傾斜チューブセトラーの崩壊: スラッジ蓄積の 5 つの根本原因とそれを防止する 4 つの解決策

1993 年夏。水需要のピーク。江蘇省にある化学繊維会社の水道施設がブローダウンバルブを修理している。沈殿タンクが空になり -、警告もなく傾斜したチューブが崩壊します。遅いたるみではありません。段階的な変形ではありません。突然の完全な構造的欠陥。研究者らが発見したのは単一の原因ではなく、相互に関連した5つの故障の連鎖だった。排出されるべきだったにもかかわらず排出されなかったスラッジ、長年にわたって腐食したサポート、バルブのオペレーターが回すのを恐れていた、タンクが設計荷重を18%超えていた。この記事では、それぞれの原因と、それ以来入植者を安全に保ってきた 4 つの改造策を明らかにします。

植物、川、そして崩壊

この水道施設は 1991 年 5 月に稼働し、設計容量は25,000 m³/d、江蘇省北部の歴下河地域の主要な海の出口である王崗江-から原水を引いています。原水には、上流の重度の汚染と下流の潮汐による強い影響という 2 つの課題がありました。海水侵入イベント中、NaCl 濃度は以下に達しました。1,000 ～ 10,000 mg/L。年間濁度は 30 ～ 100 NTU の範囲でしたが、短時間の暴風雨時には 700 NTU まで急増しました。-

2 年間、傾斜管沈下装置は大きな事故もなく稼働しました。その後、1993 年の夏、需要のピーク時にオペレーターがブローダウン バルブを修理するためにタンクの水を抜きました。-蓄積したスラッジを積んで腐食した鋼鉄 - で支えられた管 - が崩壊しました。

1. 傾斜管にスラッジが溜まる理由

適切に装填された傾斜チューブでは、目に見える透明な-界面の濁りフォーム。その上には、ほとんどのフロックが分離された浄化された水があります。その下には沈降が妨げられた懸濁ゾーンがあります。-フロックが衝突し、より細かい粒子と結合し、大きくて緻密な凝集体に成長し、チューブの下部表面に沈降し、重力によってスラッジゾーンに滑り落ちます。

しかし、チューブ内の上昇速度が上昇すると -、過負荷運転または流れの不均衡によるものであるかにかかわらず -、このバランスは崩れます。沈降するはずのフロックは、代わりに透明な水域へと上向きに運ばれます。その後、彼らは落ち着きますチューブの上に、オペレータがチューブの出口から立ち上る「キノコ雲」と表現するスラッジの蓄積を形成します。過負荷が大きくなるほど、上層のスラッジは厚くなります。-

さらに複雑な問題があります。傾斜したチューブ内の流れは理想的な層流ではありません。それは液体と固体の二相流-水より密度の高い - 粒子は自重で沈降し、相間に相対運動を引き起こします。非常に小さな渦がフロック粒子の背後の後流領域に形成され、その脈動が沈降場を乱します。結果: 現実世界の沈降効率は層流の仮定の予測より低く、「通常の」操作でもチューブ内にスラッジが蓄積します。-

2. 崩壊の 5 つの根本原因

2.1 スラッジ排出量 - が少なすぎる、遅すぎる

標準的な慣行では汚泥の排出が必要ですシフトごとに 2 回- 4 時間ごと - は、原水の濁度が上昇するか生産量が増加する場合、頻度と期間が増加します。事故後の検査により、汚泥がすでに配水ゾーンからチューブ自体に侵入していることが判明しました（図 1 を参照）。濁度の上昇に合わせて放流スケジュールが調整されていなかった。スラッジは徐々に堆積し、約チューブの上から10cm- は、サポート システムが耐えられるように設計されていない重量です。

2.2 定期的なフラッシングやタンクの定期的な空捨ては行わない

工場独自の規制は明確でした。つまり、チューブの上部にスラッジや綿毛のような藻が現れた場合は、チューブの下を排水して表面を露出させ、高圧水鉄砲で瞬間的に洗浄します。-60度の角度チューブに。日光が豊富な沿岸地域では、チューブ上の藻類の成長が急速です。- 作業員はタンクに入り、手動で藻類を除去し、繰り返し洗浄し、ブローダウンバルブを開いて破片を排出する必要があります。 3 か月ごとにタンクを完全に空にし、チューブを部分的に取り外し、スラッジゾーンを検査してきれいにかき混ぜる必要があります。穴あき汚泥管を塞いでいる小魚や木のブロックなどの破片を取り除く必要があります。これらの手順は一貫して守られていませんでした。

2.3 不適切なバルブ - の労働力が操業を妨げた

純正のブローダウンバルブは、普通の低圧ゲートバルブ、Dg200 mm。各排出サイクルでは、オペレーターが各バルブを回転させる必要がありました。70ターン以上- と 1 サイクルあたり 4 つのそのようなバルブ。肉体的な努力は相当なものでした。時間の経過とともに、オペレーターのバルブの開きが不十分になり、スラッジの排出が慢性的に不完全になりました。設計段階では些細な点に見えたバルブの仕様が、崩壊の根本原因となりました。-

2.4 チェックされずに腐食したサポートシステム

オリジナルのチューブサポートシステムは最小限でした。8 m × 7 m沈降タンクでは、タンクの端に埋め込まれた鉄アンカーが 2 つだけあり、Dg16 mm の丸鋼棒と 250 mm 間隔で締め付けられたターンバックルが付いています。海水の侵入中、高塩化物環境により丸鋼の腐食が促進されました。定期的な防食処理のみが適用されました。-年次検査や交換スケジュールはありません。-タンクが水でいっぱいになると、浮力がスラッジの負荷を部分的に相殺します。バルブの修理のためにタンクを空にすると、スラッジを積んだチューブの全重量が腐食したサポートに伝わり、チューブが故障しました。{8}

2.5 過負荷操作 - 18% が設計を超えており、フロックは対応できませんでした

夏の需要により、工場は設計容量の 118%。グリッド凝集タンクでは、流速が上昇したため、大きくて緻密なフロック - の形成が困難になり、以前に形成されたフロックさえもバラバラになってしまいました。作業員は、理論が予測していることを正確に観察しました。つまり、チューブ内の高い上昇速度によりフロックが透明な水域に押し流され、そこでフロックがチューブの上部に 10 cm を超える層で再沈着しました。-その間、チューブ自体は下からスラッジで満たされました。上部{7}}と-の荷重の合計が、支持構造の残りを圧倒しました。

3. 4 つの改修対策

3.1 素早く開くブローダウンバルブ-

通常の低圧ゲートバルブは、-手動レバー-式クイックオープンブローダウンバルブ-。かつては 70 回転以上必要だったのが、今ではレバーを 1 回投げるだけで完了します。労働力が劇的に減少したことにより、オペレーターはスラッジ排出を行うことをためらわなくなりました-。排出時にはバルブが全開になりました。多孔管からの汚泥排出効率が即座に向上しました。

3.2 汚泥パイプの上で撹拌される高圧水-

A Dg40 mm-高圧水道管穴あき汚泥管の 30 cm 上に設置しました (図 2 を参照)。各汚泥を排出する前に、高圧水を多孔パイプの軸に沿って 90 度の角度で 2 分間噴射し、沈殿した汚泥を撹拌します。-この簡易的な補助撹拌装置により、汚泥の硬化や圧縮が防止され、下流への排出が大幅に効率化されます。

3.3 過負荷の禁止と清掃規律の強制

過負荷操作は禁止されました - グリッド凝集タンク内の反応条件を維持し、チューブ内の上昇速度を設計範囲内に維持するためのガイドラインではなく、厳格なルール - です。同時に、拘束力のある清掃スケジュールが制定されました。チューブの表面は少なくとも毎月洗浄し、タンクを完全に空にし、四半期ごとに検査します。例外はありません。

3.4 テンションロッドによるチューブサポートの強化

単純なテンション ロッドが元のサポート システムに追加され (図 2 を参照)、チューブ アセンブリの重量の一部が収集トラフに伝達されます。これにより、荷重経路 - が分散され、これまで 2 つの埋め込みアンカーによって完全に運ばれていたものと、腐食した丸鋼が複数の構造要素にわたって共有されるようになりました。

2 年後: データが語ること

これら 4 つの対策は現在、ほぼ 2 年間、何の問題もなく運用されています。この改装では、入植者を再設計したり、主要な機器を交換したりする必要はありませんでした-。運用規律、バルブ人間工学、スラッジ管理、構造的冗長性。教訓は単純ですが、設計や試運転中に見落とされがちです。

1. 汚泥排出ハードウェアが重要です。バルブが開くのに 70 回転かかる場合、オペレーターは最終的にバルブを完全に開くことができなくなります。素早い開閉バルブは-贅沢品ではありません - 運用上の必需品です。

2. サポートシステムは沿岸環境では腐食します。海水の侵入は、塩化物濃度が 1,000 ～ 10,000 mg/L に達することを意味します。丸鋼と埋め込み鉄は年に一度の検査が必要であり、定期的な防食コーティングだけでは十分ではない交換予算がかかります。-

3. 過負荷はさらに悪化します。設計値を 18% 上回る速度で動作させると、上昇速度が上昇し、フロックが破壊され、チューブ上部にスラッジが堆積し、すでに応力がかかっているサポートへの死荷重が増加します。-それは 1 つの問題ではなく、- 1 つの決定によって引き起こされる 4 つの問題です。

4. スラッジの蓄積は予測可能です。透明な混濁界面モデルは、スラッジがいつ、どこに堆積するかを示します。{0}オペレーターがチューブから上昇する「キノコ雲」を確認した場合は、上昇速度が高すぎます。- 負荷を減らすか、スラッジの排出を増やします。上層のスラッジが 10 cm に達するまで待たないでください。-

5. 定期的な清掃は、崩壊するよりも安価です。月に一度の表面清掃と四半期に一度のタンクの空の作業は負担に感じるかもしれません -。しかし、崩れたチューブ アセンブリの交換とそれに伴うダウンタイムにははるかに多くの費用がかかります。