Colapsul decantorului cu tub înclinat: 5 cauze fundamentale ale acumulării nămolului și cele 4 remedieri care l-au împiedicat

Vara 1993. Cererea de apă de vârf. Uzina de apă a unei companii de fibre chimice din Jiangsu repară o supapă de purjare. Rezervorul de sedimentare este golit - și fără avertisment, tuburile înclinate se prăbușesc. Nu o scădere lentă. Nu o deformare treptată. O defecțiune structurală bruscă, completă. Ceea ce au descoperit anchetatorii nu a fost o singură cauză, ci un lanț de cinci defecțiuni interconectate: nămol care ar fi trebuit să fie evacuat, dar nu a fost, suporturi care s-au corodat de ani de zile, operatorii de supape se temeau să se întoarcă și un rezervor a împins cu 18% peste sarcina sa proiectată. Acest articol dezvăluie fiecare cauză și cele patru măsuri de modernizare care l-au ținut pe colonist în siguranță de atunci.

PLANTA, RÂUL ȘI PRĂBUȘIREA

Instalația de apă a fost pusă în funcțiune în mai 1991 cu o capacitate de proiectare de25,000 m³/d, trăgând apă brută din râul Wanggang - principala ieșire la mare din zona Lixiahe din nordul Jiangsu. Apa brută a prezentat două provocări: poluare puternică în amonte și influență puternică a mareelor ​​în aval. În timpul evenimentelor de pătrundere a apei de mare, concentrațiile de NaCl au fost atinse1.000–10.000 mg/L. Turbiditatea anuală a variat între 30 și 100 NTU, crescând la 700 NTU în timpul furtunilor de scurtă durată.

Timp de doi ani decantorul cu tub înclinat a funcționat fără incidente majore. Apoi, în vara lui 1993, într-o perioadă de vârf, operatorii au golit rezervorul pentru a repara o supapă de purjare. Tuburile - încărcate cu nămol acumulat, susținute de oțel corodat - au cedat.

1. DE CE SE ACUMULĂ NĂMOLIUL ÎN TUBURI ÎNCLINATE

Într-un tub înclinat încărcat corespunzător, un vizibilinterfață clar-tulburăforme. Deasupra ei este apa limpezita de care s-au separat majoritatea flocilor. Sub ea se află o zonă de suspensie în depunere împiedicată - flocurile se ciocnesc, leagă particule mai fine și cresc în agregate mari și dense care se depun pe suprafața inferioară a tubului și alunecă gravitațional în zona de nămol.

Dar atunci când viteza ascendentă în tuburi crește - indiferent dacă este de la suprasarcină sau de la distribuția necorespunzătoare a fluxului - acest echilibru se prăbușește. Flocurile care ar trebui să se depună sunt transportate în sus în zona de apă limpede. Apoi se stabilescdeasupra tuburilor, formând acumulări de nămol pe care operatorii le descriu drept „nori ciuperci” care se ridică din ieșirile tubului. Cu cât supraîncărcarea este mai mare, cu atât nămolul din stratul superior devine mai gros.

Există o altă complicație. Fluxul în interiorul tuburilor înclinate nu este laminar ideal. Este oflux bifazic lichid-solid- particulele mai dense decât apa se depun sub propria greutate, creând mișcare relativă între faze. Vortexuri extrem de mici se formează în regiunea de trezi în spatele particulelor de floc, iar pulsația lor perturbă câmpul de sedimentare. Rezultatul: eficiența sedimentării în lumea reală este mai mică decât prevede ipoteza fluxului laminar, iar nămolul se acumulează în interiorul tuburilor chiar și în condiții de funcționare „normală”.

2. CELE CINCI CAUZE RĂDĂDINALE ALE PRIBĂRII

2.1 Evacuarea nămolului - prea puțin, prea târziu

Practica standard presupune evacuarea nămoluluide două ori pe schimb- la fiecare 4 ore - cu frecventa si durata crescuta cand turbiditatea apei brute creste sau productia creste. Inspecția post-accident a arătat că nămolul a pătruns deja din zona de distribuție a apei în tuburile în sine (vezi Figura 1). Programul de evacuare nu fusese ajustat pentru a se potrivi cu turbiditatea în creștere. Nămolul s-a acumulat progresiv, ajungând la o adâncime de aproximativ10 cm deasupra tuburilor- o greutate mare pe care sistemul de sprijin nu a fost niciodată proiectat să o suporte.

2.2 Fără spălare regulată, fără golire periodică a rezervorului

Reglementările proprii ale fabricii erau clare: atunci când apar nămol sau alge pufoase pe vârfurile tuburilor, scurgeți sub tuburi, expuneți suprafețele și curățați cu un pistol de apă de înaltă presiune la oUnghi de 60 de gradela tuburi. În zonele de coastă cu lumină solară abundentă, creșterea algelor pe tuburi este rapidă - lucrătorii trebuie să intre în rezervor, să îndepărteze manual algele, să se clătească în mod repetat și să deschidă supapele de purjare pentru a evacua resturile. La fiecare trei luni, rezervorul trebuie golit în întregime, tuburile parțial îndepărtate, iar zona de nămol trebuie inspectată și agitată curățată. Resturile, cum ar fi peștii mici și blocurile de lemn care blochează conductele de nămol perforate, trebuie îndepărtate. Aceste proceduri nu au fost respectate în mod constant.

2.3 Supape greșite - intensitatea muncii care a descurajat funcționarea

Supapele de purjare originale au fostrobinete obișnuite de joasă presiune, Dg200 mm. Fiecare ciclu de descărcare a necesitat ca un operator să rotească fiecare supapăpeste șaptezeci de ture- și patru astfel de supape pe ciclu. Efortul fizic a fost substanțial. De-a lungul timpului, operatorii au deschis valvele insuficient, iar evacuarea nămolului a fost cronic incompletă. Specificația supapei, un detaliu care aparent minor în faza de proiectare, a devenit cauza principală a prăbușirii.

2.4 Un sistem de suport care s-a corodat neverificat

Sistemul original de suport al tubului era minim: într-un8 m × 7 mrezervor de decantare, doar două ancore din fier încorporate la marginile rezervorului, cu bare rotunde din oțel Dg16 mm și tenderi strânse la intervale de 250 mm. În timpul pătrunderii apei de mare, mediul cu cloruri ridicate a accelerat coroziunea oțelului rotund. S-a aplicat doar un tratament anticoroziv de rutină - fără inspecție anuală, fără program de înlocuire. Când rezervorul era plin cu apă, flotabilitatea a compensat parțial încărcarea cu nămol. Când rezervorul a fost golit pentru repararea supapei, toată greutatea tuburilor încărcate cu nămol s-a transferat pe suporturile corodate și au eșuat.

2.5 Operație de supraîncărcare - 18% dincolo de proiectare, iar flocurile nu au putut face față

Cererea de vară a împins fabrica să funcționeze la118% din capacitatea de proiectare. În rezervorul de floculare cu rețea, viteza ridicată a curgerii a făcut dificilă formarea de flocuri mari și dense - și chiar și flocurile formate anterior s-au rupt. Operatorii au observat exact ceea ce prezice teoria: viteza ridicată în sus a tuburilor a măturat flocurile în zona de apă limpede, unde s-au reinstalat pe vârfurile tuburilor în straturi care depășesc 10 cm. Între timp, tuburile în sine s-au umplut cu nămol de jos. Încărcarea combinată de sus și de jos a copleșit ceea ce a rămas din structura de susținere.

3. CELE PATRU MĂSURI DE RETROFIT

3.1 Supape de purjare cu deschidere rapidă

Vanele obișnuite de joasă presiune au fost înlocuite cusupape de purjare cu deschidere rapidă de tip pârghie acționate manual. Ceea ce odinioară necesita peste șaptezeci de ture, acum necesită o singură aruncare a pârghiei. Reducerea dramatică a intensității forței de muncă a făcut ca operatorii să nu mai fie reticenți în a efectua evacuarea nămolului - și atunci când au făcut-o, supapele s-au deschis complet. Eficiența de evacuare a nămolului din conductele perforate sa îmbunătățit imediat.

3.2 Apă de înaltă presiune care se agită deasupra conductelor de nămol

A Dg40 mm conducta apa de inalta presiunea fost instalat la 30 cm deasupra conductelor de nămol perforate (vezi Figura 2). Înainte de fiecare evacuare a nămolului, apa de înaltă presiune este direcționată la un unghi de 90 de grade de-a lungul axei țevilor perforate timp de 2 minute pentru a agita nămolul decantat. Acest dispozitiv auxiliar simplu de agitare previne întărirea și compactarea nămolului, făcând evacuarea în aval mult mai eficientă.

3.3 Interdicția de suprasarcină și disciplina de curățare forțată

Operarea la supraîncărcare a fost interzisă - o regulă strictă, nu o orientare - pentru a păstra condițiile de reacție în rezervorul de floculare cu grilă și pentru a menține vitezele ascendente în tuburi în interiorul anvelopei lor de proiectare. Concomitent, a fost instituit un program obligatoriu de curățare:suprafețele tuburilor curățate cel puțin lunar, golirea completă a rezervorului și inspecția trimestrială. Fără excepții.

3.4 Suporturi de tuburi întărite cu tije de tensionare

La sistemul de suport original au fost adăugate tije de tensionare simple (vezi Figura 2), transferând o parte din greutatea ansamblului de tuburi în jgheaburi de colectare. Acest lucru a distribuit calea de încărcare - ceea ce fusese transportat în întregime de două ancore încorporate și oțelul rotund corodat era acum împărțit peste mai multe elemente structurale.

DOI ANI MAI TARZI: CE SPUN DATELE

Aceste patru măsuri au funcționat acum aproape doi ani fără incidente. Modernizarea nu a necesitat reproiectarea colonului sau înlocuirea echipamentelor majore - s-a adresatdisciplina operațională, ergonomia supapelor, managementul nămolului și redundanța structurală. Lecțiile sunt simple, dar ușor de trecut cu vederea în timpul proiectării și punerii în funcțiune:

1. Hardware-ul de evacuare a nămolului contează.Dacă o supapă are nevoie de șaptezeci de rotații pentru a se deschide, operatorii o vor deschide în cele din urmă mai puțin decât complet. Supapele cu deschidere rapidă nu sunt un lux - sunt o necesitate operațională.

2. Sistemele de suport se corodează în mediile de coastă.Intrarea apei de mare înseamnă că nivelurile de clorură ajung la 1.000-10.000 mg/L. Oțelul rotund și fierul încorporat necesită inspecție anuală și un buget de înlocuire - acoperirea anticorozivă de rutină nu este suficientă.

3. Supraîncărcarea are un efect de amestecare.Funcționarea cu 18% peste proiect mărește viteza în sus, rupe flocurile, depune nămol pe vârfurile tuburilor și crește sarcina moartă pe suporturile deja solicitate. Nu este o singură problemă - sunt patru probleme declanșate de o singură decizie.

4. Acumularea de nămol este previzibilă.Modelul de interfață clar-turbid vă spune când și unde se va depune nămolul. Dacă operatorii văd „nori ciuperci” ridicându-se din tuburi, viteza ascendentă este prea mare - reduceți sarcina sau creșteți descărcarea nămolului. Nu așteptați ca nămolul din stratul superior să atingă 10 cm.

5. Curățarea de rutină este mai ieftină decât o prăbușire.Curățarea lunară a suprafeței și golirea trimestrială a rezervorului pot fi o povară - dar înlocuirea unui ansamblu de tuburi prăbușite și timpul de nefuncționare asociat costă mult mai mult.