Zapadnięcie się osadnika z pochyłą rurą: 5 głównych przyczyn gromadzenia się osadu i 4 rozwiązania, które temu zapobiegły

Lato 1993. Szczytowe zapotrzebowanie na wodę. Wodociągi przedsiębiorstwa produkującego włókna chemiczne w Jiangsu naprawiają zawór odmulający. Osadnik zostaje opróżniony - i bez ostrzeżenia pochyłe rurki zapadają się. Nie powolne opadanie. Nie jest to stopniowa deformacja. Nagła, całkowita awaria konstrukcyjna. Badacze odkryli, że nie była to pojedyncza przyczyna, ale łańcuch pięciu wzajemnie powiązanych awarii: osad, który powinien był zostać usunięty, ale tak się nie stało, podpory skorodowane przez lata, operatorzy zaworów obawiali się obracania oraz obciążenie zbiornika o 18% przekraczające jego projektowe obciążenie. W tym artykule opisano każdą przyczynę i cztery środki modernizacji, które od tego czasu zapewniają osadnikowi bezpieczeństwo.

ROŚLINA, RZEKA I Upadek

Wodociąg został oddany do użytku w maju 1991 roku o projektowej przepustowości25,000 m³/d, czerpiąc surową wodę z rzeki Wanggang -, głównego ujścia morza w obszarze Lixiahe w północnym Jiangsu. Surowa woda stwarzała dwa wyzwania: duże zanieczyszczenie w górnym biegu rzeki i silny wpływ pływów w dole rzeki. Podczas wtargnięcia wody morskiej osiągnięto stężenia NaCl1 000–10 000 mg/l. Roczne zmętnienie wahało się od 30 do 100 NTU, a podczas krótkotrwałych-ulew ulewnych wzrastało do 700 NTU.

Przez dwa lata osadnik z pochyłą rurą działał bez większych awarii. Następnie latem 1993 r., w okresie-szczytowego zapotrzebowania, operatorzy opróżnili zbiornik, aby naprawić zawór odmulający. Rury - wypełnione nagromadzonym szlamem, podparte skorodowaną stalą - ustąpiły.

1. DLACZEGO szlam gromadzi się w pochyłych rurach

W odpowiednio obciążonej nachylonej rurze widoczny jestprzejrzysty-mętny interfejsformy. Powyżej znajduje się oczyszczona woda, z której oddzieliła się większość kłaczków. Poniżej znajduje się strefa zawieszenia, w której kłaczki z utrudnionym osadzaniem - zderzają się, wiążą drobniejsze cząstki i rosną w duże, gęste agregaty, które osiadają na dolnej powierzchni rury i zsuwają się pod wpływem grawitacji do strefy osadu.

Kiedy jednak prędkość wznosząca w rurach wzrasta - czy to z powodu przeciążenia, czy nieprawidłowego rozkładu przepływu, - równowaga ta się załamuje. Zamiast tego kłaczki, które powinny się osadzić, są przenoszone w górę do strefy czystej wody. Następnie osiedlają sięna górze rur, tworząc osady, które operatorzy opisują jako „chmury grzybów” unoszące się z wylotów rur. Im większe przeciążenie, tym-grubsza staje się górna warstwa osadu.

Jest jeszcze jedna komplikacja. Przepływ w nachylonych rurach nie jest idealny laminarny. To jestprzepływ dwufazowy ciecz-ciało stałe- cząsteczki gęstsze od wody osiadają pod własnym ciężarem, tworząc względny ruch pomiędzy fazami. W obszarze śladu za kłaczkami tworzą się wyjątkowo małe wiry, a ich pulsacja zakłóca pole sedymentacji. Wynik: rzeczywista-sprawność sedymentacji jest niższa niż przewidywana-przepływ laminarny, a osad gromadzi się wewnątrz rur nawet podczas „normalnej” pracy.

2. PIĘĆ PODSTAWOWYCH PRZYCZYN UPADKU

2.1 Odprowadzanie osadu - za mało i za późno

Standardowa praktyka wymaga odprowadzania osadudwa razy na zmianę- co 4 godziny - ze zwiększoną częstotliwością i czasem trwania, gdy wzrasta zmętnienie wody surowej lub wzrasta produkcja. Kontrola-powypadkowa wykazała, że ​​osad przedostał się już ze strefy dystrybucji wody do samych rur (patrz rysunek 1). Harmonogram zrzutów nie został dostosowany do rosnącego zmętnienia. Szlam gromadził się stopniowo, osiągając głębokość ok10 cm nad rurkami- ciężar własny, do udźwignięcia którego system wsparcia nigdy nie był projektowany.

2.2 Żadnego regularnego płukania, żadnego okresowego opróżniania zbiornika

Przepisy zakładu były jasne: gdy na wierzchołkach rur pojawi się szlam lub puszyste algi, należy spuścić wodę pod rurami, odsłonić powierzchnie i oczyścić za pomocą-wysokociśnieniowego pistoletu na wodę pod ciśnieniemKąt 60 stopnido rurek. Na obszarach przybrzeżnych o dużym nasłonecznieniu rozwój glonów na rurach jest szybki. - pracownicy muszą wejść do zbiornika, ręcznie usunąć glony, wielokrotnie płukać i otwierać zawory odmulające, aby usunąć zanieczyszczenia. Co trzy miesiące należy całkowicie opróżnić zbiornik, częściowo usunąć rury, a strefę osadu sprawdzić i wymieszać do czysta. Należy usunąć zanieczyszczenia, takie jak małe ryby i bloki drewna blokujące perforowane rury osadowe. Procedury te nie były konsekwentnie przestrzegane.

2.3 Niewłaściwe zawory - pracochłonność zniechęcały do ​​działania

Oryginalne zawory odmulające byłyzwykłe zasuwy nisko-ciśnieniowe, Dg200 mm. Każdy cykl rozładowania wymagał od operatora obrócenia każdego zaworuponad siedemdziesiąt tur- i cztery takie zawory na cykl. Wysiłek fizyczny był znaczny. Z biegiem czasu operatorzy niewystarczająco otwierali zawory, a odprowadzanie osadu było chronicznie niekompletne. Specyfikacja zaworu,-pozornie drobny szczegół na etapie projektowania, stała się główną przyczyną awarii.

2.4 System nośny, który skorodował w sposób niekontrolowany

Oryginalny system wsporników rur był minimalny: w8 m × 7 mosadnik, tylko dwie kotwy żelazne osadzone na krawędziach zbiornika, z okrągłymi prętami stalowymi Dg16 mm i śrubami rzymskimi dokręcanymi w odstępach 250 mm. Podczas wnikania wody morskiej środowisko o wysokiej zawartości chlorków przyspieszało korozję okrągłej stali. Zastosowano jedynie rutynową-antykorozję - bez corocznych przeglądów i bez harmonogramu wymiany. Gdy zbiornik był pełen wody, wyporność częściowo zrównoważyła ładunek osadu. Kiedy zbiornik został opróżniony w celu naprawy zaworów, cały ciężar rur- wypełnionych szlamem został przeniesiony na skorodowane wsporniki, co spowodowało ich awarię.

2.5 Przeciążenie - 18% poza projektem i kłaczki nie dały sobie rady

Zapotrzebowanie w lecie zmusiło fabrykę do pracy z prędkością118% wydajności projektowej. W siatkowym zbiorniku flokulacyjnym podwyższona prędkość przepływu utrudniała tworzenie dużych, gęstych kłaczków -, a nawet wcześniej utworzone kłaczki rozpadały się. Operatorzy zaobserwowali dokładnie to, co przewiduje teoria: duża prędkość wznosząca się w rurach zmiatała kłaczki do strefy czystej wody, gdzie- ponownie osiadały na wierzchołkach rur w warstwach przekraczających 10 cm. Tymczasem same rury wypełniły się osadem od dołu. Łączne obciążenie od góry-i-od dołu przytłoczyło resztę konstrukcji wsporczej.

3. CZTERY ŚRODKI MODERNIZACYJNE

3.1 Szybko-otwierające się zawory odmulające

Zwykłe zasuwy niskociśnieniowe- zostały zastąpioneobsługiwane ręcznie dźwignie-typu-szybkootwierające zawory odmulające. To, co kiedyś wymagało ponad siedemdziesięciu-obrótów, teraz wymaga jednego przesunięcia dźwigni. Radykalne zmniejszenie pracochłonności oznaczało, że operatorzy nie byli już niechętni do usuwania osadu -, a kiedy to zrobili, zawory otwierały się całkowicie. Efektywność usuwania osadu z perforowanych rur uległa natychmiastowej poprawie.

3.2 Mieszanie wody-pod wysokim ciśnieniem nad rurami osadowymi

A Wysokociśnieniowa rura wodna o średnicy Ø40 mm-zainstalowano 30 cm nad perforowanymi rurami osadowymi (patrz rysunek 2). Przed każdym zrzutem osadu woda pod wysokim-ciśnieniem kierowana jest pod kątem 90 stopni wzdłuż osi perforowanych rur przez 2 minuty w celu wymieszania osiadłego osadu. To proste, pomocnicze urządzenie mieszające zapobiega twardnieniu i zagęszczaniu osadu, dzięki czemu zrzut osadu jest znacznie bardziej efektywny.

3.3 Zakaz przeciążenia i egzekwowana dyscyplina czyszczenia

Operacja z przeciążeniem była zabroniona - to sztywna zasada, a nie wytyczna - mająca na celu zachowanie warunków reakcji w zbiorniku flokulacyjnym z siatką i utrzymanie prędkości w górę rur w granicach obwiedni projektowej. Jednocześnie ustalono wiążący harmonogram sprzątania:powierzchnie rur czyszczone co najmniej raz w miesiącu, całkowite opróżnianie zbiornika i kontrola co kwartał. Żadnych wyjątków.

3.4 Wzmocnione wsporniki rur z prętami napinającymi

Do oryginalnego systemu nośnego dodano proste pręty napinające (patrz rysunek 2), przenosząc część ciężaru zespołu rurek na rynny zbiorcze. Spowodowało to rozłożenie ścieżki obciążenia -, które było przenoszone w całości przez dwie osadzone kotwy i korodującą okrągłą stal, teraz było dzielone na wiele elementów konstrukcyjnych.

DWA LATA PÓŹNIEJ: CO MÓWIĄ DANE

Te cztery środki działają już prawie dwa lata bez żadnych incydentów. Modernizacja nie wymagała przeprojektowania osadnika ani wymiany głównego wyposażenia -, którego dotyczyładyscyplina operacyjna, ergonomia zaworów, zarządzanie osadami i redundancja konstrukcyjna. Wnioski są proste, ale łatwo je przeoczyć podczas projektowania i uruchamiania:

1. Sprzęt do usuwania osadów ma znaczenie.Jeśli otwarcie zaworu zajmie siedemdziesiąt obrotów, operator ostatecznie otworzy go niecałkowicie. Zawory-szybkootwierające się nie są luksusem -, są koniecznością operacyjną.

2. Systemy wsparcia korodują w środowiskach przybrzeżnych.Wtargnięcie wody morskiej oznacza, że ​​poziom chlorków osiąga 1 000–10 000 mg/l. Stal okrągła i wtopione żelazo wymagają corocznej kontroli, a sama budżetowa - rutynowa-powłoka antykorozyjna na wymianę nie wystarczy.

3. Przeciążenie ma efekt złożony.Praca o 18% powyżej wartości projektowych zwiększa prędkość w górę, rozbija kłaczki, osadza szlam na wierzchołkach rur i zwiększa ciężar własny na-już obciążonych podporach. To nie jest jeden problem -, to cztery problemy spowodowane jedną decyzją.

4. Akumulacja osadów jest przewidywalna.Przejrzysty-mętny model interfejsu informuje, kiedy i gdzie osadza się osad. Jeśli operatorzy zauważą unoszące się z rur „chmury grzybów”, oznacza to, że prędkość wznoszenia jest zbyt duża. - zmniejsz obciążenie lub zwiększ odprowadzanie osadu. Nie czekaj, aż górna-warstwa osadu osiągnie 10 cm.

5. Rutynowe sprzątanie jest tańsze niż zawalenie się.Comiesięczne czyszczenie powierzchni i kwartalne opróżnianie zbiornika mogą wydawać się uciążliwe -, ale wymiana zapadniętego zespołu rurowego i związane z tym przestoje kosztują znacznie więcej.