Katere električne potopne črpalke uporne so proti koroziji v kanalizaciji?

Odporni na korozijo materiali za električne potopljene črpalnike v odplakah

Nerjavno jeklo proti litini proti polimernim ohišjem: dejanska učinkovitost v anaerobnih odplakah

Nerjavno jeklo je zelo priljubljeno za kanalizacijske sisteme, ker ima samozdraveči sloj kromovega oksida, ki naredi vso razliko pri ravnanju s temi abrazivnimi trdnimi snovmi, ki stalno poškodujejo površine črpalk. Vzemimo na primer nerjavno jeklo 316L. Zmore razine vodikovega sulfida okoli 50 delcev na milijon v območjih z majhnim prisotnostjo kisika, kar zmanjša odpovedi za približno dve tretjini v primerjavi s starim dobrim litim železom. Litino železo sicer stane manj na prvi pogled, a obstaja težava. Njegova mikroskopska struktura je pogosto polna drobnih lukenjc, ki zadržujejo korozivne snovi, kar sčasoma vodi do nastanka jam in drugih lokaliziranih poškodb. Nato imamo polimere, kot je polipropilen. Dokaj dobro prenesejo večino kemikalij, a postanejo mehki in gibčni, ko temperature presežejo 60 stopinj Celzija. To omejuje njihovo uporabnost na mestih, kjer so prisotna velika bremena ali kjer se temperature močno spreminjajo. Če pogledamo, kaj se dejansko dogaja v komunalnih objektih, epoksi prevlečeno litino železo običajno zdrži približno tri do pet let v povprečnih kanalizacijskih pogojih. Duplo nerjavno jeklo pa ostane v funkciji več kot deset let, kar gospodarsko bolj izplača kljub višji ceni na začetku, saj na dolgi rok prihrani denar.

Zakaj so dvojni in super dvojni nerjavni jekli optimalni za težke električne potopne črpalke

Duplex (UNS S32205) in superduplex (UNS S32750) razredi nerjavnega jekla združujeta avstenično in feritično strukturo, kar jim omogoča približno dvojno trdnost v primerjavi z običajnim 316L nerjavnim jeklom. To jih naredi še posebej primernimi za trde električne potopne črpalke, ki obravnavajo več kot 100 ton trdnih snovi na dan. Kar resnično izstopa, je njihova uravnotežena notranja struktura, ki se upira razpokam zaradi napetosti v prisotnosti kloridov (CISCC). Takšna poškodba je pravzaprav eden glavnih razlogov za okvaro opreme v obalnih predelih ali mestih, kjer je pogosta slanata voda. Superduplex različica gre še dlje z vsebnostjo približno 3 do 4 odstotkov molibdena, ki deluje kot ščit proti mikrobiološki koroziji, ki jo povzročajo bakterije, reducirajoče sulfat. Preizkusi v odpadni vodi kažejo, da lahko ti posebni litji zmanjšajo zamenjave za približno 70 % v hudo agresivnih pogojih. Poleg tega se dovolj dobro zvarijo, da so popravila na terenu izvedljiva, kar je še posebej pomembno za komponente, kot so impulzorji, ki med obratovanjem prejmejo veliko mehanskega obremenitve.

Epoksi prevlečeno lite železo in hibridni polimeri: Ravnotežje med stroški, življenjsko dobo in združljivostjo s konstrukcijo električnih potopljenih črpalk

Epoksi prevlečeno lite železo ostaja poceni možnost za mnoge aplikacije, še posebej ker te zlito vezane prevleke ustvarjajo zaščitni sloj debeline približno 250 do 500 mikronov, ki deluje učinkovito pri vrednostih pH od 4 do 10. Težava nastane, ko se te prevleke začnejo poškodovati na območjih z velikim mehanskim napetostmi, kot so območja blizu rezalnih impulzorjev. Ko se to zgodi, pogosto opazimo galvansko korozijo med odkritim kovinskim delom in preostalo prevleko. Pri iskanju alternativ izstopajo hibridni materiali, kot je PVDF armirani vlakno armirani polimer (FRP), saj bolje upirajo kemikalijam in so približno 40 odstotkov lažji od tradicionalnih kovinskih rešitev. Ta razlika v teži omogoča lažjo namestitev in manjšo obremenitev nosilnih konstrukcij. Nekatere novejše konstrukcije sedaj vključujejo žrtvene anode neposredno vbrizgane v polimerna hišna dela, kar je pokazalo, da oprema zanesljivo deluje približno osem let, tudi v zmerno korozivnih kanalizacijskih okoljih. Pri izbiri materialov za električne potopne črpalke morajo inženirji upoštevati, kako posamezni sestavni deli delujejo skupaj. Tesnila motorjev morajo biti pravilno usklajena, hidravlične obremenitve je treba upoštevati, prav tako pa postane ključnega pomena tudi upravljanje z vročino. V nasprotnem primeru se s časom lahko razvijejo težave, kot sta odlaminacija ali poškodbe zaradi kavitacije.

Kako kemija odplak pospešuje korozijo v električnih potopljenih črpalkah

Okolje odplak posebej okrepi korozijo prek treh medsebojno povezanih dejavnikov:

Korozivna triada: nizka raztopljenost kisika, nihanje pH in biofilmi, ki proizvajajo sulfide

Kemija odplak napada električne potopljene črpalke prek sinergističnih kemičnih, elektrokemičnih in bioloških mehanizmov:

• Nizek raztopljeni kisik (DO <1 mg/L) spodbuja anaerobne pogoje, v katerih se sulfatno zmanjšujoče bakterije (SRB) razmnožujejo in pretvarjajo sulfate v vodikov sulfid (H₂S)
• Nihanje pH , ki pogosto pada pod 6,5, poveča letnost H₂S in pospeši elektrokemične reakcije – analize odpovedi cevovodov kažejo, da vsak padec pH za 0,5 enote podvoji hitrost korozije
• Biofilmi, ki oksidirajo sulfide metabolizirajo H₂S v žveplovo kislino, s čimer ustvarjajo lokalizirane kislinske cone z vrednostmi pH med 1 in 3, ki prebijejo pasivne oksidne sloje

Kombinacija teh treh dejavnikov vodi k temu, kar je znano kot korozija, povzročena s strani mikroorganizmov (MIC), ki predstavlja približno 20 odstotkov vseh okvar cevovodov po svetu. Električne potopne črpalke so še posebej ranljive za težave z MIC. Opazimo lahko nastanek jam na kovinskih delih, tesnila se razgrajujejo hitreje zaradi kislih snovi, ki se proizvajajo, poleg tega pa se ob navitjih motorja oblikuje prevodna bioplast, ki lahko resno poslabša izolacijske lastnosti. Stvari se še poslabšajo, ko koncentracija sulfatov preseže 200 mg na liter vode. Hitrost korozije se poveča od tri do petkrat v primerjavi s pogojih običajnih odpadnih voda. Pomemben vpliv ima tudi temperatura. Pri vsakih dodatnih petih stopinjah Celzija nad 20-stopinjsko mejo se hitrost korozije poveča za približno 30 %. To v praksi povzroči pomembne razlike.

Napredne inženirske značilnosti, ki podaljšujejo življenjsko dobo električnih potopnih črpalk v korozivnih kanalizacijskih vodah

Hermetično zaprti motorji z napolnitvijo z inertnim plinom in dvojnimi mehanskimi tesnili

Motorji, ki so popolnoma zaprti in napolnjeni z dušikovim plinom, preprečujejo stik notranjih delov s korozivnim odpadnim vodam, kar je zelo pomembno na mestih brez kisika, saj se kovine hitreje razgrajujejo, ko se raven kisika zmanjša. Ti motorji imajo dve mehanski tesnilki, ki delujeta kot rezervna zaščita pred prodorom vodikovega sulfida ter preprečujeta vstop grobih trdnih delcev, ki lahko s časom povzročijo poškodbe. Preizkušanja v praksi kažejo, da ti posebni črpalki trajajo približno trikrat dlje kot običajne pri ravnanju z anaerobnimi pogoji v odpadni vodi. Poleg tega dušikov plin dejansko pomaga pri prenosu toplote, tako da motor ohranja enakomerno temperaturo tudi ob neprestanem delovanju v dolgih obdobjih.

Integrierana katodna zaščita in strategična namestitev žrtvenih anod

Katodna zaščita pomaga preprečiti elektrokemijsko korozijo, ki vpliva na dele potopljenih črpalk. Ko namestimo žrtvovne cinkove ali magnezijeve anode, se te zaradi svoje narave najprej korozivno razgrajujejo in s tem ščitijo pomembne komponente iz nerjavnega jekla, kot so gredi črpalke, nosilni okvirji in okrepitevni obroči okoli spiralne komore. Namestitev teh zaščitnih elementov v bližini področij z največjim obrabljanjem, kot sta lopatica kolesa in iztočni otvor, pomeni veliko razliko. Nekatera raziskave o težavah s korozijo na čistilnih napravah za odpadne vode kažejo, da ta pristop zmanjša izgubo materiala na teh mestih za kar dve tretjini. Nova generacija električnih potopnih črpalk je opremljena s senzorji, ki beležijo, kako hitro se anode sčasoma obrabljajo. To omogoča vzdrževalnim ekipam, da vedo, kdaj je treba anode zamenjati, preden pride do nepričakovanih okvar, kar zagotavlja gladko in učinkovito delovanje celotnega črpalskega sistema brez dragih izpadov.