凍結循環

凍結循環，是指豎井凍結法掘進工藝中，由氨、冷卻水和鹽水等二個循環所組成的冷卻系統。

基本介紹

• 中文名：凍結循環
• 外文名：Freeze cycle
• 學科：開採工程
• 領域：能源
• 範圍：地下開採
• 套用：豎井凍結法掘進工藝

簡介

凍結循環是指豎井凍結法掘進工藝中，由氨、冷卻水和鹽水等二個循環所組成的冷卻系統。其循環過程是：由冷媒劑(鹽水)吸收岩層的熱量，並把這部分熱量傳給製冷劑(液氨)，經壓縮作功後，氨把這部分熱量傳給冷卻水，冷卻水把熱量帶到大自然中。

氨循環

實際上是卡諾逆循環的熱功轉換過程。它是用氨作製冷劑、液氨在蒸發器中蒸發變為飽和蒸氣時，吸收蒸發器周圍鹽水中的熱量。使之成為低溫鹽水，而氨的飽和蒸氣則被壓縮機吸入井壓縮為過熱蒸氣，後經冷凝器冷卻成高壓飽和液氨，再通過節流閥減壓為低壓液氨而流人蒸發器中重新蒸發，構成氨循環。根據對製冷溫度的不同要求，氨循環有一級壓縮、二級壓縮等不同循環系統。

冷卻水循環

冷卻水用來冷卻氨的過熱蒸氣。在冷凝器中由於冷卻水的淋洗而把氨的過熱蒸氣的熱量帶走，使氨的溫度降到冷凝溫度而液化，而冷卻水則必須不停地循環流動，不斷補充部分新水。通常由水源、水泵、冷凝器、泄水溝、循環水池構成冷卻水循環系統。

鹽水循環

鹽水(冷媒劑)在製冷過程中起著傳遞冷量的作用。它從蒸發器外部的鹽水箱內取得冷量後，用鹽水泵排經乾管、配液圈、供液管進入各凍結器底部，再沿凍結管和供液管間的環形空間自下而上流動並吸收凍結管周圍地層的熱量而使地層降溫凍結，上升鹽水又經回液管、集液圈、乾管返回冷凍站的鹽水箱，構成鹽水循環。

凍結壓力成因

凍結壓力是指豎井凍結法掘進施工期間，凍結壁作用於井壁上的壓力。主要有並簡開掘後形成的二次應力場、土中水結冰時體積膨脹和某些粘性土層吸濕後自身體積膨脹等成因。一般以前兩者為主，但枯性土層特別是膨脹性大的粘土層則三者兼有，且以後者為主。

凍結壓力形成過程

凍結壓力隨時間變化，且受施工方式的影響。其形成過程是，在形成凍結壁的過程中，地層處於原岩應力狀態下凍結膨脹，產生附加應力場，使總的地應力升高，凍結壁內部積聚較多能量，當並筒開挖後，凍結壁的約束解除，應力重新分布。其內側產生塑性變形，井幫以不斷向並內位移形式釋放能量，砌壁使凍結壁位移受阻，便產生對井壁的壓力，這是凍結壁變形引起的變形壓力，它構成前期的凍結壓力。在砌築井壁後，尤其是採用混凝土井壁時，混凝土的水化熱使壁後凍土融化，此時凍結壓力下降；當融土在凍結孔供冷下又重新回凍時產生凍脹力，同時由於混凝土析出的多餘水分遷移到土層中，土體含水率增加，凍脹加劇，這些為回凍脹力，它使後期的凍結壓力回升以至達到最大值。當冷凍站停止供冷後，凍結壁溫度上升井開始自然解凍，凍結壓力逐漸下降並向永久地壓過渡。可見，凍脹力、回凍脹力等僅是凍結壓力的一部分、但有時是很主要的部分。

影響凍結壓力的因素

主要有原始地應力和二次應力場、土層性質、凍結深度、凍結溫度、井壁材料和構造、施工工藝等。不同條件下凍結壓力變化規律和最大值不同。一般砂性土凍結壓力很小，而粘性土特別是鈣質粘土層的凍結壓力則較大。凍結壓力尚無通用的理論公式計算，多用在井壁內安裝壓力盒等方式實側，設計井壁時可採用類比法參照條件相似的井筒的實測資料加以選取。