Результат интеллектуальной деятельности: ФУНДАМЕНТ РЕЗЕРВУАРА С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для устройства фундаментов резервуаров для хранения нефти и продуктов ее переработки в условиях сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтов Крайнего Севера.

Из существующего уровня техники известен теплоизолированный фундамент, включающий жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, вкладышами в штрабах фундамента, выполненными из теплоизоляционного материала, например пенополистирола, причем соотношение площадей выступов и штраб фундамента принимается таким, чтобы давление на грунт по нижней поверхности выступов было не менее величины нормального давления морозного пучения грунта, а давление на грунт по нижней поверхности вкладышей - не более величины расчетного сопротивления материала вкладышей на сжатие. Фундамент также содержит дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента. Крайние ряды штраб с вкладышами выполнены со стороны каждого наружного края фундамента (RU 2237780, МПК E02D 27/01, E02D 27/35, С2, опубл. 27.01.2004). Недостатком данного фундамента является невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания.

Также известен теплоизолированный фундамент, включающий жесткое тело, состоящее из подошвы и стены, с прокладкой со стороны подошвы, обращенной к грунту, выполненной из теплоизоляционного материала, например из пенополистирола, а также дополнительный утеплитель, размещенный за пределами фундамента. Верхний край дополнительного утеплителя пропущен со стороны наружного края фундамента в виде прерывистых вкладышей через жесткое тело фундамента и соединен с дополнительным утеплителем противоположного наружного края фундамента. Давление на грунт по подошве фундамента принимается не более величины расчетного сопротивления теплоизоляционного материала на сжатие, а относительная площадь прерывистых вкладышей определяется из соотношения. Дополнительный утеплитель, установленный с наружной стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем наружной стены фундамента. Дополнительный утеплитель, установленный с внутренней стороны подошвы фундамента, соединен с утеплителем внутренней стены фундамента. Вкладыши дополнительного утеплителя фундамента соединены с утеплителем перекрытия над фундаментом. Утеплитель, установленный с наружной стороны стены фундамента, соединен с утеплителем отмостки. Утеплитель, установленный с внутренней стороны стены фундамента, соединен с утеплителем перекрытия над фундаментом (RU 2357044, МПК E02D 27/01, E02D 27/35, С2, опубл. 27.05.2009). Недостатком данного фундамента является невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания.

Также известен теплоизолированный фундамент, включающий жесткое тело с выступами и штрабами со стороны, обращенной к грунту, и вкладышами в штрабах фундамента из материала, имеющего модуль деформации, отличный от модуля деформации материала выступов, причем вкладыши в штрабах выполнены из теплоизоляционного материала, например пенополистирола. Соотношение площадей выступов и штраб принимают таким, чтобы давление, передаваемое на грунт по нижней поверхности выступов, было не менее величины нормального давления морозного пучения грунта. Одновременно должна быть обеспечена прочность теплоизолирующего материала, а осадки фундамента должны определяться с учетом повышенной сжимаемости теплоизолирующего материала. В частном случае, когда давление на грунт не превышает прочности теплоизолирующего материала, площадь штраб со вкладышами принимается равной общей площади фундамента (RU 2135693, МПК E02D 27/01, E02D 27/35, С1, опубл. 27.08.1999). Недостатком данного фундамента является невозможность снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара, в отличие от стенки резервуара, не имеющего опору на фундамент, и грунтами основания.

Наиболее близким к заявляемой конструкции является фундамент резервуара, который представляет собой подушку из песка и пеностекла (Лисин Ю.В., Сапсай А.Н., Суриков В.И., Павлов В.В., Сощенко А.Е., Бондаренко В.В. Создание и реализация инновационных технологий строительства в проектах развития нефтепроводной структуры Западной Сибири (проекты «Пурпе - Самотлор», «Заполярье - Пурпе») // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. - 2013. - №4 (12). - С. 6-11). Недостатком данного фундамента является необходимость использования сложного в производстве пеностекла, имеющего более высокий коэффициент теплопроводности (https://ru.wikipedia.org/wiki/Пеностекло) в сравнении с другими теплоизолирующими материалами (http://tis-e.ru/produktsija/granulirovannyj_penopolistirol/texnicheskie_xarakteristiki_materiala).

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания в условиях Крайнего Севера с целью предотвращения или уменьшения растепления последних и потери ими устойчивости.

Данный технический результат достигается тем, что фундамент резервуара представляет собой подготовленный грунт в виде подушки из среднезернистого песка и искусственной добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала, например гранулированного вспененного полистирола (например, ТУ 2244-005-86901126-2012) в количестве до 10% по объему подушки фундамента.

Для установки резервуара, днище которого должно располагаться на сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтах в условиях Крайнего Севера, первоначально определяют место установки резервуара. Затем подготавливают грунт, представляющий собой подушку из среднезернистого песка и искусственной добавки виде дисперсного теплоизолирующего материала, например гранулированного вспененного полистирола (ТУ 2244-005-86901126-2012), в количестве до 10% по объему подушки фундамента, например:

при диаметре D_ф подушки фундамента резервуара, равном 14 м, и высоте h_ф подушки фундамента, равной 0,6 м, объем V_ф подушки фундамента резервуара будет равен:

;

объем V_гпс гранулированного вспененного полистирола, необходимого для устройства подушки фундамента резервуара составит:

V_гпс=V_ф·0,1=92,4·0,1≈9,2 м³;

объем V_cп среднезернистого песка, необходимого для устройства подушки фундамента резервуара составит:

V_сп=V_ф-V_гпс=92,4-9,2=83,2 м³.

Уплотняют подготовленную подушку фундамента резервуара в соответствии с указаниями п. 17 «Уплотнение грунтов, устройство грунтовых подушек и предпостроечное уплотнение слабых водонасыщенных грунтов» (СП 45.13330.2012 «Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87»).

Устанавливают резервуар на подготовленную подушку фундамента, нижняя часть которого опирается на сезоннопромерзающие и вечномерзлые грунты первоначально определенного места установки резервуара.

Теплопроводность структуры с замкнутыми включениями будет равна (Дульнев Т.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Справочная книга. Л.: «Энергия», 1974. 264 с., стр. 22, ф-ла 1-17):

,

где λ - коэффициент теплопроводности структуры с замкнутыми включениями,

λ₁ - коэффициент теплопроводности связующего материала,

λ₂ - коэффициент теплопроводности замкнутых включений.

Причем:

,

где V₂ - объем замкнутых включений,

V - объем структуры с замкнутыми включениями.

Таким образом, при использовании в качестве связующей основы подушки фундамента резервуара влажного песчаного грунта, имеющего коэффициент теплопроводности λ_сп=1,9 Вт/(м·К) (Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с. Таблица 15.25), а в качестве искусственной добавки (замкнутых включений) гранулированного вспененного полистирола М35, имеющий коэффициент теплопроводности λ_гпс=0,04 Вт/(м·К) (Сайт производителя - Завод ТИС: http://tutteplo.ru/catalog/196/716/_aviewinfo_b21398), теплопроводность полученной смеси грунта и вспененного полистирола будет равна:

,

где ,

.

Расчеты показывают, что искусственные добавки в виде дисперсного теплоизолирующего материала, например гранулированного вспененного полистирола М35 в количестве до 10% по объему подушки фундамента, позволяют снизить коэффициент теплопроводности материала подготовленной подушки фундамента резервуара в 1,26 раза (1,9/1,51=1,26), что позволяет использовать предлагаемое изобретение в условиях Крайнего Севера для снижения теплообмена непосредственно между днищем резервуара и сезоннопромерзающими и вечномерзлыми грунтами основания. Результатом снижения теплообмена является предотвращение или уменьшение растепления грунтов оснований и, как следствие, предотвращение потери ими устойчивости. В случае хранения в резервуаре нефти или продуктов ее переработки снижение теплообмена будет препятствовать понижению температуры хранимого продукта и ухудшению его реологических свойств.