УДК 699.88

Сравнительный анализ эффективности установок принудительного охлаждения грунта

Мамонтова Наталья Владимировна – магистрант кафедры Промышленной безопасности и охраны труда Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель Исмагилов Миннахмат Иригович – кандидат технических наук, доцент кафедры Промышленной безопасности и охраны труда Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Аннотация: В статье рассмотрены охлаждающие установки для принудительного охлаждения грунта, проведен сравнительный анализ эффективности установок с учетом тенденции к увеличению среднегодовой температуры.

Ключевые слова: охлаждающие установки грунта, глобальное потепление, вечномерзлый грунт, термостабилизаторы, парожидкостные термостабилизаторы, холодильные установки, сезонно действующие охлаждающие устройства.

Зачастую, объекты нефтегазовой отрасли располагаются в северных районах, а иногда и за полярным кругом. Это обусловлено наличием полезных ископаемых в данных локациях. Технологии, применяемые на объектах нефтегазовой отрасли позволяют эксплуатировать оборудование при крайне низких температурных показателях. Однако на сегодняшний день перед нефтегазовыми компаниями стоит новая проблема: глобальное потепление, в частности оттаивание вечномерзлого грунта.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата ООН отмечает, что темпы увеличения температуры на планете возрастают. К 2030 году, по мнению ученых, средняя температура на Земле станет выше на 1,5 °C. Губительнее всего данное изменение скажется на полюсах, где начнется таяние льдов и вечной мерзлоты [1].

Уже сейчас можно наблюдать влияние глобального потепления на вечномерзлые грунты. Так в исследовании ученых Канады и США, за последние 15 лет в Арктической зоне произошло проседание грунта на десятки сантиметров из-за увеличения температуры среды [2].

По прогнозам Арктического совета Программы мониторинга вечной мерзлоты и оценки Арктики (АМАР) к 2025 году несущая способность вечномерзлого грунта в России снизится на 25-50%.

Процессы, происходящие при оттаивании грунта, несут большие риски для объектов нефтегазовой отрасли. Так, ранее надежно закрепленные сваи и опоры газопроводов и нефтепроводов подвержены коррозии и деформации. Поэтому существует потребность в технологиях, которые обеспечат укрепление опор и грунта.

В настоящее время существует несколько методов термостабилизации вечномерзлых грунтов, которые обеспечивают понижение среднегодовой температуры мерзлой толщи грунта основания и, соответственно, повышение несущей способности грунта.

Одним из методов стабилизации грунта является применение различных охлаждающих установок принудительной заморозки грунтов (термостабилизаторов, ТС). Например, термосифоны, холодильные установки, сезонно действующие охлаждающие установки. Рассмотрим каждый вид по отдельности.

Парожидкостные ТС – двухфазные термосифоны, обладающие высокой теплопередающей способностью, ускоренным темпом вмораживания, изотермичностью по длине термосифона, высокой эффективностью охлаждения, а также малым весом, который очень удобен при транспортировке и монтаже. Данный тип термосифона применяется в разных областях промышленности, в частности, в нефтегазовой сфере он применяется для устройства фундаментов промышленных зданий (склады, компрессорные станции и т.п.), устройства фундаментов линейных сооружений (трубопроводов), создания мерзлого основания наземных резервуаров, обеспечения устойчивости нефтегазодобывающих скважин [3,4].

Рисунок 1. Грунтовые стабилизаторы.

На рисунке 1 показаны различные виды термосифонов, которые применяются в зависимости от поставленной задачи. Это наклонные и слабонаклонные ТС, вертикальные ТС, а также длинномерные охлаждающие устройства вертикальной и горизонтальной конфигураций.

Сезонно действующие охлаждающие устройства (СОУ) представляют собой теплообменное устройство, принцип которого устроен на использовании разницы отрицательных температур внешней среды и толщи грунта. Важной особенностью СОУ является отсутствие необходимости во внешних источниках энергии.

Холодильные установки – это устройства, оснащенные системой охлаждения, в которой происходит постоянная циркуляция хладагента за счет использования внешней энергии. За счет использования внешней энергии холодильная установка независима от климатических условий и может применяться круглогодично, что является преимуществом перед ТС и СОУ. Холодильная установка, по мнению автора, в скором будущем будет применяться на всех территориях вечномерзлых грунтов из-за тенденции к повышению средней температуры и уменьшения эффективности вышеперечисленных устройств.

Рассмотрев различные установки принудительного охлаждения грунта можно сделать вывод, что для различных задач существует свой вариант установки охлаждения. Чаще всего применяются сезонно действующие охлаждающие установки, однако постепенное увеличение средней температуры на планете делает ее с каждым годом менее актуальной. Наиболее универсальной в этом плане считается холодильная установка, которая несмотря на свою затратность в эксплуатации, в будущем станет наиболее эффективным устройством для стабилизации грунта.

Список литературы

1. Катцов В.М., Порфирьев Б.Н. Оценка макроэкономических последствий изменения климата на территории Российской Федерации на период до 2030 года и дальнейшую перспективу. М.: Росгидромет. 2011. 245 с.
2. Дроздов Д.С., Малкова Г.В., Романовский В.Е. Цифровые карты криолитозоны и оценка современных тенденций изменений в криосфере // Холодок! 2018 г. Т. 16. С. 8.
3. Баясан Р.М., Голубин С.И., Лобанов А.Д. , Баясан Т.В. Парожидкостные термостабилизаторы грунта различных типов и назначения, их конструктивные и теплотехнические особенности [Журнал] // Нефтяное хозяйство. Проектирование и обустройство месторождений. – 2012 г. – 120-123 с.
4. Максименко В.А., Евдокимов В.С., Гладенко А.А. Система заморозки грунтов на основе парокомпрессионного и естественно-циркуляционного циклов [Журнал] // Омский научный вестник. – 2012 г. – стр. 163-165.
5. Ананьев В.В. Голованова В.В. Термоэлектрический охладитель грунта [Журнал] // Решетневские чтения. Строительство и архитектура. – 2018 г. – 70-72 с.