При решении задач теплообмена подземного трубопровода, проложенного в мерзлых грунтах, большое внимание уделяется расчету ореолов протаивания вокруг трубопровода, так как в результате оттаивания грунта, особенно слабонесущего, происходит осадка или всплытие трубопровода. Изменение положения оси приводит к потере устойчивости трубопровода и возникновению аварийной ситуации. Очевидно, что прогрессирующее таяние вмещающего грунта свидетельствует о недостаточно продуманном техническом решении и необоснованном регламенте эксплуатации нефтепровода по температуре и производительности. При расчете теплогидравлических режимов «теплых» трубопроводов задачи теплообмена трубопровода, по которому перекачивается жидкая среда, с многолетнемерзлыми грунтами в режимах протаивания-промерзания необходимо формулировать как сопряженные. При такой постановке учитывается взаимное тепловое влияние жидкости и грунта, тогда как в противном случае теплообмен оказывается не зависящим от теплофизических свойств грунта, распределения источников тепла в грунте и т.д. С целью определения такого теплогидравлического режима перекачки, при котором обеспечивается сохранность окружающей среды и самого трубопровода, была решена сопряженная задача регулирования теплообмена системы «насос-нефтепроводмноголетнемерзлый грунт» при условии ограничения радиуса ореола протаивания R 0 в пределах R 0min …R 0max. В этом случае при определенном сочетании параметров возможна ситуация, когда теплопотери равны тепловыделению вследствие вязкого трения, и перекачка в таком случае характеризуется изотермичностью течения при балансовой температуре, превышающей температуру окружающей среды. Именно изотермический низкотемпературный режим можно считать целесообразным в условиях мерзлых грунтов, так как такой режим является экономически выгодным вариантом эксплуатации нефтепровода.
The article considers one of the possible options for improving the technology of construction of underground pipelines in conditions of permafrost soils, which today is very relevant. The most significant disadvantages of the existing methods of underground laying of pipelines on permafrost soils are the thermal and mechanical impact of the pipeline on the soil base during operation and the occurrence of unacceptable plastic deformations of the pipeline. The purpose of the studies is to prevent or minimize the thermal impact of the pipeline on MMG during operation, and as a result, to ensure stabilization of the design position of the pipeline by preventing unacceptable plastic deformation of the pipeline. The main tasks solved in research: develop a method of laying an underground pipeline that eliminates thermal impact on the containing frozen soil; simulate the underground pipeline laying structure and calculate stress-strain state in the ANSYS software complex, as well as forecast calculation of thermal interaction of the structure on frozen soil in the FROST 3D Universal software complex.
Совершенствование технологий строительства подземных трубопроводов в условиях многолетнемерзлых грунтов, предусматривающее минимизацию теплового воздействия трубопровода на грунт во время эксплуатации, является актуальной научно-технической задачей. Авторами разработан способ прокладки подземного трубопровода, снижающий до минимума его тепловое воздействие на вмещающий мерзлый грунт и позволяющий в процессе дальнейшей эксплуатации поддерживать температуру перекачиваемой нефти без дополнительного подогрева. Конструктивной схемой предусмотрена укладка трубопровода в изолированную траншею с использованием торфа в качестве грунта-изоляции. В рамках исследования разработана модель прокладки трубопровода (в программном комплексе SolidWorks), произведены расчеты его напряженно-деформированного состояния (в программном комплексе ANSYS) и теплового воздействия на мерзлый грунт (в программном комплексе FROST 3D Universal). Установлено, что напряжения и перемещения, возникающие во время эксплуатации трубопровода, уложенного по предложенной конструктивной схеме, находятся в диапазоне допустимых значений, а его тепловое воздействие вызывает незначительное протаивание грунта и минимальные изменения температуры перекачки нефти. The improvement of technologies of underground pipeline construction in conditions of permafrost soils, providing for the minimization of the thermal effect of the pipeline on the soil during operation is an urgent scientific and technical task. The authors have developed a method for laying an underground pipeline that minimizes its thermal effect on the enclosing frozen soil and allows maintaining the temperature of the pumped oil during further operation without additional heating. The structural layout provides for laying the pipeline in an isolated trench using peat as insulation soil. As part of the study, a pipeline-laying model was developed (using the SolidWorks software package), calculations of its stress-strain state (in the ANSYS software package) and thermal effect on frozen soil (in the FROST 3D Universal software package) were performed. It has been determined that the stresses and displacements arising during the operation of the pipeline laid in accordance with the proposed structural layout are in the range of allowable values, and its thermal effect causes insignificant soil thawing and minimal changes in the oil pumping temperature.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.