Теплоноситель для низких температур

[PeterN]

Здравствуйте!

 

Я занимаюсь проектированием искусственного замораживания грунтов. По этой технологии, мы пропускаем по скважинам, пробуренным в массиве грунта, охлажденную до низких температур жидкость, тем самым отнимаем от грунта тепло и замораживаем содержащуюся в них воду.

 

Всегда (кроме нескольких экспериментальных случаев в советское время) в этой технологии в качестве теплоносителя выступает водный раствор хлористого кальция, но сейчас, мне необходимо подобрать жидкость, с более низкой температурой замерзания (ниже -55 градусов), и тут я столкнулся с проблемой, что такой жидкости я не нахожу.

 

Как и любой наверное теплоноситель, хочется что бы он был дешевым, не токсичным, не взрывоопасным, и что бы не замерзал при минус 80, скажем. И еще, как очень весомое и очень нужное дополнение, что бы он не разрушал лед,при контакте с ним, как делает водный раствор хлористого кальция.

 

Рассматривал вопрос водного раствора этиленгликоля, но он слишком вязкий. Находил большое количество импортных жидкостей, но везде какие-то страшные цены, и непонятно как это добро до нас довести, тем более его нужно не так много (несколько сотен м3)

 

Подозреваю, что я плохо искал, но ведь всегда хочется получить ответы сразу и на все вопросы, особенно когда не специалист в этой области:

Возможно ли понизить температуру замерзания водного раствора хлористого кальция добавив в него этиловый спирт, к примеру? 

Возможно ли добавить в раствор хлористого кальция какую нибудь "присадку" что бы он не был агрессивен ко льду?

Возможно ли добавить к этиловому спирту (керасину, или другой органической жидкости) что-нибудь, что бы он перестал быть взрывоопасным?

 

Если пошлете меня к какой нибудь хорошей книжки или статье, буду очень благодарен 

[ZaecЪ]

в патентах смотрели? раздел C09K5/10 - жидкие материалы
 
например вот Низкотемпературный теплоноситель (Патент SU 1527246)

Книги - посмотрите здесь Рабочие вещества холодильной и криогенной техники

Замораживание грунтов в подземном строительстве

[хома1979]

Подойдет ацетон.метанол, этанол. можно поэкспериментировать с жидким пропаном,бутаном. Хотя это вредно для озонового слоя подойдут

фреоны хотя бы тем что они не горят.

[Вадим Вергун]

Раствор аммиака  дешевый, малотоксичный, замерзает около -70 (на счет точной температуры не уверен). А для чего собственно почву замораживать? 

[PeterN]

Спасибо за оперативные ответы!

Правда, многое из перечисленного уже рассматривалось. Я подумал, возможно есть какое-то уже хорошо отработанное, готовое решение. Потому как, патентов много, а что в итоге до производства дошло, и показало эффективность не понятно. Но если нет, будем искать...

 

Про то, зачем замораживать грунт написано в достаточно толковой книге, ссылка на которую дается во втором сообщение. Но и в ней, как и в других, особо нечего не говориться про жидкости. А в целом, замораживать нужно затем, что бы можно было выработки (шахты, тоннели) строить. Потому как если грунт обводнен, если нечего не предпринять, приток воды в забой  может достигать десятков, а иногда и сотен метров кубических в час. Производить работы в таких условиях не возможно. А так, заморозили, прошли выработку во "льду", установили крепь("стенки") водонепроницаемую, и можно размораживать.  

 

Встречал упоминания о применение керосина и дихлорметана (метиленхлорида). Последний очень расхваливали в одной из книг, но что-то непонятно чем дело кончилось, дело это было в шестидесятые...

Изменено 28 Марта, 2015 в 07:30 пользователем PeterN

[ZaecЪ]

А в целом, замораживать нужно затем, что бы можно было выработки (шахты, тоннели) строить.

 

 

А тиоксотропы в качестве замены замораживанию рассматривали?

 

 

Применявшийся в метростроении при сооружении шахтных стволов способ предварительного замораживания пород, несмотря на достаточно высокую степень надёжности в отношении ликвидации водопритока и укрепления неустойчивых пород, имеет ряд существенных недостатков. Прежде всего это трудоёмкость работ в стволе при разработке замороженных пород в условиях пониженной температуры. Кроме того, для осуществления замораживания необходимо бурить большое количество скважин и оснащать их замораживающим оборудованием. Процесс требует большого расхода электроэнергии и времени как на подготовительные работы, так и на активное замораживание. При применении способа замораживания стоимость сооружения ствола возрастает в 2—3 раза.

 

Эти недостатки были полностью исключены благодаря разработке и внедрению новой технологии сооружения шахтных стволов в сложных гидрогеологических условиях — технологии погружения крепи в тиксотропной рубашке.

 

Сущность способа состоит в том, что для снятия сопротивления трения в зазор между крепью ствола и окружающим её грунтом помещается специальных глинистый раствор, обладающий свойствами тиксотропии, — тиксотропная рубашка.

 

Технология работ предусматривала комплексную механизацию всех проходческих процессов. Благодаря этому впервые в практике сооружения шахтных стволов, причём в наиболее сложных условиях, было полностью исключено присутствие людей в забое ствола. Так осуществилась давняя мечта шахтостроителей — получить технологию, обеспечивающую безлюдную проходку стволов. Была решена и важная социальная задача — тяжёлый и опасный труд проходчиков шахтных стволов был заменён работой на поверхности и сведён к функциям управления оборудованием.

 

Разработка забоя и выдача породы производится одноканатным четырёхлопастным грейфером, который подвешен к крюку обычного самоходного крана. Для погружения и вдавливания ножевой части крепи в породу применяется система гидравлических домкратов, закреплённых в опорной конструкции, а монтаж крепи производится с помощььью крана на поверхности. Погружение крепи без откачки воды из ствола обеспечивает необходимый гидравлический пригруз на забой ствола, что уравновешивает внешний гидростатический напор и исключает выплывы породы из-под крепи. Кроме того, тиксотропный раствор создаёт гидростатическое давление на грунтовые стенки, предотвращающее их обрушение, а за счёт вдавливания ножевой части опускной крепи в породу образуется пробка породы в забое, удерживающая внешний напор плывунной массы.

 

Комплекс этих факторов обеспечивает высокую степень надёжности способа, благодаря чему при использовании его в процессе сооружения более 30 шахтных стволов на московском Метрострое были полностью исключены аварийные ситуации. На отдельных стволах крепь погружалась на глубину более 30 м, пересекая напластования плывунных пород мощностью до 25 м. Преимущества этого способа позволили почти полностью отказаться от менее эффективного способа предварительного замораживания пород.

 

[PeterN]

А тиоксотропы в качестве замены замораживанию рассматривали?

 

 

Рассматривали конечно.  Но у каждого способа есть свои достоинства и недостатки. При том, больше зависит от человека, кто что умете делать, тот то и  пропагандирует. Нужно считать экономику в каждом случаи конечно...

 

Еще возник вопрос, а как сравнивать теплоносители? Понимаю, что это совсем вопрос не для этого форума. 

Я могу посчитать, теплоотдачу, могу посчитать энергию на перекачивания. Но это все будет для конкретной системы. Неужели нет универсального критерия? Так, что бы подставил в уравнение, все известные свойства, и в ответе, получил число. Подставить свойства другой жидкости, получил другое число. Если больше - значит второй лучше, если меньше - значит первый лучше...

 

А то, искал, как выбрать жидкость, во всех книгах пишут, только общие слова, а как количественно оценить не известно..

[Arkadiy]

Здравствуйте!

 

Я занимаюсь проектированием искусственного замораживания грунтов. По этой технологии, мы пропускаем по скважинам, пробуренным в массиве грунта, охлажденную до низких температур жидкость, тем самым отнимаем от грунта тепло и замораживаем содержащуюся в них воду.

 

Всегда (кроме нескольких экспериментальных случаев в советское время) в этой технологии в качестве теплоносителя выступает водный раствор хлористого кальция, но сейчас, мне необходимо подобрать жидкость, с более низкой температурой замерзания (ниже -55 градусов), и тут я столкнулся с проблемой, что такой жидкости я не нахожу.

 

Как и любой наверное теплоноситель, хочется что бы он был дешевым, не токсичным, не взрывоопасным, и что бы не замерзал при минус 80, скажем. И еще, как очень весомое и очень нужное дополнение, что бы он не разрушал лед,при контакте с ним, как делает водный раствор хлористого кальция.

 

Рассматривал вопрос водного раствора этиленгликоля, но он слишком вязкий. Находил большое количество импортных жидкостей, но везде какие-то страшные цены, и непонятно как это добро до нас довести, тем более его нужно не так много (несколько сотен м3)

 

Подозреваю, что я плохо искал, но ведь всегда хочется получить ответы сразу и на все вопросы, особенно когда не специалист в этой области:

Возможно ли понизить температуру замерзания водного раствора хлористого кальция добавив в него этиловый спирт, к примеру? 

Возможно ли добавить в раствор хлористого кальция какую нибудь "присадку" что бы он не был агрессивен ко льду?

Возможно ли добавить к этиловому спирту (керасину, или другой органической жидкости) что-нибудь, что бы он перестал быть взрывоопасным?

 

Если пошлете меня к какой нибудь хорошей книжки или статье, буду очень благодарен 

Вообще-то, это целая НИР, вряд ли у кого-то такие введения есть в быстром доступе, задача поиска теплоносителя замерзающего ниже -80 достаточно нетривиальная.

Как вариант чистый метанол -дешево, сердито, но пить нельзя, возможно стоит подобрать дениатурирующие добавки, придающие ему неприятный запах и цвет, если что-то другое то нужно делать  патентный поиск например через Espactnet,  там доступны почти все патенты в мире

http://ru.espacenet.com/search97cgi/s97_cgi.exe?Action=FormGen&Template=ru/RU/home.hts

[ZaecЪ]

до кучи....

 

есть ещё растворы формиата и ацетата калия: - 60 С и очень низкая коррозионная активность - интенсивно используются в зарубежной промышленной холодильной технике

[aoll]

Мы сталкивались с подобной задачей при проектировании системы охлаждения спецтехники. Пробовали разные теплоносители ( и пропан тоже). Выход нашли у вояк. У самолетов - высотников вся система антиобледенителя и охлаждения радаров использует этанол в каччестве рабочего вещества. Испытывали этанол денатурированный битрексом 97 %. В качестве холодильной машины использовали DFG-122, двухконтурная , нижняя ступень на  R-23. Результат : при охлаждении до - 83 (больше не набрала машина) вязкость повысилась на12% по отношению к первоначальной , при такой температуре не возгорается (пробовали), не токсичен , дешевый т.к безакцизный. Рекомендую. На сегодняшний день в Украине стоимость 30 грв.(1.1 дол) / кг.