Применение мобильных компрессорно-конденсаторных агрегатов без смазки для замораживания талых и пластично-мерзлых грунтов оснований нефтегазовых объектов
С. Н. ОКУНЕВ, Д. Г. ДОЛГИХ – ООО НПО «Фундаментстройаркос»
В настоящее время для замораживания грунтов при строительстве тоннелей, шахт, разного рода других подземных сооружений и труб применяется серийно выпускаемые холодильные машины, в которых происходит охлаждение жидкого хладоносителя (этиленгликоль, раствор хлористого кальция и др.). Этот хладоноситель подается насосом в грунтовый теплообменник, который и производит замораживание грунта. В качестве грунтового теплообменника применяются встроенные в грунт горизонтальные или вертикальные охлаждающие трубы (стальные или полиэтиленовые) диаметром обычно не менее 108 мм.
Этот метод давно и хорошо освоен, но имеет большие недостатки, связанные в основном с тем, что здесь присутствует два циркуляционных контура: первый контур – компрессор, конденсатор, испаритель; второй контур – трубопроводы и насосы. Жидкий хладоноситель обуславливает большие диаметры подающих и обратных коллекторов, а также большие диаметры замораживающих труб.
Образуются значительные энергетические затраты на дополнительные температурные потери в испарителе и на работу насосов для перекачки хладоносителя. Кроме того, большие габариты холодильной машины требуют больших затрат на ее транспортировку и монтаж.
Все эти недостатки приводят к тому, что применение холодильных машин для обустройства объектов нефтегазовых месторождений на Крайнем Севере в настоящее время не находит применения.
Однако изменения климата, которые приводят к повышению температуры или растеплению вечномерзлых грунтов, а также сроки обустройства месторождений требуют применения искусственного замораживания грунтов в процессе строительства.
С целью сокращения затрат на применение искусственного замораживания грунтов в ООО НПО «Фундаментстройаркос» разработан компрессорно-конденсаторный агрегат без смазки в блочном исполнении (фото 1).
Фото 1. Компрессорно-конденсаторный агрегат без смазки в блочном исполнении
Компрессорно-конденсаторные агрегаты без смазки позволяют:
- В несколько раз сократить массу и габаритные размеры холодильных агрегатов, что снижает их стоимость при изготовлении и транспортировке.
- Уменьшить затраты электроэнергии на привод компрессора за счет исключения испарителя и привод насосов.
- Исключить коллекторы для хладоносителя.
- Исключить хладоноситель.
- Производить непосредственную подачу и возврат чистого хладагента в систему замораживания грунтов.
- Уменьшить диаметры труб систем замораживания грунта.
- Выполнить быстрое подключение к системам замораживания.
- За счет исключения попадания и циркуляции масла в системах обеспечить низкие температуры в охлаждающих трубах и увеличить холодопроизводительность в осенне-весенний период.
Компрессорно-конденсаторный агрегат без смазки ФУБМ12 и охлаждающими полиэтиленовыми трубами, размещенными в грунте, применялся для замораживания грунтов основания пристроя к зданию «Школа милиции» в городе Якутске в 1991 году. За период работы компрессорно-конденсаторного агрегата было произведено замораживание талых грунтов в основании здания. Дальнейшая температурная стабилизация грунтов производилась при помощи проветриваемого подполья.
Также компрессорно-конденсаторный агрегат без смазки может использоваться и с вертикальными замораживающими трубами. Таким образом, данное техническое решение может применяться при восстановлении мерзлого состояния грунтов оснований, растепленных в процессе эксплуатации объектов, или при предпостроечном замораживании, когда в дальнейшем стабилизация температурного режима грунтов будет производиться с помощью сезоннодействующих устройств.
Рис. 1. Подключение компрессорно-конденсаторного агрегата к сезоннодействующей системе ГЕТ. Позволяет производить естественное и искусственное охлаждение грунтов
Рис. 2. Блочный компрессорно-конденсаторный агрегат без смазки, подключенный к охлаждающим трубам
Наиболее целесообразно применять компрессоры без смазки в совокупности с сезоннодействующими системами ГЕТ (горизонтальная естественнодействующая трубчатая) или ВЕТ (вертикальная естественнодействующая трубчатая), поскольку данные системы производят замораживание грунтов в зимний период за счет естественного холода, без затрат электроэнергии, а компрессорный агрегат позволяет сохранить температурный режим грунтов или продолжить замораживание в летний период.
Применение компрессорных агрегатов без смазки для замораживания грунтов может быть выполнено в следующих вариантах:
- компрессорно-конденсаторный агрегат подключается к подземным охлаждающим трубам сезоннодействующих систем ГЕТ или ВЕТ (рис. 1);
- компрессорно-конденсаторный агрегат подключается к охлаждающим трубам, без конденсаторных блоков (рис. 2).
- компрессор подключается к конденсаторному блоку и подземным трубам систем ГЕТ или ВЕТ (рис. 3).
Рис. 3. Схема принудительного охлаждения систем ГЕТ или ВЕТ с помощью компрессорного агрегата без смазки
Компрессор без смазки (1) откачивает пары хладагента из подземной части системы ГЕТ или ВЕТ (2), хладагент вскипает, отбирая тепло от грунта и замораживает его. Пары хладагента сжимаются в компрессоре и направляются в конденсаторный блок (3), где хладагент конденсируется и передает тепло окружающему воздуху. С целью интенсификации конденсации хладагента при малом ветре конденсаторный блок может обдуваться при помощи дополнительного вентилятора. После конденсаторного блока хладагент через терморегулирующий вентиль (4) вновь поступает в подземную часть системы ГЕТ или ВЕТ, где переходит из жидкой фазы в пар, и замораживает грунт.
Рис. 4. Схема подключения блочного компрессорно-конденсаторного агрегата без смазки к системе ГЕТ или ВЕТ
Замораживание грунтов при помощи компрессорно-конденсаторного агрегата производится путем его подключения через вентили распределителя потоков, установленных на системе ГЕТ или ВЕТ (рис. 3). В состав компрессорно-конденсаторного агрегата входят: компрессор без смазки (1), конденсатор воздушного охлаждения с ресивером (2), фильтр осушитель (3) и терморегулирующий вентиль (4). При работе системы ГЕТ или ВЕТ в сезонно-действующем режиме (в зимнее время года) открыт вентиль распределителя потоков (5), соединяющий подземную часть системы с конденсаторным блоком. В летний период для работы компрессорно-конденсаторного агрегата, производится его подключение к вентилю (6), при этом вентиль (5) закрывается. После этого включается компрессорно-конденсаторный агрегат, который обеспечивает подачу и возврат чистого хладагента, производя таким образом замораживание грунта. Перевод работы системы в автономный сезонно-действующий режим производится при температуре наружного воздуха ниже минус 10…15 градусов с обратным переключением вентилей.
Основные технические характеристики блок-бокса с компрессорно-конденсаторным агрегатом без смазки:
Компрессорно-конденсаторные агрегаты без смазки применялись совместно с системой ВЕТ для предпостроечного промораживания грунтов «Цеха регенерации ТЭГа» Юбилейного месторождения и совместно с системами ГЕТ для восстановления мерзлого состояния грунтов «Материально-технического склада с РММ» Заполярного месторождения. После выполнения работ была проведена модернизация конструктивного исполнения блок-бокса и составляющих узлов агрегата, что позволяет в настоящее время обеспечивать более мобильную доставку агрегата на месторождения, а также повысить его холодопроизводительность.
Таким образом, применение мобильных компрессорно-конденсаторных агрегатов без смазки в блочном исполнении существенно сокращает затраты и сроки выполнения работ по искусственному замораживанию грунтов, делает их экономически целесообразными при строительстве и восстановлении мерзлого состояния грунтов оснований нефтегазовых объектов, расположенных в районах вечной мерзлоты.
Статья в формате pdf →
- 625014, Тюмень,
- ул. Новаторов, д. 12А
- ☎ +7 (3452) 27-11-25
- fsa@npo-fsa.ru
- npo-fsa.ru
