Распространенные проблемы охлаждения в горнодобывающих операциях

ПОЧЕМУ Радиаторов для горнодобывающей промышленности Выходят из строя в экстремальных подземных условиях

Тепловая перегрузка из-за геотермального градиента и тепловой нагрузки оборудования

Радиаторов для горнодобывающей промышленности приходится справляться с постоянным термическим напряжением, возникающим из-за двух основных проблем, которые зачастую превышают допустимые пределы. Внизу, сама земля становится горячее по мере углубления. На каждый километр вниз температура повышается примерно на 30 градусов Цельсия. Это означает, что в очень глубоких шахтах окружающая температура может достигать более 79 градусов Цельсия. В то же время, все эти крупные машины, работающие без остановки, создают большое количество дополнительного тепла. Буровые установки, погрузчики — всё это генерирует отработанное тепло просто в процессе непрерывной работы. В совокупности эти факторы доводят температуру охлаждающей жидкости до опасных значений. Что происходит дальше? Возникает кипение, паровая пробка, и в конечном итоге радиатор теряет способность эффективно передавать тепло. Если недостаточно охлаждающей мощности, материалы начинают разрушаться быстрее обычного, и производительность постепенно падает. Результатом становится замкнутый цикл, при котором перегрев приводит к замедлению работы оборудования, что ещё больше ухудшает охлаждение, пока что-то полностью не сломается и не потребует замены.

Механические напряжения: вибрация, проникновение пыли и агрессивные среды шахт

Радиаторы в подземных условиях подвергаются значительным износу и повреждениям со стороны окружающей среды. Постоянная вибрация от взрывных работ и движения тяжелой техники со временем приводит к образованию микротрещин в основных материалах и в местах сварки. Частицы пыли, находящиеся в воздухе, зачастую достигают уровня более 1200 частей на миллион по TDS, оседают на пластинах радиатора и снижают эффективность теплоотдачи примерно на 40 процентов. В свою очередь, минералы, содержащиеся в охлаждающей воде, образуют накипь, действующую как теплоизолятор. Подземные условия склонны к коррозии, поскольку в них присутствует большое количество серосодержащих соединений и кислотные грунтовые воды, из-за чего коррозия протекает примерно в пять раз быстрее, чем на поверхности. Все эти проблемы усугубляют друг друга: мелкие трещины от вибраций пропускают абразивные частицы пыли, а коррозия делает металл более уязвимым к дальнейшему повреждению от вибрации. К чему это приводит в конечном итоге? Раннее появление утечек, за которым следует полный выход из строя систем охлаждения. Это не только приводит к поломке дорогостоящего оборудования, но и создает угрозу для работников во время операций на большой глубине.

Ключевые ограничения производительности радиаторов в горных системах вентиляции в реальных условиях

Ограничения воздушного потока: потери на трение, утечки в воздуховодах и несоответствие требованиям ASHRAE

Вентиляционные системы под землёй зачастую не могут обеспечить достаточный поток воздуха к радиаторам из-за накопления потерь давления со временем. Коррозия внутри каналов создаёт трение, которое снижает объём воздушного потока примерно на 15–30 процентов. Не стоит забывать и о протечках в старых соединениях труб, которые только усугубляют ситуацию. Многие шахты просто не соответствуют стандартам комфорта ASHRAE 2020 года, поэтому рабочим приходится сталкиваться с горячими зонами, где поступающий воздух становится намного теплее, чем должен быть — иногда более чем на 8 градусов Цельсия выше расчётного значения. В таких случаях радиаторы вынуждены работать с превышением проектной нагрузки, примерно на 120–135 процентов, что приводит к их более быстрому износу. Если не проводится надлежащее компьютерное моделирование для проверки реального распределения воздушного потока по системе, то в зонах, загруженных оборудованием, эффективность отвода тепла падает ниже 60 процентов.

Влияние качества воды: TDS > 1,200 ppm и минеральные отложения, снижающие эффективность теплопередачи

Вода из шахт, содержащая общее количество растворённых твёрдых веществ более 1200 ppm, начинает образовывать изолирующий налёт на трубках радиатора уже примерно через 400 часов работы. Слой толщиной всего 1,5 мм карбоната кальция может снизить теплопроводность почти на четверть, согласно исследованию, опубликованному в ASME Journal of Heat Transfer в 2022 году. Это приводит к повышению температуры в ядре системы на 30–40 градусов Цельсия выше допустимой нормы. При работе с замкнутыми системами содержание кремния, превышающее 150 ppm, создаёт чрезвычайно прочные стекловидные отложения, которые крепко прилипают к поверхностям. Команды по обслуживанию вынуждены снижать расход охлаждающей жидкости примерно на 18–22 процента для поддержания стабильного давления, что приводит к недостаточному охлаждению некоторых участков системы. Химическая очистка остаётся абсолютно необходимой, несмотря на то, что она обходится примерно в 10 процентов годовых затрат на техническое обслуживание и регулярно приводит к перебоям в работе производственных участков.

Операционные последствия неэффективной работы радиатора в горнодобывающей промышленности

Риски безопасности работников: WBGT > 30°C, усталость и повышенный уровень ошибок человека

Неправильно функционирующие радиаторы могут поднимать температуру под землёй значительно выше 30 градусов Цельсия по шкале WBGT, что превышает допустимые по стандартам OSHA условия для работников. Люди, подвергающиеся длительному воздействию такой температуры, начинают страдать от снижения когнитивных способностей и быстро устают. Исследования показывают, что количество ошибок увеличивается примерно на 12 процентов, когда людям приходится выполнять критически важные задачи в таких условиях. Проблема усугубляется в тесных пространствах, таких как тоннели или подвалы, где отсутствует достаткая вентиляция для охлаждения. Без надлежащей вентиляции, компенсирующей сбойные радиаторы, вероятность несчастных случаев значительно возрастает, что ставит под угрозу всю программу обеспечения безопасности на рабочем месте.

Деградация оборудования: термическое ограничение производительности в ПЛК и системах управления

Когда охлаждение оказывается недостаточным, это серьезно сказывается на электронных системах управления, заставляя программируемые логические контроллеры (PLC) и связанное с ними оборудование переходить в режим защитного теплового троттлинга. Результат? Производительность может снизиться примерно на 35–40 %, а компоненты начинают изнашиваться быстрее обычного. Если такие системы постоянно работают при температуре выше критических 85 градусов Цельсия, их срок службы сокращается примерно на 15 %. Подземные горнодобывающие производства сталкиваются с особыми трудностями в этом плане, поскольку надежное охлаждение — это то, что обеспечивает бесперебойное производство. Когда охлаждение выходит из строя в таких условиях, это приводит не просто к остановке одного участка процесса, а к внезапной остановке целых секций операций.

Проверенные стратегии снижения рисков для надежной работы радиаторов в горнодобывающей отрасли

Чтобы поддерживать эффективную работу радиаторов в сложных подземных условиях, необходимо заранее планировать и комбинировать различные решения. Проведение ультразвуковой декальцинации каждые три месяца помогает удалять минеральные отложения до того, как они начинают мешать передаче тепла в системе, что особенно важно, когда общее содержание растворённых веществ достигает около 1200 частей на миллион. В сочетании с этим техническим обслуживанием целесообразно устанавливать вибродемпфирующие крепления и использовать коррозионностойкие материалы, такие как традиционная дуплексная нержавеющая сталь или алюминиево-кремниевые паяные сердечники, к которым многие инженеры имеют большое доверие. Что касается управления температурой, ничто не сравнится с установкой интеллектуальных датчиков температуры, подключённых к интернету. Эти небольшие устройства могут автоматически регулировать скорость вращения вентиляторов, как только температура окружающей среды превысит 40 градусов Цельсия. Комплексное применение всех этих подходов предотвращает замедление работы систем управления из-за перегрева и поддерживает температуру по шкале влажного термометра и глобуса ниже безопасного предела в 30 градусов, что обеспечивает более длительный срок службы оборудования и более безопасные условия труда в целом.

Часто задаваемые вопросы

Почему радиаторы для горнодобывающей промышленности выходят из строя в экстремальных условиях?

Радиаторы для горнодобывающей промышленности выходят из строя в экстремальных условиях из-за тепловой перегрузки, вызванной как геотермальными градиентами, так и тепловыми нагрузками от оборудования, а также механическими напряжениями от вибраций, попадания пыли и агрессивной атмосферы шахт.

Каковы распространённые признаки неудовлетворительной работы радиатора в горнодобывающих операциях?

К ним относятся перегрев оборудования, повышение температуры охлаждающей жидкости, снижение эффективности системы, а также возможные утечки или полный выход из строя систем охлаждения.

Как плохое качество воды влияет на радиаторы в горнодобывающей промышленности?

Вода с высоким содержанием общих растворённых твёрдых веществ (TDS) и минеральных отложений снижает эффективность теплообмена, что приводит к повышению температуры сердечника и возможным отказам системы.

Какие стратегии можно применить для надёжной работы радиаторов на шахтах?

Стратегии включают ультразвуковую дешинацию, использование коррозионно-стойких материалов, установку виброгасящих креплений и внедрение интеллектуальных датчиков температуры для более эффективного управления охлаждением.