STUDIA PODYPLOMOWE

KLIMATYZACJA KOPALŃ

Projekt koncepcyjny klimatyzacji wyrobisk w KWK „Bor”

Grzegorz Dragan

Paweł Pawłowski

1. Opis grupowej klimatyzacji na poziomie 800m w KWK „Bor”.

Klimatyzacja grupowa w KWK Bor wyposażona jest w agregaty chłodnicze firmy WAT: KM 2000 o mocy chłodniczej 2,0MW oraz KM 1000 o mocy chłodniczej 1,0MW zlokalizowane na poziomie 800m w byłej komorze lokomotyw spalinowych Scharf. Na poziomie 720m zlokalizowano wyparne chłodnice wody RK-890 w ilości 4 szt.

Cały układ chłodzenia składa się z trzech obiegów: obiegu parownika, skraplacza i czynnika chłodniczego. W obiegu parowników woda przepływa pomiędzy agregatami chłodniczymi, a chłodnicami powietrza w rejonach eksploatacyjnych. W parownikach agregatów chłodniczych woda jest ochładzana do temperatury 3^oC. Następnie schłodzona woda preizolowanym rurociągiem jest kierowana do chłodnic powietrza. Również rurociągiem preizolowanym powraca woda z rejonów eksploatacyjnych o temperaturze około 16,5^oC do parowników. W obiegach parowników dla sumarycznej mocy chłodniczej 3,0MW całkowity strumień objętościowy wody wynosi 181m³/h.

W parowniku agregatu chłodniczego czynnik chłodniczy odbiera ciepło od wody, a następnie jest sprężany i kierowany do skraplacza. Skraplanie czynnika chłodniczego związane jest z oddawaniem ciepła skraplania do wody obiegu skraplacza. Dalej czynnik chłodniczy ulega rozprężeniu i odparowuje w parowniku. Proces zmian stanu skupienia czynnika chłodniczego powtarza się cyklicznie.

W obiegu skraplaczy woda przepływa pomiędzy agregatami chłodniczymi, a wyparnymi chłodnicami wody. Po odebraniu ciepła w skraplaczach woda o temperaturze ok. 39,5^oC jest kierowana rurociągiem przez upadową wentylacyjna A do poziomu 800m i przekop do # II poz. 720m do chłodnic wyparnych wody. Po oddaniu ciepła do zużytego prądu powietrza woda o temperaturze ok. 30^oC jest kierowana do skraplaczy agregatów chłodniczych. Ciepło od wody w chłodnicach wyparnych wody jest odbierane głównie przez odparowanie wody zraszającej wężownice chłodnic. Natężenie objętościowe wody w obiegu skraplacza wynosi 291m³/h . Wyparne chłodnice wody ( 4 sztuk) zlokalizowane są na przekopie do # II poz. 720m, którym przepływa powietrze zużyte do szybu wentylacyjnego II w ilości zapewniającej wystarczający wydatek powietrza (dla RK 890 - 2x8,65m³/s).

2. Opis agregatu chłodniczego KM 2000.

Agregat chłodniczy KM 2000 jest urządzeniem służącym do oziębiania wody. Jako czynnik chłodniczy użyty jest gaz chłodniczy R-134a. Środek ten jest niepalny, nietrujący i dopuszczony do stosowania w wyrobiskach podziemnych.

Agregat chłodzący wodę zbudowany jest z:

• Sprężarka śrubowa firmy Grasso typu Y1

• Parownik wstępny i główny

• Skraplacz

• Odolejacz wraz ze zbiornikiem oleju

• Chłodnica oleju

• Regulator mocy

• Zawory ekspansyjne i zawór pilotowy

• Zawór wstępnego sterowania

• Procentowy wskaźnik wydajności sprężarki

• Osuszacz filtrowy środka chłodzącego

• Wziernik ze wskaźnikiem zawartości wilgoci

• Pompa olejowa do smarowania sprężarki śrubowej

Urządzenia zabezpieczające prawidłową pracę agregatu:

W celu dokonania kontroli i dla zabezpieczania prawidłowej pracy, agregat wyposażony jest w niezbędne manometry i urządzenia zabezpieczające. Manometry służą do kontroli wartości:

- ciśnienia parowania,

- ciśnienia skraplania,

- ciśnienia oleju w miejscach smarowania sprężarki,

- ciśnienia oleju dla nastawy suwaka regulatora mocy,

W obwodzie elektrycznym agregatu umieszczone są wyłączniki bezpieczeństwa, służące do nadzorowania następujących parametrów:

• Wartość ciśnienia oleju nadzoruje wyłącznik różnicy ciśnień,

• Wartość ciśnienia parowania nadzoruje wyłącznik ciśnienia ssania,

• Wartość ciśnienia w skraplaczu nadzoruje wyłącznik ciśnienia sprężania,

• Maksymalne i minimalne temperatury oleju nadzoruje termostat,

• Obieg wody chłodzonej nadzoruje dozownik strumienia wody,

• Obieg wody chłodzącej skraplacz nadzoruje czujnik przepływu,

• Wartość temperatury wody chłodzonej nadzoruje termostat,

• Wartość temperatury gazu.

Przy nie osiąganiu względnie przekraczaniu dopuszczalnych wartości cały agregat zostaje wyłączony przez układ elektronicznego sterowania. Znajdujące się na obudowie skraplacza i odolejacza zawory bezpieczeństwa zadziałają w przypadku awarii wyłącznika ciśnienia sprężania, ogranicznika ciśnienia sprężania, oraz bezpiecznika ciśnienia sprężania, gdy ciśnienie przekroczy graniczną wartość 2,5 MPa. Przy zadziałaniu zaworów bezpieczeństwa czynnik chłodniczy przedostaje się do atmosfery.

Ustawienie regulatora mocy:

Agregat KM 2000 posiada regulator mocy. Służy on do impulsowego przesuwu suwaka sterującego wydajnością sprężarki. Prędkość przesuwu suwaka sterującego można regulować zaworami dławiącymi, które znajdują się na tablicy sterowania wydajnością.

Czynnik chłodniczy agregatu

Agregat pracuje z czynnikiem chłodniczym R-134a. Środek ten nie jest palny i nie tworzy z powietrzem mieszaniny wybuchowej. Nie zagraża zdrowiu i nie działa drażniąco, jeżeli się z nim właściwie obchodzi. Jednakże czynnik chłodniczy R-134a nie może być wypuszczony do otoczenia, między innymi dlatego, że powoduje on zakłócenia w pomiarach zawartości metanu. W celu opróżnienia urządzenia z czynnika chłodniczego, agregat wyposażony jest w zawór, natomiast opróżnienie dokonuje się przy pomocy specjalnego aparatu. Ilość środka chłodzącego dla agregatu KM-2000 wynosi około 600kg.

Urządzenia pracujące w obiegu wody schładzanej:

• pompy wody OW-100B-4g

• stacja filtrów wody

• rurociągi preizolowane DN 150, 100

• chłodnice powietrza CP-300 z wentylatorami

• filtry zgrubne

• zbiornik wody

3. Opis chłodnicy powietrza CP-300.

W projektowanej klimatyzacji założono stosowanie chłodnic powietrza typu CP-300.

Chłodnica powietrza typu CP-300 przeznaczona jest do schładzania powietrza w wyrobiskach podziemnych. Zasilana jest zimną wodą przesyłaną z agregatu chłodzącego wodę typu KM. Może ona być zabudowana stacjonarnie lub przemieszczać się wraz z postępem wyrobiska. Chłodnice powietrza typu CP-300 kogą być zabudowane w ciągu istniejącego lutniociągu lub mogą być wyposażone w lutniociąg pomocniczy zasilany wentylatorem lutniowym.

Chłodnica powietrza CP-300 jest wymiennikiem ciepła pomiędzy przepływającym przez nie strumieniem powietrza wymuszonym wentylatorem elektrycznym i woda chłodzącą przepływającą przez pakiet rurek miedzianych. Chłodnica wykonana jest z blachy o grubości 8mm. Na powierzchni czołowej od strony wlotu powietrza znajduje się kołnierz lutniowy obrotowy do podłączenia wentylatora, a od strony wylotu powietrza zabudowany jest kołnierz stały do podłączenia lutni elastycznej. W dolnej części obudowy znajduje się spływ wody spłukującej wężownice pakietu rurek chłodzących i wody wykroplonej w odkraplaczu. Na płycie czołowej chłodnicy od strony wlotu powietrza znajduje się króciec do podłączenia wody do zraszania i spłukiwania pyłu z wężownic pakietu rurek chłodzących i ewentualnie do nawilgacania powietrza. W skład zespołu spłukującego wchodzi 8 dysz wykonanych z mosiądzu. Na górnej płycie znajdują się króćce do podłączenia wody chłodzącej, przy czym króciec dopływowy znajduje się od strony wylotu powietrza. Chłodnice wyposażone są w zaczepy do transportu urządzeniami dźwigowymi i zawieszania na wózkach szynowej kolejki podwieszanej. Dodatkowo na płytach czołowych przyspawane są te same zaczepy przystosowane do przesuwania chłodnicy po spągu. Odkraplacz umieszczony jest za pakietem rurek chłodzących-od strony wylotu powietrza z chłodnicy i stanowi zespół pionowo usytuowanych łopatek kierowniczych wykonanych z blach stalowych ocynkowanych o grubości 1-2mm. Na łopatkach następuje wykraplanie wody, która spływa w dół do wanny. Pakiet rurek chłodzących stanowi zwartą konstrukcję, ściśle dopasowaną do wewnętrznych wymiarów obudowy w celu uzyskania jak najlepszej wymiany ciepła pomiędzy strumieniem powietrza, a rurkami, przez które przepływa woda chłodząca. Chłodnica powietrza CP-300 może być wykonana z króćcami do podłączenia dopływu i odpływu wody umieszczonymi na płycie czołowej od strony wlotu powietrza lub na płycie górnej obudowy.

Dane techniczne chłodnicy:

• moc chłodnicza znamionowa - 300kW

• powierzchnia wymiany ciepła - 87m²

• strumień masy wody - 4,8-6,0kg/s

• temperatura wody na wejściu - 5^oC

• temperatura wody na wyjściu - 17^oC

• spadek naporu powietrza - 1000Pa

• przepływ powietrza - 10m³/s

• ilość wykroplonej wody - 266,1kg/h

• gabaryty - 3000x900x950mm

• masa - 1600kg

4. Urządzenia pracujące w obiegu wody chłodzącej agregatu KM 2000

Wykaz urządzeń w obiegu wody chłodzącej:

• pompy wody OW 100B/4g

• rurociągi preizolowane DN-250

• wyparne chłodnice wody RK-890 z wentylatorami

• zbiornik wody chłodzącej

• zbiornik wody zraszającej

• pompy wody zraszającej Ritza.

5. Chłodnica wyparna wody RK 890

Chłodnica wyparna wody RK 890 przeznaczona jest do pracy w układzie zamkniętym obiegu wody chłodzącej skraplacz agregatu chłodzącego wodę KM. Chłodnica odbiera ciepło skraplania i przekazuje je do zużytego prądu powietrza kopalni.

Budowa i sposób działania.

Chłodnicę stanowią następujące elementy;

• Dwa korpusy służące do umieszczenia w nich wyposażenia chłodniczego,

• Dwie wanny podłogowe nad którymi umieszczone są dwa pakiety chłodnicze. Zadaniem wanny jest gromadzenie wody, która spływa z pakietu chłodzącego i zwracanie jej do obiegu wody zraszania.

• Dwa pakiety chłodzące. Pakiet chłodzący tworzą kilkadziesiąt wiązek rurowych z miedzi. Każda wiązka rurowa wykonana jest z dwóch wężownic usytuowanych mimośrodowo w płaszczyźnie wzdłużnej.

• Dwa urządzenia do zraszania wodą pakietów chłodzących. Urządzenia te znajdują się w górnej części chłodnicy i składają się z rur perforowanych usytuowanych w płaszczyźnie wzdłużnej rozmieszczonych ukośnie do pakietu dysz. Zadaniem zraszacza jest nawilżenie miedzianych rurek pakietu

• Dwa urządzenia natrysku wodnego. Urządzenie natrysku wodnego stanowi spiralny rozdzielacz rurowy z dyszami ustawionymi poziomo od strony wlotu powietrza do chłodnicy. Zadaniem natryskiwacza jest utrzymywanie w czystości pakietu rurek.

• Dwa oddzielacze wody wykonane z lamelek twardego PCV z powłoką antystatyczną dopuszczoną do pracy w kopalni.

Dane techniczne:

• moc chłodnicza - 890kW

• wydatek powietrza - 2x8,65m³/s

• wydatek wody - 73m³/h

• temperatura wody na wejściu - 40^oC

• temperatura wody na wyjściu - 30^oC

• wilgotność powietrza na wlocie - 70%

• temperatura powietrza na wejściu - 26^oC

• temperatura powietrza na wyjściu - 29,5^oC

• szybkość parowania wody - 1026 kg/h

• spadek ciśnienia wody -0,1MPa

• gabaryty - 3400x2450x2070mm

• masa - 5000kg

6. Podsumowanie.

W projekcie po wykonaniu obliczeń temperatury wyrobisk określono zapotrzebowanie mocy chłodniczej na 9 chłodnic CP-300 pracujących po jednej z 3 przodków oraz po dwie na każdej z trzech ścian eksploatacyjnych. Dobrana ilość chłodnic pozwala na utrzymanie temperatury wyrobisk w których zatrudniona jest załoga, na poziomie poniżej 28^oC.

Takie zapotrzebowanie na moc chłodniczą wymusiło zastosowanie dwóch agregatów chłodniczych KM 2000 i KM 1000 klimatyzacji grupowej o łącznej mocy 3MW, a co za tym idzie dobrano moc chłodnic wyparnych wody na poziomie 3560KW.

Dobrano rurociągi instalacji chłodniczej o średnicach Ø150 oraz Ø100 doprowadzające i odprowadzające wodę z chłodnic CP-300 zabudowanych w poszczególnych rejonach kopalni. Rurociągi odprowadzające wodę z chłodnic do agregatu również są preizolowane z uwagi na prowadzenie ich w wyrobiskach którymi płynie świeże powietrze do rejonów eksploatacyjnych.

Zaprojektowane pompy obiegu wody typu OW 100B/4 zapewniają wydatek wody na poziomie Qn=110m³/h każda oraz podnoszenie słupa wody na wysokość Hn=296m. Ponieważ wydatek wody w obiegu agregaty-chłodnice powietrza wynosi 181m³/h konieczne było zastosowanie 2 pomp tego typu. Pompy będą działały w obiegu zamkniętym, a obliczony max. spadek ciśnienia wynosi 24,7 bar.

W obiegu wody agregaty KM-chłodnice wyparne wody RK-890 zaprojektowano rurociągi stalowe nieizolowane o średnicy Ø250 oraz 3 pompy obiegu wody typu OW100B/4 zapewniające wydatek wody w ilości 291m³/h. Obliczona strata ciśnienia w w/w obiegu wynosi 6,6bar.

---