Sektör raporlarına göre maden her yıl 30 metre daha derinleşiyor.
Derinlik arttıkça havalandırma ve soğutma ihtiyacı da artar ve Howden bunu Güney Afrika'daki en derin madenlerde çalışırken edindiği deneyimden biliyor.
Howden, 1854 yılında James Howden tarafından İskoçya'da bir deniz mühendisliği şirketi olarak kuruldu ve 1950'lerde Güney Afrika'ya madencilik ve enerji sektörlerinin ihtiyaçlarını karşılamak üzere girdi. 1960'lara gelindiğinde, şirket ülkenin derin altın madenlerini, yerin kilometrelerce altından cevheri güvenli ve verimli bir şekilde çıkarmak için gereken tüm havalandırma ve soğutma sistemleriyle donatmaya yardımcı oldu.
Howden'ın Maden Soğutma ve Kompresörler bölümü başkanı Teunes Wasserman, IM'ye verdiği demeçte, "Başlangıçta maden sadece havalandırmayı soğutma yöntemi olarak kullanıyordu, ancak maden derinliği arttıkça, madendeki artan ısı yükünü dengelemek için mekanik soğutma gerekli hale geldi" dedi.
Güney Afrika'daki birçok derin altın madeni, yer altındaki personel ve ekipman için gerekli soğutmayı sağlamak amacıyla yer üstüne ve yer altına Freon™ santrifüj soğutucular kurmuştur.
Wasserman'ın belirttiğine göre, mevcut durumdaki iyileşmeye rağmen, yer altı makinesinin ısı dağıtım sistemi sorunlu çıktı; çünkü makinenin soğutma kapasitesi sıcaklık ve mevcut egzoz havası miktarıyla sınırlıydı. Aynı zamanda, maden suyu kalitesi, bu ilk santrifüjlü soğutucularda kullanılan borulu ısı eşanjörlerinde ciddi kirlenmeye neden oluyordu.
Bu sorunu çözmek için madenler, yüzeyden yere soğuk hava pompalamaya başladı. Bu, soğutma kapasitesini artırırken, gerekli altyapı siloda yer kaplıyor ve süreç hem enerji hem de enerji açısından yoğun oluyor.
Bu sorunları gidermek için maden işletmeleri, soğutulmuş su üniteleri aracılığıyla yere indirilen soğuk hava miktarını en üst düzeye çıkarmayı hedefliyor.
Bu durum, Howden'ı Güney Afrika'daki madenlerde, önce mevcut yüzey santrifüj soğutucularının ardından, amino vidalı soğutucuları kullanmaya yöneltti. Bu, bu derin yeraltı altın madenlerine sağlanabilecek soğutucu miktarında önemli bir değişime yol açarak, ortalama yüzey suyu sıcaklığının 6-8°C'den 1°C'ye düşmesini sağladı. Maden, halihazırda kurulu olan birçok boru hattı altyapısını kullanmaya devam ederken, daha derin katmanlara sağlanan soğutma miktarını da önemli ölçüde artırabiliyor.
WRV 510'un piyasaya sürülmesinden yaklaşık 20 yıl sonra, bu alanda önde gelen bir pazar oyuncusu olan Howden, 510 mm rotorlu büyük bir blok vidalı kompresör olan WRV 510'u geliştirdi. O dönemde piyasadaki en büyük vidalı kompresörlerden biriydi ve Güney Afrika'daki derin madenleri soğutmak için gereken soğutma modülü boyutuna uygundu.
Wasserman, "Bu, oyunun kurallarını değiştirecek bir gelişme çünkü madenler artık bir sürü soğutucu yerine tek bir 10-12 MW'lık soğutucu kurabiliyor," dedi. "Aynı zamanda, yeşil bir soğutucu olan amonyak, vidalı kompresörler ve plakalı ısı eşanjörlerinin kombinasyonları için oldukça uygundur."
Amonyakla ilgili hususlar, madencilik endüstrisi için amonyakla ilgili şartnameler ve güvenlik standartlarında resmileştirildi ve Howden tasarım sürecinde önemli bir rol oynadı. Bunlar güncellendi ve Güney Afrika yasalarına dahil edildi.
Bu başarının kanıtı, Güney Afrika madencilik sektörünün 350 MW'ın üzerinde amonyaklı soğutma kapasitesi kurmasıdır; bu kapasite dünyanın en büyüğü olarak kabul edilmektedir.
Ancak Howden'ın Güney Afrika'daki yenilikleri bununla sınırlı kalmadı: 1985'te şirket, büyüyen maden soğutucu ürün yelpazesine bir de yüzey buz makinesi ekledi.
Yüzey ve yer altı soğutma seçeneklerinin kapasitesi doldukça veya çok pahalı bulundukça, madenlerin daha derin seviyelere doğru genişletilmesi için yeni bir soğutma çözümüne ihtiyaç duyulmaktadır.
Howden, ilk buz üretim tesisini (aşağıdaki örnek) 1985 yılında Johannesburg'un doğusundaki EPM'de (East Rand Proprietary Mine) kurdu; bu tesisin toplam soğutma kapasitesi yaklaşık 40 MW ve buz üretim kapasitesi 4320 t/saattir.
Operasyonun temelinde yüzeyde buz oluşumu ve bu buzun maden yoluyla yer altındaki bir buz barajına taşınması yer almaktadır. Buz barajından gelen su daha sonra yer altı soğutma istasyonlarında dolaştırılır veya sondaj kuyuları için proses suyu olarak kullanılır. Eriyen buz daha sonra yüzeye geri pompalanır.
Bu buz yapma sisteminin en büyük avantajı, pompalama maliyetlerinin azalmasıdır; bu da yüzeyden soğutulan su sistemleriyle ilişkili işletme maliyetlerini yaklaşık %75-80 oranında düşürür. Wasserman'ın belirttiğine göre, bu durum "suyun faz geçişlerinde depolanan doğal soğutma enerjisine" dayanmaktadır; 1 kg/s buzun soğutma kapasitesi, 4,5-5 kg/s donmuş suyun soğutma kapasitesine eşdeğerdir.
"Üstün konumlandırma verimliliği" sayesinde, yeraltı barajı 2-5°C'de tutularak yeraltı hava soğutma istasyonunun termal performansı iyileştirilebilir ve böylece soğutma kapasitesi en üst düzeye çıkarılabilir.
Özellikle istikrarsız elektrik şebekesiyle bilinen Güney Afrika'da buz enerjisi santralinin özel bir önemi olmasının bir diğer avantajı da, sistemin ısı depolama yöntemi olarak kullanılabilmesidir; bu yöntemde buz, yer altındaki buz barajlarında oluşturulur ve biriktirilir ve yoğun talep dönemlerinde ısı depolama sağlanır.
Bu ikinci fayda, Howden'ın dünyanın en derin yer altı madenleri olan Mponeng ve Moab Hotsong'da test çalışmalarıyla, elektrik talebinin en yüksek olduğu zamanlarda buz yapma makinelerinin kullanımını araştırdığı, Eskom destekli bir endüstri ortaklığı projesinin geliştirilmesine yol açmıştır.
Wasserman, “Geceleri (mesai saatleri dışında) barajı dondurduk ve en yoğun saatlerde madeni soğutmak için su ve erimiş buz kullandık,” diye açıkladı. “En yoğun dönemlerde ana soğutma üniteleri kapatılıyor, bu da şebeke üzerindeki yükü azaltıyor.”
Bu durum, Howden'ın 12 MW, 120 t/h kapasiteli buz makinesi için inşaat, elektrik ve mekanik ekipman dahil olmak üzere tüm işleri tamamladığı Mponeng'de anahtar teslimi bir buz makinesinin geliştirilmesine yol açtı.
Mponeng'in temel soğutma stratejisine son zamanlarda eklenen unsurlar arasında yumuşak buz, yüzeyden soğutulmuş su, yüzey hava soğutucuları (BAC'ler) ve yeraltı soğutma sistemi yer almaktadır. Bu durum, maden sularında çalışma sırasında yüksek konsantrasyonlarda çözünmüş tuz ve klorür bulunmasından kaynaklanmaktadır.
Güney Afrika'nın engin deneyimi ve sadece ürünlere değil, çözümlere odaklanması, dünyanın dört bir yanındaki soğutma sistemlerini dönüştürmeye devam ediyor, diyor.
Wasserman'ın da belirttiği gibi, madenler daha derinlere indikçe ve madenlerde daha fazla alan açıldıkça, bu tür çözümlerin dünyanın diğer bölgelerinde de bulunması kolaylaşıyor.
Meinhardt şunları söyledi: “Howden, onlarca yıldır derin maden soğutma teknolojisini Güney Afrika'ya ihraç ediyor. Örneğin, 1990'larda Nevada'daki yer altı altın madenleri için maden soğutma çözümleri sağladık."
“Güney Afrika madenlerinde kullanılan ilginç bir teknoloji, yük transferi için termal buz depolamasıdır; termal enerji büyük buz barajlarında depolanır. Buz, en yoğun saatlerde üretilir ve en yoğun saatlerde kullanılır,” dedi. “Geleneksel olarak, soğutma üniteleri yaz aylarında günde üç saate kadar ulaşabilen maksimum ortam sıcaklığı için tasarlanmıştır. Ancak, soğutma enerjisini depolama olanağınız varsa, bu kapasiteyi azaltabilirsiniz.”
“Eğer yüksek tepe tarifeli bir planınız varsa ve düşük tarifeli dönemlerde daha ucuz tarifelere geçmek istiyorsanız, bu buz yapma çözümleri güçlü bir iş gerekçesi oluşturabilir,” dedi. “Tesis için yapılan ilk yatırım, daha düşük işletme maliyetlerini dengeleyebilir.”
Aynı zamanda, Güney Afrika madenlerinde on yıllardır kullanılan BAC, küresel ölçekte giderek daha fazla önem kazanıyor.
Geleneksel BAC tasarımlarına kıyasla, en yeni nesil BAC'ler, önceki modellerine göre daha yüksek termal verimliliğe, daha düşük maden hava sıcaklığı limitlerine ve daha küçük bir alana sahiptir. Ayrıca, Howden Ventsim CONTROL platformuna entegre edilmiş, talep üzerine soğutma (CoD) modülü sayesinde, yer altı ihtiyaçlarına uyacak şekilde yaka hava sıcaklığını otomatik olarak ayarlarlar.
Geçtiğimiz yıl Howden, Brezilya ve Burkina Faso'daki müşterilerine üç adet yeni nesil BAC teslim etti.
Şirket ayrıca zorlu işletme koşulları için özelleştirilmiş çözümler üretebilmektedir; bunun son örneği, Güney Avustralya'daki Carrapateena madeninde OZ Minerals için BAC amonyak soğutucularının 'benzersiz' kurulumudur.
Wasserman, kurulumla ilgili olarak şunları söyledi: “Howden, Avustralya'da su bulunmadığı durumlarda Howden amonyak kompresörleri ve kapalı devre kuru hava soğutucuları ile kuru kondenserler kurdu. Bu, su sistemlerine kurulan açık püskürtmeli soğutucuların aksine, 'kuru' bir kurulum olduğu için bu soğutucular maksimum verimlilik için tasarlanmıştır.”
Şirket şu anda Burkina Faso'daki Yaramoko Fortuna Gümüş (eski adıyla Roxgold) madeninde tasarlanıp inşa edilen 8 MW'lık karasal BAC tesisi (aşağıda resmedilmiştir) için bir çalışma süresi izleme çözümünü test etmektedir.
Johannesburg'daki Howden fabrikası tarafından kontrol edilen sistem, şirketin potansiyel verimlilik iyileştirmeleri ve tesisin optimum düzeyde çalışmasını sağlamak için bakım konusunda tavsiyelerde bulunmasına olanak tanır. Brezilya'daki Ero Copper'da bulunan Caraiba maden kompleksindeki BAC ünitesi de bu özelliği kullanacak şekilde tasarlanmıştır.
Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) platformu, sürdürülebilir katma değerli ilişkiler kurmaya devam ediyor ve şirket, 2021 yılında ülkede iki adet Talep Üzerine Havalandırma (VoD) fizibilite çalışması başlatacak.
Şirket, Zimbabve sınırında, yer altı madenlerindeki otomatik kapılar için isteğe bağlı video hizmeti sağlayacak bir proje üzerinde çalışıyor. Bu proje sayesinde kapılar farklı aralıklarla açılabilecek ve aracın özel ihtiyaçlarına bağlı olarak doğru miktarda soğutma havası sağlayabilecek.
Mevcut madencilik altyapısını ve hazır veri kaynaklarını kullanan bu teknoloji geliştirme, Howden'ın gelecekteki ürünlerinin önemli bir parçası olacak.
Güney Afrika'daki Howden deneyimi: Derin altın madenlerindeki düşük su kalitesiyle başa çıkmak için soğutma çözümlerinin nasıl tasarlanacağını, şebeke sorunlarından kaçınmak için çözümlerin nasıl olabildiğince enerji verimli hale getirileceğini ve en katı hava kalitesi gereksinimlerinden bazılarının nasıl karşılanacağını öğrenin. Dünya çapındaki düzenlemeler, sıcaklık ve iş sağlığı gereksinimleri de dahil olmak üzere, dünya genelindeki madenler için fayda sağlamaya devam edecektir.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire England HP4 2AF, UK