Które elektryczne pompy zanurzeniowe są odporne na korozję w kanalizacji?

Materiały odporne na korozję dla elektrycznych pomp zanurzeniowych w ściekach

Stal nierdzewna vs. żeliwo vs. obudowy polimerowe: Rzeczywista wydajność w warunkach beztlenowych ścieków

Stal nierdzewna jest bardzo popularna w systemach kanalizacyjnych, ponieważ posiada samonaprawiającą się warstwę tlenku chromu, która odgrywa kluczową rolę w przypadku ścierania powierzchni pomp przez szorstkie ciała stałe. Weźmy na przykład stal nierdzewną 316L. Wytrzymuje ona poziom siarkowodoru rzędu 50 części na milion w obszarach o niskim stężeniu tlenu, co zmniejsza liczbę uszkodzeń o około dwie trzecie w porównaniu do zwykłego żeliwa. Żeliwo jest oczywiście tańsze na pierwszy rzut oka, jednak istnieje problem. Jego mikroskopowa struktura ma tendencję do posiadania drobnych dziurek, które zatrzymują substancje korozyjne, prowadząc do powstawania ubytków i innych uszkodzeń lokalnych w czasie. Mamy również polimery, takie jak polipropylen. Odpornie wytrzymują one działanie większości chemikaliów, jednak zaczynają mięknąć i ulegać odkształceniom, gdy temperatura przekracza 60 stopni Celsjusza. To ogranicza ich przydatność w miejscach, gdzie występują duże obciążenia lub silne wahania temperatury. Patrząc na to, co dzieje się w rzeczywistych warunkach komunalnych, żeliwo powlekane epoksydowo zwykle wytrzymuje około trzech do pięciu lat w typowych warunkach ściekowych. Tymczasem stal dwufazowa (duplex) utrzymuje się ponad dziesięć lat, co mimo wyższej ceny początkowej opłaca się ekonomicznie na dłuższą metę.

Dlaczego stale nierdzewne Duplex i Super Duplex są optymalne dla ciężkich pomp zanurzeniowych elektrycznych

Stale nierdzewne typu duplex (UNS S32205) i superduplex (UNS S32750) łączą w sobie strukturę austenityczną i ferrytyczną, dzięki czemu ich wytrzymałość jest około dwukrotnie większa niż standardowej stali 316L. Dzięki temu są szczególnie odpowiednie do trudnych warunków pracy w elektrycznych pompach zanurzeniowych przenoszących ponad 100 ton materiału stałego dziennie. Co naprawdę wyróżnia te stopy, to odporność ich zrównoważonej struktury wewnętrznej na pęknięcia spowodowane naprężeniami pod wpływem chlorków (CISCC). Uszkodzenia tego typu są jednym z głównych powodów awarii urządzeń w rejonach przybrzeżnych lub tam, gdzie często występuje woda słonawa. Wersja superduplex idzie o krok dalej, zawierając około 3–4 procent molibdenu, który działa jak bariera przed korozją mikrobiologiczną wywoływaną przez bakterie redukujące siarczany. Testy terenowe w środowiskach ściekowych wykazały, że użycie tych specjalnych stopów może zmniejszyć konieczność wymiany elementów o około 70% w warunkach agresywnych. Dodatkowo, dobrze nadają się do spawania, co umożliwia realistyczne naprawy w terenie – cecha szczególnie ważna dla takich komponentów jak wirniki, które podczas pracy są narażone na duże obciążenia mechaniczne.

Żeliwo powlekane epoksydowo i hybrydowe polimery: Balansowanie kosztów, trwałości oraz kompatybilności z konstrukcją pompy zanurzeniowej elektrycznej

Powlekane epoksydowo żeliwo nadal jest opcją przystępną cenowo dla wielu zastosowań, zwłaszcza że powłoki z tworzyw termoplastycznych tworzą ochronną warstwę o grubości od 250 do 500 mikronów, skutecznie działającą w zakresie pH od 4 do 10. Problem pojawia się, gdy te powłoki zaczynają ulegać uszkodzeniom w miejscach dużego obciążenia mechanicznego, na przykład w pobliżu noży tłokowych. W takich przypadkach często występuje korozja galwaniczna między odsłoniętym metalem a pozostałymi fragmentami powłoki. Przy poszukiwaniu rozwiązań alternatywnych, materiały hybrydowe, takie jak PVDF wzmocnione polimerem z włóknem szklanym (FRP), wyróżniają się lepszą odpornością chemiczną i są o około 40 procent lżejsze niż tradycyjne rozwiązania metalowe. Ta różnica w wadze ułatwia montaż i zmniejsza obciążenie konstrukcji nośnych. Niektóre nowoczesne projekty obejmują teraz anody ofiarnicze wbudowane bezpośrednio w spiralne części pompy z polimeru, co okazało się skutecznym rozwiązaniem pozwalającym na niezawodną pracę urządzenia przez około osiem lat, nawet w lekko korozyjnych środowiskach ścieków. Dobierając materiały do pomp zanurzeniowych elektrycznych, inżynierowie muszą brać pod uwagę sposób współpracy poszczególnych komponentów. Uszczelki silnika muszą być odpowiednio dobrane, należy uwzględnić obciążenia hydrauliczne, a także kluczowe znaczenie ma zarządzanie ciepłem. W przeciwnym razie z biegiem czasu mogą pojawić się problemy takie jak odwarstwianie lub uszkodzenia spowodowane kawitacją.

Jak chemia ścieków przyspiesza korozję w pompach zanurzeniowych elektrycznych

Środowiska ściekowe wyjątkowo nasilają korozję poprzez trzy powiązane czynniki:

Trójca korozji: niskie stężenie rozpuszczonego tlenu, wahania pH oraz biofilmy wytwarzające siarczki

Chemia ścieków atakuje pompy zanurzeniowe elektryczne za pomocą synergicznych mechanizmów chemicznych, elektrochemicznych i biologicznych:

• Niskie stężenie rozpuszczonego tlenu (DO <1 mg/L) sprzyja warunkom beztlenowym, w których rozwijają się bakterie redukujące siarczany (SRB), przekształcające siarczany w siarkowodór (H₂S)
• Wahania pH , często spadające poniżej 6,5, zwiększają lotność H₂S i przyspieszają reakcje elektrochemiczne – analizy uszkodzeń rurociągów wykazują, że każdy spadek pH o 0,5 jednostki podwaja szybkość korozji
• Biofilmy utleniające siarkowodór przemieniają H₂S w kwas siarkowy, tworząc lokalne strefy kwasowe o pH nawet 1–3, które niszczą pasywne warstwy tlenkowe

Połączenie tych trzech czynników prowadzi do tzw. korozji wywołanej mikrobiologicznie (MIC), która odpowiada za około 20 procent wszystkich uszkodzeń rurociągów na świecie. Pompy zanurzeniowe są szczególnie narażone na problemy MIC. Obserwujemy ubytkowanie metali, uszczelki szybciej ulegają degradacji z powodu kwasowych substancji produkowanych przez mikroorganizmy, a także tworzy się przewodząca warstwa biofilmu na uzwojeniach silnika, która może znacząco zaburzać właściwości izolacyjne. Sytuacja pogarsza się, gdy stężenie siarczanów w wodzie przekracza 200 mg na litr. W takich warunkach tempo korozji wzrasta od trzech do pięciu razy w porównaniu do standardowych warunków ściekowych. Temperatura również odgrywa ważną rolę. Przy każdym wzroście temperatury o pięć stopni Celsjusza powyżej 20°C tempo korozji zwiększa się o około 30%. Ma to istotne znaczenie w praktycznych zastosowaniach.

Zaawansowane cechy inżynierskie przedłużające żywotność pomp zanurzeniowych w agresywnych ściekach

Silniki hermetycznie zamknięte wypełnione gazem obojętnym i wyposażone w podwójne uszczelnienia mechaniczne

Silniki całkowicie uszczelnione i wypełnione gazem azotowym zapobiegają kontaktowi wewnętrznych części z korozyjnymi ściekami, co ma szczególne znaczenie w miejscach pozbawionych tlenu, ponieważ metale ulegają szybszemu rozkładowi przy obniżonym stężeniu tlenu. Te silniki są wyposażone w dwa uszczelnienia mechaniczne działające jako dodatkowa ochrona przed przenikaniem siarkowodoru oraz przed szkodliwymi cząstkami stałymi, które mogą powodować uszkodzenia w czasie. Testy przeprowadzone w warunkach rzeczywistych wykazały, że te specjalne pompy wytrzymują około trzy razy dłużej niż standardowe modele w warunkach ścieków beztlenowych. Dodatkowo, gaz azotowy sprzyja lepszemu odprowadzaniu ciepła, dzięki czemu silnik utrzymuje stałą temperaturę nawet podczas długotrwałej pracy ciągłej.

Zintegrowana ochrona katodowa i strategiczne rozmieszczenie anod ofiarnych

Ochrona katodowa pomaga zatrzymać korozję elektrochemiczną, która uszkadza elementy zanurzonych pomp. Gdy instalujemy ofiarnicze anody cynkowe lub magnezowe, ulegają one korozji jako pierwsze, chroniąc ważne elementy ze stali nierdzewnej, takie jak wały pomp, wsporniki i pierścienie wzmocniające wokół spirali. Umieszczenie tych ochronnych elementów w pobliżu miejsc, gdzie zużycie jest największe, na przykład łopatkach wirnika i otworach wylotowych, przynosi znaczące efekty. Badania problemów związanych z korozją w oczyszczalniach ścieków wykazały, że ta metoda zmniejsza utratę materiału w tych obszarach nawet o dwie trzecie. Nowsza generacja elektrycznych pomp zanurzeniowych wyposażona jest obecnie w czujniki monitorujące stopień zużycia anod w czasie. Pozwala to zespołom konserwacyjnym dowiedzieć się, kiedy należy je wymienić, zanim dojdzie do awarii, co gwarantuje płynną i efektywną pracę całego systemu pompowego bez kosztownych przestojów.