Cách chọn vật liệu xây dựng cho thiết bị xử lý nước thải công nghiệp

Giới thiệu

Người mua thường hỏi liệu một hệ thống nước thải nên được làm từ PP, FRP, thép không gỉ hay “vật liệu chống ăn mòn.” Câu hỏi này là hợp lý, nhưng câu trả lời không thể chỉ dựa vào tên vật liệu. Một bồn chứa hoạt động tốt cho dòng rửa có nhiệt độ môi trường loãng có thể không phù hợp cho dung dịch làm sạch nóng, dung dịch cô đặc chứa nhiều clo, dòng chất oxy hóa, bình chân không, nền kết cấu, hoặc thiết bị tiếp xúc với ánh nắng ngoài trời và va chạm cơ học.

Vì vậy, việc lựa chọn vật liệu là một bài tập kỹ thuật, không phải là sở thích thị giác. Mọi thứ bắt đầu từ việc thiết bị thực sự nhìn thấy gì trong quá trình vận hành bình thường, làm sạch, điều kiện bất ổn, lưu trữ và tắt máy. Nó cũng cần phân biệt giữa các thành phần quy trình ướt và các thành phần kết cấu hoặc bên ngoài. Một hệ thống có thể sử dụng đúng nhiều vật liệu: bồn hóa học nhiệt dẻo, phụ kiện không gỉ nếu cần thiết, thép lót cho bình kết cấu, và các loại elastomer được chọn cho gioăng và phớt bơm.

Hướng dẫn này cung cấp cách thực tế để đưa ra quyết định trước khi yêu cầu báo giá. Nó không thay thế việc đánh giá tính tương thích của nhà cung cấp, dữ liệu hóa chất, tiêu chuẩn liên quan hoặc đánh giá rủi ro cụ thể tại địa điểm.

Bắt đầu với điều kiện dịch vụ, không phải tên vật chất

Trước khi so sánh vật liệu, hãy lập một bảng điều kiện dịch vụ đơn giản cho từng thiết bị quan trọng: bể cân bằng, bể phản ứng, ống dẫn, bơm, van, vỏ lọc, hệ thống màng, bộ phận tiếp xúc của thiết bị bay hơi, ống dẫn, bồn chứa, hoặc bình chứa hóa chất.

Bảng này nên bao gồm:

• tên hóa chất, nồng độ và các chất gây ô nhiễm dự kiến;
• nhiệt độ bình thường, tối thiểu và tối đa;
• áp suất bình thường và tối đa, điều kiện chân không và biến động;
• pH phạm vi, độ mặn, clorua, điều kiện oxi hóa hoặc khử, và dung môi khi có liên quan;
• chất rắn, tinh thể, hạt mài mòn, bùn thải, và quy trình làm sạch;
• lưu lượng, vận tốc, tần suất lô hàng, và thời gian lưu trú dự kiến;
• thuộc môi trường trong nhà hay ngoài trời, tia UV, thời tiết, và nhiệt độ môi trường;
• tải trọng kết cấu, bố trí hỗ trợ, nâng, nền tảng tiếp cận, và khả năng bảo trì;
• những gì xảy ra trong trường hợp tràn, kết nối sai, hoặc gián đoạn tạm thời.

Điều quan trọng là phải ghi lại tên hóa chất thay vì chỉ pH. Hai dòng chảy có thể đều có tính axit nhưng lại đặt những yêu cầu rất khác nhau đối với vật liệu do tiềm năng oxy hóa, halogen hóa, hàm lượng dung môi, nhiệt độ hoặc nồng độ. Tương tự, một tuyên bố như “nước thải kiềm” là không đủ khi thiết bị cũng sẽ tiếp xúc với chất tẩy rửa, chất tạo phức, muối, nhiệt độ, hoặc quá trình khử trùng định kỳ.

Các Nhóm Vật Liệu Thường Gặp trong Xử Lý Nước Công Nghiệp

Các vật liệu dưới đây thường được sử dụng trong công nghiệp. Việc đưa chúng vào đây không phải là tuyên bố về khả năng tương thích tổng thể; cấp độ thực tế, phương pháp chế tạo, giới hạn hoạt động và dịch vụ hóa chất phải được xác nhận cho từng dự án.

Polypropylene (PP)

PP thường được sử dụng cho các bồn tiếp xúc hóa chất, ống dẫn, hệ thống ống dẫn, bộ phận lọc và thiết bị xử lý nước thải chế tạo vì nó có thể mang lại khả năng chống chịu hữu ích đối với nhiều dịch vụ hóa chất trong nước và thực tế để chế tạo thành các hình dạng tùy chỉnh. Nó thường được xem xét cho các bể phản ứng, bể định lượng, thiết bị trung hòa và một số ứng dụng đường ống được chọn lọc.

Tuy nhiên, PP không phải là cách tắt để tránh đánh giá dịch vụ. Nhiệt độ, tải cơ học, thiết kế giá đỡ, phơi nhiễm tia UV, tiếp xúc với dung môi, nồng độ ứng suất và chất lượng gia công đều rất quan trọng. Một bồn PP lớn cần được gia cố phù hợp, hỗ trợ, thiết kế tràn, các điều kiện tiếp cận và xem xét liệu có dự kiến tải ngoài hay điều kiện chân không. Việc lựa chọn nên ghi rõ cấp độ và cơ sở thiết kế thay vì chỉ dừng lại ở "bồn PP."

Nhựa gia cường sợi thủy tinh (FRP)

FRP có thể cung cấp độ bền kết cấu và được sử dụng cho bồn, ống, ống dẫn, nắp, và các thiết bị chế tạo lớn hơn. Khả năng chịu hóa chất của nó phụ thuộc nhiều vào hệ thống nhựa, vật liệu gia cố, lớp lót hoặc lớp chống ăn mòn, phương pháp sản xuất, nhiệt độ, và môi trường quá trình thực tế. “FRP” mô tả một nhóm các cấu trúc, không phải một cấp chống ăn mòn duy nhất.

Đối với thiết bị xử lý nước thải, hãy hỏi loại nhựa và khái niệm lớp lót được đề xuất, điều kiện hóa chất và nhiệt độ mà nó dự định xử lý, cách các ống phun và các lỗ xuyên được gia cố, và cách kiểm tra hoặc sửa chữa sẽ được thực hiện. Nếu thiết bị sẽ trải qua chân không, mức nước dao động, tiếp xúc ngoài trời, hoặc chịu tải kết cấu đáng kể, những điều kiện đó nên là một phần của quá trình xem xét thiết kế.

PVC, CPVC, PVDF, và các loại nhựa nhiệt dẻo khác

Ống và các bộ phận làm từ nhựa nhiệt dẻo được lựa chọn dựa trên các kết hợp khác nhau của khả năng chịu hóa chất, khả năng chịu nhiệt, yêu cầu áp suất, phương pháp chế tạo và chi phí. PVC phổ biến trong nhiều ứng dụng xử lý nước ở nhiệt độ môi trường. CPVC có thể được xem xét khi cần khả năng chịu nhiệt cao hơn. PVDF và các vật liệu liên quan đến fluoropolymer hiệu suất cao khác có thể được lựa chọn cho các điều kiện hóa chất khắt khe hơn, nhưng chúng nên được biện minh dựa trên dịch vụ cụ thể chứ không chỉ được chỉ định vì nghe có vẻ bền hơn.

Những câu hỏi quan trọng là môi chất hóa học thực tế, nồng độ, nhiệt độ, áp suất, phương pháp nối, khoảng cách đỡ, tiếp xúc và môi trường bảo dưỡng. Chỉ riêng vật liệu ống không đủ: thân van, đế van, gioăng, khớp nối, các bộ phận tiếp xúc với chất lỏng của thiết bị đo, và các bộ phận của bơm cũng phải tương thích với cùng dịch vụ.

Thép không gỉ

Thép không gỉ có thể thích hợp cho nhiều công trình xử lý nước, ống dẫn quy trình, thiết bị chịu áp lực, hệ thống màng, dịch vụ vệ sinh và ứng dụng nước sạch. Loại thép áp dụng là quan trọng, cũng như xử lý mối hàn, điều kiện bề mặt, tiếp xúc với clorua, khe hở, hóa chất làm sạch, nhiệt độ và liệu vật liệu có tiếp xúc liên tục với dòng thải ăn mòn hay không.

Không nên cho rằng thép không gỉ là giải pháp tối ưu cho mọi vấn đề ăn mòn. Một số điều kiện nước thải có chứa clorua, oxy hóa, axit hoặc có nồng độ cao có thể đòi hỏi chiến lược vật liệu khác. Người mua nên yêu cầu cung cấp loại hợp kim đã xác định, phạm vi dịch vụ tiếp xúc với chất lỏng, các giả định và bất kỳ giới hạn nào cần xem xét nếu chế độ hóa chất thay đổi.

Thép cacbon, lớp phủ và thép lót

Thép cacbon có thể là một vật liệu cấu trúc hoặc vật liệu bình chứa thực tiễn trong điều kiện sử dụng thích hợp khi kết hợp với lớp phủ hoặc lớp lót nội bộ phù hợp. Nó có thể cung cấp ưu điểm về độ bền và chế tạo cho các thiết bị lớn hơn, nhưng kết quả lâu dài phụ thuộc vào việc chuẩn bị bề mặt, lựa chọn lớp lót hoặc lớp phủ, xử lý mép, kiểm tra, khả năng sửa chữa, nhiệt độ vận hành và tránh hư hại trong quá trình lắp đặt và bảo trì.

Câu hỏi đúng không chỉ đơn giản là “nó có được lót không?” Hãy hỏi vật liệu cơ bản là gì, những bề mặt nào tiếp xúc với chất lỏng, hệ thống lót nào được đề xuất, điều kiện vận hành mà nó được thiết kế, cách xử lý các lỗ đột và mối nối, và cách thực hiện kiểm tra trong tương lai.

Các bộ phận nhỏ tiếp xúc với chất lỏng thường quyết định độ tin cậy

Bình chứa có thể được xác định chính xác trong khi phớt bơm, ghế van, gioăng, kính quan sát, điện cực, ống mềm hoặc đầu dò thiết bị thì không. Những linh kiện nhỏ này có thể tạo ra thời gian ngừng hoạt động không cân xứng vì chúng chịu cùng một dịch vụ hóa học, áp suất, nhiệt độ và chu trình như thiết bị chính.

Đối với mỗi dòng chảy quan trọng, danh sách thiết bị nên xác định vật liệu ướt cho bơm, van, mặt kín, đàn hồi, ống, thiết bị cân ứng, pH hoặc cảm biến dẫn điện, điểm lấy mẫu và phần tử lọc. Nếu một mặt hàng được cung cấp bởi bên thứ ba, hãy bao gồm mẫu mã và tùy chọn vật liệu cụ thể của nó trong phần đánh giá thay vì giả định rằng hình ảnh catalog đại diện cho cấu hình cuối cùng.

Ma trận so sánh thực tiễn

Ma trận sau đây là công cụ sàng lọc để thảo luận, không phải bảng tương thích cuối cùng.

Ma trận cho thấy tại sao "so sánh vật liệu" chỉ là bước đầu tiên. Lựa chọn cuối cùng phải kết nối điều kiện chất lỏng thực tế với toàn bộ bộ phận và thiết kế chế tạo.

Nhiệt độ, Áp suất và Thiết kế Cơ khí không thể tách biệt

Bảng tương thích vật liệu có thể gây hiểu lầm nếu không bao gồm nhiệt độ và điều kiện cơ học. Một vật liệu có thể phù hợp với hóa chất ở nhiệt độ phòng nhưng mất biên độ ở nhiệt độ hoạt động cao hơn. Một bể chứa có thể phù hợp về mặt hóa học nhưng cần gia cố khác nhau về chiều cao, mật độ chất lỏng, tải trọng trộn, giá đỡ bên ngoài, điều kiện địa chấn, vận chuyển hoặc rủi ro chân không.

Tương tự, hệ thống đường ống phải tính đến áp suất, áp suất chuyển tiếp, giãn nở nhiệt, khoảng cách hỗ trợ, hoạt động van và lối vào để bảo trì. Một bình chứa hoặc trượt được vận chuyển quốc tế cũng nên được xem xét lại về điểm nâng, giá đỡ mô-đun, rung, đóng gói và thứ tự lắp đặt các bộ phận.

Đối với các điều kiện hậu quả cao, người mua nên hỏi cơ sở thiết kế xử lý hoạt động bình thường, khởi động, vệ sinh, điều kiện bất ổn và tắt máy như thế nào. Câu trả lời nên đủ cụ thể để xem xét mà không tiết lộ chi tiết sản xuất độc quyền.

Kiểm tra tại nhà máy và xác minh vật liệu

Việc xác minh vật liệu không nhất thiết phải đồng nghĩa với việc đưa ra một lời hứa phi thực tế rằng tất cả các thành phần đều có cùng mức độ truy xuất nguồn gốc. Nó có nghĩa là đồng ý các mục vật liệu quan trọng cần có hồ sơ, kiểm tra bằng mắt, nhãn, chứng chỉ nhà cung cấp, kiểm tra rò rỉ hoặc bằng chứng kiểm tra trước khi giao hàng.

Trong quá trình thử nghiệm tại nhà máy hoặc kiểm tra khi giao hàng, xác nhận danh sách thiết bị cuối cùng, các vật liệu được chọn cho các bộ phận tiếp xúc quan trọng, nhãn vật lý, tài liệu có sẵn và phạm vi thử nghiệm đã thỏa thuận. Nếu thử nghiệm tại nhà máy sử dụng nước sạch, hãy ghi lại rằng nó xác minh lắp ráp và các chức năng có sẵn - không phải hiệu suất hóa chất lâu dài với nguồn cấp chưa được thử nghiệm.

Sự phân biệt này là một phần của giao tiếp dự án đáng tin cậy. Nhà máy có thể xác minh rằng sản phẩm giao hàng phản ánh lựa chọn đã được tài liệu; Sự phù hợp cuối cùng vẫn phụ thuộc vào việc khách hàng cung cấp dữ liệu hóa chất chính xác và hoạt động trong các điều kiện đã thỏa thuận.

Cách so sánh báo giá nhà cung cấp

Khi xem xét các báo giá cạnh tranh, hãy so sánh cơ sở thiết kế đã được tài liệu, không chỉ tên tài liệu tiêu đề. Hãy yêu cầu mỗi nhà cung cấp nêu rõ:

• những thành phần nào được làm ướt và vật liệu được đề xuất;
• các hóa chất, nhiệt độ, áp suất và các giả định vận hành được sử dụng để lựa chọn;
• bất kỳ hạn chế, loại trừ hoặc các mục cần xác nhận từ khách hàng;
• các vật liệu được đề xuất cho bồn, đường ống, van, bơm, gioăng, đệm và thiết bị khi có liên quan;
• phạm vi chế tạo, kiểm tra và thử nghiệm tại nhà máy;
• cách thiết bị sẽ được đóng gói, vận chuyển, lắp đặt và bảo dưỡng.

Điều này giúp dễ dàng phát hiện so sánh giả mạo như-giống-nhau. Hai đề xuất được mô tả là “hệ thống FRP” hoặc “hệ thống thép không gỉ” có thể bao gồm các hệ thống nhựa, lớp lót, hợp kim, mức áp suất, vật liệu phụ trợ hoặc giới hạn giao hàng rất khác nhau.

Khi nào cần mở lại Đánh giá Tương thích

Cần xem xét lại lựa chọn ban đầu khi điều kiện quy trình thay đổi. Các yếu tố kích hoạt phổ biến bao gồm hóa chất sản phẩm mới, nồng độ cao hơn, nhiệt độ tăng cao, thay đổi chất tẩy rửa, bổ sung một dung môi hoặc chất hoạt động bề mặt, mức clorua cao hơn, độ mặn tăng, thời gian lưu trữ lâu hơn, đường tái sử dụng mới hoặc xả lô bất ngờ.

Không nên chờ đến khi có hư hỏng nhìn thấy mới xem lại cơ sở thiết kế. Việc xem xét sớm đặc biệt quan trọng khi quy trình chứa hỗn hợp hóa chất, phụ gia độc quyền hoặc các dòng chảy ngoài thông số định kỳ không được thể hiện trong yêu cầu ban đầu.

Câu hỏi thường gặp

PP có tốt hơn FRP cho bể nước thải không?

Cả hai đều không tốt hơn cho tất cả. PP và FRP có đặc điểm chế tạo và cấu trúc khác nhau. Lựa chọn phù hợp dựa trên nhiệm vụ hóa chất thực tế, nhiệt độ, kích thước bể, tải trọng, mức độ tiếp xúc tia UV, thiết kế hỗ trợ và tuổi thọ cần thiết. Hệ thống nhựa và lớp lót đặc biệt quan trọng đối với FRP.

Thép không gỉ có luôn chống ăn mòn trong nước thải công nghiệp không?

Không. Hiệu suất thép không gỉ phụ thuộc vào cấp hợp kim, thành phần hóa học, cloru, nhiệt độ, tình trạng hàn, khe nứt, hóa chất làm sạch và điều kiện vận hành. Nó nên được chọn cho một dịch vụ có tài liệu, không phải như một bản nâng cấp chung chung.

Nhà cung cấp cần những thông tin gì để chọn nguyên liệu?

Cung cấp tên và nồng độ hóa chất, phân tích nước đại diện, phạm vi nhiệt độ, áp suất hoặc chân không, kiểu dòng chảy, chất rắn, hóa chất tẩy rửa, môi trường hiện trường, và thiết bị ở trong nhà hay ngoài trời. Bao gồm các điều kiện bất ổn hoặc lô dự kiến nếu đã biết.

Gioăng và phớt bơm có được bao gồm trong lựa chọn vật liệu không?

Họ nên như vậy. Các bộ phận nhỏ ướt thường hỏng trước khi vật liệu của chúng không tương thích với dịch vụ. Yêu cầu xem xét các ghế van, gioăng, phớt, ống dẫn, cảm biến và các kết nối linh hoạt cho các dòng lưu lượng quan trọng.

Liệu thử nghiệm tại nhà máy có thể chứng minh khả năng chống ăn mòn lâu dài không?

Không. Kiểm tra tại nhà máy có thể xác minh cấu hình, lắp ráp và các hồ sơ đã thỏa thuận đã được giao. Hiệu suất lâu dài phụ thuộc vào điều kiện dịch vụ thực tế và hoạt động trong khuôn khổ thiết kế đã thỏa thuận.

Kết luận

Việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho thiết bị xử lý nước thải công nghiệp phải cụ thể, được ghi chép đầy đủ và xem xét lại khi quy trình thay đổi. Nó liên kết hóa học thực và điều kiện vận hành với bể, hệ thống ống, bơm, van, thiết bị, kết cấu, kiểm tra, thử nghiệm tại nhà máy, vận chuyển và bảo trì. Cách tiếp cận có kỷ luật này hữu ích hơn việc chọn vật liệu từ một bảng xếp hạng ngắn của các tùy chọn “tốt nhất”.