Voordelen voor de klant
Gedurende de afgelopen twee decennia heeft grondbevriezing met vloeibaar stikstof (LIN) zich ontwikkeld van een exotische gastoepassing met vele onzekerheden tot een standaardprocedure voor het behandelen van onstabiele grond en lekkages.
Het gebruik van dit procedé in samenwerking met onze experts biedt veel voordelen:
Wij hebben grote hoeveelheden specialistische apparatuur op voorraad, zodat een LIN-bevriezingsinstallatie snel kan worden geplaatst
De vereiste investeringen voor een LIN-bevriezingsinstallatie bedragen slechts een fractie van het benodigde bedrag voor een brijnvrieseenheid.
De temperatuur van de bevroren grond is aanmerkelijk lager dan bij gebruik van een brijnvrieseenheid, zodat een grotere bodemstabiliteit wordt bereikt
Door de lage temperatuur van LIN (-196 °C) is het mogelijk grond in 4 tot 7 dagen te bevriezen; aanmerkelijk sneller dan bij bevriezing met brijn, wat gemakkelijk een maand in beslag kan nemen
Milieuvriendelijk proces, geen gevaarlijke stoffen, geen vibraties en geen vervuiling of extractie van grondwater
Automatisch functionerend proces
Flexibel bij het afbakenen van het te bevriezen gebied
Combinatie van dichting en statische ondersteuning
Hoge tolerantie voor bodemvochtigheid (5 – 100%)
Bevroren aarde is 100% waterdicht, dus geen lekkage
De hardheid van bevroren aarde is vergelijkbaar met die van beton
De verharding van de bodem is slechts tijdelijk. Nadat de LIN-toevoer wordt afgesloten, ontdooit de bevroren grond binnen enkele weken.
Vloeibaar stikstof
Het vloeibare stikstof (LIN) wordt gemaakt in luchtseparatie-installaties. LIN heeft een temperatuur van -196 °C en wordt opgeslagen in vacuümgeïsoleerde tanks met een volume van ongeveer 10.000 liter.
Procesbeschrijving van de installatie
De koperen bevriezingspijpen, met een standaarddiameter van 54 mm, worden geïnstalleerd met een gemiddelde onderlinge afstand van 0,5 tot 0,8 meter. Aan de binnenkant van het gebied worden valpijpen met een diameter van 10 tot 12 mm geïnstalleerd.
Bevriezing
Het LIN wordt de pijpen in geleid via geïsoleerde toevoerleidingen. Hierbij verdampt het LIN, waarbij 1 kg LIN ca. 200 kJ aan energie onttrekt aan de omringende grond, zodat deze afkoelt en bevriest.
Het verdampte, koude gasvormige stikstof (GAN), ook wel uitlaatgas genoemd, onttrekt nog eens 100 kJ aan de omringende grond. De temperatuur van het uitlaatgas wordt gebruikt voor de aansturing van een elektromagnetische regelklep. Op deze manier worden een gelijkmatige stikstofstroom en het efficiëntste gebruik van LIN gegarandeerd.
Na verloop van tijd breiden de bevroren gebieden rond de bevriezingspijpen zich zover uit, dat ze elkaar raken, in elkaar overgaan en uiteindelijk een gesloten, waterdichte muur vormen. Dit proces levert na ongeveer een week een bevroren muur van ongeveer 1 meter dik op.
Deze zogenoemde bevriezingsfase duurt doorgaans vier tot zeven dagen. Het totale LIN-verbruik is in deze periode ongeveer 1500 tot 2500 liter LIN per m³ bevroren grond. Deze hoeveelheid kan worden beïnvloed door geologische invloeden (warmtebronnen, waterstromen etc.)
De bevriezing in stand houden
Tijdens de daaropvolgende, zogenoemde instandhoudingsfase wordt de LIN-toevoer verlaagd. Het bevroren gebied stopt met groeien en behoudt zijn volume. Er is ongeveer 90 liter LIN per dag nodig om 1 m³ bevroren grond in stand te houden.
De bevriezing opheffen
Als de LIN-toevoer wordt gestopt, begint het bevroren bodemlichaam te ontdooien. Na enkele weken is de bevriezing geheel opgeheven.
Een bevriezingslocatie ontwerpen
Wanneer een bevriezingsontwerp wordt gemaakt voor statische ondersteuning en/of afdichtingsdoeleinden, moet er met veel factoren rekening worden gehouden.
De twee belangrijkste doelen die bereikt moeten worden, zijn:
Maximale veiligheid
Minimaal LIN-verbruik.
Wij hebben in de afgelopen 30 jaar ervaring opgedaan bij meer dan 100 bevriezingsprojecten en veel basisonderzoeken, zodat we de beste oplossing kunnen bieden.
Volledige dienstverlening
Wij leveren niet alleen vloeibaar stikstof. Wij kunnen het volgende bieden, afhankelijk van uw behoeften:
Statische berekeningen
Boren
Installatie
Onderhoud.
Wereldwijde dekking
In samenwerking met onze gespecialiseerde industriële-dienstverleningsgroep kunnen we onze kwaliteit wereldwijd garanderen. Onze recente projecten in Singapore, inmiddels zijn dat er vijf, zijn op schema ondanks zeer moeilijke omstandigheden (45 m onder de grond, bodemtemperatuur 26 °C, sterke luchtstromingen in de tunnel).
Een casestudy
In Bielefeld, Duitsland, moest een tunnel door een aantal verschillende geologische formaties worden gegraven.
In een gedeelte van het traject kwam het tunneldak gedeeltelijk door quaternaire lagen te liggen, waarin een alluviale geul, bestaande uit dicht, slibachtig zand bleek te zitten. In dit onstabiele gedeelte van ongeveer 50 m lang werd de tunnelbuis gemaakt onder een 'afdak' van met stikstof bevroren grond.
Hierbij moest rekening worden gehouden met het feit, dat de tunnel onder een park met oude eiken door kwam te lopen. De relatief dunne laag grond (7 m) boven de tunnel en het feit dat de watervoorziening voor de bomen in stand moest worden gehouden, waren belangrijke factoren bij de beslissing om voor stikstofbevriezing te kiezen.
Als bevriezingsontwerp werd een dakachtige vorm gekozen, met een hoek van 45°. De bevriezingspijpen strekten zich uit tot in het waterdichte keileem. Om de wortels van de eikenbomen te beschermen tegen vorstschade waren de bovenkanten van de bevriezingspijpen geïsoleerd. Hierdoor werd ook het volume van de te bevriezen grond kleiner, zodat minder vloeibaar stikstof nodig was.
Om de veiligheid te vergroten werden er vijf scheidingswanden ontworpen. Doordat er vijf secties waren, elk met een lengte van 10 m, konden er veel minder bevriezingscircuits worden gebruikt. Per sectie waren ongeveer 24 bevriezingspijpen voor het dak en acht bevriezingspijpen voor de scheidingswand benodigd.
Deze 32 bevriezingscircuits werden aangestuurd vanuit ons speciaal ontworpen mobiele procesbewakingssysteem in een container, waarmee ook het verloop van het proces werd gedocumenteerd.
De bevriezingsinstallatie, en daarmee het beschermende dak, werd verplaatst van de ene sectie naar de volgende naarmate het werk aan de tunnel vorderde. Nadat de alluviale geul was gepasseerd werd de bevriezingsinstallatie verwijderd. In het park met zijn historische bomen is geen spoor te zien van het complexe bouwproject dat eronder heeft plaatsgevonden.