Kāpēc dubļu skrāpji ir piemēroti korozīvu vides nogulsnēm?

Materiālu izvēle: Nerūsējošais tērauds pret stikla šķiedras plastmasu (GRP) korozijizturīgiem dūņu skrāpjiem

Kā materiāla izvēle nosaka dubļu skrāpja veiktspēju korozīvās vidēs

Materiālu izvēle, no kuriem izgatavots dubļu skrāpējs, ir būtiska, lai izturētu grūtos, korozīvos nogulsnes apstākļus. Saskaņā ar 2023. gada Ponemon Institute pētījumu aptuveni 37 % no rūpnieciskajos notekūdeņu sistēmās saistītajiem aprīkojuma bojājumiem, kas saistīti ar koroziju, faktiski ir saistīti ar nepareizu materiālu izvēli. Izvēloties starp tādām iespējām kā nerūsējošais tērauds 316L vai stikla šķiedru armēts polimērs (GRP), inženieriem jāņem vērā vairāki galvenie faktori. Lielu nozīmi iegūst hlorīdu koncentrācija, kā arī pH līmenis visā sistēmā. Arī mehāniskā slodze ir vēl viens svarīgs aspekts. Dažas iekārtas ir atklājušas, ka atkarībā no konkrētajiem apstākļiem un ekspluatācijas vēstures viens materiāls darbojas labāk nekā otrs.

Nerūsējošā tērauda (316L) priekšrocības augstas hlorīdu koncentrācijas nogulsnes tvertnēs

316L nerūsējošais tērauds izceļas hlorīdu bagātos vides apstākļos, jo satur 2,1% molibdēnu, kas nodrošina izturību pret punktu koroziju hlorīdu koncentrācijām līdz 5000 ppm – par 2,5 reizēm augstāk kā standarta 304 markas tēraudos. Dati no sāļūdens attīrīšanas iekārtām rāda, ka 316L skrāpju asis pēc 8 gadiem nepārtrauktas darbības saglabā 92% biezuma integritāti.

GRP kā nemetāliska alternatīva, izturīga pret skābēm un atkritumu iedarbību

GRP māla skrāpēji ir pilnībā izturīgi pret galvanisko koroziju, kas padara tos par lielisku risinājumu sērskābes vides apstākļos, kur pH līmenis krītas zem 2, vai strādājot ar organiskajiem atkritumiem. Šie GRP skrāpēji sver tikai vienu ceturto daļu no līdzīga izmēra tērauda modeļiem, saglabājot ievērojamu stiepes izturību aptuveni 290 MPa. Tie spēj veikt dūņu noņemšanas uzdevumus pat lielos baseinos, kuru diametrs sasniedz līdz 40 metriem. Tomēr ir viena būtiska lieta, ko vajadzētu ņemt vērā. Kad runa iet par izturību pret berzi no rupjiem materiāliem, GRP pārbaudēs atpaliek no 316L nerūsējošā tērauda aptuveni par 23%. Šis atšķirības kļūst būtiskas tajās lietojumprogrammās, kur ir daudz abrazīvu materiālu.

Salīdzinošās materiālu īpašības

Salīdzinošā izturība pret ķīmisko punktveida koroziju un galvanisko koroziju

316L pasīvais hroma oksīda slānis novērš ķīmisku izgraušanu oksidējošās vides apstākļos, savukaršt GRP nevadošs raksturs izslēdz galvaniskus riskus materiālu maisījumu sistēmās. Jaunākie notekūdeņu attīrīšanas gadījumu pētījumi rāda, ka GRP ķēdes skrāpji samazināja uzturēšanas izmaksas par 64% salīdzinājumā ar tērauda variantiem hlora dioksīda dozēšanas zonās.

Ilglaicīga strukturāla integritāte nepārtrauktas korozīvas vides iedarbībā

Paātrinātu novecošanas testu rezultāti, kas simulē 15 gadu kalpošanas laiku, atklāj:

• 316L saglabā 89% sākotnējās noguruma izturības cikliskas slodzes apstākļos
• GRP rāda <1% matricas degradāciju, kad pakļauts H2S koncentrācijai 200 ppm
  Abi materiāli būtiski pārsniedz oglekļa tērauda skrāpju veiktspēju, kuri agresīvā vidē parasti jāaizstāj ik pēc 3–5 gadiem.

Korozijas degradācijas mehānismu izpratne dūņu skrāpju sistēmās

Kā korozīvā vide paātrina nolietojumu sedimentācijas baseinu skrāpjos

Kad materiāli nāk saskarē ar korozīviem vielām, piemēram, hlorīdiem un skābēm, tie parasti nodilst daudz ātrāk, jo šie elementi darbojas kopā tādā veidā, kā inženieri sauc par elektroķīmiski mehāniskām mijiedarbībām. Saskaņā ar pērn publicētajiem „Jūras korozijas pētījuma” rezultātiem, kad jūras ūdenī ir vairāk nekā 500 ppm hlorīdu jonu, nerūsējošais tērauds sāk rausties gandrīz divreiz straujāk nekā parasti. It īpaši interesanti ir izpētīt, kā korozija mijiedarbojas ar noguruma bojājumiem rūpnieciskās lietošanas gadījumos. Kad materiāli vienlaikus pakļauti gan atkārtotam ekspluatācijas stresam, gan ķīmiskai iedarbībai, to iznīkšana notiek aptuveni trīs reizes ātrāk salīdzinājumā ar situāciju, kad darbojas tikai viens no šiem faktoriem. Tas padara problēmu īpaši satraucošu, jo, tiklīdz virsmās veidojas mazi raupjumi, tie rada mikro plaisas, kas pletās tālāk katrreiz, kad aprīkojums darbojas slodzes apstākļos. Šīs plaisas laika gaitā turpina palielināties, izraisot tā saucamos degradācijas spirāles efektus, kurus, reiz sākušies, ir ļoti grūti apturēt.

Ķīmiskais izgraušanās un tā ietekme uz skrāpējblades efektivitāti

Ķīmiskā izgraušanās rada mikronu apjomā defektus, kas traucē hidrodinamisko plūsmu. Vienas 0,3 mm dziļas bedres klātbūtne palielina vietējo turbulenci par 18%, piespiežot piedziņas patērēt par 12–15% vairāk enerģijas. pH<5 vidē izgraušanās blīvums sasniedz 35/cm² sešu mēnešu laikā, samazinot nogulsņu noņemšanas efektivitāti līdz pat 40% salīdzinājumā ar neskartām virsmām.

Galvaniskās korozijas risks kombinētā materiāla skrāpju konfigurācijās

Kad nerūsējošais tērauds saskaras ar oglekļa tērauda balstiem, veidojas galvaniskās šūnas, kas var radīt strāvas blīvumu aptuveni 1,1 mikroampēri uz kvadrātcentimetru. Tas kļūst īpaši problēmatisks sāļūdens vides apstākļos ar aptuveni 15 000 kopējajām izšķīdušajām vielām. Šeit anodiskās izšķīšanas ātrums palielinās līdz aptuveni 0,8 milimetriem gadā, kas ir gandrīz deviņas reizes ātrāk nekā parastie korozijas rādītāji, ko mēs parasti novērojam. Pētījumi dažādās notekūdeņu attīrīšanas iekārtās atklāj arī kaut ko satraucošu — gandrīz četri no pieciem bojājumiem šādās maisītu materiālu skrāpēs notiek tieši visvājākajos punktos, piemēram, tur, kur skrūves saskaras ar flančiem. Šie savienojuma punkti vienkārši nevar ilgtermiņā izturēt elektroķīmisko slodzi.

Nerūsējošā tērauda stiepes korozijas plaisas: cēloņi un novēršana

Aptuveni 23 procenti 316L skrāpēju cieš no stresa korozijas plaisāšanas, kad tie pakļauti vides apstākļiem ar augstu hlorīdu saturu (vairāk nekā 200 daļas miljonā) temperatūrās virs 60 grādiem pēc Celsija. Kad atlikušie spriegumi no metināšanas pārsniedz aptuveni 150 megapaskālus, tas faktiski samazina slieksni, kurā SCC kļūst par problēmu, aptuveni par divām trešdaļām. Ir vairāki veidi, kā efektīvi cīnīties ar šo problēmu. Viens no pieejas veidiem ir lāzera apstrāde, kas rada kompresijas spriegumus virsmās ap -350 MPa. Vēl viena iespēja ir pilnībā mainīt materiālu uz dubultā tipa tēraudu, kas piedāvā aptuveni četrreiz labāku izturību pret SCC. Arī reāllaika uzraudzība hlorīdu līmenim, kombinēta ar automātiskām izskalošanas sistēmām, palīdz novērst šīs problēmas, pirms tās kļūst par nopietnām.

Projektēšanas inovācijas, kas uzlabo korozijas izturību un samazina nogulsnes uzkrāšanos

Skrāpēju ģeometrija, kas minimizē stagnācijas zonas un korozijas karstos punktus

Šodien daudzas mūsdienu dubļu skrāpju sistēmas, lai optimizētu savu asu formu, balstās uz aprēķinu šķidruma dinamiku vai īsi CFD. Tas palīdz novērst vietas, kur korozīvs materiāls vai nogulsnes uzkrājas un izraisa problēmas. Attiecībā uz faktisko veiktspēju, spirālveida konstrukcijas aptuveni par 20 procentiem vienmērīgāk noņem dūņas salīdzinājumā ar parastajām plakanajām asīm. Tas nozīmē mazāk bojājumu, ko rada ķīmiskie reaģenti, ilgstoši paliekot vienā vietā. Arī izliektās formas labāk virza visu netīrību uz izplūdes zonu. Turklāt tās nerada vājas vietas, kas ilgtermiņā ir tendētas plaisāt zem slodzes.

Bezšuvju savienojumi un gludas virsmas, lai ierobežotu biofilma un nogulšņu uzkrāšanos

Elektropolēti metinājumi aizvieto skrūvju savienojumus augstas korozijas zonās, novēršot spraugas, kur koncentrējas skābes vai hlorīdi. Virsmas raupjums zem 0,8 µm Ra (saskaņā ar ISO 4287) novērš bioražu veidošanos, samazinot mikrobioloģiski ietekmēto koroziju (MIC) par 35% notekūdeņu apstrādē. Nepārtrauktas nerūsējošā tērauda izolācijas slāņi GRP skrāpējos arī novērš malu atslāņošanos.

Korozijai izturīgi pārklājumi un izolācijas materiāli mūsdienu dūņu skrāpju tehnoloģijā

Uzņēmuma patentētie nanomateriālu pārklājumi molekulāri saistās ar metāla virsmām, veidojot 5–15 µm barijeru pret skābēm un abrazīviem materiāliem. Neatkarīgi testi rāda, ka šie pārklājumi salīdzinājumā ar nepārklātu tēraudu jūras nogulsnēšanas rezervuāros samazina hlorīdu izraisīto korozijas ātrumu par 62%. Fluoropolimēru izolācija nodrošina nemetālisku aizsardzību visā pH diapazonā (1–14), nezaudējot savas īpašības.

Zemas uzturēšanas dizaina elementu integrēšana, lai pagarinātu kalpošanas laiku

Pašeļļavojoši polimēra gultņi un uz mūžu hermētiski pārvieto mehānismi novērš eļļas piesārņojuma risku agresīvās dūņās. Noņemami volframa karbīda nodilumizturīgi sliežu sloksnes palielina asmeņu kalpošanas laiku līdz 15+ gadiem abrazīvos apstākļos, samazinot remontdarbu laiku par 70%. 2023. gada alumīnija pārstrādes rūpnīcas gadījuma pētījumā šīs inovācijas katram skrāpējsistēmas veidam ikgadēji ietaupīja 18 000 USD uzturēšanas izmaksās.

Korozijizturīgu dūņu skrāpēju dzīves cikla izmaksu priekšrocības rūpnieciskajos pielietojumos

Sākotnējie ieguldījumi salīdzinājumā ar ilgtermiņa ietaupījumiem: nerūsējošais tērauds pret stiklplastu

Lai gan 316L nerūsējošā tērauda skrāpēji sākotnēji maksā 20–35% mazāk nekā stiklplasta modeļi, to kopējās īpašniecības izmaksas šo priekšrocību atceļ jau 5–7 gados. 2024. gada materiālu dzīves cikla pētījums konstatēja, ka hlorīdbagātos vidēs stiklplasta sistēmas nodrošina 40% zemākas dzīves cikla izmaksas, jo nav nepieciešams atkārtoti uzklāt pārklājumu un retāk nepieciešamas strukturālas pārbaudes.

Samazināta uzturēšanas biežums un ekspluatācijas pārtraukumi

Korozijizturīgi dūņu skrāpēji samazina apkopes vajadzības par 63% salīdzinājumā ar oglekļa tērauda alternatīvām. GRP sistēmas izceļas notekūdeņu lietojumos, prasot tikai reizi pusgadā veicamas pārbaudes, salīdzinot ar kvartāli reizi pārbaudāmiem metāla skrāpējiem. Šis samazinājums vienam tipiskam nogulsnes baseinam gadā nozīmē vairāk nekā 500 papildus darbības stundas.

Īpašniecības kopējās izmaksas 15 gados: notekūdeņu attīrīšanas gadījuma analīze

Pašvaldības notekūdeņu attīrīšanas iekārta dokumentēja 15 gadu izmaksas sešiem paralēliem nogulsnes baseiniem:

23% TCO ietaupījumi ar GRP skrāpējiem galvenokārt izrietēja no katodiskās aizsardzības sistēmu atcelšanas un darbaspēka nepieciešamības samazināšanas.

Ieguldījumu atmaksāšanās (ROI) ietekme, pārejot no metāla uz nemetāliskiem dūņu skrāpējiem

Uz GRP skrāpējiem pārejošas ražošanas iekārtas parasti atgūst materiāla cenu starpību laikā līdz 4,2 gadiem, samazinot uzturēšanas izmaksas un palielinot apstrādes jaudu. Pārejas rezultātā iekārtas sasniedz par 75% zemākas gadskārtējās uzturēšanas izmaksas, saglabājot vienādu nogulu noņemšanas efektivitāti.

Bieži uzdotie jautājumi

Kādi ir galvenie 316L nerūsējošā tērauda priekšrocības dūņu skrāpēju lietojumos?

316L nerūsējošais tērauds ir ļoti izturīgs pret punktuveida koroziju un koroziju augsta hlorīda saturošās vides apstākļos, jo satur molibdēnu. Tas ilgu laiku saglabā būtisku biezumu integritāti un labi darbojas cikliskas slodzes apstākļos.

Kā salīdzinās GRP ar nerūsējošo tēraudu, ņemot vērā nodilumizturību?

Lai gan GRP ir vieglāks un izturīgs pret skābēm un atkritumu iedarbību, tas ir aptuveni par 23% mazāk efektīvs nekā 316L nerūsējošais tērauds, pretojoties abrazīviem materiāliem.

Kurš materiāls ir rentablāks ilgtermiņā?

Kaut arī 316L nerūsējošā tērauda skrāpēji ir zemākās sākotnējās izmaksas, GRP skrāpēji parasti nodrošina zemākas kopējās īpašuma izmaksas laika gaitā, īpaši hlorīdu bagātās vides apstākļos.

Vai GRP skrāpēji spēj tikt galā ar lieliem baseiniem un augstu mehānisko slodzi?

Jā, GRP skrāpēji var veikt dūņu noņemšanu baseinos līdz pat 40 metriem diametrā un saglabā ievērojamu stiepes izturību, kaut arī zemāku nekā nerūsējošajam tēraudam.