降溫PK

來源：發(fā)布時間：2022-09-13 931 次瀏覽

行于厚廣星田 品讀降溫文化

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一、世界礦井降溫亮點，發(fā)表人:WMT

1、南非：

世界上最早系統(tǒng)研究礦井風流熱力學規(guī)律的國家：1912年。

世界上最早采用冰降溫的國家：1986年南非的Anglogold’s Mponeng 金礦，該礦開采深度3700m以上，總裝機制冰量9×800t/d，制冷量為24MW，采用以色列產(chǎn)真空制冰機制取顆粒狀冰，形成了完整的制冰、水平輸冰、垂直輸冰、井下融冰工藝，為世界各國借鑒冰降溫起到了決定性作用。南非開發(fā)電真空制冰降溫的主要原因是：井深大，熱害嚴重，傳統(tǒng)的井下集中制冷規(guī)模受限；采用地面集中降溫時，井下熱壓轉換設備技術要求高、投資大，循環(huán)泵送功率大，運行費高；采用電制片冰降溫時，冰堵嚴重、能耗大、投資大、運行成本高。因此，采用真空冰降溫的根本目的是為了避免傳統(tǒng)降溫方法存在的問題，但從技術經(jīng)濟角度綜合考慮，南非相關規(guī)程規(guī)定：“礦井采深超過3660m，生產(chǎn)水平原始巖溫超過65℃時才采用冰冷降溫”，美國ASHRAE標準規(guī)定：“當?shù)V井開采深度超過3660m，且水和空氣排熱性能受限時，可考慮冰冷降溫系統(tǒng)”。我國煤礦目前，乃至今后很長一段時間，開采水平巖溫超過65℃的礦井數(shù)量極少，按目前開采速度和技術經(jīng)濟水平，我國在50年內(nèi)超過3660m深的礦井將不可能存在，且具有比冰降溫更有效的方法可以采用，因此從科學角度，冰降溫不適合我國國情。

2、巴西：

世界上最早采用機械降溫的國家：1929年，巴西的Morro Velho礦，采用液氨制冷機在地面冷卻井筒入風，在-1800m水平安裝兩臺以R11為制冷劑的透平式制冷機，進一步冷卻集中進風。

3、比利時：

世界上煤礦最早進行降溫的國家。1939年比利時的Les lie geoi 煤礦地面安裝集中制冷站，制冷量800USRT，服務1000m深采掘工作面降溫，并采用皮爾頓透平機減壓。

4、德國：

世界上最早使用局部降溫的國家。1951年在Neumilhl煤礦-770m水平掘進面安裝小型局部降溫設備。

5、中國煤礦最早采用冰降溫的礦井是平煤八礦，于1997年采用塊冰（chunk ice)，通過保溫車運到掘進工作面形成冰水混合物，通過空冷器實施掘進面降溫，取得了較為明顯的降溫效果，但由于運冰過程影響生產(chǎn)運輸，無法實現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定降溫，且降溫運行成本高等，導致該項技術未能推廣。

6、世界上首次采用熱-電-乙二醇低溫制冷進行礦井降溫的國家：2007年中國河南平煤四礦，為武漢星田公司和平煤集團的共同自主知識產(chǎn)權，由武漢星田公司設計、平煤巨資打造，仿冒必究。該系統(tǒng)總裝機制冷規(guī)模為10MW，也是中國目前最大的礦井降溫系統(tǒng)。

7、世界上礦井降溫專利、專著最多的國家：美國。

8、中國第一部礦井降溫設計規(guī)范：《煤礦井下熱害防治設計規(guī)范》，系中煤國際工程集團武漢設計研究院主編，為國家強制標準。

二、世界制冷降溫權威資料(本公司有資料)，發(fā)表人：WMT

1、南非：

Journal of The Mine Ventilation Society of South Africa

J.Burrows,ed.1989. Environmental Engineering in South Africa Mines,MVS

Patterson,A.M. ed.1999.The mine ventilation Practioner's data book.MVS

2、美國：
81051 - 2005 ASHRAE Handbook - Fundamentals (SI)

81061 - 2006 ASHRAE Handbook - Refrigeration (SI)

81071 - 2007 ASHRAE Handbook - HVAC Applications (SI)

81081 - 2008 ASHRAE Handbook - HVAC Systems and Equipment (SI)

90424 - Principles of Heating, Ventilating and Air-Conditioning Solutions Manual

Bossard,F. 1982.Mine Ventilation Design Practices,1st ed.Butte,MT

Hall C.J. 1981.Mine ventilation engineering. Society of Mining Engineers and Lucas-Guinn Co., Hoboken,NY

Hartman,H.L. ed.1997.Mine Ventilation and air conditioning,3rd ed. John Wiley &Sons,New York

Kennedy,W.R.1996.Practical mine ventilation.Intertec Publishing,Chicago

Mcpherson,M.J. 1993.Subsurface ventilation and environmental engineering.Chapman &Hall,NY

Tien,J.C. 1999. Controlled recirculation.In Practical mine ventilation engineering.Intertec Publishing,Chicago

3、英國：

British Journal of Applied Physics

4、德國：

Glückauf

Joach Voβ，Grubenklima，Verlag Glückauf GmbH Essen 1981

5、日本：

《資源と素材》

平松良雄，高溫對策じつぃて，通商產(chǎn)業(yè)省，昭和51年8月

6、俄羅斯：

А.Н.Шербань,О.А.Кремнев,РУКОВОДСТВОПО РЁГУЛИРОВАНИЮ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ШАХТ. МОСКВА

《НЕДРА》，1977

三、礦井降溫冷源PK

1、地面集中與井下集中比較

比較內(nèi)容	地面集中制冷降溫方案	井下集中制冷降溫方案
規(guī) 模限制	美國AIME，從技術經(jīng)濟角度出發(fā)規(guī)定，選擇礦井降溫系統(tǒng)時，制冷規(guī)模在2.3MW以上時，宜采用地面集中降溫。對于核桃峪礦需冷量為5.8MW（尚未考慮冷損），實際配置制冷量超過8MW，適宜采用地面集中降溫。地面集中降溫不受規(guī)模限制。	制冷機組的選型制冷量要求不宜過大。目前，單機最大制冷量僅為 3300kW。對核桃峪礦而言，5.8MW需冷量，實際配置超過8MW，因此采用井下集中降溫在技術經(jīng)濟上已存在問題。
設備投資	制冷機組在地面，單機最大制冷量和地面制冷機房可不受限制，井下采用高低壓換冷器，降溫硐室總長度可控制在120m 范圍以內(nèi)，硐室尺寸較短，且井下設備臺數(shù)較少，主機國產(chǎn)，可選余地大，設備投資較低。主機冷量差級小，選型容易且節(jié)約。主機有高中低三個等次，且價格可比性強。	制冷機組在井下，目前單機最大制冷量為 3300kW，機組總臺數(shù)不宜大于 3 臺，井下降溫硐室長度可控制在 120m 范圍以內(nèi)。由于目前井下機組可選余地不大，進口主機價格完全被二級甚至三級代理商控制（沒有廠家直銷），導致設備投資大。主機冷量差級大，易造成選型浪費。
供貨周期	所有設備為國內(nèi)獨資生產(chǎn)，供貨周期三個月可以確保。不存在政策風險。	主機為歐盟進口，供貨周期一般六個月，最短五個月。根據(jù)目前歐盟新冠疫情形勢，其生產(chǎn)、檢驗、運輸、通關很難按正常程序進行。且目前國內(nèi)空海運輸，尚未完全開放。供貨周期很難確定。如果萬一外交關系惡化，很難保證貿(mào)易正常，有政策風險存在。
運行管理	制冷機組集中在地面，檢修維護較為便利；根據(jù)工程實際運行經(jīng)驗，井下高低壓換冷器維護工作量小。系統(tǒng)維護和管理不存在任何問題。可實現(xiàn)無人值守。	制冷機組集中在井下，有電氣設備和電控設備，檢修維護均在井下，維護管理均不便。如果采用進口主機，后期服務如服務人員、配件供應以及目前國際疫情形式影響很難按時到位。山東地區(qū)等用戶就遇到這種問題，而不得不換成國產(chǎn)設備。如果采用國產(chǎn)主機，可靠性差，后續(xù)維護管理工作量大。
占地	廠房占地：機房內(nèi)設有制冷機組、冷凍水循環(huán)泵、冷卻水循環(huán)泵、冷卻塔、高低壓配電等設備，占地面積約大 1/3，設備相對較多。	廠房占地：井下設備較少，地面僅需要設置冷卻水泵、冷卻塔和高低壓配電等設備，即占地面積約小 1/3，設備相對較少。
管井	在已有井筒無法安裝輸冷管路時，需要打管井。輸冷管需要防腐保溫。	在已有井筒無法安裝冷卻水管路時，且井下沒有合格天然冷源時，需要打管井，鋼管直徑大，但無需保溫。
井下硐室	井下?lián)Q冷硐室：在總冷負荷≤10MW 時，井下降溫硐室大小相當。但當冷量＞10MW 時，其井下降溫硐室的大小變化較小，因為高低壓換冷器可通過調(diào)節(jié)管殼直徑或管程數(shù)，使單套供冷量較大且總尺寸變化較小。	井下制冷硐室：在總冷負荷≤10MW 時，井下降溫硐室大小相當。但當冷量＞ 10MW 時，其井下降溫硐室的大小較地面集中要大，具體尺寸根據(jù)所選機組臺數(shù)。
中間換熱	采用高低壓換冷器換熱，須在井底設高低壓換冷器，以解決由井上、下高差而產(chǎn)生的高靜壓同時進行熱交換。	無需高低壓換冷器，井下制冷機組冷凝器側可直接承受最高 16Mpa 的壓力。但對于直接采用井下水排熱的井下集中降溫系統(tǒng)，由于核桃峪礦井下水質(zhì)較差，具有易結垢和腐蝕性強等特點，不能直接流入制冷機組冷凝器排熱，而必須通過中間換熱器換熱。制冷效率會降低。
冷媒循環(huán)	冷媒閉路循環(huán)系統(tǒng)較多，冷損較大，地面集中式降溫系統(tǒng)有二個冷水循環(huán)（高壓冷凍水循環(huán)+低壓冷凍水循環(huán)），需要維持二個水循環(huán)的泵站，比井下集中式降溫系統(tǒng)多出一個泵站；冷凍水循環(huán)回路多了一個，冷損相對較大，大約 100-300kW。	冷媒閉路循環(huán)系統(tǒng)較少，冷損較少，井下集中式降溫系統(tǒng)只有一個冷水循環(huán), 只需要一個水路循環(huán)的泵站，比井上集中式少了一個泵站；冷凍水循環(huán)回路少一個，冷損較少,大約 100-300kW。
防爆	電氣設備防爆要求：無，地面制冷機房內(nèi)設備無需防爆，井下高低換冷器無需 MA 認證和防爆合格證。	電氣設備防爆要求：有，地面冷卻站內(nèi)設備無需防爆，井下制冷主機及電氣設備均須取得 MA 認證和防爆合格證。

2、地面集中制冷降溫與二氧化碳降溫系統(tǒng)PK

比較內(nèi)容	地面集中制冷降溫方案	地面二氧化碳直接冷卻方案
可靠性	國內(nèi)礦井降溫采用最多的降溫方式。	國內(nèi)外礦井降溫領域沒有使用過。國家現(xiàn)行煤礦規(guī)范沒有規(guī)定，可靠性無從驗證。照搬地面場館的個別案例，據(jù)此推斷礦井降溫可靠，缺乏基礎。
安全性	地面制冷設備壓力低，高壓水壓力大，均無安全風險，不屬于壓力容器監(jiān)檢范疇。	井下管道內(nèi)液態(tài)二氧化碳壓力4.0MPa,沿程升溫后，氣液混合，壓力將超過6MPa；經(jīng)過空冷器后液體變成氣態(tài)二氧化碳，壓力預計高于4.0MPa,由于煤礦巷道變形及其它地址原因受損，任何管路存在泄漏可能，整個井下供液和回氣管路全部納入GC2級工業(yè)管道監(jiān)檢。煤礦井下壓風一般壓力為0.8MPa以下，打鉆沒問題，4.0MPa及以上二氧化碳氣體爆炸性強，一旦泄漏，高壓氣體噴出過程中與開口發(fā)生急劇摩擦而產(chǎn)生靜電聚集；且瞬間大量二氧化碳聚集，有可能引起人員窒息，因此需煤礦安檢部門批準。同時一旦泄漏，將違反《煤礦安全規(guī)程》第100條“一、采掘工作面的進風流中，氧氣濃度不得低于20%，二氧化碳濃度不得超過0.5%?！钡囊?guī)定。
設備投資	制冷機組在地面，井下采用高低壓換冷器，降溫硐室總長度可控制在120m，硐室尺寸較短，且井下設備臺數(shù)較少，主機國產(chǎn)，可選余地大，設備投資較低。	設備投資在本方案最大，超過國外進口降溫設備投資。國內(nèi)外目前生產(chǎn)這類設備廠商不多，價格形成壟斷。
供貨周期	所有設備為國內(nèi)獨資生產(chǎn)，供貨周期三個月可以確保。	國產(chǎn)設備供貨周期三個月可以保證。
制冷劑	制冷劑R134A，冷媒為普通水，環(huán)保	制冷劑和冷媒均為CO₂，國家政策一邊要求減碳，即減少二氧化碳排放。
運行管理	制冷機組集中在地面，檢修維護較為便利；根據(jù)工程實際運行經(jīng)驗，井下高低壓換冷器維護工作量小。系統(tǒng)維護和管理不存在任何問題。	由于整個系統(tǒng)為壓力管道，設備涉及到壓力容器，設計、加工、安裝這套系統(tǒng)要有特種資質(zhì)，使用這套系統(tǒng)需要GC2級壓力管道監(jiān)檢和煤礦安檢部門審批，否則承擔責任，任何泄露易產(chǎn)生安全事故，運行管理難度最大。
電氣控制	地面制冷機房內(nèi)設備無需防爆，井下高低換冷器無需 MA 認證和防爆合格證。井下控制需要方防爆。	涉及到氣液分離控制、防泄漏控制等，控制系統(tǒng)復雜，防爆要求高。地面井下均需采取爆炸防護措施。