科研進展
西北研究院在防治埋地原油管線凍土融沉災(zāi)害研究方面獲新進展
中俄原油管線（CRCOP）在運營過程中，面臨途經(jīng)多年凍土區(qū)的埋地管線發(fā)生凍脹、融沉等凍土病害問題。多年凍土區(qū)管道不均勻沉降可能引發(fā)管道變形，還可能會導(dǎo)致管道失穩(wěn)，造成經(jīng)濟損失。因此，如何有效防治高油溫誘發(fā)的融沉問題，成為確保中俄原油管線穩(wěn)定運營的關(guān)鍵。
基于上述科學(xué)問題，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研團隊研究提出一種新型倒T型碎石管道路堤（ITCPE）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于“煙囪效應(yīng)”原理，利用管道自身熱量強化對流，可更有效地帶走管道熱量，冷卻凍土。此外，基于現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的實測邊界，結(jié)合多孔介質(zhì)及相變理論，對ITCPE、無保護管道路堤（UPE）和傳統(tǒng)水平碎石管道路堤（THCPE）結(jié)構(gòu)在長期運行過程中的熱效應(yīng)進行了長期數(shù)值預(yù)測。研究結(jié)果表明，無論是有保溫層的埋地管道結(jié)構(gòu)、無防護的管堤結(jié)構(gòu)，還是傳統(tǒng)的水平碎石管堤結(jié)構(gòu)，都無法很好地解決中俄原油管線融沉問題。但新型ITCPE結(jié)構(gòu)可以有效減緩管道融沉問題，而且在管道運營50年內(nèi)可顯著維持管堤下伏凍土的人為凍土上限高度。相關(guān)研究結(jié)果為中俄原油管線提供了技術(shù)支持，同時也為全球多年凍土區(qū)其他管道工程的設(shè)計和維護提供科學(xué)參考。
該成果以Thaw?bulb?formation?surrounding warm- oil?pipelines?and?evaluation?of?the?cooling?performance?of?a?new?airconvection?pipeline?embankment?structure為題發(fā)表于愛思唯爾旗下Energy期刊。
西北研究院曹亞鵬助理研究員為論文第一作者，李國玉研究員為論文通訊作者，馬巍研究員等為論文共同作者。該研究獲中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）、凍土工程國家重點實驗室自主研發(fā)項目和國家自然科學(xué)基金項目等項目共同資助。
圖1?(a)?地表沉降(b)、(c)管溝積水(d)管-土相互作用示意圖
圖2?新型ITCPE結(jié)構(gòu)示意圖
圖3?三種管堤結(jié)構(gòu)運營50年內(nèi)融化圈演化
圖4?(a)UPE(b)THCPE和(c)ITCPE在不同深度處地溫變化
圖5?ITCPE結(jié)構(gòu)中多孔介質(zhì)層冷暖季對流?(a)暖季?(b)冷季
