способ бестраншейной прокладки под препятствием трубопровода для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру

Формула изобретения

1. Способ бестраншейной прокладки под препятствием трубопровода для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру, согласно которому под препятствием прокладывают защитный кожух и в защитном кожухе размечают трубопровод с образованием между ними кольцевого зазора, отличающийся тем, что концы расположенного непосредственно под препятствием участка кольцевого зазора между защитным кожухом и трубопроводом герметизируют с образованием на указанном участке полости, при этом в полости создают тепловой барьер перемещением теплоносителя по ней и/или нагревом расположенного в полости теплоносителя с помощью нагнетателя, который устанавливают в полости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для перемещения теплоносителя по полости на одном конце участок кольцевого зазора, образующий полость, сообщают с выходом расположенного на поверхности генератора для выработки теплоносителя, а другой конец участка кольцевого зазора, образующего полость, сообщают с поверхностью для выхода отработанного теплоносителя.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что выход отработанного теплоносителя из полости осуществляют с помощью вентиляционной свечи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам бестраншейной прокладки под препятствием трубопровода для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру, и может быть использовано при сооружении переходов под транспортными магистралями, например железными и автомобильными дорогами и взлетно-посадочными полосами аэродромов.

Известен способ бестраншейной прокладки трубопровода под препятствием, согласно которому по проектной оси трубопровода под препятствием прокладывают защитный кожух, в котором размещают трубопровод (см., например, Дудоладов Ю.А. и др., Краны-трубоукладчики, -М.: Высшая школа, 1972, с. 274).

При эксплуатации трубопровода, который транспортирует продукт, имеющий отрицательную температуру, и расположен под искусственным препятствием, например, в виде железной или автомобильной дороги, в результате чего происходит локальное вспучивание грунта, расположенного на поверхности под переходом. Указанное локальное вспучивание грунта вызвано тем фактом, что в процессе эксплуатации трубопровода, транспортирующего продукт, имеющий отрицательную температуру, происходит интенсивный отбор тепла от грунта, расположенного в зоне перехода и окружающего трубопровод. В результате отбора тепла продуктом, транспортируемым по трубопроводу, от грунта происходит охлаждение последнего. При охлаждении грунта находящаяся в нем влага замерзает и в грунтовом массиве образуются включения льда. Поскольку при охлаждении жидкости переход ее из жидкого состояния в твердое сопровождается увеличением объема, то под действием внутренних напряжений в грунтовом массиве происходит локальное вспучивание грунта на его поверхности под трубопроводом. Указанное обстоятельство приводит к нарушению целостности покрытия автомобильных дорог и к изгибу рельс железнодорожного полотна, что в свою очередь нарушает безопасность эксплуатации транспортной магистрали и требует дополнительных расходов на его восстановление. Следует отметить, что указанное явление носит сезонный характер.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ бестраншейной прокладки под препятствием трубопровода, согласно которому под препятствием прокладывают защитный кожух, в котором размещают трубопровод для транспортировки продукта с образованием между ними кольцевого зазора (см., например, патент РФ N 2034120, кл. E 02 F 5/18, опубл. 1995).

Известная технология является традиционной для строительства подземных переходов под препятствиями и ей присущи все недостатки описанного выше аналога, которые возникают при транспортировке по трубопроводу продукта, имеющего отрицательную температуру. При этом следует отметить, что расположенный в кольцевом зазоре между трубопроводом и защитным кожухом (футляром) воздух, который хотя и является плохим проводником тепла, не может обеспечить предотвращение ухода тепла из грунтового массива к транспортируемому по трубопроводу продукту, имеющему отрицательную температуру.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию такой технологии прокладки под препятствием трубопровода для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру, которая обеспечивала бы безопасную эксплуатацию расположенной непосредственно над трубопроводом транспортной магистрали и позволила бы снизить расходы на ремонт последней. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в уменьшении вспучивания поверхности грунта в зоне перехода за счет снижения величины теплового потока от грунтового массива к трубопроводу для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе бестраншейной прокладки под препятствием трубопровода для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру, согласно которому под препятствием прокладывают защитный кожух и в защитном кожухе размещают трубопровод с образованием между ними кольцевого зазора, концы расположенного непосредственно под препятствием участка кольцевого зазора между защитным кожухом и трубопроводом герметизируют с образованием на указанном участке полости, при этом в полости создают тепловой барьер перемещением теплоносителя по ней и/или нагревом расположенного в полости теплоносителя с помощью нагревателя, который устанавливают в полости.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что для перемещения теплоносителя по полости на одном конце участок кольцевого зазора, образующий полость, сообщают с выходом расположенного на поверхности генератора для выработки теплоносителя, а другой конец участка кольцевого зазора, образующего полость, сообщают с поверхностью для выхода отработанного теплоносителя. Такой вариант выполнения технологии позволяет осуществить регулирование величины и скорости теплового потока теплоносителя, подаваемого в полость в зависимости от климатических условий, что обеспечивает снижение затрат энергии на создание теплового барьера.

Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что выход отработанного теплоносителя из полости осуществляют с помощью вентиляционной свечи. Использование вентиляционной свечи, которой согласно правилам должен оборудоваться переход указанного типа, для выхода отработанного теплоносителя позволяет снизить затраты на сооружение перехода под препятствием.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен переход под препятствием.

В соответствии с заявленным способом бестраншейной прокладки под препятствием трубопровода для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру, любым известным способом по проектной оси перехода прокладывают защитный кожух 1. В качестве защитного кожуха 1 могут быть использованы стальные или железобетонные трубы. Прокладка защитного кожуха 1 может быть осуществлена с предварительным обустройством по сторонам препятствия соответственно рабочего и приемного котлованов (не изображены). Прокладка защитного кожуха 1 может быть осуществлена продавливанием или бурением с одновременным удалением грунта из полости защитного кожуха 1 или с удалением грунта из полости защитного кожуха 1 после его прокладки на полную длину. Защитный кожух 1 состоит из нескольких секций труб, которые могут быть соединены между собой в плеть перед его укладкой в грунтовый массив или последовательно наращиваться по мере заглубления защитного кожуха в грунтовый массив. После прокладки защитного кожуха 1 или одновременно с его укладкой в нем любым известным способом размещают трубопровод 2 для транспортировки продукта, имеющего отрицательную температуру. С помощью трубопровода 2 может быть осуществлена, например, транспортировка жидкого азота или кислорода, в пределах заводской территории. К продуктам, имеющим при транспортировке отрицательную температуру, можно отнести также, например, природный газ, выходящий из перекачивающей станции, где после расширения его температура снижается приблизительно до -10^oC. Во внутренней полости защитного кожуха 1 трубопровод может быть размещен, например, с помощью лебедки или домкратов (не изображены). В защитном кожухе 1 трубопровод 2 размещают с кольцевым зазором 3, который может быть образован, например, путем установки трубопровода 2 в защитном кожухе 1 на специальные опоры (не изображены). После размещения трубопровода 2 в защитном кожухе 1 концы расположенного непосредственно под препятствием 4 участка кольцевого зазора 3 между защитным кожухом 1 и трубопроводом 2 герметизируют, например, установкой на концах указанного участка перемычек 5. После установки перемычек 5 между внутренней поверхностью стенок защитного кожуха 1, наружной поверхностью стенок трубопровода 2 и обращенными друг к другу торцевыми поверхностями перемычек 5 образуется полость 6. В образованной полости 6 создают тепловой барьер, препятствующий отбору тепла от окружающего защитный кожух 1 грунтового массива транспортируемым по трубопроводу 2 продуктом, имеющим отрицательную температуру. Указанный тепловой барьер создают перемещением теплоносителя по полости 6 и/или нагревом расположенного в полости 6 теплоносителя с помощью нагревателя (не изображен), который устанавливают в полости 6. Перемещение теплоносителя, в качестве которого может быть использована любая текучая среда, например воздух или вода, для создания теплового барьера обеспечивают, например, соответственно с помощью вентилятора или насоса. При этом скорость перемещения теплоносителя по полости 6 и его температуру выбирают расчетным путем из условия предотвращения охлаждения до отрицательной температуры наружной поверхности стенки защитного кожуха 1. Создание теплового барьера в полости 6 может быть осуществлено нагревом расположенного в указанной полости 6 теплоносителя с помощью нагревателя, который размещают в полости 6. В качестве нагревателя для нагрева теплоносителя может быть использована, например, электрическая спираль, которую закрепляют на защитном кожухе 1 с помощью изолирующих опор (не изображены) и соединяют с источником электрического тока. В зависимости от температуры транспортируемого продукта и протяженности участка перехода под препятствием создание теплового барьера вокруг трубопровода 2 может быть осуществлено перемещением теплоносителя по полости 6 и одновременным повышением его температуры с помощью установленного в полости 6 нагревателя, что позволяет создать более устойчивый тепловой барьер по всей длине полости 6.

Наиболее предпочтительным является такой вариант предложенной технологии, при котором перемещение теплоносителя по полости 6 осуществляют в осевом направлении, то есть от одного конца полости 6 к другому ее концу. Для этого на одном конце участок кольцевого зазора 3, который образует полость 6, сообщают, например, посредством входного патрубка 7 с выходом 8 расположенного на поверхности генератора 9 для выработки теплоносителя. В качестве генератора 9 для выработки теплоносителя может быть использован, например, вентилятор и тепловентилятор. Для сокращения затрат энергии на выработку теплоносителя в качестве генератора 9 может быть использован, например, любой расположенный в непосредственно близости от перехода двигатель внутреннего сгорания, выхлопной патрубок которого подсоединяют входному патрубку 7, что позволяет осуществить утилизацию продуктов сгорания двигателя. Другой конец участка кольцевого зазора 3, образующего полость 6, сообщают с поверхностью для выхода отработанного теплоносителя, например, посредством выходного патрубка 10. Монтаж и установка входного патрубка 7 и выходного патрубка 10 могут быть осуществлены в рабочем и приемном котлованах до их засыпки грунтом.

Для выхода отработанного теплоносителя из полости 6 может быть использована вентиляционная свеча, которая в соответствии с правилами строительства перехода должна быть сообщена с кольцевым зазором 3. Таким образом, функции выходного патрубка 10 может выполнять вентиляционная свеча.

При транспортировке по трубопроводу 2 продукта, имеющего отрицательную температуру, в случае отсутствия теплового барьера происходит охлаждение защитного кожуха 1, который забирает тепло из окружающего грунта. При охлаждении грунтового массива, окружающего защитный кожух 1, происходит переход находящейся в грунте воды из жидкого состояния в твердое, что сопровождается увеличением ее объема. При замерзании воды образующийся лед перемещает грунт, что приводит к локальному вспучиванию грунта на поверхности под трубопроводом 2. Следует отметить, что указанное вспучивание грунта на поверхности происходит только при его локальном замерзании находящейся в нем воды. Так равномерное промерзание грунта по всей длине препятствия в зимний период времени к вспучиванию не приводит. Для предотвращения охлаждения окружающего защитный кожух 1 грунта необходимо предотвратить отбор тепла из грунта к перемещающемуся по трубопроводу 2 продукту, имеющему отрицательную температуру. Эту защитную функцию выполняет тепловой барьер. Находящийся в полости 6 теплоноситель препятствует передаче тепла от окружающего грунта транспортируемому по трубопроводу 2 продукту. Из-за высокой скорости перемещения транспортируемого по трубопроводу 2 продукта нагрев его при контакте с теплоносителем незначителен, что позволяет использовать тепловой барьер без ухудшения технических параметров транспортируемого продукта. Процесс регулирования скорости перемещения и температуры теплоносителя по полости 6 в зависимости от температуры транспортируемого продукта может быть легко автоматизирован, например, путем размещения на защитном кожухе 1 в полости 6 датчика температуры ( не изображен), который через исполнительный орган может быть связан с установленной на выходе 8 генератора 9 заслонкой для изменения площади его проходного сечения.