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DE102016009008A1 - Method and apparatus for freezing ground adjacent to a shaft by means of a liquefied gas - Google Patents

Method and apparatus for freezing ground adjacent to a shaft by means of a liquefied gas Download PDF

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DE102016009008A1
DE102016009008A1 DE102016009008.1A DE102016009008A DE102016009008A1 DE 102016009008 A1 DE102016009008 A1 DE 102016009008A1 DE 102016009008 A DE102016009008 A DE 102016009008A DE 102016009008 A1 DE102016009008 A1 DE 102016009008A1
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DE
Germany
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liquefied gas
expansion tank
tank
freezing
connecting line
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102016009008.1A
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German (de)
Inventor
Ralf Schmand
Abraham Sliwo
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Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefrieren von an einen Schacht (10) angrenzendem Erdreich mittels eines verflüssigten Gases (F), wobei das verflüssigte Gas (F) in einem außerhalb des Schachts (10) positionierten Versorgungsbehälter (21) bereitgestellt wird, aus dem Versorgungsbehälter (21) über mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) und über mindestens eine Verbindungsleitung (24) in mindestens eine Flüssiggas-Gefrierlanze (22) eingeleitet wird, wobei mittels der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze (22) ein Frostkörper (14) gekühlt wird, und wobei in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) eine von dem verflüssigten Gas (F) gebildete Flüssigkeitssäule unterbrochen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung (20) mit zumindest einem Versorgungsbehälter (21) zur Aufnahme eines verflüssigten Gases (F), einer Flüssiggas-Gefrierlanze (22) und mindestens einem Ausgleichsbehälter (23), wobei der Versorgungsbehälter (21) über den mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) sowie über mindestens eine stromab des Ausgleichsbehälters (23) angeordnete Verbindungsleitung (24) mit der Flüssiggas-Gefrierlanze (22) in Strömungsverbindung bringbar ist.The invention relates to a method for freezing earth adjacent to a shaft (10) by means of a liquefied gas (F), the liquefied gas (F) being provided in a supply tank (21) positioned outside the shaft (10) from the supply tank (21) via at least one surge tank (23) and at least one connecting line (24) in at least one LPG freezing lance (22) is introduced, wherein by means of the at least one LPG freezing lance (22) a frost body (14) is cooled, and wherein in the at least one surge tank (23) a liquid column formed by the liquefied gas (F) is interrupted. The invention further relates to a device (20) having at least one supply container (21) for receiving a liquefied gas (F), a liquid gas freezing lance (22) and at least one expansion tank (23), wherein the supply container (21) via the at least one Equalizing tank (23) and via at least one downstream of the surge tank (23) arranged connecting line (24) with the liquid-gas freezing lance (22) can be brought into flow communication.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gefrieren von an einen Schacht, insbesondere einen Tiefschacht, angrenzendem Erdreich (auch als Bodengefrieren bezeichnet) mittels eines verflüssigten Gases.The invention relates to a method and a device for freezing a shaft, in particular a deep shaft, adjacent ground (also referred to as ground freezing) by means of a liquefied gas.

Im Tiefbau und Schachtbau werden nach dem Stand der Technik Bodengefrierverfahren eingesetzt, bei denen das Erdreich durch künstliches Gefrieren des im Boden enthaltenen Wassers verfestigt wird. Dabei wird ein Frostkörper gebildet, der z. B. die Schachtsohle für weitere Bohrungen stabilisiert und wasserundurchlässig macht.In civil engineering and shaft construction are used in the prior art Bodengefrierverfahren in which the soil is solidified by artificial freezing of the water contained in the soil. In this case, a frost body is formed, the z. B. stabilizes the shaft bottom for further drilling and makes water impermeable.

Bei bekannten Bodenvereisungsverfahren wird unter anderem die Solekühlung eingesetzt. Dabei wird ein Kältemittel in Form einer Sole (insbesondere CaCl2) in Rohren zur Vereisungsstelle geführt, wobei die Sole mittels einer Kälteanlage temperiert wird. Mittels dieses Verfahrens lässt sich bei Grundwasserströmungen von bis zu 2 m/Tag der Boden vereisen.In known ground freezing method, among other things, the brine cooling is used. In this case, a refrigerant in the form of a brine (in particular CaCl 2 ) is guided in pipes to the icing, wherein the brine is tempered by means of a refrigeration system. By means of this method, the ground can be frozen with groundwater currents of up to 2 m / day.

Alternativ zur Solekühlung kommt nach dem Stand der Technik beim Bodengefrieren eine Kühlung mit tiefkalt verflüssigten Gasen, wie flüssigem Stickstoff oder flüssiger Luft, zum Einsatz. Diese Methode ermöglicht insbesondere Bodenvereisungen bei Grundwasserströmungen von bis zu 12 m/Tag.As an alternative to brine cooling, according to the state of the art in the case of bottom freezing, cooling with cryogenic liquefied gases, such as liquid nitrogen or liquid air, is used. In particular, this method enables ground freezing with groundwater currents of up to 12 m / day.

Weiterhin wird die Kühlung mit tiefkalt verflüssigten Gasen auch in Kombination mit der Solekühlung angewendet, wobei unterschiedliche Bereiche eines Sole-Frostkörpers durch Unterstützung mit einer Flüssiggas-Vereisung erstellt werden. Hierbei wird beispielsweise eine Solevereisung im Schutz einer Flüssiggasvereisung betrieben, um den Frostkörper bei größeren Grundwasserströmungen zu erstellen. Nach erfolgter Forstkörpererstellung kann die Flüssiggasvereisung beendet werden, wobei die Solevereisung den Frostkörper aufrechterhält.Furthermore, the cooling with cryogenic liquefied gases is also used in combination with the brine cooling, wherein different areas of a brine frost body are created by supporting with a liquid gas icing. In this case, for example, a brine plant is operated in the protection of a liquid gas freezing in order to create the frost body with larger groundwater flows. After forestry production, the Flüssiggasvereisung can be stopped, the brine ice maintains the frost body.

Neben dem Auftreten von Grundwasserströmungen können mittels der Flüssiggasvereisung nach dem Stand der Technik auch Fehlstellen des Frostkörpers ausgebessert oder geschlossen werden. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn andere im Spezialtiefbau übliche Maßnahmen zur Abdichtung der Fehlstelle scheitern.In addition to the occurrence of groundwater currents also defects of the frost body can be repaired or closed by means of liquid gas icing according to the prior art. This is particularly necessary if other customary in specialist civil engineering measures to seal the defect fail.

Bei der Flüssiggasvereisung werden zur Zuleitung von Flüssiggas nach dem Stand der Technik häufig Kupferrohre, insbesondere wärmeisolierte Kupferrohre oder starre oder flexible vakuumisolierte Leitungen, insbesondere Vakuum-Wellblechschläuche, eingesetzt.In the liquefied gas icing, copper pipes, in particular heat-insulated copper pipes or rigid or flexible vacuum-insulated pipes, in particular vacuum corrugated metal hoses, are frequently used for the supply of liquefied gas according to the prior art.

Im Tiefschachtbau herrschen bei üblichen Abteuftiefen von 600–1500 m hohe geodätische Drücke, denen solche Kupferrohre und Standard-Flüssiggasleitungen nicht standhalten. Aus diesem Grund ist mit den Verfahren nach dem Stand der Technik kein Bodengefrieren mittels verflüssigten Gases in großen Tiefen möglich. Dies stellt ein Hindernis für den Schachtbau beim Auftreten von Grundwasserströmungen einer Geschwindigkeit von mehr als 2 m/Tag oder beim Entstehen von Fehlstellen des Frostkörpers dar.Deep shaft construction is subject to the usual depths of 600-1500 m and high geodetic pressures which such copper pipes and standard LPG pipes can not withstand. For this reason, the prior art methods do not permit bottom freezing by means of liquified gas at great depths. This is an obstacle for the pit construction when groundwater flows occur at a speed of more than 2 m / day or in the formation of imperfections of the frost body.

Hieraus ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gefrieren von an einen Schacht angrenzendem Erdreich mittels eines verflüssigten Gases zur Verfügung zu stellen, das im Hinblick auf die vorgenannte Problematik verbessert ist.The object is therefore to provide a method and a device for freezing of soil adjacent to a shaft by means of a liquefied gas, which is improved in view of the aforementioned problem.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Anspruch 6 gelöst. Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben und Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 7 bis 10 angegeben.This object is achieved by the method according to claim 1 and the device according to the invention according to claim 6. Embodiments of the method are given in the dependent claims 2 to 5 and embodiments of the device are specified in the subclaims 7 to 10.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Gefrieren von an einen Schacht, insbesondere einen Tiefschacht, angrenzendem Erdreich mittels eines verflüssigten Gases zur Verfügung gestellt. Bei dem Verfahren wird das verflüssigte Gas in einem außerhalb des Schachts, insbesondere an einer Geländeoberkante des Schachts, positionierten Versorgungsbehälter bereitgestellt, aus dem Versorgungsbehälter über mindestens einen Ausgleichsbehälter sowie über mindestens eine stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters angeordnete Verbindungsleitung in mindestens eine, insbesondere in dem Schacht positionierte, Flüssiggas-Gefrierlanze eingeleitet. Mittels der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze wird ein an der Sohle des Schachts und/oder am Umfang des Schachts angeordneter Frostkörper gekühlt, wobei in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter eine von dem verflüssigten Gas gebildete Flüssigkeitssäule zur Reduktion des in der mindestens einen Verbindungsleitung herrschenden Schweredrucks des Flüssiggases unterbrochen wird.According to a first aspect of the invention, there is provided a method for freezing liquor gas to a well, in particular a well, adjacent soil. In the method, the liquefied gas is provided in a supply container positioned outside the shaft, in particular at a top edge of the shaft, from the supply tank via at least one expansion tank and via at least one connecting pipe arranged downstream of the at least one expansion tank into at least one, in particular in the shaft positioned, LPG freezing lance initiated. By means of the at least one liquefied-gas freezing lance, a frost body arranged on the bottom of the shaft and / or on the circumference of the shaft is cooled, wherein in the at least one expansion tank a liquid column formed by the liquefied gas for reducing the gravitational pressure of the liquefied gas prevailing in the at least one connecting line is interrupted.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Reduzierung des auf der mindestens einen Verbindungsleitung herrschenden Schweredrucks wird vorteilhafterweise die mechanische Belastung der Verbindungsleitungen vermindert, wodurch auch bei großen Abteuftiefen günstige Standard-Verbindungsleitungen verwendet werden können.Due to the inventive reduction of the pressure prevailing on the at least one connecting line gravity pressure advantageously the mechanical load of the connecting lines is reduced, whereby even with large Abteuftiefen favorable standard connecting lines can be used.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Frostkörper indirekt durch das verflüssigte Gas gekühlt, wobei insbesondere ein zum Frostkörper geschlossenes Außenrohr der Flüssiggas-Gefrierlanze in den Frostkörper eingebracht wird, und wobei das verflüssigte Gas in einen von dem Außenrohr umschlossenen Mantelraum eingebracht wird, so dass das Außenrohr mittels des verflüssigten Gases gekühlt wird und der Frostkörper mittels des kalten Außenrohrs gekühlt wird.In one embodiment of the method according to the invention, the frost body becomes indirect cooled by the liquefied gas, in particular a closed to the frost body outer tube of the liquid-gas freezing lance is introduced into the frost body, and wherein the liquefied gas is introduced into a space enclosed by the outer tube shell space, so that the outer tube is cooled by the liquefied gas and the Frost body is cooled by the cold outer tube.

In einer alternativen Ausführungsform wird der Frostkörper direkt durch das verflüssigte Gas gekühlt, wobei insbesondere das verflüssigte Gas auf den Frostkörper aufgebracht wird.In an alternative embodiment, the frost body is cooled directly by the liquefied gas, wherein in particular the liquefied gas is applied to the frost body.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Verfahren diskontinuierlich ausgeführt. Dabei wird das verflüssigte Gas beispielsweise zunächst in einen ersten Ausgleichsbehälter eingeleitet, anschließend nacheinander in weitere Ausgleichsbehälter eingeleitet und schließlich der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze zugeführt.In a further embodiment, the process is carried out batchwise. In this case, the liquefied gas is first introduced, for example, into a first expansion tank, then introduced successively into further expansion tank and finally fed to the at least one liquid gas freeze lance.

In einer alternativen Ausführungsform wird das Verfahren kontinuierlich ausgeführt. Dabei wird das verflüssigte Gas beispielsweise über ein Eingangsventil in einen jeweiligen Ausgleichsbehälter eingeleitet und gleichzeitig über ein Ausgangsventil aus dem Ausgleichsbehälter abgezogen, wobei die Flussrate des durch die Ventile strömenden verflüssigten Gases derart eingestellt wird, dass keine durchgehende Flüssigkeitssäule innerhalb des Ausgleichsbehälters vorliegt.In an alternative embodiment, the process is carried out continuously. The liquefied gas is introduced, for example via an input valve in a respective expansion tank and simultaneously withdrawn via an outlet valve from the surge tank, wherein the flow rate of flowing through the valves liquefied gas is adjusted such that no continuous liquid column is present within the surge tank.

Die Platzierung des Versorgungsbehälters an der Geländeoberkante und Leitung des verflüssigten Gases zu der Flüssiggas-Gefrierlanze hat hierbei den Vorteil, dass das Verfahren auch bei geringen Schachtdurchmessern (z. B. im Bereich von 7 m) eingesetzt werden kann. Zudem werden zusätzliche Sicherheitsanforderungen bei einer Positionierung des Versorgungsbehälters direkt an der Sohle vermieden.The placement of the supply tank at the upper edge of the terrain and the liquefied gas to the liquefied gas freezing lance have the advantage that the process can also be used with small shaft diameters (eg in the region of 7 m). In addition, additional safety requirements are avoided when positioning the supply container directly to the sole.

Die Verwendung mehrerer Verbindungsleitungen mit dazwischen positionierten Ausgleichsbehältern hat den Vorteil, dass durch die Unterbrechung der Flüssigkeitssäule in den Ausgleichsbehältern der auf den Verbindungsleitungen lastende geodätische Druck deutlich reduziert wird. Beispielsweise würde bei einer Verwendung einer einzigen Verbindungsleitung ohne Ausgleichsbehälter, einem Versorgungsbehälterdruck von 10 bar und einer Tiefe von 800 m ein geodätischer Druck von ca. 90 bar auf der jeweiligen Verbindungsleitung lasten. Bei einer Positionierung von erfindungsgemäßen Ausgleichsbehältern im Abstand von ca. 150 m entlang der Tiefe des Schachts würde dagegen nur ein Druck von ca. 25 bar auf der jeweiligen Verbindungsleitung lasten, was dem zulässigen Betriebsdruck von üblicherweise verwendeten vakuumisolierten Leitungen entspricht. Durch die Möglichkeit, Standardleitungen zu verwenden, verringern sich vorteilhafterweise die Kosten des erfindungsgemäßen Verfahrens verglichen mit Verfahren des Stands der Technik.The use of a plurality of connecting lines with compensating containers positioned therebetween has the advantage that the geodetic pressure acting on the connecting lines is significantly reduced by the interruption of the liquid column in the compensating containers. For example, when using a single connecting line without expansion tank, a supply tank pressure of 10 bar and a depth of 800 m, a geodetic pressure of about 90 bar would load on the respective connecting line. When positioning compensating containers according to the invention at a distance of about 150 m along the depth of the shaft, on the other hand, only a pressure of about 25 bar would load on the respective connecting line, which corresponds to the permissible operating pressure of vacuum-insulated lines which are normally used. The ability to use standard leads advantageously reduces the cost of the method of the invention as compared to prior art methods.

Bei geringen Durchflussraten des Systems, z. B. bei einer Vereisung von kleineren Fehlstellen des Frostkörpers oder bei relativ warmen Abgastemperaturen von ca. –60°C, kommt es bei Verfahren nach dem Stand der Technik häufig zu einem Abreißen der Flüssigkeitssäule und somit zu einer Unterbrechung der Flüssiggasversorgung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise dazu verwendet werden, bei solchen Bedingungen die konstante Versorgung mit verflüssigtem Gas an der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze sicherzustellen.At low flow rates of the system, eg. As in an icing of smaller imperfections of the frost body or at relatively warm exhaust gas temperatures of about -60 ° C, it often occurs in the prior art method to tear off the liquid column and thus to an interruption of the liquid gas supply. The method according to the invention can advantageously be used to ensure the constant supply of liquefied gas to the at least one LPG freezing lance under such conditions.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, in Tiefschächten auftretende Grundwasserströmungen im Bereich von mehr als 2 m/Tag mit verflüssigtem Gas zu vereisen. Hierdurch wird auf kostengünstige Weise zusätzliche Verfahrenssicherheit bei der Erstellung von Tiefschächten geboten, insbesondere bei Auftreten von unbekannten geologischen Fehlstellen und/oder Grundwasserandrang. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren bei überraschendem Auftreten von Grundwasserströmungen in großen Tiefen mit geringerem technischem Aufwand realisiert werden als vergleichbare Maßnahmen bei der Solevereisung wie Erhöhung der Pumpenleistung und/oder Setzen zusätzlicher Bohrlöcher und Sole-Vereisungslanzen.By means of the method according to the invention, it is possible to freeze groundwater flows occurring in deep wells in the range of more than 2 m / day with liquefied gas. As a result, additional process reliability in the creation of deep wells is provided in a cost-effective manner, in particular when unknown geological defects and / or groundwater intrusion occur. In addition, the method according to the invention can be realized at low levels of technical complexity in the case of surprising occurrence of groundwater currents at great depths than comparable measures in brine upgrading such as increasing the pump capacity and / or setting additional boreholes and brine icing lances.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei langen Versorgungswegen z. B. bei Tunnelvortrieben, Querschlägen mit weit entferntem Startschacht oder bei anderen Mienenvortrieben eingesetzt werden.The inventive method can also be used for long supply routes z. B. tunnel bores, cross passages with far away launch shaft or other Mienenvortrieben be used.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sohle des Schachts eine Abteuftiefe von 150 m bis 1500 m, insbesondere 300 m bis 1500 m, auf.According to a further embodiment, the bottom of the shaft has a depth of 150 m to 1500 m, in particular 300 m to 1500 m.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist das verflüssigte Gas flüssiger Stickstoff (LIN).According to another embodiment of the method, the liquefied gas is liquid nitrogen (LIN).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das verflüssigte Gas über eine Mehrzahl von Ausgleichsbehältern in die mindestens eine Flüssiggas-Gefrierlanze eingeleitet, wobei die Ausgleichsbehälter in Reihe miteinander in Strömungsverbindung bringbar sind, so dass in jedem Ausgleichsbehälter die von dem verflüssigten Gas gebildete Flüssigkeitssäule zur Reduktion des in der jeweiligen stromab angeordneten Verbindungleitung herrschenden Schweredrucks des verflüssigten Gases unterbrochen wird. Vorzugsweise sind je zwei benachbarte Ausgleichbehälter über eine Verbindungsleitung mit einander strömungsverbunden bzw. -verbindbar.According to a further embodiment of the method, the liquefied gas is introduced via a plurality of expansion tanks into the at least one liquid gas freezing lance, wherein the expansion tanks can be brought into fluid communication with each other in series, so that in each expansion tank, the liquid column formed by the liquefied gas to reduce the is interrupted in the respective downstream arranged connecting line prevailing gravitational pressure of the liquefied gas. Preferably, two are each adjacent expansion tank via a connecting line with each other fluidly connected or -verbindbar.

Durch eine Verwendung mehrerer Ausgleichsbehälter lässt sich eine Versorgung mit verflüssigtem Gas auch in größeren Abteuftiefen mit Standard-Verbindungsleitungen realisieren.By using several expansion tanks, a supply of liquefied gas can also be achieved in larger depths with standard connection lines.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird aus mindestens einem Ausgleichsbehälter eine durch Verdampfen des verflüssigten Gases gebildete gasförmige Phase abgezogen.According to a further embodiment of the method, a gaseous phase formed by evaporation of the liquefied gas is withdrawn from at least one expansion tank.

Die Bildung einer solchen gasförmigen Phase kommt insbesondere durch Wärmeverluste in den Verbindungsleitungen sowie durch den Druckabfall bei der Einleitung des verflüssigten Gases in die Ausgleichsbehälter zustande. Mittels des Abziehens der gasförmigen Phase wird diese vorteilhafterweise aus dem System entfernt.The formation of such a gaseous phase comes about in particular by heat losses in the connecting lines and by the pressure drop during the introduction of the liquefied gas into the surge tank. By withdrawing the gaseous phase, this is advantageously removed from the system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die gasförmige Phase einem Abgassystem der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze zugeführt.In accordance with a further embodiment of the method, the gaseous phase is fed to an exhaust system of the at least one liquid gas freeze lance.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die gasförmige Phase an der Geländeoberkante abgeblasen.According to a further embodiment of the method, the gaseous phase is blown off at the upper edge of the terrain.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wurde der Frostkörper zuvor durch Gefrieren des Erdreichs mittels einer Sole, insbesondere durch eine Solekühlung, erzeugt.According to a further embodiment of the method, the frost body was previously produced by freezing the soil by means of a brine, in particular by a brine cooling.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Schacht an seinem äußeren Umfang einen durch die Solekühlung erzeugten Sole-Gefrierkörper auf, wobei der Sole-Gefrierkörper an der Sohle des Schachts in den Frostkörper übergeht, und wobei der Frostkörper mittels der Flüssiggas-Gefrierlanze ertüchtigt wird.According to another embodiment, the shaft has on its outer circumference a brine-freezing body produced by the brine cooling, wherein the brine-freezing body at the bottom of the shaft passes into the frost body, and wherein the frost body is enhanced by means of the liquid-gas freezing lance.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Druck in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter (oder in den mehreren Ausgleichsbehältern) und/oder in der mindestens eine Verbindungsleitung (oder in den mehreren Verbindungsleitungen) gesteuert oder geregelt.According to a further embodiment of the method, the pressure in the at least one expansion tank (or in the plurality of expansion tanks) and / or in the at least one connecting pipe (or in the plurality of connecting pipes) is controlled or regulated.

Hierdurch kann vorteilhafterweise die Versorgung der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze mit verflüssigtem Gas bei verschiedenen Bedingungen aufrechterhalten werden.In this way, advantageously, the supply of liquefied gas to at least one liquid gas freezing lance can be maintained at different conditions.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Gefrieren von an einen Schacht angrenzendem Erdreich mittels eines verflüssigten Gases, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung, zur Verfügung gestellt. Dabei weist die Vorrichtung zumindest die folgenden Komponenten auf: einen Versorgungsbehälter zur Aufnahme eines verflüssigten Gases, mindestens eine Flüssiggas-Gefrierlanze zum Kühlen eines Frostkörpers mittels des verflüssigten Gases und mindestens einen Ausgleichsbehälter zur Aufnahme des verflüssigen Gases. Der Versorgungsbehälter ist über den mindestens einen Ausgleichsbehälter sowie über mindestens eine stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters angeordnete Verbindungsleitung mit der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze in Strömungsverbindung bringbar, so dass in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter eine von dem verflüssigten Gas gebildete Flüssigkeitssäule zur Reduktion des in der mindestens einen Verbindungsleitung herrschenden Schweredrucks des Flüssiggases unterbrechbar ist.According to a second aspect of the invention, there is provided apparatus for freezing soil adjacent to a well by means of a liquified gas, in particular for carrying out the process according to the first aspect of the invention. In this case, the device comprises at least the following components: a supply container for receiving a liquefied gas, at least one LPG freezing lance for cooling a frost body by means of the liquefied gas and at least one surge tank for receiving the liquefied gas. The supply tank can be brought into fluid communication with the at least one liquid gas freezing lance via the at least one expansion tank and at least one connecting pipe arranged downstream of the at least one expansion tank, so that a liquid column formed by the liquefied gas is available in the at least one expansion tank for reducing the at least a connecting line prevailing gravitational pressure of the liquefied gas can be interrupted.

Insbesondere weist die Flüssiggas-Gefrierlanze ein geschlossenes Außenrohr auf, welches einen Mantelraum einschließt, wobei in dem Mantelraum ein Innenrohr zum Einleiten verflüssigten Gases in den Mantelraum angeordnet ist, so dass das Außenrohr mittels des eingeleiteten verflüssigten Gases kühlbar ist, und wobei die Flüssiggas-Gefrierlanze dazu ausgebildet ist, einen Frostkörper mittels des kalten Außenrohrs zu kühlen.In particular, the liquid-gas freezing lance has a closed outer tube which encloses a jacket space, wherein in the shell space an inner tube for introducing liquefied gas is arranged in the shell space, so that the outer tube is cooled by means of the introduced liquefied gas, and wherein the liquid-gas freeze lance is designed to cool a frost body by means of the cold outer tube.

Alternativ dazu kann die Flüssiggas-Gefrierlanze auch dazu ausgebildet sein, einen Frostkörper durch direktes Aufbringen eines verflüssigten Gases auf den Frostkörper zu kühlen.Alternatively, the LPG freeze lance may also be configured to cool a frost body by directly applying a liquefied gas to the frost body.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das verflüssigte Gas in dem Versorgungsbehälter einen Druck von 2 bar bis 14 bar auf.According to another embodiment, the liquefied gas in the supply tank to a pressure of 2 bar to 14 bar.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Verbindungsleitung als starre oder flexible vakuumisolierte Leitung, insbesondere als Vakuum-Wellblechschlauch, als Kupferrohr, insbesondere als wärmeisoliertes Kupferrohr, oder als Edelstahlleitung, insbesondere als wärmeisolierte Edelstahlleitung, ausgeführt.According to a further embodiment, the at least one connecting line is designed as a rigid or flexible vacuum-insulated pipe, in particular as a vacuum corrugated metal hose, as a copper pipe, in particular as a heat-insulated copper pipe, or as a stainless steel pipe, in particular as a heat-insulated stainless steel pipe.

Gemäß einer Ausführungsform weist die mindestens eine Verbindungsleitung jeweils eine Länge von 25 m bis 200 m auf.According to one embodiment, the at least one connecting line in each case has a length of 25 m to 200 m.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Verbindungsleitung flexibel.According to a further embodiment, the at least one connecting line is flexible.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Verbindungsleitung gegenüber ihrer jeweiligen Umgebung thermisch isoliert, insbesondere vakuumisoliert.According to a further embodiment, the at least one connecting line is thermally insulated from its respective surroundings, in particular vacuum-insulated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Ausgleichsbehälter ein maximales Füllvolumen von 0,1m3 bis 10 m3 auf. According to a further embodiment, the at least one expansion tank has a maximum filling volume of 0.1 m 3 to 10 m 3 .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Ausgleichsbehälter gegenüber seiner Umgebung thermisch isoliert, insbesondere vakuumisoliert oder konventionell isoliert. Eine konventionelle Isolierung kann z. B. durch eine Schaumisolierung (FEF, PUR oder vergleichbare Dämmstoffe) realisiert sein.According to another embodiment, the at least one expansion tank is thermally insulated from its surroundings, in particular vacuum-insulated or conventionally insulated. A conventional insulation can, for. B. be realized by a foam insulation (FEF, PUR or similar insulation).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehrzahl von Ausgleichsbehältern auf, die in Reihe miteinander in Strömungsverbindung bringbar sind.According to a further embodiment, the device has a plurality of expansion tanks, which are in fluid communication with each other in series.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Ausgleichsbehälter jeweils ein Eingangsventil und ein Ausgangsventil auf, wobei das Eingangsventil dazu ausgebildet ist, eine Strömungsverbindung zwischen einer stromauf des mindestens einen Ausgleichsbehälters angeordneten Verbindungsleitung und dem Ausgleichsbehälter zu verschließen oder zu drosseln, und wobei das Ausgangsventil dazu ausgebildet ist, eine Strömungsverbindung zwischen der stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters angeordneten Verbindungsleitung und dem Ausgleichsbehälter zu verschließen oder zu drosseln, und wobei mittels der stromauf des mindestens einen Ausgleichsbehälters angeordneten Verbindungsleitung das verflüssigte Gas in den mindestens einen Ausgleichsbehälter einleitbar ist, und wobei mittels der stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters angeordneten Verbindungsleitung das verflüssigte Gas aus dem mindestens einen Ausgleichsbehälter abziehbar ist.According to a further embodiment, the at least one expansion tank has an inlet valve and an outlet valve, wherein the inlet valve is designed to close or restrict a flow connection between a connecting line arranged upstream of the at least one expansion tank and the expansion tank, and wherein the outlet valve is designed for this purpose is to close or restrict a flow connection between the downstream of the at least one expansion tank arranged connecting line and the surge tank, and wherein the liquefied gas is introduced into the at least one surge tank by means of the upstream of the at least one surge tank connecting line, and wherein by means of the downstream of the At least one expansion tank arranged connecting line, the liquefied gas from the at least one expansion tank is removable.

Durch die Eingangs- und Ausgangsventile kann der in den Ausgleichsbehältern und/oder den Verbindungsleitungen lastende Druck vorteilhafterweise reguliert werden.By the input and output valves of the pressure in the surge tanks and / or the connecting lines pressure can be advantageously regulated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der mindestens eine Ausgleichsbehälter jeweils eine Gasaustrittsöffnung auf, wobei mittels der Gasaustrittsöffnung eine gasförmige Phase des verflüssigten Gases aus dem Ausgleichsbehälter abziehbar ist, wobei insbesondere der Ausgleichsbehälter ein Gasaustrittsventil aufweist, welches die Gasaustrittsöffnung bildet.According to a further embodiment, the at least one expansion tank each have a gas outlet opening, wherein by means of the gas outlet opening a gaseous phase of the liquefied gas can be withdrawn from the expansion tank, wherein in particular the expansion tank has a gas outlet valve which forms the gas outlet opening.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des mindestens einen Eingangsventils und/oder des mindestens einen Ausgangsventils und/oder des mindestens einen Gasaustrittsventils auf, so dass mittels der Einrichtung der in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter und/oder in der mindestens einen Verbindungsleitung herrschende Druck steuerbar und/oder regelbar ist.According to a further embodiment, the device has a device for controlling and / or regulating the at least one input valve and / or the at least one output valve and / or the at least one gas outlet valve, so that by means of the device in the at least one expansion tank and / or in the pressure prevailing at least one connecting line can be controlled and / or regulated.

Insbesondere ist die Einrichtung zur Regelung des mindestens einen Eingangsventils und/oder des mindestens einen Ausgangsventils und/oder des mindestens einen Gasaustrittsventils als Zweipunktregler oder Stetigregler ausgeführt, der in Abhängigkeit der Menge des verflüssigten Gases, die von der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze verbraucht wird, die Eingangs- und/oder Ausgangs- und/oder Gasaustrittsventile regelt.In particular, the device for controlling the at least one input valve and / or the at least one output valve and / or the at least one gas outlet valve is designed as a two-point controller or continuous controller, which is consumed as a function of the amount of liquefied gas consumed by the at least one LPG freezer lance. controls the input and / or output and / or gas outlet valves.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen durch die nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren erläutert werden. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will be explained by the following description of an embodiment with reference to figures. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Schachts mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bodengefrieren mittels eines verflüssigten Gases an einer Sohle eines Schachts, und 1 a schematic representation of a shaft with a device according to the invention for bottom freezing by means of a liquefied gas to a sole of a shaft, and

2 eine schematische Darstellung einer Flüssiggas-Gefrierlanze. 2 a schematic representation of a liquid gas freezing lance.

Im Einzelnen zeigt die 1 einen Schacht 10 mit einer Abteuftiefe 13 (kurz: Tiefe 13), wobei der Schacht 10 in Richtung seiner Tiefe 13 zwischen einer Geländeoberkante 11 und einer Sohle 12 erstreckt ist. Weiterhin ist ein Frostkörper 14 aus gefrorenem Erdreich gezeigt, wobei der Frostkörper 14 den Schacht 10 an der Sohle 12 und am Umfang des Schachts 10 umgibt. Am Umfang des Schachts 10 ist eine optionale Sole-Gefrierlanze 15 gezeigt, die dazu ausgebildet ist, den Frostkörper 14 durch Kühlung des Bodens zu erzeugen oder aufrechtzuerhalten.In detail, the shows 1 a shaft 10 with a depth of cut 13 (short: depth 13 ), where the shaft 10 in the direction of its depth 13 between a top surface 11 and a sole 12 extends. Furthermore, there is a frost body 14 shown from frozen soil, the frost body 14 the shaft 10 at the sole 12 and on the perimeter of the shaft 10 surrounds. At the circumference of the shaft 10 is an optional brine freezing lance 15 shown, which is adapted to the frost body 14 to create or maintain by cooling the soil.

An bzw. in dem Schacht 10 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zum Bodengefrieren mittels eines verflüssigten Gases F angeordnet. Die Vorrichtung 20 weist einen Versorgungsbehälter 21 auf, der zumindest teilweise mit einem verflüssigten Gas F, insbesondere flüssigem Stickstoff, gefüllt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Versorgungsbehälter 21 um einen gegenüber der Umgebung wärmeisolierten Kryotank.At or in the shaft 10 is a device according to the invention 20 arranged for bottom freezing by means of a liquefied gas F. The device 20 has a supply tank 21 on, which is at least partially filled with a liquefied gas F, in particular liquid nitrogen. In particular, it is the supply tank 21 around a heat-insulated against the environment Kryotank.

Die Vorrichtung 20 weist weiterhin eine Flüssiggas-Gefrierlanze 22 auf, die aus dem Versorgungsbehälter 21 mit verflüssigtem Gas F versorgt werden kann. Mittels der Flüssiggas-Gefrierlanze 22 kann durch das verflüssigte Gas F der Boden gekühlt werden, so dass der Boden bei geeigneter Anwendung der Flüssiggas-Gefrierlanze 22 gefriert. Dabei wird die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 insbesondere in einen Frostkörper 14 eingebracht. In der Darstellung der 1 ist die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 an der Sohle 12 des Schachts angeordnet. Es sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar, insbesondere eine Anordnung der Flüssiggas-Gefrierlanze am Umfang des Schachts 10.The device 20 also has a liquid gas freezing lance 22 on that from the supply tank 21 can be supplied with liquefied gas F. By means of the liquid gas freezing lance 22 can be cooled by the liquefied gas F of the soil, so that the soil with a suitable application of the LPG freezing lance 22 freezes. This is the LPG freezing lance 22 especially in a frost body 14 brought in. In the presentation of the 1 is the LPG freezing lance 22 at the sole 12 of the shaft. However, other arrangements are conceivable, in particular, an arrangement of the liquid-gas freezing lance on the circumference of the shaft 10 ,

Die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 kann in einer Ausführungsform der Erfindung zur indirekten Kühlung des Frostkörpers 22 über ein zum Frostkörper 14 geschlossenes kaltes Außenrohr 220 ausgebildet sein. Dabei ist die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 insbesondere entsprechend der Darstellung in 2 ausgeführt. Alternativ dazu kann die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 dazu ausgebildet sein, den Frostkörper 14 durch Aufbringen des verflüssigten Gases F auf den Frostkörper 14 direkt zu kühlen. Bei beiden alternativen Ausführungsformen kann der Frostkörper 14 mittels einer Solekühlung erzeugt und/oder zusätzlich gekühlt sein.The LPG freezing lance 22 may in one embodiment of the invention for indirect cooling of the frost body 22 over to the frost body 14 closed cold outer tube 220 be educated. Here is the LPG freezing lance 22 in particular as shown in FIG 2 executed. Alternatively, the LPG freeze lance 22 be trained to the frost body 14 by applying the liquefied gas F to the frost body 14 to cool directly. In both alternative embodiments, the frost body may 14 be generated by a brine cooling and / or additionally cooled.

Die Vorrichtung 20 weist weiterhin eine Mehrzahl von Ausgleichsbehältern 23 auf. In der 1 sind drei Ausgleichsbehälter 23a, 23b, 23c gezeigt, die Erfindung ist aber nicht auf diese Anzahl beschränkt.The device 20 also has a plurality of expansion tanks 23 on. In the 1 are three expansion tanks 23a . 23b . 23c but the invention is not limited to this number.

Der Versorgungsbehälter 21 ist über eine stromauf des ersten Ausgleichsbehälters 23a angeordnete Verbindungsleitung 24 mit einem ersten Ausgleichsbehälter 23a, welcher in dem Schacht 10 angeordnet ist, in Strömungsverbindung bringbar, so dass verflüssigtes Gas F mittels der Verbindungsleitung 24 aus dem Versorgungsbehälter 21 in den ersten Ausgleichsbehälter 23a eingeleitet werden kann.The supply tank 21 is over an upstream of the first expansion tank 23a arranged connection line 24 with a first expansion tank 23a which is in the shaft 10 is arranged, can be brought into fluid communication, so that liquefied gas F by means of the connecting line 24 from the supply tank 21 in the first expansion tank 23a can be initiated.

Mittels eines Versorgungsventils 29 kann die Strömungsverbindung zwischen dem Versorgungsbehälter 21 und dem ersten Ausgleichsbehälter 23a gedrosselt oder unterbrochen werden.By means of a supply valve 29 can the flow connection between the supply tank 21 and the first expansion tank 23a throttled or interrupted.

Der erste Ausgleichsbehälter 23a weist ein Eingangsventil 25 und ein Ausgangsventil 26 auf, wobei die Verbindungsleitung 24 zwischen dem Versorgungsbehälter 21 und dem ersten Ausgleichsbehälter 23a mit dem Eingangsventil 25 des ersten Ausgleichsbehälters 23a in Strömungsverbindung steht. Über das Eingangsventil 25 kann der Fluss des aus der Verbindungsleitung 24 in den ersten Ausgleichsbehälter 23a einströmenden verflüssigten Gases F gedrosselt werden oder die Strömungsverbindung kann mittels des Eingangsventils 25 unterbrochen werden.The first expansion tank 23a has an inlet valve 25 and an outlet valve 26 on, with the connecting line 24 between the supply tank 21 and the first expansion tank 23a with the input valve 25 of the first expansion tank 23a is in flow communication. Via the inlet valve 25 may be the flow of the connection line 24 in the first expansion tank 23a inflowing liquefied gas F be throttled or the flow connection can by means of the input valve 25 to be interrupted.

Weiterhin weist der erste Ausgleichsbehälter 23a ein Ausgangsventil 26 auf, wobei der erste Ausgleichsbehälter 23a über das Ausgangsventil 26 und eine Verbindungsleitung 24 mit einem Eingangsventil 25 eines zweiten Ausgleichsbehälters 23b verbunden ist, so dass verflüssigtes Gas F aus dem ersten Ausgleichsbehälter 23a über die Verbindungsleitung 24 in den zweiten Ausgleichsbehälter 23b eingeleitet werden kann. Der zweite Ausgleichsbehälter 23b ist mittels seines Ausgangsventils 26 über eine weitere Verbindungsleitung 24 mit dem Eingangsventil 25 eines dritten Ausgleichsbehälters 23c verbunden. Der dritte Ausgleichsbehälter 23c ist in der hier dargestellten Ausführungsform über sein Ausgangsventil 26 mittels einer Verbindungsleitung 24 mit einer an der Sohle 12 des Schachts 10 positionierten Flüssiggas-Gefrierlanze 22 verbunden. Somit kann aus dem Versorgungsbehälter 21 über die Ausgleichsbehälter 23a, 23b, 23c verflüssigtes Gas F in die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 eingeleitet werden. Die Ausgleichsbehälter 23a, 23b, 23c sind dabei in Reihe geschaltet, so dass das verflüssigte Gas F die Ausgleichsbehälter 23a, 23b, 23c nacheinander durchströmt.Furthermore, the first expansion tank 23a an outlet valve 26 on, being the first expansion tank 23a over the outlet valve 26 and a connection line 24 with an input valve 25 a second expansion tank 23b is connected so that liquefied gas F from the first expansion tank 23a over the connecting line 24 in the second expansion tank 23b can be initiated. The second expansion tank 23b is by means of its outlet valve 26 over another connecting line 24 with the input valve 25 a third expansion tank 23c connected. The third expansion tank 23c is in the embodiment shown here about its output valve 26 by means of a connecting line 24 with one on the sole 12 of the shaft 10 positioned LPG freezing lance 22 connected. Thus, from the supply tank 21 over the expansion tank 23a . 23b . 23c liquefied gas F into the LPG freezing lance 22 be initiated. The expansion tank 23a . 23b . 23c are connected in series, so that the liquefied gas F, the expansion tank 23a . 23b . 23c flows through successively.

Die Verbindungsleitungen 24 sind insbesondere als starre oder flexible vakuumisolierte Leitungen, z. B. Vakuum-Wellrohrschläuche, ausgeführt.The connection lines 24 are especially as rigid or flexible vacuum insulated lines, eg. B. vacuum corrugated tubing executed.

Der zweite Ausgleichsbehälter 23b ist dabei bei einer größeren Tiefe in dem Schacht 10 positioniert als der erste Ausgleichsbehälter 23a und der dritte Ausgleichsbehälter 23c ist bei einer größeren Tiefe angeordnet als der zweite Ausgleichsbehälter 23b. Bis zu der Position des Eingangsventils 25 des ersten Ausgleichsbehälters 23a lastet ein Schweredruck auf der Verbindungsleitung 24 zwischen dem Versorgungsbehälter 21 und dem ersten Ausgleichsbehälter 23a, welcher von der Höhe der Flüssigkeitssäule des verflüssigten Gases F von der Geländeoberkante 11 bzw. des Füllstands des Versorgungsbehälters 21 bis zu der entsprechenden Position des der Verbindungsleitung 24 abhängt. Mittels des Eingangsventils 25 wird die Strömungsverbindung zwischen der mit dem Eingangsventil 25 verbundenen Verbindungsleitung 24 und dem ersten Ausgleichsbehälter 23a derart unterbrochen oder gedrosselt, dass die Flüssigkeitssäule in dem ersten Ausgleichsbehälter 23a abreißt. Dadurch lastet auf der Verbindungsleitung 24 zwischen dem ersten Ausgleichsbehälters 23a und dem zweiten Ausgleichsbehälter 23b lediglich ein geodätischer Druck aufgrund der Höhe der Flüssigkeitssäule zwischen dem ersten Ausgleichsbehälter 23a und der entsprechenden Position der Verbindungsleitung 24.The second expansion tank 23b is at a greater depth in the shaft 10 positioned as the first expansion tank 23a and the third expansion tank 23c is located at a greater depth than the second surge tank 23b , Up to the position of the inlet valve 25 of the first expansion tank 23a Heavy pressure is applied to the connecting line 24 between the supply tank 21 and the first expansion tank 23a , which is the height of the liquid column of the liquefied gas F from the ground level 11 or the level of the supply tank 21 up to the corresponding position of the connecting line 24 depends. By means of the input valve 25 is the flow connection between the with the input valve 25 connected connection line 24 and the first expansion tank 23a interrupted or throttled so that the liquid column in the first expansion tank 23a interrupted. This puts a load on the connection line 24 between the first expansion tank 23a and the second surge tank 23b only a geodetic pressure due to the height of the liquid column between the first expansion tank 23a and the corresponding position of the connection line 24 ,

In dem zweiten Ausgleichsbehälter 23b und in dem dritten Ausgleichsbehälter 23c reißt die Flüssigkeitssäule des verflüssigten Gases F ebenfalls ab, so dass mehrere getrennte Flüssigkeitssäulen zwischen den jeweiligen Ausgleichsbehältern 23 gebildet werden. Dadurch lastet auf den jeweiligen Verbindungsleitungen 24 ein entsprechend erniedrigter Druck im Vergleich zu dem Druck, der bei einer durchgehenden Flüssigkeitssäule zwischen dem Versorgungsbehälter 21 und der Flüssiggas-Gefrierlanze 22 an der entsprechenden Position der entsprechenden Verbindungsleitung 24 herrschen würde.In the second expansion tank 23b and in the third expansion tank 23c also breaks off the liquid column of the liquefied gas F, so that several separate liquid columns between the respective surge tanks 23 be formed. This puts a strain on the respective connecting lines 24 a correspondingly reduced pressure in comparison to the pressure, which in the case of a continuous liquid column between the supply container 21 and the LPG freeze lance 22 at the corresponding position of the corresponding connection line 24 would prevail.

Die Vorrichtung 20 weist weiterhin eine Einrichtung 28 zur Steuerung und/oder Regelung auf, die über entsprechende elektrische Leitungen 28a mit den Eingangsventilen 25 und den Ausgangsventilen 26 verbunden ist, so dass ein Öffnen und Schließen der Eingangs- und Ausgangsventile 25,26 der Ausgleichsbehälter 23 und/oder ein Drosseln des Stroms des verflüssigten Gases F durch die Eingangs- und Ausgangsventile 25,26 mittels der Einrichtung 28 steuerbar bzw. regelbar ist. Das Öffnen und Schließen des Versorgungsventils 29 kann ebenfalls mittels der Einrichtung 28 steuerbar bzw. regelbar sein.The device 20 also has a facility 28 for controlling and / or regulating, via corresponding electrical lines 28a with the input valves 25 and the outlet valves 26 is connected, allowing an opening and closing of the input and output valves 25 . 26 the expansion tank 23 and / or throttling the flow of liquefied gas F through the input and output valves 25 . 26 by means of the device 28 is controllable or controllable. Opening and closing the supply valve 29 can also by means of the device 28 be controlled or regulated.

Die Ausgleichsbehälter 23 weisen weiterhin jeweils eine Gasaustrittsöffnung 27 auf, mittels der eine durch Verdampfen des verflüssigten Gases F in dem jeweiligen Ausgleichsbehälter 23 entstehende gasförmige Phase G aus dem Ausgleichsbehälter 23 abgezogen werden kann. Insbesondere weist der Ausgleichsbehälter 23 ein Gasaustrittsventil 27a auf, das die Gasaustrittsöffnung 27 bildet. Dabei ist optional auch das Gasaustrittsventil 27a mittels der Einrichtung 28 steuerbar bzw. regelbar.The expansion tank 23 continue to each have a gas outlet opening 27 on, by means of the one by evaporation of the liquefied gas F in the respective expansion tank 23 resulting gaseous phase G from the expansion tank 23 can be deducted. In particular, the expansion tank 23 a gas outlet valve 27a on that the gas outlet 27 forms. Optionally, the gas outlet valve is optional 27a by means of the device 28 controllable or controllable.

Die 2 zeigt eine Flüssiggas-Gefrierlanze 22 zur indirekten Kühlung eines Frostkörpers 14, wobei die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 teilweise in dem Frostkörper 14 angeordnet ist. Die Flüssiggas-Gefrierlanze 22 weist ein zu dem Frostkörper 14 hin geschlossenes Außenrohr 220 auf, welches einen Mantelraum 222 einschließt. In dem Mantelraum 222 ist ein Innenrohr 221 angeordnet. Mittels des Innenrohrs 221 kann verflüssigtes Gas F in den Mantelraum 222 eingeleitet werden, wodurch das Außenrohr 220 gekühlt wird. Der Frostkörper 14 wird durch Wärmeleitung von dem kalten Außenrohr 220 auf den Frostkörper 14 gekühlt, wobei das in dem Mantelraum 222 befindliche verflüssigte Gas F erwärmt wird und insbesondere unter Bildung einer gasförmigen Phase G verdampft. Die gasförmige Phase G wird mittels einer Gasleitung 223 aus der Flüssiggas-Gefrierlanze 22 abgezogen. Bei dem beschriebenen Vorgang wirkt das Außenrohr 220 insbesondere als Wärmeübertrager.The 2 shows a liquefied petroleum freeze lance 22 for indirect cooling of a frost body 14 , wherein the liquid-gas freezing lance 22 partly in the frost body 14 is arranged. The LPG freezing lance 22 indicates to the frost body 14 closed outer tube 220 on which a mantle room 222 includes. In the mantle room 222 is an inner tube 221 arranged. By means of the inner tube 221 can liquefied gas F into the mantle space 222 be initiated, causing the outer tube 220 is cooled. The frost body 14 is due to heat conduction from the cold outer tube 220 on the frost body 14 cooled, where in the shell space 222 located liquefied gas F is heated and evaporated in particular to form a gaseous phase G. The gaseous phase G is by means of a gas line 223 from the LPG freezing lance 22 deducted. In the described process, the outer tube acts 220 especially as a heat exchanger.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Schachtshaft
1111
Geländeoberkanteground level
1212
Sohlesole
1313
Tiefedepth
1414
FrostkörperFrost body
1515
Sole-GefrierlanzeBrine freezing lance
2020
Vorrichtungcontraption
2121
Versorgungsbehältersupply vessel
2222
Flüssiggas-GefrierlanzeLPG freezing lance
220220
Außenrohrouter tube
221221
Innenrohrinner tube
222222
Mantelraumshell space
223223
Gasleitunggas pipe
2323
Ausgleichsbehältersurge tank
23a23a
Erster AusgleichsbehälterFirst equalization tank
23b23b
Zweiter AusgleichsbehälterSecond expansion tank
23c23c
Dritter AusgleichsbehälterThird equalization tank
2424
Verbindungsleitungconnecting line
2525
Eingangsventilinlet valve
2626
Ausgangsventiloutlet valve
2727
GasaustrittsöffnungGas outlet
27a27a
GasaustrittsventilGas outlet valve
2828
Einrichtung zur Steuerung und/oder RegelungDevice for control and / or regulation
28a28a
Elektrische LeitungElectrical line
2929
Versorgungsventilsupply valve
FF
Verflüssigtes GasLiquefied gas
GG
Gasförmige PhaseGaseous phase

Claims (10)

Verfahren zum Gefrieren von an einen Schacht (10) angrenzendem Erdreich mittels eines verflüssigten Gases (F), wobei das verflüssigte Gas (F) in einem außerhalb des Schachts (10) positionierten Versorgungsbehälter (21) bereitgestellt wird und aus dem Versorgungsbehälter (21) über mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) sowie über mindestens eine stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters (23) angeordnete Verbindungsleitung (24) in mindestens eine Flüssiggas-Gefrierlanze (22) eingeleitet wird, wobei mittels der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze (22) ein an der Sohle (12) des Schachts (10) und/oder am Umfang des Schachts (10) angeordneter Frostkörper (14) gekühlt wird, und wobei in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) eine von dem verflüssigten Gas (F) gebildete Flüssigkeitssäule zur Reduktion des in der mindestens einen Verbindungsleitung (24) herrschenden Schweredrucks des Flüssiggases unterbrochen wird.Method for freezing to a shaft ( 10 ) adjacent soil by means of a liquefied gas (F), wherein the liquefied gas (F) in an outside of the shaft ( 10 ) positioned supply containers ( 21 ) and from the supply container ( 21 ) via at least one expansion tank ( 23 ) and at least one downstream of the at least one expansion tank ( 23 ) connecting line ( 24 ) in at least one LPG freezing lance ( 22 ) is introduced, wherein by means of at least one LPG freezing lance ( 22 ) on the sole ( 12 ) of the shaft ( 10 ) and / or on the circumference of the shaft ( 10 ) arranged frost bodies ( 14 ) is cooled, and wherein in the at least one surge tank ( 23 ) a liquid column formed by the liquefied gas (F) for the reduction of in the at least one connecting line ( 24 ) prevailing gravitational pressure of the liquefied gas is interrupted. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das verflüssigte Gas (F) flüssiger Stickstoff (LIN) ist.The method of claim 1, wherein the liquefied gas (F) is liquid nitrogen (LIN). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das verflüssigte Gas (F) über eine Mehrzahl von Ausgleichsbehältern (23) in die mindestens eine Flüssiggas-Gefrierlanze (22) eingeleitet wird, wobei die Ausgleichsbehälter (23) in Reihe miteinander in Strömungsverbindung bringbar sind.Method according to claim 1 or 2, wherein the liquefied gas (F) is conveyed via a plurality of expansion tanks ( 23 ) into the at least one LPG freeze lance ( 22 ), the reservoirs ( 23 ) in fluid communication with each other in series. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus mindestens einem Ausgleichsbehälter (23) eine durch Verdampfen des verflüssigten Gases (F) gebildete gasförmige Phase (G) abgezogen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein at least one expansion tank ( 23 ) is withdrawn by vaporization of the liquefied gas (F) formed gaseous phase (G). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Frostkörper (14) zuvor durch Gefrieren des Erdreichs mittels einer Sole erzeugt wurde.Method according to one of the preceding claims, wherein the frost body ( 14 ) was previously generated by freezing the soil by means of a brine. Vorrichtung (20) zum Gefrieren von an einen Schacht (10) angrenzendem Erdreich mittels eines verflüssigten Gases (F), wobei die Vorrichtung (20) zumindest die folgenden Komponenten aufweist: – einen Versorgungsbehälter (21) zur Aufnahme eines verflüssigten Gases (F), – mindestens eine Flüssiggas-Gefrierlanze (22) zum Kühlen eines Frostkörpers (14) mittels des verflüssigten Gases (F), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) zur Aufnahme des verflüssigen Gases (F) aufweist, wobei der Versorgungsbehälter (21) über den mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) sowie über mindestens eine stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters (23) angeordnete Verbindungsleitung (24) mit der mindestens einen Flüssiggas-Gefrierlanze (22) in Strömungsverbindung bringbar ist, so dass in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) eine von dem verflüssigten Gas (F) gebildete Flüssigkeitssäule zur Reduktion des in der mindestens einen Verbindungsleitung (24) herrschenden Schweredrucks des Flüssiggases unterbrechbar ist.Contraption ( 20 ) for freezing to a shaft ( 10 ) adjacent soil by means of a liquefied gas (F), the device ( 20 ) comprises at least the following components: - a supply container ( 21 ) for receiving a liquefied gas (F), - at least one LPG freezing lance ( 22 ) for cooling a frost body ( 14 ) By means of the liquefied gas (F), characterized in that the device ( 20 ) at least one expansion tank ( 23 ) for receiving the liquefied gas (F), wherein the supply container ( 21 ) via the at least one expansion tank ( 23 ) and at least one downstream of the at least one expansion tank ( 23 ) connecting line ( 24 ) with the at least one LPG freeze lance ( 22 ) can be brought into fluid communication, so that in the at least one surge tank ( 23 ) a liquid column formed by the liquefied gas (F) for the reduction of in the at least one connecting line ( 24 ) prevailing gravitational pressure of the liquefied gas can be interrupted. Vorrichtung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) eine Mehrzahl von Ausgleichsbehältern (23) aufweist, die in Reihe miteinander in Strömungsverbindung bringbar sind.Contraption ( 20 ) according to claim 6, characterized in that the device ( 20 ) a plurality of expansion tanks ( 23 ) in fluid communication with each other in series. Vorrichtung (20) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ausgleichsbehälter (23) jeweils ein Eingangsventil (25) und ein Ausgangsventil (26) aufweist, wobei das Eingangsventil (25) dazu ausgebildet ist, eine Strömungsverbindung zwischen einer stromauf des mindestens einen Ausgleichsbehälters (23) angeordneten Verbindungsleitung (24) und dem Ausgleichsbehälter (23) zu verschließen oder zu drosseln, und wobei das Ausgangsventil (26) dazu ausgebildet ist, eine Strömungsverbindung zwischen der stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters angeordneten Verbindungsleitung (24) und dem Ausgleichsbehälter (23) zu verschließen oder zu drosseln, und wobei mittels der stromauf des mindestens einen Ausgleichsbehälters (23) angeordneten Verbindungsleitung (24) das verflüssigte Gas (F) in den mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) einleitbar ist, und wobei mittels der stromab des mindestens einen Ausgleichsbehälters (23) angeordneten Verbindungsleitung (24) das verflüssigte Gas (F) aus dem mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) abziehbar ist.Contraption ( 20 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the at least one expansion tank ( 23 ) each have an input valve ( 25 ) and an outlet valve ( 26 ), wherein the input valve ( 25 ) is adapted to a flow connection between an upstream of the at least one surge tank ( 23 ) arranged connecting line ( 24 ) and the expansion tank ( 23 ) or to shut off, and the outlet valve ( 26 ) is adapted to a flow connection between the downstream of the at least one surge tank arranged connecting line ( 24 ) and the expansion tank ( 23 ), and wherein by means of the upstream of the at least one expansion tank ( 23 ) arranged connecting line ( 24 ) the liquefied gas (F) into the at least one expansion tank ( 23 ), and wherein by means of the downstream of the at least one expansion tank ( 23 ) arranged connecting line ( 24 ) the liquefied gas (F) from the at least one expansion tank ( 23 ) is removable. Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ausgleichsbehälter (23) jeweils eine Gasaustrittsöffnung (27) aufweist, wobei mittels der Gasaustrittsöffnung (27) eine gasförmige Phase (G) des verflüssigten Gases aus dem mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) abziehbar ist, wobei insbesondere der mindestens eine Ausgleichsbehälter (23) ein Gasaustrittsventil (27a) aufweist, welches die Gasaustrittsöffnung (27) bildet.Contraption ( 20 ) according to one of claims 6 to 8, characterized in that the at least one expansion tank ( 23 ) each have a gas outlet opening ( 27 ), wherein by means of the gas outlet opening ( 27 ) a gaseous phase (G) of the liquefied gas from the at least one surge tank ( 23 ) is removable, wherein in particular the at least one expansion tank ( 23 ) a gas outlet valve ( 27a ), which the gas outlet opening ( 27 ). Vorrichtung (20) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) eine Einrichtung (28) zur Steuerung und/oder Regelung des mindestens einen Eingangsventils (25) und/oder des mindestens einen Ausgangsventils (26) und/oder des mindestens einen Gasaustrittsventils (27a) aufweist, so dass mittels der Einrichtung (28) der in dem mindestens einen Ausgleichsbehälter (23) und/oder in der mindestens einen Verbindungsleitung (24) herrschende Druck steuerbar bzw. regelbar ist.Contraption ( 20 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the device ( 20 ) An institution ( 28 ) for controlling and / or regulating the at least one input valve ( 25 ) and / or the at least one output valve ( 26 ) and / or the at least one gas outlet valve ( 27a ), so that by means of the device ( 28 ) in the at least one surge tank ( 23 ) and / or in the at least one connecting line ( 24 ) prevailing pressure is controlled or regulated.
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