Які електричні занурювальні насоси стійкі до корозії у каналізаційних стоках?

Матеріали стійкі до корозії для електричних занурювальних насосів у каналізаційних стоках

Нержавіюча сталь проти чавуну проти полімерних корпусів: реальна продуктивність в анаеробних каналізаційних стоках

Нержавіюча сталь дуже популярна для систем каналізації, оскільки має власний відновлюваний шар хромового оксиду, який має велике значення під час контакту з абразивними твердими речовинами, що постійно подряпують поверхні насосів. Візьмемо, наприклад, нержавіючу сталь марки 316L. Вона витримує рівень сірководню близько 50 частин на мільйон у середовищах, де мало кисню, що зменшує кількість відмов приблизно на дві третини порівняно зі звичайною чавунною. Чавун спочатку коштує менше, але існує проблема. Його мікроскопічна структура часто містить дрібні пори, які затримують корозійні речовини, що з часом призводить до утворення поглиблення та інших локальних пошкоджень. Потім є полімери, такі як поліпропілен. Вони цілком стійкі до більшості хімікатів, але починають м'якнути та гнутися, коли температура перевищує 60 градусів Цельсія. Це обмежує їх застосування у місцях, де є великі навантаження або значні коливання температури. Якщо подивитися на реальну ситуацію в муніципальних умовах, чавун із епоксидним покриттям зазвичай служить близько трьох-п'яти років у типових умовах каналізації. Тим часом дуплексна нержавіюча сталь витримує понад десять років, що робить її економічно вигідною навіть попри вищу початкову вартість, оскільки забезпечує економію в довгостроковій перспективі.

Чому дуплексні та супердуплексні нержавіючі сталі є оптимальними для важкодіючих електричних занурювальних насосів

Дуплексні (UNS S32205) та супердуплексні (UNS S32750) марки нержавіючої сталі поєднують аустенітну та феритну структури, забезпечуючи міцність, яка приблизно вдвічі перевищує міцність звичайної нержавіючої сталі 316L. Це робить їх особливо придатними для важких електричних занурювальних насосів, які перекачують понад 100 тонн твердих речовин на добу. Особливо вражає те, як їх збалансована внутрішня структура протидіє корозійному тріщинуванню під дією хлоридів (CISCC). Саме цей вид пошкодження є однією з основних причин виходу обладнання з ладу в прибережних районах або місцях, де часто зустрічається солона вода. Супердуплексна версія йде ще далі, містячи близько 3–4 відсотків молібдену, який діє як захист від мікробіологічної корозії, спричиненої сульфатвідновними бактеріями. Польові випробування в умовах стічних вод показали, що ці спеціальні сплави можуть скоротити заміну обладнання приблизно на 70% у жорстких умовах. Крім того, вони достатньо добре зварюються, що робить ремонт на місці практичним, особливо важливим для таких компонентів, як колеса насосів, які піддаються значним механічним навантаженням під час роботи.

Епоксидне покриття з чавуну та гібридні полімери: баланс вартості, довговічності та сумісності з конструкцією електричного занурювального насоса

Епоксидне покриття з чавуну залишається бюджетним варіантом для багатьох застосувань, особливо тому, що ці сплавлені покриття утворюють захисний шар завтовшки близько 250–500 мікронів, який добре працює при рівнях pH від 4 до 10. Проблема виникає, коли ці покриття починають руйнуватися в ділянках із великим механічним навантаженням, наприклад, поблизу різців колеса. У такому разі часто виникає гальванічна корозія між оголеним металом та залишками покриття. Серед альтернатив, гібридні матеріали, такі як полівінілдифторид, армований полімером, армованим скловолокном (FRP), вирізняються кращою стійкістю до хімікатів і важать приблизно на 40 відсотків менше, ніж традиційні металеві варіанти. Ця різниця у вазі полегшує монтаж і зменшує навантаження на несучі конструкції. Деякі новіші конструкції тепер включають жертвенні аноди, вбудовані безпосередньо в полімерні спіралі, що, як показала практика, забезпечує надійну роботу обладнання протягом приблизно восьми років, навіть у помірно агресивних середовищах каналізації. Вибираючи матеріали для електричних занурювальних насосів, інженери мають враховувати, як працюють разом різні компоненти. Ущільнення двигуна мають бути сумісними, слід враховувати гідравлічні навантаження, а також важливе значення має управління теплом. Інакше з часом можуть виникнути такі проблеми, як розшарування або пошкодження через кавітацію.

Як хімія стічних вод прискорює корозію в електричних занурювальних насосах

Середовище стічних вод унікально посилює корозію через три взаємопов’язані фактори:

Тріада корозії: низький рівень розчиненого кисню, коливання pH та біоплівки, що утворюють сульфіди

Хімія стічних вод ушкоджує електричні занурювальні насоси за рахунок синергетичних хімічних, електрохімічних і біологічних механізмів:

• Низький рівень розчиненого кисню (DO <1 мг/л) сприяє анаеробним умовам, у яких розмножуються сульфатредукуючі бактерії (SRB) і перетворюють сульфати на сірководень (H₂S)
• Коливання рівня pH , який часто опускається нижче 6,5, збільшує леткість H₂S і прискорює електрохімічні реакції — аналізи руйнування трубопроводів показують, що кожне зниження pH на 0,5 одиниці подвоює швидкість корозії
• Біоплівки, що окиснюють сульфіди перетворюють H₂S на сірчану кислоту, утворюючи локальні кислотні зони з pH від 1 до 3, які руйнують пасивні оксидні шари

Поєднання цих трьох факторів призводить до так званої мікробіологічно обумовленої корозії (MIC), яка становить близько 20 відсотків усіх аварій на трубопроводах у світі. Електричні занурювальні насоси особливо схильні до проблем MIC. Ми спостерігаємо утворення пітінгу на металевих деталях, прискорене руйнування ущільнень через кислотні речовини, що виробляються, а також утворення провідної біоплівки на обмотках двигуна, що може істотно порушити ізоляційні властивості. Ситуація погіршується, коли рівень сульфатів перевищує 200 мг на літр у воді. Швидкість корозії зростає від трьох до п’яти разів порівняно зі звичайними умовами стічних вод. Температура теж відіграє роль. З кожним підвищенням на п’ять градусів Цельсія понад позначку 20 градусів швидкість корозії зростає приблизно на 30%. Це створює велику різницю в реальних умовах експлуатації.

Сучасні інженерні рішення, що подовжують термін служби електричних занурювальних насосів у корозійних стічних водах

Герметично закриті двигуни з заповненням інертним газом та подвійними механічними ущільненнями

Мотори, які повністю герметичні та заповнені азотом, запобігають контакту внутрішніх деталей із корозійним стоком, що особливо важливо в місцях без кисню, оскільки метали швидше руйнуються при зниженні рівня кисню. Ці мотори мають два механічних ущільнення, які діють як резервний захист від проникнення сірководню та забруднюючих твердих частинок, що з часом можуть спричинити пошкодження. Випробування в реальних умовах показали, що ці спеціальні насоси служать приблизно втричі довше, ніж звичайні, у анаеробних умовах із каналізаційними стоками. Крім того, азот також сприяє передачі тепла, тому мотор зберігає сталу температуру навіть під час тривалої безперервної роботи.

Інтегрований катодний захист та стратегічне розміщення жертвених анодів

Катодний захист допомагає запобігти електрохімічній корозії, що впливає на частини занурених насосів. Встановлення цинкових або магнієвих протекторних анодів призводить до того, що вони руйнуються першими, захищаючи важливі компоненти з нержавіючої сталі, такі як вали насосів, опорні кронштейни та підсилювальні кільця навколо спіралі. Розташування цих захисних елементів ближче до зон, де зношування відбувається найчастіше, наприклад, лопаті колеса та вихідні отвори, має велике значення. Деякі дослідження проблем корозії на очисних спорудах стічних вод показують, що такий підхід зменшує втрату матеріалу в цих місцях майже на дві третини. Сучасне покоління електричних занурювальних насосів тепер оснащується датчиками, які відстежують ступінь зношення анодів з часом. Це дає можливість обслуговуючому персоналу знати, коли потрібна заміна, ще до того, як відбудеться несподіваний збій, забезпечуючи таким чином безперебійну та ефективну роботу всієї насосної системи без дорогих простоїв.