Современные темпы извлечения полезных ископаемых, а также освоение новых северных территорий с целью наращивания объемов добычи диктуют необходимость учитывать большое количество переменных, меняющихся с течением времени, при проектировании новых транспортных сетей в Арктической зоне Российской Федерации. Отдельное внимание уделяется растеплению многолетнемерзлых грунтов. Долгосрочное прогнозирование поведения многолетнемерзлых грунтов вокруг подземного нефтепровода позволяет добиться предотвращения аварий и экологических катастроф, участившихся в последние годы в связи с износом эксплуатируемого технологического оборудования.
В статье представлены авторская математическая модель и результаты апробации методики теплотехнических расчетов для многослойных нефтепроводов. Смоделирована секция нефтепровода, пролегающего в сложных геокриологических условиях. Дано описание методики расчета тепловых процессов, протекающих в системе труба – грунт и основных результатов, достигаемых при ее использования. Моделирование проводилось с использованием нескольких вариантов изоляционного материала при неизменных внутреннем диаметре нефтепровода и режиме перекачки. Проверка математической модели выполнялась с применением универсальной программной системы конечно-элементного моделирования ANSYS и разработанного модуля для проведения теплотехнических расчетов TPS. Приведены также основные алгоритмы построения модели. Выполнены прогнозирование необходимых для расчета материалов с учетом их свойств; построение, корректировка и уточнение сетки модели; настройка решателя. Результаты моделирования представлены в графическом виде с распределением ореолов в зависимости от времени года и используемых изоляционных материалов.
Разработанная методика моделирования теплового состояния трубопровода в многолетнемерзлом грунте может быть использована в рамках разработки проектной документации различного назначения.
Список литературы
1. Ущерб России от таяния вечной мерзлоты оценили в 150 млрд рублей в год. – https://www.m24.ru/news/ehkologiya/18102019/93957
2. Последствия разлива топлива в Норильске. –https://www.rbc.ru/photoreport/03/06/2020/5ed7b4ac9a794710786cc0d1
3. Масштабные прорывы: топ-5 крупнейших разливов нефти на нефтепроводах. – http://neftianka.ru/masshtabnye-proryvy-top-5-krupnejshix-razlivov-nefti-na-nefteprovodax/
3. Mathematic simulation of the effect of a buried oil pipeline on permafrost soils / V.V. Golik, B.V. Moiseev, S.G. Gulkova, Yu.D. Zemenkov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2018.
4. Тепломассобмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник / под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. – М.: Энергоиздат, 1982. – 512 с.
5. Энерготехнологические комплексы при проектировании и экс-плуатации объектов транспорта и хранения углеводородного сырья / Ю.Д. Земенков, Б.В.Моисеев, Ю.В.Богатенков [и др]. – Тюмень: ТюмГНГУ, ТюмГАСУ, 2015. – 256 с.
6. Modeling the heat transfer processes in the pipe-soil system / V.V. Golik, Yu.D. Zemenkov, A.A. Gladenko, I.V. Seroshtanov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 663 (2019).
7. https://dmg.digitaltarget.ru/awg/6533?cid=774&uid=WPnJanXxYRaZ7-A7773v&redirect=http...
8. Physical and mathematical modeling of process of frozen ground thawing under hot tank / M.Y. Zemenkova, U. Shastunova, A. Shabarov [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 2018.
9. Zemenkov Yu.D., Subbotin V.Ya., Belsky S.G. Methods for calculating thermal fields using modern software products // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 663 (2019).
