Расчет толщины теплоизоляции и величины заглубления подземных полиэтиленовых трубопроводов теплоснабжения в регионах с многолетнемерзлыми грунтами

Abstract

Рассмотрен процесс оттаивания-промерзания вмещающего грунта подземного полиэтиленового трубопровода теплоснабжения с теплоизоляцией, эксплуатируемого в районах распространения многолетнемерзлых грунтов. Поставлена задача определения толщины теплоизоляции трубопровода и величины его заглубления на основе анализа температурного поля в грунте в течение многолетних циклов. Температурное поле в системе «теплоизолированная труба-грунт», изменяющееся во времени, предложено определять, решая уравнения теплопроводности в полярных координатах. При этом пучок труб рассматривается как одна труба эквивалентного радиуса. Такой подход позволил упростить условия сопряжения трубы, теплоизоляции, полиэтиленовой оболочки и вмещающего грунта, а также использовать простой численный метод решения уравнения – метод конечных разностей. Приведены результаты расчетов максимальной глубины оттаивания грунта от величины заглубления трубы теплоснабжения при различных толщинах теплоизоляции. Предложено определять оптимальную величину заглубления подземного трубопровода теплоснабжения из условия ежегодного установления нулевой изотермы вмещающего грунта на уровне границы деятельного слоя грунта к началу отопительного сезона. Возможность нахождения нулевой изотермы на таком уровне проиллюстрирована расчетами изотерм к началу отопительного сезона (сентябрь) при различных заглублениях и толщинах теплоизоляции. По результатам расчетов предложена методика расчетного определения толщины слоя теплоизоляции и величины заглубления трубопровода из условия минимизации функционала, характеризующего меру уклонения ординаты нулевой изотермы на левой границе области от уровня глубины деятельного слоя грунта в момент времени начала отопительного сезона.