КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНОГО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к области строительства магистральных трубопроводов и может быть использована при подземной прокладке трубопроводов в условиях многолетнемерзлых грунтов преимущественного островного типа.
Опыт строительства в условиях многолетнемерзлых грунтов показывает непригодность классических технических решений по теплоизоляции подземных трубопроводов. В связи с этим возникает необходимость разработки конструкции теплоизоляции подземного трубопровода в условиях многолетнемерзлых грунтов с минимальным воздействием на мерзлый грунт и предупреждением прогрессирующего таяния грунтов под трубопроводом.
Известна конструкция комбинированной теплоизоляции, заключающаяся в применении заводской кольцевой теплоизоляции трубопровода из пенополистирола и дополнительного теплоизоляционного экрана (Лисин Ю.В., Сощенко А.Е., Суриков В.И., Павлов В.В., Зотов М.Ю. Технические решения по способам прокладки нефтепровода Заполярье - НПС «Пурпе» // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2014. №1 (13). С. 24-28.).
Недостатком известной конструкции является неудовлетворительное снижение тепловой нагрузки на многолетнемерзлые грунты основания. Ореолы растепления не исключаются, хоть и уменьшается осадка грунтов при оттаивании. Дополнительные напряжения в стенке трубы из-за просадки основания остаются.
Известна конструкция комбинированной теплоизоляции, заключающаяся в применении в качестве элементов теплоизоляции пустотелых железобетонных плит перекрытия и кремнезита и керамзита, заключенных в нетканый синтетический материал [Патент №2613151 РФ. Способ прокладки подземного трубопровода / Беляков А.А., Глушкова Н.В., Лисин В.Н., Михайлов А.Т., Шерегов Д.Н. Опубл. 15.03.2017 // БИ. - №8.].
Однако, несмотря на наличие кремнезитовой постели между железобетонной плитой и уложенным на него трубопроводом, конструкция «труба-плита» остается жесткой. Существенным недостатком керамзита, используемого в качестве теплоизоляционного материала, является высокая хрупкость. Его засыпка в траншею без нарушения структуры не представляется возможным, а нарушение структуры гранул приведет к снижению теплоизоляционных свойств. Также на теплоизоляционный материал (керамзит) постоянно воздействует влага, так как полотнища из НСМ, которыми он ограничен, водопроницаемые. Керамзит имеет пористую структуру, благодаря которой он хорошо впитывает влагу. Однако, при длительном воздействии влаги керамзит резко теряет свои теплоизоляционные свойства и разрушается.
В связи с этим теплопроводность околотрубного пространства увеличится, будет происходить неравномерное растепление ММГ, трубопровод начнет терять свое проектное положение. Так как он жестко связан с железобетонной плитой, могут возникнуть опасные деформации в трубопроводе вплоть до его защемления и разрыва.
Наиболее близкой к заявленному техническому решению является комбинированная теплоизоляция подземного трубопровода, включающая трубопровод в теплоизоляции и короб (Р 536-84. Рекомендации по проектированию теплоизоляционных конструкций магистральных трубопроводов. - М.: ВНИИСТ, 1985. С. 32-34).
Недостатком предлагаемого технического решения является то, что коэффициент теплопроводности железобетонного короба может достигать до 2,04 Вт/(м⋅град), то есть будет происходить растепление окружающего короб грунта. В процессе дальнейшей эксплуатации трубопровода может возникнуть пучение или просадка грунта, что поспособствует образованию трещин в коробе. В результате этого трубопровод будет терять свое проектное положение и окажется защемлен, что приведет к возникновению недопустимых пластических деформаций или прорыву трубопровода. При высоком коэффициенте теплопроводности железобетона тепло не будет долго задерживаться в коробе, следовательно, перекачиваемый по трубопроводу продукт необходимо будет постоянно подогревать.
Задачей полезной модели является разработка комбинированной теплоизоляции подземного трубопровода с достижением следующего технического результата: минимизация теплового воздействия на вмещающий мерзлый грунт с дальнейшим обеспечением стабилизации проектного положения трубопровода за счет предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопровода и поддержанием температуры перекачиваемого продукта без дополнительного подогрева во время эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в комбинированной теплоизоляции подземного трубопровода, представляющей собой короб, внутри которого размещен трубопровод в теплоизоляции, согласно полезной модели, короб покрыт изнутри геомембраной, а также заполнен сухим торфом, при этом в высших точках продольного профиля трассы трубопровода элементы короба выполнены из полистиролбетонных плит со встроенным и выходящим на поверхность автоматизированным вентиляционным патрубком, выполненным с возможностью открывания при срабатывании установленного внутри короба датчика температуры, а на остальных участках трассы элементы короба выполнены из пенополистирольных плит. Элементы короба из пенополистирольных плит выполнены путем их соединения «шип-паз» с использованием композитного клея или клея-пены с требуемыми техническими характеристиками, а элементы короба из полистиролбетонных плит - с использованием композитного клея или клея-пены с требуемыми техническими характеристиками.
Элементы короба из пенополистирольных плит представляют собой прямоугольные плиты размерами L×h×δ или L×В×δ, где L - длина элемента, составляет до 10 м; h или В - ширина элемента, которая соответствует параметрам траншеи (высоте или ширине траншеи соответственно); δ - толщина элемента не более 0,1 м.
1
1
1
Элементы короба из полистиролбетонных плит представляют собой прямоугольные плиты размерами L×h'×δ или L×B×δ, где L - длина элемента, составляет до 1 м; h' или В - ширина элемента, которая соответствует параметрам траншеи (высоте или ширине траншеи соответственно); δ - толщина элемента не более 0,1 м.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема комбинированной теплоизоляции в высшей точке продольного профиля трассы трубопровода (а) и на остальном участке трассы (б), на фиг. 2 - составные элементы короба из пенополистирольных плит (а) и из полистиролбетонных плит (б), на фиг. 3 - схема расположения элементов короба из полистиролбетонных плит с вентиляционным патрубком по длине трассы трубопровода.
Комбинированная теплоизоляция подземного трубопровода содержит короб 1, покрытый изнутри геомембраной 2 и засыпанный сухим торфом 3, на который уложен трубопровод 4 в теплоизоляции, выполненный из пенополистирольных плит 5 и из полистиролбетонных плит 6 со встроенным и выходящим на поверхность автоматизированным вентиляционным патрубком 7, открывающимся при срабатывании датчика 8 температуры, установленного внутри короба.
Сбор комбинированной теплоизоляции осуществляется следующим образом.
Стенки разработанной траншеи закрывают элементами короба из пенополистирольных плит 5 путем соединения «шип-паз» с использованием композитного клея или клея-пены с требуемыми техническими характеристиками, а затем покрывают геомембраной 2 для предотвращения попадания влаги. Далее в короб из пенополистирольных плит 5 засыпают сухой торф 3, укладывают трубопровод 4 в теплоизоляции, досыпают сухой торф 3 до высоты короба 1, сваривают геомембрану 2 и герметично закрывают короб 1. В высших точках продольного профиля трассы трубопровода элементы короба 1 выполнены из полистиролбетонных плит 6 со встроенным и выходящим на поверхность автоматизированным вентиляционным патрубком 7, открывающимся при срабатывании датчика 8 температуры и вентилирующим внутреннее пространство между трубопроводом 4 и стенкой короба 1, чтобы не допустить возникновение парникового эффекта внутри короба 1.
гр
Так как торф является сильнодеформируемым грунтом, трубопровод будет компенсировать продольные деформации за счет свободного перемещения. Торф обладает низкой теплопроводностью (λ варьирует 0,06…0,45 Вт/(м⋅град)), следовательно, тепло от эксплуатируемого трубопровода практически не достигнет стенок траншеи. Тепло будет оставаться в пределах изолированной траншеи, что позволит сохранить температуру перекачиваемого продукта без дополнительного подогрева во время эксплуатации.
В предлагаемой конструкции торф обладает не только теплоизолирующими свойствами, а также пригружающими.
В случае возникновения аварийных ситуаций и повреждении элементов комбинированной теплоизоляции, возможна их замена с дальнейшим обеспечением полной герметичности конструкции.