СПОСОБ ПРЕДОХРАНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОТ ПРОМЕРЗАНИЯ
METHOD FOR PROTECTING UNDERGROUND PIPELINES FROM FREEZING

Изобретение относится к области коммунального строительства, в частности к способам повышения эксплуатационной надежности подземных трубопроводов от перепада отрицательных температур.
Известно, что большинство трубопроводов в коммунальном хозяйстве предназначено для транспорта по ним воды различного назначения и отвода ее при необходимости после применения в канализационную сеть [1]. Однако вода как жидкое вещество при температуре ниже ноля градуса Цельсия (0°С) превращается в твердое тело в виде льда, изменяя тем самым свои физические свойства, например, как теплопроводность, удельная теплоемкость, коэффициент объемного расширения и др. [2], что требует учета при эксплуатации трубопроводов на территориях с разными климатическими условиями.
Так как подземная укладка трубопроводов в траншею на глубине, меньшей глубины промерзания грунта в данной климатической зоне, или аномальный перепад отрицательных температур приводит к его разрушению, т.е. потере герметичности, от создаваемого в нем избыточного давления за счет увеличения коэффициента объемного расширения воды при ее замерзании и превращении в лед в трубопроводе. При этом промерзание грунта (почвы) как явления природы с точки зрения субъекта по степени полезности можно рассматривать двояко, т.е. в положительной и отрицательной стороны, а сама глубина промерзания грунта зависит, в первую очередь, от состава грунта, его гигроскопичности и насыщения влагой, степени засоленности и места расположения грунта и др. Например, недостаток влаги в почве посева озимых культур и посадки плодовых кустарников перед их перезимованием ведет, как правило, к их последующей погибели из-за повреждения корневой системы от воздействия низкотемпературных факторов на грунт и его связи с ними, а для территорий северных широт, т.е. в зонах вечной мерзлоты, промерзание почвы признается за благо в избежание ее заболачивания и возможности использования для нужд жизнеобеспечения. Следовательно, решение задачи по предохранению подземного трубопровода от промерзания в общем случае с системной позиции находится в следующих областях (направления): изменение свойств транспортируемого вещества (продукта); изменение свойств траншеи; нанесение теплоизоляции на трубопровод; изменение теплозащитных свойств засыпного материала для траншеи и включение в него элементов, повышающих его тепловое сопротивление; комбинированные методы. Естественно, каждое из приведенных направлений решения стоящей задачи имеет свои специфические достоинства и недостатки, но их подлинное отражение возможно лишь только в конкретном случае для отдельного технического решения. Однако близкого аналога по предлагаемому техническому решению не обнаружено.
Задача изобретения - повышение теплозащитных свойств трубопровода в траншее от воздействия перепада отрицательных температур. Это достигается тем, что теплозащитную изоляцию на трубопроводе с антикоррозионным покрытием образуют после укладки его в траншею путем засыпки ее предварительно слоем песка до 2-х размеров диаметра трубопровода и смачиванием этого слоя известным способом водным соляным раствором заданной концентрации и последующей засыпкой окончательно траншеи грунтом.
Кроме этого предлагаемый способ в своем осуществлении отличается по следующим вариантам исполнения. В первом из них траншею с трубопроводом засыпают предварительно 2-х размеров диаметра трубопровода песчано-соляной смесью в заданной пропорции ее составляющих и затем эту смесь смачивают водой, например, путем орошения разбрызгиванием. Далее в другом случае его отличие состоит в том, что слой песка до 2-х размеров диаметра трубопровода в траншее после смачивания водным соляным раствором заданной концентрации накрывают водонепроницаемым пленочным материалом. В последнем случае вариант исполнения заключается в том, что траншею с трубопроводом вначале засыпают слоем песка до 2-х размеров диаметра трубопровода и затем накрывают этот слой плиточным гигроскопичным материалом, обеспечивая при этом предварительную пропитку его насыщенным водным соляным раствором с последующей поверхностной гидроизоляцией.
Достижение технического результата согласно поставленной задаче изобретения является закономерным следствием, вытекающим из объективных связей и взаимодействия между засыпанным слоем песка в траншею с размещенными в ней дополнительными элементами, способствующими повышению ее теплозащитных свойств, и трубопроводом.
На земельном участке 1 (фиг. 1, а) с заданными размерами, т.е. глубиной промерзания грунта h и шириной b, расположена траншея 2, в которой уложен трубопровод 3 диаметром d для транспорта воды с наружным антикоррозионным покрытием. Где траншея 2 с трубопроводом 3 засыпана слоем песка 4 толщиной до 2-х размеров диаметра трубопровода 3 и этот слой в ней смочен водным соляным раствором заданной концентрации, например, вплоть до его насыщения, а после произведена окончательная засыпка траншеи грунтом 5. В результате смачивания слоя песка 4 свободное пространство между отдельными песчинками в слое песка 4 заполняется водным соляным раствором, температура замерзания которого значительно ниже температуры замерзания воды (0°С) и составляет около минус 20°С. С учетом того, что теплозащитные свойства воды (водного соляного раствора) по сравнению со льдом в значительной мере выше [2], т.е. теплопроводность воды и льда соответственно равна 0,58 и 2,09 Вт/м⋅К и их удельная теплоемкость соответствует 4,19 и 2,23 кДж/кг⋅К, то при перепадах температур это позволяет избегать явления промерзания трубопровода, т.е. его разрушения.
Однако в процессе длительной эксплуатации трубопровода 3 за счет фильтрации осадочных вод в траншею 2 степень концентрации водного соляного раствора в слое песка 4 может снижаться (фиг. 1а) и, с целью сохранения ее на заданном уровне, смоченный слой песка 4 указанным раствором накрывается водонепроницаемым пленочным материалом 6 (фиг. 1,b) перед окончательной засыпкой траншеи 2 грунтом 5.
В другом случае реализации предлагаемого способа в избежание активного воздействия на трубопровод 3 водного соляного раствора предварительно засыпанный слой песка 7 заданной толщины накрывается пленочным гигроскопичным материалом 8 (фиг. 1, с), например из стекловаты, с обеспечением его пропиткой насыщенным водным соляным раствором и последующей поверхностной гидроизоляцией. Все варианты осуществления предлагаемого изобретения направлены на решение одной задачи, связанной с повышением теплового сопротивления составляющих элементов, которые используются при заполнении траншеи 2 с целью избежания промерзания в ней трубопровода 3.
Достоинствами данного технического решения является простота осуществления при низких материальных и трудовых затратах.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения: Справочник / Под ред. В.Д. Дмитриева, Б.Г. Мишукова, - 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1988. - 383 с.
2. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. С нем. - М.: Мир, 1982. - 520 с.