Kāpēc dubļu skrāpji ir piemēroti korozīvu vides nogulsnēm?

Korozīvu vielu izpratne un to ietekme uz mēslu skrāpēja izturību

Kā korozīvas vides paātrina mēslu skrāpēja novecošanu

Skāba notekūdeņi un sāļains dūņas var nodilināt māla skrāpējus trīs līdz piecas reizes ātrāk nekā normālos apstākļos, jo šie materiāli izraisa gan ķīmiskas reakcijas, gan mehānisku spriegumu iekārtu virsmās. Kad pH vērtība krītas zem 4, oglekļa tērauds sāk zaudēt aptuveni 1,2 līdz 1,8 milimetrus materiāla katru gadu. Tajā pašā laikā, kad ir vairāk nekā 10 000 ppm hlorīdu, zem virsmas veidojas mikroskopiskas bedrītes, kas laika gaitā izlaužas cauri aizsargpārklājumiem. Cietie apstākļi arī negatīvi ietekmē ķēdes piedziņas, izraisot to par aptuveni 40 procentiem ātrāku nodilšanu salīdzinājumā ar parastiem saldūdens apstākļiem. Dažām iekārtām nākas komponentus nomainīt ik pēc trim mēnešiem, lai uzturētu nepārtrauktu darbību šādos grūtos apstākļos.

Galvenie degradācijas mehānismi zemā pH un augstas sātījuma vidē

Četri galvenie korozijas ceļi dominē cietos apstākļos:

• Ģalvaniskā korozija : Notiek, kad oglekļa tērauda asis saskaras ar nerūsējošā tērauda stiprinājumiem vadītspējīgā dūņās
• Mikrobiālā korozija : Sulfātreducējošas baktērijas anaerobās dūņās rada lokalizētas pH vērtības pazemināšanās līdz pat 1,8
• Plūsmas veicināta korozija : Tumultozi šķidrumi ar plūsmas ātrumu virs 2,3 m/s noērde pasivizācijas kārtas
• Stress korozijas plaisas : Augsta sprieguma skrāpji nesekmīgi darbojas H₂S koncentrācijās virs 50 ppm

Pētījumi rāda, ka GRP skrāpji ilgst 2,8 reizes ilgāk nekā oglekļa tērauda skrāpji pH 1,5 vidē, pirms nepieciešams veikt apkopi.

Biežākie oglekļa tērauda skrāpju izgāšanās punkti skābās notekūdeņu lietojumos

Skābās vidē ar pH zemāku par 3, metinātās savienojumos parasti sākas lielākā daļa problēmu. Aptuveni trīs ceturtdaļas visu sistēmas bojājumu faktiski notiek tieši lāpstiņu stiprinājumu savienojumos. Parastās A36 tērauda plāksnes ilgstoši neiztur eksponēšanu pH apmēram 2,2 līmenī. Tās parasti pilnībā izrūs pēc sešiem līdz astoņiem gadiem. Divfāžu nerūsējošā tērauda varianti kalpo daudz ilgāk, dodot operatoriem gandrīz divreiz ilgāku laiku, pirms nepieciešama nomaina. Arī skrāpju ķēdes saskaras ar nopietnām problēmām. To rullītbearings nodilst tik ātri, ka uzturēšanas brigādes tos bieži nomaina aptuveni reizi 14 mēnešos, salīdzinājumā ar parastajiem pieciem gadiem normālās vides apstākļos bez korozijas riska.

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

Divfāžu nerūsējošais tērauds: Pārāka ķīmiskā izturība hlorīdu bagātās vidēs

Duplex nerūsējošais tērauds lieliski darbojas vietās, kur ir daudz hlorīdu, piemēram, lielos piekrastes notekūdeņu attīrīšanas centros vai ķīmisko vielu pārstrādes rūpnīcās piekrastē. Tam ir divfāžu struktūra, kas nodrošina ļoti augstas izturības īpašības — izturība pārsniedz 400 MPa, kā arī efektīvi pretojas punktveida korozijai, ierobežojot bojājumus līdz mazāk nekā 0,1 mm gadā, pat strādājot ar sāļu dūņām. Pēc sastāva duplex tērauds satur aptuveni 3% molibdēna, kas ir galvenais atšķirības faktors. Siltā ūdenī ar sāls koncentrāciju virs 5000 ppm tas darbojas apmēram divpadsmit reizes labāk nekā parasts 316L tērauds. Arī 2023. gada pētījumi parādīja ievērības cienīgus rezultātus: pēc desmit gadu ilgas ekspluatācijas jūras ūdens attīrīšanas sistēmās šie tērauda skrāpēji saglabāja 98% no sākotnējā biezuma, savukārt oglekļa tērauda paraugi — tikai aptuveni 60%. Saskaņā ar rūpniecības specifikācijām šis sakausējums iztur stresa korozijas plaisas līdz aptuveni 150 °C temperatūrai, tāpēc tas ir lielisks materiāls pielietojumiem, kuros siltums ir viena no problēmām.

Stikla šķiedru armēts plastiks (GRP): strukturālas priekšrocības abrazīvos un korozīvos dūņu apstākļos

GRP skrāpēji patiešām izceļas ļoti skābajos apstākļos (pH zem 2) un agresīvās vides, kādas sastopamas rūdu ieguvē, jo īpaši tādēļ, ka to epoksīda bāze diezgan labi iztur sērskābi un ūdeņraža sulfīdu. Tā kā tie nav metāla, uzstādot blakus citiem materiāliem, nav riska elektrolītiskai korozijai, kas nozīmē par aptuveni 40% mazāk pārtraukumu uzturēšanai salīdzinājumā ar tradicionālām tērauda sistēmām. Paši paneļi arī nodilst daudz lēnāk — aptuveni 70% lēnāk nekā parasts oglekļa tērauds, kas pakļauts rupjām dūņām. Turklāt tie saglabā savu formu pat pēc atkārtotiem slodzes cikliem, kas ir svarīgi rūpnieciskos apstākļos, kur aprīkojums tiek intensīvi ekspluatēts ik dienu.

Kad GRP pārspēj metālu, neskatoties uz zemāku stiepes izturību

GRP lieliski darbojas, kad svarīgākais ir izturība pret ķīmikālijām, nevis īpaši stipra konstrukcija. Apsveriet notekūdeņu attīrītājus pilsētās, kuriem jāiztur tikai vidējs mehāniskais spiediens. Materiāla labā izturība salīdzinājumā ar tā zemo svaru ļauj to uzstādīt vecos rezervuāros, kas netika būvēti, lai izturētu smagu tērauda aprīkojumu. Otrreizējās attīrīšanas baseiniem, īpaši apgabalos ar katodiskās aizsardzības sistēmām, GRP neiedegradējas no elektrolīzes, kā tas notiktu ar citiem materiāliem. No pieredzes rādās, ka šādas iekārtas var kalpot no 10 līdz 15 gadiem, pirms nepieciešama nomaina, kas ir diezgan ievērojami, ņemot vērā ikdienas grūtās ekspluatācijas apstākļus.

Degrādācijas mehānismi, kas ietekmē dūņu skrāpēju kalpošanas ilgumu grūtos apstākļos

Ķīmiska izgraušana zem stāvošām dūņu kārtām

Kad dūņas nekustīgi atrodas, tās veido karstās vietas ķīmiskajiem bojājumiem. Mikroorganismi šajās vietās var pazemināt pH līmeni zem 3,5 un sākt ražot ūdeņraža sulfīda gāzi (H2S). Tas rada bedrīšu koroziju, kas notiek no trīs līdz piecas reizes ātrāk salīdzinājumā ar sistēmām, kur šķidrums cirkulē. Pētījumi rāda, ka 316L nerūsējošajam tēraudam šādos nepievilcīgos apstākļos bedrītes veidojas aptuveni 0,12 milimetrus gadā. Tas ir pat četras reizes sliktāk nekā 0,03 mm/gadu rādītājs labi aerētās sistēmās. Tā kā šis bojājums uzkrājas ļoti ātri, regulāri pārbaudīt lāpstiņas ir īpaši svarīgi. Lielākā daļa ekspertu iesaka to darīt katras trīs mēnešos, lai nelielas bedrītes varētu pamanīt pirms tās pārtop par pilnvērtīgām caurumām, kas izraisa noplūdes un bojājumus.

Galvaniska korozija skrāpju komplektos ar dažādiem materiāliem

Kad tiek kombinēti dažādi metāli, piemēram, oglekļa tērauda ķēdes ar nerūsējošā tērauda asmeņiem, veidojas tā saucamie galvaniskie pāri. Šādas kombinācijas sālsūdenī var korodēt no 3 līdz 4 reizēm ātrāk. Piekrastes notekūdeņu attīrīšanas iekārtā to noskaidroja grūtā ceļā — to dažādu materiālu detaļas nācās nomainīt aptuveni katru 18 mēnešus, savukārt viendabīgi metāla komponenti kalpoja vairāk nekā piecus gadus, pirms nepieciešama bija apkope. Risinājums? Dielektriskie atstarpnieki starp šiem materiāliem samazināja korozīvos elektriskos strāvus gandrīz par 90%. Ieviešot šo risinājumu, apkopes speciālisti novēroja, ka kalpošanas intervāli paildzinājās līdz aptuveni 3,5 gadiem.

Sprieguma korozijas plaisas augsta sprieguma komponentos

Kad skrāpju ķēdes un piedziņas vārpstas darbojas ar 75 līdz 110 procentiem no to plūstspējas, tās saskaras ar aptuveni par 63 procentiem lielāku stresa korozijas plaisu problēmām tajās vietās, kur ir daudz hlorīdu. Nozares ziņojumi 2022. gadā parādīja arī kaut ko satraucošu — dažas 2205 divfāžu nerūsējošā tērauda vārpstas sāka plaisāt jau pēc astoņiem tūkstošiem ekspluatācijas stundu, tiklīdz hlorīdu koncentrācija pārsniedza piecus tūkstošus daļiņu miljonā. Labā ziņa ir tā, ka galveno elementu modelēšana (finite element modeling) ir kļuvusi par spēles mainītāju inženieriem, kas risina šīs problēmas. Ar šo rīku tie var identificēt nepatīkamos sprieguma punktus un pārveidot tos tā, lai jaunākajos sistēmu dizainos maksimālie stiepes spriegumi samazinātos gandrīz par pusi. Šāda veida inovācija ir izšķiroša, lai pagarinātu aprīkojuma kalpošanas mūžu un novērstu dārgas atteices nākotnē.

Salīdzinoša veiktspēja: dubļu skrāpju materiālu izmaksas, uzturēšana un kalpošanas ilgums

Nerūsējošais tērauds pret GRP: sākotnējās izmaksas salīdzinājumā ar ilgtermiņa izturību

Nerūsējošā tērauda dubļu skrāpju sākotnējā cena parasti ir aptuveni par 40 līdz 60 procentiem augstāka salīdzinājumā ar GRP variantiem. Bet pagaidiet, te ir nianses. Šie no nerūsējošā tērauda izgatavotie sistēmas daudz labāk iztur koroziju, kad tie tiek pakļauti hlorīdiem, kas pēc NACE International 2023. gada pētījuma nozīmē, ka tās kalpo aptuveni trīs līdz piecas reizes ilgāk, pirms nepieciešama nomaina. Šāda veida izturība padara tās par vērtu papildu izdevumu ieguldījumu objektiem, kas darbojas nepārtrauktā režīmā. Apskatot uzturēšanas reģistrus desmit gadu laikā, nerūsējošā tērauda sistēmām līdzīgos ekspluatācijas apstākļos nepieciešams aptuveni par septiņdesmit procentiem mazāk negaidītu remontu. Tomēr GRP savu vietu arī ieņem, īpaši smagās eksploatacijas vidē, kur pH paliek virs 4. GRP materiālu zemāks svars samazina atbalsta konstrukciju slodzi, jo tas sver aptuveni pusi no nerūsējošā tērauda svara. Tikai ņemiet vērā, ka regulāras pārbaudes ir obligāta GRP uzstādījumu sastāvdaļa.

Uzturēšanas biežums un ekspluatācijas pārtraukumi atkarībā no materiāla tipa

Nerūsējošā tērauda 316L klase ievērojami samazina ķīmisku bedrīšanu, ļaujot divreiz ilgāk neveikt uzturēšanu salīdzinājumā ar GRP sistēmām. Tas nozīmē 50% mazāk ik gadu nepieciešamās darba pārtraukšanas – svarīgi notekūdeņu iekārtām, kurām nepieciešama vairāk nekā 95% aprīkojuma pieejamība. UV starojumam pakļautās instalācijās GRP materiāls ātrāk degradējas, bieži prasot agrāku nomaiņu, pat ja iegādes izmaksas ir zemākas.

Korozijizturīgu dūņu skrāpju dzīves cikla izmaksu efektivitāte

Īpašniecības kopējo izmaksu analīze: nerūsējošais tērauds pret GRP sistēmām

Kaut arī tie sākotnēji maksā aptuveni par 60% vairāk, nerūsējošā tērauda skrāpēji faktiski ilgtermiņā izmaksā aptuveni par 32% mazāk salīdzinājumā ar oglekļa tēraudu, ja tos izmanto zonās ar augstu hlorīdu saturu. Saskaņā ar dažiem nesen publicētiem pētījumiem 2024. gada izdevumā "Corrosion Protection Studies", stikla šķiedru armēta plastmasa (GRP) sistēmas var ietaupīt aptuveni 18 ASV dolārus kvadrātpēdā desmit gados ļoti agresīvos apstākļos, kad pH kritums sasniedz pat 2,5. Aplūkojot faktorus, kas nosaka šīs izmaksas, visizteiktākais ir aizvietošanas biežums. Nerūsējošajam tēraudam parasti nepieciešama aizvietošana ik pēc 8 līdz 12 gadiem, savukārt GRP kalpo ilgāk, parasti to aizvietojot pēc 10 līdz 15 gadiem. Vēl viens liels faktors ir uzturēšanas dēļ nepieciešamās darba pārtraukšanas. GRP sistēmām nepieciešami aptuveni par 40% mazāk uzturēšanas pārtraukumu, jo tās kopumā ir vieglākas un vieglāk apstrādājamas pārbaudes un remontdarbu laikā.

Piemērs: 10 gadu ilga izmaksu simulācija petroķīmiskās dūņu sabiezētājā

Vienā rūdu pārstrādes iekārtā, pārejot uz dupleksa nerūsējošā tērauda skrāpēm vietā GRP, tiem izdevās ietaupīt aptuveni 740 tūkstošus dolāru, kaut arī neviens patiešām negaidīja, ka tas tik labi darbosies šādos apstākļos. Arī iekārta bija diezgan sarežģīta, strādājot ar temperatūrām līdz 80 grādiem pēc Celsija un dažāda veida skābju dūņām. Izrādījās, ka galvenais ietaupījumu iemesls bija tas, ka stikla armētais plastiks vienkārši nespēja izturēt silīciju bagātīgo vidi un bija jānomaina aptuveni trīs reizes biežāk, kas maksāja trīs reizes vairāk. Analizējot uzturēšanas žurnālus, rūpnīcas vadītāji pamanīja vēl kaut ko interesantu. Nerūsējošā tērauda aprīkojums ilga ilgāk starp bojājumiem, samazinot pēkšņos apstāšanās gadījumus aptuveni par 22 dienām katru gadu. Šāda uzticamība ir ļoti svarīga, lai nodrošinātu nepārtrauktu darbību bez pastāvīgiem pārtraukumiem.

Nomainu intervālu optimizēšana, izmantojot prediktīvās uzturēšanas modeļus

Izstrādātie nolietojuma sensori tagad palielina skrāpēju kalpošanas laiku par 35%, reālā laikā atklājot stresa korozijas plaisu slieksni. Iekļaujot šos sistēmas darbību ar dūņu ķīmiskās sastāva uzraudzību, materiālu atkritumi tiek samazināti par 18 tonnām gadā, vienlaikus nodrošinot 99,4% skrāpēju pieejamību – kas ir būtiski nepārtrauktai darbībai korozīvos notekūdeņu attīrīšanas procesos.

Bieži uzdavami jautājumi

Kādi ir galvenie mehānismi, kas izraisa koroziju dūņu skrāpējos?

Galvenie mehānismi ietver galvanisko koroziju, mikrobioloģisko koroziju, plūsmas veicināto koroziju un stresa korozijas plaisu veidošanos, jo īpaši zema pH un augstas sāļu koncentrācijas vides apstākļos.

Kura materiāla veiktspēja ir labāka hlorīdu bagātās vidēs?

Divfāžu nerūsējošais tērauds demonstrē ļoti labu izturību hlorīdu bagātās vidēs, jo tam piemīt pārāka ķīmiskā izturība, tādēļ tas ir iecienīts izvēles materiāls piekrastes notekūdeņu attīrīšanas centros.

Kā GRP salīdzinājumā ar metāliem veiktspējā attiecībā pret korozijas izturību?

GRP nodrošina būtiskas priekšrocības augstas skābuma un abrazīvas iedarbības apstākļos, ar lēnāku noārdīšanos un samazinātu galvaniskās korozijas risku, ja tiek kombinēts ar citiem materiāliem.

Kādi faktori ietekmē dūņu skrāpēju dzīvescikla izmaksas?

Dzīvescikla izmaksas ietekmē tādi faktori kā nomainīšanas biežums, uzturēšanas pārtraukumi un materiāla veids. Nerūsējošais tērauds sākotnēji var maksāt vairāk, taču bieži vien ilgtermiņā pierāda savu ekonomiskumu pateicoties izturībai.