Определение эффективности функционирования систем температурной стабилизации грунтов с горизонтальным испарителем, заправленных разными хладагентами

Об авторах:

Ишков Алексей Андреевич, ведущий специалист, отдел физико-химических методов повышения нефтеотдачи пластов, Филиал ООО «Лукойл-Инжиниринг» «КогалымНИПИнефть» (г. Тюмень); IshkovAA@tmn.lukoil.com

Губарьков Анатолий Анатольевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, Субарктический научно-учебный полигон, Тюменский научный центр Сибирского отделения РАН, Тюменский индустриальный университет; agubarkov@rambler.ru

Аникин Геннадий Владимирович, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Институт криосферы Земли, Тюменский научный центр Сибирского отделения РАН; anikin@ikz.ru

Аннотация:

В настоящее время строительство зданий и сооружений в зонах распространения мерзлых грунтов преимущественно осуществляется по I принципу. Известно, что несущая способность мерзлых грунтов существенно зависит от их значения отрицательной температуры. При растеплении такие грунты дают усадку, что отрицательно сказывается на объектах, построенных на них. Для предотвращения этого используются системы температурной стабилизации мерзлых грунтов.
Одновременный учет теплового влияния на мерзлый грунт как инженерного объекта, так и системы температурной стабилизации грунтов является сложной задачей, от правильности решения которой будет зависеть точность определения прочностных характеристик грунта. В настоящей работе приведены расчеты температурных полей мерзлых грунтов при одновременном воздействии на них объекта с интенсивным тепловыделением (РВС с горячей нефтью) и системы температурной стабилизации грунтов типа ГЕТ. Расчеты проведены на основе разработанной ранее математической модели функционирования системы температурной стабилизации с горизонтальным испарителем. Рассматривается эффективность функционирования системы ГЕТ, заправленной разными хладагентами (аммиак и диоксид углерода) для разных геокриологических подзон Западной Сибири. Особенное внимание стоит обратить на тот факт, что грунты изначально были при близкой к положительной температуре (−0,1 °C), но по истечении 10 лет за счет действия системы температурной стабилизации грунтов весь массив грунта вокруг испарительной части системы перешел в мерзлое состояние. Системы, заправленные диоксидом углерода, показали лучшую эффективность работы, что обусловлено двумя факторами: меньшим значением нижней критической тепловой нагрузки, что дает большее количество рабочих дней в году относительно системы, заправленной аммиаком, а также тем, что испарительная часть системы на диоксиде углерода имеет температуру в среднем ниже на 1 °C, чем системы на аммиаке. Результаты, полученные по итогу выполнения работы, позволяют сделать вывод о том, что диоксид углерода в качестве теплоносителя для системы ГЕТ является наиболее эффективным.

Список литературы:

1. Аникин Г. В. Компьютерное моделирование работы систем горизонтального охлаждения грунтов / Г. В. Аникин. М., 2009. Деп. в ВИНИТИ 30.10.2009. № 674-В2009.

2. Аникин Г. В. Компьютерное моделирование системы охлаждения грунта под резервуаром с нефтью / Г. В. Аникин, К. А. Спасенникова // Криосфера Земли. 2012. Том 16. № 2. С. 60-64.

3. Аникин Г. В. Компьютерное моделирование тепломассопереноса в системах горизонтального охлаждения грунтов / Г. В. Аникин, С. Н. Плотников, К. А. Спасенникова // Криосфера Земли. 2011. Том 15. № 1. С. 33-39.

4. Аникин Г. В. О выборе хладагента для сезонных охлаждающих устройств типа «ГЕТ» / Г. В. Аникин, К. А. Спасенникова // Криосфера Земли. 2014. Том 18. № 2. С. 31-33.

5. Геокриология СССР. Средняя Сибирь / ред. Э. Д. Ершов. М.: Недра, 1989. 414 с.

6. Долгих Г. М. Исследование систем температурной стабилизации грунтов на опытно-промышленном полигоне / Г. М. Долгих и др. // Материалы международной научно-практической конференции по инженерному мерзлотоведению, посвященной XX-летию создания ООО НПО «Фундаментстройаркос». Тюмень: Сити-Пресс, 2011. С. 36-42.

7. Долгих Г. М. Новые перспективы северного строительства жилых и административных зданий с применением углекислотных систем температурной стабилизации грунтов / Г. М. Долгих, И. П. Рило, К. А. Желудкова // Системы температурной стабилизации грунтов оснований в криолитозоне. Актуальные вопросы исследований, расчетов, проектирования, производства, строительства, авторского надзора и мониторинга / ред. В. Д. Ахметова. Новосибирск: Гео, 2014. С. 208-215.

8. Долгих Г. М. Технические решения по замораживанию грунтов оснований, применяемые НПО «Фундаментстройаркос» / Г. М. Долгих, Д. Г. Долгих, С. Н. Окунев // Криосфера нефтегазоносных провинций: материалы международной конференции. Тюмень, 2004. С. 56.

9. Мельников В. П. Инженерные решения в строительстве на вечной мерзлоте в плане повышения энергоэффективности сооружений / В. П. Мельников и др. // Криосфера Земли. 2014. Том 18. № 3. С. 82-89.

10. Мельников В. П. Климатические и криогенные факторы обустройства северных территорий / В. П. Мельников, Д. С. Дроздов, Г. В. Малкова // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2009. Том 15. № 6. С. 75-83.

11. Мельников В. П. Параметры верхних и нижних тепловых нагрузок, ограничивающих функционирование горизонтальной естественно действующей трубчатой системы / В. П. Мельников и др. // Криосфера Земли. 2017. Том 21. № 3. С. 41-48.

12. Различные области применения холода / ред. А. В. Быков. М.: Агропромиздат, 1985. 272 с.

13. РСН 67-87. Инженерные изыскания для строительства. Составление прогноза изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами. М.: Госкомитет РСФСР по делам строительства, 1987.

14. Самарский А. А. Вычислительная теплопередача / А. А. Самарский, П. Н. Вабищевич. М.: Едиториал, 2003. 784 с.

15. Феклистов В. Н. Исследование охлаждающей системы типа «ГЕТ» для термостабилизации грунтовых оснований / В. Н. Феклистов и др. // Криогенные ресурсы полярных и горных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения: материалы международной конференции. Тюмень, 2008. Том 2. С. 165-168.