Défis courants de refroidissement dans les opérations minières

POURQUOI Radiateurs miniers robustes Échouent dans des conditions extrêmes souterraines

Surcharge thermique due au gradient géothermique et à la charge thermique des machines

Radiateurs miniers robustes faire face à une contrainte thermique constante provenant de deux problèmes majeurs qui dépassent souvent les limites pour lesquelles les systèmes ont été conçus. En dessous, la Terre elle-même devient plus chaude à mesure que l'on creuse en profondeur. Pour chaque kilomètre sous terre, la température augmente d'environ 30 degrés Celsius. Cela signifie que dans les mines très profondes, les températures ambiantes peuvent dépasser 79 degrés Celsius. En même temps, toutes ces grosses machines fonctionnant en continu produisent d'importantes quantités de chaleur supplémentaire. Les appareils de forage, les chargeuses, tout génère de la chaleur résiduelle simplement en fonctionnant sans interruption. Lorsqu'elles sont combinées, ces facteurs font monter la température du liquide de refroidissement à des niveaux dangereux. Que se passe-t-il ensuite ? L'ébullition se produit, un phénomène de vapor lock apparaît, et finalement le radiateur perd sa capacité à transférer efficacement la chaleur. Si la puissance de refroidissement disponible est insuffisante, les matériaux commencent à se dégrader plus rapidement que la normale et les performances diminuent progressivement. Le résultat est une spirale descendante où la surchauffe ralentit l'équipement, ce qui empire encore davantage le refroidissement jusqu'à ce qu'un composant finisse par céder complètement et doive être remplacé.

Contrainte mécanique : Vibrations, pénétration de poussière et atmosphères minières corrosives

Les radiateurs en milieu souterrain subissent une usure importante due à leur environnement. Les vibrations constantes provoquées par les opérations de tir et le déplacement de machines lourdes créent au fil du temps de minuscules fissures dans les matériaux du noyau et au niveau des soudures. Les particules de poussière en suspension dans l'air atteignent souvent des concentrations supérieures à 1 200 parties par million de MTS, ce qui se dépose sur les ailettes des radiateurs et réduit l'efficacité du transfert thermique d'environ 40 pour cent. Par ailleurs, les minéraux présents dans l'eau de refroidissement s'accumulent sous forme de tartre, agissant comme un isolant. Les zones souterraines présentent souvent des conditions corrosives avec de nombreux composés soufrés ainsi que des eaux souterraines acides, ce qui accélère la corrosion d’un facteur cinq par rapport au niveau du sol. Tous ces problèmes s’aggravent mutuellement : les petites fissures dues aux vibrations laissent pénétrer des particules abrasives de poussière, tandis que la corrosion fragilise davantage le métal face aux dommages causés par les vibrations ultérieures. Quel est le résultat final ? Des fuites apparaissent précocement, suivies de pannes complètes des systèmes de refroidissement. Cela entraîne non seulement l’arrêt d’équipements coûteux, mais met également en danger les travailleurs lors des opérations menées en profondeur.

Limites de performance clés des radiateurs miniers dans les systèmes de ventilation réels

Restrictions de débit d'air : pertes par friction, fuites dans les conduits et écarts par rapport à la conformité ASHRAE

Les systèmes de ventilation souterrains ont souvent du mal à fournir un flux d'air suffisant aux radiateurs en raison des pertes de pression qui s'accumulent au fil du temps. La corrosion à l'intérieur des conduits crée une friction qui réduit le débit d'air d'environ 15 à même 30 pour cent. Et n'oublions pas les fuites au niveau des anciens raccords de tuyau, ce qui aggrave encore la situation. De nombreuses mines ne respectent pas les normes de confort ASHRAE de 2020, si bien que les travailleurs doivent faire face à des points chauds où l'air entrant devient nettement plus chaud qu'il ne le devrait, parfois de plus de 8 degrés Celsius au-dessus de la température prévue. Lorsque cela se produit, les radiateurs doivent fonctionner au-delà de leur capacité initiale, à environ 120 à 135 pour cent, ce qui accélère leur usure. En l'absence de modélisation informatique adéquate pour vérifier la manière dont l'air circule réellement dans le système, dans les zones densément équipées, la capacité d'évacuation de la chaleur chute en dessous de 60 pour cent d'efficacité.

Impact sur la qualité de l'eau : TDS > 1 200 ppm et formation d'entartrage minéral réduisant l'efficacité du transfert thermique

L'eau provenant des mines contenant plus de 1 200 ppm de matières dissoutes commence à former un tartre isolant sur les tubes des radiateurs après seulement environ 400 heures de fonctionnement. Une couche de carbonate de calcium de seulement 1,5 mm peut réduire la conductivité thermique d'environ un quart, selon une recherche publiée en 2022 dans le journal ASME Journal of Heat Transfer. Cela provoque une augmentation des températures internes comprise entre 30 et 40 degrés Celsius au-delà du seuil considéré comme sécuritaire. Dans les systèmes à circuit fermé, lorsque la teneur en silice dépasse 150 ppm, des dépôts très durs et vitrifiés se forment et adhèrent aux surfaces comme de la colle. Les équipes de maintenance n'ont d'autre choix que de réduire les débits de liquide de refroidissement d'environ 18 à 22 pour cent afin de maintenir la stabilité des pressions, ce qui signifie que certaines parties du système ne reçoivent désormais plus un refroidissement suffisant. Le nettoyage chimique reste absolument nécessaire, malgré son coût représentant environ 10 % des frais annuels de maintenance et provoquant des interruptions régulières des opérations sur le plancher usine.

Conséquences opérationnelles d'un mauvais fonctionnement du radiateur dans les mines

Risques pour la sécurité des travailleurs : WBGT > 30 °C, fatigue et taux d'erreurs humaines accrus

Des radiateurs qui ne fonctionnent pas correctement peuvent faire grimper les températures souterraines bien au-dessus de 30 degrés Celsius sur l'échelle WBGT, dépassant largement ce que l'OSHA considère comme sûr pour les travailleurs. Les personnes exposées à cette chaleur pendant de longues périodes commencent à éprouver des difficultés cognitives et se fatiguent beaucoup plus rapidement. Des études montrent que les erreurs augmentent d'environ 12 pour cent lorsque des personnes doivent effectuer des tâches critiques dans ces conditions. Le problème s'aggrave encore dans les espaces confinés comme les tunnels ou les sous-sols, où il n'y a pas de circulation d'air suffisante pour refroidir l'environnement. En l'absence d'une ventilation adéquate compensant les radiateurs défaillants, les accidents deviennent nettement plus probables, ce qui compromet l'ensemble du programme de sécurité au travail.

Dégradation des équipements : limitation thermique dans les API et le matériel de contrôle

Lorsque le refroidissement n'est pas adéquat, cela affecte considérablement les systèmes de contrôle électroniques, forçant les automates programmables (PLC) et leurs composants matériels associés à passer en mode de limitation thermique de protection. Quel en est le résultat ? Les vitesses de traitement peuvent chuter d'environ 35 à 40 %, tandis que les composants s'usent plus rapidement que la normale. Si ces systèmes fonctionnent régulièrement au-dessus du seuil critique de 85 degrés Celsius, leur durée de vie est réduite d'environ 15 %. Les opérations minières souterraines sont confrontées à des défis particuliers, car un refroidissement fiable est essentiel pour assurer une production fluide. Lorsque le refroidissement échoue dans ces environnements, cela ne s'arrête pas à une seule partie du processus, mais paralyse entièrement de vastes sections d'opérations de manière inattendue.

Stratégies éprouvées de mitigation pour un fonctionnement fiable des radiateurs miniers

Pour maintenir les radiateurs en bon état de fonctionnement dans ces environnements souterrains difficiles, il est essentiel d'anticéder aux problèmes et de combiner différentes solutions. Effectuer un décapage par ultrasons tous les trois mois permet d'éliminer les accumulations minérales avant qu'elles n'interfèrent avec la transmission de la chaleur dans le système, ce qui devient particulièrement important lorsque la teneur totale en matières dissoutes atteint environ 1 200 parties par million. Parallèlement à cette maintenance, il est judicieux d'installer des supports atténuant les vibrations et de choisir des matériaux résistants à la corrosion, tels que l'acier inoxydable duplex ou les noyaux brasés aluminium-silicium que de nombreux ingénieurs recommandent. En matière de gestion des températures, rien ne vaut la mise en place de capteurs intelligents connectés à Internet. Ces petits dispositifs peuvent ajuster automatiquement la vitesse des ventilateurs dès que la température extérieure dépasse 40 degrés Celsius. La combinaison de toutes ces approches empêche les systèmes de contrôle de ralentir à cause de la chaleur et maintient la température humide globe en dessous de la limite de sécurité de 30 degrés, ce qui prolonge la durée de vie des équipements et améliove les conditions de travail en général.

FAQ

Pourquoi les radiateurs miniers échouent-ils dans des conditions extrêmes ?

Les radiateurs miniers échouent dans des conditions extrêmes en raison d'une surcharge thermique provenant à la fois des gradients géothermiques et des charges thermiques des machines, ainsi que des contraintes mécaniques dues aux vibrations, à l'entrée de poussière et aux atmosphères minières corrosives.

Quels sont les signes courants d'un faible rendement des radiateurs dans les opérations minières ?

Les signes courants incluent la surchauffe des équipements, l'augmentation des températures du liquide de refroidissement, la réduction de l'efficacité du système et des fuites potentielles ou des pannes complètes des systèmes de refroidissement.

Comment la mauvaise qualité de l'eau affecte-t-elle les radiateurs miniers ?

Une eau présentant une forte teneur en matières dissoutes totales (TDS) et en encrassement minéral réduit l'efficacité de transfert de chaleur, entraînant une augmentation des températures du noyau et des défaillances potentielles du système.

Quelles stratégies d'atténuation peuvent être utilisées pour assurer un fonctionnement fiable des radiateurs dans les mines ?

Les stratégies incluent le détartrage par ultrasons, l'utilisation de matériaux résistants à la corrosion, l'installation de supports antivibrations et la mise en œuvre de capteurs intelligents de température pour gérer plus efficacement le refroidissement.