Inclined Tube Settler Collapse: 5 grondoorzaken van slibaccumulatie en de 4 oplossingen die dit hebben voorkomen

Zomer 1993. Piekvraag naar water. De waterleiding van een chemisch vezelbedrijf in Jiangsu repareert een spuiklep. De bezinktank wordt geleegd - en zonder waarschuwing storten de schuine buizen in. Geen langzame verzakking. Geen geleidelijke vervorming. Een plotselinge, volledige structurele mislukking. Wat de onderzoekers ontdekten was niet één enkele oorzaak, maar een keten van vijf onderling verbonden storingen: slib dat had moeten worden geloosd, maar dat niet deed, steunen die al jaren waren gecorrodeerd, klepbedieningen die bang waren om te draaien, en een tank die 18% boven zijn ontwerpbelasting duwde. In dit artikel worden elke oorzaak en de vier retrofitmaatregelen uit de doeken gedaan die de kolonist sindsdien veilig hebben gehouden.

DE INSTALLATIE, DE RIVIER EN DE INVAL

Het waterleidingbedrijf werd in mei 1991 in gebruik genomen en had een ontwerpcapaciteit van25,000 m³/d, waarbij ruw water wordt onttrokken aan de Wanggang-rivier -, de belangrijkste zee-uitlaat in het Lixiahe-gebied in het noorden van Jiangsu. Het ruwe water bracht twee uitdagingen met zich mee: zware vervuiling stroomopwaarts en sterke getijdeninvloed stroomafwaarts. Tijdens het binnendringen van zeewater bereikten de NaCl-concentraties1.000–10.000 mg/l. De jaarlijkse troebelheid varieerde van 30 tot 100 NTU, en piekte tot 700 NTU tijdens kortdurende regenbuien-.

Twee jaar lang functioneerde de hellende buiskolonist zonder grote incidenten. Vervolgens lieten operators in de zomer van 1993, tijdens een piekperiode- in de vraag, de tank leeglopen om een ​​spuiklep te repareren. De buizen - beladen met opgehoopt slib, ondersteund door gecorrodeerd staal - bezweken.

1. WAAROM SLIB ZICH OPHOOGT IN HELLENDE BUIZEN

Bij een goed belaste schuine buis is een zichtbaarheldere-troebele interfacevormen. Daarboven bevindt zich helder water waarvan de meeste vlokken zich hebben afgescheiden. Daaronder bevindt zich een ophangzone waarin belemmerde bezinking plaatsvindt. - vlokken botsen, binden fijnere deeltjes en groeien uit tot grote, dichte aggregaten die zich op het onderste buisoppervlak nestelen en door de zwaartekracht naar beneden glijden in de slibzone.

Maar wanneer de opwaartse snelheid in de buizen stijgt -, hetzij door overbelasting of door een slechte stroomverdeling -, stort dit evenwicht in. Vlokjes die zich zouden moeten bezinken, worden in plaats daarvan naar de heldere waterzone gevoerd. Zij vestigen zich danbovenop de buizen, waarbij slibophopingen worden gevormd die operators omschrijven als "paddenstoelwolken" die uit de buisuitlaten opstijgen. Hoe meer overbelasting, hoe dikker het slib in de bovenste- laag wordt.

Er is nog een complicatie. De stroming in hellende buizen is niet ideaal laminair. Het is eenvloeistof-vaste twee-stroom- deeltjes met een grotere dichtheid dan water bezinken onder hun eigen gewicht, waardoor relatieve beweging tussen fasen ontstaat. Er vormen zich extreem kleine wervels in het zoggebied achter vlokdeeltjes, en hun pulsatie verstoort het sedimentatieveld. Het resultaat: de sedimentatie-efficiëntie in de echte-wereld is lager dan de aanname van laminaire-stroming voorspelt, en slib hoopt zich op in de buizen, zelfs onder "normale" werking.

2. DE VIJF OORZAKEN VAN DE INVAL

2.1 Slibafvoer - te weinig, te laat

De standaardpraktijk vraagt ​​om sliblozingtweemaal per dienst- elke 4 uur - met verhoogde frequentie en duur wanneer de troebelheid van het ruwe water toeneemt of de productie toeneemt. Uit de inspectie na-ongevallen bleek dat er al slib vanuit de waterdistributiezone in de buizen zelf was binnengedrongen (zie figuur 1). Het afvoerschema was niet aangepast aan de toenemende vertroebeling. Het slib verzamelde zich geleidelijk en bereikte een diepte van ongeveer10 cm bovenop de buizen- een dood gewicht waarvoor het ondersteuningssysteem nooit is ontworpen.

2.2 Geen regelmatig spoelen, geen periodiek legen van de tank

De regels van de fabriek zelf waren duidelijk: als er slib of pluizige algen op de bovenkant van de buizen verschijnen, laat het water dan onder de buizen weglopen, stel de oppervlakken bloot en reinig met een hoge-waterdrukpistool op eenHoek van 60 gradennaar de buizen. In kustgebieden met veel zonlicht vindt de algengroei op buizen snel plaats. - Werknemers moeten de tank betreden, de algen handmatig verwijderen, herhaaldelijk spoelen en de spuikleppen openen om het vuil af te voeren. Elke drie maanden moet de tank geheel worden geleegd, de buizen gedeeltelijk worden verwijderd en de slibzone worden geïnspecteerd en schoongeroerd. Vuil zoals kleine vissen en houtblokken die de geperforeerde slibbuizen verstoppen, moeten worden verwijderd. Deze procedures werden niet consequent gevolgd.

2.3 De verkeerde kleppen - arbeidsintensiteit die de werking ervan ontmoedigde

De originele spuikleppen waren dat welgewone lagedruk-schuifafsluiters, Dg200 mm. Voor elke afvoercyclus was een operator nodig om elke klep te draaienruim zeventig beurten- en vier van dergelijke kleppen per cyclus. De fysieke inspanning was aanzienlijk. Na verloop van tijd openden operators de kleppen onvoldoende en was de slibafvoer chronisch onvolledig. De klepspecificatie, een klein-schijnbaar detail in de ontwerpfase, werd een hoofdoorzaak van de ineenstorting.

2.4 Een ondersteuningssysteem dat ongecontroleerd verroest

Het originele buisondersteuningssysteem was minimaal: in een8 m × 7 mbezinkingstank, slechts twee ingebedde ijzeren ankers aan de tankranden, met Dg16 mm ronde stalen staven en spanschroeven vastgezet met intervallen van 250 mm. Tijdens het binnendringen van zeewater versnelde de omgeving met een hoog chloridegehalte de corrosie van het ronde staal. Er werd alleen routinematige anti-corrosiebehandeling toegepast. - geen jaarlijkse inspectie, geen vervangingsschema. Wanneer de tank vol water was, compenseerde het drijfvermogen de slibbelasting gedeeltelijk. Toen de tank werd geleegd voor de klepreparatie, werd het volledige gewicht van de met slib-beladen buizen overgebracht naar de gecorrodeerde steunen, en die faalden.

2.5 Overbelasting ging - 18% boven ontwerp, en de vlokken konden het niet aan

De zomervraag zorgde ervoor dat de fabriek in werking trad118% van de ontwerpcapaciteit. In de roosteruitvloktank maakte de verhoogde stroomsnelheid het moeilijk om grote, dichte vlokken te vormen - en zelfs eerder gevormde vlokken braken uiteen. Exploitanten observeerden precies wat de theorie voorspelt: de hoge opwaartse snelheid in de buizen bracht vlokken naar de heldere waterzone, waar ze zich opnieuw-op de buistoppen vestigden in lagen van meer dan 10 cm. Ondertussen zijn de buizen zelf van onderaf gevuld met slib. De gecombineerde belasting aan de bovenkant-en-onderkant overweldigde wat er nog over was van de ondersteunende structuur.

3. DE VIER RETROFIT-MAATREGELEN

3.1 Snel-openende spuikleppen

De gewone lagedruk-afsluiters werden vervangen doorhandmatig bediende hendel-type snel-openende spuikleppen. Wat ooit meer dan zeventig- beurten vergde, kost nu één hendelworp. De dramatische vermindering van de arbeidsintensiteit zorgde ervoor dat operators niet langer aarzelden om slib te lozen - en toen ze dat deden, gingen de kleppen volledig open. De slibafvoerefficiëntie uit de geperforeerde buizen verbeterde onmiddellijk.

3.2 Hoge-waterdruk roert boven de slibbuizen

A Dg40 mm hoge-drukwaterleidingwerd 30 cm boven de geperforeerde slibbuizen geïnstalleerd (zie Figuur 2). Vóór elke sliblozing wordt water onder hoge-druk gedurende 2 minuten in een hoek van 90 graden langs de as van de geperforeerde buizen geleid om het bezonken slib te roeren. Dit eenvoudige hulproerapparaat voorkomt verharding en verdichting van het slib, waardoor de stroomafwaartse afvoer aanzienlijk effectiever wordt.

3.3 Overbelastingsverbod en opgelegde schoonmaakdiscipline

Overbelasting was verboden - een harde regel, geen richtlijn - om de reactieomstandigheden in de uitvloktank van het rooster te behouden en de opwaartse snelheden in de buizen binnen hun ontwerpbereik te houden. Tegelijkertijd werd een bindend schoonmaakschema ingesteld:buisoppervlakken minstens maandelijks gereinigd, volledige tanklediging en inspectie elk kwartaal. Geen uitzonderingen.

3.4 Versterkte buissteunen met trekstangen

Aan het oorspronkelijke ondersteuningssysteem werden eenvoudige trekstangen toegevoegd (zie figuur 2), waardoor een deel van het gewicht van de buizenconstructie naar de opvangbakken werd overgebracht. Hierdoor werd het lastpad verdeeld - wat volledig werd gedragen door twee ingebedde ankers en het corroderende ronde staal werd nu verdeeld over meerdere structurele elementen.

TWEE JAAR LATER: WAT DE GEGEVENS ZEGEN

Deze vier maatregelen hebben nu bijna twee jaar zonder incidenten gefunctioneerd. Voor de renovatie was het niet nodig om de kolonist opnieuw te ontwerpen of grote apparatuur te vervangen - die ermee gepaard gingoperationele discipline, klepergonomie, slibbeheer en structurele redundantie. De lessen zijn duidelijk, maar worden gemakkelijk over het hoofd gezien tijdens het ontwerp en de inbedrijfstelling:

1. Hardware voor slibafvoer is belangrijk.Als een klep zeventig slagen nodig heeft om te openen, zullen operators deze uiteindelijk minder dan volledig openen. Snel-kleppen zijn geen luxe - ze zijn een operationele noodzaak.

2. Ondersteuningssystemen corroderen in kustomgevingen.Het binnendringen van zeewater betekent dat het chlorideniveau 1.000–10.000 mg/l bereikt. Rondstaal en ingebed ijzer vereisen jaarlijkse inspectie en een vervangingsbudget. - Routinematige anti-corrosiecoating alleen is niet voldoende.

3. Overbelasting heeft een versterkend effect.Als u 18% boven het ontwerp werkt, wordt de opwaartse snelheid verhoogd, worden vlokken gebroken, wordt slib op de buisbovenkanten afgezet en wordt de eigen belasting op reeds-onder spanning staande steunen vergroot. Het is niet één probleem - het zijn vier problemen die worden veroorzaakt door één enkele beslissing.

4. Slibophoping is voorspelbaar.Het heldere-troebele interfacemodel vertelt u wanneer en waar slib zich zal afzetten. Als operators "paddenstoelwolken" uit de buizen zien opstijgen, is de opwaartse snelheid te hoog - verminder de belasting of verhoog de slibafvoer. Wacht niet tot het slib van de bovenste-laag 10 cm hoog is.

5. Routinematig schoonmaken is goedkoper dan instorten.Maandelijkse oppervlaktereiniging en driemaandelijks legen van de tank kunnen een last lijken -, maar het vervangen van een ingestorte buisconstructie en de daarmee gepaard gaande stilstand kost veel meer.