Mỏ Eagle – Kiểm soát áp suất ổn định cho hệ thống nước ngầm sâu

Kỹ sư Ứng dụng Trưởng

Nền tảng

Phân phối nước trong mỏ ngầm sâu ở Michigan

Nằm ở Michigan, Hoa Kỳ, Eagle Mine là một trong số ít các mỏ niken chính tại Hoa Kỳ. Mỏ này vận hành một hệ thống khai thác ngầm được tiếp cận bằng đường dốc. Nước là yếu tố thiết yếu cho hoạt động hàng ngày, hỗ trợ khoan, làm mát, kiểm soát bụi và đảm bảo an toàn. Trong những môi trường như vậy, nguồn cung cấp nước liên tục và ổn định là yếu tố then chốt cho sản xuất. Bất kỳ sự bất ổn nào cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thiết bị và hoạt động. Khi nước chảy xuống mỏ, áp suất tăng đáng kể theo độ sâu, tạo ra các điều kiện khắc nghiệt cho hệ thống phân phối nước. Những điều kiện này đòi hỏi một giải pháp kiểm soát áp suất có thể duy trì hiệu suất ổn định dưới sự chênh lệch áp suất cao và nhu cầu biến động.Dự án này được triển khai và vận hành bởi Victaulic, sử dụng van điều khiển BERMAD làm thành phần cốt lõi để giảm áp suất.

Thách thức

Kiểm soát sự bất ổn áp suất trong hệ thống nước mỏ sâu

Hệ thống nước cũ dựa vào nhiều van giảm áp suất tác động trực tiếp (DPRV) được lắp đặt dọc theo tuyến phân phối. Cấu hình này đã dẫn đến một số vấn đề nghiêm trọng:

Áp suất không ổn định (“van săn tìm”) trên toàn hệ thống
Sự tương tác giữa các van gây ra dao động trên toàn hệ thống
Tăng áp suất đột ngột khi nhu cầu thấp, gây hư hại thiết bị
Áp suất không đủ khi nhu cầu đạt đỉnh, hạn chế hoạt động của các hệ thống quan trọng

Như đã mô tả trong phân tích hệ thống, mỗi van giảm áp liên tục phản ứng với các thay đổi ở phía thượng lưu và hạ lưu, khiến toàn bộ hệ thống hoạt động ngược lại với chính nó.

Cách tiếp cận kỹ thuật

Chiến lược kiểm soát áp suất đã được thiết kế lại bằng cách sử dụng các giải pháp giảm áp suất do BERMAD phát triển, được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng khai thác mỏ sâu. Cách tiếp cận mới bao gồm:

Triển khai các trạm giảm áp dựa trên van giảm áp suất tỷ lệ của BERMAD, model 720-PD-03 kết hợp với van giảm áp điều khiển bằng pilot
Phân phối giảm áp suất theo các vùng độ sâu xác định
Cải thiện sự tách biệt thủy lực giữa các điểm điều khiển dọc theo hơn 3.000 ft độ dốc thẳng đứng
Giảm sự tương tác giữa các điểm điều khiển

Việc sử dụng van giảm áp suất tỷ lệ cho phép giảm áp suất ổn định và kiểm soát dưới các mức chênh lệch áp suất cực lớn, vốn là đặc trưng của hệ thống khai thác mỏ sâu dưới lòng đất. Phương pháp này giúp cải thiện độ ổn định áp suất, giảm sự tương tác giữa các van và đảm bảo vận hành tin cậy trong cả điều kiện nhu cầu thấp và cao.

Giải pháp

Điều khiển áp suất ổn định với van điều khiển thủy lực BERMAD

Các van điều khiển thủy lực hiệu suất cao của BERMAD đã được lựa chọn làm thành phần cốt lõi của các trạm PRV, cung cấp:

Kiểm Soát Áp Suất Ổn Định

Giảm áp suất chính xác và đáng tin cậy trong các điều kiện lưu lượng thay đổi
Giảm đáng kể dao động áp suất thường gặp ở các van tác động trực tiếp

Vận Hành Liên Tục 24/7

Thiết kế chắc chắn phù hợp với môi trường ngầm khắc nghiệt
Hiệu suất đã được kiểm chứng dưới áp suất cao và nhu cầu biến động

Độ Sẵn Sàng Cao Với Dự Phòng Hoàn Toàn

Cấu hình PRV hai đường ống tại mỗi trạm
Có thể cô lập, bảo trì và sửa chữa van mà không cần ngắt nguồn cấp nước

Trạm PRV Dạng Module

Victaulic Các cụm lắp ráp sẵn gắn trên bệ trượt để lắp đặt ngầm an toàn và hiệu quả
Đơn giản hóa quá trình vận hành và chạy thử

Hệ thống cung cấp bao gồm:

16 van giảm áp suất tỷ lệ cho ứng dụng khai thác mỏ, model 4”-720-PD-03 (model độc quyền của BERMAD).
16 van giảm áp suất điều khiển bằng pilot, model 4”-720
32 van xả áp suất, model 2”-73Q

Tổng cộng 16 trạm PRV với cấu hình dự phòng đã được triển khai khắp mỏ, đảm bảo dịch vụ không gián đoạn cho tất cả các cấp vận hành.

Triển khai

Các trạm PRV được thiết kế, lắp ráp và cung cấp bởi Victaulic dưới dạng các đơn vị mô-đun hoàn chỉnh, được thiết kế để triển khai nhanh chóng dưới lòng đất. Các đặc điểm triển khai chính bao gồm:

Lắp đặt trên nhiều tầng mỏ mà không làm gián đoạn hoạt động
Lắp đặt song song nhờ thiết kế dự phòng
Vận hành và kiểm tra hệ thống tại chỗ
Đào tạo đội ngũ vận hành để đơn giản hóa việc vận hành và bảo trì

Kết quả

Sau khi đưa vào vận hành, hệ thống nâng cấp đã mang lại những cải thiện rõ rệt và có thể đo lường ngay lập tức:

Ổn định vận hành

Áp suất ổn định được duy trì trên tất cả các tầng mỏ
Đã loại bỏ hiện tượng van dao động và biến động áp suất
Nguồn cung cấp nước ổn định được duy trì trong cả điều kiện nhu cầu thấp và cao

Độ tin cậy của hệ thống

Vận hành liên tục với sự can thiệp tối thiểu từ người vận hành
Không ghi nhận sự cố thiết bị liên quan đến áp suất

Cải thiện hiệu suất

Giảm thất thoát tuần hoàn nước
Tiết kiệm khoảng 6.000 gallon nước mỗi ngày

Vận hành đơn giản hóa

Giảm nhu cầu điều chỉnh thủ công
Vận hành “cắm là chạy” với hiệu suất dự đoán trước

Những điểm chính

Các ứng dụng khai thác mỏ sâu cần quản lý áp suất ở cấp hệ thống thay vì chỉ sử dụng giải pháp van riêng lẻ
Cấu hình van giảm áp suất tác động trực tiếp thông thường trong các ứng dụng sâu có thể gây ra sự mất ổn định và kém hiệu quả
Hệ thống đáng tin cậy phải hỗ trợ vận hành liên tục 24/7 với khả năng dự phòng đầy đủ
Việc lựa chọn van điều khiển thủy lực chất lượng cao là yếu tố then chốt cho hiệu suất lâu dài
Tích hợp với các đối tác hệ thống giàu kinh nghiệm như Victaulic đảm bảo triển khai thành công

Kết luận

Dự án Eagle Mine minh chứng cho cách một hệ thống giảm áp suất được thiết kế tốt, kết hợp van điều khiển BERMAD với thiết kế hệ thống tiên tiến, có thể biến một tiện ích quan trọng thành một hoạt động ổn định, đáng tin cậy và hiệu quả. Thông qua hợp tác với Victaulic, hệ thống nâng cấp hiện nay cung cấp nguồn nước liên tục, nâng cao độ tin cậy vận hành và giảm tác động đến môi trường, hỗ trợ khai thác an toàn và hiệu quả ở độ sâu lớn.