Якутия – это регион не только с огромным экономическим потенциалом, но и с хрупкой экосистемой, важной частью которой является вечная мерзлота. Ее глубина залегания достигает до 500 метров. Может показаться, что ее верхняя граница всегда стабильна, но на самом деле это не так. Вечная мерзлота твердая, только пока мерзлая. На стабильность грунта влияют и общие климатические изменения, и техногенные факторы.
Чтобы температура грунта не поднималась выше определенной отметки, а земля оставалась стабильно холодной на Чаяндинском НГКМ еще при проектировании сооружений и трубопроводов были применены несколько важных технических решений – от классических до инновационных. Их задача состоит в том, чтобы обеспечить безопасность, надежную эксплуатацию инфраструктуры и сократить антропогенное воздействие. Отметим сразу, что технологии не применяются в отдельности, а используются в комплексе, что увеличивает их эффективность.
Вентиляция и изоляция
Возведение промышленных сооружений на свайном фундаменте с вентилируемым подпольем – это одно из инженерных решений, которое сохраняет в грунте низкую температуру. Строение возводят таким образом, чтобы между его первым этажом и землей оставалось свободное пространство. Такая строительная технология не дает теплу, исходящему от здания, повлиять на грунтовые основания. А зимой, наоборот, обеспечивает наморозку верхнего слоя земли.
Теплоизоляция грунтов – это еще одна технология сохранения мерзлоты. Суть ее такова. По всей площади строящегося сооружения делают отсыпку и уплотнения из песчано-щебневой подушки, куда в последующем укладывают пенополистирол. Этот материал отличается минимальной теплопроводностью, экологичностью и высокой прочностью. В условиях вечной мерзлоты пенополистирол позволяет сохранить отрицательной температуру грунта даже в условиях непосредственной близости к отапливаемому строению.
По принципу холодильника
В качестве передовых технологий сохранять в грунте низкую температуру на месторождении помогают парожидкостные термостабилизаторы. Принцип работы этих устройств почти не отличается от холодильных камер, в которых мы храним продукты. Только если бытовые холодильники отводят тепло от внутренней камеры, то это оборудование — от земли.
Термостабилизаторы грунта монтируют еще на стадии закладки фундамента сооружений и трубопроводных систем. Устройство представляет собой герметичные трубки, заправленные хладагентом. Сама же труба термостабилизатора состоит из двух основных секций: одна размещается подземно и называется испарителем, вторая, конденсатор, расположена надземно и имеет оребрение для лучшего теплообмена с окружающим воздухом.
Охлаждающее устройство включается в работу, когда температура окружающей среды опускается ниже температуры грунта, где залегает испарительная часть термостабилизатора. При этом в конденсаторной части происходит снижение давления и хладагент начинает конденсироваться на внутренние стенки устройства. В испарительной же части охлаждающее вещество начинает вскипать и испаряться, при этом перенося тепло из грунта в окружающую среду, тем самым понижая его температуру.
Важной особенностью термостабилизаторов является то, что они естественно действующие, то есть не нуждаются во внешних источниках энергии. При потеплении хладагент перестает конденсироваться и конвективный процесс прекращается.
Разные конструкции – результат один
На месторождении используются несколько вариантов термостабилизаторов. Принцип их действия схож, отличие лишь в конструктивном устройстве и возможностях установки. Первый вариант – это одиночные сезонно действующие охлаждающие устройства, которые устанавливаются в основном под зданиями с проветриваемым подпольем, под эстакадами трубопроводов, опорами мостов, ЛЭП и другими сооружениями. На ЧНГКМ установлено более 40 000 одиночных термостабилизаторов.
Там, где СОУ использовать невозможно или нежелательно, в ход идут системы естественно-действующие трубчатые горизонтальные и вертикальные. Их конструктив позволяет охватить большую площадь, при этом конденсаторный блок может быть вынесен на расстояние до 70 метров от сооружения.