ตัวแลกเปลี่ยนเปลือก PTFE-และ-ท่อใช้ในการนำความร้อนกลับคืนจากน้ำเหมืองร้อนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนอย่างไร

เหมืองทองแดงหรือเหมืองทองที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินกำลังสูบน้ำใต้ดินที่มีแร่ธาตุเข้มข้นซึ่งมีความร้อนและเป็นกรดสูงออกมาอย่างต่อเนื่องหลายล้านแกลลอน มันเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อม แต่ยังเป็นทรัพยากรความร้อนใต้พิภพขนาดใหญ่ที่ยังไม่ได้ใช้อีกด้วย น้ำซึ่งมีอุณหภูมิอยู่ที่ 30-50 องศา และอิ่มตัวด้วยกรดซัลฟิวริกและโลหะที่ละลายอยู่ เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการนำความร้อนเกรดต่ำกลับมาใช้ใหม่ พลังงานอิสระนี้อาจถูกจับได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพโดยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือก PTFE- และแบบท่อเพื่อให้ความร้อนแก่อาคารพื้นผิวของเหมืองหรือเพื่ออุ่นน้ำในกระบวนการที่เข้ามา โดยไม่ได้รับผลกระทบจากของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและเป็นตะกรัน

โอกาส: เปลี่ยนน้ำเหมืองจากหนี้สินให้เป็นสินทรัพย์
การกำจัดน้ำเป็นกิจกรรมต่อเนื่องและจำเป็นในการทำเหมืองใต้ดิน งานเหมืองอาจมีน้ำใต้ดินไหลเข้าจำนวนมาก ซึ่งจะต้องสูบขึ้นสู่ผิวน้ำเพื่อบำบัดและปล่อย น้ำนี้มักจะเป็น:

อุ่น: การให้ความร้อนจากหินลึกจะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นเป็น 30–50 องศา (86–122 องศา F) ซึ่งมักจะร้อนกว่าในเหมืองลึก

ความเป็นกรด: การออกซิเดชันของแร่ธาตุซัลไฟด์ โดยเฉพาะไพไรต์ ส่งผลให้เกิดกรดซัลฟิวริก ค่า pH อาจเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่ 2 ถึง 5 หรือต่ำกว่า

โลหะ-อุดมไปด้วย: เหล็ก ทองแดง สังกะสี อลูมิเนียม และโลหะอื่นๆ ละลายและมักพบในปริมาณหลายร้อยส่วนต่อล้านส่วน

อุดมไปด้วยคลอไรด์และซัลเฟต: ไอออนเหล่านี้จะเร่งการกัดกร่อนของโลหะทั่วไป

โดยปกติน้ำจากเหมืองที่อบอุ่นนี้จะได้รับการบำบัด (ทำให้เป็นกลาง ตกตะกอน และกรอง) จากนั้นจึงปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมหรือสูบกลับลงสู่พื้นดิน น้ำสูญเสียพลังงานความร้อน อย่างไรก็ตาม ด้วยระบบการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่-ที่ออกแบบมาอย่างดี ความร้อนเกรดต่ำ-นี้สามารถดักจับและนำไปใช้สำหรับ:

การทำความร้อนในสำนักงานเหมือง ร้านค้า ห้องเปลี่ยนเสื้อผ้า และอาคารพื้นผิวอื่นๆ

• การทำความร้อนอากาศระบายอากาศในสภาพอากาศเย็น การลดการใช้ก๊าซธรรมชาติ

อุ่นน้ำเพื่อแปรรูปแร่ (เช่น วงจรลอยอยู่ในน้ำซึ่งน้ำอุ่นช่วยให้ฟื้นตัวได้สะดวก)

การลด-น้ำแข็งของถนนและพื้นที่บรรทุกของในช่วงฤดูหนาว

ความท้าทายที่สำคัญสำหรับการนำความร้อนกลับคืนมาคือแนวโน้มการปรับขนาดและการกัดกร่อนของน้ำดิบมาโดยตลอด ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนโลหะทั่วไป (สแตนเลส ไทเทเนียม หรือแม้แต่วัสดุโลหะผสมสูง) จะสึกกร่อน เป็นหลุม และเหม็นได้อย่างรวดเร็ว ตัวแลกเปลี่ยนเปลือกและท่อ PTFE ขจัดปัญหาเหล่านี้

เครื่องแลกเปลี่ยน PTFE ช่วยให้นำความร้อนจากน้ำเหมืองกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างไร
ระบบนำความร้อนจากน้ำจากเหมืองแบบแลกเปลี่ยน PTFE มาใช้ใหม่คือตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบเปลือกและแบบท่อที่มีน้ำจากเหมืองที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่ด้านข้างของท่อและน้ำแบบวงปิดที่สะอาดหรือการรวมกันของไกลคอลที่ด้านของเปลือก องค์ประกอบสำคัญที่ทำให้ใช้งานได้คือท่อ PTFE

ความต้านทานการกัดกร่อน: ภูมิคุ้มกันที่สมบูรณ์ต่อเคมีของน้ำในเหมือง
PTFE เป็นสารเคมีเฉื่อยต่อสารเคมีเกือบทั้งหมดที่มีอยู่ในน้ำเหมือง ซึ่งรวมถึง:

ความเข้มข้นใดๆ ของกรดซัลฟิวริก (H2SO4)

กรดไฮโดรคลอริก (HCl) และคลอไรด์

เกลือซัลเฟต (เช่น คอปเปอร์ซัลเฟต, เหล็กซัลเฟต)

สารออกซิไดซ์และออกซิเจนละลายน้ำ

ต่างจากเหล็กกล้าไร้สนิมซึ่งขึ้นอยู่กับชั้นพาสซีฟออกไซด์ที่อาจได้รับความเสียหายจากคลอไรด์หรือค่า pH ต่ำ ไม่มีชั้นพาสซีฟที่จะปกป้องด้วย PTFE มันจะไม่กัดกร่อน หลุม หรือรอยแตกจากความเครียด คุณสามารถเปลี่ยนเครื่องแลกเปลี่ยนเดียวกันจากเหมืองทองแดง (ทองแดงที่เป็นกรดและมีปริมาณสูง) ไปเป็นเหมืองทองคำ (โดยทั่วไปจะมีคลอไรด์สูง) โดยไม่มีการปรับเปลี่ยนที่สำคัญ เมื่อพิจารณาถึงความหลากหลายสูงและ-คุณสมบัติทางเคมีเฉพาะของน้ำเหมือง การต้านทานแบบสากลนี้จึงเป็นข้อได้เปรียบอย่างมาก

ต้านทานการเปรอะเปื้อน – พื้นผิวไม่ติด-ของ PTFE ช่วยลดการสะสมของตะกรัน-
ที่รู้จักกันดีโดยเฉพาะคือเกล็ดแร่ที่ตกตะกอนจากน้ำเหมือง:

เหล็กสด (Fe(OH)₃, เฟอร์ริกไฮดรอกไซด์): สารเจลาตินัสสีส้ม-ที่เกิดจากการออกซิเดชันของเหล็กที่เป็นเหล็ก

ยิปซั่ม (แคลเซียมซัลเฟต, CaSO₄·2H₂O) - เกล็ดแข็งที่เป็นผลึกจากซัลเฟต-น้ำที่อุดมสมบูรณ์

โลหะไฮดรอกไซด์ (อะลูมิเนียม สังกะสี ทองแดง)

พลังงานพื้นผิวต่ำของผนังท่อ PTFE ไม่อนุญาตให้เกล็ดเกาะติด อนุภาคที่เกาะตัวจะถูกกำจัดออกอย่างรวดเร็วโดยความปั่นป่วนของของไหลหรือแบ็คฟลัช-ตามกำหนดเวลา ท่อโลหะ (แม้แต่เหล็กสเตนเลสเรียบ) ก็มีจุดเกิดนิวเคลียสสำหรับการพัฒนาคริสตัล และจะเหม็นอย่างรวดเร็วและสูญเสียประสิทธิภาพการส่งผ่านความร้อน

ประสิทธิภาพการระบายความร้อน: การนำความร้อนกลับคืนที่อุณหภูมิต่ำ 30–50 องศา
PTFE มีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า (ประมาณ 0.25 W/mK) มากกว่าโลหะ (ประมาณ 15-400 W/mK) นี่ไม่ใช่ข้อจำกัดที่สำคัญสำหรับการนำความร้อนเกรดต่ำกลับมาใช้ใหม่จากน้ำจากเหมืองอุ่น แม้ว่าอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างน้ำในเหมือง (30-50 องศา ) และวงจรทำความร้อนที่สะอาด (เป้าหมาย 25-40 องศา ) จะน้อยมาก แต่ก็เพียงพอสำหรับการทำความร้อนในพื้นที่หรือการทำความร้อนล่วงหน้า พื้นที่การถ่ายเทความร้อนที่ต้องการนั้นมากกว่าที่ตัวแลกเปลี่ยนโลหะกำหนด แต่ตัวแลกเปลี่ยน PTFE จะชดเชยโดย:

ไม่มีค่าเผื่อการกัดกร่อน (ไม่จำเป็นต้องใช้ผนังท่อหนา)

ไม่มีองค์ประกอบที่เปรอะเปื้อนเพิ่มขึ้นตามเวลาในการรักษาความสะอาด

มีอายุการใช้งานที่ยาวนานและไม่ต้องบำรุงรักษา (โดยทั่วไปคือ 20+ ปี)

ตัวแลกเปลี่ยน PTFE คือฟองน้ำระบายความร้อนแบบปิดบังสารเคมี ซึ่งจะดื่มความร้อนจากน้ำแร่ที่เป็นกรดและเป็นโลหะ และส่งผ่านไปยังวงจรทำความร้อนที่สะอาด

ระบบบำบัดน้ำเสียของเหมือง: ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ
การกรองเบื้องต้นและการตกตะกอน: กุญแจสำคัญในการกำจัดอนุภาค
น้ำแร่ดิบประกอบด้วยโลหะที่ละลายและอนุภาคแขวนลอย ซึ่งอาจรวมถึงอนุภาคหินละเอียด (ตะกอน ทราย) ไฮดรอกไซด์ของโลหะที่ตกตะกอน และบางครั้งเป็นสารอินทรีย์ อนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเหล่านี้อาจทำให้ท่อ PTFE สึกหรอเมื่อเวลาผ่านไป PTFE มีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำและมีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่าโลหะ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีตัวกรองขั้นต้น-หรือถังตกตะกอนที่ต้นน้ำของเครื่องแลกเปลี่ยน PTFE พารามิเตอร์ทั่วไปคือ:

Settling tank: 30-60 minutes retention period to enable coarse particles (>100 ไมโครเมตร) เพื่อชำระออก

ตลับกรองหรือตัวกรองหน้าจอ: ตาข่าย 200 ถึง 500 μm เพื่อเก็บอนุภาคขนาดใหญ่ที่เหลือ

ตัวกรองย้อนกลับอัตโนมัติ: ตัวกรองการทำความสะอาดตัวเอง-จะกำจัดอนุภาคได้ถึง 50–100 µm เพื่อการทำงานที่ต่อเนื่อง

หากไม่ได้ใช้การกรองล่วงหน้า- ในที่สุดมัดท่อก็จะเต็มไปด้วยตะกอนและจะต้องถอดออกและทำความสะอาด

หมายเหตุกระบวนการ: ย้อนกลับอัตโนมัติ-กิจวัตรฟลัช
แม้ว่าจะมีตะกอนละเอียด-ก่อนการกรอง (ตะกอนและดินเหลืองสีที่ตกตะกอน) ก็จะค่อยๆ สะสมบนพื้นผิวของท่อ การล้างกลับอัตโนมัติ-เป็นประจำเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อรักษาประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน ระบบชำระล้างด้านหลัง-มีลักษณะดังนี้:

การกลับทิศทางของการไหล: ทิศทางของการไหลผ่านด้านท่อจะกลับด้านทุกๆ 4-8 ชั่วโมงเป็นเวลา 30-60 วินาที สิ่งนี้จะขับและชะล้างตะกอนที่เกาะติดอย่างอ่อนออก

ฟลัชย้อนกลับ-: ระหว่างการฟลัชแบ็ค- อัตราการไหลจะเพิ่มขึ้นชั่วขณะ (เช่น. 1.5× ปกติ) เพื่อกัดเซาะผนังท่อ

ระบายและไล่ออก สำหรับของเหลวที่มีตะกรันสูง ต้องใช้อากาศอัดหรือไล่น้ำเพื่อคลายคราบที่สะสมอยู่

รอบการล้างย้อนกลับ-เป็นไปโดยอัตโนมัติโดยสิ้นเชิงและควบคุมโดยตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้ (PLC) น้ำทิ้ง (รวมถึงตะกอนที่หลุดออกมา) จะถูกส่งไปยังระบบบำบัดน้ำที่มีอยู่ในเหมือง โดยปกติแล้ว ไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดตัวแลกเปลี่ยน PTFE ทางกายภาพเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี

Tube-ด้านข้างเทียบกับเปลือก-การกำหนดด้านข้าง
ในส่วนของการนำความร้อนกลับมาจากน้ำเหมืองนั้น กระแสที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและไม่สะอาด (น้ำเหมือง) มักจะอยู่ที่ด้านท่อเสมอ เหตุผลคือ:

ความสามารถในการทำความสะอาด: คราบสกปรกที่ด้านข้างท่อสามารถกำจัดออกได้โดยการทำความสะอาดด้วยสารเคมีหรือโดยการเจาะแบบกลไก (หากท่อเป็นแบบตรง) ท่อ PTFE มีความยืดหยุ่น แต่สามารถทำความสะอาดท่อตรงได้โดยใช้แปรงที่อ่อนโยน

การกักเก็บแรงดัน เปลือกรองรับท่อ PTFE จากภายนอก ซึ่งจะช่วยลดความเครียดบน PTFE เนื่องจากความดันด้านข้างของท่อมักจะต่ำกว่าความดันด้านข้างของเปลือก

การตรวจจับรอยรั่ว: การรั่วในท่อ PTFE จะทำให้ของเหลวด้านเปลือกสะอาดผสมกับน้ำจากเหมือง (สูญเสียของเหลวสะอาด) หรือในทางกลับกัน การตรวจสอบแรงดันแบบ Clean Loop จะแสดงการจุ่มที่ส่งสัญญาณการแตกหักของท่อ

ของเหลวทำความร้อนแบบวงปิดที่สะอาด (น้ำที่มีสารยับยั้งการกัดกร่อนหรือส่วนผสมของไกลคอล/น้ำ) ไหลผ่านด้านของเปลือก เนื่องจากเปลือกหอยไม่เคยสัมผัสกับน้ำจากเหมืองที่มีฤทธิ์กัดกร่อน มันจึงอาจสร้างจากเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาหรือเหล็กกล้าไร้สนิม

ความถูกต้องทางเทคนิค: เคมีของน้ำที่ไซต์งาน
เคมีของน้ำเหมืองค่อนข้างแปรผันและขึ้นอยู่กับพื้นที่ ความต้านทานสากลของ PTFE ถือเป็นข้อดีอย่างมาก แต่ทั้งระบบต้องได้รับการออกแบบให้เหมาะกับการวิเคราะห์น้ำจริง (การกรองก่อน- ความถี่ในการล้างกลับ- การเลือกใช้วัสดุสำหรับชิ้นส่วนที่ไม่ใช่-PTFE) พารามิเตอร์หลักที่ต้องได้รับก่อนการออกแบบ:

pH : ระบุความเข้มข้นของกรดและหากจำเป็นต้องมีการทำให้เป็นกลางก่อนการบำบัด (PTFE ไม่ต้องการ แต่อาจมีส่วนประกอบปลายน้ำ)

สารแขวนลอยทั้งหมด (TSS): ส่งผลต่อขนาดของตัวกรองล่วงหน้า-

ความเข้มข้นของเหล็กและสถานะออกซิเดชัน (เหล็กกับเฟอร์ริก): ส่งผลต่ออัตราการตกตะกอนของดินสีเหลืองสด

ความเข้มข้นของแคลเซียมและซัลเฟต: ประมาณศักยภาพในการปรับขนาดยิปซั่ม

ความเข้มข้นของคลอไรด์: ช่วยในการเลือกวัสดุสำหรับเปลือกและท่อ (PTFE ไม่ได้รับผลกระทบ)

สำหรับของเหลวที่มีตะกรันที่รุนแรงมาก (เช่น การอิ่มตัวยิปซั่ม) อาจจำเป็นต้องดำเนินการเพิ่มเติม เช่น การจ่ายสารเคมี (สารป้องกันตะกรัน) หรือการทำความสะอาดด้วยกรดเป็นระยะๆ ที่ด้านข้างของท่อ แต่เนื่องจาก PTFE ไม่ติด- ความจำเป็นในการแทรกแซงดังกล่าวจึงเกิดขึ้นน้อยกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนโลหะมาก

ตัวอย่าง: การติดตั้งทั่วไปในเหมืองทองแดงของแคนาดา
เหมืองทองแดงในบริติชโคลัมเบีย ประเทศแคนาดา ดึงน้ำบาดาลออกมาได้ 5,000 ลิตรต่อนาทีที่ระดับความสูง 38 องศาจากความลึก 1,200 เมตร น้ำ 3.5 pH, เหล็กละลาย 200 มก./ลิตร, ซัลเฟต 400 มก./ลิตร, อนุภาคแขวนลอย 50 มก./ลิตร ก่อนหน้านี้เหมืองได้ปล่อยน้ำอุ่นนี้ไปยังบ่อบำบัดโดยไม่มีการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ มีการสร้างตัวแลกเปลี่ยนเปลือก-และ-ท่อด้วยท่อ PTFE- (ด้านท่อ: ท่อ PTFE ขนาด 1000 × 6 ม.- ความหนาของผนัง 0.5 มม.) ความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่ (ประมาณ 2 เมกะวัตต์) ถูกนำมาใช้เพื่ออุ่นอากาศระบายอากาศที่เข้าสู่ปล่องหลักของเหมืองในฤดูหนาว ซึ่งช่วยลดการใช้ก๊าซธรรมชาติได้ 30,000 กิกะจูลต่อปี ตัวแลกเปลี่ยนจะถูกล้างกลับโดยอัตโนมัติทุกๆ 6 ชั่วโมง หลังจากใช้งานมา 5 ปี ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนท่อหรือทำความสะอาดสารเคมีใดๆ

บทสรุป: การแปลงน้ำเสียให้เป็นสินทรัพย์พลังงานที่ร่ำรวย
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน PTFE เป็นวิธีที่ดีเยี่ยมในการป้องกันการกัดกร่อนและทนทานในการดึงความร้อนเกรดต่ำที่สำคัญจากกระแสน้ำในเหมืองที่มีฤทธิ์กัดกร่อนมากที่สุด และช่วยให้การทำเหมืองของคุณมีความยั่งยืนและประหยัดพลังงานมากขึ้น เครื่องแลกเปลี่ยนเปลือก PTFE-และ-ท่อสามารถทนต่อการกัดกร่อนที่เป็นกรด การโจมตีด้วยไอออนของโลหะ และตะกรันแร่ ช่วยให้สามารถนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่-จากน้ำในระยะยาวได้อย่างน่าเชื่อถือ ซึ่งอาจทำลายอุปกรณ์โลหะภายในเวลาหลายเดือน ตัวแลกเปลี่ยนเหล่านี้ต้องการการบำรุงรักษาต่ำ โดยมี-การกรองล่วงหน้าที่เพียงพอและการฟลัชชิ่งกลับอัตโนมัติ- เพื่อเรียกคืนความร้อนที่อาจสูญเสียไป ความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่จะใช้เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลให้เหลือน้อยที่สุดสำหรับการทำความร้อนในห้อง การอุ่นอากาศระบายอากาศ หรือการทำน้ำร้อนในกระบวนการผลิต ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานได้ทันที และลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในเหมืองให้เหลือน้อยที่สุด

เหมืองที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่สุดคือเหมืองที่ได้รับพลังงานจากน้ำเสียของตัวเอง ลึกลงไปในช่องแคบที่เย็นและมืดของเหมือง ตัวแลกเปลี่ยน PTFE ทำงานอย่างเงียบๆ และไม่เหน็ดเหนื่อย เปลี่ยนภาระที่เป็นกรดของโลหะ-ให้กลายเป็นกระแสความอบอุ่นที่หมุนเวียนได้อย่างต่อเนื่อง