Мероприятия по борьбе с газовой коррозией коллекторов городской водоотводящей сети

При эксплуатации в надводной части водоотводящих коллекторов скапливаются выделяющиеся из сточных вод пары воды и вредные газы, которые затрудняют эксплуатацию сетей и могут создать аварийные ситуации.

Состав газовой среды водоотводящих коллекторов некоторых крупных городов РФ и ближнего зарубежья приведен в табл. 5.8 [25,26].

Таблица 5.8

Состав газовой среды водоотводящих коллекторов крупных городов

Город

Концентрация газов

НгЭ,

мг/л

С02,%

сн4,

%

СО,

мг/л

МНз,

мг/л

Углеводороды нефти, мг/л

Москва

0-0,05

0-1,0

0-0,9

0-0,05

Следы

0-1,5

С.-Петербург

0-0,08

0-2,0

0-5,3

0-0,04

0

0-1,0

Киев

0,06

0-3,0

0-5,5

0-0,14

0-0,025

0-1,0

Минск

0-0,03

0-1,1

0-1,0

0-0,002

0-0,002

0-0,9

Егорьевск

0-0,3

0-0,75

0-1,0

0-0,025

0

0-0,15

Харьков

0-0,28

0-2,5

0-3,0

0-0,08

0-0,005

ПДК газов в рабочей зоне

0,01

0,05

2

0,02

0,02

0,03

Если в сточной воде имеется избыточный агрессивный диоксид углерода СО2, то при его химическом взаимодействии с гидроксидом кальция Са(ОН)г сначала образуется малорастворимый в воде углекислый кальций СаСОз, окисляющийся затем до легкорастворимого двууглекислого кальция Са(НСОз)2- Растворение двууглекислого кальция приводит к разрушению (коррозии) бетона.

Присутствие в водоотводящих коллекторах углеводородных и метановых газов при окислении кислородом воздуха может вызвать самовозгорание и взрыв.

Степень коррозионной активности сточных вод зависит от концентрации компонентов сточных вод, значения которых представлены в табл. 5.9.

Таблица 5.9

Степень коррозионной активности [10]

Показатели, мг/л

Слабая

Сильная

Очень сильная

pH

Углекислота (СОг) Аммиак (1ЧН4+)

Ион магния (Мдг+) Сульфаты (Э042+)

  • 6,5-5,5
  • 15-40
  • 15-30
  • 300-1000
  • 200-600

Менее 5,5 до 4,5

От 40 до 100

От 30 до 60

От 1000 до 3000

От 600 до 3000

Менее 4,5

Более 100

Более 60

Более 3000

Более 3000

Анализ показывает, что 70% аварий на городских водоотводящих коллекторах происходит из-за газовой сульфатной коррозии и 30% — из-за нарушения механической прочности. Основным агентом коррозии является сероводород Н28. Он растворяется в воде, конденсирующейся на сводах трубопроводов, не омываемых сточными водами, и проникает в поры бетона. В конденсате, образовавшемся на стенках коллектора, происходит биохимическое окисление сероводорода кислородом воздуха. При этом происходит реакция

28 + 02 = 28 + 2Н20.

Сера, образовавшаяся в процессе биохимического окисления, окисляется в серную кислоту по реакции

28 + 302 + 2Н20 = 2Н2804.

Воздействие на бетон серной кислоты вызывает образование сульфата кальция (гипса) и сульфаталюминия кальция, увеличивающихся в объеме по сравнению с гидроксидом кальция (являющимся составной частью цемента) соответственно в 2 и 22,5 раза. Значительное расширение, вызываемое этими соединениями, приводит к растрескиванию и разрушению бетонных конструкций водоотводящих сетей.

На концентрацию сероводорода в газовой среде коллектора влияет температура сточной воды, ее состав, время транспортирования и гидравлические параметры потока сточных вод. Установлено, что повышение концентрации сероводорода чаще всего происходит в местах подключения к самотечной сети напорных трубопроводов, после дюкеров, в местах повышенной турбулентности потока (перепады, резкие изменения скоростей, слияние нескольких ПОТОКОВ И Т.Д.).

Для борьбы с газовой коррозией необходимо организовать контроль за газовым состоянием коллекторов водоотводящей сети. Для получения достоверных результатов количество замеров в каждой точке должно быть не менее 30. Если полученная среднеарифметическая величина концентрации газа в исследуемой точке (колодце) всей серии замеров будет равна или больше его ПДК, то данная точка считается коррозионно-опасной.

По результатам обработки данных составляют карту загазованности обследованной водоотводящей сети.

Прогнозировать возникновение коррозии можно по индексу Помероу, определяемому уравнением [27]

„ ЗБПК5-1,07-20> и

II А ’

J2.QЗ А

где Z — индекс, характеризующий вероятностную скорость возникновения коррозии (табл. 5.10); БПК5 — биохимическая потребность сточных вод в кислороде, получены в лабораторных условиях при 20°С, мг/л; Т — температура сточных вод, °С; J — уклон трубопровода; (2 — расход сточных вод, л/с; и/Ь,— отношение смоченного периметра трубопровода к ширине водного зеркала; для наполнения 0,5/) отношение и/Ь, = к/2.

Таблица 5.10

Вероятность возникновения и скорость коррозии в зависимости от величины индекса в уравнении Помероу

Индекс, г

Ожидаемые параметры

Менее 5000

Сульфиды могут быть в очень низких концентрациях

5000-7500

Максимальная концентрация сульфидов может составить 0,1 мг/л. Легкая агрессивность, увеличение агрессивности при увеличении турбулентности потока. Скорость коррозии в пределах 0,1 мм/год

7500-10 000

Сульфиды в высоких концентрациях, появление запаха

10 000-15 000

Количество сульфидов и запах увеличиваются. Быстро прогрессирующая коррозия. Скорость коррозии в пределах 1 мм/год

Более 15 000

Растворимые сульфиды присутствуют постоянно. Бетонные трубы небольших диаметров могут быть разрушены за 5-10 лет. Скорость коррозии 2 мм/год и более

Следует подчеркнуть, что индекс Zтoлькo указывает на возможность сульфидной коррозии. Так как концентрация сульфидов зависит от продолжительности пребывания сточных вод в трубопроводе, то количество сульфидов, которое продуцируется в течении 1 ч в сточной воде, можно определить по формуле [27]

^—1 =0,32-10_3 ЭБПКз/С1

СІ,

-0,64(/у)8~

Г-Т'

Ц)т

где —---скорость образования сульфидов за 1 ч, мг/л; Я— гид-

с1,

равлический радиус (со/х), м; V — средняя скорость течения

сточных вод, м/с; наполнение трубопровода в точке т

а

ЭБПК5 = БПКз 1,07(Г-20) — эффективная БПК5.

В табл. 5.11 приведены значения ЭБПК, вычисленные для сточных вод с различной температурой.

Таблица 5.11

Значение ЭБПК сточных вод

Температура,°С

Коэффициент

ЭБПК (при БПК5 = 350 мг/л)

17

0,816

286

18

0,873

306

19

0,935

327

20

1,000

350

21

1,070

375

22

1,145

401

23

1,225

429

Среднюю скорость коррозии (мм/год) ориентировочно можно также рассчитать по уравнению, предложенному Помероу [27]:

/

А

У = 11,5/: 4 Хг,

где к — корректирующий коэффициент, зависящий от климатических условий: для умеренного (европейского) климата может быть принят равным 0,8; А — щелочность бетона, выраженная как эквивалент СаССЬ: для бетонных труб с кварцевым заполнителем в среднем составляет 16 %, для асбестоцементных труб, у которых щелочность 50%, и труб с большей

- Ь

щелочностью формула неприменима; Д = 0,7(Уу)8 гБ — — степень превращения сульфидов в газовой фазе в серную кислоту на поверхности стенок трубопровода; / — коэффициент, зависящий от pH и показывающий, какая часть сероводорода переходит в растворимые сульфиды (табл. 5.12); ^ — общая концентрация растворимых сульфидов, мг/л.

Таблица 5.12

Значения коэффициента /' в зависимости от величины pH

pH

Часть H2S, %

/

pH

Часть H2S, %

/

6,0

91

0,91

7,4

28

0,28

6,6

72

0,72

7,6

20

0,2

6,8

61

0,61

7,8

14

0,14

7,0

50

0,50

8,0

9

0,09

7,2

39

0,39

Через некоторое время за счет потери сульфидов из системы концентрация сульфидов в сточной воде стабилизируется по уравнению [27]

с 0,5 • 10_3ЭБПК5 U

^ lim — ^ — •

(Л-)« ь

Концентрацию сульфидов (мг/л) в конце напорного трубопровода определяют по формуле [27]

С = 0,01312Г(ЭБПК5)( 12/D + 0,12)+ Со,

где /— время движения сточной воды по трубопроводу, мин; D — диаметр трубопровода, см; Со — концентрация сульфидов в сточной воде в начале напорного трубопровода, мг/л.

Повышение долговечности водоотводящих коллекторов может быть обеспечена:

  • • контролем за качеством сточных вод;
  • • использованием коррозионно-стойких конструкционных материалов;
  • • вентиляцией сети.

Одним из приемов, препятствующих окислению сероводорода в серную кислоту, является орошение свода трубопровода сточной водой при работе коллектора полным сечением в течение непродолжительного времени. Примеры таких устройств показаны на рис. 5.5.

Для искусственной вентиляции следует предусматривать устройство дегазационных камер с вытяжными шахтами в местах подключения напорных трубопроводов к самотечным, в местах перехода самотечного режима в напорно-самотечный и в

Устройства для периодического автоматического смывания кислот

Рис. 5.5. Устройства для периодического автоматического смывания кислот

с поверхности свода трубопровода.

нижних камерах дюкеров. Устройство вытяжных устройств обязательно в верхних камерах дюкеров, перед насосными станциями, в местах резкого изменения скоростей и в перепадных колодцах.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >