Problema de engenharia resolvido por usinas de oxigênio em contêineres
Muitos projectos mineiros estão localizados a centenas de quilómetros de instalações de produção de gás industrial. O transporte de oxigénio líquido para estes locais requer navios-tanque criogénicos, navios de armazenamento, vaporizadores, estações de descarga e acesso rodoviário capazes de suportar entregas regulares.
Um gerador de oxigênio em contêiner elimina a dependência de cadeias externas de fornecimento de oxigênio, produzindo oxigênio diretamente do ar atmosférico no local de mineração.
Para projetos que operam em regiões montanhosas, ambientes desérticos ou áreas de exploração remotas, a produção de oxigénio pode continuar enquanto a energia elétrica e o ar ambiente estiverem disponíveis.
O sistema converte o ar atmosférico em oxigênio sem a necessidade de tanques de armazenamento criogênicos ou fornecimentos rotineiros de oxigênio.
Estrutura do Container e Layout Mecânico
A planta de oxigênio está alojada dentro de um contêiner padrão ISO.
As configurações típicas incluem:
As estruturas dos contêineres são fabricadas em aço estrutural e soldadas de acordo com os padrões de remessa ISO. O gabinete protege o equipamento de processo contra poeira, precipitação, luz solar direta e erosão por névoa salina.
Os layouts internos dos equipamentos dividem o contêiner em zonas operacionais dedicadas.
Um arranjo típico inclui:
O espaçamento dos equipamentos é projetado para fornecer acesso ao pessoal de manutenção e atividades de substituição de componentes.
Configuração interna do equipamento
Módulo de compressão de ar
O módulo de compressão aumenta a pressão do ar atmosférico antes da separação do oxigênio.
O módulo geralmente contém:
O ar comprimido é normalmente fornecido a 8–11 bar(g).
O compressor aspira o ar ambiente através de um sistema de filtragem projetado para remover partículas transportadas pelo ar comumente encontradas em ambientes de mineração, incluindo pó de sílica, finos de minério e resíduos de detonação.
Nas operações de mineração no deserto, sistemas de filtragem de entrada de vários-estágios podem ser instalados para reduzir a carga de poeira nos equipamentos a jusante.
Módulo de Tratamento de Ar
O ar comprimido contém umidade, aerossóis de óleo e contaminantes suspensos que podem danificar os materiais de adsorção. O módulo de tratamento remove esses contaminantes em vários estágios.
Os componentes típicos incluem:
O sistema de tratamento reduz a concentração de umidade antes que o ar entre nos vasos PSA.
Dependendo da configuração, os pontos de orvalho de pressão podem atingir -40 graus a -70 graus.
O ar seco evita o acúmulo de água dentro dos leitos de adsorção e reduz a degradação da peneira molecular.
Módulo de geração de oxigênio PSA
O módulo de geração de oxigênio realiza a separação dos gases.
O módulo consiste em:
Os vasos são fabricados com cilindros de aço carbono-com classificação de pressão e contêm material de peneira molecular zeólita.
Quando o ar comprimido entra no recipiente, as moléculas de nitrogênio se ligam ao meio de adsorção enquanto as moléculas de oxigênio passam pelo leito.
O sistema de controle alterna a operação do recipiente entre os modos de adsorção e regeneração, mantendo a produção contínua de oxigênio.
Dependendo da capacidade do sistema, o módulo pode conter dois, quatro ou múltiplos recipientes de adsorção operando em paralelo.
Seção de armazenamento de oxigênio
O oxigênio gerado entra em um recipiente de armazenamento localizado dentro ou adjacente ao recipiente.
A seção de armazenamento executa três funções:
Os recipientes de armazenamento são geralmente projetados para pressões que variam de 8 bar(g) a 16 bar(g).
Para grandes projectos mineiros, tanques externos de armazenamento de oxigénio podem ser ligados para aumentar a capacidade de reserva disponível.
Sistema de Distribuição Elétrica
O contêiner inclui um compartimento elétrico dedicado que abriga:
Os painéis elétricos são isolados dos equipamentos de processo para reduzir a exposição ao calor, vibração e umidade.
As bandejas de cabos direcionam a fiação de energia e de sinal por todo o contêiner enquanto separam os circuitos de alta-tensão e de instrumentação.
Sistemas de Controle Ambiental
As operações de mineração frequentemente expõem os equipamentos a condições ambientais extremas. Os geradores de oxigênio em contêineres incorporam, portanto, sistemas de gestão ambiental.
Sistema de Ventilação
Os ventiladores transferem o calor gerado pelos compressores e equipamentos elétricos para o ambiente externo. As taxas de fluxo de ar são selecionadas de acordo com as cargas de calor do equipamento e as condições de temperatura ambiente.
Sistema de Isolamento
As instalações-de clima frio podem incluir painéis de parede isolados que reduzem a transferência de calor através das superfícies dos contêineres. A espessura do isolamento geralmente varia de 50 mm a 100 mm, dependendo das temperaturas do local.
Equipamento HVAC
Para locais com temperaturas acima de 45 graus ou abaixo de -20 graus, sistemas dedicados de aquecimento e resfriamento podem regular as temperaturas operacionais internas. Manter temperaturas estáveis do gabinete ajuda a proteger os controles eletrônicos e a instrumentação.
Aplicações de mineração
Plantas de processamento de ouro
As instalações de recuperação de ouro necessitam frequentemente de oxigénio para os circuitos de lixiviação de cianeto. Geradores de oxigênio em contêineres podem fornecer oxigênio para:
O oxigênio é transferido através de tubulações fixas de processo e injetado em fluxos de solução antes de entrar em contato com o minério.
Operações de lixiviação de cobre
Os circuitos de extração de cobre podem usar oxigênio para apoiar reações de oxidação e melhorar a química do processo. O gerador de oxigênio fornece gás diretamente aos tanques de reação, linhas de transferência de solução ou sistemas de aeração. A vazão necessária depende da produção de minério e do projeto do processo.
Locais de mineração subterrânea
As operações subterrâneas muitas vezes enfrentam limitações de ventilação. Plantas de oxigênio em contêineres podem suportar:
O design modular permite a instalação perto da infraestrutura do poço sem a construção de edifícios permanentes de produção de oxigênio.
Transporte e implantação
Uma vantagem de uma configuração em contêiner é a eficiência do transporte. Toda a planta de oxigênio permanece montada em sua estrutura de base durante o transporte.
O contêiner pode ser movido usando:
Nenhuma desmontagem dos principais equipamentos de processo é necessária durante o transporte. Na chegada, os guindastes posicionam o contêiner em fundações preparadas ou estruturas de suporte de aço. Esta abordagem reduz as atividades de montagem em campo em comparação com a construção de plantas convencionais.
Procedimento de instalação no local
Preparação da Fundação
O local de instalação normalmente inclui:
• Fundação de concreto armado • Plataforma de aço estrutural • Rede de aterramentoAs dimensões da fundação dependem do tamanho do recipiente e do peso operacional.
Conexões de utilidades
O pessoal de instalação conecta:
• Fornecimento de energia elétrica • Tubulação de saída de oxigênio • Sistema de drenagem de condensado • Cabos de comunicaçãoA maior parte da tubulação do processo permanece instalada dentro do contêiner antes do envio.
Comissionamento
As atividades de comissionamento incluem:
• Teste de pressão • Teste de vazamento • Verificação do sequenciamento de válvulas • Verificação da pureza do oxigênio • Validação do sistema de controleAssim que os parâmetros operacionais atingem as condições de projeto, a produção de oxigênio começa.
Monitoramento e Controle
O gerador de oxigênio usa arquitetura de controle-baseada em PLC.
O sistema monitora:
Os sensores transmitem os dados operacionais ao CLP, que ajusta o sequenciamento das válvulas e a operação do equipamento.
As opções de comunicação remota podem incluir:
Os operadores de mineração podem monitorar o desempenho a partir de salas de controle centrais sem entrar no contêiner.
Projeto de acesso de manutenção
Os sistemas em contêineres são projetados para permitir manutenção sem remover equipamentos importantes. Grandes portas de acesso e painéis de parede removíveis proporcionam entrada para técnicos.
As atividades de manutenção de rotina incluem:
Os layouts dos equipamentos reservam espaço de acesso em torno dos componentes críticos para dar suporte a essas tarefas.
Modos de falha comuns
Compreender os mecanismos de falha ajuda as equipes de manutenção a agendar inspeções preventivas.
Pureza de oxigênio reduzida
As possíveis causas incluem:Contaminação por adsorvente, vazamento na válvula, mau funcionamento do analisador
Alta temperatura do compressor
As possíveis causas incluem:Filtros de admissão sujos, falha de ventilação, temperatura ambiente elevada
Transporte de umidade
As possíveis causas incluem:Mau funcionamento do secador, dessecante saturado, falha na válvula de drenagem
Instabilidade da pressão de oxigênio
As possíveis causas incluem:Subdimensionamento do tanque tampão, mau funcionamento do regulador, vazamento na tubulação
Estas condições geralmente podem ser identificadas através de tendências de pressão, temperatura e pureza de oxigênio registradas pelo sistema de controle.
Comparação com a construção de uma planta de oxigênio convencional
Uma planta de oxigênio convencional normalmente requer:
Um gerador de oxigênio em contêiner integra esses sistemas em um gabinete transportável antes do envio. Como resultado, as atividades de instalação em campo são normalmente limitadas a conexões de serviços públicos, procedimentos de comissionamento e testes operacionais finais.
Essa configuração é frequentemente selecionada para projetos de mineração com cronogramas de construção reduzidos, períodos operacionais temporários ou locais remotos onde os recursos de construção são limitados.
Especificações Técnicas
| Parâmetro | Faixa Típica |
|---|---|
| Pureza do Oxigênio | 90–95% |
| Capacidade de oxigênio | 10–5.000 Nm³/h |
| Pressão de oxigênio | 4–10 barras(g) |
| Pressão do ar | 7–10 barras(g) |
| Ponto de orvalho | -40 graus a -70 graus |
| Tipo de contêiner | Contêiner ISO de 20 pés/40 pés |
| Temperatura ambiente | -30 graus a +50 graus |
| Sistema de controle | CLP + IHM |
| Fonte de energia | 380V–690V |
| Tipo de instalação | Sistema modular conteinerizado |
Principais recursos
Equipamento de produção de oxigênio integrado dentro de um contêiner padrão ISO
Tubulação, fiação e instrumentação pré{0}}instaladas antes do envio
Adequado para locais remotos de mineração com infraestrutura limitada
Suporta aplicações de ouro, cobre, prata e mineração subterrânea
Disponível em configurações-montadas em skid e em contêiner
Projetado para transporte por caminhão, trem ou frete marítimo
Compatível com SCADA e sistemas de controle de planta
Capacidade expansível através de módulos de contêiner adicionais
O gerador de oxigênio para mineração em contêiner fornece uma plataforma transportável de produção de oxigênio que combina compressão de ar, purificação, separação de oxigênio, armazenamento e sistemas de controle em um único gabinete, permitindo que as operações de mineração gerem oxigênio diretamente no ponto de uso.
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