เหมืองลึกขึ้นเรื่อยๆ ทุกปี – 30 เมตร ตามรายงานของอุตสาหกรรม
เมื่อความลึกเพิ่มขึ้น การระบายอากาศและการระบายความร้อนก็จำเป็นเช่นกัน ฮาวเดนรู้เรื่องนี้จากประสบการณ์การทำงานกับเหมืองที่ลึกที่สุดในแอฟริกาใต้
ฮาวเดนก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2397 โดยเจมส์ ฮาวเดนในสกอตแลนด์ในฐานะบริษัทวิศวกรรมทางทะเล และเข้าสู่แอฟริกาใต้ในทศวรรษที่ 1950 เพื่อตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมเหมืองแร่และพลังงานในช่วงทศวรรษที่ 1960 บริษัทได้ช่วยจัดหาระบบระบายอากาศและทำความเย็นให้กับเหมืองทองที่อยู่ลึกของประเทศ ซึ่งจำเป็นต่อการสกัดแร่ที่อยู่ใต้ดินเป็นระยะทางหลายกิโลเมตรอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
“ในขั้นต้น เหมืองใช้การระบายอากาศเป็นวิธีการระบายความร้อนเท่านั้น แต่เมื่อความลึกของเหมืองเพิ่มขึ้น การระบายความร้อนเชิงกลก็เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อชดเชยภาระความร้อนที่เพิ่มขึ้นในเหมือง” Teunes Wasserman หัวหน้าแผนก Mine Cooling and Compressors ของ Howden กล่าวกับ IM
เหมืองทองหลายแห่งในแอฟริกาใต้ได้ติดตั้ง Freon™ centrifugal coolers ไว้เหนือและใต้พื้นดินเพื่อให้ความเย็นที่จำเป็นสำหรับบุคลากรและอุปกรณ์ที่อยู่ใต้ดิน
แม้จะมีการปรับปรุงในสภาพที่เป็นอยู่ แต่ระบบกระจายความร้อนของเครื่องที่อยู่ใต้ดินกลับมีปัญหา เนื่องจากความสามารถในการทำความเย็นของเครื่องถูกจำกัดด้วยอุณหภูมิและปริมาณอากาศเสียที่มีอยู่ Wasserman กล่าวในขณะเดียวกัน คุณภาพน้ำในเหมืองก็ทำให้เกิดการปนเปื้อนอย่างรุนแรงของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและท่อที่ใช้ในเครื่องทำความเย็นแบบแรงเหวี่ยงในยุคแรกๆ เหล่านี้
เพื่อแก้ปัญหานี้ เหมืองเริ่มสูบอากาศเย็นจากพื้นผิวสู่พื้นดินแม้ว่าสิ่งนี้จะเพิ่มความสามารถในการทำความเย็น แต่โครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นจะใช้พื้นที่ในไซโล และกระบวนการนี้ต้องใช้ทั้งพลังงานและพลังงานมาก
เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ เหมืองต้องการเพิ่มปริมาณอากาศเย็นที่ไหลลงสู่พื้นดินผ่านหน่วยน้ำเย็น
สิ่งนี้ทำให้ฮาวเดนแนะนำเครื่องทำความเย็นแบบสกรูอะมิโนในเหมืองในแอฟริกาใต้ โดยเริ่มจากเครื่องทำความเย็นแบบหมุนเหวี่ยงพื้นผิวที่มีอยู่ก่อนสิ่งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนขั้นตอนของปริมาณสารหล่อเย็นที่สามารถจ่ายให้กับเหมืองทองใต้ดินลึกเหล่านี้ ส่งผลให้อุณหภูมิเฉลี่ยของน้ำผิวดินลดลงจาก 6-8°C เป็น 1°Cเหมืองสามารถใช้โครงสร้างพื้นฐานไปป์ไลน์เดียวกันกับเหมือง ซึ่งหลายแห่งได้รับการติดตั้งแล้ว ในขณะที่เพิ่มปริมาณความเย็นที่ส่งไปยังชั้นที่ลึกขึ้นอย่างมาก
ประมาณ 20 ปีหลังจากการเปิดตัว WRV 510 Howden ซึ่งเป็นผู้เล่นชั้นนำในตลาดได้พัฒนา WRV 510 ซึ่งเป็นคอมเพรสเซอร์แบบสกรูบล็อกขนาดใหญ่ที่มีโรเตอร์ 510 มม.เป็นหนึ่งในคอมเพรสเซอร์แบบสกรูที่ใหญ่ที่สุดในตลาด ณ เวลานั้น และตรงกับขนาดของโมดูลเครื่องทำความเย็นที่จำเป็นในการทำให้เหมืองในแอฟริกาใต้เย็นลง
“นี่คือจุดเปลี่ยนของเกม เพราะเหมืองสามารถติดตั้งเครื่องทำความเย็นขนาด 10-12 เมกะวัตต์เครื่องเดียว แทนที่จะติดตั้งเครื่องทำความเย็นจำนวนมาก” Wasserman กล่าว“ในขณะเดียวกัน แอมโมเนียซึ่งเป็นสารทำความเย็นสีเขียวก็เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการผสมผสานระหว่างคอมเพรสเซอร์แบบสกรูและแผ่นแลกเปลี่ยนความร้อน”
การพิจารณาเกี่ยวกับแอมโมเนียได้รับการกำหนดอย่างเป็นทางการในข้อมูลจำเพาะและมาตรฐานความปลอดภัยสำหรับแอมโมเนียสำหรับอุตสาหกรรมเหมืองแร่ โดย Howden มีบทบาทสำคัญในกระบวนการออกแบบพวกเขาได้รับการปรับปรุงและรวมอยู่ในกฎหมายของแอฟริกาใต้
ความสำเร็จนี้เห็นได้จากการติดตั้งเครื่องทำความเย็นแอมโมเนียที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 350 เมกะวัตต์โดยอุตสาหกรรมเหมืองแร่ของแอฟริกาใต้ ซึ่งถือว่าใหญ่ที่สุดในโลก
แต่นวัตกรรมของฮาวเดนในแอฟริกาใต้ไม่ได้หยุดอยู่แค่นั้น ในปี 1985 บริษัทได้เพิ่มเครื่องทำน้ำแข็งพื้นผิวให้กับเครื่องทำความเย็นเหมืองที่มีจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ
เนื่องจากตัวเลือกการทำความเย็นบนพื้นผิวและใต้ดินมีมากสุดหรือถือว่าแพงเกินไป เหมืองจึงต้องการโซลูชันระบายความร้อนใหม่เพื่อขยายการขุดไปสู่ระดับที่ลึกขึ้น
ฮาวเดนติดตั้งโรงงานผลิตน้ำแข็งแห่งแรก (ตัวอย่างด้านล่าง) ในปี 1985 ที่ EPM (East Rand Proprietary Mine) ทางตะวันออกของโจฮันเนสเบิร์ก ซึ่งมีความสามารถในการทำความเย็นรวมขั้นสุดท้ายประมาณ 40 เมกะวัตต์ และความจุน้ำแข็ง 4320 ตันต่อชั่วโมง
พื้นฐานของการดำเนินการคือการก่อตัวของน้ำแข็งบนพื้นผิวและขนส่งผ่านเหมืองไปยังเขื่อนน้ำแข็งใต้ดิน ซึ่งน้ำจากเขื่อนน้ำแข็งจะหมุนเวียนในสถานีทำความเย็นใต้ดินหรือใช้เป็นน้ำในกระบวนการสำหรับการขุดเจาะหลุมน้ำแข็งที่ละลายแล้วจะถูกสูบกลับขึ้นสู่ผิวน้ำ
ประโยชน์หลักของระบบเครื่องทำน้ำแข็งนี้คือต้นทุนการสูบน้ำที่ลดลง ซึ่งช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับระบบน้ำเย็นผิวดินได้ประมาณ 75-80%Wasserman กล่าวว่า "พลังงานความเย็นที่สะสมอยู่ในการเปลี่ยนสถานะของน้ำโดยธรรมชาติ" Wasserman กล่าว โดยอธิบายว่าน้ำแข็ง 1 กก./วินาที มีความสามารถในการทำความเย็นเท่ากับน้ำแช่แข็ง 4.5-5 กก./วินาที
เนื่องจาก "ประสิทธิภาพการวางตำแหน่งที่เหนือกว่า" เขื่อนใต้ดินจึงสามารถรักษาอุณหภูมิไว้ที่ 2-5°C เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนของสถานีระบายความร้อนด้วยอากาศใต้ดิน และเพิ่มความสามารถในการทำความเย็นสูงสุดอีกครั้ง
ข้อดีอีกประการของความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำแข็งในแอฟริกาใต้ ซึ่งเป็นประเทศที่ขึ้นชื่อเรื่องโครงข่ายไฟฟ้าที่ไม่เสถียร คือความสามารถของระบบที่จะใช้เป็นวิธีกักเก็บความร้อน ซึ่งน้ำแข็งจะถูกสร้างขึ้นและสะสมอยู่ในเขื่อนน้ำแข็งใต้ดินและในช่วงที่มีการใช้งานสูงสุด.
ผลประโยชน์ประการหลังนี้นำไปสู่การพัฒนาโครงการความร่วมมือทางอุตสาหกรรมที่ได้รับการสนับสนุนจาก Eskom ซึ่ง Howden กำลังตรวจสอบการใช้เครื่องทำน้ำแข็งเพื่อลดความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด โดยมีกรณีทดสอบที่ Mponeng และ Moab Hotsong ซึ่งเป็นเหมืองใต้ดินที่ลึกที่สุดในโลก
“เราแช่แข็งเขื่อนในตอนกลางคืน (หลังเลิกงาน) และใช้น้ำและน้ำแข็งที่ละลายเป็นแหล่งความเย็นสำหรับเหมืองในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน” Wasserman อธิบาย“หน่วยทำความเย็นฐานจะปิดในช่วงที่มีการใช้งานสูงสุด ซึ่งช่วยลดภาระบนกริด”
สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนาเครื่องทำน้ำแข็งแบบเบ็ดเสร็จที่ Mponeng ซึ่ง Howden เสร็จสิ้นการทำงานรวมถึงอุปกรณ์โยธา ไฟฟ้า และเครื่องกลสำหรับเครื่องทำน้ำแข็งขนาด 12 เมกะวัตต์ 120 ตันต่อชั่วโมง
การเพิ่มล่าสุดในกลยุทธ์การทำความเย็นหลักของ Mponeng ได้แก่ น้ำแข็งอ่อน น้ำเย็นพื้นผิว เครื่องทำความเย็นพื้นผิว (BACs) และระบบทำความเย็นใต้ดินการมีความเข้มข้นสูงของเกลือและคลอไรด์ที่ละลายในน้ำเหมืองในระหว่างการทำงาน
ประสบการณ์ที่สั่งสมมาของแอฟริกาใต้และการมุ่งเน้นที่โซลูชัน ไม่ใช่แค่ผลิตภัณฑ์เท่านั้น ยังคงเปลี่ยนแปลงระบบทำความเย็นทั่วโลกอย่างต่อเนื่อง เขากล่าว
ดังที่ Wasserman กล่าวไว้ เมื่อมีเหมืองมากขึ้นเรื่อย ๆ ลึกขึ้นเรื่อย ๆ และพื้นที่ในเหมืองมากขึ้น จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นวิธีแก้ปัญหาเช่นนี้ที่พบในส่วนอื่น ๆ ของโลก
Meinhardt กล่าวว่า "Howden ได้ส่งออกเทคโนโลยีการทำความเย็นในเหมืองลึกไปยังแอฟริกาใต้มานานหลายทศวรรษตัวอย่างเช่น เราจัดหาโซลูชันการทำความเย็นเหมืองสำหรับเหมืองทองใต้ดินในเนวาดาในทศวรรษที่ 1990
“เทคโนโลยีที่น่าสนใจที่ใช้ในเหมืองบางแห่งในแอฟริกาใต้คือการเก็บน้ำแข็งเพื่อถ่ายเทความร้อน – พลังงานความร้อนจะถูกเก็บไว้ในเขื่อนน้ำแข็งขนาดใหญ่น้ำแข็งถูกผลิตขึ้นในช่วงชั่วโมงเร่งด่วนและใช้ในช่วงชั่วโมงเร่งด่วน” เขากล่าว“ตามเนื้อผ้า หน่วยทำความเย็นได้รับการออกแบบมาสำหรับอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดที่สามารถเข้าถึงได้สามชั่วโมงต่อวันในช่วงฤดูร้อนแต่ถ้าคุณมีความสามารถในการเก็บพลังงานความเย็น คุณก็ลดความจุนั้นลงได้”
“หากคุณมีแผนการที่มีอัตราสูงสุดค่อนข้างสูงและต้องการอัปเกรดเป็นอัตราที่ถูกกว่าในช่วงนอกฤดูท่องเที่ยว โซลูชันการทำน้ำแข็งเหล่านี้สามารถสร้างกรณีศึกษาทางธุรกิจที่แข็งแกร่งได้” เขากล่าว“เงินทุนตั้งต้นของโรงงานสามารถชดเชยต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลงได้”
ในขณะเดียวกัน BAC ซึ่งใช้ในเหมืองของแอฟริกาใต้มานานหลายทศวรรษ กำลังมีความสำคัญระดับโลกมากขึ้นเรื่อยๆ
เมื่อเทียบกับการออกแบบ BAC แบบดั้งเดิม BAC รุ่นล่าสุดมีประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงกว่ารุ่นก่อน มีขีดจำกัดอุณหภูมิอากาศในเหมืองที่ต่ำกว่า และรอยเท้าที่เล็กกว่าพวกเขายังรวมโมดูลระบายความร้อนตามความต้องการ (CoD) เข้ากับแพลตฟอร์ม Howden Ventsim CONTROL ซึ่งจะปรับอุณหภูมิของอากาศในปลอกคอโดยอัตโนมัติเพื่อให้ตรงกับความต้องการของพื้นผิวด้านล่าง
ในปีที่ผ่านมา Howden ได้ส่งมอบ BAC รุ่นใหม่สามรุ่นให้กับลูกค้าในบราซิลและบูร์กินาฟาโซ
บริษัทยังสามารถสร้างโซลูชันที่ปรับแต่งได้สำหรับสภาวะการทำงานที่ยากลำบากตัวอย่างล่าสุดคือการติดตั้งเครื่องทำความเย็นแอมโมเนีย BAC แบบ 'ไม่เหมือนใคร' สำหรับ OZ Minerals ที่เหมือง Carrapateena ในรัฐเซาท์ออสเตรเลีย
“ฮาวเดนติดตั้งเครื่องควบแน่นแบบแห้งด้วยเครื่องอัดแอมโมเนียของฮาวเดนและเครื่องทำความเย็นอากาศแห้งแบบวงปิดในออสเตรเลียในกรณีที่ไม่มีน้ำ” Wasserman กล่าวถึงการติดตั้ง“เนื่องจากเป็นการติดตั้งแบบ 'แห้ง' และไม่ได้ติดตั้งระบบทำความเย็นแบบสเปรย์แบบเปิดในระบบน้ำ ระบบทำความเย็นเหล่านี้จึงได้รับการออกแบบเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด”
ขณะนี้บริษัทกำลังทดสอบโซลูชันการตรวจสอบเวลาทำงานสำหรับโรงงาน BAC บนบกขนาด 8 เมกะวัตต์ (ภาพด้านล่าง) ที่ออกแบบและสร้างขึ้นที่เหมืองเงิน Yaramoko Fortuna Silver (เดิมคือ Roxgold) ในบูร์กินาฟาโซ
ระบบที่ควบคุมโดยโรงงาน Howden ในเมืองโจฮันเนสเบิร์ก ช่วยให้บริษัทสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับการปรับปรุงประสิทธิภาพและการบำรุงรักษาที่เป็นไปได้เพื่อให้โรงงานทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดหน่วย BAC ที่ศูนย์การขุด Caraiba ใน Ero Copper ประเทศบราซิลได้รับการออกแบบให้ใช้คุณลักษณะนี้เช่นกัน
แพลตฟอร์ม Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) ยังคงสร้างความสัมพันธ์ที่เพิ่มมูลค่าอย่างยั่งยืน และบริษัทจะเปิดตัวการศึกษาความเป็นไปได้ในการระบายอากาศตามคำสั่ง (VoD) 2 ครั้งในประเทศในปี 2564
ที่ชายแดนซิมบับเว บริษัทกำลังทำงานในโครงการที่จะเปิดใช้งานวิดีโอออนดีมานด์สำหรับประตูอัตโนมัติในเหมืองใต้ดิน โดยเปิดให้เปิดในช่วงเวลาต่างๆ และให้อากาศเย็นในปริมาณที่เหมาะสมโดยขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของยานพาหนะ
การพัฒนาเทคโนโลยีนี้โดยใช้โครงสร้างพื้นฐานการขุดที่มีอยู่และแหล่งข้อมูลที่มีอยู่ทั่วไป จะเป็นส่วนสำคัญของผลิตภัณฑ์ในอนาคตของ Howden
ประสบการณ์ของฮาวเดนในแอฟริกาใต้: เรียนรู้วิธีออกแบบโซลูชันการทำความเย็นเพื่อจัดการกับคุณภาพน้ำที่ไม่ดีในเหมืองทองที่อยู่ลึก วิธีสร้างโซลูชันให้ประหยัดพลังงานมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเกี่ยวกับโครงข่ายไฟฟ้า และวิธีปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านคุณภาพอากาศที่เข้มงวดที่สุดข้อกำหนดด้านอุณหภูมิและอาชีวอนามัยทั่วโลก - จะยังคงชำระสำหรับเหมืองทั่วโลก
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire England HP4 2AF สหราชอาณาจักร