Yleisiä jäähdytysongelmia kaivostoiminnoissa

MIKSI Kaivosradiattorin Epäonnistuvat äärioireissa alustalla

Lämpöylikuormitus geotermisestä gradientista ja koneiden lämpökuormasta

Kaivosradiattorin käsitellään jatkuvaa lämpöstressiä, joka johtuu kahdesta pääongelmasta ja ylittää usein suunnitellut rajat. Maan sisällä lämpötila nousee sitä mukaa kun mennään syvemmälle. Jokaista kilometriä kohti lämpötila nousee noin 30 celsiusastetta. Tämä tarkoittaa, että erittäin syvissä kaivoksissa ympäröivä lämpötila voi nousta yli 79 asteeseen Celsius-asteikolla. Samanaikaisesti kaikki isot koneet, jotka toimivat jatkuvasti, tuottavat valtavasti ylimääräistä lämpöä. Porakoneet, lataajat – kaikki generoi hukkalämpöä vain toimiessaan jatkuvasti. Kun nämä tekijät yhdistetään, jäähdytinnesteen lämpötilat nousevat vaarallisen korkeiksi. Mitä sitten tapahtuu? Neste alkaa kiehua, höyryluukku ilmenee ja lopulta radiattori menettää kykynsä siirtää lämpöä tehokkaasti. Jos riittävää jäähdytystehoa ei ole saatavilla, materiaalit alkavat hajota tavallista nopeammin ja suorituskyky heikkenee vähitellen. Lopputuloksena on alaspäin vievä spiraali, jossa ylikuumeneminen saa laitteiston hidastumaan, mikä puolestaan tekee jäähdytyksestä entistä huonompaa, kunnes jokin rikkoutuu täysin ja sen täytyy vaihtaa.

Mekaaninen rasitus: värähtely, pölyn tunkeutuminen ja syövyttävät kaivoksen ilmakehät

Maanalaisissa olosuhteissa toimivat radietit kokevat vakavaa kulumista ympäristönsä vuoksi. Räjäytysoperaatioiden ja raskaiden koneiden liikuttamisen aiheuttama jatkuva tärinä luo pientä halkeilua ydinemateriaaleihin ja hitsauskohtiin ajan myötä. Ilmassa leijuvat pölyhiukkaset saavuttavat usein pitoisuuksia, jotka ylittävät 1 200 osaa miljoonasta TDS:ssä, ja ne laskeutuvat radiaattorien lamelleihin heikentäen lämmönsiirtotehokkuutta noin 40 prosenttia. Samalla jäähdytteen vesessä olevat mineraalit kerrostuvat limanomaiseksi saostumaksi, joka toimii eristeen tavoin. Maanalaisissa tiloissa esiintyy usein syöpäviä olosuhteita, joissa rikkikomponentteja on runsaasti ja maaperän vesi on hapan, mikä tekee syöpymisestä noin viisi kertaa nopeampaa kuin pinnalla havaitaan. Kaikki nämä ongelmat yhdittyvät huonoon tapaan: pienet tärinästä aiheutuvat halkeamat päästävät sisään kuluttavia pölyhiukkasia, kun taas syöpymisestä seuraa metallin heikkeneminen lisätärinän aiheuttamaa vahinkoa vastaan. Mitä tämä lopulta aiheuttaa? Vuodot ilmaantuvat varhain, minkä jälkeen jäähdytysjärjestelmät täysin lakkaavat toimimasta. Tämä ei ainoastaan riko kalliita laitteita, vaan altistaa myös työntekijöitä riskeille syvällä maan alla suoritettavien toimintojen aikana.

Kaivinkoneiden jäähdyttimien keskeiset suorituskyvyn rajoitukset todellisissa ilmanvaihtojärjestelmissä

Ilmavirtauksen rajoitukset: kitkahäviöt, kanavien vuotaminen ja ASHRAE-määräysten puutteet

Ilmanvaihtojärjestelmät kaivoksissa usein kamppailevat riittävän ilmavirran saamiseksi radiaattoreihin painehäviöiden vuoksi, jotka kertyvät ajan myötä. Putkien sisäpuolen korroosio aiheuttaa kitkaa, joka vähentää ilmavirtaa noin 15–30 prosenttia. Älkää myöskään unohtako vuotoja vanhoissa liitoksissa, mikä vain pahentaa tilannetta. Monet kaivokset eivät täytä ASHRAE:n vuoden 2020 mukaisia mukavuusstandardeja, joten työntekijöiden on pakko sietää kuumia kohtia, joissa tuleva ilma on huomattavasti lämpimämpää kuin suunniteltiin – joskus yli 8 astetta lämpimämpää. Tämän seurauksena radiaattorien on toimittava suuremmalla kuormalla kuin mitä ne on suunniteltu, noin 120–135 prosentin kapasiteetilla, mikä kuluttaa ne nopeammin. Jos ei ole tehty asianmukaista tietokonemallinnusta siitä, miten ilma todella virtaa järjestelmässä, tiheästi varustettujen alueiden lämmönsiirtokyky romahtaa alle 60 prosentin tehokkuuteen.

Veden laadun vaikutus: TDS > 1 200 ppm ja mineraalikertymät vähentävät lämmönsiirtotehokkuutta

Kaivosten vesi, jossa on liuenneita aineita yli 1200 ppm, alkaa muodostaa eristävää kalkkikerrosta radiaputkiin jo noin 400 käyttötunnin jälkeen. Tutkimuksen mukaan, joka julkaistiin ASME Journal of Heat Transferissä vuonna 2022, jo 1,5 mm paksu kalsiumkarbonaattikerros voi vähentää lämmönjohtavuutta lähes neljännekseen. Tämä saa ydintilavuuksien lämpötilat nousemaan 30–40 celsiusastetta turvallisena pidetyn arvon yli. Suljettuihin järjestelmiin liittyen piihapetepitoisuudet, jotka nousevat yli 150 ppm, muodostavat erittäin kovia, lasimaisia ja pintoihin kuin teippautuvia sedimenttejä. Huoltotiimeillä ei ole muuta vaihtoehtoa kuin laskea jäähdytteen virtausnopeutta noin 18–22 prosenttia paineen vakauttamiseksi, mikä tarkoittaa, että tietyt järjestelmän osat eivät enää saa riittävästi jäähdytystä. Kemiallinen puhdistus on edelleen täysin välttämätöntä, vaikka se maksaa noin 10 prosenttia vuosittaisista huoltokustannuksista ja aiheuttaa säännöllisiä toiminnan keskeytyksiä tehdasalalla.

Kaivoksen radiatoreiden heikon suorituskyvyn käyttöseuraukset

Työntekijöiden turvallisuusriskit: WBGT > 30 °C, väsymys ja ihmisten virhetiheyksien nousu

Viallisesti toimivat radiaattorit voivat nostaa kaivosten lämpötilan selvästi yli 30 asteen WBGT-asteikolla, mikä ylittää huomattavasti OSHA:n työntekijöille asettamat turvalliset rajat. Pitkään tähän lämpöön altistuneet ihmiset alkavat kokea ongelmia ajatuskyvyssään ja väsyvät paljon nopeammin. Tutkimukset osoittavat, että virheiden määrä nousee noin 12 prosenttia, kun ihmisillä on suoritettavanaan tärkeitä tehtäviä näissä olosuhteissa. Ongelma pahenee entisestään kapeissa tiloissa, kuten tunnelissa tai kellareissa, joissa ei ole riittävää ilmanvaihtoa jäähdyttämään tiloja. Ilman asianmukaista ilmanvaihdon säätöä rikkoutuneiden radiaattorien kompensoimiseksi onnettomuuksien todennäköisyys kasvaa merkittävästi, ja koko työpaikan turvallisuusjärjestelmä joutuu vaaraan.

Laitteiston kulumisilmiöt: Lämpörajoitus ohjelmoitavissa logiikkapiireissä (PLC) ja ohjauslaitteistoissa

Kun jäähdytys ei ole riittävää, se vaikuttaa huomattavasti sähköisten ohjausjärjestelmien toimintaan ja saa ohjelmoitavat logiikkapiirit (PLC:t) sekä niihin liittyvän laitteiston siirtymään suojautuvaan lämpötilanhallintatilaan. Seurauksena prosessointinopeus voi laskea noin 35–40 %, samalla kun komponenttien kulumisnopeus kasvaa tavallista nopeammin. Jos järjestelmät toimivat jatkuvasti yli kriittisen 85 asteen Celsius-asteen rajan, niiden käyttöikä lyhenee noin 15 %. Maanalaiset kaivostoiminnot kohtaavat tässä erityisiä haasteita, koska luotettava jäähdytys on olennaisen tärkeää tuotannon sujuvalle jatkumiselle. Kun jäähdytys epäonnistuu näissä olosuhteissa, se ei ainoastaan pysäytä yhtä osaa prosessista, vaan saattaa pysäyttää kokonaisia toiminta-alueita odottamatta.

Todettuja lievitysstrategioita luotettavaan kaivosradiatorin toimintaan

Säilyttääksemme radiatoreiden hyvän suorituskyvyn vaativissa maanalaisissa olosuhteissa, meidän on todella mentävä eteenpäin ajatellen ja yhdistettävä eri ratkaisuja. Ultraherkkä deskaalauksen tekeminen joka kolmas kuukausi auttaa poistamaan mineraalisten kertymien muodostumista ennen kuin ne alkavat häiritsemään lämmön siirtymistä järjestelmän läpi, mikä tulee erityisen tärkeäksi, kun kokonaisliuenet aineet saavuttavat noin 1 200 osia miljoonaa kohti. Tämän huoltotoimenpiteen rinnalla on järkevää asentaa värähtelyjousia vaimentavia kiinnikkeitä sekä valita korroosion kestäviä materiaaleja kuten vanha tuttu duplex-ruostumaton teräs tai alumiini-silicon-hiottu ytimet, joita monet insinöörit uskovat. Lämpötilanhallinnan osalta ei mitään ylitä älykkäiden, internetiin kytkettyjen lämpötila-antureiden asentamista. Nämä pienet laitteet voivat säätää tuuletinnopeutta täysin itsenäisesti aina kun ulkolämpötila nousee yli 40 asteen Celsius-asteen. Kaikkien näiden lähestymistapojen yhdistäminen estää ohjausjärjestelmien hidastumisen lämpöongelmien vuoksi ja pitää kostean termometrin globin lämpötilan alle 30 asteen turvallisuusrajan, mikä tarkoittaa laitteiston pidentynyttä käyttöikää ja turvallisempia työskentelyolosuhteita kokonaisuudessaan.

UKK

Miksi kaivosten jäähdytysradietit epäonnistuvat ääriolosuhteissa?

Kaivosten jäähdytysradietit epäonnistuvat ääriolosuhteissa lämpöylikuormituksen vuoksi, joka aiheutuu sekä geotermisistä gradienteista että koneiden lämpökuormista, sekä mekaanisesta rasituksesta, johon kuuluvat värähtelyt, pölyn tunkeutuminen ja syövyttävät kaivoksen ilmakehät.

Mitkä ovat yleisiä merkkejä jäähdytysradien heikosta suorituskyvystä kaivosoperaatioissa?

Yleisiä merkkejä ovat ylikuumenevat laitteet, nousseet jäähdytinnesteiden lämpötilat, alentunut järjestelmän tehokkuus sekä mahdolliset vuodot tai järjestelmän täydellinen rikkoutuminen.

Miten huono vedenlaatu vaikuttaa kaivosten jäähdytysradiateihin?

Korkea kokonaisliuenneiden määrä (TDS) ja mineraalikertymät vähentävät lämmönsiirtotehokkuutta, mikä johtaa ydinten lämpötilan nousuun ja mahdollisiin järjestelmävikoja.

Mitä lievitysstrategioita voidaan käyttää luotettavaan radiaattoritoimintaan kaivoksissa?

Strategioita ovat ulträäänellä tapahtuva kalkinpoisto, korroosiosietoisia materiaaleja, värähtelyjä vaimentavia kiinnikkeitä sekä älykkäitä lämpötila-antureita, joilla hallitaan jäähdytystä tehokkaammin.