Регулирование теплообмена трубопровода с многолетнемерзлым грунтом в зависимости от сезонности и смещения тепловых потоков

UDK: 622.692.4.07:624.139
DOI: 10.24887/0028-2448-2022-10-83-85
Ключевые слова: многолетнемерзлые грунты (ММГ), наземная прокладка трубопровода, ограничение ореолов протаивания, тепловое воздействие трубопровода, технологическое регулирование
Авт.: З.Р. Глухова (Уфимский гос. нефтяной технический университет), Н.А. Гаррис (Уфимский гос. нефтяной технический университет), д.т.н.

Опыт эксплуатации трубопроводов в Сибири показал эффективность применения их свободной наземной прокладки с использованием торфа и мохово-растительного покрова на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) в качестве естественного основания. Свободная прокладка обеспечивается за счет компенсационных участков, трубопровод может быть уложен в насыпи из торфа (исключается балластировка) либо по дневной поверхности в теплоизоляции (частное решение наземной прокладки в насыпи, объем земляных работ сводится к минимуму). В настоящее время в Российской Федерации отсутствует нормативная база проектирования, строительства и эксплуатации наземных трубопроводов свободной прокладки в зоне распространения ММГ. Прочностное взаимодействие подобных трубопроводов с торфяным грунтом изучено, существуют методики расчета напряженно-деформированного состояния трубопровода на переходе через границу между различными грунтами, методики расчета осадки. Однако при проектировании трубопроводов в зоне ММГ необходим комплексный учет всех факторов, влияющих на температурный режим грунтов, а также прогноз изменения мерзлотно-грунтовых условий вследствие строительного освоения территории.

Предложен способ наземной прокладки трубопроводов самопогружением с поверхности мерзлого массива с учетом теплового влияния трубопровода на ММГ, который дает возможность стабилизации положения оси трубопровода, предотвращения прогрессирующего таяния грунта, предохранения от защемления трубопровода при смерзании и пучении грунта. Стабильное состояние достигается в результате постепенного и угасающего самопогружения трубопровода до несущего основания. Приведены результаты экспериментов, показавших ярко выраженное перераспределение тепловых потоков по периметру трубопровода при смене зимнего и летнего режимов. Это свидетельствует об эффективности регулирования теплообмена трубопровода с мерзлотой. Тепловые режимы по месяцам значительно различались. Следовательно, в отличие от расчета обычных трубопроводов на «худший» случай, расчет трубопроводов в мерзлоте должен выполняться с учетом нулевого годового теплооборота по месяцам года, что позволит ограничить ореолы протаивания под трубопроводом и улучшить его работоспособность.

Список литературы

1. Большаков А.М., Андреев Я.М. Проблемы повышения эксплуатационной надежности линейных магистральных газопроводов в условиях криолитозоны//Газовая промышленность. – 2018. – № 5 (768). – С. 62–68.   

2. Володченкова О.Ю. Обеспечение проектного положения подземных магистральных нефтепроводов в зонах вечной мерзлоты: дис. ... канд. техн. наук. – М., 2007. – 148 с.

3. Марахтанов В.П. Оценка устойчивости и «агрессивности» ландшафтов северной тайги западной сибири, пересекаемых трассой газопровода Надым – Пунга // Norwegian Journal of development of the International Science. – 2019. – № 34. – С. 16-25.

4. Garris N.A., Rusakov A.I., Baykova L.R. New approach to estimation of thermal conductivity coefficient for underground pipeline forming a thawing halo in permafrost // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – V. 1111. – P. 12–16. – DOI:10.1088/1742-6596/1111/1/012016

5. СП 25.13330.2020. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. – М. : Минстрой России, 2021. – 110 с.

6. Ястребов А.Л. Инженерные коммуникации на вечномерзлых грунтах. – Л.: Стройиздат, 1972. – 175 с.

7. Garris N.A., Glukhova Z.R. Analysis of piping methods in permafrost soils // International science and technology conference "Earth science" IOP Conf. Series:Earth and Environmental Science 272 (2019) 022154 IOP Publishing. – DOI: 10.1088/1755-1315/272/2/022154.

8. Гаррис Н.А., Акчурина Э.А., Бахтизин Р.Н. Сопряженная задача теплообмена с инжекцией холода с поверхности Земли // SOCAR  Proceeding. – 2018. – № 2. – Р. 25-32. – DOI: 10.5510/OGP20180200347

9. Гаррис Н.А., Кутлыева З.Р., Баева Г.Н. Алгоритм регулирования процесса протаивания – промерзания грунта вокруг наземного трубопровода в условиях вечной мерзлоты // Нефтегазовое дело. – 2018. – Т.16. – № 6. – С. 46–55. – DOI: 10.17122/ngdelo-2018-6-46-55

10. Кутлыева З.Р., Гаррис Н.А., Глухов О.А. Расчет регулируемого теплообмена наземного трубопровода в насыпи в режиме самопогружения с замерзшей поверхности // Нефтегазовое дело. – 2019. – Т.17. – № 5. – С. 62–71. – DOI: 10.17122/ngdelo-2019-5-62-71

11. Соколов С.М. Теоретические основы новых методов сооружения нефтепромысловых трубопроводов в условиях Западной Сибири: дис. … д-ра техн. наук. – Тюмень, 2009.

12. Соколов С.М. Многолетнемерзлые грунты в качестве основания промысловых трубопроводов // Нефтяное хозяйство. – 2008. – №10. – С. 126–127.

13. Глухова З.Р., Гаррис Н.А. Экспериментальное обоснование принципа строительства и эксплуатации наземного трубопровода самопогружением на мерзлоте // Нефтегазовое дело. – 2020. – Т.18. – № 2. – С. 94–104. – DOI: 10.17122/ngdelo-2019-5-62-71

14. Глухова З.Р., Гаррис Н.А. Экспериментальное обоснование проектирования и эксплуатации трубопровода «на плаву» в районах вечномерзлых грунтов. Нефтегазовое дело. – 2020. – Т. 18. – № 1. – С. 92–101. – DOI: 10.17122/ngdelo-2020-1-92-101



Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) могут только авторизованные посетители сайта.