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Jun 21, 2023

Réduire la consommation d'eau de la mine

Enregistrer dans la liste de lecture Publié par Harleigh Hobbs, Editor World Coal, mercredi 2 septembre 2015 11:00

Chris Rehman

L'eau est une ressource fondamentale et précieuse pour la vie ainsi que dans l'industrie. Dans les opérations minières, il est utilisé dans un large éventail d'activités, y compris le traitement des minéraux, la suppression de la poussière et le transport des boues. Au cours des dernières années, les exploitants miniers responsables ont réalisé des progrès considérables dans la réduction de la consommation d'eau dans le cadre de leurs engagements environnementaux.

Au-delà des considérations environnementales, l'eau devient de plus en plus rare et de plus en plus chère. En revanche, les opérations minières utilisent une grande quantité d'eau pendant les processus d'extraction et d'extraction. Une planification précise de l'équilibre hydrique sur la durée de vie de la mine et la réduction de la consommation globale d'eau sont donc essentielles au succès d'une mine en tant qu'entreprise.

La planification, l'approvisionnement, l'autorisation, le pompage, le suivi, le reporting et l'élimination de l'eau de traitement consomment une part importante du budget d'exploitation d'une mine, en particulier celles basées dans les régions les plus arides du monde. La réduction ou l'élimination de la consommation d'eau de n'importe quelle partie du processus a donc la capacité de transformer l'empreinte environnementale et la performance financière d'une entreprise.

Ce n'est pas un défi facile, car l'industrie minière est l'une des industries les plus ardues et les plus exigeantes pour l'entretien des équipements rotatifs. Non seulement il doit traiter des applications abrasives et corrosives, mais il doit également s'adapter aux pratiques de maintenance de longue durée et à la difficulté de fonctionner dans des endroits difficiles et éloignés.

Une idée fausse courante dans l'industrie minière est que la seule façon d'obtenir une étanchéité fiable sur ces applications de pompage difficiles est d'utiliser une garniture de presse-étoupe (Figure 1). Malheureusement, le presse-étoupe va de pair avec une forte consommation d'eau, des coûts de maintenance élevés, une faible disponibilité des équipements et des pertes de production importantes. En conséquence, les joints mécaniques ont été introduits dans les mines il y a quelques décennies. Cependant, les utilisateurs finaux n'étaient pas suffisamment formés et, pendant des années, ils ont reçu le mauvais type de joints, un mauvais choix de matériaux et des systèmes de support de joint erronés ou, dans certains cas, inexistants. Cela a contribué à l'idée fausse générale selon laquelle les joints mécaniques ne fonctionnent pas dans l'industrie minière.

Figure 1 : Disposition typique d'une garniture de presse-étoupe dans une pompe.

Non seulement les joints mécaniques fonctionnent, mais ils éliminent également collectivement des milliards de gallons d'eau gaspillée chaque année, tout en améliorant simultanément l'intervalle entre les réparations (MTBR) des pompes. Des milliers de garnitures mécaniques doubles fonctionnent maintenant avec succès dans le monde entier dans certaines des opérations d'extraction de charbon, de phosphate, de platine, d'or, de potasse, de cuivre et d'autres minéraux les plus éloignées et les plus difficiles.

Le presse-étoupe est la méthode traditionnelle d'étanchéité des pompes depuis plus de 100 ans. Ce type de garniture est généralement disponible, relativement peu coûteux à l'unité et la plupart des mécaniciens connaissent son utilisation. Cependant, il y a quelques inconvénients inhérents à l'emballage :

La clé d'une étanchéité réussie est de maintenir un film fluide frais, propre et stable entre les faces. Lorsqu'une seule garniture mécanique est utilisée, le liquide pompé (le pompage) devient le film fluide. Cela fonctionne bien lorsque le pompage est un liquide propre, tel que de l'eau. Cependant, lorsque le pompage est de la boue, la nature abrasive de la boue peut rapidement endommager les faces d'étanchéité et entraîner une défaillance des composants.

Une seule garniture mécanique comprend deux faces planes - une fixe et une rotative - fonctionnant l'une contre l'autre avec un film fluide entre elles assurant la lubrification. Sans un film fluide stable entre les faces, elles seraient en plein contact, connu sous le nom de « marche à sec », ce qui entraînerait une accumulation rapide de chaleur et une défaillance des composants.

Dans ce cas, un rinçage externe de liquide propre, généralement de l'eau, peut être injecté du côté procédé du joint unique pour évacuer la boue et entourer les faces du joint d'un liquide frais et propre. Le principal inconvénient de cette disposition, connue sous le nom d'API Plan 32, est que l'injection d'eau dans le procédé se fait à une pression supérieure à la pression du presse-étoupe.

Ceci est problématique sur les pompes à résidus en série, où la pression de refoulement finale peut atteindre plusieurs centaines de livres par pouce carré (psi), et des systèmes de pompe spéciaux doivent être installés et entretenus uniquement pour fournir cette eau de rinçage à haute pression.

L'injection de rinçage typique peut gaspiller plusieurs millions de gallons d'eau propre par an. Si le processus est chaud et que l'eau de chasse injectée est froide, de grandes quantités d'énergie doivent être ajoutées pour élever la température de l'eau de chasse. Si le processus est sensible à la dilution, encore plus d'énergie doit être ajoutée pour évaporer l'eau de rinçage du processus.

Tous les inconvénients de la garniture de presse-étoupe et des joints simples décrits ci-dessus peuvent être éliminés avec un double joint mécanique correctement spécifié et un système de support. Un joint double a deux jeux de faces : un jeu d'étanchéité au fluide de procédé et un jeu d'étanchéité à l'atmosphère, avec une zone barrière entre les faces (Figure 2).

Figure 2 : Schéma d'un double joint mécanique typique montrant les faces du joint intérieur assurant l'étanchéité au fluide de procédé, les faces du joint extérieur assurant l'étanchéité à l'atmosphère et un fluide barrière (bleu) entre les deux.

Un système de support de joint correctement conçu (réservoir ou "pot de joint", Figure 3) fournit un liquide propre et frais - généralement de l'eau - à l'espace barrière entre les joints à une pression plus élevée que le fluide de traitement dans la pompe. Ainsi, il existe un différentiel de pression, qui force le fluide barrière propre à travers les faces, formant un film fluide stable.

Figure 3 : De l'eau plus froide est fournie au joint mécanique, qui est à son tour chauffé par les faces du joint. Cette eau "plus chaude" remonte ensuite dans le récipient, augmentant la température globale du récipient. Le récipient perd alors de la chaleur dans l'atmosphère, ce qui entraîne le retour de l'eau plus froide et plus dense vers le fond du récipient et vers les faces du joint.

Comme les faces de la garniture mécanique génèrent de la chaleur, l'eau chaude dans la zone barrière de la garniture monte vers le réservoir. Le réservoir rayonne de la chaleur dans l'atmosphère et l'eau plus froide et plus dense redescend vers le joint. Ce processus est connu sous le nom de «thermosiphon» et permet au réservoir de fournir au joint mécanique une alimentation constante en eau fraîche, fraîche, propre et sous pression pour le film fluide, sans pièces mobiles.

En plus de maintenir un film de fluide stable sur les faces du joint, il est utile de contrôler la conception de la chambre du joint pour favoriser une durée de vie maximale du joint. De nombreuses pompes à boues utilisent une chambre d'étanchéité à gorge ouverte (Figure 4). Cette conception peut entraîner une érosion du presse-étoupe causée par la vitesse de la boue autour du joint.

Figure 4 : Schéma d'une « chambre de joint à gorge ouverte » conventionnelle, qui expose le joint à la pleine vitesse de la boue.

Le remède conventionnel consiste à utiliser des modificateurs de débit (arêtes ou « dos d'âne ») usinés dans le diamètre intérieur de la chambre d'étanchéité. Une meilleure conception de chambre d'étanchéité est illustrée à la figure 5, où la vitesse de la suspension est interrompue par la plaque à cadre fermé entre la roue et la chambre d'étanchéité. Il y a toujours une grande cavité autour du joint, ce qui favorise l'écoulement du liquide pour refroidir le joint.

Figure 5 : Conception alternative de la pompe à « plaque à cadre fermé », qui masque le joint de la pleine vitesse de la boue, réduisant ainsi le besoin d'une métallurgie coûteuse et exotique pour les composants du joint.

Dans un plan API 53A modifié, chaque joint mécanique a son propre réservoir de support avec un régulateur de pression pour fournir une eau de barrage propre à la pression appropriée pour chaque pompe. Chaque réservoir est équipé d'un clapet anti-retour de sorte qu'une contamination inverse du système d'eau de l'usine n'est pas possible. Même si la pression de l'eau de l'usine devait manquer pendant une courte période, les clapets anti-retour maintiennent chaque réservoir à la bonne pression afin de maintenir l'important film de fluide.

Une solution bien conçue réduira la consommation d'eau d'étanchéité par pompe d'environ six millions de gallons/an d'eau avec un joint ou une garniture à rinçage traditionnel, à moins de 10 gallons/an, pour une réduction de 99,999 % de la consommation d'eau d'étanchéité.

Il est généralement admis que la garniture présente plusieurs inconvénients lorsqu'elle est utilisée pour sceller les arbres rotatifs des pompes. Le plus important d'entre eux est peut-être le besoin de millions de gallons d'eau de presse-étoupe par pompe et par an, pour refroidir et lubrifier la garniture.

Les joints mécaniques doubles et les systèmes de réservoir éliminent tous les problèmes associés au garnissage et peuvent réduire considérablement l'empreinte hydrique d'une mine. Dans le même temps, cela réduit la main-d'œuvre nécessaire pour s'occuper de l'emballage et augmente le temps de fonctionnement et la disponibilité de l'équipement. Dans les cas où le processus est sensible à la dilution, les garnitures mécaniques doubles peuvent économiser des millions de dollars par an en produit perdu.

Cependant, n'importe quel agencement de joint mécanique n'atteindra pas les objectifs ci-dessus. Le propriétaire de la pompe doit : (a) sélectionner une garniture mécanique double robuste ; (b) « cacher » le joint de la boue avec une doublure de plaque à cadre fermé ; et (c) maintenir un film de fluide propre et stable sur les faces d'étanchéité. Ce film de fluide propre est obtenu en utilisant un système de support de réservoir auto-remplissant et sans entretien qui maintient la pression du fluide de la barrière d'étanchéité à 15 - 30 psi au-dessus de la pression du fluide de la pompe.

Des milliers de garnitures mécaniques doubles et de systèmes de réservoirs AESSEAL® sont en service dans le monde entier dans les industries minières et autres, avec une économie totale estimée à plus de 25 milliards de gallons/an d'eau, ce qui s'avère être meilleur pour les entreprises et l'environnement.

Edité par Harleigh Hobbs.

À propos de l'auteur : Chris Rehmann est directeur marketing chez AESSEAL Inc.

Lire l'article en ligne sur : https://www.worldcoal.com/special-reports/02092015/reducing-mine-water-usage-2801/

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