Дубоко под земљом, рудник бакра или злата непрестано испумпава милионе галона топле, киселе и јако минерализоване подземне воде. Ово је еколошки изазов, али је такође огроман, неискоришћен геотермални ресурс. Вода, која може да буде 30–50 степени и напуњена сумпорном киселином и раствореним металима, савршен је кандидат за рекуперацију топлоте ниске{4}}врсте. ПТФЕ измењивач топлоте-и-може безбедно и ефикасно да ухвати ову бесплатну енергију за загревање површинских зграда рудника или за претходно загревање улазне процесне воде, без подлегања корозивној течности која ствара каменац.
Прилика: претварање воде из рудника из обавезе у имовину
Одводњавање рудника је неопходна, континуирана операција у подземном рударству. Велике количине подземне воде продиру у руднике и морају се пумпати на површину ради третмана и испуштања. Ова вода је често:
Топло: Геотермално грејање из дубоких стена подиже температуру на 30–50 степени (86–122 степена Ф), понекад и више у дубоким рудницима.
Кисела: Оксидацијом сулфидних минерала (посебно пирита) настаје сумпорна киселина. пХ вредности могу да се крећу од 2 до 5 или чак ниже.
Метални{0}}натоварени: Растворено гвожђе, бакар, цинк, алуминијум и други метали су присутни, често у концентрацијама од стотина делова на милион.
Висок садржај сулфата и хлорида: Ови јони убрзавају корозију обичних метала.
Конвенционално, ова топла рудничка вода се третира (неутралише, сталожи и филтрира), а затим се испушта у околину или убризгава назад у земљу. Топлотна енергија садржана у води се губи. Међутим, са правилно дизајнираним системом за рекуперацију топлоте, ова ниска{2}}топлота може да се ухвати и користи за:
Грејање простора рудника, канцеларија, радионица, свлачионица и других површинских објеката
Предзагревање вентилационог ваздухау хладним климатским условима, смањујући потрошњу природног гаса
Предзагревање процесне водеза прераду руде (нпр. у флотацијским круговима где топлија вода побољшава опоравак)
Од-одлеђивање путева и утоварних површинатоком зимских месеци
Примарна препрека таквом поврату топлоте одувек је била корозивност и тенденција стварања каменца сирове рудничке воде. Конвенционални метални измењивач топлоте (од нерђајућег челика, титанијума или чак од високо{1}}легираних материјала) ће претрпети брзу корозију, удубљење и прљање. ПТФЕ измењивач-и-цеви решава ове проблеме.
Како ПТФЕ измењивач омогућава поврат топлоте воде из рудника
ТхеПТФЕ измењивач рекуперација топлоте из рудникасистем се састоји од измењивача топлоте са омотачем-и-где корозивна вода из рудника тече кроз страну цеви, а чиста, затворена-мешавина воде или гликола тече кроз страну кућишта. ПТФЕ цеви су критична компонента која омогућава.
Отпорност на корозију: универзални имунитет на хемију рудничке воде
ПТФЕ је хемијски инертан за готово све супстанце које се налазе у води рудника, укључујући:
Сумпорна киселина (Х₂СО₄) у свим концентрацијама
Хлороводонична киселина (ХЦл) и хлориди
Сулфатне соли (нпр. ФеСО₄, ЦуСО₄)
Растворени кисеоник и оксиданти
За разлику од нерђајућег челика, који захтева слој пасивног оксида који може бити уништен хлоридима или ниским пХ, ПТФЕ нема пасивни слој за одржавање. Не кородира, не удубљује се и не пуца{1}} под напоном. Исти измењивач се може преместити из рудника бакра (кисели, са високим садржајем бакра) у рудник злата (често са високим садржајем хлорида) без икакве промене материјала. Ова универзална отпорност је велика предност имајући у виду веома варијабилну и{4}}хемију воде из рудника специфичну за локацију.
Отпорност на загађивање: ПТФЕ{0}}нелепљива површина минимизира таложење каменца
Рудничка вода је позната по таложењу минералних љуспица, посебно:
Гвожђе окер (гвоздени хидроксид, Фе(ОХ)₃): Желатинозни, наранџасто-смеђи наслага која се формира када оксидира гвожђе
Гипс (калцијум сулфат, ЦаСО₄·2Х₂О): Тврди, кристални каменац из воде богате сулфатима{0}}
Метални хидроксиди(алуминијум, цинк, бакар)
Глатки зидови ПТФЕ цеви ниске{0}}површинске{1}}е енергије су отпорни на лепљење ових љуспица. Честице које се слегну лако се померају турбуленцијом течности или планираним повратним-испирањем. Насупрот томе, металне цеви (чак и глатки нерђајући челик) обезбеђују места нуклеације за раст кристала, што доводи до брзог прљања и губитка ефикасности преноса топлоте.
Термичке перформансе: Ниски-опоравак топлоте на 30–50 степени
ПТФЕ има нижу топлотну проводљивост (≈0,25 В/м·К) од метала (≈15–400 В/м·К). Међутим, за рекуперацију топлоте ниског{4}}ка из топле рудничке воде, ово није фатално ограничење. Разлика у температури између рудничке воде (30–50 степени) и чисте грејне петље (циљ 25–40 степени) је скромна, али довољна за апликације за грејање простора или претходно загревање. Потребна површина за пренос топлоте је већа него што би захтевао метални измењивач, али ПТФЕ измењивач компензује:
Ради без корозије (нема потребе за дебелим зидовима цеви)
Одржавање чистоће (без фактора загађивања који временом расте)
Пружање дугог радног века{{0}без одржавања (често 20+ година)
ПТФЕ измењивач је хемијски слепи термални сунђер, који пијуцка топлоту из киселе, металне рудничке воде и предаје је у чисту грејну петљу.
Разматрање дизајна система за рад на води из рудника
Пре{0}}Филтрирање и таложење: неопходно за уклањање честица
Сирова рудничка вода садржи не само растворене метале већ и суспендоване чврсте материје: фине честице стена (муљ, песак), исталожене металне хидроксиде, а понекад и органску материју. Ове абразивне честице могу временом да еродирају ПТФЕ цеви, иако низак коефицијент трења ПТФЕ-а смањује хабање у поређењу са металима. Ипак, пред-филтер или резервоар за таложење су неопходни узводно од ПТФЕ измењивача. Типичне спецификације:
Таложник: Retention time of 30–60 minutes to allow coarse particles (>100 µм) да се исталожи.
Картриџ или филтер за сито: 200–500 µм мреже за хватање преосталих већих честица.
Аутоматски филтер за повратно испирање: За континуирани рад, филтер за самочишћење{0}} уклања честице до 50–100 µм.
Без пред{0}}филтрације, сноп цеви може на крају да се напуни муљем, што захтева уклањање и чишћење.
Напомена о процесу: Редовно аутоматско испирање назад{0}}
Чак и уз пред{0}}филтрацију, фини седимент (муљ и исталожени гвоздени окер) ће се полако акумулирати на површинама цеви. Редовно, аутоматизовано повратно-испирање је неопходно за одржавање перформанси преноса топлоте. Систем повратног{4}}испирања ради на следећи начин:
Преокрет тока: Сваких 4-8 сати, смер протока кроз страну цеви се мења на 30-60 секунди. Ово подиже и уклања све лабаво везане наслаге.
Повећана брзина: Током повратног-испирања, брзина протока се привремено повећава (нпр. 1,5× нормално) да би се очистили зидови цеви.
Испразните и очистите: За воде са јаким каменцем, уводи се компримовани ваздух или прочишћавање воде да би се уклониле тврдокорне наслаге.
Циклус повратног{0}}испирања контролише програмибилни логички контролер (ПЛЦ) и потпуно је аутоматизован. Отпадна вода за испирање (која садржи избачени седимент) шаље се у постојећи систем за пречишћавање воде рудника. Ручно чишћење ПТФЕ измењивача обично није потребно месецима или чак годинама.
Тубе-Бочна у односу на шкољку-Бочна додела
За рекуперацију топлоте рудничке воде, корозивни и прљави млаз (рудничка вода) се увек води кроз страну цеви. Разлози су:
Могућност чишћења: Наслаге{0}}бочне стране цеви могу се уклонити хемијским чишћењем или механичким пражњењем (ако су цеви равне). ПТФЕ цеви су флексибилне, али равне цеви се могу чистити меким четкама.
Одржавање притиска: ПТФЕ цеви су ослоњене споља на шкољку. Притисак{1}}бочне стране цеви је обично нижи од притиска{2}}бочне стране цеви, смањујући напрезање ПТФЕ-а.
Детекција цурења: Свако цурење у ПТФЕ цеви ће проузроковати да чиста{0}}течност са стране отиче у воду рудника (губитак чисте течности) или обрнуто. Праћење притиска на чистој петљи открива пад, што указује на пробој цеви.
Чиста, затворена{0}}течност за грејање (вода са инхибитором корозије или мешавина гликол/вода) протиче кроз страну кућишта. Шкољка може бити направљена од обичног угљеничног челика или нерђајућег челика јер никада не долази у контакт са корозивном водом из рудника.
Техничка прецизност: Специфична-хемија воде
Хемијски састав рудничке воде је веома променљив и специфичан за{0}}о локацију. Универзална отпорност ПТФЕ-а је велика предност, али целокупни дизајн система (пре-филтрација, фреквенција повратног-испирања, избор материјала за компоненте које нису-ПТФЕ) мора бити прилагођен стварној анализи воде. Кључни параметри које треба добити пре дизајна:
пХ: Одређује концентрацију киселине и потребу за неутрализацијом пре{0}}третмана (иако ПТФЕ то не захтева, компоненте које се налазе у наставку могу).
Укупне суспендоване материје (ТСС): Утиче на величину пре{0}}филтера.
Концентрација гвожђа и оксидационо стање(гвоздени наспрам фери): Утиче на окер стопу падавина.
Концентрације калцијума и сулфата: Предвиђа потенцијал гипсаног каменца.
Концентрација хлорида: Води избор материјала за шкољку и цевовод (иако на ПТФЕ то не утиче).
За воде са екстремно високим каменцем (нпр. презасићеност гипсом), може бити потребна секундарна мера као што је хемијско дозирање (антискаланс) или периодично чишћење стране цеви киселином. Међутим, непријањајућа природа ПТФЕ-значајно смањује учесталост таквих интервенција у поређењу са металним измењивачима.
Пример случаја: Типична инсталација у канадском руднику бакра
Рудник бакра у Британској Колумбији, Канада, пумпа 5.000 Л/мин подземне воде на 38 степени са дубине од 1.200 метара. Вода има пХ 3,5, 200 мг/Л раствореног гвожђа, 400 мг/Л сулфата и 50 мг/Л суспендованих чврстих материја. Рудник је ову топлу воду претходно испуштао у језеро за третман без поврата топлоте. Инсталиран је ПТФЕ измењивач-и-цеви (страна цеви: 1.000 × 6 м ПТФЕ цеви, дебљина зида 0,5 мм). Рекуперирана топлота (приближно 2 МВ) се користи за предгревање вентилационог ваздуха који улази у главно окно рудника зими, смањујући потрошњу природног гаса за 30.000 ГЈ годишње. Размењивач се аутоматски-испира сваких 6 сати. Након 5 година рада, није била потребна замена цеви или хемијско чишћење.
Закључак: Претварање отпадних вода у исплативо енергетско средство
ПТФЕ измењивач топлоте је идеално, робусно и{0}}отпорно на корозију решење за рекуперацију вредне, ниског{1}}топлоте из најагресивнијих токова рудничке воде, доприносећи одрживијим и енергетски{2}}ефикаснијим рударским операцијама. Отпорним на киселу корозију, напад металних јона и минерални каменац, ПТФЕ измењивачи омотача-и-цеви омогућавају поуздан, дуготрајан-рекуперацију топлоте из воде која би уништила металну опрему у року од неколико месеци. Уз одговарајућу пред-филтрацију и аутоматизовано повратно-испирање, ови измењивачи раде уз минимално одржавање, хватајући топлоту која би иначе била изгубљена. Регенерисана топлота смањује потрошњу фосилних горива за грејање простора, предгрејање ваздуха за вентилацију или загревање процесне воде, директно побољшавајући енергетску ефикасност рудника и смањујући његов угљенични отисак.
Најзеленији рудници су они који обнављају енергију из сопствених отпадних вода. У хладним, мрачним дубинама рудника, ПТФЕ измењивач ради нечујно и упорно, претварајући киселину, метал-натрпану одговорност у стабилан, обновљив ток топлоте.
