Construction of an underground pipeline in permafrost conditions, taking into account the minimization of thermal effect on the soil and increasing energy efficiency during operation

Abstract

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.