CC BY
230
Технические науки
УДК 622.413.4
Алабьев Вадим Рудольфович Vadim Alabiev
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ УКРАИНЫ
THE MAIN DIRECTIONS OF THE WAYS AND AIR COOLING MEANS DEVELOPMENT IN THE COAL MINES OF THE UKRAINE
Выполнен анализ отечественных и зарубежных способов и средств охлаждения воздуха на угольных шахтах. Рассмотрены мировые тенденции, направленные на повышение эффективности применения систем кондиционирования за счет новых технологических решений по производству искусственного холода и его доставки потребителю на большие расстояния. Определены приоритеты по развитию холодильной техники и технологии кондиционирования в Украине
Ключевые слова: шахта, кондиционирование, трубопроводы, холодильная машина, тепловой режим, бинарный лед, абсорбция, аммиак
The analysis of domestic and foreign ways and means of air cooling in the coal mines is presented. The world trends, aimed at improving the efficiency of the air conditioning systems use due to new technological solutions for the production of artificial cold and its delivery to consumer at large distances are observed. The priorities for the development of refrigeration and air conditioning technologies in the Ukraine are defined
Key words: mine, air conditioning, pipelines, refrigerating machine, thermal mode, binary ice, absorption, ammonia
В 80-х гг. прошлого столетия угольная промышленность Украины являлась крупнейшим потребителем искусственного холода. Суммарная установленная холодильная мощность на шахтах Донбасса в 1980 г. составляла 150 МВт. В ЮАР, например, потребляемая холодильная мощность в этот период составляла 350 МВт, в ФРГ - 120 МВт [1]. Для кондиционирования рудничного воздуха применялись стационарные фреоновые холодильные установки как с наземным размещением холодильных машин ХТМФ-248-4000, ХТМФ-235М-2000 и 20ХТМФ-4000, так
и с подземным их размещением КШ220-2-1, МФ220-1РШ, ШХТМ-1300, 2ТХМВ-2000-2, 21ШМКТ-820-2-0 [2]. Применялись также и наземные абсорбционные холодильные машины типа АБХА-2500. Холодопроизводительность стационарных холодильных установок составляла 314... 5100 кВт. Широко была представлена и номенклатура шахтных передвижных кондиционеров холодопроизводительностью 46...134 кВт. К этому времени для угольной отрасли была разработана обширная нормативно-правовая база, регламентирующая правила устройства и безопасной
эксплуатации установок кондиционирования рудничного воздуха [3-8].
Начиная с 90-х гг., парк холодильной техники на шахтах стал стремительно сокращаться и за десять лет практически полностью прекратил свое существование. По состоянию на январь 2004 г. в эксплуатации находилась только одна подземная стационарная холодильная установка на шахте «Глубокая» ш/у «Донбасс». Эпизодически использовалось не более 10...15 передвижных кондиционеров КПШ-130-2-0 при проходке тупиковых подготовительных выработок. При этом продолжала действовать нормативно-правовая база, регламентирующая порядок эксплуатации холодильного оборудования, которое в настоящее время на шахтах Украины уже не только не применяется, но и даже не выпускается.
Между тем, на более чем 50 шахтах Донбасса температурные условия труда шахтеров превышают допустимые нормы Правил безопасности [9]. На ряде шахт с глубиной разработки 1100...1350 м температура воздуха в действующих забоях достигает 35...39°С, а в отдельных тупиковых забоях и 45 °С, что приводит к росту травматизма и заболеваемости горняков. Нормализация тепловых условий труда в таких забоях только мерами горнотехнического характера без применения искусственного охлаждения воздуха невозможна.
Отсутствие средств охлаждения для угольной промышленности обуславливает необходимость создания в Украине собственной базы холодильного машиностроения и технологии кондиционирования, которые бы соответствовали мировым тенденциям развития шахтной холодильной техники, требованиям экологической и промышленной безопасности.
Целью работы является анализ причин, по которым угольная промышленность Украины утратила лидирующие позиции в области производства и потребления искусственного холода, обзор мировых тенденций развития шахтной холодильной тех-
ники и определение первостепенных задач для возрождения холодильного машиностроения для шахт Украины.
Охлаждение воздуха в очистных и подготовительных забоях глубоких шахт Донбасса осуществлялось с помощью систем кондиционирования рудничного воздуха (СКРВ) как с подземным размещением холодильных станций, так и с наземным. Из 34 существовавших в 1990 г. холодильных установок 16 располагались на поверхности шахт, а их суммарная мощность составляла почти 162 МВт (табл. 1). Схема расположения основных элементов СКРВ с наземным размещением холодильных станций приведена на рис. 1.
К преимуществам поверхностных комплексов охлаждения, по мнению специалистов, можно отнести [1,10]:
— возможность использования холодильных машин общепромышленного назначения, в том числе аммиачных, с неограниченной холодопроизводительностью;
— сравнительную простоту строительства и эксплуатации холодильных установок с точки зрения безопасности работ;
— возможность использования в осенне-зимний и весенний периоды атмосферного холода для охлаждения хладоносителя в градирне без работы холодильных машин, что обеспечивает экономию энергетических ресурсов.
Последний фактор играл весьма значимую роль, поскольку применение холодильных машин в рудничном исполнении ограничивается проблемой отвода теплоты конденсации. Основной причиной этому является невозможность обеспечить достаточный расход воздуха в пункте размещения водоохладителей из-за значительной разветвленности шахтной сети, больших значениях внутренних и внешних утечек воздуха через надшахтные здания и внутренние сооружения, изношенного фонда вентиляторов главного проветривания. Такая ситуация характерна для большинства шахта Донбасса.
Таблица 1
Перечень стационарных установок кондиционирования рудничного воздуха на шахтах Донбасса по состоянию на 1990 г.
Наименование шахт Размещение холодильной станции Количество Суммарная производительность холодильных машин, кВт Год ввода в эксплуатацию Холодильный агент
холодильных машин холодильных установок
ПО «Донецкуголь»
«Глубокая» ш/у «Донбасс» Подземное 1 1 820 1986 И22
им. А.А.Скочинского Подземное 4 1 1500 1981 Я22
им. Челюскинцев Подземное 2 1 600 1981 Я22
им. А.Ф. Засядько Подземное 2 1 2600 1982 Я12
«Трудовская» Подземное 3 1 3900 1980 Я12
ш/у «Октябрьское» Подземное 2 1 2600 1980 Я12
им. М.И. Калинина Подземное 2 1 2600 1981 Я12
№ 29 Подземное 1 1 1300 1970 Я12
им. газеты «Соц. Донбасс» На поверхности 3 1 3600 1966 Аммиак
«Кировская» Подземное 1 1 1300 1969 Я12
ПО «Макеевуголь»
им. В.М. Баженова На поверхности 6 1 10800 1982 Я12
им. К.И. Поченкова На поверхности 6 1 10800 1983 т?
ш/у «Северное» Подземное 1 1 2000 1981 Я12
ПО «Красноармейскуголь»
им. А.Г. Стаханова На поверхности 9 30600 1976 т?
«Центральная» Подземное 6 1 2400 1983 Я22
ПО «Торезант рацит»
«Прогресс» I Подземное I 2 1 I 2600 I 1982 I Я12
ПО «Шахтерскантрацит»
«Шахтерская-Глубокая» На поверхности 3 1 12000 1990 Я12
ПО «Артемуголь»
им. В.И. Ленина а поверхности 5 1 17000 982 1 2
им. М.И. Калинина а поверхности 3 1 10200 978 Г 2
им. К А Румянцева одземное 1 1 700 981 322
им. Ю.А. Гагарина а поверхности 4 1 13600 983 [312
им. А.И. Гаевого а поверхности 2 1 6800 984 312
«Кочегапка» а поверхности 2 1 6800 975 312
ПО «Дзержинскуголь»
им. Ф.Э. Дзержинского На поверхности 2 1 6800 1969 т?
«Северная» На поверхности 3 1 10200 1977 Я12
им. Артема На поверхности 3 1 10200 1983 Я12
ПО «Орджоникидзеуголь»
им. Карла Маркса На поверхности 2 1 6800 1984 Я12
«Красный Профинтерн» На поверхности 3 1 10200 1984 Я12
ПО «Антрацит»
им. газеты «Ворошиловградская правда» Подземное 2 1 800 1983 Я22
«Партизанская» Подземное 1 1 400 1984 Я22
ПО «Первомайскуголь»
им. В.Р. Менжинского I На поверхности I 5 1 I 10000 I 1985 I Я12
ПО «Стахановуголь»
им. XXII съезда КПСС I На поверхности 12 111 5000 1 1983 I Бромистый литий
Окружающая среда
Рабочий горизонт
Рис. 1. Схема расположения основных элементов СКРВ с наземной холодильной станцией: 1,2 - трубопроводы хладоносителя низкого давления; 3 - трубопроводы хладоносителя высокого давления; 0рв - теплота рудничного воздуха; ОВО - теплота воздухоохладителей; 0хм - теплота конденсации холодильной машины; 0ТВД - теплота теплообменника высокого давления (ТВД)
Опыт применения на шахтах Донбасса крупных стационарных установок с наземным размещением холодильных станций показал их низкую эффективность. Коэффициент полезного использования вырабатываемого холода в течение всего срока их эксплуатации не превышал 10.15 % [11]. Низкая эффективность поверхностных СКРВ предопределялась применением двухконтурных трубопроводных систем (высокого и низкого давления) для подачи хладоносителя от холодильных машин на поверхности шахт к подземным участковым воздухоохладителям. Для передачи холода из контура высокого давления в контур низкого давления применялись теплообменники высокого давления (ТВД), обладающие низкими эксплуатационными свойствами. Также отсутствовали на тот момент эффективные средства теплоизоляции сети трубопроводов с хладоносителем,
а реальные параметры схем охлаждения отличались от проектных решений:
— размещение воздухоохладителей в выработках осуществлялось на большом расстоянии от входа в лавы при недостаточном расходе воздуха, проходящего через воздухоохладители, вследствие больших утечек или недостаточной производительности вентиляторов, устанавливаемых на воздухоохладителях;
— отвод теплоты конденсации холодильных машин также осуществлялся с нарушением регламента.
К 2000 г. парк шахтной холодильной техники на угольных предприятиях Украины практически полностью был утрачен. Из 34 стационарных холодильных установок суммарной мощностью 207 МВт холода демонтированы и сданы в металлолом все наземные холодильные машины, а из подземных в работе сохранилась только одна — на
шахте «Глубокая» ш/у «Донбасс». Главными причинами этого стали: ухудшившееся экономическое положение в стране; нарушение правил технической эксплуатации холодильного оборудования; отсутствие материально-технической базы вследствие того, что с распадом СССР основные поставщики шахтной холодильной техники и комплектующих материалов остались за пределами Украины. Кроме того, подавляющая часть холодильных машин требовала модернизации, поскольку работала на озо-ноактивном хладагенте R12, производство и потребление которого, согласно международным соглашениям, прекращено в 1996 г. Не нашла своего продолжения и перспективная тенденция применения аммиачных холодильных машин по причине отсутствия надежных средств безопасности, что привело к ряду аварий в СКРВ, применявших эти машины [12]. Поскольку вопрос повышения технического уровня и модернизации имевшихся холодильных машин не нашел своего решения, все стационарные холодильные установки были демонтированы.
Для охлаждения воздуха в очистных и подготовительных забоях с 1981 г. Моспин-ским РМЗ осуществлялся выпуск шахтных агрегатированных воздухоохладителей с электро- (АРВЭ) и пневмоприводом (АРВП). Воздухоохладители собирались на специальной тележке с собственной колесной парой для колеи 600 или 900 мм из типовых ребристотрубных секций. Холодильная мощность воздухоохладителей составляла 130.330 кВт, в зависимости от типоразмера. Агрегатированные воздухоохладители устанавливались в свободном сечении выработки или в специально подготовленном уширении. По мере под-вигания рабочих забоев воздухоохладители периодически передвигались и устанавливались на проектном расстоянии от входа в лавы. В качестве хладоносителя применялась вода.
Использование в агрегатированных воздухоохладителях ребристотрубных секций приводило к засорению поверхности теплообмена пылью, содержащейся в рудничном воздухе, что снижало эффектив-
ность теплообмена между охлаждаемым воздухом и хладоносителем, циркулирующим в секциях. Применение стальных материалов с низким коэффициентом теплопередачи приводило к увеличению габаритных размеров воздухоохладителей, развитию коррозии. В связи с этим, а также по причине отсутствия генераторов холода выпуск и эксплуатация шахтных агрегатиро-ванных воздухоохладителей типа АРВЭ(П) прекращен.
Для ступенчатого охлаждения воздуха в очистных забоях МакНИИ совместно с Институтом технической теплофизики АН УССР разработаны и изготовлены опытные образцы лавных воздухоохладителей с электро- и пневмовентиляторами. Воздухоохладители устанавливались на почве или подвешивались к секциям механизированной крепи в призабойном пространстве лавы. Холодная вода с давлением до 2,5 МПа и расходом 2,0.4,5 м3/ч в зависимости от типоразмера подавалась по гибкому трубопроводу, проложенному вдоль очистного забоя. Холодильная мощность воздухоохладителей составляла 14,5.36,6 кВт. Опытная партия воздухоохладителей прошла приемочные испытания на шахтах «Кировская» ПО «Донуголь» и им. Ф.Э. Дзержинского ПО «Дзержинскуголь», однако их серийный выпуск так и не был освоен.
Для непосредственного охлаждения воздуха в шахтных передвижных холодильных установках использовались паро-компрессионные кондиционеры КПШ-40, КПШ-90, 20КПШ115 холодопроизводи-тельностью 46.134 кВт. Эти кондиционеры применялись, в основном, для охлаждения воздуха в тупиковых подготовительных выработках. Холодильные установки на базе этих кондиционеров характеризовались высокой мобильностью и минимальными затратами, связанными с размещением оборудования. Однако по величине холодильной мощности эти установки не позволяли обеспечить нормальные температурные условия в выработках большой протяженности и очистных забоях. Кроме того, в этих кондиционерах использовал-
ся озоноопасный хладагент R12. В связи с этим выпуск этих кондиционеров также был прекращен.
В 1994 г. на ОАО «Холодмаш» (г. Одесса) по заданию Министерства угольной промышленности Украины освоено промышленное производство передвижного кондиционера в рудничном исполнении мощностью 130 кВт КПШ130-2-0. Устройство, компоновка и принцип действия кондиционера КПШ130-2-0 аналогичны кондиционерам КПШ-90 и 20КПШ115, которые ранее выпускались ОАО «Холод-маш» для угольных шахт. Кондиционер представляет собой парокомпрессионную холодильную машину, состоящую из двух
агрегатов — компрессорно-конденсатор-ного и воздухообрабатывающего. Каждый агрегат имеет устройства, обеспечивающие возможность его установки на унифицированные колесные пары для транспортировки по рельсовому пути. Связь агрегатов по хладагенту осуществляется специальными гибкими шлангами.
Главные отличия кондиционера КПШ130-2-0 от выпускавшихся ранее кондиционеров КПШ-90 и 20КПШ115 состоят в использовании озонобезопасного хладагента R22 вместо R12, более высокой холодопроизводительности, улучшенных отдельных показателях (табл. 2).
Таблица 2
Основные технические данные шахтных кондиционеров
Показатели Кондиционер
КПШ90 20КПШ-115 КПШ-130-2-0
Тип холодильной машины Компрессорная, с водяным охлаждением конденсатора, автоматизированная
Холодопроизводительность, кВт 104,5 116 130
Параметры поступающего воздуха: - температура, оС - относительная влажность, % - расход, м3/с 32 70 3,33 32 70 3,89 32 70 3,89
Параметры поступающей воды: - температура, оС - расход, м3/ч 37 25 35 20 35 20
Мощность электродвигателя, кВт 40 37 37
Напряжение питания, В 380/660 380/660 660
Размеры компрессорно-конденсаторного агрегата, мм: - длина - ширина - высота 2485 900 1410 2435 900 1250 2435 900 1250
Размеры воздухообрабатывающего агрегата, мм: - длина - ширина - высота 1960 900 1410 1895 900 1225 2255 900 1400
Масса, кг 2560 2560 2650
Холодильные установки на базе этого кондиционера также характеризуются высокой мобильностью и минимальными эксплуатационными затратами. Однако применение в воздухообрабатывающем агрегате ребристотрубных секций приводило к засорению поверхности теплообмена пылью, содержащейся в рудничном
воздухе и, как следствие, ухудшению эксплуатационных характеристик холодильной машины.
Отвод теплоты конденсации холодильного агента при работе кондиционера КПШ130-2-0 осуществлялся проточной водой из противопожарно-оросительного трубопровода или водой, охлаждаемой в
форсуночном водоохладителе. В последнем случае выпускался водоохладитель контактного типа ТК-230. Водоохладитель размещался в горной выработке на исходящей струе и соединялся с кондиционером трубопроводами диаметром 50...100 мм для циркуляции конденсаторной воды. Отвод теплоты конденсации осуществлялся исходящей вентиляционной струей путем ее непосредственного контакта с охлаждаемой водой. Существенным недостатком этого способа отвода теплоты конденсации холодильного агента являлось загрязнение оборотной воды пылью, которая осаждалась из потока запыленной исходящей струи. Это приводило к отложению загрязнений на теплообменной поверхности конденсатора кондиционера, что снижало эффективность работы холодильной системы. В связи с этим водоохладитель ТК-230 в настоящее время также не выпускается и в шахтах не применяется.
Таким образом, до недавнего времени для охлаждения воздуха в угольных шахтах отечественной промышленностью выпускался только один вид продукции — передвижной кондиционер непосредственного охлаждения КПШ130-2-0. Однако холодильная мощность этого кондиционера не обеспечивает нормальных температурных условий в тупиковых выработках большой протяженности и очистных забоях. При использовании в составе передвижных холодильных установок нескольких кондиционеров КПШ130-2-0 (до 2...3 шт.) затрудняется проветривание подготовительных забоев в связи с увеличением аэродинамического сопротивления теплообменных аппаратов. Достаточно громоздкие возду-хоохлаждающие устройства редко передвигались по мере подвигания забоев, что обусловлено ограниченностью свободного пространства в участковых выработках и значительными трудозатратами при проведении монтажных работ.
В целом, для стационарных и передвижных систем кондиционирования, применявшихся до недавнего времени на шахтах Украины, можно отметить следующие общие недостатки:
— использование хладагента R12, относящегося к первой группе запрещенных к производству и применению хлорфторуг-леродов;
— отсутствие надежных средств изоляции трубопроводов тепло- хладоносителя;
— загрязнение теплообменных аппаратов пылью, содержащейся в потоке охлаждаемого воздуха и конденсаторной воды;
— отсутствие надежных средств и технологий, обеспечивающих безопасность применения аммиачных холодильных машин;
— необходимость устройства камер для воздухоохладителей и водоохладителей вследствие их значительных габаритных размеров.
Из опыта зарубежных стран интересен опыт ЮАР, где охлаждение воздуха на золотодобывающих предприятиях осуществляют по технологии «ice slurry» или бинарный лед (рис. 2).
Бинарный лед (двухфазный хладоно-ситель) представляет собой смесь льда (не более 450 мкм) и воды в пропорции примерно 75/25, которая вырабатывается в вакуумном ледогенераторе и обогащается в ледоконцентраторе. Полученная смесь подается в трубопровод диаметром около 0,5 м, проложенный в шахтном стволе. Под действием гравитационных сил смесь поступает в подземные резервуары, расположенные на различных уровнях, откуда подается потребителям холода. Отепленная вода собирается на горизонтах и насосами выдается на поверхность. Затем вода поступает в градирню, где охлаждается за счет контакта с атмосферой. После этого вода поступает в холодильную машину, в которой она охлаждается до температуры +7,0 °С и далее снова поступает в ледогенератор. Данная технологическая схема обладает, по мнению авторов, рядом преимуществ, основными из которых являются:
— для производства бинарного льда подходит вода любого качества, в т.ч. шахтная с высокой степенью минерализации;
— доставка бинарного льда в шахту осуществляется гравитационно, без использования насосов и промежуточных теплооб-
менников для снижения гидростатического давления;
— использование двухфазного хладо-носителя за счет скрытой теплоты плавления льда на 75 % снижает объем перекачиваемой массы по сравнению с водой, что
позволяет экономить на мощности пере-качных насосов и применять трубопроводы меньшего диаметра;
— технологическая схема с использованием бинарного льда не наносит вред окружающей среде.
Вакуумный ледогенератор
Резервуар для сбора отепленной воды
Резервуар для сбора бинарного льда
Рис. 2. Технологическая схема охлаждения с применением бинарного льда
По сообщениям интернет-журнала Mining Weekly.com подобной технологической схемой охлаждения заинтересовались в Китае. Китайская национальная угольная компания (ChinaCoal) планирует применить вакуумные ледогенераторы для охлаждения воздуха на одной из своих шахт провинции Цзянсу.
Стоит сказать несколько слов и об экономическом аспекте этой технологической схемы. По данным Израильской компании IDE Technologies, производящей оборудование для выработки бинарного льда, стоимость только основного технологического оборудования — ледогенератора VIM850 совместно с ледоконцентратором производительностью 1120 т/сут, составляет более 3500 тыс. долл. Впечатляют и размеры указанного оборудования. Так, например, размеры этого ледогенератора составляют: диаметр — 5 м и высота — 12,6 м, ледокон-центратора — 4 и 12,6 м. Масса оборудова-
ния составляет 48 и 15 т соответственно. Необходимо также отметить и высокие электрические затраты на производство льда. В таких условиях применять подобные технологические схемы охлаждения могут только крупные горнодобывающие компании, имеющие высокую рентабельность. В связи с этим говорить об использовании подобных технологических схем охлаждения на шахтах Украины пока преждевременно.
Ближайшие соседи ФРГ и Польша также широко применяют искусственное охлаждение воздуха при добыче угля. В этих странах, помимо традиционных подземных стационарных и передвижных схем охлаждения, широко применяется центральная схема охлаждения. При этом в составе поверхностных холодильных станций помимо обычных фреоновых парокомпрес-сионных холодильных машин применяют аммиачные и абсорбционные холодильные
машины. В первом случае за счет применения передовых технологий и технических решений достигнут уровень безопасности, позволяющий применить в системах СКРВ такой токсичный и взрывоопасный хладагент, как аммиак [12]. По примеру этих стран в Украине разработан и в 2004 г. внедрен новый нормативный документ, который допускает применение аммиака в холодильных машинах на поверхности шахт, при условии соблюдения установленных норм безопасности: размещения АХУ на безопасном расстоянии от стволов; снижения аммиакоемкости холодильных машин и их оснащения техническими средствами для предупреждения, локализации и ликвидации аварийных ситуаций и др. [13]. Однако до сих пор в Украине практической реализации применения аммиака в системах СКРВ нет.
Применение абсорбционных холодильных машин в составе поверхностных холодильных станций для охлаждения воздуха в шахтах позволяет реализовать принцип тригенерации на угледобывающих предприятиях — выработка электроэнергии, тепловой энергии и холода из сопутствующего углю газа метана. Это приводит к существенной экономии топливно-энергетических ресурсов, что особенно актуально для Украины.
На шахтах Германии и Польши общим принципом построения систем охлаждения с поверхностным размещением холодильных станций является применение P.E.S. (pressure exchange system) или так называемых трехкамерных трубчатых питателей, которые лишены недостатков, присущих ТВД, широко применяемых на шахтах в период СССР. За счет синхронной работы системы впускных-выпускных клапанов, которыми оборудуются P.E.S., осуществляется снижение (повышение) гидростатического давления воды в трубопроводной системе с 12,0...15,0 МПа до 2,0...3,0
МПа без разрыва сети и потери холодильной мощности (рис. 3). Повышение температуры хладоносителя после Р.Е.Я., по данным производителя Р.Е.Я. немецкой компании Я1ЕМАО, происходит не более чем на 0,5 °С.
В последнее десятилетие на шахтах Германии и Польши для подачи хладоно-сителя по сети горных выработок успешно применяются трубы, изготовленные из полимерных материалов: стеклопластиковые или полиэтиленовые. Трубы, выполненные из этих материалов, по своей прочности не уступают стальным трубам, эластичны, не подвержены адгезии, не подвергаются коррозии и отличаются долговечностью, износостойкостью. Внутренняя шероховатость таких труб на порядок ниже, чем стальных труб, что приводит к снижению их гидравлического сопротивления и, следовательно, капитальных и эксплуатационных затрат. Изоляция труб из полимерных материалов осуществляется вспенивающимся пенополиуретаном, обладающим низким коэффициентом теплопроводности. Благодаря таким трубам, существенно минимизируются потери холода при подаче хладоносителя на большие расстояния.
Заслуживают внимания новейшие зарубежные конструктивные решения по изготовлению теплообменных аппаратов. Обычная конструкция охладителей имеет прямоугольную форму, теплообменная поверхность которых состоит из поверхности отдельных трубок. Воздушный поток вентилятора, проходящий через охладитель прямоугольной формы, не охватывает всю теплообменную поверхность. Таким образом, по углам вне рабочей зоны остается значительная часть теплообменной поверхности (рис. 4). Вертикально установленные теплообменные пластины спрямляют воздушный поток, в результате чего уменьшаются завихрения в охладителе. Коэффициент теплопередачи данной конструкции достигает 55.120 Вт/м2К.
со стороны ствола
первичный контур (высоконапорный) - ледяная вода
первичный контур (высоконапорный) - теплая вода
камера А
наполнение камеры теплой водой
камера В
наполнение камеры холодной водой
состояние покоя выравнивание давления
камера С
вторичный контур (низконапорный) -ледяная вода
вторичный контур (низконапорный) - теплая вода
со стороны районов эксплуатации Рис. 3. Схема работы трехкамерного трубчатого питателя
Рис. 4. Охладитель прямоугольной формы
Конструкция охладителей немецкой фирмы WAT имеет цилиндрическую форму. Теплообменный пакет состоит из двойных винтовых охлаждающих змеевиков (рис. 5). Охлаждение воздушного потока, проходящего через охладитель цилиндрической формы, является более эффектив-
ным, поскольку используется вся теплооб-менная поверхность. Винтовые змеевики служат увеличению завихрений в охладителе. Благодаря этому, коэффициент теплопередачи данной конструкции составляет 97.169 Вт/м2К.
Рис. 5. Охладитель круглой формы
Благодаря новейшим конструктивным, техническим и технологическим решениям эффективность применения СКРВ на угольных шахтах существенно возросла. Украина, стоящая на пороге возрождения своего холодильного потенциала, должна учесть имеющийся передовой мировой опыт кондиционирования воздуха в шахтах. На первоначальном этапе своего восстановления для снятия остроты проблемы следует разрабатывать и внедрять локаль-
ные средства охлаждения — передвижные кондиционеры и стационарные водоохлаж-дающие холодильные машины холодопро-изводительностью до 1 МВт. В дальнейшем для удовлетворения нужд крупных предприятий, где потребность в холоде составляет 4 МВт и выше следует ориентироваться на построение крупных централизованных систем охлаждения, использующих помимо фреоновых холодильных машин аммиачные и абсорбционные, где это возможно.
Литература_
1. Технологические схемы комплекса установок кондиционирования воздуха глубоких шахт. Донецк: Донгипрошахт, 1987. 96 с.
2. Черниченко В.К., Дрига Я.И., Яковенко А.К. Устройство, монтаж и эксплуатация шахтных холодильных установок. М.: Недра, 1987. 255 с.
3. Руководство по применению установок кондиционирования воздуха в глубоких шахтах. Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1980. 297 с.
4. Методические указания по проектированию и эксплуатации шахтных агрегатированных воздухоохладителей. Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1971. 51 с.
5. Методические указания по проектированию и эксплуатации шахтных жидкостных теплообменников высокого давления. Макеевка-Донбасс: Мак-НИИ, 1971. 28 с.
6. Временные технические требования на проектирование автоматики и КИП шахтных поверхностных холодильных станций с фреоновыми тур-
_References
1. Tehnologicheskie shemy kompleksa ustano-vok konditsionirovaniya vozduha glubokih shaht. (Technological scheme of complex installations for air conditioning in deep mines). Donetsk: Dongiproshaht, 1987.96 p.
2. Chernichenko V.K., Driga Ya.I., Yakovenko A.K. Ustroistvo, montazh i ekspluatatsiya shahtnyh holodilnyh ustanovok. (Device, installation and operation of the mine refrigeration units). Moscow: Nedra, 1987.255 p.
3. Rukovodstvo po primeneniyu ustanovok konditsionirovaniya vozduha v glubokih shahtah. (Guidance on the air conditioning installations use in deep mines). Makeevka-Donbass: MakNII, 1980. 297 p.
4. Metodicheskie ukazaniya po proektirovani-yu i ekspluatatsii shahtnyh agregatirovannyh vozduhoohladiteley. (Guidelines for the design and operation of mining aggregate air-coolers). Makeevka-Donbass: MakNII, 1971. 51 p.
5. Metodicheskie ukazaniya po proektirovaniyu i ekspluatatsii shahtnyh zhidkostnyh teploobmennikov vysokogo davleniya. (Guidelines for the design and operation of the mining liquid heat exchangers of high pressure). Makeevka-Donbass: Mak-NII, 1971. 28 p.
6. Vremennye tehnicheskie trebovaniya na proektirovanie avtomatiki i KIP shahtnyh pover-hnostnyh holodilnyh stantsiy s freonovymi
бокомпрессорными машинами. Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1967. 14 с.
7. Временные технические требования на проектирование автоматики и КИП шахтных поверхностных аммиачных холодильных установок с поршневыми компрессорами. Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1965. 15 с.
8. Временные технические требования на проектирование автоматики и КИП шахтных подземных холодильных станций. Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1967. 22 с.
9. НПАОП 10.0-1.01-10. Правила безпеки у вупльних шахтах. —Киев: Державний комггет Украти з промислово^ безпеки, охорони пращ та прничого нагляду, 2010. — 430 с.
10. Цейтлин Ю.А., Абрамова Т.Г., Могилев-ский В.И. и др. Проектирование и эксплуатация шахтных систем кондиционирования воздуха. Под ред. Ю.А. Цейтлина. М., Недра, 1983. 261 с.
11. Кузин В.А., Мартынов А.А., Александров В.Г. Перспективы нормализации климатических условий на глубоких шахтах Центрального района Донбасса // Уголь Украины. 1991. № 4. С. 19-25.
12. Алабьев В.Р. Перспективы использования аммиака в технике кондиционирования воздуха глубоких угольных шахт Украины // Вести Донецкого горного института. Донецк: ДонНТУ, 2004. № 1. С. 55-59.
13. Системи кондицюнування рудникового по-в1тря. Вимоги безпеки: ГСТУ 101.00174088.0012003. Офщ. вид. Макивка: МакНД1: М-во палива та енергетики Украти, 2003. 28 с.
turbokompressornymi mashinami. (Temporary technical requirements for design automation and control equipment of mining surface refrigerating stations with freon turbo-compressor machines). Makeevka-Don-bass: MakNII, 1967. 14 p.
7. Vremennye tehnicheskie trebovaniya na pro-ektirovanie avtomatiki i KIP shahtnyh poverhnostnyh ammiachnyh holodilnyh ustanovok s porshnevymi kompressorami. (Temporary technical requirements for design automation and control equipment of mining surface ammonia refrigeration facilities with piston compressors). Makeevka-Donbass: MakNII, 1965. 15 p.
8. Vremennye tehnicheskie trebovaniya na pro-ektirovanie avtomatiki i KIP shahtnyh podzemnyh ho-lodilnyh stantsiy. (Temporary technical requirements for design automation and control of underground cooling stations). Makeevka-Donbass: MakNII, 1967. 22 p.
9. Pravila bezopasnosti v ugolnyh shahtah. (Safety rules in coal mines). K.: Gosudarstvenny komitet Ukrainy po promyshlennoy bezopasnosti, ohrane truda i gornomu nadzoru, 2010. 430 p.
10. Tseitlin Yu.A., Abramova T.G., Mogilevsky V.I. i dr. Proektirovanie i ekspluatatsiya shahtnyh sistem konditsionirovaniya vozduha. (Design and operation of mining air conditioning systems). Pod red. Yu.A. Tseitlina. M., Nedra, 1983. 261 p.
11. Kuzin V.A., Martynov A.A., Aleksandrov V.G. Ugol Ukrainy. (Coal of the Ukraine). 1991. no 4. P. 19-25.
12. Alabiev V.R. Vesti Donetskogo gornogo in-stituta. (Proceedings of the Donetsk Mining Institute). Donetsk: DonNTU, 2004. no 1. P. 55-59.
13. Sistemy konditsionirovaniya rudnich-nogo vozduha. Trebovaniya bezopasnosti: GSTU 101.00174088.001-2003. Ofitsialnoe izdanie. (Air-conditioning system of the mining air. Security requirements: GATS 101.00174088.001-2003. Official publication). Makeevka: MakNII: Ministerstvo topliva i energetiki Ukrainy, 2003. 28 p.
Коротко об авторе _
Алабьев В. Р., канд. техн. наук, зам. технического директора ПАО «Шахта им. А.Ф. Засядько», г. Донецк, Украина [email protected]
Научные интересы: тепловой режим глубоких шахт и рудников
_ Briefly about the author
V. Alabiev, candidate of technical sciences, deputy of the technical director of PJSC «Mine named after A.F. Zasyadko», Donetsk, Ukraine
Scientific interests: thermal regime of deep mines
