Расчет глубины оттаивания и промерзания в основании подземных и наземных магистральных трубопроводов на многолетнемерзлых грунтах

Н.1 Глубину многолетнего оттаивания многолетнемерзлых грунтов (далее ММГ) под центром горячих и теплых подземных трубопроводов (см. расчетную схему на рисунке H.1a) следует рассчитывать по формуле (Н.1).

0148S10-30052

(Н.1)

где H_th - глубина многолетнего оттаивания, отсчитываемая от дневной поверхности, м;

r_ins - радиус до внешней образующей изоляции трубы;

V_t,V_n - безразмерные глубины оттаивания под центром трубы, определяемые по номограммам на рисунках Н.2 и Н.3 в зависимости от безразмерных параметров m, I_t,b_T.

0148S10-30052

Рисунок Н.1 - Расчетная схема для определения глубины многолетнего оттаивания ММГ под теплыми и горячими трубопроводами,проложенными подземно (а) и наземно (б)

m = h_r/r_ins, (H.2)

0148S10-30052

(H.3)

0148S10-30052

(H.4)

где h_p - глубина заложения подземного трубопровода, считая от дневной поверхности до центра трубы, м;

l_f - коэффициенты теплопроводности мерзлого грунта, Вт/(м×°С);

l_th - коэффициенты теплопроводности талого грунта, Вт/(м×°С);

Т_ins - средняя годовая температура внешней поверхности кольцевой изоляции трубы, °С, определяется по формуле (Н.5);

T₀ - температура ММГ, °С;

T_bf - температура начала промерзания-оттаивания грунта, °С;

t - расчетное время, ч;

L_v - удельные затраты тепла на оттаивание грунта, Вт×ч/м³, определяются по формуле (Н.7);

I_te - эквивалентное безразмерное время, для ММГ сливающегося типа принимается равным нолю, несливающегося типа определяется по номограмме на рисунке Н.2 при x_t = H₀/r_ins и f_T = 0,0 (H₀ - глубина залегания кровли ММГ, м).

Для ММГ несливающегося типа безразмерная температура принимается b_t = 0,0.

0148S10-30052

(Н.5)

0148S10-30052

(Н.6)

где Т_рг - среднегодовая температура продукта, °С; 0148S10-30052

0148S10-30052

(H.7)

где L₀ - удельная теплота фазовых превращений воды, L₀ = 93 (Вт×ч)/кг;

r_f - плотность мерзлого грунта, кг/м³;

w_tot - суммарная влажность мерзлого грунта;

W_w - количество незамерзшей воды в мерзлом грунте при температуре T₀;

C_th, C_f - объемная теплоемкость талого и мерзлого грунта, Вт×ч/м³×°С.

Н.2 Глубина многолетнего промерзания грунта под центром холодного трубопровода, расположенного на участке с ММГ не сливающегося типа Н_f принимается равной Н_th, и рассчитывается по формулам (Н.1), (Н.3), (Н.5), (Н.6), (Н.7) и номограмме (рисунок Н.2) при b_t = 0,0. При этом в формуле (Н.3) в качестве Т_ins следует принять абсолютное значение температуры и I_te = 0,0, а в формуле (Н.7) - C_th = C_f = 0,0 и w_w = 0,0.

Если в результате расчета глубина промерзания Н_f окажется больше глубины залегания кровли ММГ, то следует принять Н_f = H₀.

0148S10-30052

Рисунок Н.2 - Номограмма для определения многолетнего оттаивания ММГ вокруг теплого и горячего трубопроводов

0148S10-30052

Рисунок Н.3- Номограмма для определения оттаивания ММГ вокруг холодного трубопровода

Н.3 Глубину многолетнего оттаивания ММГ под центром горячего и теплого наземных трубопроводов Н_th, расположенных на участках с ММГ сливающегося типа, следует рассчитывать по формуле (см. расчетную схему на рисунке Н.1б):

0148S10-30052

(H.8)

где a₂ - безразмерный параметр, определяемый по номограмме (рисунок Н.4а) в зависимости от диаметра трубы d_p = 2r_p;

b₂ - безразмерный параметр, определяемый по номограмме (рисунок Н.4б) в зависимости от ширины b_ins и толщины d_ins плоского теплоизолятора, м;

m = 1 + 0,033T₀ - поправочный коэффициент, учитывающий отток тепла в мерзлую зону;

L_v,H - удельные затраты тепла на оттаивание грунта, определяются по формуле (Н.9), Вт×ч/м³;

S_э - эквивалентный слой, определяется по формуле (Н.10), м.

0148S10-30052

(Н.9)

0148S10-30052

(Н.10)

0148S10-30052

Рисунок Н.4 - Графики для определения коэффициентов a2 (а) и b2 (б) при расчете многолетнего оттаивания ММГ под теплыми и горячими трубопроводами

Приложение П
(обязательное)