季节性冻土层地浸井场管道防冻保温技术研究.pdf

第34卷第4期
铀矿冶
Vol 34 No 4
2015年11月
URANIUM MINING AND METALLURGY
Nov.2015
季节性冻士层地浸井场管道防冻保温技术研究
张翀,姚益轩,闻振乾,何柯,唐华章2,胡鹏飞2
(1.核工业北京化工治金研究院,北京101149;2.中核内蒙古矿业有限公司,内蒙古呼和浩特010010)
摘要:某采铀工程点最大冻土深度高达2.5m,为解决管道防冻保温这一工程设计中的难点问题,对现场进行
了冻土层温度监测和浸出液冰点温度测定等试验研究。结果表明,1.0m深处以土土壤从当年10月份开始冻
结,冻结期5个多月;1.5至2.0m深处土壤从次年1月底开始冻结,冻结期2个多月;2.5m深处只在次年2
月中旬出现过短暂的冻结期;距地表0.5、1.0、1.5、2.0、2.5m处士壤最低温度分别为ー7.5、-4.5、-1
0.5、0.0℃左右;管道内溶液温度为9℃,冰点温度为一4℃,在埋地管道内以2m/s左右的流速常年流动
运行期间冻土层中会形成一个以管道为中心的保温圈。推荐该地浸井场管道采用浅埋不保温(最大底界埋深
1.5m)方案铺设,可在保证管道冬季平稳安全运行同时,节省管沟工程量和投资
关键词:管道防冻保温;冻土层;冰点;保温圈;地浸采铀
中图分类号:TD868;P642.14文献标志码:A文章编号:1000-8063(2015)04-0249-06
doi:10.13426/j.cnki.yky.2015.04.008
冻土在地质学上是指温度在0℃以下,含有冰管道的底界埋深要达到3.0m左右。针对以上条
的各种岩石和土壤,分为季节冻土和多年冻土。冻件,在现场开展了冻土层温度观测和溶液冰点测
土是一种对温度极为敏感的土体介质,在冻土区修量,并结合埋地管道周围土壤温度场分析,目的是
建构筑物将面临冻胀、融沉等地质灾害的威胁。国对工程管道建设提供可行设计方案,在达到安全平
内外大量的输油管道铺设在多年冻土区,而埋地型稳运行的前提下,尽可能节省管沟工程量和投资
温热油管运行期会对周围土壤放热,使冻土融
化,导致土壤和管道产生不均匀下沉,影响管道中
冻土层温度观测
液体的正常输送。不少学者对多年冻土区土壤天
冻土层温度观测采用K型热电偶,测量范围
然温度场们和管道周围土壤温度场进行过研为-50~750℃。将不同长度的测温线分别穿在
究?。然而,在地浸采铀工程中对冻土层土壤天0 mm PVC管内,和测温探头一起下放至距地
然温度场与埋地管道周围土壤温度场的观测和模表0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0m深处,并用沙土
拟、管道防冻保温等方面的研究少有报道。
回填压实,定时利用便携式数字温度计在地表读
地浸采铀井场的抽、注液钻孔数量通常高达取温度数据。
几百个,集注液总管和分管长达几千米,支管则长
观测期从12月23日开始至次年4月6日结
达几万米,规格不一的化工管道在井场范围内形束。从图1可以看出,1月15日距地表0.5m深
成了一个巨大的网状体。为了确保冬季生产的连处最低地温-一9℃,最高-6℃;1.0m深处最低
续稳定,防止管道内溶液结冰冻结,通常都要在管地温一6C,最高-4℃;1.5m以下地温高于0
道外包裏保温层,挖沟掩埋
C。当地从每年10月进人冰冻期,到次年1月
某地浸采铀工程冬季寒冷漫长,极端气温一15日冻土深度达到1.5m,同一深度日最大温差
39C,最大冻土深度达到2.5m,是我国地浸矿3C,日气温起伏对冻土层温度的影响从地表到
山所在地冻土最深的。按照传统工程设计经验,冻结面逐渐减小,且具有延滯性。
收稿日期:2015-06-12
基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(NO.2012AA061802)
作者简介:张翀(1988-),男,山西晋城人,工程师,从事铀矿地浸技术研究和工程设计。
通信作者:姚益轩(1963-),男,湖南涟源人,研究员级高级工程师,从事原地浸出采铀技术研究和工程设计。
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取观测期每天地温的平均值作图。从图2
10
以看出,0.5m深处最低地温为一7.5℃左右
1.0深处最低地温为-4.5℃左右,两者开始
观测时已经进入了冻结期,冻土层于3月底开始
解冻融化,冻结期5个多月;1.5m深处最低地温
1.5C左右,2.0m深处最低地温一0.5C左
1:004007:0010:0013:0016:0019:0022:00
时刻
右,两者从次年1月底开始进入冻结期,4月初开
.0m:--1.5m;
始解冻融化,冻结期2个多月;2.5m深处只在2
人-2.0m:2.5m;-×3.0m。
月中甸出现过低于0℃的地温,其冻结期极短;3.0
图11月15日气温与不同深度地温曲线
m深处最低地温1.0℃,超出冻土层范围,不冻结。
不同深度月平均地温值见表1。结合图1、图
2和表1可知,土壤冻结面从地表向深处逐步扩
3.0m
展,最大冻土深度位于2.5m左右。从地表至最
大冻深之间存在温度梯度,深度增加,温度差值减
2.5m
少,日地温变化幅度变小,冻结时间相应变短
表1不同深度月平均地温表
C
月份
N
V
6.9
5.7
4
1.5m
注:I~Ⅵ分别代表0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0m
1.0r
2浸出液冰点测量
管道输送溶液分为配液池中配制的溶浸液和
5m
从矿层中抽出的浸出液2种。溶浸液是浸出液经
离子交换吸附铀以后的尾液在配液池中添加少量
12-2301-0501-1801-3102-1302-2603-1103-2404-06
硫酸和氧化剂配制而成,除铀、余酸和硫酸根离子
日期
以外,其他成分没有太大区别。从表2可以看出,
进入正常浸出期以后,溶液矿化度都在10g/L以
图2不同深度日均地温曲线
上,其冰点比水的冰点低。
表2酸法地浸浸出液成分分析结果
/(mg?J.-1)
Eh/m
余酸
Ca2+
Mg't
I3+
∑Fe
SO2
CI
3840
649
921
543
3550
1.49
3650
26.23
447
555
959
11834
560
1,49
196
3820
25,86
393
997
14156
1.52
237
4180
26.23
284
689
662
1020
13450
665