Miten PTFE-kuori{0}}ja-putkivaihtimia käytetään lämmön talteenottoon kuumasta, syövyttävästä kaivosvedestä?

Kupari- tai kultakaivos syvällä maan alla pumppaa jatkuvasti miljoonia gallonoita kuumennettua, hapanta, voimakkaasti mineralisoitunutta pohjavettä. Se on ympäristöongelma, mutta myös valtava, hyödyntämätön geoterminen resurssi. Vesi, joka voi olla 30-50 astetta ja kyllästetty rikkihapolla ja liuenneilla metalleilla, on ihanteellinen vaihtoehto matalalaatuiseen lämmön talteenottoon. Tämä vapaa energia voidaan ottaa talteen turvallisesti ja tehokkaasti PTFE-kuori{5}}-putkilämmönvaihtimella, joka lämmittää kaivoksen pintarakennuksia tai esilämmittää tulevaa prosessivettä ilman, että syövyttävä, hilseilevä neste vaikuttaa siihen.

Mahdollisuus: Muuta kaivosvesi velasta omaisuudeksi
Vedenpoisto on jatkuvaa ja tarpeellista toimintaa maanalaisessa kaivostoiminnassa. Kaivoksen tuotantoon virtaa suuria määriä pohjavettä, joka on pumpattava pintaan käsittelyä ja vapauttamista varten. Tämä vesi on usein:

Lämmin: Lämpeneminen syvästä kivestä nostaa lämpötilan 30–50 asteeseen (86–122 astetta F), usein lämpimämpää syvissä kaivoksissa.

Hapan: Sulfidimineraalien, erityisesti rikkikiisun, hapettuminen johtaa rikkihappoon. pH voi olla mikä tahansa välillä 2-5 tai pienempi.

Metalli-rikas: Rauta, kupari, sinkki, alumiini ja muut metallit liukenevat, ja niitä löytyy usein satoja miljoonasosia.

Runsaasti klorideja ja sulfaatteja: nämä ionit nopeuttavat tavallisten metallien korroosiota.

Tämä lämmin kaivosvesi tavallisesti käsitellään (neutraloidaan, laskeutuu ja suodatetaan) ja johdetaan sitten ympäristöön tai pumpataan takaisin maahan. Vesi menettää lämpöenergiansa. Hyvin -suunnitellulla lämmöntalteenottojärjestelmällä tämä matalalaatuinen-lämpö voidaan kuitenkin ottaa talteen ja käyttää:

Kaivoksen toimistojen, myymälöiden, pukuhuoneiden ja muiden pintarakennusten lämmitys.

• Ilmanvaihtoilman lämmitys kylmissä ilmastoissa, maakaasun käytön vähentäminen

Malmin käsittelyn esilämmitysvesi (esim. vaahdotuspiirit, joissa lämpimämpi vesi helpottaa talteenottoa)

Teiden ja lastausalueiden jäänpoisto-talvikuukausina

Suurin haaste tällaiselle lämmön talteenotolle on aina ollut raakakaivosveden hilseilytaipumus ja syövyttävyys. Normaali metallilämmönvaihdin (ruostumaton teräs, titaani tai jopa runsasseosteiset materiaalit) syöpyy, kuoppaa ja likaantuu nopeasti. PTFE-vaippa- ja putkenvaihdin poistaa nämä ongelmat.

Kuinka PTFE-vaihdin mahdollistaa lämmön talteenoton kaivosvedestä
PTFE-vaihtimen kaivosveden lämmöntalteenottojärjestelmä on vaippa-putkilämmönvaihdin, jonka putken puolella on syövyttävää kaivosvettä ja vaipan puolella puhdasta suljetun kierron vesi- tai glykoliyhdistelmää. Tärkein mahdollistava elementti ovat PTFE-putket.

Korroosionkestävyys: Täydellinen immuniteetti kaivosvesikemiaa vastaan
PTFE on kemiallisesti inertti lähes kaikille kaivosvedessä oleville kemikaaleille, joita ovat:

Mikä tahansa rikkihappopitoisuus (H2SO4)

Kloorivetyhappo (HCl) ja kloridit

Sulfaattisuolat (esim. kuparisulfaatti, rautasulfaatti)

Hapettimet ja liuennut happi

Toisin kuin ruostumaton teräs, joka riippuu passiivisesta oksidikerroksesta, jota kloridit tai matala pH voivat vaurioittaa, PTFE:llä ei ole passiivista kerrosta. Se ei syöpy, kuoppa tai rasitushalkeile. Voit siirtää saman vaihtimen kuparikaivoksesta (hapan, korkea kupari) kultakaivokseksi (tyypillisesti korkeat kloridit) ilman merkittäviä muutoksia. Kaivosveden erittäin monipuolisen ja paikkakohtaisen-kemian vuoksi tämä yleinen kestävyys on huomattava etu.

Likaantumisenkestävyys – PTFE:n tarttumaton pinta-vähentää kalkkikiven muodostumista-
erityisen tunnettuja ovat kaivosvedestä saostuneet mineraalisuomut:

Rautaokra (Fe(OH)3, rautahydroksidi): hyytelömäinen, oranssi{0}}ruskea kerrostuma, joka muodostuu rautaraudan hapettumisesta

Kipsi (kalsiumsulfaatti, CaSO₄·2H2O) - Kova, kiteinen kattila sulfaatti-rikkaista vesistä

Metallihydroksidit (alumiini, sinkki, kupari)

PTFE-putken seinämän pieni pintaenergia ei salli suomujen tarttumista kiinni. Laskeutuvat hiukkaset poistetaan nopeasti nestepyörteellä tai ajoitetulla takaisin-huuhtelulla. Metalliset putket (jopa sileä ruostumaton teräs) tarjoavat kuitenkin ydintymispaikkoja kiteen kehittymiselle ja likaantuvat nopeasti ja menettävät lämmönsiirtotehokkuuden.

Lämpöteho: Lämmöntalteenotto alhaisessa lämpötilassa 30-50 astetta
PTFE:llä on alhaisempi lämmönjohtavuus (≈0,25 W/mK) kuin metallilla (≈15-400 W/mK). Tämä ei ole kriittinen rajoitus matalalaatuiselle lämmön talteenotolle lämpimästä kaivosvedestä. Vaikka lämpötilaero kaivosveden (30-50 astetta) ja puhtaan lämmityspiirin (tavoite 25-40 astetta) välillä on minimaalinen, se riittää tilan lämmitykseen tai esilämmityssovelluksiin. Tarvittava lämmönsiirtopinta-ala on suurempi kuin metallinvaihtimen vaatima pinta-ala, mutta PTFE-vaihdin kompensoi sen seuraavasti:

Ei korroosiovaraa (paksuja putkiseiniä ei vaadita)

Ei likaa, joka lisääntyy ajan myötä puhtaana pitämisen aikana

Tarjoaa pitkän, huoltovapaan käyttöiän (usein 20+ vuotta)

PTFE-vaihdin on kemiallisesti sokea lämpösieni, joka juo happaman, metallisen kaivosveden lämmön ja siirtää sen puhtaaseen lämmityspiiriin.

Mine Water Duty System: suunnittelunäkökohdat
Esisuodatus ja laskeutus: Avain hiukkasten poistamiseen
Raaka kaivosvesi sisältää liuenneita metalleja ja suspendoituneita hiukkasia, jotka voivat sisältää hienoja kivihiukkasia (liete, hiekka), saostuneita metallihydroksideja ja joskus orgaanista ainesta. Nämä hankaavat hiukkaset voivat aiheuttaa PTFE-putkien kulumista ajan myötä. PTFE:llä on alhainen kitkakerroin, joten se on vähemmän hankaavaa kuin metallit. PTFE-vaihtimen ylävirtaan tarvitaan kuitenkin esi-esisuodatin tai selkeytyssäiliö. Tyypillisiä parametreja ovat:

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

Patruuna tai seulasuodatin: 200–500 μm mesh, jotta kaikki jääneet isommat hiukkaset säilyvät.

Automaattinen vastahuuhtelusuodatin: Itse{0}}puhdistuva suodatin eliminoi 50–100 µm:n hiukkaset jatkuvassa käytössä.

Jos esisuodatusta ei käytetä, putkinippu tulee lopulta täyteen lietettä ja se on poistettava ja puhdistettava.

Prosessi Huomautus: Automaattinen paluu-huuhteluohjelma
Jopa esisuodatuksella{0}} hienoa sedimenttiä (liete ja saostunut rautaokra) kerääntyy asteittain putkien pinnalle. Säännöllinen automaattinen takaisin{2}}huuhtelu on tarpeen lämmönsiirtokyvyn ylläpitämiseksi. Taka-huuhtelujärjestelmä on seuraava:

Virtauksen suunnanvaihto: Putken puolen virtaussuunta vaihtuu 4-8 tunnin välein 30-60 sekunnin ajan. Tämä syrjäyttää ja huuhtelee pois heikosti kiinnittyneet sedimentit.

Takaisin-huuhtelu: Takaisin-huuhtelun aikana virtausnopeutta lisätään hetkellisesti (esim. . 1.5× normaali) putken seinien hankaamiseksi.

Tyhjennys ja tyhjennys Voimakkaasti hilseileville nesteille käytetään paineilma- tai vesihuuhtelua pysyvien kerrostumien irrottamiseksi.

Takaisin{0}}huuhtelujakso on täysin automaattinen, ja sitä ohjaa ohjelmoitava logiikkaohjain (PLC). Jätehuuhteluvesi (sisältäen irrotettu liete) johdetaan kaivoksen olemassa olevaan vedenkäsittelyjärjestelmään. Yleensä PTFE-vaihtimen fyysistä puhdistusta ei tarvita kuukausiin tai jopa vuosiin.

Putki-Side versus Shell-Side Assignment
Mitä tulee lämmön talteenottoon kaivosvedestä, syövyttävä ja epäpuhdas virta (kaivosvesi) on aina putken puolella. Syitä ovat:

Puhdistettavuus: Putken puoleiset kerrostumat voidaan poistaa kemiallisella puhdistuksella tai mekaanisella pesulla (jos putket ovat suoria). PTFE-letku on joustava, mutta suorat letkut voidaan puhdistaa hellävaraisilla harjoilla.

Paineenrajoitus Kuori tukee ulkoisesti PTFE-putkia. Tämä vähentää PTFE:hen kohdistuvaa rasitusta, koska putken puoleinen paine on yleensä pienempi kuin vaipan puoleinen paine.

Vuodon havaitseminen: PTFE-putken vuoto mahdollistaa puhtaan kuoren puolen nesteen sekoittumisen kaivosveteen (puhtaan nesteen häviäminen) tai päinvastoin. Puhdassilmukan paineen valvonta näyttää putken katkeamisen osoittavan laskun

Puhdas, suljetun kierron lämmitysneste (vesi korroosionestoaineella tai glykoli/vesi-seos) kulkee kuoren puolen läpi. Koska kuori ei koskaan kosketa syövyttävää kaivosvettä, se voidaan rakentaa tavallisesta hiiliteräksestä tai ruostumattomasta teräksestä.

Tekninen tarkkuus: Vesikemia työmaalla
Kaivosveden kemia on melko vaihtelevaa ja paikkakohtaista. PTFE:n yleisvastus on iso plussa, mutta koko järjestelmä on suunniteltava sopimaan todelliseen vesianalyysiin (esisuodatus, takaisin-huuhtelutaajuus, materiaalin valinta ei--PTFE-osille). Pääparametrit, jotka on hankittava ennen suunnittelua:

pH : Osoittaa happopitoisuuden ja sen, onko neutralointi tarpeen ennen käsittelyä (PTFE ei vaadi sitä, mutta alavirran komponentit voivat).

Suspendoituneiden aineiden kokonaismäärä (TSS): Vaikuttaa esi-suodattimen kokoon.

Rautapitoisuus ja hapetusaste (rauta vs. ferri): Vaikuttaa okran saostumisnopeuteen.

Kalsium- ja sulfaattipitoisuudet: Arvioi kipsin hilseilypotentiaalin.

Kloridipitoisuus: auttaa valitsemaan materiaalit vaippaa ja putkia varten (ei vaikuta PTFE:hen).

Erittäin voimakkaiden hilseilynesteiden (esim. kipsin ylikyllästyminen) tapauksessa voi olla tarpeen suorittaa lisätoimenpiteitä, kuten kemiallinen annostelu (neskalantti) tai putken puolen säännöllinen happopuhdistus. Mutta koska PTFE on tarttumaton, tällaisten toimenpiteiden tarve on paljon harvemmin kuin metallinvaihtimissa.

Esimerkki: Tyypillinen asennus Kanadan kuparikaivoksessa
Kuparikaivos Brittiläisessä Kolumbiassa Kanadassa imee pohjavettä 5 000 l/min 38 asteessa 1 200 metrin syvyydestä. Vesi 3,5 pH, 200 mg/l liuennutta rautaa, 400 mg/l sulfaattia, 50 mg/l suspendoituneita hiukkasia. Aiemmin kaivos luovutti tämän lämmitetyn veden käsittelyaltaaseen ilman lämmön talteenottoa. Asennettiin vaippa-ja-putkivaihdin PTFE--putkilla (putken puoli: 1000 × 6 m PTFE-putket, seinämän paksuus 0,5 mm). Talteen otettu lämpö (noin 2 MW) hyödynnetään kaivoksen pääkuiluun tulevan ilmanvaihtoilman esilämmitykseen talvella, mikä vähentää maakaasun käyttöä 30 000 GJ vuodessa. Vaihdin huuhdellaan automaattisesti takaisin 6 tunnin välein. Viiden vuoden käytön jälkeen putken vaihtoa tai kemiallista puhdistusta ei tarvittu.

Johtopäätös: jäteveden muuttaminen tuottoiseksi energiaomaisuudeksi
PTFE-lämmönvaihtimet ovat ihanteellinen vankka ja korroosionkestävä tapa erottaa tärkeää matalalaatuista lämpöä kaikkein hankaavimmista kaivosvesivirroista ja auttaa tekemään kaivostoiminnastasi kestävämpää ja energiatehokkaampaa. PTFE-kuori-ja-putkivaihtimet kestävät happaman korroosion, metalli-ionien hyökkäyksen ja mineraalihilseilyn, mikä mahdollistaa luotettavan,-pitkäaikaisen lämmön talteenoton vedestä, mikä tuhoaisi metallilaitteet kuukausissa. Nämä vaihtimet vaativat vähän huoltoa, ja niissä on riittävä esi-suodatus ja automaattinen takaisin-huuhtelu, joka ottaa talteen lämpöä, joka muuten menetettäisiin. Talteen otettua lämpöä käytetään minimoimaan fossiilisten polttoaineiden käyttöä huonelämmitykseen, ilmanvaihtoilman esilämmitykseen tai prosessiveden lämmitykseen, mikä lisää välittömästi energiatehokkuutta ja minimoi kaivoksen hiilijalanjälkeä.

Vihreimmät kaivokset ovat ne, jotka saavat sähköä omasta jätevesistään. Syvällä kaivoksen kylmissä, tummissa syvennyksissä PTFE-vaihdin toimii hiljaa ja väsymättä muuntaen happaman, metalli{1}}kuormituksen jatkuvaksi, uusiutuvaksi lämpövirtaukseksi.