Gyakori hűtési kihívások a bányászati műveletekben

MIÉRT Bányászati hűtőrácsok Elbuknak extrém aluljáró körülmények között

A geotermikus gradiens és a gépek hőterhelése okozta hőterhelés

Bányászati hűtőrácsok kell birkózniuk a két fő problémából eredő állandó hőterheléssel, amely gyakran messze túlmutat az eredeti tervezési határokon. Lentről maga a Föld belseje egyre melegebb, ahogy mélyebbre jutunk. A hőmérséklet kb. minden kilométerenként 30 Celsius-fokkal emelkedik. Ez azt jelenti, hogy nagyon mély bányákban a környezeti hőmérséklet több mint 79 Celsius-fokot is elérhet. Ugyanakkor a folyamatosan működő nagy gépek rengeteg plusz hőt termelnek. Fúróberendezések, rakodógépek – mindegyik hulladékhőt termel a folyamatos üzemeltetés során. Ezek a tényezők együttesen olyan veszélyes szintre emelik a hűtőfolyadék hőmérsékletét, ahol forrás lép fel, gőzzár keletkezik, és végül a hűtőbordák elvesztik képességüket a hatékony hőelvezetésre. Ha nem áll rendelkezésre elegendő hűtőteljesítmény, az anyagok gyorsabban kezdenek el bomlani a normálisnál, és a teljesítmény fokozatosan csökken. Ennek eredménye egy lefelé haladó spirál: a túlmelegedés miatt a gépek lelassulnak, ami tovább rontja a hűtést, amíg végül valami teljesen tönkremegy, és ki kell cserélni.

Mechanikai igénybevétel: rezgés, por bejutása és korróziós bányakörnyezet

A radiátorok alagútban való alkalmazása során komoly károsodást szenvedhetnek környezetük hatására. A robbantások és a nehéz gépek mozgása által okozott folyamatos rázkódás idővel apró repedéseket hoz létre az anyagmagban és a hegesztési varratoknál. A levegőben lebegő porrészecskék gyakran meghaladják az 1200 ppm TDS értéket, amely leülepszik a radiatorlamellákra, és körülbelül 40 százalékkal csökkenti a hőátadási hatékonyságot. Eközben a hűtőfolyadékban lévő ásványi anyagok lerakódnak, vízkőképződést okozva, ami hőszigetelőként viselkedik. Az alagútterületeken jellemzően erodáló körülmények uralkodnak, sok kéntartalmú vegyület és savas talajvíz jelenlétében, amelyek következtében a korrózió körülbelül ötször gyorsabban zajlik, mint a felszínen. Mindezek a problémák egymással összefüggve romboló módon hatnak: a rezgések által okozott apró repedések lehetővé teszik a durva port tartalmazó részecskék bejutását, miközben a korrózió tovább gyengíti a fémet a rezgés okozta károk szempontjából. Mi történik végül? A szivárgások korai megjelenése után a hűtőrendszerek teljes meghibásodása következik be. Ez nemcsak drága berendezések meghibásodását okozza, hanem veszélybe sodorja a munkavállalókat is a föld alatti mély műveletek során.

A bányászati hűtőbordák teljesítménykorlátai a valós világ szellőztető rendszereiben

Légáramlás-korlátozások: súrlódási veszteségek, csatornalevegő-szivárgás és az ASHRAE előírások hiányosságai

A szellőztető rendszerek alagútban gyakran nem tudnak elegendő levegőáramlást biztosítani a radiátorokhoz a hosszú ideje felhalmozódó nyomásveszteségek miatt. A csövek belső korróziója súrlódást okoz, amely valahol 15 és akár 30 százalékig csökkenti a levegőáramlást. Ne feledjük el továbbá a régi csőidomok szivárgásait sem, amelyek csak rontanak a helyzeten. Számos bánya egyszerűen nem felel meg a 2020-as ASHRAE komfortszabványoknak, így a dolgozóknak olyan meleg pontokkal kell megküzdeniük, ahol a beáramló levegő lényegesen melegebb, mint amennyire tervezték, néha több mint 8 Celsius-fokkal. Amikor ez bekövetkezik, a radiátorok tervezettnél nagyobb teljesítménnyel, kb. 120–135 százalékon működnek, ami gyorsabban kopasztja őket. Ha nincs megfelelő számítógépes modellezés arra, hogy ellenőrizzék, hogyan áramlik ténylegesen a levegő a rendszerben, akkor felszereléssel zsúfolt területeken a hőleadó képesség hatékonysága 60 százalék alá zuhan.

A vízminőség hatása: TDS > 1200 ppm és ásványi lerakódás, amely csökkenti a hőátadási hatékonyságot

A bányákban lévő víz, amelynek oldott anyagtartalma meghaladja az 1200 ppm-t, már körülbelül 400 üzemóra után szúrós károsodást okoz a hűtőcsöveken. Csak 1,5 mm vastag mészkéreg-réteg akár majdnem egynegyedével is csökkentheti a hővezetést, amit a 2022-es ASME Journal of Heat Transfer cikkében közöltek. Ez pedig olyan magas maghőmérséklet-növekedést okoz, amely 30–40 °C-kal haladja meg a biztonságosnak számító értéket. Zárt hűtőkörös rendszereknél, ha a szilícium-dioxid szint eléri az 150 ppm-t, rendkívül kemény, üveges lerakódások keletkeznek, amelyek ragacsosan tapadnak a felületekhez. A karbantartó csapatoknak nincs más választásuk, mint a hűtőfolyadék áramlását körülbelül 18–22 százalékkal csökkenteniük a nyomás stabilitása érdekében, ami azt jelenti, hogy bizonyos rendszerterületek nem kapnak elegendő hűtést. A kémiai tisztítás elengedhetetlen marad annak ellenére, hogy évi karbantartási költségek körülbelül 10%-át teszi ki, és rendszeres üzemeltetési megszakításokat okoz az üzemcsarnokon.

A bányászati radiátor rossz teljesítményének működési következményei

A munkavállalók biztonsági kockázatai: WBGT > 30°C, fáradtság és megnövekedett emberi hibaráták

A nem megfelelően működő radiátorok az aluljárókban könnyen túlmelegedést okozhatnak, a WBGT-skála szerinti hőmérséklet pedig jelentősen meghaladhatja a 30 fokot, ami messze meghaladja az OSHA által a munkavállalók számára biztonságosnak tekintett értéket. Az ilyen hőhatásnak hosszabb ideig kitett emberek gondolkodási képességükben kezdenek hibáznak, és sokkal gyorsabban elfáradnak. Tanulmányok szerint hozzávetőlegesen 12 százszalékkal nő a hibák száma, amikor az emberek ilyen körülmények között végzik a kritikus feladatokat. A probléma még súlyosabb szengedülések vagy pincékhez hasonló szengedülésekben válik súlyosabbá, ahol nincs megfelelő szellőzés a hűtéshez. A megfelelő szellőzés hiányában, amely kiegyensúlyozná a hibás radiátorokat, a balesetek valószínűsége jelentősen megnő, és ez veszélyezteti az egész munkahelyi biztonsági programot.

Felszerelés degradáció: Termikus throttolás a PLC-kben és a vezérlő hardverekben

Ha a hűtés nem megfelelő, az jelentős hatással van az elektronikus irányítórendszerekre, amelyek így védett termikus korlátozási módba kényszerülnek, beleértve a programozható logikai vezérlőket (PLC-ket) és a támogató hardvereket is. Ennek eredménye? A feldolgozási sebesség akár 35–40%-kal is csökkenhet, miközben az alkatrészek gyorsabban kezdenek el elkopni a normálisnál. Ha ezek a rendszerek folyamatosan meghaladják a kritikus 85 °C-os hőmérsékletet, élettartamuk körülbelül 15%-kal rövidül meg. Az alagútban folyó bányászati műveletek különösen nagy kihívásokkal néznek szembe ezen a téren, hiszen a megbízható hűtés biztosítja a zavartalan termelést. Amikor ezekben a környezetekben hűtési hiba lép fel, az nem csupán egy folyamatrészletet állítja le, hanem váratlanul egész működési szakaszokat hoz rogyalmaz.

Igazolt enyhítési stratégiák megbízható bányászati hűtőbordák üzemeltetéséhez

Ahhoz, hogy a radiátorok jól működjenek azokon a kemény, földalatti környezeteken belül, előre kell gondolkodnunk, és különböző megoldásokat kell összehoznunk. Az ultrahangos lemeszelés három havonta segít eltávolítani a mineralizációs lerakódokat, mielőtt azok befolyásolnák a hő átadását a rendszeren belül, ami különösen fontossá válik, amikor a teljes oldott anyagtartalom eléri az 1200 ppm értéket. E karbantartási gyakoriság mellett érdemes rezgéscsillapító tartókat beépíteni, valamint olyan anyagokat használni, amelyek ellenállnak a korróziónak, például a jól ismert duplex rozsdamentes acélt vagy az alumínium-szilíciumos forrasztott magokat, amelyeket sok mérnök előnyben részesít. A hőmérséklet-szabályozás terén semmi sem múlja felül az internethez csatlakoztatott intelligens hőmérséklet-érzékelőket. Ezek a kis eszközök automatikusan szabályozzák a ventilátorok fordulatszámát, amikor a környezeti hőmérséklet meghaladja a 40 °C-ot. Mindezen megközelítések együttes alkalmazása megakadályozza, hogy a vezérlőrendszerek hőproblémák miatt lelassuljanak, és fenntartja a nedves hőmérő-globus hőmérsékletet a 30 fokos biztonsági határ alatt, ami hosszabb élettartamot biztosít a berendezéseknek, valamint biztonságosabb munkakörülményeket az egész munkaterületen.

GYIK

Miért hibáznak a bányászati hűtőrácsok extrém körülmények között?

A bányászati hűtőrácsok akkor hibáznak, amikor termikus túlterhelés éri őket a geotermikus gradiensek és a gépek hőterhelése miatt, valamint mechanikai igénybevétel következtében, amelyet a rezgések, por behatolása és a korróziót okozó bányászati atmoszférák okoznak.

Mik a gyakori jelei a hűtőrács alacsony teljesítményének a bányászati műveletek során?

Gyakori tünetek az eszközök túlmelegedése, növekedett hűtőfolyadék-hőmérséklet, csökkent rendszerhatékonyság, valamint potenciális szivárgások vagy a hűtőrendszerek teljes meghibásodása.

Hogyan befolyásolja a rossz vízminőség a bányászati hűtőrácsokat?

A magas oldott szilárd anyag-tartalmú (TDS) és ásványi lerakódású víz csökkenti a hőátadási hatékonyságot, ami növekedett maghőmérsékletet és potenciális rendszerhibákat eredményez.

Milyen mérséklő stratégia alkalmazható a hűtőrácsok megbízható működésének biztosítására a bányákban?

A stratézisok közé tartozik az ultrahangos lecsapolás, korrózióálló anyagok használata, rezgés csillapító rögzítések telepítése, valamint okos hőmérséklet-érzékelők bevezetése a hűtés hatékonyabb kezeléséhez.