Поширені проблеми охолодження в гірничих операціях

ЧОМУ Гірничих радіаторів Виходять з ладу в екстремальних підземних умовах

Теплове перевантаження від геотермального градієнта та теплового навантаження обладнання

Гірничих радіаторів мають справу з постійним термічним навантаженням, спричиненим двома основними проблемами, які часто виходять далеко за межі того, для чого вони розраховані. Знизу сама земля нагрівається зі збільшенням глибини. На кожен кілометр глибини температура підвищується приблизно на 30 градусів Цельсія. Це означає, що в дуже глибоких шахтах навколишня температура може перевищувати 79 градусів Цельсія. У той же час усі ці великі машини, що працюють безперервно, створюють величезну кількість зайвого тепла. Бурові установки, навантажувачі — усе це генерує відпрацьоване тепло просто через постійну роботу. У поєднанні ці фактори змушують температуру охолоджувача підніматися до небезпечних рівнів. Що відбувається далі? Виникає кипіння, утворюється парова пробка, і врешті-решт радіатор втрачає здатність ефективно відводити тепло. Якщо немає достатньої потужності охолодження, матеріали починають руйнуватися швидше, ніж зазвичай, а продуктивність поступово знижується. Результатом є замкнутий колесо, в якому перегрів змушує обладнання уповільнюватися, що ще більше погіршує охолодження, аж поки щось повністю не ламається і не потребує заміни.

Механічні напруження: вібрація, проникнення пилу та агресивне середовище шахт

Радіатори в підземних умовах зазнають значного зносу через дію навколишнього середовища. Постійні поштовхи від вибухових робіт і руху важкої техніки з часом призводять до утворення мікротріщин у матеріалі сердечника та в місцях зварювання. Пилинки, що перебувають у повітрі, часто досягають рівня понад 1200 частин на мільйон TDS, осідають на ребрах радіатора й знижують ефективність тепловіддачі приблизно на 40 відсотків. У той же час мінерали, що містяться у воді охолодження, відкладаються у вигляді накипу, який діє як ізоляція. Підземні ділянки характеризуються агресивними умовами, з великою кількістю сполук сірки та кислотних ґрунтових вод, що прискорює корозію приблизно в п’ять разів порівняно з поверхнею. Усі ці проблеми посилюють одна одну: мікротріщини від вібрацій пропускають абразивні пилинки, тоді як корозія послаблює метал перед подальшими пошкодженнями від вібрації. До чого це призводить у підсумку? На ранніх етапах з’являються витоки, а потім — повна відмова систем охолодження. Це не лише призводить до поломки дорогого обладнання, але й ставить під загрозу життя працівників під час робіт на великій глибині.

Ключові обмеження продуктивності радіаторів у гірничих системах вентиляції в реальних умовах

Обмеження повітряного потоку: втрати на тертя, витік повітря через каналізацію, невідповідність вимогам ASHRAE

Вентиляційні системи під землею часто не можуть забезпечити достатній потік повітря до радіаторів через накопичення втрат тиску з часом. Корозія всередині каналів створює тертя, що зменшує потік повітря приблизно на 15 і навіть до 30 відсотків. І не забувайте про витоки в старих з’єднаннях труб, які лише погіршують ситуацію. Багато шахт просто не відповідають стандартам комфорту ASHRAE 2020 року, тому працівники вимушені працювати в гарячих зонах, де температура надходящого повітря значно вища, ніж має бути — іноді більше ніж на 8 градусів Цельсія. Коли це відбувається, радіатори працюють з перевантаженням, на 120–135 відсотків від проектної потужності, що призводить до їх швидкого зносу. Якщо не виконується належне комп'ютерне моделювання для аналізу фактичного руху повітря в системі, то в ділянках, забруднених обладнанням, ефективність відведення тепла падає нижче 60 відсотків.

Вплив якості води: TDS > 1200 ppm та мінеральне відкладення, що знижує ефективність передачі тепла

Вода з шахт, що містить загальну кількість розчинених твердих речовин понад 1200 ppm, починає утворювати ізоляційний накип на радіаторних трубках уже після приблизно 400 годин роботи. Шар товщиною лише 1,5 мм карбонату кальцію може знизити теплопровідність майже на чверть, згідно з дослідженням, опублікованим у ASME Journal of Heat Transfer ще в 2022 році. Це призводить до підвищення температур ядра на 30–40 градусів Цельсія поруч із безпечним рівнем. У разі систем із замкнутим циклом, коли вміст силікатів повільно зростає понад 150 ppm, утворюються дуже міцні склисті відкладення, які надійно прилипають до поверхонь. Сервісним бригадам доводиться знижувати швидкість потоку охолоджувача приблизно на 18–22 відсотки, щоб зберегти стабільний тиск, а це означає, що окремі частини системи більше не отримують достатнього охолодження. Хімічне очищення залишається абсолютно необхідним, незважаючи на те, що воно коштує близько 10% річних витрат на технічне обслуговування та призводить до регулярних перерв у роботі на виробничих ділянках.

Експлуатаційні наслідки поганої продуктивності радіаторів у гірництві

Ризики безпеки працівників: WBGT > 30°C, втому та підвищений рівень помилок людини

Радіатори, що не працюють належним чином, можуть підвищувати температуру під землею значно понад 30 градусів Цельсія за шкалою WBGT, що значно перевищує межі безпечних умов для працівників, визначені OSHA. Люди, які тривалий час перебувають у таких умовах, починають страждати від зниження когнітивних здібностей і швидко втомлюються. Дослідження показують, що кількість помилок зростає на близько 12 відсотків, коли людям доводиться виконувати критичні завдання в таких умовах. Проблема ще більше загострюється в тісних просторах, таких як тунелі чи підвали, де немає належної циркуляції повітря для охолодження. За відсутності належної вентиляції, яка компенсуватиме відмову радіаторів, імовірність нещасних випадків значно зростає, що поставить під загрозу всю програму безпеки на робочому місці.

Деградація обладнання: термічне обмеження продуктивності в PLC та керуючому обладнанні

Коли охолодження недостатнє, це серйозно впливає на електронні керуючі системи, змушуючи програмовані логічні контролери (PLC) та пов'язане з ними обладнання переходити в режим захисного термічного обмеження. Як наслідок? Швидкість обробки може знизитися приблизно на 35–40%, тоді як компоненти починають швидше зношуватися. Якщо ці системи постійно працюють вище критичної позначки у 85 градусів Цельсія, їхній термін служби скорочується приблизно на 15%. Підземні гірничі роботи стикаються з особливими труднощами саме в цьому аспекті, адже надійне охолодження — це основа безперебійного виробництва. Коли охолодження виходить з ладу в таких умовах, це призводить не лише до зупинки окремих ділянок процесу, а й до раптової зупинки цілих секцій операцій.

Перевірені стратегії мінімізації ризиків для надійної роботи радіаторів у гірничій справі

Щоб радіатори продовжували ефективно працювати у важких підземних умовах, потрібно заздалегідь планувати та поєднувати різні рішення. Проведення ультразвукового видалення накипу кожні три місяці допомагає позбутися від мінеральних відкладень, перш ніж вони почнуть перешкоджати передачі тепла через систему, що стає надзвичайно важливим, коли загальна кількість розчинених речовин досягає близько 1200 частин на мільйон. Разом із цим технічним обслуговуванням доцільно встановлювати кріплення, які гасять вібрації, а також використовувати матеріали, стійкі до корозії, наприклад, добре відомий дуплексну нержавіючу сталь або алюмінієво-кремнієві паяні сердечники, які багато інженерів вважають надійними. Щодо керування температурою, ніщо не може замінити встановлення інтелектуальних датчиків температури, підключених до Інтернету. Ці маленькі пристрої можуть автоматично регулювати швидкість вентиляторів, коли зовнішня температура перевищує 40 градусів Цельсія. Поєднання всіх цих підходів запобігає уповільненню систем керування внаслідок перегріву та підтримує температуру вологого кулі нижче відмітки безпеки у 30 градусів, що забезпечує довший термін служби обладнання та безпечніші умови праці загалом.

ЧаП

Чому радіатори для гірничих робіт виходять з ладу в екстремальних умовах?

Радіатори для гірничих робіт виходять з ладу в екстремальних умовах через теплове перевантаження, спричинене як геотермальним градієнтом, так і тепловиділенням обладнання, а також механічними напруженнями від вібрацій, проникнення пилу та агресивного середовища шахт.

Які поширені ознаки поганої роботи радіаторів у гірничодобувних операціях?

До поширених ознак належать перегрів обладнання, підвищення температури охолоджувальної рідини, зниження ефективності системи та потенційні витоки або повна відмова систем охолодження.

Як погана якість води впливає на радіатори для гірничих робіт?

Вода з високим вмістом загальних розчинених речовин (TDS) та мінеральних відкладень зменшує ефективність передачі тепла, що призводить до підвищення температури сердечника та можливих відмов системи.

Які стратегії пом'якшення можна використовувати для надійної роботи радіаторів у шахтах?

Стратегії включають ультразвукове видалення накипу, використання матеріалів, стійких до корозії, встановлення віброгасних кріплень та впровадження інтелектуальних датчиків температури для більш ефективного управління охолодженням.