Kako se PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivači koriste za povrat topline iz vruće, korozivne rudarske vode?

Rudnik bakra ili zlata duboko pod zemljom neprestano ispumpava milijune galona zagrijane, kisele, jako mineralizirane podzemne vode. To je ekološki problem, ali i ogroman, neiskorišten geotermalni resurs. Voda, koja može biti na 30-50 stupnjeva i zasićena sumpornom kiselinom i otopljenim metalima, idealna je opcija za rekuperaciju topline niskog stupnja. Ovu besplatnu energiju može sigurno i učinkovito uhvatiti PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivač topline za grijanje površinskih zgrada rudnika ili za predgrijavanje ulazne procesne vode, bez utjecaja korozivne tekućine koja stvara kamenac.

Prilika: Pretvaranje rudničke vode iz obveze u imovinu
Odvodnjavanje je stalna i neophodna aktivnost u podzemnoj eksploataciji. Rudnički radovi podložni su dotocima velikih količina podzemnih voda koje se moraju pumpati na površinu radi obrade i ispuštanja. Ova voda je često:

Toplo: Grijanje iz dubokih stijena podiže temperaturu na 30–50 stupnjeva (86–122 stupnja F), često toplije u dubokim rudnicima.

Kiselo: Oksidacija sulfidnih minerala, osobito pirita, rezultira sumpornom kiselinom. pH može biti bilo koji od 2 do 5 ili niži.

Bogat -metalima: željezo, bakar, cink, aluminij i drugi metali otopljeni su i često se nalaze u stotinama dijelova na milijun.

Bogat kloridima i sulfatima: ti ioni ubrzavaju koroziju uobičajenih metala.

Ova topla voda iz rudnika obično se tretira (neutralizira, taloži i filtrira), a zatim se ispušta u okoliš ili pumpa natrag u zemlju. Voda gubi toplinsku energiju. Međutim, s dobro-projektiranim sustavom povrata topline, ova niska{3}}toplina može se uhvatiti i koristiti za:

Grijanje rudarskih ureda, trgovina, svlačionica i drugih površinskih objekata.

• Zagrijavanje ventilacijskog zraka u hladnim klimama, smanjenje upotrebe prirodnog plina

Voda za prethodno zagrijavanje obrade rude (npr. krugovi flotacije gdje toplija voda olakšava oporavak)

Od-aranje kolnika i utovarnih područja tijekom zimskih mjeseci

Glavni izazov za takvu rekuperaciju topline uvijek je bila tendencija stvaranja kamenca i korozivnost sirove rudarske vode. Normalni metalni izmjenjivač topline (nehrđajući čelik, titan ili čak visokolegirani materijali) brzo će korodirati, udubiti se i zaprljati se. PTFE školjkasti i cijevni izmjenjivač uklanja te probleme.

Kako PTFE izmjenjivač omogućuje povrat topline iz rudničke vode
Sustav povrata topline rudničke vode s PTFE izmjenjivačem je školjkasto-cijevni izmjenjivač topline s korozivnom rudničkom vodom na strani cijevi i čistom zatvorenom kombinacijom vode ili glikola na strani školjke. Ključni element koji omogućuje su PTFE cijevi.

Otpornost na koroziju: potpuna otpornost na kemiju vode iz rudnika
PTFE je kemijski inertan na gotovo sve kemikalije prisutne u rudničkoj vodi, što uključuje:

Bilo koja koncentracija sumporne kiseline (H2SO4)

Klorovodična kiselina (HCl) i kloridi

Sulfatne soli (npr. bakreni sulfat, željezni sulfat)

Oksidanti i otopljeni kisik

Za razliku od nehrđajućeg čelika, koji ovisi o pasivnom oksidnom sloju koji se može oštetiti kloridima ili niskim pH, ne postoji pasivni sloj za zaštitu PTFE-om. Neće korodirati, udubiti se ili napuknuti. Možete premjestiti isti izmjenjivač iz rudnika bakra (kiseli, s visokim sadržajem bakra) u rudnik zlata (obično s visokim sadržajem klorida) bez značajnih izmjena. S obzirom na vrlo raznolik i-specifičan kemijski sastav rudničke vode, ova univerzalna otpornost je značajna prednost.

Otpornost na prljanje – Ne{0}}neljepljiva površina PTFE-a smanjuje nakupljanje-kamenca
posebno su poznate mineralne ljuske istaložene iz rudničkih voda:

Željezni oker (Fe(OH)₃, željezo (III) hidroksid): želatinozna, narančasto-smeđa naslaga nastala oksidacijom željeza (III)

Gips (kalcijev sulfat, CaSO₄·2H₂O) - Tvrdi, kristalni kamenac iz voda bogatih sulfatima-

Metalni hidroksidi (aluminij, cink, bakar)

Niska površinska energija stijenke PTFE cijevi ne dopušta lijepljenje ljuskica. Čestice koje se talože brzo se uklanjaju turbulencijama tekućine ili planiranim povratnim-ispiranjem. Međutim, metalne cijevi (čak i od glatkog nehrđajućeg čelika) pružaju mjesta nukleacije za razvoj kristala i brzo će se zaprljati i izgubiti učinkovitost prijenosa topline.

Toplinska izvedba: Povrat topline na niskim temperaturama 30–50 stupnjeva
PTFE ima nižu toplinsku vodljivost (≈0,25 W/mK) od metala (≈15-400 W/mK). Ovo nije kritično ograničenje za niske razine povrata topline iz tople rudničke vode. Iako je temperaturna razlika između vode iz rudnika (30-50 stupnjeva) i čiste grijaće petlje (cilj 25-40 stupnjeva) minimalna, dovoljna je za grijanje prostora ili primjene predgrijanja. Potrebna površina prijenosa topline veća je od one koju zahtijeva metalni izmjenjivač, ali PTFE izmjenjivač to kompenzira:

Nema dopuštenja za koroziju (nisu potrebni debeli zidovi cijevi)

Nema nečistoće koja se s vremenom povećava kako bi se održavala čistoćom

Nudi dug radni vijek bez održavanja (često 20+ godina)

PTFE izmjenjivač je kemijski slijepa toplinska spužva koja pije toplinu iz kisele, metalne rudničke vode i prosljeđuje je u čistu grijaću petlju.

Sustav zaduženosti za vodu u rudniku: razmatranja dizajna
Pre-filtracija i taloženje: ključ za uklanjanje čestica
Sirova rudarska voda sadrži otopljene metale i suspendirane čestice, koje mogu uključivati ​​sitne čestice stijena (mulj, pijesak), istaložene metalne hidrokside, a ponekad i organske tvari. Ove abrazivne čestice mogu uzrokovati trošenje PTFE cijevi tijekom vremena. PTFE ima nizak koeficijent trenja i stoga je manje abrazivan od metala. Međutim, prije PTFE izmjenjivača potreban je pred-filter ili spremnik za taloženje. Tipični parametri su:

Settling tank: 30-60 minutes retention period to enable coarse particles (>100 µm) da se istaloži.

Uložak ili sito filtar: mreža veličine 200 do 500 μm za zadržavanje preostalih većih čestica.

Automatski filtar za povratno ispiranje:-samočisteći filtar uklanja čestice do 50–100 µm za kontinuirani rad.

Ako se ne koristi pred{0}}filtracija, snop cijevi će se na kraju napuniti muljem i morat će se ukloniti i očistiti.

Napomena o procesu: Auto Back-Rutina ispiranja
Čak i uz pret-filtraciju fini sediment (mulj i taloženi željezni oker) postupno će se nakupljati na površini cijevi. Redovito automatizirano povratno-ispiranje potrebno je za održavanje performansi prijenosa topline. Sustav povratnog-ispiranja je sljedeći:

Promjena protoka: Smjer protoka kroz cijev se mijenja svakih 4-8 sati na 30-60 sekundi. Ovo uklanja i ispire sve slabo prianjajuće taloge.

Povratno-ispiranje: Tijekom povratnog-ispiranja, brzina protoka se trenutno povećava (npr.. 1.5× normalno) kako bi se očistile stijenke cijevi.

Odvod i pročišćavanje Za tekućine s jakim kamencem koristi se pročišćavanje komprimiranim zrakom ili vodom kako bi se olabavile postojane naslage.

Ciklus povratnog-ispiranja potpuno je automatski i njime upravlja programibilni logički kontroler (PLC). Otpadne vode za ispiranje (uključujući izbačeni mulj) usmjeravaju se u postojeći sustav za pročišćavanje vode u rudniku. Obično nije potrebno fizičko čišćenje PTFE izmjenjivača mjesecima ili čak godinama.

Cijev-Bočna naspram školjke-Dodjela bočne strane
Što se tiče povrata topline iz rudničke vode, korozivna i nečista struja (rudnička voda) uvijek je na strani cijevi. Razlozi su:

Mogućnost čišćenja: Naslage na strani cijevi mogu se ukloniti kemijskim čišćenjem ili mehaničkim čišćenjem (ako su cijevi ravne). PTFE cijev je fleksibilna, ali se ravna cijev može čistiti nježnim četkama.

Zadržavanje tlaka Kućište izvana podupire PTFE cijevi. Time se smanjuje opterećenje PTFE-a jer je tlak na strani cijevi obično niži od tlaka na strani omotača.

Otkrivanje curenja: Curenje u PTFE cijevi omogućit će da se čista tekućina sa strane školjke pomiješa s vodom iz rudnika (gubitak čiste tekućine) ili obrnuto. Praćenje tlaka čiste petlje pokazuje pad koji signalizira puknuće cijevi

Čista tekućina za grijanje zatvorene petlje (voda s inhibitorom korozije ili mješavina glikola/vode) prolazi kroz stranu školjke. Budući da školjka nikada nije u dodiru s korozivnom vodom iz rudnika, može biti izrađena od običnog ugljičnog čelika ili nehrđajućeg čelika.

Tehnička točnost: Kemijski sastav vode na gradilištu
Kemijski sastav rudničke vode prilično je promjenjiv i ovisi o lokaciji. Univerzalna otpornost PTFE-a veliki je plus, ali cijeli sustav mora biti dizajniran da odgovara stvarnoj analizi vode (pret-filtracija, povratna-učestalost ispiranja, izbor materijala za dijelove koji nisu-PTFE). Glavni parametri koje treba dobiti prije dizajna:

pH : Pokazuje koncentraciju kiseline i je li potrebna neutralizacija prije tretmana (PTFE to ne zahtijeva, ali komponente koje slijede mogu).

Ukupna suspendirana krutina (TSS): utječe na veličinu pred-filtra.

Koncentracija željeza i oksidacijsko stanje (željezo vs. željezo): Utječe na brzinu taloženja oker boje.

Koncentracije kalcija i sulfata: Procjenjuje potencijal stvaranja kamenca od gipsa.

Koncentracija klorida: pomaže u odabiru materijala za školjku i cijevi (PTFE nepromijenjen).

Za tekućine s vrlo jakim kamencem (npr. prezasićenost gipsom) može biti potrebna dodatna intervencija kao što je kemijsko doziranje (antiskalans) ili periodično čišćenje strane cijevi kiselinom. Ali budući da PTFE nije-prianjajući, potreba za takvim intervencijama daleko je rjeđa nego kod metalnih izmjenjivača.

Primjer: Tipična instalacija u kanadskom rudniku bakra
Rudnik bakra u Britanskoj Kolumbiji, Kanada, crpi 5000 L/min podzemne vode na 38 stupnjeva s dubine od 1200 m. Voda 3,5 pH, 200 mg/L otopljenog željeza, 400 mg/L sulfata, 50 mg/L suspendiranih čestica. Rudnik je prethodno pustio ovu zagrijanu vodu u jezero za tretman bez povrata topline. Postavljen je ljuska-i-cijevni izmjenjivač s PTFE-cijevima (strana cijevi: 1000 × 6 m PTFE-cijevi, debljina stjenke 0,5 mm). Dobivena toplina (oko 2 MW) koristi se za predgrijavanje ventilacijskog zraka koji zimi ulazi u glavno okno rudnika, čime se smanjuje korištenje prirodnog plina za 30.000 GJ godišnje. Izmjenjivač se automatski ponovno ispire svakih 6 sati. Nakon 5 godina rada nije bila potrebna zamjena cijevi niti kemijsko čišćenje.

Zaključak: Pretvaranje otpadne vode u unosnu energetsku imovinu
PTFE izmjenjivači topline idealan su robustan i otporan na koroziju način za izvlačenje važne topline niskog stupnja iz najabrazivnijih tokova rudničke vode i pomažu da vaše rudarske operacije budu održivije i energetski učinkovitije. PTFE školjka-i-cijevni izmjenjivači mogu izdržati kiselu koroziju, napad metalnih iona i kamenac od minerala, omogućujući pouzdan, dugoročan-povrat topline iz vode koja bi uništila metalnu opremu za nekoliko mjeseci. Ovi izmjenjivači zahtijevaju malo održavanja, s odgovarajućom pred-filtracijom i automatskim povratnim-ispiranjem, vraćajući toplinu koja bi inače bila izgubljena. Dobivena toplina koristi se za minimiziranje upotrebe fosilnih goriva za grijanje prostorija, predgrijavanje ventilacijskog zraka ili grijanje procesne vode, čime se trenutno povećava energetska učinkovitost i smanjuje ugljični otisak rudnika.

Najzeleniji rudnici su oni koji dobivaju energiju iz vlastitih otpadnih voda. Duboko u hladnim, mračnim udubljenjima rudnika, PTFE izmjenjivač radi tiho i neumorno, pretvarajući kiselinu, metal-prepunu odgovornosti u kontinuirani, obnovljivi tok topline.