Wirówki dekantacyjne usprawniają mikrotunelowanie w budownictwie

Według Bena Truschela, kierownika ds. sprzętu w Bradshaw Construction Corporation, wirówki marki Flottweg są rzadko stosowane w projektach budowlanych obejmujących mikrotunelowanie. – Wirówki Flottweg kojarzą się ludziom z górnictwem, chemikaliami, ściekami i innymi branżami – wyjaśnia Truschel. – Nie przychodzi im do głowy budowa tuneli. W przypadku mikrotunelowania kluczową kwestią jest szlam, wykorzystywany nieustannie podczas całego procesu.

Jednak podróżując po Europie i Bliskim Wschodzie Truschel dowiedział się o projekcie mikrotunelowania w Doha w Katarze, w którym z powodzeniem stosowano wirówki dekantacyjne Flottweg. Projekt został odwołany, a sprzęt był dostępny po obniżonej cenie. Wtedy Truschel zdecydował się wypróbować alternatywnego dostawcę sprzętu do swojej branży. – Oprócz ceny atrakcyjną cechą oferty Flottweg jest fakt, że dostępny jest cały zestaw do tego konkretnego zadania, kompletny system obejmujący panel sterowania, pompę zasilającą, orurowanie.  To rzadko spotykane. Mój niemiecki współpracownik nazywał firmę Flottweg „Mercedesem wirówek”.

 

Truschelowi podobało się, że portfolio firmy Flottweg koncentruje się na wirówkach, zaś technologie oddzielania mechanicznego stanowią jej podstawowy obszar specjalizacji. Podjął decyzję o wykorzystaniu sprzętu w połączeniu z maszynami do polimerów ClearWater Industries – producenta sprzętu do oczyszczania wody i systemów przygotowywania substancji chemicznych z siedzibą w stanie Wisconsin. – Połączyliśmy urządzenia obu przedsiębiorstw w modułowy pakiet – mówi. – Wydaje mi się, że nikt tego nigdy wcześniej nie zrobił. Połączenie technologii dwóch wysoce wyspecjalizowanych przedsiębiorstw, takich jak Flottweg i ClearWater, było idealnym rozwiązaniem dla naszych projektów budownictwa lądowego obejmujących mikrotunelowanie, co stanowi nasz podstawowy obszar specjalizacji. 

Proces mikrotunelowania

Mikrotunelowanie, uznawane za „tunelowanie ery cyfrowej”, wykorzystuje najnowocześniejszy, zdalnie sterowany przecisk rur kontrolowany przez PLC, HMI i operatora fizycznego. Operator naziemny obsługuje system mikrotunelowania za pomocą komputera, aby przesuwać i sterować maszyną do mikrotunelowania, przeciskania rur i wykopywania ziemi.  Około 90 procent działalności Bradshaw Construction Corporation to mikrotunelowanie, głównie w projektach związanych z zaopatrzeniem w wodę lub odprowadzaniem ścieków. Średnica tuneli, tworzonych głównie na potrzeby przyszłych instalacji, wynosi od 500 do 3000 mm. 

 

Medium transportowym maszyny do mikrotunelowania jest szlam na bazie wody – podobnie jak w przypadku wiercenia pionowego w celu wydobycia ropy naftowej lub gazu przez przedsiębiorstwo naftowe. Bradshaw wykorzystuje podobną płuczkę wiertniczą w procesie wiercenia tuneli, stosując obieg odwrotny w przeciwieństwie do obiegu bezpośredniego powszechnie stosowanego w branży horyzontalnych przewiertów kierunkowych (HDD). – Musimy oddzielić ciecz końcową i wykopany materiał od płuczki wiertniczej. Do tego właśnie potrzebujemy rozwiązania Flottweg – wyjaśnia Truschel. – W przemyśle wydobywczym lub obróbki kruszyw produktem jest kruszywo, czyli faza stała. Materiał jest wydobywany, a następnie często wymaga płukania wodą. Zabrudzoną wodę trzeba oczyścić, aby umożliwić bezpieczne odprowadzenie jej do środowiska.

– W naszym świecie jest odwrotnie. Produktem jest szlam. Naszym celem jest pozbycie się ziemi i zastąpienie jej tunelem. Wyzwaniem dla nas jest to, że ziemia zazwyczaj nie jest jednolita. Może składać się na nią piasek, ił, glina, twarda skała, miękka skała i wszystkie inne rodzaje gruntu. Firma Bradshaw Construction odpowiada za wykopy, bezpieczne podparcie gruntu i przetransportowanie odpadów. Ponieważ maszyny do mikrotunelowania stosują szlam jako medium transportowe, faza stała musi być oddzielona od cieczy. 

– Nasz produkt to naprawdę szlam – mówi Truschel. – To płuczka wiertnicza. Chcemy jak najlepiej przygotować płuczkę wiertniczą do wykopów tunelowych. Firma Bradshaw ma ponad 30 lat doświadczenia, głównie w nowych projektach budowlanych. Na przestrzeni lat wypróbowała różne rodzaje sprzętu do oddzielania.

 

Pierwszym etapem jest oddzielanie zwiercin wychodzących z samej maszyny.  Zazwyczaj są one dostarczane do zakładu za pośrednictwem linii szlamu o średnicy 100, 125 lub 150 mm, w zależności od wielkości maszyny.  Im większa maszyna, tym większa linia szlamu. Zawartość fazy stałej w szlamie wynosi zwykle co najmniej 30%. Rozmiar materiału może wynosić od 5 mikronów do 75 milimetrów. Glina i szlam zazwyczaj mają ziarna o wielkości poniżej 74 mikronów. – Szlam odpadowy z prac wydobywczych jest przenoszony najpierw do zakładu oddzielającego, w którym pierwotny pokład przesiewawczy usuwa wszystkie duże kruszywa – mówi Truschel. – Pozostaje tylko ił piaszczysty i glina. Za pokładem przesiewawczym materiały są zazwyczaj odbierane za pomocą odśrodkowej pompy szlamu i przekazywane przez szereg hydrocyklonów na pokład oddzielania piasku. Jest to druga warstwa – zadaniem drugiego pokładu jest usunięcie całego piasku. 

Po wstępnym etapie oczyszczania pozostają ziarna iłu i gliny, zazwyczaj o wielkości poniżej 74 mikronów. – Jedynym sposobem na usunięcie ze szlamu drobnych cząstek, czyli ziaren o wielkości 74 mikronów i mniejszych, jest przetworzenie za pomocą małych hydrocyklonów z dokładnym przesiewaniem, a następnie przepuszczenie przez wirówkę – mówi Truschel. Łącząc technologie Flottweg i ClearWater, firma Bradshaw stworzyła serię modułowych jednostek wykorzystujących wirówkę dekantacyjną: dwa modele Flottweg (Z4E i Z5E). Firma korzysta z tego rozwiązania od 2019 roku i ma cztery działające systemy.

Proces oddzielania

Wirówki Flottweg serii Z mają budowę modułową, dzięki czemu można je dostosować do konkretnych zastosowań. Jeśli konieczne jest oddzielenie mieszanin fazy stałej/cieczy o dużej zawartości fazy stałej, wirówki dekantacyjne pracują w sposób ciągły, wykorzystując wysokie siły odśrodkowe w celu oddzielenia drobno rozproszonych faz stałych od zawiesiny. Przyspieszenie odśrodkowe oddziela fazę stałą od jednej lub dwóch cieczy. Ponieważ osad (faza stała) ma wyższą gęstość, gromadzi się na ścianie bębna. Ślimak transportowy stale transportuje fazę stałą do otworów wylotowych. Faza ciekła przepływa wzdłuż ślimaka. 

 

Dekanter można postrzegać jako zbiornik do sedymentacji, który jest owinięty wokół osi. W przypadku klasycznego zbiornika do sedymentacji cząstki stałe, cięższe od cieczy, osiadają na dnie zbiornika pod wpływem siły grawitacji, tworząc warstwę osadu (fazy stałej). Faza stała i faza ciekła są oddzielane za pomocą przyspieszenia odśrodkowego.  W wirującym bębnie wirówki cząstki fazy stałej, które mają wyższą gęstość i dlatego są cięższe niż ciecz, wypychane są na zewnątrz przez siłę odśrodkową. Na wewnętrznej ścianie bębna wirówki tworzy się osad. Ponieważ w wirówce działają siły odśrodkowe około 3000 g w porównaniu z 1 g w polu grawitacyjnym, oddzielanie fazy stałej od cieczy jest znacznie szybsze i wydajniejsze.

Zalety stosowania wirówek do mikrotunelowania

Z punktu widzenia Truschela w budownictwie lądowym wymierne wyniki mówią same za siebie. – Kiedy wchodząc na plac budowy widzisz, że woda na wylocie wirówki jest krystalicznie czysta, jest to idealna sytuacja – wyjaśnia. – Chociaż wirówki Flottweg nie są tradycyjnie wykorzystywane do mikrotunelowania, widzimy wyraźne wyniki.

Truschel mówi, że system, który stworzył przy użyciu urządzeń marki Flottweg, ma oczywiste zalety. 

 

1. Wysokiej jakości maszyny, które wytwarzają czysty ściek przy minimalnych przestojach. – Są to urządzenia mobilne, często przemieszczane. Trudno wyliczyć liczbę godzin pracy w porównaniu z przestojami, ale powiedziałbym, że jest to prawdopodobnie mniej niż 1% przestojów w porównaniu z rzeczywistymi godzinami pracy – mówi Truschel. – Pracując przez 100 godzin bez przerwy, mamy mniej niż godzinę przestoju.
2. Wsparcie w zakresie dostępności części i obsługi klienta.
3. Dostosowanie do indywidualnych potrzeb. – Wielu innych dostawców dostarcza wirówkę i panel operatora, a użytkownik musi zorganizować resztę – mówi Truschel. – Firma Flottweg była naprawdę pomocna w budowaniu dla nas niestandardowych urządzeń, które również zapewniają elastyczność.
4. Wydajność. – Sprzęt musi być przede wszystkim sprawny – mówi Truschel. – Chcemy usunąć fazę stałą z cieczy. Musimy mieć pewność, że możemy usunąć wystarczającą ilość fazy stałej, aby uzyskać czysty ściek.

W procesie mikrotunelowania czysta woda jest odprowadzana z powrotem do zbiornika płuczki wiertniczej. – Po zakończeniu projektu budowy tunelu, pozostaje nam cała płuczka wiertnicza. Nie możemy po prostu wylać jej do gruntu – mówi Truschel. – Dzięki wysokiej jakości wirówce marki Flottweg i wysokiej jakości jednostce flokulacyjnej firmy ClearWater możemy usunąć 99% fazy stałej z płuczki wiertniczej. Po przejściu przez system filtrów wodę można odprowadzić po prostu do kanalizacji deszczowej. Pozwala to również znacznie ograniczyć koszty demontażu.

 

Autor:

Daniel Lakovic jest kierownikiem ds. rozwoju biznesu Flottweg Separation Technology