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 PDFInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- liquefied gas
- expansion tank
- tank
- freezing
- connecting line
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000007710 freezing Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 230000008014 freezing Effects 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 119
- 239000012267 brine Substances 0.000 claims description 17
- HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M sodium;chloride;hydrate Chemical compound O.[Na+].[Cl-] HPALAKNZSZLMCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 13
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 claims 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 claims 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D1/00—Sinking shafts
- E21D1/10—Preparation of the ground
- E21D1/12—Preparation of the ground by freezing
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D1/00—Sinking shafts
- E21D1/10—Preparation of the ground
- E21D1/12—Preparation of the ground by freezing
- E21D1/14—Freezing apparatus
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
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:
Im Einzelnen zeigt die
An bzw. in dem Schacht
Die Vorrichtung
Die Flüssiggas-Gefrierlanze
Die Vorrichtung
Der Versorgungsbehälter
Mittels eines Versorgungsventils
Der erste Ausgleichsbehälter
Weiterhin weist der erste Ausgleichsbehälter
Die Verbindungsleitungen
Der zweite Ausgleichsbehälter
In dem zweiten Ausgleichsbehälter
Die Vorrichtung
Die Ausgleichsbehälter
Die
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)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016009008.1A DE102016009008A1 (en) | 2016-07-26 | 2016-07-26 | Method and apparatus for freezing ground adjacent to a shaft by means of a liquefied gas |
| PCT/EP2017/025216 WO2018019434A1 (en) | 2016-07-26 | 2017-07-19 | Method and apparatus for freezing ground areas bordering a shaft by means of a liquefied gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016009008.1A DE102016009008A1 (en) | 2016-07-26 | 2016-07-26 | Method and apparatus for freezing ground adjacent to a shaft by means of a liquefied gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102016009008A1 true DE102016009008A1 (en) | 2018-02-01 |
Family
ID=59384122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102016009008.1A Withdrawn DE102016009008A1 (en) | 2016-07-26 | 2016-07-26 | Method and apparatus for freezing ground adjacent to a shaft by means of a liquefied gas |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102016009008A1 (en) |
| WO (1) | WO2018019434A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018002821A1 (en) * | 2018-04-06 | 2020-03-12 | Linde Aktiengesellschaft | Process for reducing noise emissions on ground freeze construction sites |
| CN110439567B (en) * | 2019-09-05 | 2020-11-03 | 李功洲 | Deep punching lamination freezing scheme design method |
| CN113175327A (en) * | 2021-04-28 | 2021-07-27 | 安徽理工大学 | Freezing pipe of inclined shaft under condition of fast tunneling of fully-mechanized excavating machine and arrangement method of freezing pipe |
| CN115324583B (en) * | 2022-07-21 | 2025-04-18 | 同济大学 | A construction method for artificial ground freezing reinforcement suspended assembly deep well |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1501466A1 (en) * | 1965-11-29 | 1969-10-23 | Thermo Dynamics Inc | Cooling device, in particular for icing or maintaining the icing of a building site |
| US3726095A (en) * | 1970-12-31 | 1973-04-10 | Union Carbide Canada Ltd | Ground freezing method and apparatus |
| DE3036842A1 (en) * | 1980-09-30 | 1982-05-19 | Linde Ag, 6200 Wiesbaden | GROUND FREEZING METHOD |
| DE102013001113A1 (en) * | 2013-01-22 | 2014-07-24 | Linde Aktiengesellschaft | Method and device for icing a soil mass |
| DE102013018210A1 (en) * | 2013-10-30 | 2015-04-30 | Linde Aktiengesellschaft | Method for producing a coherent ice body in a ground icing |
-
2016
- 2016-07-26 DE DE102016009008.1A patent/DE102016009008A1/en not_active Withdrawn
-
2017
- 2017-07-19 WO PCT/EP2017/025216 patent/WO2018019434A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018019434A1 (en) | 2018-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE60315197T2 (en) | Method for conveying cryogenic liquids | |
| DE102016009008A1 (en) | Method and apparatus for freezing ground adjacent to a shaft by means of a liquefied gas | |
| DE60302768T2 (en) | A METHOD FOR THE CONTINUOUS DELIVERY OF UNDER COOLED CARBONDIOXIDE WITH A CONSTANT PRESSURE OVER 40 BAR AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THE METHOD | |
| DE69308355T2 (en) | Pumping liquid gases | |
| EP3063335B1 (en) | Method for producing a contiguous ice body in a ground-freezing process | |
| DE2946197A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING AND TRANSPORTING NATURAL GAS | |
| DE102017008210B4 (en) | Device and method for filling a mobile refrigerant tank with a cryogenic refrigerant | |
| WO2012038357A1 (en) | Apparatus and method for cooling a super conducting machine | |
| EP2757199B1 (en) | Method and device for icing a soil mass | |
| DE3112291A1 (en) | Soil-freezing arrangement | |
| DE1433272A1 (en) | Process and container for the underground storage of liquid gas at a very low temperature | |
| DE2156420B2 (en) | DEVICE FOR FLOOR FREEZING USING LIQUID NITROGEN | |
| DE102015009290A1 (en) | Method for filling a refrigerant circuit of a motor vehicle | |
| DE2114538A1 (en) | Process for cooling an electrical organ in a chamber thermally insulated by heat shields | |
| DE3017122A1 (en) | DRILLING PROCESS | |
| DE102006046931A1 (en) | Indirect cooling system for cooling vehicle, individually connects heat exchangers with supply lines connected to liquefied gas storage container, without arranging phase disconnecting switches upstream of heat exchangers | |
| EP0377405A1 (en) | Artificial subterranean cavern for the storage of natural gas in the gaseous state at an elevated pressure and a low temperature, and method for its production | |
| EP1923569A1 (en) | Geothermal heat probe | |
| DE19850911C2 (en) | Liquid gas cooling system for cooling a consumer to low temperature | |
| EP3315669B1 (en) | Combination freezing head for nitrogen brine icing | |
| EP3441529B1 (en) | Device and method for the freezing of soil | |
| EP2658059B1 (en) | Pressure equalisation system for cryostat | |
| EP3450819B1 (en) | Method for filling a mobile coolant tank with a cryogenic coolant | |
| DE102023200257B3 (en) | Cryotank comprising a removal device | |
| EP4431789A1 (en) | Method and device for storing a liquid cryogenic medium |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |