[发明专利]一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结系统及方法

说明书

本发明公开了一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结系统及方法，包括液氮储藏罐、低温氮气储藏罐、低温氮气分配器和制冷管路，所述液氮储藏罐与所述低温氮气储藏罐相连输入液氮，所述低温氮气储藏罐通过管路连接到所述低温氮气分配器，所述制冷管路包括若干个冻结器组，所述低温氮气分配器分别连接到各个冻结器组，所述低温氮气分配器包括与所述低温氮气储藏罐相连的进气口和若干分别连接到不同冻结器组出气口，所述冻结器组包括相互串连的若干冻结管，并具有将最后冻结管与所述低温氮气储藏罐连接的循环管路。本发明解决了现有技术直接通入液氮生成的氮气最终排出时温度仍然很低，没能充分利用低温氮气的冻结效果，还会误伤现场人员的问题。

技术领域

本发明涉及一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结系统及方法。

背景技术

冻结法于1955年由波兰引入到中国，此后伴随采矿业的发展逐渐在国内推广应用。目前，我国采用人工地层冻结法施工得到的冻结深度已排在世界前列，冻结法被广泛地应用于矿山、桥梁、地铁隧道以及抢险修复等各项工程中，并取得了较好的工程效果。人工地层冻结法主要分为间接冻结法如盐水冻结和直接冻结法如液氮冻结。相比于盐水冻结，液氮冻结有以下优点：一是系统简单，设备使用少；二是冻结速度快，冻土强度高；三是土体冻胀融沉远小于盐水冻结系统；四是液氮挥发后，释放到大气中，绿色环保。液氮冻结工艺可称为“快速冻结工艺”。但是，液氮冻结法优于液氮制造和降温过程等能量消耗过高，储存和运输条件苛刻，成本较高，故制约了液氮冻结在工程中的广泛应用。

现有技术中液氮冻结法通常是将液氮直接通入冻结器，液氮在冻结器内汽化，能大幅降低温度，为了充分利用汽化后低温氮气的冷却效果，通常会将多个冻结器串联形成冻结器组，低温氮气依次经过多个冻结器。但是这种结构之后排出的氮气通常仍能达到-60℃左右，如果继续连接冻结器会难以通过控制液氮进入量来控制氮气的压力，无法保证氮气的输送稳定，影响冻结效果的稳定，若直接排出则浪费了低温氮气，还有可能误伤现场人员。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结系统及方法，以解决现有技术中直接通入液氮生成的氮气最终排出时温度仍然很低，没能充分利用低温氮气的冻结效果，还会误伤现场人员的问题。

所述的一种低温氮气循环制冷的人工地层冻结系统，包括液氮储藏罐、低温氮气储藏罐、低温氮气分配器和制冷管路，所述液氮储藏罐与所述低温氮气储藏罐相连输入液氮，所述液氮储藏罐的出口上设有出液阀门，所述低温氮气储藏罐中液氮汽化吸热生成低温氮气，所述低温氮气储藏罐通过管路连接到所述低温氮气分配器，所述低温氮气储藏罐出口设有出气阀门，所述制冷管路包括若干个冻结器组，所述低温氮气分配器分别连接到各个冻结器组，所述低温氮气分配器包括与所述低温氮气储藏罐相连的进气口和若干分别连接到不同冻结器组出气口，所述出气口上分别设有控制阀门和压力流量检测器，所述冻结器组包括相互串连的若干冻结管，并具有将最后冻结管与所述低温氮气储藏罐连接的循环管路。

优选的，所述冻结管包括第一冻结管、中间冻结管和最后冻结管，所述第一冻结管和各个中间冻结管上均设有插入冻结管底部的进气管和设在所述冻结管顶部的连接管，第一冻结管的进气管直接连接所述低温氮气分配器，所述第一冻结管的连接管连接到一个中间冻结管的进气管，一个中间冻结管的连接管与下一个冻结管的进气管，所述最后冻结管上设有插入冻结管底部的进气管和两个设在所述冻结管顶部的出气管，所述最后冻结管上的进气管连接到上一个中间冻结管上的连接管，所述出气管包括连接到所述低温氮气储藏罐的循环出气管和连通外界大气的外排出气管，所述外排出气管上设有阀门。

优选的，所述进气管在位于距所述冻结管底部4米范围内的侧壁上均匀开孔形成花管，所述外排出气管对天空直放且所述外排出气管的出口高于自然地坪2米以上，所述进气管通过不锈钢软管连接所述低温氮气分配器，所述循环出气管通过不锈钢软管连接所述低温氮气储藏罐。