التحديات الشائعة في التبريد بعمليات التعدين

لماذا المبردات للتعدين التعرض للعطل في الظروف القاسية تحت الأرض

الحمل الحراري الزائد الناتج عن التدرج الحراري الجوفي وحمل حرارة المعدات

المبردات للتعدين تتعامل مع إجهاد حراري مستمر ناتج عن مشكلتين رئيسيتين غالباً ما تت sobrepasan التصميم المقصود لها. من الأسفل، تزداد حرارة الأرض نفسها كلما نحفر أعمق. فمع كل كيلومتر تحت سطح الأرض، ترتفع درجات الحرارة بنحو 30 درجات مئوية. وهذا يعني أنه في المناجم العميقة جداً، يمكن أن تصل درجات الحرارة المحيطة إلى أكثر من 79 درجات مئوية. في الوقت نفسه، فإن جميع تلك الآلات الكبيرة التي تعمل باستمرار تولّد كميات هائلة من الحرارة الزائدة. أجهيز الحفر، والماكينات الحاملة، وكل شيء يولد حرارة هدرية فقط من العمل المستمر. وعند دمجها، فإن هذه العوامل تدفع درجات حرارة سوائل التبريد إلى مستويات خطرة. فماذا يحدث بعد ذلك؟ تحدث عملية الغليان، ويحدث قفل بخاري، وفي النهاية يفقد المبرد قدرته على نقل الحرارة بشكل فعّال. وإذا لم تتوفر قدرة تبريد كافية، تبدأ المواد في التتفتت بوتيرة أسرع من المعتاد، وتتراجع الأداء تدريجياً. والنتيجة هي حلقة تردي تؤدي إلى تبطئ المعدات بسبب ارتفاع الحرارة، مما يجعل التبريد أسوأ، إلى أن يحدث عطل كلي ويصبح هناك حاجة للاستبدال.

الإجهاد الميكانيكي: الاهتزاز، دخول الغبار، والجو المناجم المسبب للتآكل

تتعرض المبردات في البيئات تحت الأرضية إلى تآكل شديد ناتج عن الظروف المحيطة. يؤدي الاهتزاز المستمر الناتج عن عمليات التفجير وحركة الآلات الثقيلة إلى ظهور تشققات صغيرة في المواد الأساسية ونقاط اللحام مع مرور الوقت. غالباً ما تصل جزيئات الغبار العالقة في الهواء إلى مستويات تتجاوز 1200 جزء في المليون من المواد الصلبة الكلية (TDS)، والتي تستقر على زعانف المبرد وتقلل كفاءة انتقال الحرارة بنسبة تقارب 40 بالمئة. وفي الوقت نفسه، تتراكم المعادن المعلقة في ماء التبريد على هيئة رواسب ترسبية تعمل كعازل حراري. كما تتميز المناطق تحت الأرضية ببيئات تآكلية تحتوي على كميات كبيرة من مركبات الكبريت إضافة إلى المياه الجوفية الحمضية، مما يجعل عملية التآكل تحدث بسرعة تزيد بنحو خمس مرات مقارنة بما نراه على السطح. جميع هذه المشكلات تتضافر بشكل سلبي: فالتشققات الصغيرة الناتجة عن الاهتزازات تسمح بدخول جزيئات الغبار الكاشطة، بينما يجعل التآكل المعدن أكثر ضعفاً أمام أضرار الاهتزاز الإضافية. وماذا يحدث في النهاية؟ تظهر التسريبات في وقت مبكر، تليها أعطال كاملة في أنظمة التبريد. وهذا لا يؤدي فقط إلى تعطل المعدات باهظة الثمن، بل يعرّض أيضًا حياة العمال للخطر أثناء العمليات العميقة تحت السطح.

القيود الرئيسية في أداء مشعاعات التعدين ضمن أنظمة التهوية الواقعية

قيود تدفق الهواء: الفاقد بسبب الاحتكاك، تسرب القنوات، وفجوات المطابقة مع معايير ASHRAE

غالبًا ما تواجه أنظمة التهوية تحت الأرض صعوبة في توفير تدفق كافٍ للهواء إلى المبردات بسبب تراكم خسائر الضغط مع مرور الوقت. يؤدي التآكل داخل القنوات إلى احتكاك يقلل من تدفق الهواء بنسبة تتراوح بين 15 إلى 30 بالمئة تقريبًا. ولا ننسَ التسربات الموجودة في وصلات الأنابيب القديمة التي تزيد الوضع سوءًا. لا تلتزم العديد من المناجم بمعايير الراحة الصادرة عن ASHRAE لعام 2020، وبالتالي يضطر العمال إلى التعامل مع مناطق ساخنة حيث يصبح الهواء الداخل أكثر حرارة بكثير مما ينبغي، وأحيانًا يكون أعلى بدرجة حرارة تصل إلى أكثر من 8 درجات مئوية مقارنةً بالمستوى المخطط له. وعند حدوث ذلك، يجب على المبردات العمل بجهد أكبر من تصميمها الأصلي، حيث تعمل بنسبة قدرة تتراوح بين 120 إلى 135 بالمئة، مما يؤدي إلى استهلاكها بشكل أسرع. وإذا لم يتم إجراء نمذجة حاسوبية مناسبة للتحقق من كيفية تدفق الهواء فعليًا عبر النظام، فإن القدرة على طرد الحرارة في المناطق المزدحمة بالمعدات تنخفض إلى أقل من 60 بالمئة من الكفاءة.

تأثير جودة المياه: المواد الصلبة الذائبة الكلية > 1,200 جزء في المليون، وتراكم المعادن يقلل من كفاءة انتقال الحرارة

يبدأ تشكيل رواسب عازولة على أنابيب المبرد بعد حوالي 400 ساعة من التشغيل فقط عندما تحتوي المياه المستخرجة من المناجم على أملاح مذابة إجمالية تزيد عن 1200 جزء في المليون. وفقًا للبحث المنشور في دورية ASME للنقل الحراري عام 2022، يمكن لطبقة بسماكة 1.5 مم من كربونات الكالسيوم أن تقلل التوصلية الحرارية بنحو ربع. ما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة الأساسية بين 30 إلى 40 درجات مئوية عن الحد الآمن. عند التعامل مع الأنظمة ذات الدورة المغلقة، فإن ارتفاع مستويات السيليكا فوق 150 جزء في المليون يؤدي إلى تشكيل رواسب صلدة وشبيهة بالزجاج تلتصق بالأسطح كالمادة اللاصقة. لا يملك فرق الصيانة خيار سوى خفض معدل تجريان المبرد بنسبة تتراوح بين 18 إلى 22 بالمئة للحفاظ على ضغط ثابت، ما يعني أن بعض أجزاء النظام لم تعد تحظى بالتبريد الكافي. تبقى التنظيف الكيميائي ضرورة مطلقة على الرغم من تكلفته التي تبلغ نحو 10 بالمئة من مصاريف الصيانة السنوية وتسبب انقطاعات منتظمة في العمليات عبر أرض المصنع.

النتائج التشغيلية لانخفاض أداء المبردات في المناجم

مخاطر سلامة العمال: مؤشر درجة حرارة ك Globe الرطبة (WBGT) أعلى من 30°م، والإرهاق، وزيادة معدلات الأخطاء البشرية

يمكن أن تؤدي المبردات التي لا تعمل بشكل صحيح إلى رفع درجات الحرارة تحت الأرض إلى أكثر من 30 درجة مئوية على مقياس WBGT، وهو ما يتجاوز بكثير الحد الآمن الذي تحدده إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) للعمال. ويبدأ الأشخاص المعرضون لهذا النوع من الحرارة لفترات طويلة بالمعاناة من ضعف القدرات الإدراكية ويشعرون بالإرهاق بشكل أسرع بكثير. وتُظهر الدراسات أن الأخطاء تزداد بنسبة حوالي 12 بالمئة عندما يُطلب من الأشخاص تنفيذ مهام حاسمة في هذه الظروف. ويزداد الوضع سوءًا في المساحات الضيقة مثل الأنفاق أو الطوابق السفلية، حيث لا يوجد تهوية جيدة لتبريد الجو. وفي غياب التهوية المناسبة لتعويض عطل المبردات، تصبح الحوادث أكثر احتمالاً بشكل كبير، مما يعرض برنامج السلامة في مكان العمل ككل للخطر.

تدهور المعدات: التقييد الحراري في وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) والأجهزة التحكمية

عندما لا تكون التبريد كافية، فإن ذلك يؤثر بشكل كبير على أنظمة التحكم الإلكترونية، مما يدفع وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) والأجهزة الداعمة لها إلى الوضع الوقائي للتقييد الحراري. والنتيجة؟ يمكن أن تنخفض سرعة المعالجة بنسبة تتراوح بين 35-40%، في حين تبدأ المكونات بالاهتراء بوتيرة أسرع من المعتاد. إذا عملت هذه الأنظمة باستمرار فوق العلامة الحرجة البالغة 85 درجة مئوية، فإن عمرها الافتراضي يقل بنحو 15%. تواجه عمليات التعدين تحت الأرض تحديات خاصة في هذا المجال، حيث أن التبريد الموثوق به هو ما يحافظ على سير الإنتاج بسلاسة. وعندما يفشل التبريد في هذه البيئات، فإنه لا يتسبب فقط في توقف جزء واحد من العملية، بل يؤدي إلى توقف كامل لأقسام بأكملها عن العمل بشكل مفاجئ.

استراتيجيات إثباتت فعاليتها للتشغيل الموثوق لمبردات التعدين

للحفاظ على أداء المبردات بشكل جيد في البيئات تحت الأرضية القاسية، نحتاج حقًا إلى التفكير المسبق ودمج حلول مختلفة معًا. يساعد إجراء إزالة الترسبات باستخدام الموجات فوق الصوتية كل ثلاثة أشهر في التخلص من التراكمات المعدنية قبل أن تبدأ بالتأثير على انتقال الحرارة عبر النظام، وهو أمر يصبح بالغ الأهمية بمجرد وصول مجموع المواد الذائبة إلى حوالي 1,200 جزء في المليون. إلى جانب هذا الإجراء الصيانة، من المنطقي تركيب دعامات تمتص الاهتزازات واستخدام مواد مقاومة للتآكل مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الثنائي (duplex stainless steel) أو النوى الملحومة من الألومنيوم والسيليكون التي يعتمد عليها كثير من المهندسين. وفيما يتعلق بإدارة درجات الحرارة، لا شيء يضاهي تركيب أجهزة استشعار ذكية للحرارة متصلة بالإنترنت. يمكن لهذه الأجهزة الصغيرة تعديل سرعة المراوح تلقائيًا كلما ارتفعت درجة الحرارة الخارجية عن 40 درجة مئوية. يؤدي تجميع جميع هذه الأساليب معًا إلى منع أنظمة التحكم من التباطؤ الناتج عن مشكلات الحرارة والحفاظ على درجة حرارة الكروية الرطبة أقل من الحد الآمن البالغ 30 درجة مئوية، ما يعني عمرًا أطول للمعدات وظروف عمل أكثر أمانًا بشكل عام.

الأسئلة الشائعة

لماذا تفشل مشعاعات التعدين في الظروف القاسية؟

تفشل مشعاعات التعدين في الظروف القاسية بسبب الحمل الحراري الزائد الناتج عن التدرجات الحرارية الأرضية وحرارة المعدات، وكذلك الإجهاد الميكانيكي الناتج عن الاهتزازات ودخول الغبار والبيئات المناجم المسببة للتآكل.

ما هي العلامات الشائعة لضعف أداء المشعاع في عمليات التعدين؟

تشمل العلامات الشائعة ارتفاع درجة حرارة المعدات، وزيادة درجات حرارة السوائل المبردة، وانخفاض كفاءة النظام، وحدوث تسريبات محتملة أو أعطال كاملة في أنظمة التبريد.

كيف تؤثر جودة المياه الرديئة على مشعاعات التعدين؟

تؤدي المياه ذات محتوى مرتفع من المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والتراكمات المعدنية إلى تقليل كفاءة نقل الحرارة، مما يسبب ارتفاع درجات حرارة القلب المبرد وأعطالًا نظامية محتملة.

ما هي استراتيجيات التخفيف التي يمكن استخدامها لتشغيل المشعاع بشكل موثوق في المناجم؟

تشمل الاستراتيجيات استخدام إزالة الترسبات بالموجات فوق الصوتية، والمواد المقاومة للتآكل، وتركيب دعامات عازلة للهزة، وتطبيق مستشعرات ذكية لدرجة الحرارة لإدارة التبريد بشكل أكثر فعالية.