在全球超半数铂金产自南非的行业背景下,全球第二大铂生产商 Impala Platinum(英帕拉铂业)正通过技术革新重塑深井冷却系统的标准。其旗下矿山深达数千米的井下环境中,原有 69,000kW 氨冷却系统因钛板蒸发器更换成本高、传统板式换热器垫片泄漏风险等问题,急需系统性升级。芬兰伐德鲁斯Vahterus凭借板壳式换热器(PSHE)的无垫片设计与低压力损失技术,为其 1 号矿井 8,300kW 冷却单元提供创新解决方案,成为工业换热领域应对高腐蚀、高安全要求场景的标杆案例。
项目背景:传统系统的双重挑战
英帕拉铂业的矿井冷却系统由地表冷却单元与地下闭式循环构成,其中地表双腔逆流冷却塔设计流量 432L/s,标称冷却能力15,100kW。但20世纪80年代投用的设备面临两大痛点:
1、设备老化与维护成本高:早期安装的板式蒸发器采用钛板材质以应对矿井水质问题,但2006年前后钛材价格飙升且供货周期长,更换成本极高。
2、安全风险突出:传统板式换热器的垫片易老化,存在氨泄漏隐患,而氨一旦渗入地下冷却空气中,可能引发安全风险。
基于上述问题,公司决定对冷却系统进行改造,核心目标是在维持原有冷却能力的前提下,降低维护成本、提升系统安全性,并尽可能减少对现有管路和控制设备的改动。
技术选型:PSHE的四维优势破局
在对比管壳式(体积过大)、传统板式(垫片维护频繁)等方案后,伐德鲁斯板壳式换热器(PSHE)以技术融合优势脱颖而出:
● 无垫片设计:彻底消除垫片老化导致的泄漏风险。
● 低压力损失:水侧压力损失显著低于传统板式换热器,可直接沿用原有冷却水泵,降低能耗。
● 结构紧凑:同等换热能力下体积更小,适配原有安装空间。
● 维护便捷:采用可拆卸板束结构,检修时无需整体拆卸设备。
实施过程:技术落地与挑战应对
1 号矿井冷却系统包含两套并联的氨冷却单元,单套标称冷却能力 8,300kW。项目团队最初计划采用单台14型板壳式换热器,但受空间和重量限制,最终选择两台同型号尺寸设备并联方案,此举带来双重优势:
● 冗余设计提升可靠性:若单台设备出现泄漏,可隔离维修而不影响另一台运行,保障系统连续供冷。
● 优化循环效率:新设备压力损失降低,使冷却剂循环比从传统板式的 1.5 提升至 4 以上,显著提高传热效率。
实施过程中遇到运输导致的板束损坏问题,伐德鲁斯及时提供备用板束更换,确保项目进度。安装完成后,通过严格的性能测试验证:
● 多工况测试:涵盖单台 / 并联运行、不同流量分配等场景,验证系统稳定性。
● 关键指标达标:总传热系数满足预期,且水侧压力损失仍低于原板式换热器。
● 安全性提升:氮气压力测试及长期运行表明,无氨泄漏现象,验证了无垫片设计的可靠性。
应用成效:从单点突破到全矿区推广
板壳式换热器在1号矿井的成功应用,促使英帕拉铂业公司启动全矿区设备升级计划。该技术带来的核心价值包括:
● 维护成本显著降低:彻底省去传统板式换热器每年更换垫片的工作,减少停机时间。
● 安全性大幅提升:无泄漏风险,避免氨污染地下环境,符合严苛的安全标准。
● 能效优化:压力损失降低使水泵能耗减少,结合自然对流设计,夜间低负荷运行时能效进一步提升。
正如英帕拉铂业公司机械工程师 Andre Pieters 所言:“板壳式换热器在Rustenburg矿井的应用证明了其长期可靠性。相比传统板式换热器,它几乎消除了垫片和板片更换的维护需求,设备的完整性更确保了无氨泄漏风险,为地下冷却系统的安全运行带来了根本性改善。”
行业启示:工业换热的可持续革新
该案例印证了板壳式换热技术在高要求场景的独特价值:通过材料创新(替代钛板)与结构优化(无垫片设计),既解决矿山水质导致的设备耐久性问题,又通过系统集成降低全生命周期成本。随着绿色矿山与智能化运维需求升级,伐德鲁斯 PSHE 正为冶金、化工等领域的类似工况提供可复制的技术范式。
关于伐德鲁斯(Vahterus)
作为板壳式换热器技术专家,伐德鲁斯专注为全球工业客户提供高效、可靠的换热解决方案。其专利技术融合板式换热器的传热效率与壳式换热器的承压能力,在氨制冷、化工流程等领域都有应用,持续推动工业换热领域的技术进步。如果您对伐德鲁斯的技术或相关项目感兴趣,欢迎联系,伐德鲁斯期待与您共同探索更多可能!