انهيار مستوطن الأنبوب المائل: 5 أسباب جذرية لتراكم الحمأة والإصلاحات الأربعة التي حالت دون ذلك

صيف 1993. ذروة الطلب على المياه. تقوم محطات المياه التابعة لشركة الألياف الكيماوية في جيانغسو بإصلاح صمام التصريف. يتم إفراغ خزان الترسيب - وبدون سابق إنذار تنهار الأنابيب المائلة. ليس تبلد بطيء. ليس تشوه تدريجي. فشل هيكلي مفاجئ وكامل. ما وجده المحققون لم يكن سببًا واحدًا، بل سلسلة من خمسة إخفاقات مترابطة: الحمأة التي كان من المفترض أن يتم تفريغها ولكن لم يتم ذلك، والدعامات التي تآكلت لسنوات، ومشغلو الصمامات الذين يخشون الدوران، ودفع الخزان بنسبة 18٪ عن حمله التصميمي. توضح هذه المقالة كل سبب وإجراءات التحديث الأربعة التي أبقت المستوطن آمنًا منذ ذلك الحين.

المصنع والنهر والانهيار

تم تشغيل محطات المياه في مايو 1991 بسعة تصميمية قدرها25,000 m³/d، تسحب المياه الخام من نهر وانغقانغ - المنفذ البحري الرئيسي في منطقة ليكسياهي شمال جيانغسو. تمثل المياه الخام تحديين: التلوث الشديد عند المنبع وتأثير المد والجزر القوي في اتجاه مجرى النهر. خلال أحداث تسرب مياه البحر، وصلت تركيزات كلوريد الصوديوم1000-10000 ملغم/لتر. وتراوحت نسبة التعكر السنوية بين 30 إلى 100 وحدة دولية، وترتفع إلى 700 وحدة دولية أثناء العواصف الممطرة قصيرة المدة.

لمدة عامين، تم تشغيل مستوطن الأنبوب المائل دون وقوع حوادث كبيرة. ثم، في صيف عام 1993، خلال فترة ذروة الطلب، قام المشغلون بتصريف الخزان لإصلاح صمام التصريف. انهارت الأنابيب - المحملة بالحمأة المتراكمة والمدعومة بالفولاذ المتآكل.

1. لماذا تتراكم الحمأة في الأنابيب المائلة؟

في أنبوب مائل محمل بشكل صحيح، مرئيةواجهة واضحة عكرةأشكال. وفوقها مياه صافية انفصلت عنها معظم الكتل. يوجد أسفلها منطقة تعليق في حالة تعيق الترسيب - تتصادم الكتل وتربط الجزيئات الدقيقة وتنمو لتشكل مجاميع كبيرة وكثيفة تستقر على سطح الأنبوب السفلي وتنزلق إلى الأسفل بفعل الجاذبية في منطقة الحمأة.

ولكن عندما ترتفع السرعة التصاعدية في الأنابيب – سواء بسبب التحميل الزائد أو سوء توزيع التدفق – ينهار هذا التوازن. بدلاً من ذلك، يتم نقل الكتل التي يجب أن تستقر إلى الأعلى إلى منطقة المياه الصافية. ثم يستقرونعلى رأس الأنابيبمما يشكل تراكمات من الحمأة يصفها المشغلون بأنها "سحب فطرية" تتصاعد من منافذ الأنبوب. كلما زاد الحمل الزائد، أصبحت حمأة الطبقة العليا أكثر سمكًا.

هناك تعقيد آخر. التدفق داخل الأنابيب المائلة ليس صفحيًا مثاليًا. إنه أالتدفق السائل-الصلب على مرحلتين- تستقر الجسيمات الأكثر كثافة من الماء تحت وزنها، مما يخلق حركة نسبية بين المراحل. تتشكل دوامات صغيرة للغاية في منطقة الاستيقاظ خلف جزيئات الكتلة، ويؤدي نبضها إلى إزعاج مجال الترسيب. والنتيجة: كفاءة الترسيب في العالم الحقيقي أقل مما يتنبأ به افتراض التدفق الصفحي، وتتراكم الحمأة داخل الأنابيب حتى في ظل التشغيل "العادي".

2. الأسباب الجذرية الخمسة للانهيار

2.1 تصريف الحمأة - قليل جدًا ومتأخر جدًا

الممارسة القياسية تدعو إلى تصريف الحمأةمرتين لكل وردية- كل 4 ساعات - مع زيادة التكرار والمدة عند ارتفاع تعكر المياه الخام أو زيادة الإنتاج. كشف التفتيش بعد الحادث عن أن الحمأة قد تسللت بالفعل من منطقة توزيع المياه إلى الأنابيب نفسها (انظر الشكل 1). لم يتم تعديل جدول التفريغ ليتناسب مع التعكر المتزايد. وتراكمت الحمأة تدريجياً حتى وصلت إلى عمق تقريبي10 سم فوق الأنابيب- ثقل ثقيل لم يكن نظام الدعم مصممًا لتحمله مطلقًا.

2.2 لا يوجد تنظيف منتظم، لا يوجد تفريغ دوري للخزان

كانت لوائح المصنع واضحة: عند ظهور الحمأة أو الطحالب الرقيقة على قمم الأنابيب، يتم تصريفها أسفل الأنابيب، وكشف الأسطح، والتنظيف باستخدام مسدس ماء عالي الضغط عندزاوية 60 درجةإلى الأنابيب. في المناطق الساحلية ذات ضوء الشمس الوافر، يكون نمو الطحالب على الأنابيب سريعًا - يجب على العمال دخول الخزان، وإزالة الطحالب يدويًا، وشطفها بشكل متكرر، وفتح صمامات التصريف لتصريف الحطام. كل ثلاثة أشهر، يجب تفريغ الخزان بالكامل، وإزالة الأنابيب جزئيًا، وفحص منطقة الحمأة وتقليبها نظيفًا. يجب إزالة الحطام مثل الأسماك الصغيرة والكتل الخشبية التي تسد أنابيب الحمأة المثقبة. ولم يتم اتباع هذه الإجراءات باستمرار.

2.3 الصمامات الخاطئة - كثافة اليد العاملة التي تثبط التشغيل

كانت صمامات النفخ الأصليةصمامات بوابة الضغط المنخفض العادية، Dg200 مم. تتطلب كل دورة تفريغ من المشغل أن يقوم بتدوير كل صمامأكثر من سبعين دورة- وأربعة صمامات من هذا القبيل في كل دورة. وكان المجهود البدني كبيراً. مع مرور الوقت، لم يفتح المشغلون الصمامات بشكل كافٍ، وكان تصريف الحمأة غير مكتمل بشكل مزمن. أصبحت مواصفات الصمام، وهي تفاصيل تبدو بسيطة في مرحلة التصميم، السبب الجذري للانهيار.

2.4 نظام الدعم الذي يتآكل دون رادع

كان نظام دعم الأنبوب الأصلي في حده الأدنى: في8 m × 7 mخزان الترسيب، مزود بمثبتين حديديين فقط مدمجين عند حواف الخزان، مع قضبان فولاذية مستديرة بقطر 16 مم وشدادات مشدودة على فترات 250 مم. أثناء تسرب مياه البحر، أدت بيئة الكلوريد العالية إلى تسريع تآكل الفولاذ المستدير. تم تطبيق العلاج الروتيني المضاد للتآكل فقط - بدون فحص سنوي، ولا يوجد جدول زمني للاستبدال. عندما كان الخزان مملوءًا بالماء، كان الطفو يعوض جزئيًا حمولة الحمأة. عندما تم إفراغ الخزان لإصلاح الصمام، انتقل الوزن الكامل للأنابيب المحملة بالحمأة إلى الدعامات المتآكلة، وفشلت.

2.5 عملية التحميل الزائد - 18% خارج التصميم، ولم تتمكن الكتل من التعامل معها

دفع الطلب في الصيف المصنع للعمل فيه118% من القدرة التصميمية. في خزان التلبد الشبكي، جعلت سرعة التدفق المرتفعة من الصعب تشكيل كتل كبيرة وكثيفة - وحتى الكتل التي تم تشكيلها مسبقًا تتفكك. لاحظ المشغلون بالضبط ما تنبأت به النظرية: أدت السرعة الصعودية العالية في الأنابيب إلى دفع الكتل إلى منطقة المياه الصافية، حيث استقرت مرة أخرى على قمم الأنابيب في طبقات تتجاوز 10 سم. وفي الوقت نفسه، تمتلئ الأنابيب نفسها بالحمأة من الأسفل. طغى التحميل العلوي والسفلي المدمج على ما تبقى من هيكل الدعم.

3. التدابير التحديثية الأربعة

3.1 صمامات النفخ سريعة الفتح

تم استبدال صمامات بوابة الضغط المنخفض العادية بـصمامات التفريغ سريعة الفتح من نوع الرافعة التي يتم تشغيلها يدويًا. ما كان يتطلب في السابق أكثر من سبعين دورة يتطلب الآن رمية رافعة واحدة. ويعني الانخفاض الكبير في كثافة اليد العاملة أن المشغلين لم يعودوا مترددين في تنفيذ عملية تفريغ الحمأة - وعندما فعلوا ذلك، فتحت الصمامات بالكامل. تم تحسين كفاءة تصريف الحمأة من الأنابيب المثقبة على الفور.

3.2 تحريك الماء عالي الضغط فوق أنابيب الحمأة

A أنابيب المياه ذات الضغط العالي Dg40 ممتم تركيبه على ارتفاع 30 سم فوق أنابيب الحمأة المثقبة (انظر الشكل 2). قبل كل تصريف للحمأة، يتم توجيه الماء عالي الضغط بزاوية 90 درجة على طول محور الأنابيب المثقبة لمدة دقيقتين لتحريك الحمأة المستقرة. جهاز التحريك المساعد البسيط هذا يمنع تصلب الحمأة وضغطها، مما يجعل التفريغ في اتجاه مجرى النهر أكثر فعالية بشكل ملحوظ.

3.3 حظر التحميل الزائد وانضباط التنظيف القسري

تم حظر عملية التحميل الزائد - وهي قاعدة صارمة وليست توجيهية - للحفاظ على ظروف التفاعل في خزان التلبد الشبكي والحفاظ على السرعات التصاعدية في الأنابيب ضمن غلاف التصميم الخاص بها. في الوقت نفسه، تم وضع جدول تنظيف ملزم:يتم تنظيف أسطح الأنابيب شهريًا على الأقل، ويتم تفريغ الخزان بالكامل وفحصه كل ثلاثة أشهر. لا استثناءات.

3.4 دعامات الأنبوب المعززة بقضبان الشد

تمت إضافة قضبان شد بسيطة إلى نظام الدعم الأصلي (انظر الشكل 2)، لنقل جزء من وزن مجموعة الأنبوب إلى أحواض التجميع. أدى هذا إلى توزيع مسار الحمولة - ما تم حمله بالكامل بواسطة اثنين من المراسي المدمجة والفولاذ الدائري المتآكل تم الآن تقاسمه عبر عناصر هيكلية متعددة.

بعد عامين: ماذا تقول البيانات؟

وقد تم تطبيق هذه التدابير الأربعة منذ ما يقرب من عامين دون وقوع أي حادث. لم يتطلب التعديل التحديثي إعادة تصميم المستوطن أو استبدال المعدات الرئيسية - بل تم تناولهالانضباط التشغيلي، وبيئة عمل الصمامات، وإدارة الحمأة، والتكرار الهيكلي. الدروس واضحة ولكن من السهل التغاضي عنها أثناء التصميم والتشغيل:

1. أجهزة تصريف الحمأة مهمة.إذا استغرق الصمام سبعين دورة لفتحه، فسيقوم المشغلون في النهاية بفتحه بشكل أقل من الكامل. إن الصمامات سريعة الفتح ليست ترفًا، بل هي ضرورة تشغيلية.

2. تتآكل أنظمة الدعم في البيئات الساحلية.ويعني تسرب مياه البحر أن مستويات الكلوريد تصل إلى 1000-10000 ملغم/لتر. يتطلب الفولاذ المستدير والحديد المدمج فحصًا سنويًا وميزانية بديلة، فالطلاء الروتيني المضاد للتآكل وحده لا يكفي.

3. الحمل الزائد له تأثير مضاعف.يؤدي التشغيل بنسبة 18% أعلى من التصميم إلى زيادة السرعة التصاعدية، وتكسير الكتل، وترسيب الحمأة على قمم الأنابيب، وزيادة الحمل الميت على الدعامات المجهدة بالفعل. إنها ليست مشكلة واحدة، بل هي أربع مشاكل ناجمة عن قرار واحد.

4. تراكم الحمأة يمكن التنبؤ به.يخبرك نموذج الواجهة العكرة الواضحة بموعد ومكان إيداع الحمأة. إذا رأى المشغلون "سحب الفطر" تتصاعد من الأنابيب، فإن السرعة التصاعدية تكون عالية جدًا - مما يؤدي إلى تقليل الحمل أو زيادة تصريف الحمأة. لا تنتظر حتى تصل حمأة الطبقة العليا إلى 10 سم.

5. التنظيف الروتيني أرخص من الانهيار.قد يبدو تنظيف السطح شهريًا وإفراغ الخزان ربع سنوي بمثابة عبئًا - ولكن استبدال مجموعة الأنابيب المنهارة ووقت التوقف المرتبط بها يكلف أكثر بكثير.