เครื่องขูดโคลนชนิดใดที่เหมาะกับถังตกตะกอนที่มีสื่อก่อการกัดกร่อน

ทำความเข้าใจผลกระทบของสื่อกัดกร่อนต่อประสิทธิภาพของตัวขูดโคลน

สภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนเร่งการสึกหรอในถังตกตะกอนได้อย่างไร

ส่วนประกอบของเครื่องขูดโคลนในถังตกตะกอนมีแนวโน้มที่จะเสียหายเร็วกว่าปกติ 3 ถึง 5 เท่า เมื่อสัมผัสกับสารกัดกร่อน เมื่อเทียบกับการทำงานในสภาวะเป็นกลาง เมื่อเครื่องขูดโลหะสัมผัสกับก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) และไอออนคลอไรด์ จะเกิดปัญหาการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting corrosion) อัตราการสึกหรอของวัสดุเหล่านี้อาจสูงเกินกว่าครึ่งมิลลิเมตรต่อปี ในสถานีบำบัดน้ำเสีย ตามรายงานการวิจัยของหยวนและคณะในปี ค.ศ. 2021 น้ำที่มีค่า pH ต่ำกว่า 4.5 จะเร่งกระบวนการออกซิเดชันอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกัน ซัลไฟด์จะสร้างสภาพแวดล้อมจุลภาคที่เป็นพิษใต้ชั้นตะกอนที่สะสมอยู่ ทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะที่รุนแรงขึ้น โดยเฉพาะบริเวณจุดสัมผัสสำคัญ ซึ่งความสมบูรณ์ของโครงสร้างมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานที่เหมาะสม

หลักการทนต่อสารเคมี: การเชื่อมโยงคุณสมบัติของวัสดุกับอายุการใช้งานของเครื่องขูดโคลน

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับความเสถียรของโครงสร้างผลึกและว่าโซ่โพลิเมอร์ยังคงสภาพสมบูรณ์หรือไม่ เหล็กกล้าไร้สนิมมีชั้นเคลือบออกไซด์ของโครเมียมซึ่งให้การป้องกันได้ในระดับหนึ่ง แต่จะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อระดับคลอไรด์ต่ำกว่าประมาณ 12 ส่วนในล้าน ส่วนไฟเบอร์กลาสเสริมเรซินอีพ็อกซี่ยังคงความแข็งแรงแม้สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดหรือด่างตั้งแต่ค่า pH 2 จนถึง pH 11 เมื่อเปรียบเทียบเหล็กออสเทนิติกที่เสริมไนโตรเจนกับเหล็กเกรด 316L ทั่วไป ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าเหล็กพิเศษเหล่านี้สามารถลดการกัดกร่อนในรอยแยกได้ประมาณสองในสามในการจำลองสภาพน้ำเสีย ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ที่มีปัจจัยความเครียดสูง

กรณีศึกษา: การล้มเหลวของใบพายเหล็กคาร์บอนในถังน้ำเสียที่มีกำมะถันสูง

ที่สถานีบำบัดน้ำเสียแห่งหนึ่งในเขตเทศบาล ใบมีดขูดเหล็กคาร์บอนตามมาตรฐาน ASTM A36 เกิดความล้มเหลวอย่างสมบูรณ์หลังจากใช้งานเพียง 18 เดือนเท่านั้น ปัญหานี้เกิดจากปริมาณกำมะถันที่สูงเกินกว่า 500 ppm ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวจากความเครียดของซัลไฟด์อย่างต่อเนื่อง เมื่อช่างเทคนิคตรวจสอบภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พบหลุมกัดกร่อนขนาดลึกระหว่าง 0.8 ถึง 1.2 มิลลิเมตร บริเวณข้อต่อโซ่เชื่อม ความเสียหายทั้งหมดนี้ทำให้ต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ใหม่เป็นมูลค่าประมาณ 240,000 ดอลลาร์ ก่อนที่จะเปลี่ยนมาใช้ใบมีด FRP สองชั้นเหล่านี้ ในทางตรงกันข้าม ตั้งแต่เปลี่ยนมาใช้ระบบนี้ โรงงานไม่ต้องเผชิญกับปัญหาการกัดกร่อนที่เกิดซ้ำอีกเลย ช่วยประหยัดทั้งค่าใช้จ่ายและลดความยุ่งยากในระยะยาว

แนวโน้มอุตสาหกรรม: การเปลี่ยนแปลงที่เพิ่มมากขึ้นสู่ส่วนประกอบที่ไม่ใช่โลหะในระบบใบมีดขูด

ในปัจจุบัน มากกว่าครึ่งหนึ่งของถังตกตะกอนที่กำลังก่อสร้างอยู่มีการใช้วัสดุโพลิเมอร์ที่เสริมด้วยไฟเบอร์สำหรับชิ้นส่วนขูดตะกอนที่สำคัญเหล่านี้ การเปลี่ยนมาใช้วัสดุทางเลือกที่ไม่ใช่โลหะนี้นำมาซึ่งข้อได้เปรียบที่สำคัญ โดยลดน้ำหนักของชิ้นส่วนลงได้ประมาณ 40% ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงปัญหาการกัดกร่อนแบบเกลวานิก (galvanic corrosion) ที่พบได้บ่อยในระบบที่ทำจากโลหะแบบดั้งเดิม ผลการทดสอบจริงก็แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่น่าประทับใจเช่นกัน — ใบมีด HDPE มีการสึกหรอเพียงเล็กน้อย โดยมีอัตราการกัดเซาะต่ำกว่า 0.1% แม้จะทำงานต่อเนื่องเป็นเวลาเกินกว่า 5,000 ชั่วโมงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงอย่างของเสียจากการทำเหมืองที่มีค่า pH 3 ประสิทธิภาพในระดับนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความทนทานของวัสดุเหล่านี้ต่อสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรง ซึ่งหากเป็นอุปกรณ์ทั่วไปอาจถูกทำลายได้ภายในไม่กี่สัปดาห์

การเลือกวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนสำหรับแผ่นขูดโคลนที่มีอายุการใช้งานยาวนาน

การเลือกวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องขูดโคลนในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อน การระบุโลหะผสมและวัสดุคอมโพสิตที่เหมาะสมสามารถยืดอายุการใช้งานได้ 2—3 เท่า และลดช่วงเวลาการบำรุงรักษาลงได้ 35—50% ตามการวิจัยด้านการป้องกันการกัดกร่อน

เปรียบเทียบสแตนเลส: 316L เทียบกับเกรดดูเพล็กซ์ในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูง

สแตนเลสเหล็กเกรด 316L ใช้งานได้ดีในสภาพแวดล้อมทั่วไป แต่จะเริ่มมีปัญหาเมื่อสัมผัสกับความเข้มข้นของคลอไรด์ที่มากกว่า 5,000 ppm สำหรับสถานการณ์ที่รุนแรงกว่านี้ เกรดดูเพลกซ์ 2205 จะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า โครงสร้างสองเฟสเฉพาะตัวของวัสดุนี้ให้การป้องกันการกัดกร่อนแบบเป็นหลุมได้ดีกว่าเกรดทั่วไปประมาณ 42% สิ่งที่ทำให้วัสดุนี้โดดเด่นคือความสามารถในการทนต่อปัญหาการแตกร้าวจากความเครียดภายใต้การกัดกร่อน (stress corrosion cracking) ซึ่งมักเกิดขึ้นที่อุณหภูมิประมาณ 60 ถึง 80 องศาเซลเซียส คุณสมบัตินี้ทำให้ดูเพลกซ์ 2205 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับกระบวนการตกตะกอนที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิสูงและปริมาณคลอไรด์สูง ซึ่งเป็นปัญหาทั่วไปในงานอุตสาหกรรมหลายประเภท

พอลิเมอร์ที่เสริมใยไฟเบอร์กลาส: ทางเลือกที่เบาและทนทานสำหรับใบมีดขูดและโครงถัก

ชิ้นส่วน FRP มีน้ำหนักประมาณหนึ่งในสี่ของเหล็กที่เทียบเคียงกันได้ และไม่เกิดปัญหาการกัดกร่อนรบกวนใจเหมือนโครงสร้างโลหะ สิ่งนี้ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างแท้จริงในสถาน facility บำบัดน้ำเสียชายฝั่ง ซึ่งอุปกรณ์ต้องทนต่อการสัมผัสกับน้ำเค็มทุกวัน ภาระโครงสร้างต่อระบบขับเคลื่อนสามารถลดลงได้สูงสุดถึง 60% เมื่อใช้วัสดุทางเลือกที่เบากว่านี้ สิ่งที่น่าประทับใจมากคือ การเสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาสแบบต่อเนื่องทำให้วัสดุ FRP มีความต้านทานแรงดึงเกินกว่า 1,200 เมกะปาสกาล ความแข็งแรงระดับนี้เทียบเท่ากับเหล็กเกรดกลาง แต่ปราศจากปัญหาการเป็นสนิม สำหรับการติดตั้งใต้น้ำหรือในพื้นที่ที่โดนน้ำกระเด็นอยู่ตลอดเวลา หมายความว่าจะมีปัญหาบำรุงรักษาน้อยลงในระยะยาว

ชั้นเคลือบป้องกัน: สารละลายอีพอกซีและพีทีเฟอสำหรับบริเวณที่มีการขูดขีดสัมผัสบ่อย

เมื่อต้องจัดการกับของเหลวที่มีฤทธิ์กัดกร่อนซึ่งมีค่า pH ตั้งแต่ 2 ถึง 12 การใช้ชั้นเคลือบอีพ็อกซี่หลายชั้นที่มีความหนาอยู่ระหว่าง 300 ถึง 500 ไมครอน จะช่วยได้อย่างมาก ชั้นเคลือบเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงการสูญเสียวัสดุที่ลดลงประมาณ 80% เมื่อเทียบกับพื้นผิวเหล็กธรรมดา หลังจากทำงานต่อเนื่องเป็นเวลา 10,000 ชั่วโมง ส่วนประกอบที่เคลื่อนไหวก็ได้รับประโยชน์เช่นกันเมื่อถูกเคลือบด้วย PTFE ที่มีความหนาประมาณ 50 ไมครอน แรงเสียดทานจะลดลงเกือบสองในสาม ซึ่งหมายความว่ามอเตอร์ขับเคลื่อนไม่ต้องทำงานหนักมากในสภาวะของโคลนหนืดแบบนี้ นอกจากนี้ แรงเสียดทานที่ลดลงยังช่วยปกป้องแบริ่งและจุดนำทางไม่ให้สึกหรอเร็วเกินไป ซึ่งผู้ปฏิบัติงานในโรงงานจะสังเกตเห็นได้อย่างชัดเจนเมื่อเวลาผ่านไป

กลยุทธ์การออกแบบเพื่อลดการกัดกร่อนและการสะสมของตะกอนในเครื่องขูดโคลน

เครื่องขูดโคลนที่ได้รับการออกแบบให้ดีกว่าช่วยลดเวลาการหยุดทำงาน เนื่องจากสามารถแก้ไขปัญหาการเสื่อมสภาพของวัสดุและปัญหาด้านการไหลของงานได้พร้อมกัน เมื่อแขนขูดถูกเชื่อมแทนการยึดด้วยสกรู จะไม่มีช่องว่างเล็กๆ ระหว่างชิ้นส่วนให้สารกัดกร่อนแทรกซึมไปสะสมได้ การเปลี่ยนแปลงที่ดูเรียบง่ายนี้ช่วยลดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting corrosion) ลงประมาณครึ่งหนึ่ง เมื่อเทียบกับข้อต่อแบบยึดสกรูแบบดั้งเดิม ใบมีดเองถูกติดตั้งในมุมประมาณ 30 ถึง 35 องศา ซึ่งช่วยให้วัสดุต่างๆ ลื่นไถลหลุดออกไปได้ดีขึ้นอย่างมาก เราพบว่าสิ่งนี้ช่วยลดการสะสมของวัสดุที่เหลืออยู่ได้ประมาณหนึ่งในสาม ในพื้นที่ที่มีปริมาณของแข็งสูง ผู้ผลิตยังเปลี่ยนจากการใช้ใบมีดผิวหยาบมาเป็นใบมีดผิวเรียบในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากพื้นผิวเรียบสามารถป้องกันการเกิดฟิล์มชีวภาพ (biofilms) ได้ง่ายกว่า ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ช่วยลดการเจริญเติบโตของฟิล์มชีวภาพได้เกือบ 30% เมื่อจัดการกับน้ำเสียที่มีกำมะถันสูง อีกหนึ่งการออกแบบที่ชาญฉลาดคือการเพิ่มช่องระบายน้ำเข้าไปในเส้นทางของเครื่องขูดโดยตรง ช่องเหล่านี้สามารถขจัดน้ำที่ขังอยู่ได้ประมาณ 90% ขณะระบบกำลังทำงาน ซึ่งหมายความว่าจะมีการกัดกร่อนใต้ตะกอนน้อยลง และขออย่าลืมว่าการกัดกร่อนใต้ตะกอน (under deposit corrosion) เป็นสาเหตุของความล้มเหลวก่อนกำหนดเกือบครึ่งหนึ่งของทั้งอุตสาหกรรม ตามรายงานการศึกษาล่าสุด

การตรวจสอบประสิทธิภาพของวัสดุผ่านการทดสอบในสภาพจริงและในห้องปฏิบัติการ

การทดสอบจุ่ม: การประเมินวัสดุใบปัดในโคลนกรด (pH 2—4)

เพื่อทดสอบว่าวัสดุทนต่อสภาวะที่รุนแรงได้แค่ไหน ผู้ผลิตจะทำการทดสอบโดยจุ่มวัสดุเป็นระยะเวลาตั้งแต่หกถึงสิบสองเดือนในโคลนที่มีความเป็นกรดสูง รายงานล่าสุดในปี 2023 พบว่าตัวอย่างเหล็กกล้าคาร์บอนสูญเสียความหนาไปประมาณ 40% ของความหนาเดิม หลังจากจุ่มอยู่ในสารละลายที่มีค่า pH ประมาณ 3 เป็นเวลาเพียงครึ่งปี ในขณะที่พอลิเอทิลีนเสริมใยไฟเบอร์กลาสหรือ FRP เสื่อมสภาพน้อยกว่า 1% การทดสอบเหล่านี้ดำเนินตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่กำหนดไว้สำหรับการวัดความต้านทานการกัดกร่อน สิ่งที่มักปรากฏขึ้นคือจุดที่เกิดปัญหา เช่น รอยเชื่อม พื้นที่ปิดผนึก และขอบใบมีดตัด ซึ่งก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์และกรดซัลฟิวริกเริ่มทำลายวัสดุลงตามกาลเวลา ผลการค้นพบเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรเข้าใจว่าควรเสริมความแข็งแรงในตำแหน่งใดของการออกแบบอุปกรณ์

ข้อมูลระยะยาว: HDPE เทียบกับพอลิยูรีเทนในสภาพแวดล้อมทางเคมีที่มีฤทธิ์ออกซิไดซ์

ผลการดำเนินงานจริงในสนามเป็นเวลาสามปีจากสถานีบำบัดด้วยคลอรีนไดออกไซด์แสดงให้เห็นว่า HDPE มีประสิทธิภาพเหนือกว่าพอลิยูรีเทนในสภาวะแวดล้อมที่มีการเกิดออกซิเดชัน แม้ว่าพอลิยูรีเทนจะมีความต้านทานการขัดสีได้ดีกว่าในช่วงแรก แต่ HDPE ยังคงรักษารูปโครงสร้างได้ 92% หลังจากการใช้งาน 30,000 ชั่วโมง เนื่องจากมีค่าความสามารถในการซึมผ่านของสารประกอบคลอรีนต่ำ เมื่อเทียบกับพอลิยูรีเทนที่คงเหลือเพียง 67%

การใช้มาตรฐาน NACE สำหรับการประเมินความเข้ากันได้ของวัสดุในระยะเริ่มต้น

มาตรฐาน NACE TM0169 และ TM0212 ให้แนวทางแก่วิศวกรในการตรวจสอบว่า วัสดุจะทำงานได้อย่างเหมาะสมหรือไม่ ก่อนการผลิตต้นแบบ มาตรฐานเหล่านี้พิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ปริมาณน้ำหนักที่วัสดุสูญเสียไปตามเวลา อัตราความลึกของหลุมกัดกร่อน (pitting) และการเกิดรอยแตกจากแรงเครียดเมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมเฉพาะ การใช้วิธีการเหล่านี้ช่วยให้ทีมวิศวกรรมสามารถตัดวัสดุประเภทโลหะผสมหรือพลาสติกที่ไม่เหมาะสมออกไปได้ตั้งแต่เริ่มต้นกระบวนการพัฒนา จากข้อมูลรายงานในอุตสาหกรรม บริษัทที่ปฏิบัติตามมาตรฐานเหล่านี้พบว่า ปัญหาในระหว่างการติดตั้งลดลงประมาณ 50-60% ส่งผลให้แผ่นขูดโคลนสามารถทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพแทบทันทีหลังติดตั้ง โดยไม่เกิดการเสียหายอย่างฉับพลันในภายหลัง

คำถามที่พบบ่อย

ทำไมสภาวะกัดกร่อนทำให้แผ่นขูดโคลนสึกหรอเร็วกว่าปกติ

สภาวะกัดกร่อน เช่น สภาพแวดล้อมที่มีไฮโดรเจนซัลไฟด์และไอออนคลอไรด์ จะก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบเป็นหลุม (pitting) และการออกซิเดชัน ซึ่งเร่งการสึกหรอของแผ่นขูดโคลนโดยทำลายวัสดุให้เสื่อมสภาพเร็วกว่าในสภาวะปกติ

วัสดุใดที่ดีที่สุดสำหรับต้านทานการกัดกร่อนในเครื่องขูดโคลน

วัสดุเช่นอีพอกซีเรซินเสริมใยไฟเบอร์กลาส เหล็กออสเทนนิติกที่อุดมด้วยไนโตรเจน และเหล็กสเตนเลสเกรดดูเพล็กซ์ 2205 มีคุณสมบัติต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีความเครียดสูงและการสัมผัสสารเคมี

การออกแบบสามารถช่วยลดการกัดกร่อนในเครื่องขูดโคลนได้อย่างไร

การเชื่อมแขนขูดแทนการยึดด้วยสลักเกลียว การใช้พื้นผิวใบมีดเรียบแทนพื้นผิวหยาบ และการจัดทำช่องระบายน้ำ สามารถช่วยลดการสะสมของตะกอนและการกัดกร่อน

การทดสอบมีบทบาทอย่างไรในการคัดเลือกวัสดุสำหรับเครื่องขูดโคลน

การทดสอบในสนามจริงและในห้องปฏิบัติการช่วยยืนยันประสิทธิภาพของวัสดุ โดยชี้ให้เห็นจุดอ่อน เช่น บริเวณรอยเชื่อมและจุดปิดผนึก ซึ่งจะเป็นแนวทางในการปรับปรุงการออกแบบเครื่องขูดโคลน