Kolaps kosog taložnika cijevi: 5 temeljnih uzroka nakupljanja mulja i 4 rješenja koja su to spriječila

Ljeto 1993. Vršna potražnja za vodom. Vodovod tvrtke za kemijska vlakna u Jiangsuu popravlja ventil za ispuhivanje. Taložnik se isprazni - i bez upozorenja, nagnute cijevi se sruše. Nije sporo propadanje. Nije postupna deformacija. Iznenadni, potpuni strukturalni kvar. Ono što su istražitelji otkrili nije jedan uzrok, već lanac od pet međusobno povezanih kvarova: mulj koji je trebao biti ispušten, ali nije, nosači koji su godinama korodirali, operateri ventila su se bojali okretanja, a spremnik je gurnuo 18% iznad projektiranog opterećenja. Ovaj članak raspakira svaki uzrok i četiri mjere za naknadnu ugradnju koje su doseljenika otada zaštitile.

Tvornica, rijeka i kolaps

Vodovod je pušten u rad u svibnju 1991. s projektiranim kapacitetom od25,000 m³/d, crpeći sirovu vodu iz rijeke Wanggang - glavnog izlaza mora u području Lixiahe u sjevernom Jiangsuu. Sirova voda predstavljala je dva izazova: veliko onečišćenje uzvodno i snažan utjecaj plime i oseke nizvodno. Tijekom intruzije morske vode koncentracije NaCl su dosegnute1.000-10.000 mg/L. Godišnja zamućenost kretala se od 30 do 100 NTU, uz skokove do 700 NTU tijekom kratkotrajnih-oluja.

Dvije godine kosi cijevni taložnik radio je bez većih incidenata. Zatim, u ljeto 1993., tijekom perioda najveće-potrašnje, operateri su ispraznili spremnik kako bi popravili ventil za ispuhivanje. Cijevi - napunjene nakupljenim muljem, poduprte korodiranim čelikom - popustile su.

1. ZAŠTO SE MULJ NAKUPLJA U NAKOSIM CIJEVIMA

U pravilno opterećenoj kosoj cijevi vidljiva jejasno-mutno sučeljeoblicima. Iznad njega je pročišćena voda iz koje se odvojila većina flokula. Ispod njega je zona suspenzije u otežanom taloženju - flokule se sudaraju, vežu sitnije čestice i rastu u velike, guste agregate koji se talože na donju površinu cijevi i klize gravitacijom u zonu mulja.

Ali kada uzlazna brzina u cijevima raste - bilo zbog preopterećenja ili nepravilne raspodjele protoka - ova ravnoteža se ruši. Flokule koje bi se trebale taložiti se umjesto toga odnose prema gore u zonu čiste vode. Zatim se nagodena vrhu cijevi, stvarajući nakupine mulja koje operateri opisuju kao "oblake gljiva" koji se dižu iz izlaza cijevi. Što je veće opterećenje, gornji-sloj mulja postaje deblji.

Postoji još jedna komplikacija. Strujanje unutar nagnutih cijevi nije idealno laminarno. To je advofazni tok tekućina–kruto-- čestice gušće od vode talože se pod vlastitom težinom, stvarajući relativno kretanje između faza. Iza čestica flokula nastaju izrazito mali vrtlozi u području buđenja, čije pulsiranje remeti sedimentacijsko polje. Rezultat:-učinkovitost sedimentacije u stvarnom svijetu niža je nego što predviđa pretpostavka-laminarnog protoka, a mulj se nakuplja unutar cijevi čak i pod "normalnim" radom.

2. PET TEMELJNIH UZROKA KOLAPSA

2.1 Ispuštanje mulja - premalo, prekasno

Standardna praksa zahtijeva ispuštanje muljadva puta po smjeni- svaka 4 sata - s povećanom učestalošću i trajanjem kada zamućenost sirove vode poraste ili se poveća proizvodnja. Inspekcija nakon-nesreće otkrila je da je mulj već prodro iz zone distribucije vode u same cijevi (vidi sliku 1). Raspored pražnjenja nije bio prilagođen rastućoj zamućenosti. Mulj se progresivno nakupljao, dosežući dubinu od otprilike10 cm na vrhu cijevi- teret za koji sustav podrške nikada nije bio dizajniran.

2.2 Nema redovitog ispiranja, nema povremenog pražnjenja spremnika

Propisi same tvornice bili su jasni: kada se mulj ili pahuljaste alge pojave na vrhovima cijevi, drenažu ispod cijevi, otkrijte površine i očistite visoko{0}}vodenim pištoljemkut od 60 stupnjevado cijevi. U obalnim područjima s obiljem sunčeve svjetlosti, rast algi na cijevima je brz - radnici moraju ući u spremnik, ručno ukloniti alge, više puta ispirati i otvoriti ventile za ispuhivanje kako bi ispraznili ostatke. Svaka tri mjeseca, spremnik treba potpuno isprazniti, cijevi djelomično ukloniti, a zonu mulja pregledati i očistiti. Moraju se ukloniti ostaci kao što su male ribe i drveni blokovi koji blokiraju perforirane cijevi za mulj. Ovi postupci nisu dosljedno poštovani.

2.3 Pogrešni ventili - intenzitet rada koji je obeshrabrio rad

Izvorni ventili za ispuhivanje bili suobični nisko{0}}tlačni zasuni, Dg200 mm. Svaki ciklus pražnjenja zahtijevao je operatera da okrene svaki ventilpreko sedamdeset okretaja- i četiri takva ventila po ciklusu. Fizički napor je bio znatan. S vremenom su operateri nedovoljno otvarali ventile, a ispuštanje mulja bilo je kronično nepotpuno. Specifikacija ventila, manji{4}}naizgled detalj u fazi projektiranja, postala je temeljni uzrok kolapsa.

2.4 Noseći sustav koji je neprovjereno korodirao

Izvorni sustav potpore cijevi bio je minimalan: u an8 m × 7 mtaložnik, samo dva ugrađena željezna sidra na rubovima spremnika, s okruglim čeličnim šipkama Dg16 mm i zateznim spojnicama zategnutim u razmacima od 250 mm. Tijekom prodora morske vode, okruženje s visokim sadržajem klorida ubrzalo je koroziju okruglog čelika. Primijenjen je samo rutinski tretman protiv -korozije - bez godišnjeg pregleda, bez rasporeda zamjene. Kad je spremnik bio pun vode, uzgon je djelomično nadoknadio opterećenje muljem. Kad je spremnik ispražnjen radi popravka ventila, sva težina cijevi-natrpanih muljem prenijela se na korodirane nosače i one su otkazale.

2.5 Operacija preopterećenja - 18% iznad dizajna, a pahuljice se nisu mogle nositi

Ljetna potražnja tjerala je tvornicu na rad118% projektiranog kapaciteta. U rešetkastom spremniku za flokulaciju, povećana brzina protoka otežavala je stvaranje velikih, gustih flokula -, a čak su se i prethodno formirane flokule raspale. Operateri su promatrali točno ono što teorija predviđa: velika brzina prema gore u cijevima povukla je flokule u zonu čiste vode, gdje su se ponovno -nataložile na vrhove cijevi u slojevima većim od 10 cm. U međuvremenu su se same cijevi napunile muljem odozdo. Kombinirano gornje{7}}i-donje opterećenje preopteretilo je ono što je ostalo od potporne strukture.

3. ČETIRI MJERE NAKNADE

3.1 Brzo{1}}otvarajući ventili za ispuhivanje

Zamijenjeni su obični nisko{0}}tlačni zasuniventili za otpuhivanje s ručnim-tipom brzo-otvaranje. Ono što je nekad zahtijevalo više od sedamdeset-okreta, sada je potrebno jedno bacanje poluge. Dramatično smanjenje intenziteta rada značilo je da operateri više nisu oklijevali izvršiti ispuštanje mulja -, a kada su to učinili, ventili su se potpuno otvorili. Učinkovitost ispuštanja mulja iz perforiranih cijevi odmah se poboljšala.

3.2 Visok{1}}tlačna voda koja se miješa iznad cijevi za mulj

A Visokotlačna cijev za vodu Dg40 mm-postavljen je 30 cm iznad perforiranih muljnih cijevi (vidi sliku 2). Prije svakog ispuštanja mulja, voda pod visokim{3}}tlakom usmjerava se pod kutom od 90 stupnjeva duž osi perforiranih cijevi 2 minute kako bi se promiješao taloženi mulj. Ovaj jednostavni pomoćni uređaj za miješanje sprječava stvrdnjavanje i zbijanje mulja, čineći pražnjenje nizvodno znatno učinkovitijim.

3.3 Zabrana preopterećenja i prisilna disciplina čišćenja

Rad preopterećenja bio je zabranjen - čvrsto pravilo, a ne smjernica - za očuvanje uvjeta reakcije u rešetkastom spremniku za flokulaciju i održavanje uzlaznih brzina u cijevima unutar njihove projektirane ovojnice. Istovremeno je uspostavljen obvezujući raspored čišćenja:površine cijevi čistiti najmanje jednom mjesečno, kompletno pražnjenje spremnika i pregled kvartalno. Nema izuzetaka.

3.4 Ojačani cijevni nosači sa zateznim šipkama

Jednostavne zatezne šipke dodane su izvornom potpornom sustavu (vidi sliku 2), prenoseći dio težine sklopa cijevi na korita za prikupljanje. Ovo je raspodijelilo putanju opterećenja - koju su u cijelosti nosila dva ugrađena sidra i korodirajući okrugli čelik sada je podijeljeno na više strukturnih elemenata.

DVIJE GODINE KASNIJE: ŠTO KAŽU PODACI

Ove četiri mjere sada djeluju gotovo dvije godine bez incidenata. Naknada nije zahtijevala redizajniranje taložnika ili zamjenu glavne opreme - to se odnosilooperativna disciplina, ergonomija ventila, upravljanje muljem i strukturna redundancija. Lekcije su jednostavne, ali se lako zanemaruju tijekom projektiranja i puštanja u rad:

1. Oprema za ispuštanje mulja je važna.Ako je ventilu potrebno sedamdeset okretaja da se otvori, operateri će ga na kraju otvoriti manje nego do kraja. Ventili za-brzo otvaranje nisu luksuz - oni su operativna potreba.

2. Sustavi potpore korodiraju u obalnim okruženjima.Upad morske vode znači da razine klorida dosežu 1.000-10.000 mg/L. Okrugli čelik i ugrađeno željezo zahtijevaju godišnji pregled, a zamjenski - rutinski -protukorozivni premaz sam po sebi nije dovoljan.

3. Preopterećenje ima složeni učinak.Rad 18% iznad dizajna povećava brzinu prema gore, razbija flokule, taloži mulj na vrhovima cijevi i povećava mrtvo opterećenje na već-napregnutim nosačima. To nije jedan problem - već četiri problema pokrenuta jednom odlukom.

4. Nakupljanje mulja je predvidljivo.Jasan-mutni model sučelja govori vam kada i gdje će se taložiti mulj. Ako rukovatelji vide "oblake gljiva" kako se dižu iz cijevi, brzina prema gore je prevelika - smanjite opterećenje ili povećajte ispuštanje mulja. Nemojte čekati da mulj gornjeg-sloja dosegne 10 cm.

5. Redovno čišćenje je jeftinije od kolapsa.Mjesečno površinsko čišćenje i tromjesečno pražnjenje spremnika može se činiti kao teret -, ali zamjena slomljenog sklopa cijevi i povezano vrijeme zastoja košta mnogo više.