EN
Проблема нержавеющей стали при коррозии в системах очистки сточных вод
А станция очистки сточных вод управление ежедневной переработкой 50 000 кубометров муниципальных сточных вод в химически агрессивной среде. Сточные воды из первичного отстойника содержат 150–400 мг/л ионов хлорида, поступающих из бытовых систем умягчения воды, промышленных сбросов и стока растворённой на дорогах соли. На вторичной стадии очистки образуется сероводород в результате анаэробного сбраживания осадка — его концентрация в газовой фазе над отстойными резервуарами составляет от 5 до 50 ppm; при биологическом окислении на любой поверхности выше уровня воды он превращается в серную кислоту. Такая среда вызывает коррозию нержавеющей стали, что противоречит её названию «нержавеющая», вводя инженеров в заблуждение относительно её коррозионной стойкости.
Питтинговая коррозия хлоридами, воздействие сероводорода и гальваническая коррозия в условиях отстойников
Три механизма коррозии приводят к деградации компонентов скребков из нержавеющей стали в станция очистки сточных вод хлоридная питтинговая коррозия — ионы хлорида проникают в пассивный слой оксида хрома на нержавеющей стали марки 304 при концентрации выше 100 мг/л, когда температура воды превышает 30 °C, образуя язвы, которые превращаются в сквозные отверстия в течение 2–4 лет. Нержавеющая сталь марки 316, содержащая молибден, устойчива к питтинговой коррозии при более высоких концентрациях, однако её стоимость на 40–60 % выше, а в зонах сварных соединений она подвержена коррозии из-за потери молибдена в термически влияющей зоне. Воздействие сероводорода — H₂S превращается в серную кислоту под действием бактерий рода Thiobacillus на стенках резервуара над уровнем воды, снижая pH до 1,0–2,0. Эта кислота растворяет железную матрицу, оставляя ослабленную структуру, которая разрушается под механической нагрузкой. Гальваническая коррозия на каждом соединении нержавеющей стали с углеродистой сталью — штифт цепи скребка из стали 304 и звездочка из углеродистой стали образуют гальваническую пару, ускоряя износ звездочки в 3–5 раз.
Реальный пример — отказ скребковой цепи на муниципальной очистной станции через 18 месяцев
Муниципальная станция очистки сточных вод на очистной станции в прибрежном регионе Юго-Восточной Азии первичные цепи скребков-отстойников были заменены на цепи из нержавеющей стали марки 304 в 2021 году. К середине 2023 года — через 18 месяцев эксплуатации — на звеньях цепи, расположенных на уровне поверхности воды, появились видимые язвы, а три звена оборвались, в результате чего скребковая лопасть упала в отстойник и потребовалось четырёхдневное простои для её извлечения с помощью крана. Анализ воды показал содержание хлоридов 280 мг/л и сероводорода (H₂S) в газовой фазе 12 ppm. Станция заменила всю систему на композитные скребковые компоненты компании HSHUAKE (Hengshui Huake Rubber & Plastic) — производителя, имеющего 18-летний опыт разработки неметаллических систем скребков для осадка и обслуживающего более чем 100 стран. Заменённая цепь, выполненная из инженерного пластика, армированного стекловолокном, с ультрафиолетостабилизированной формулой, не продемонстрировала ни малейших признаков коррозии, потери массы или механического старения по истечении 24 месяцев. После этого станция модернизировала ещё два отстойника.
Композитные материалы — стоимость, срок службы и эксплуатационные характеристики
Полиэфирные смолы и инженерные пластмассы по сравнению с нержавеющей сталью марок 304 и 316 — сравнительный анализ
А станция очистки сточных вод сравнение композитных деталей скребков с нержавеющей сталью охватывает четыре параметра. Стойкость к коррозии — инженерные пластмассы (PA6 со стекловолокном, сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE), полиацеталь (POM)) и стеклопластик (FRP) инертны по отношению к хлоридам, сероводороду и серной кислоте во всём диапазоне составов сточных вод. Срок службы — правильно подобранные композитные скребковые цепи служат от 10 до 15 лет в муниципальных очистных сооружениях, что в 3–5 раз превышает срок службы нержавеющей стали марки 304 (2–4 года) в агрессивных условиях. Вес — композитные материалы на 60–75 % легче. Композитная скребковая лопатка массой 8 кг заменяет лопатку из нержавеющей стали массой 25 кг. Первоначальная стоимость — компоненты скребков из инженерных пластмасс стоят на 15–30 % меньше, чем аналогичные компоненты из нержавеющей стали марки 304, и на 40–55 % меньше, чем из нержавеющей стали марки 316.
Сравнение энергозатрат и затрат на техническое обслуживание
Подбор электродвигателя привода, замена изнашиваемых компонентов и снижение трудозатрат
Снижение веса композитных скребковых компонентов в станция очистки сточных вод обеспечивает три вида экономии. Подбор приводного двигателя — при использовании композитных материалов требуется двигатель на 30–40 % меньшей мощности. Двигатель мощностью 2,2 кВт заменяет двигатель мощностью 3,7 кВт, обеспечивая ежегодную экономию 13 000 кВт·ч (примерно 1600 евро). Звёздочки, приводящие композитные цепи, служат в 2–3 раза дольше при отсутствии гальванических пар. Композитные компоненты можно поднимать двумя рабочими без использования крана, сокращая ежегодные трудозатраты на техническое обслуживание на 40–60 человеко-часов на один отстойник.
Практические аспекты монтажа и модернизации
Снижение массы, модульная сборка и совместимость с существующими конструкциями резервуаров
Модернизация станция очистки сточных вод замена компонентов скребков с нержавеющей стали на композитные не требует внесения конструктивных изменений. Композитные компоненты выполнены по модульному принципу: звенья цепи, секции скребковых лопаток и режущие кромки скребков собираются с помощью штифтов и стопорных шплинтов при помощи простого ручного инструмента. Для обслуживания отстойника длиной 40 метров, монтаж нержавеющих компонентов которого требовал мобильного крана грузоподъёмностью 50 тонн, достаточно использовать строительные леса и ручной подъём. Композитные системы изготавливаются по индивидуальным размерам в соответствии с длиной, шириной и глубиной воды в резервуаре, а также согласуются с расстоянием между осями существующих звёздочек, что позволяет использовать существующую приводную систему с единственным изменением — уменьшением мощности приводного двигателя.
Часто задаваемые вопросы
На сколько снижаются затраты очистных сооружений при переходе на композитные скребки?
А станция очистки сточных вод переход от нержавеющей стали марки 304 к композитным компонентам скребков позволяет снизить первоначальную стоимость компонентов на 15–30 %, сократить энергопотребление приводного двигателя на 30–40 % и полностью исключить необходимость замены, которая требуется каждые 2–4 года при использовании нержавеющей стали в агрессивных сточных водах. Компания HSHUAKE поставила неметаллические системы скребков на очистные сооружения более чем в 100 стран мира.
Как долго служат композитные детали скребков в сточных водах?
Композитные детали скребков в станция очистки сточных вод служат от 10 до 15 лет — в 3–5 раз дольше, чем нержавеющая сталь марки 304, в агрессивных хлоридных средах и при наличии H₂S. Компания HSHUAKE предоставляет расширенную гарантию на свои неметаллические системы скребков.
Обладают ли композитные скребки такой же прочностью, как нержавеющая сталь?
Да. Стекловолоконные инженерные пластмассы, используемые в станция очистки сточных вод системах скребков, имеют предел прочности при растяжении от 150 до 220 МПа — что сопоставимо или превышает предел текучести нержавеющей стали марки 304 (205 МПа) при массе, примерно на 75 % меньшей.
Что вызывает коррозию нержавеющей стали на очистных сооружениях?
Питтинговая коррозия под действием хлоридов при концентрации свыше 100 мг/л, окисление сероводорода до серной кислоты бактериями рода Thiobacillus и гальваническая коррозия в местах контакта нержавеющей стали с углеродистой сталью приводят к выходу из строя скребков из нержавеющей стали в станция очистки сточных вод в течение 2–4 лет.
Можно ли установить композитные скребки в существующие отстойники в качестве модернизации?
Да. Композитные компоненты скребковой системы для станция очистки сточных вод изготавливаются по индивидуальным размерам под существующий резервуар с учётом расстояния между осями звёздочек и шага скребков. Монтаж выполняется с использованием обычных ручных инструментов; использование крана не требуется.
Какое техническое обслуживание требуется для композитных скребковых систем?
Композитные скребковые системы в станция очистки сточных вод требуют ежегодного визуального осмотра натяжения цепи, износа зубьев звёздочек и состояния скребков. Защита от коррозии, окраска или катодная защита не требуются — материал по своей природе инертен к химическому составу сточных вод.