Кислые шахтные воды — распространённая проблема на рудниках и в горнодобыче. Они образуются при окислении сульфидных минералов и агрессивны к обычному оборудованию. Насос для таких вод должен сочетать коррозионную стойкость и, часто, стойкость к абразиву. Разберём требования и подбор.
Что такое кислые шахтные воды
Кислые шахтные воды возникают при контакте сульфидных минералов с водой и кислородом: образуется серная кислота, снижается pH, в воде растворяются металлы. Такая среда агрессивна и вызывает коррозию обычных чугунных и стальных насосов. Дополнительно вода может нести абразивные частицы породы.
Главная сложность — коррозия
Обычные материалы проточной части быстро разрушаются в кислой среде. Поэтому для кислых вод выбирают коррозионно-стойкие материалы — нержавеющую сталь или специальные сплавы. О выборе нержавеющих насосов мы писали в статье про насос из нержавеющей стали 316.
Коррозия и абразив одновременно
Сложность в том, что кислые шахтные воды часто ещё и абразивны из-за частиц породы. Получается двойная нагрузка: коррозия плюс истирание. Подбор материала становится компромиссом — о балансе коррозионной и абразивной стойкости мы писали в статье про материалы проточной части.
Требования к насосу
- Коррозионно-стойкие материалы проточной части;
- Стойкость к абразиву при наличии частиц породы;
- Надёжность при непрерывном водоотливе;
- Достаточный напор для подъёма с глубины.
Как подобрать
Подбор ведут от химического состава воды (pH, растворённые металлы), наличия абразива, требуемых расхода и напора, глубины откачки. Для агрессивной среды выбирают коррозионно-стойкое исполнение. Задача близка к общему водоотливу в горнодобыче. Общие принципы — в статье как выбрать шламовый насос.
Частые вопросы
Почему обычный насос не годится для кислых вод?
Кислая среда вызывает коррозию чугуна и стали. Нужны коррозионно-стойкие материалы — нержавейка или спецсплавы.
Что если вода одновременно кислая и абразивная?
Тогда подбор материала — компромисс между коррозионной и абразивной стойкостью; его согласуют с инженером.
Как определить требования к материалам?
По химическому составу воды (pH, металлы) и наличию абразива. Эти данные указывают при подборе.
Откуда берётся кислотность
Механизм известен и предсказуем: при вскрытии сульфидных пород пирит и другие сульфиды впервые за геологическое время получают доступ к кислороду и воде. Начинается окисление, образуется серная кислота, pH падает. Кислая вода растворяет металлы из вмещающих пород, и в ней появляются железо, медь, цинк, алюминий.
Практически важно, что процесс самоподдерживающийся и продолжается после закрытия выработки — иногда десятилетиями. Поэтому водоотлив на таких объектах планируют не на срок отработки, а с расчётом на постэксплуатационный период.
Второй практический момент: кислотность непостоянна. После дождей и в паводок она разбавляется, в сухой период растёт концентрация. Насос подбирают по худшему значению, а не по среднему.
Два разрушающих механизма сразу
Отдельно коррозия и отдельно абразив — задачи решаемые. Проблема в том, что в шахтной воде они работают вместе и усиливают друг друга.
Происходит это так. На поверхности металла в агрессивной среде образуется пассивирующая плёнка продуктов коррозии, которая дальше тормозит процесс. Но абразивные частицы породы механически сдирают эту плёнку, обнажая свежий металл — и коррозия начинается заново. В результате суммарный износ оказывается больше, чем сумма отдельных вкладов.
Отсюда следствие для подбора: нержавеющая сталь хорошо держит кислоту, но уступает высокохромистому чугуну по абразивной стойкости; высокохромистый чугун наоборот. Универсального ответа нет, и выбор всегда компромисс, зависящий от того, что преобладает — см. материалы проточной части, нержавеющую сталь 316 и абразивность среды.
Что ещё страдает, кроме проточной части
- Крепёж. Болты и шпильки часто разрушаются раньше корпуса — их берут в стойком исполнении.
- Уплотнения и эластомеры. Материал подбирают по химической стойкости, а не по универсальности, см. торцевое уплотнение.
- Кабель и его ввод. Оболочка кабеля в агрессивной среде стареет быстрее, см. кабель погружного насоса.
- Трубопровод и арматура. Насос из нержавейки на обычном стальном ставе — половинчатое решение, см. обвязку и трубопровод.
- Подвесные тросы и такелаж. Мелочь, о которой вспоминают после обрыва.
Как определить требования без догадок
Подбор материалов «на глаз» здесь не работает — нужен анализ воды. Минимальный набор данных: pH, содержание сульфатов, растворённых металлов и хлоридов, а также содержание и крупность взвешенных частиц. Хлориды указывают отдельно: они опасны для нержавеющих сталей точечной коррозией даже там, где по pH всё приемлемо.
Отбирать пробу желательно в разные сезоны — по причине переменной кислотности, о которой сказано выше. Затраты на анализ несопоставимы со стоимостью насоса, вышедшего из строя за два месяца.
Смягчение среды как альтернатива дорогим материалам
Иногда дешевле изменить среду, чем покупать оборудование под неё. На практике применяют нейтрализацию известью до насосной станции — тогда насос работает уже с частично нейтрализованной водой. Побочный эффект — выпадение осадка, который сам по себе становится задачей для откачки, см. известковое молоко и откачку ила.
Второй приём — предварительное осветление в отстойнике: убрав абразив, вы снимаете половину проблемы и получаете возможность применить чисто коррозионно-стойкое исполнение. Схема водоотлива на руднике разобрана в статье про насосы для горнодобычи, работа с водосборниками — в материале про насос для зумпфа.
Эксплуатация и контроль
Регламент строится вокруг регулярных ревизий: осмотр проточной части, состояние крепежа, контроль масла в камере как ранний признак отказа уплотнения, см. масло для погружных насосов. Ресурс здесь заведомо ниже, чем на нейтральной воде, поэтому запас расходников держат на объекте, см. запчасти и срок службы насоса.
Подберём по анализу вашей воды
Пришлите протокол анализа (pH, сульфаты, хлориды, металлы) и данные по взвеси — предложим исполнение под фактическое сочетание коррозии и абразива. Ассортимент — в каталоге.
Подобрать насос → или звоните +7 (499) 397-84-51