Система для охлаждения и замораживания грунта
Владельцы патента RU 2634765:
Федеральное государственное бюджетное Учреждение науки - Институт мерзлотоведения им.П.И.Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
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). Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы. 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. Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны. Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована. 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. Изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
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).
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.
Недостатком устройства является наличие энергозатратной замораживающей станции.
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.
Устройство обладает большей экономичностью по сравнению с [2] благодаря наличию возможности использования естественного охлаждения.
Недостатком является низкая экономичность, обусловленная применение энергозатратных холодильных машин. Недостатком также является низкая надежность и стабильность работы охлаждающего устройства.
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.
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.
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.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение экономичности, надежности и стабильности работы.
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.
Отработанные криопэги могут принудительно отводиться в массив криолитозоны, что повысит экологичность использования и увеличит срок работы системы благодаря возобновлению холодильного ресурса месторождения криопэга.
Наружная часть циркуляционного контура может быть термоизолирована, что снизит нагрев криопэга в летнее время и защитит криопэг от критического охлаждения в зимний период.
Пример осуществления системы схематически показан на чертеже, где
1 – криолитозона;
2 – горизонт криопэгов;
3 – верхняя граница криолитозоны;
4 – уровень статического напора криопэгов;
5 – скважина, подающая крипэг;
6 – фильтр;
7 – глубинный насос;
8 – трубопровод, подающий криопэг;
9 – резервуар;
10 – магистральный насос;
11 – коллектор, подающий криопэг;
12 – замораживающие скважины;
13 – коллектор, собирающий отработанный криопэг;
14 – трубопровод;
15 – резервуар;
16 – насос;
17 – трубопровод;
18 – скважина, закачивающая отработанный криопэг;
19 – теплоизолятор.
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.
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.
Промышленное применение: изобретение может с успехом применяться при строительстве промышленно-гражданских сооружений.
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.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что отработанные криопэги принудительно отводятся в массив криолитозоны.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что наружная часть циркуляционного контура термоизолирована.
