Исследование процессов тепловлагообмена вблизи заглубленного в грунт трубопровода (стр. 17 )

Исследование температурного режима грунта вокруг низкотемпературного трубопровода проводилось для различных температур на поверхности трубы. Все расчеты выполнялись с помощью компьютера.

Распределение температуры в грунте по глубине над и под газопроводом при в летний период представлены на рисунках (рис. 4.4,
рис. 4.5).

Рис. 4.3

Графики сравнения радиуса оттаивания грунта под трубой с методом построения

сужающейся системы ошибок

Рис. 4.4

Диаграмма температурного поля над подземным газопроводом при температуре

на поверхности трубы

Рис. 4.5

Диаграмма температурного поля вокруг подземного газопроводом при температуре

на поверхности трубы

4.3. Прогнозирование образования шлиров под трубопроводом
на основе анализа проведенных расчетов

По полученному температурному полю, используя методику, изложенную в главе III диссертационной работы, исследуется механизм образования сегрегационного пучения под трубопроводом.

Графики показывают (рис. 4.6, рис. 4.8), что вокруг холодного газопровода (при и при ) после его закладки в теплый грунт образуются  прослои льда в короткий промежуток времени на расстоянии от трубы, а позднее (рис. 4.7, рис. 4.10) возникает еще один прослой под трубой на расстоянии .

Рис. 4.6

Графики процесса образования прослоев льда

на поверхности трубы при температуре 

Рис. 4.7

Графики процесса второго льдообразования под заглубленным газопроводом
при   в разные промежутки времени

Рис. 4.8

Графики процесса образования прослоев льда на поверхности трубы

при

В работе исследован процесс образования шлиров для различной температуры трубопровода, транспортирующего охлажденный газ. Результаты показали, что чем ниже температура, тем глубже находится зона образования второго пучения под трубой. При (Рис. 4.9) второй прослой льда образуется на расстоянии от трубы, а при шлир появляется только на поверхности трубы (рис. 4.11).

Рис. 4.9

График второго льдообразования под трубой при на поверхности трубы

Рис. 4.10

График второго льдообразования  под трубой при на поверхности трубы

Рис. 4.11

График образования шлира под трубой при на поверхности трубы

Опираясь на полученные результаты, можно внести следующие технические рекомендации, необходимые при закладке трубопроводов в пучинистый грунт.

Если температура газа трубопровода ниже , то для устранения пучений вокруг него требуется увеличить траншею, предназначенную для укладки трубопровода в грунт, до 100 см по радиусу трубы (в зависимости от температуры газа) и засыпать ее непучинистым грунтом.

Другим вариантом является улучшение теплоизоляции трубопровода с тем, чтобы температура на его поверхности была не ниже . Тогда объем грунта, который нужно менять, значительно меньше.

Выбор одного из этих вариантов должен быть обоснован технико-экономическим расчетом.

В работе [48] прогнозировалось нарушение режима грунтовых вод при обмерзании подземного трубопровода. Оценка пучения грунта под газопроводом в условиях близких к квазистационарным (на 9-ом году эксплуатации), показала, что в зависимости от температуры наружной поверхности трубопровода минимальное пучение (без учета миграции влаги) составит (в м) при температуре () соответственно, 0,07; 0,12; 0,2.

Результаты исследования [48] показали, что «безопасной, с точки зрения режима грунтовых вод и общей экологической обстановки, следует считать для наружной поверхности подземного трубопровода диаметром в 1420 мм в условиях Севера температуру от 0 до минус ».

В работе Кривошеина [51] определена предельная  толщина теплоизоляции, соответствующая минимальной отрицательной температуре транспортируемого газа и наружной поверхности на контакте трубопровода с грунтом при подземной прокладке. Результаты расчетов для условий трассы Уренгой-Челябинск показали, что «удельная величина толщины теплоизоляции с уменьшением температуры среды возрастает: 7,7; 6,9; 5,6; 3,4 и 2,1 мм, соответственно, при температуре транспортируемого газа . Снижение ограничений на уровень температуры транспортируемого газа приводит к уменьшению толщины теплоизоляции».

Расчетные данные гидромоделирования [48] показали, что с понижением температуры газа толщина теплоизоляции растет: при  требуемая величина теплоизоляции составляет 0,4 м; 0,2 м; 0,46 м и 0,7 м для обеспечения температуры на поверхности трубы минус .

Из результатов исследований видно, что толщина теплоизоляции подземных газопроводов, с учетом ограничений экологического характера, значительна.

Сравнивая результаты работ [48, 51] с результатами исследований, проведенных в данной главе, можно констатировать, что и с учетом миграции влаги минимально допустимый уровень температур внешней поверхности трубопровода – около минус .

Опыт проектирования северных газопроводов показал, что участки мерзлых и талых грунтов с различными свойствами чередуются, это требует различных способов прокладки.

Заключение

В процессе работы были изучены особенности строения и теплового прогнозирования состояния мерзлых тонкодисперсных грунтов вокруг трубопроводов и скважин; изучены и проанализированы процессы влагопереноса и криогенного текстурообразования в дисперсных породах (в частности, механизм сегрегационного пучения) при прокладке и эксплуатации подземных газопроводов; в связи с этим проанализированы работы технического, физического и математического характера, а также рассмотрены различные методы решения подобных задач. При этом получены следующие выводы: