стр.75-80. Диссертация "Закономерности изменения фазового и химического состава, теплофизических характеристик засоленных пород и криопэгов п-ова ямал в процессе их криогенного метаморфизма", Н.В.Кияшко, под руководством И.А.Комаров, МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва, 2014, стр.69, абзац 2. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8991510B2 (en) Carbon dioxide-based geothermal energy generation systems and methods related thereto
CA2879544C (en) Carbon dioxide-based geothermal energy generation systems and methods related thereto
EP3575547A2 (en) Fluid for use in power production environments
CN102105755B (en) System and method of capturing geothermal heat from within a drilled well to generate electricity
US20070245729A1 (en) Directional geothermal energy system and method
US20170299279A1 (en) Arrangement and method for storing thermal energy
WO2011119409A2 (en) Systems and methods for an artificial geothermal energy reservoir created using hot dry rock geothermal resources
CN101163852A (en) Low temperature barriers for in situ processes
US9803626B1 (en) Thermosiphoning supercritical CO2 in geothermal energy production
WO2010104599A2 (en) Carbon dioxide-based geothermal energy generation systems and methods related thereto
RU2519012C2 (en) Method and device for year-round cooling, freezing of ground at foundation base and for heat supply of structure on permafrost ground in cryolytic zone
US20150285226A1 (en) Geothermal Energy Production Using a Closed-Loop Heat Exchange System
CN108035699A (en) A kind of system and method using seabed geothermal energy in-situ retorting gas hydrates
US3661424A (en) Geothermal energy recovery from deep caverns in salt deposits by means of air flow
RU2634765C1 (en) System for cooling and freezing soil
CN103836258B (en) Permafrost region buried pipeline thaw collapse prevention and controls that hot pin combines with coarse-grained soil and device
CN105952458A (en) Shield tunnel end semispherical freezing wall reinforcement structure and construction method thereof
Nikolaev et al. Low-temperature ground freezing methods for underground construction in urban areas
RU51636U1 (en) DEVICE FOR COMPENSATION OF THERMAL INFLUENCE OF THE STRUCTURE FOUNDATION ON THE PERMANENT FROZEN SOIL
RU2552253C1 (en) Method of arrangement of foundation slab on piles for low-temperature product tank
RU2375559C1 (en) Oil production method
KR20180016712A (en) Heat pump device using mine drainage
Ibragimov et al. Experience using heat pumps as soil heat stabilization systems in a cryolithological zone.
RU2380488C1 (en) Method of frozen rock hydraulic melting
NO179055B (en) Procedure for extraction of geothermal heat and minerals at depths of 10-30 km