Материал: Безопасность жизнедеятельности в экологически неблагоприятных условиях. Суровцев И.С., Борисов Ю.М

В качестве гладкостных покрытий могут использоваться покрытия на основе жидких эпоксидных лакокрасочных материалов, содержащих растворитель.

Наружная коррозия подземных трубопроводов является в настоящее время основной причиной аварий. По виду наружная коррозия трубопроводов бывает сплошной равномерной

иязвенной очаговой. Наибольшую опасность представляет приводящая к сквозным повреждениям (свищам) язвенная очаговая коррозия, скорость которой достигает 1,4-1,8 мм/год.

Наружную коррозию подземных трубопроводов по природе подразделяют на химическую, электрохимическую и электрическую (от блуждающих токов). Химическая коррозия возникает от действия на металл различных газов и жидкостей, поступающих из окружающего грунта через изоляцию к поверхности трубы. Химическая коррозия относится к сплошной коррозии и при ней толщина стенки трубы уменьшаются равномерно.

Электрохимическая коррозия возникает в результате взаимодействия металла, выполняющего роль электродов, с агрессивными растворами грунта, выполняющими роль электролита. Коррозия стали протекает в анодной зоне, где наблюдается выход ионов металла в грунт.

Электрохимическая коррозия имеет в основном характер местной очаговой коррозии,

ипри ней на трубопроводах возникают местные язвы и каверны большой глубины, которые могут развиваться в сквозные отверстия в стенке трубы.

Электрическая коррозия возникает при воздействии на трубопровод электрического тока, движущегося в грунте. В грунт токи попадают в результате утечек из рельсов электрифицированного транспорта – их называют блуждающими.

До начала 90-х годов преобладала тенденция к применению совместной электрохимической защиты всех подземных металлических сооружений в заданной зоне с применением мощных защитных установок. Исследования, проведенные АКХ им. К.Д. Памфилова, показали, что в этих зонах, как правило, протяженность защищенных трубопроводов оказывается минимальной, особенно при канальной прокладке тепловых сетей. Это объясняется значительно меньшим переходным электрическим сопротивлением в сравнении с другими металлическими трубопроводами и связано с отсутствием на трубопроводах электрической изоляции от опорных конструкций (неподвижных и скользящих опор), низким качеством противокоррозионных покрытий или полным их отсутствием и малой «долей» тока защиты тепловых сетей от его общего значения.

Поэтому при проектировании ЭХЗ для тепловых сетей канальной прокладки наиболее целесообразным является применение не совместной, а индивидуальной электрохимической защиты, обеспечивающей необходимые защитные параметры трубопроводов в границах известных или предполагаемых опасных зон.

Одним из основных элементов установок катодной ЭХЗ является конструкция анодного заземления (АЗ), с которого стекает в землю ток защиты, и способ его размещения относительно защищаемого трубопровода. Применявшиеся ранее сосредоточенные анодные заземления (АЗ) в виде забиваемых в землю стальных отрезков труб имели небольшие размеры, значительно меньшие в сравнении с протяженностью защищаемого трубопровода, и низкую эффективность защиты.

Из приведенных исследований установили, что причины отказа трубопроводов возникают из-за неправильного выбора материала труб для конкретных условий строительства

иэксплуатации, класса их прочности согласно фактическим внешним и внутренним нагрузкам, воздействующим на трубопровод, а также из-за несоблюдения технологии производства работ по укладке и монтажу трубопроводов, отсутствия необходимых мер по их защите от агрессивного воздействия внешней и внутренней среды, неправильного выбора типа трубопроводной арматуры и ряда других факторов. Здесь также сказывается и недостаточное финансирование работ по реконструкции действующих коммунальных сетей.

205

загрязнения важная роль принадлежит не только очистке сточных вод в искусственно созданных условиях, но и поддержание нормального состояния таких водоемов, за счет повышения кислорода в воде. Значительная доля эксплуатационных затрат приходится на принудительную аэрацию, как наиболее энергоемкий процесс. Вместе с тем система аэрации продолжает оставаться весьма сложным, недостаточно надежным и сравнительно слабо изученным процессом. Применяемая в настоящее время пневматическая система аэрации с воздуходувными станциями отличается высокой стоимостью, а механическая и пневмомеханическая системы обладают крайне низкой надежностью работы, сложной конструкцией рабочих органов, требуют применения электродвигателей с регулируемой частотой вращения или достаточно надежных редукторов и мотор-редукторов. Струйная система аэрации обладает рядом преимуществ: высокая надежность, относительно малые габаритные размеры, простота конструкции, отсутствие движущихся частей, небольшая стоимость.

Низкая эффективность и малая изученность работы струйной системы аэрации сдерживает широкое внедрение её для насыщения атмосферным кислородом воды водоемов. Нами проведены экспериментальные исследования массопередачи кислорода атмосферного воздуха в воду и эффективности аэрации при использовании фонтанных струй.

В качестве экспериментальной установки применялся аэрационный резервуар с обескислороженной водой размером 0,225 х 0,5 х 1,2 м, насосная установка и различные насадки, расположенные на подающем патрубке. Для обеспечения необходимого напора использовался насос марки PFN 350 (Qmax=350 л/ч, Hmax=70 см) с электродвигателем мощностью 4,5 Вт.

Концентрация растворенного в воде кислорода фиксировалась электрохимическим анализатором АНКАТ 7645, в котором используется амперометрический метод с применением электрохимической ячейки, катод которой поляризуется внешним источником напряжения. Электрохимическая система измерительного устройства изолирована от внешней среды полимерной мембраной. При подаче к электродам электрохимической ячейки поляризационного напряжения катод поляризуется и продифундированный через мембрану кислород, восстанавливается на катоде.

На электродах электрохимической ячейки происходят следующие реакции:

на катоде O2+2H2O+4e- 4OH-, на аноде 2Pb+4OH- 2PbO+2H2O+4e-.

При восстановлении кислорода на катоде гальванического элемента во внешней цепи возникает ток, величина которого пропорциональна концентрации кислорода в анализируемой среде.

Кислородомер АНКАТ 7645 снабжен выносным датчиком, позволяющим снимать показания в любой точке аэрационного резервуара.

Эксперименты проводились с насадками образующими следующие виды струй: одиночная вертикальная, тринадцати-струйная вертикальная, пленочные струи.

Для практического определения растворенного кислорода в воде используют уравнение Фика в следующем виде[1]:

где КLa-объемный коэффициент массопередачи; Сs – концентрация насыщения воды кислородом в условиях проведения эксперимента; С – рабочая концентрация.

Объемный коэффициент массопередачи равен:

где КL- коэффициент массопередачи; f- площадь поверхности контакта фаз; V-объем жидкости. После интегрирования уравнения (1) по времени в пределах от t до t0, и по концентрации растворенного кислорода от С0 до С и его преобразования, объемный коэффициент

массопередачи можно определить по формуле:

207

При обработке экспериментальных данных использовалось уравнение для определения объемного коэффициента массопередачи растворенного кислорода в жидкости в следующем виде:

(4)

где Сs – концентрация насыщения воды кислородом в условиях проведения эксперимента, для данной температуры, мг/л; С1 - концентрация кислорода в начале опыта, мг/л; С2 - концентрация кислорода в конце опыта, мг/л; t1, t2 – время начала и конца опытов, мин.

Окислительная способность аэратора, г/ч, определялась по формуле:

где V – объем резервуара, л.

Поправка на температуру, если она отличалась от 20оС, не вводилась, так как с понижением температуры КLa уменьшается на 2%, но одновременно увеличивается и Сs пример-

но на 2%.

Эффективность струйной аэрации, гО2/Вт.ч, определялась по формуле:

где Р – мощность аэратора, Вт.

Аэрирование жидкости осуществлялось на модельной установке с использованием насадков различной конфигурации. Переход к реальным условиям возможен при применении поправочных коэффициентов. Опыты показали, что насыщение воды кислородом воздуха при пленочном истечении воды из щелевого насадка имеет локальный характер. Размер щелевого отверстия расположенного по периметру насадка, регулировался с помощью специальной резьбы, что позволило изменять вид струй и скорость движения частиц жидкости. При истечении образуется пленка воды в виде полусферы (рис. 1). Струи имеют небольшой радиус разбрызгивания, захватывают пузырьки воздуха и увлекают их в воду непосредственно около насадка. Здесь отчетливо видны движения пузырьков вниз, их равновесное состояние и спиралевидное движение вверх. Как правило, пузырьки образуются одинакового размера диаметром 1-1,5 мм.

При небольших напорах, похожий по конструкции насадок образует струи в виде пленки смещенной в одну стону, что способствует образованию пузырьков различных диаметров (рис. 2). Истечение жидкости происходит не только в виде пленки, но и отрыв струй и отдельных капель, что приводит к образованию пузырьков воздуха в толще жидкости от 1мм до 20 мм в диаметре. Проникновение кислорода происходит как в глубинные слои жид-

208

кости, так и в верхние. Применение такого насадка также весьма ограниченно, в основном в качестве декоративного для небольших водоемов, а также в качестве упрощенной аэрации при обезжелезивании воды.

При использовании конусного насадка, образуется вертикальная струя. При таком аэрировании, в жидкости образуются большое количество крупных пузырьков, с небольшой глубиной проникания. Установлено, что аэрация одной струей малоэффективна, поэтому необходимо использовать в совокупности несколько струй или подавать струю с большим напором, что требует дополнительных затрат на электроэнергию.

Наиболее интересные результаты получены при испытании насадка с двенадцатью отверстиями, расположенными по окружности, и одному в центре (рис. 3). Вода распыливается на мелкие капли, при падении увлекая за собой некоторый объем воздуха. При данном виде аэрации образуются пузырьки разного размера, которые проникают на различную глубину.

При аэрировании жидкости различными видами насадков, установлено, что наиболее эффективным является многоструйный насадок, максимальное значение насыщения воды кислородом, было достигнуто через 1 час работы, при полностью обескислороженной воде при высоте струй от 10 до 45 см (рис. 4). Применение конусного насадка малоэффективно, так как вода была полностью насыщена кислородом, только через два часа работы аэратора. Насыщение воды при использовании щелевого насадка, не было достигнуто после трех часов работы.

Исследование аэрирования жидкости фонтанными струями с применением различных видов насадков показало, что использование пленочных кольцевых насадков малоэффективно и может иметь ограниченную область применения, в основном в качестве декоративных фонтанов для насыщения воды искусственных водоемов, прудов. Преимущество заключается в том, что пузырьки глубоко проникают в воду, насыщая нижние слои воды. Область применения насадка с большим щелевым отверстием также весьма ограниченна, в основном в качестве декоративного для небольших водоемов. Одноструйный насадок может широко применяться, но эффективность насыщения кислородом воды незначительна, при небольших напорах. Наиболее эффективным был многоструйный насадок, область применения которого, может ограничиваться только физическими свойствами жидкости.

Опыты показали, что насыщение воды кислородом воздуха происходит за счет нескольких факторов:

насыщения кислородом образовавшихся капель воды при их движении в воздухе;

растворение пузырьков воздуха при падении капель в воду;

поступление кислорода через свободную поверхность жидкости.

209