Vai lidojošais skrāpējs ir piemērots agresīvu notekūdeņu attīrīšanai?

Kodīgo notekūdeņu izpratne un to ietekme uz lidojošajiem skrāpējiem

Lidojošo skrāpēju uzplaukums agresīvos notekūdeņu vidē

Ūdens attīrīšanas stacijās, kur pH līmenis pastāvīgi ir zemāks par 2,5 vai hlorīdu koncentrācija pārsniedz 10 000 ppm, lidojošie skrāpēji ir kļuvuši par nepieciešamu risinājumu. Operators sāka vērsties pie šiem sistēmām tad, kad pētījumi atklāja, ka standarta tērauda aprīkojums izgāžas 4–5 reizes ātrāk salīdzinājumā ar ne-metāla variantiem, kad tie tiek pakļauti skābajiem apstākļiem. Iekārtām, kas cīnās ar uzticamu dūņu noņemšanu grūtos apstākļos, īpaši tām, kas cīnās ar ūdeņraža sulfīda līmeņiem, kas pārsniedz 50 ppm, daudzi pāriet uz materiāliem, kas labāk iztur koroziju. Stiklšķiedras armēts plastiks (FRP) un ultr augsta molekulmasas polietilēns (UHMW PE) rūpniecībā kļūst par iecienītiem izvēles materiāliem, neskatoties uz to augstākajām sākotnējām izmaksām, jo tie vienkārši ilgst ilgāk šādos smagos ķīmiskajos apstākļos.

Kā agresīvi vide telpas ietekmē lidojošo skrāpēju veiktspēju un kalpošanas laiku

Agresīvas notekūdeņu iedarbība degradē lidojošos skrāpējus divos galvenajos mehānismos:

• Ķīmisko koroziju : Hlorīdi un sulfīdi uzbrūk metāla komponentiem, izraisot punktu koroziju un spraugu koroziju. Piemēram, nerūsējošā tērauda ķēdes, kas darbojas pie pH 2,0, 18 mēnešos zaudē 30–40 % no savas stiepes izturības.
• Abrazīvs nodilums : Smilšaina dūņa paātrina eroziju, jo īpaši lāpstu malās un vadotajās svītrās. Divu materiālu konstrukcijas, kurās FRP lāpstas kombinētas ar volframa karbīda pārklātām nodilumizturīgām svītrām, nepieprasa nomainīšanu par 70 % retāk salīdzinājumā ar pilnībā tērauda modeļiem.

Piemēra izpēte: Piejūras rūpnieciskā iekārta ar augstu hlorīdu līmeni

Rafinētāja, kas atrodas pie krasta, cīnījās ar notekūdeņiem, kuru pH līmenis bija ļoti zems — no 1,8 līdz 2,2, turklāt hlorīdu koncentrācija sasniedza pat 18 000 daļas miljonā. Iekārtā bieži vien izdevās sabojāties 316L nerūsējošā tērauda lidojošie skrāpji, kuri parasti kalpoja tikai aptuveni 10 līdz 12 mēnešus, pirms tiem vajadzēja nomainīt. Kad tie pārgāja uz FRP (stiklplastmasas) skrāpjiem kombinācijā ar silīcija karbīda gultņiem, notika kaut kas ievērojams. Apkopes intervāli pagarinājās līdz ievērojamiem pieciem gadiem, un vien šī maiņa katru gadu ietaupīja aptuveni 120 000 ASV dolāru remonta izmaksās. Vēl labāk — skrāpēšanas efektivitāte ievērojami palielinājās no tikai 78 procentiem līdz 93 procentiem. Šis reālās pasaules piemērs skaidri parāda, kāpēc ir tik svarīgi izvēlēties pareizos materiālus, darbinot aprīkojumu šādos agresīvos, augsta hlorīdu saturu apstākļos, kur korozija var būt liela problēma.

Korozijas izturīgi materiāli lidojošo skrāpju būvē

Parastie materiāli: stiklšķiedra (GRP), UHMW-PE un nemetāliskas alternatīvas

Mūsdienu lidojošie skrāpēji balstās uz trim galvenajiem korozijizturīgiem materiāliem:

• Stiklšķiedras armēts plastiks (GRP) : Šis kompozīts apvieno polimēru sveķus ar stiklšķiedras pastiprinājumu, nodrošinot augstu stiepes izturību (≥180 MPa), neapdraudot metāla nogurumu. GRP sistēmas samazina negaidītas apturēšanas par 70% hlorīdbagātās vides apstākļos.
• Ultraaugsta molekulmasas polietilēns (UHMW-PE) : Ar berzes koeficientu zem 0,15 un pilnīgu ķīmisko inerci pH diapazonā no 1 līdz 14, tas uzticami darbojas pat ekstrēmos apstākļos.
• Nemetāliski kompozīti : Lietderīgi hibrīdi, piemēram, oglekļa šķiedras armēti polimēri, nodrošina trīs reizes lielāku cietības attiecību pret svaru salīdzinājumā ar nerūsējošo tēraudu 316L, padarot tos par ideālu izvēli vieglām, izturīgām skrāpēju rokām.

Nerūsējošais tērauds pret GRP: ilgtspējības salīdzinājums korozīvos apstākļos

Kaut arī nerūsējošais tērauds 316L labi darbojas mērenos apstākļos (pH 4–9), GRP tādās pašās ķīmiskās iedarbības apstākļos ir labāks. Lauka dati uzrāda galvenos atšķirības:

Turklāt GRP nevadītspēja novērš galvanisko koroziju, kad tas tiek izmantots kopā ar citiem materiāliem — būtisks pārsvars notekūdeņu sistēmās ar dažādiem komponentiem.

Metāla komponentu degradācija nepārtrauktas ķīmiskās iedarbības apstākļos

Metāla daļas lidojošajos skrāpjos saskaras ar diviem dominējošiem izgāšanās veidiem kodolējošās kanalizācijas vidē:

1. Apgaismojuma korozija : Hlora joni bojā aizsargkārtu uz nerūsējošā tērauda, izraisot lokalizētu zudumu līdz pat 0,8 mm/gadā 316L pie 5000 ppm Cl⁻.
2. Stress korozijas plaisas sulfīda iedarbība veicina mikro plaisu veidošanos slodzes apstākļos, samazinot izturību pret nogurumu par 40–60% saskaņā ar ASTM G36 testēšanu.

2024. gada korozijas aizsardzības pētījums atklāja, ka 65% metāla skrāpju nomaiņas rezultātā rodas metinājumu savienojumu bojājumi, ko pastiprina ūdeņraža trauslums.

Ieguldījumu un ieguvumu analīze: Augstākas sākotnējās izmaksas GRP tiek kompensētas ar ilgu kalpošanas laiku

Lai gan GRP lidojošie skrāpji sākotnēji maksā 2,2–2,5 reizes vairāk nekā nerūsējošā tērauda modeļi, to dzīves cikla izmaksas 20 gadu laikā ir 55–70% zemākas, jo:

• 90% mazāk nepieciešamības pēc rezerves daļām
• 80% mazāk pārtraukumu uzturēšanas darbiem
• Katrā vienībā elektroķīmiskās aizsardzības sistēmu novēršana, ietaupot 15 000–30 000 USD

Objekti parasti sasniedz ieguldījumu atdeves līmeni 4–7 gadu laikā, pateicoties ilgākiem apkopes intervāliem un samazinātām regulatīvajām sodu maksām par neefektīvu attīrīšanu.

Galvenie ķīmiskie faktori, kas ietekmē lidojošo skrāpju izturību

PH un skābuma ietekme uz materiāla integritāti

Zemi pH līmeņi paātrina materiālu degradāciju notekūdeņu sistēmās. Izejūdeņos ar pH zem 4 oglekļa tērauds korodē 4–7 reizes ātrāk, jo palielinās ūdeņraža jonu aktivitāte. Kamēr 316L nerūsējošais tērauds pēc pieciem gadiem pH 3–6 apstākļos saglabā 92% no savas strukturālās integritātes, standarta 304 sakausējumi līdzīgos apstākļos 18 mēnešu laikā attīsta porainu koroziju.

Hlorīdu saturs un tā loma metālu korozijas paātrināšanā

Hlorīdu koncentrācija virs 500 ppm izraisa nerūsējošā tērauda strauju degradāciju, sadalot pasīvo oksīda kārtu, kas noved pie porainas korozijas ātruma 0,8–1,5 mm/gadā. Piekrastes iekārtās, kurās ietekmē siltumūdens ieplūde, hlorīdu izraisīta stresa korozijas plaisāšana ir iemesls 43% agrīnajiem lidojuma sviru bojājumiem.

Datu analīze: 68% skrāpētāju bojājumu skābā vidē saistīti ar nerūsējošā tērauda poraino koroziju

Bojājumu analīzes atklāj, ka 68% lidojošo skrāpētāju darbības traucējumi pH 2,5-4 temperatūrā rodas no 300 sērijas nerūsējošā tērauda hlorīda izraisītajām izplūdes. Šis bojājums bieži sākās saliešanas punktos un izplatījās radiāli 3-8 mm/mēnesi, kad tas tika atklāts, tas galu galā izraisīja mehāniskas darbības traucējumus.

Sūlfīdu iedarbība uz metāliem un kompozītiem materiāliem

Sūlfrīdu bagātīga kanalizācija ar mikrobiem rada sērskābi, kas rada divpusēju apdraudējumu:

• Metāli saslimst ar 0,3-0,7 mm/gadu slīpēm
• Pēc piecu gadu H2S iedarbības GRP kompozītiem ir 12-18% sāls matriks
  Tomēr uz 3 gadu ilgām pārbaudēm, kas veiktas ar UHMW-PE pārklājumiem, tika konstatēts, ka uz 2 000 ppm sulfīda satura apstākļos 97% no tiem saglabā ķīmiskās izturības līmeni, tādējādi nodrošinot pastiprinātu aizsardzību neaizsargātām virsmai.

Lietošanas ātruma salīdzinājums ar lidojumu skrāpētāju veidiem korozīvos apstākļos

Lauksaimniecības analīze: nerūsējošā tērauda skrāpētāji pH mērenajos kanalizācijas rūpnīcās

Ūdens attīrīšanas iekārtās ar pH līmeni starp 6 un 8 nerūsējošā tērauda peldošie skrāpēji darbojas uzticami un, stingri ievērojot pasivizācijas protokolus, var kalpot 12–15 gadus. Tomēr hlorīdu līmeņi, kas pārsniedz 500 ppm, palielina gropveida korozijas risku, kas rūpniecībā kopumā veicina 23% no gada ikgadējām nerūsējošā tērauda nomaiņām.

GRP peldošie skrāpēji augsta sēra savienojumu un skābekļa digesteru tvertnēs

GRP sistēmas darbojas vislabāk digesteros, kur pH vērtība krītas zem 3 vai kad sulfīdu līmenis pārsniedz 50 mg/L. Šī gada sākumā publicētās Korozijas aizsardzības pētījuma jaunākie rezultāti parāda arī kaut ko diezgan ievērības cienīgu. Iekārtas, kas pārgāja uz GRP līdzeniskiem skrāpjiem, pieredzēja aptuveni par 70 procentiem mazāk negaidītu apstāšanos salīdzinājumā ar tām, kas joprojām izmanto metāla versijas. Daļa no iemesliem? Šīs materiālu slikti vada elektrību, tādējādi izvairoties no nepatīkamām galvaniskās korozijas problēmām. Turklāt, tā kā GRP ir stiprs, bet viegls, dzinējiem nepieciešams mazāk enerģijas, lai to darbinātu. Nozares ziņojumi liecina, ka šīm sistēmām vidēji tiek ietaupīta aptuveni 18 līdz 22 procentus enerģijas.

UHMW-PE malu riepas un nodiluma sloksnes: zema berze ar augstu korozijas izturību

UHMW-PE komponenti risina divkāršas problēmas abrazīvā, ķīmiski aktīvā dūņās:

• Tās nodilst tikai 0,02 mm/gadā, pat ar 30% cieto vielu saturu
• Tās paliek inertas pret hlorīdiem, sulfīdiem un organiskajiem skābēm temperatūrās līdz 65°C
  Eliminējot nepieciešamību pēc eļļošanas un aizsargājot pamatkonstrukcijas, šie sloksnes uzlabo gan izturību, gan ekspluatācijas vienkāršību.

Hibrīda konstrukcija: vai metāla rāmji ar nemetāla lāpstiņām var piedāvāt līdzsvarotu risinājumu?

Lidojošie skrāpēji, kas kombinē nerūsējošā tērauda griezes vārpstas ar GRP vai UHMW-PE lāpstiņām, ir parasts risinājums daudzās iekārtās. Labs jaunums ir tāds, ka šādas hibrīda konstrukcijas parasti samazina sākotnējās izmaksas aptuveni par 40% salīdzinājumā ar pilnībā no GRP sistēmām. Tomēr ir viena nianse — nepieciešams kvalitatīvs inženierdarbs, lai risinātu problēmas, kas saistītas ar dažādu materiālu termisko izplešanos mainīgās temperatūrās. Ko īstenībā redzam praksē? Lielākā daļa uzstādījumu kalpo no 9 līdz 12 gadiem vidē, kur pH līmenis saglabājas robežās no 4 līdz 10. Uzņēmumiem, kuriem budžeta ierobežojumi neļauj izmantot pilnībā nemetāla alternatīvas, šāda jaukta pieeja bieži darbojas diezgan labi kā kompromisa risinājums.

Dizaina inovācijas, lai uzlabotu lidojošā skrāpēja piemērotību korozīvās vides lietojumos

Mūsdienu lidojošo skrāpēju sistēmas cīnās ar koroziju, izmantojot stratēģiskus dizaina uzlabojumus, kas vērsti gan uz materiālu vājībām, gan uzturēšanas neefektivitāti.

Hermētiski noslēgti gultņi un korozijizturīgi stiprinājumi: svarīgo mazo komponentu aizsardzība

Lai arī detaļas, piemēram, rullītbearings un stiprinājumi, ir mazas, šodien tās tiek labāk aizsargātas. Jaunā tipa hermētiskie rullītbearings ir aprīkoti ar polimēra ekrāniem, kas novērš ķīmisko vielu iekļūšanu, turklāt ir pieejami ar cinka-nikeli vai keramiku pārklāti stiprinājumi, kas iztur koroziju pat tad, ja tie tiek pakļauti agresīviem vides apstākļiem ar pH no 2 līdz 12. Skatoties uz datiem no notekūdeņu jomas 2023. gadā, redzams arī kое interesants aspekts. Iekārtām, kas apstrādā augstu hlorīdu koncentrāciju, pēc pārejas no parastajiem oglekļa tērauda stiprinājumiem uz šīm uzlabotajām versijām, komponentu nomaiņas nepieciešamība samazinājās aptuveni par 34%. Šāda veida uzlabojums ir īpaši svarīgs tajās vietās, kur uzturēšanas izmaksas ilgtermiņā var būtiski pieaugt.

Modulāras GRP lāpstu sistēmas vieglai nomaiņai un minimālai darbības pārtraukšanai

Jaunākās GRP līnijas ir aprīkotas ar īpašiem bezskrūvju savienojumiem, kas padara bojāto daļu nomaiņu daudz ātrāku nekā agrāk. Operators tagad var nomainīt salauztos sekcijas aptuveni divās stundās. Agrāk ar vecajiem metinātajiem sistēmām kaut ko salabot nozīmēja izjaukt visu ķēdi, kas skaidrotājiem remontdarbu laikā nozīmēja trīs līdz piecu dienu ilgu ekspluatācijas pārtraukumu. Un runāsim par naudu. Modulārais dizains ievērojami samazina ik gadu rodos uzturēšanas izmaksas. Skrāpējiem, kas darbojas apgabalos ar augstu sēra savienojumu saturu, uzņēmumi parasti ietaupa aptuveni 18 000 ASV dolāru gadā tikai uzturēšanā. Šāda veida ietaupījumi laika gaitā uzkrājas, ņemot vērā visu aprīkojumu dažādās iekārtās.

Gudrās uzraudzības integrācija: prediktīvais uzturēšana augstas korozijas zonās

Sprīžu mērķārtas, kas savienotas ar internetu, kopā ar mazajiem pH sensoriem, kas iebūvēti tieši aprīkojumā, nodrošina nepārtrauktu informāciju par to, kā materiāli iztur un kādas vides apstākļi notiek ap tiem. Kad gultņiem sāk kļūt pārāk karsti vai kad apkārt peld pārāk daudz hlora, operators saņem brīdinājumu, lai varētu iejaukties agrīnā stadijā, pirms kaut kas faktiski iziet no ierindas. Daži testa darbināšanas cikli piekrastes ūdens attīrīšanas iekārtās ir atklājuši, ka šāda proaktīva uzturēšana GRP skrāpējiem pagarināja to kalpošanas laiku aptuveni par diviem ar pusi gadiem salīdzinājumā ar regulāru uzturēšanu neatkarīgi no faktiskā stāvokļa.

BUJ

Kas ir lidojošie skrāpēji?

Lidojošie skrāpēji ir mehāniski ierīces, ko izmanto notekūdeņu attīrīšanas stacijās, lai no notekūdeņu tvertņu virsmas noņemtu dūņas un citus atkritumus.

Kāpēc korozija ir problēma lidojošajiem skrāpējiem?

Korozija vājina lidojošo skrāpētāju strukturālo integritāti, samazinot to ekspluatācijas ilgumu un palielinot uzturēšanas izmaksas biežu nomaiņu un remontu dēļ.

Kādi materiāli ieteicami būvniecībai korozīvos apstākļos?

Materiāli, piemēram, stiklšķiedru armēts plastiks (FRP) un ļoti augsta molekulmasas polietilēns (UHMW-PE), tiek ieteikti to korozijizturības un izturības dēļ agresīvos ķīmiskos apstākļos.

Kā hlorīdu līmenis ietekmē lidojošo skrāpētāju darbību?

Augsts hlorīdu līmenis var izraisīt metāla komponentu grauzējkoroziju un spraiguma koroziju, kas noved pie materiāla degradācijas un aprīkojuma kalpošanas laika saīsināšanās.

Kādas ir priekšrocības, izmantojot GRP lidojošajos skrāpētājos?

GRP nodrošina lielisku stiepes izturību, retāku uzturēšanu, izturību pret hlorīdu un sulfīdu koroziju, kā arī ilgāku kalpošanas laiku stipri skābos vai hlorīdiem bagātos vidē.