Чи є пластиковий скребок антикорозійним для очисних споруд?

Розуміння проблем корозії в умовах очищення стічних вод

Проблема металевих скребків: високий рівень корозії в процесі очищення стічних вод

Металеві скребки, що використовуються у системах очищення стічних вод, піддаються впливу різноманітних хімічних речовин, таких як сірководень, хлориди та різні кислоти, які постійно їх руйнують. Швидко утворюється іржа, що з часом послаблює конструкцію, а також існує проблема мікробів, які викликають корозію, унаслідок чого у стальних деталях утворюються поглиблення та тріщини від напруження. Усе це призводить до передчасного виходу скребків з ладу значно раніше очікуваного терміну служби, що створює серйозні проблеми для роботи очисних споруд. Деякі об’єкти повідомляють про збільшення простою приблизно на 40% через ці проблеми, що суттєво впливає на ефективність роботи очисних споруд у повсякденному режимі.

Як пластикові матеріали протистоять хімічному та біологічному руйнуванню

Поліетилен високої густини (HDPE) та поліуретан стійкі до корозії завдяки своїй нереакційній молекулярній структурі, яка не підтримує електрохімічних реакцій з агресивними компонентами стічних вод. Їхні гладкі поверхні також запобігають утворенню біоплівки, зменшуючи мікробіологічно обумовлену корозію (MIC) на 65-80% порівняно з металевими аналогами.

Поширені матеріали у очищенні стічних вод: від нержавіючої сталі до спеціальних полімерів

Нержавіюча сталь досі часто вибирають через її високу початкову міцність, але навіть варіанти якісного ґатунку 316 починають утворювати пітинг всього за 2 або 3 роки у середовищах із високим вмістом хлоридів. Новіші інженерні матеріали, такі як поліетилен надвисокої молекулярної маси (UHMWPE), служать значно довше. Вони можуть зберігатися в первинних відстійниках від 8 до, можливо, навіть 12 років. Деякі виробники комбінують матеріали, встановлюючи полімерні лопаті на металеві рами, намагаючись поєднати оптимальне співвідношення ціни та терміну служби. Проте в зонах вторинної обробки, де рівень pH різко коливається, більшість операторів віддають перевагу суцільно пластиковим скребкам, оскільки вони краще витримують такі жорсткі умови й не руйнуються так швидко.

Пластикові скребці вирішують ці проблеми за допомогою інновацій в галузі матеріалознавства, пропонуючи доведену стратегію для скорочення технічного обслуговування в сучасному водопостаранні.

Чому пластикові скребці мають вищу стійкість до корозії в жорстких умовах

Молекулярна стабільність поліуретану та HDPE в корозуючій стічній воді

Щодо стійкості до корозії, то поліуретановий і HDPE скребці виділяються приблизно на 98% захистом від деградації. Для цього є три причини. По-перше, їх непрозорість означає, що мікроби не можуть потрапити в них, завдяки щільності від 0,94 до 0,98 грамів на кубічний сантиметр. По-друге, полімерні ланцюги залишаються стабільними навіть при впливу концентрації хлору нижче 500 частин на мільйон або сіркової кислоти при рівні pH нижче 1. І по-третє, ці матеріали не страждають від гальванічної корозії, тому що вони просто не проводять електрику. Випробування показали, що після 10 000 годин перебування в дуже кислотних і щедрих умовах, pH від 2 до 12, ці пластики зберігають приблизно 89% своєї первісної міцності на тягу. Це в чотири рази краще, ніж те, що ми бачимо з металевими альтернативами з епоксидним покриттям у подібних тестах.

Вивчення випадку: 5-річне порівняння продуктивності нержавіючої сталі проти пластикових скребців

Одне з північно-західних підприємств з очищення стічних вод порівняло однакові первинні відстійники, що використовують різні матеріали скребків:

Пластиковий комплекс зменшив простої у роботі на 73% та річні витрати на ремонт на 18 000 доларів США, що підтверджує довгострокову економічну ефективність у агресивних умовах.

Тренд: Зростаюче впровадження неметалевих скребків на муніципальних очисних спорудах

Понад дві третини очисних споруд у Сполучених Штатах сьогодні використовують системи скребків на основі полімерів під час встановлення нового обладнання. Чому? Термін окупності досить швидкий — зазвичай близько 22 місяців, до того ж такі системи споживають приблизно на 40 відсотків менше енергії, оскільки вони створюють менший опір потоку води, ніж старіші моделі. Останнім часом більшість інженерів віддають перевагу матеріалам із високощільного поліетилену. Вони служать близько 15 років, навіть перебуваючи постійно під водою, що цілком логічно, враховуючи, що проблеми корозії спричиняють майже 4 із кожних 10 відмов обладнання на очисних спорудах, як зазначено в дослідженні, опублікованому у виданні Materials Performance у 2023 році.

Пластикові та металеві скребки: пряме порівняння міцності та обслуговування

Механізми корозії металів: окиснення, пітінг та корозійне тріщинування

Металеві скребки схильні до окиснення внаслідок розчиненого кисню (2-4 млн⁻¹), утворення пітів під дією хлоридів (до 1500 мг/л на прибережних установках) та корозійного тріщинування під напруженням у зварних з'єднаннях. Згідно з дослідженням NACE International за 2022 рік, 72% випадків виходу з ладу скребків із нержавіючої сталі спричинені саме цими факторами, а середня вартість ремонту становить 740 тис. доларів США (Ponemon, 2023).

Показники ефективності: частота відмов та інтервали технічного обслуговування

Пластикові скребки мають на 83% нижчу річну частоту відмов порівняно з металевими системами, згідно з галузевими даними порівняльного аналізу. Інтервали обслуговування збільшуються з кожних 50 годин для металевих скребків до понад 800 годин для полімерних конструкцій. Найбільші відмінності спостерігаються в циклах заміни:

Обмеження пластикових скребків: ефективність у середовищах із екстремальним рівнем pH

Хоча звичайні скребки з HDPE є досить стійкими, вони втрачають 15% міцності на розтягнення після 12 місяців у середовищах з pH 2 порівняно з 2% деградації за нейтральних умов. Проте передові матеріали, такі як PVDF (полівініліденфторид), зберігають цілісність у діапазоні pH 0-14 із втратою матеріалу менше ніж 0,5% на рік, що робить їх ідеальними для екстремальних умов експлуатації.

Найкращі практики вибору пластикових скребків із корозійно-стійкими властивостями для застосування у системах очищення стічних вод

Основні критерії вибору матеріалів для забезпечення довготривалої надійності

При виборі пластику скребка слід перш за все врахувати два основні фактори: стійкість до хімічних речовин і здатність зберігати форму під навантаженням. Найкращими є UHMWPE та поліуретан, оскільки вони не схильні до вбирання речовин завдяки низькому значенню густини в діапазоні від 0,94 до 0,98 грама на кубічний сантиметр. Ці матеріали також зберігають близько 89 відсотків своєї початкової міцності навіть після перебування у кислотних або лужних умовах з рівнем pH від 2 до 12 протягом понад 10 000 годин, про що свідчать дані, опубліковані минулого року в Звіті про інновації в матеріалознавстві. Для тих, хто має справу з концентраціями хлору нижче 500 частин на мільйон або застосуванням сірчаної кислоти, слід обирати матеріали, які мають щонайменше 98 відсотків хімічної інертності, щоб забезпечити довготривалу експлуатацію без проблем деградації.

Фактори конструкції та монтажу, що максимізують термін служби скребка

Оптимізована геометрія лопаті, узгоджена з розмірами очисника, зменшує знос та енергоспоживання. Дослідження 2023 року показало, що скребки, спроектовані за допомогою методу скінченних елементів, скоротили витрати на заміну на 65% за умов абразивних виробів. Критичними факторами монтажу є:

• Регульовані частотні перетворювачі, які підлаштовуються під в'язкість осаду, забезпечуючи економію енергії до 85%
• Модульні системи кріплення, що дозволяють похибку вирівнювання ±5 мм для запобігання заклинюванню
• Посилені каркасні конструкції, які забезпечують деформацію менше ніж 0,3% під навантаженням 15 кН

Майбутні тенденції: досягнення в технології полімерів для умов каналізації

Нові композитні конструкції вбудовують скловолоконні серцевини в матриці ВПЕВВ, підвищуючи стійкість до ударів на 40%. Пілотне дослідження 2024 року показало, що суміші полімерів із вбудованими наносенсорами, чутливими до pH, покращили точність прогнозування обслуговування на 72%. Дослідники також розробляють біорозкладні добавки, які зменшують виділення мікропластиків на 70%, не погіршуючи міцності ВПЕВВ у застосуванні для стічних вод.

ЧаП

Що спричиняє корозію металевих скребків, що використовуються в очисних спорудах?

Корозія металевих скребків виникає переважно через вплив хімічних речовин, таких як сірководень, хлориди та різні кислоти, наявні у стічних водах, а також мікробіологічно обумовленої корозії (MIC), яка призводить до утворення поглиблень і тріщин від напруження.

Чому пластикові матеріали, такі як HDPE та поліуретан, є переважними у спорудах для очищення стічних вод?

Пластикові матеріали, такі як HDPE та поліуретан, використовуються завдяки їхньій нереакційній молекулярній структурі, яка не підтримує електрохімічних реакцій з агресивними компонентами стічних вод, а також завдяки гладкій поверхні, що зменшує мікробіологічно обумовлену корозію.

Як порівнюється стійкість пластикових скребків із металевими за стійкістю до корозії?

Пластикові скребки пропонують вищу стійкість до корозії, забезпечуючи приблизно 98% захисту від руйнування. Вони не піддаються гальванічній корозії та зберігають високий відсоток своєї початкової міцності на розтяг навіть після тривалого впливу агресивних умов у порівнянні з металевими аналогами.

Які витрати пов’язані з використанням пластикових скребків замість металевих?

Використання пластикових скребків може скоротити простої у роботі до 73% і значно знизити щорічні витрати на ремонт. Вони також мають довший цикл заміни, що призводить до зниження довгострокових витрат на обслуговування та покращує загальну економічну ефективність у агресивних середовищах.