Декантерные центрифуги улучшают микротуннелирование при строительстве

По словам Бена Трушеля (Ben Truschel), менеджера по оборудованию компании Bradshaw Construction Corporation, центрифуги Flottweg обычно не используются при проходке микротуннелей. «Говоря о центрифугах Flottweg, люди думают о горнодобывающей и химической промышленностях, очистке сточных вод и других отраслях», — пояснил г-н Трушель. «Они не думают о проходке туннелей. В микротуннелировании все сводится к шламу — всегда к шламу».

Однако, путешествуя по Европе и Ближнему Востоку, г-н Трушель узнал о проекте по микротуннелированию в Дохе (Катар), в котором успешно использовались декантерные центрифуги Flottweg. Проект был отменен, и оборудование можно было приобрести по сниженной цене. Именно тогда г-н Трушель решил найти альтернативного поставщика оборудования для своей сферы деятельности. «Помимо цены, компания Flottweg привлекла нас тем, что предоставила полный комплект для этой конкретной задачи. Он включал панель оператора, подающий насос и трубопроводы — это была целая система.  Обычно так не делают. Парень, с которым я работал, был немцем, и он называл Flottweg «Мерседесом среди центрифуг».

 

Г-ну Трушелю понравилось, что весь спектр продукции Flottweg — это центрифуги, и что компания с гордостью заявляет о технологиях разделения как о своей основной специализации. Он решил использовать оборудование в сочетании с машинами для работы с полимерами компании ClearWater Industries — производителя оборудования для осветления воды и систем химической подготовки, расположенного в штате Висконсин. «Мы объединили оборудование двух предприятий в один модульный пакет», — сказал он. «Я думаю, это было сделано впервые. Объединение технологий двух таких высокоспециализированных предприятий как Flottweg и ClearWater, стало идеальным решением для наших проектов по проходке микротуннелей, что является нашей основной специализацией». 

Процесс микротуннелирования

В микротуннелировании, считающимся «цифровой эпохой тунеллирования», используется современное дистанционное управление прокладкой труб с использованием сочетания ПЛК, программируемой панели управления и физического оператора. Оператор над землей управляет системой микротуннелирования с помощью компьютера, продвигая и направляя машину для проходки микротуннелей, продавливая трубу и извлекая грунт.  Около 90 % бизнеса Bradshaw Construction Corporation приходится на проходку микротуннелей, в основном для проектов по водоснабжению и канализации. Диаметр туннелей, предназначенных в основном для прокладки будущих коммуникаций, составляет от 20 до 120 дюймов. 

 

Средой подачи машины для микротуннелирования является шлам на водной основе, подобно тому, как нефтедобывающие компании бурят вертикально вниз для добычи нефти или газа. Компания Bradshaw использует аналогичный буровой раствор в процессе прокладки туннелей, применяя метод обратной циркуляции в отличие от прямой циркуляции, обычно используемой в горизонтально-направленном бурении (ГНБ). «Мы должны отделить конечную жидкость и извлеченную породу от бурового раствора. Именно здесь в дело вступает Flottweg», — пояснил г-н Трушель. «В горнодобывающей промышленности продуктом является заполнитель — твердое вещество. После добычи порода много раз подвергается очистке, для которой используется вода. Вода становится грязной, и тогда ее приходится очищать: обычно по причинам, связанным с утилизацией или защитой окружающей среды.

«В нашем мире все наоборот. Шлам — это продукт. Мы просто пытаемся убрать с дороги грунт, чтобы можно было проложить туннель. Сложность для нас заключается в том, что грунт, как правило, неоднороден. Это может быть песок, ил, глина, твердая порода, мягкая порода и любые их сочетания». Компания Bradshaw Construction отвечает за выемку, надежную фиксацию и транспортировку извлеченного грунта. Поскольку машины для микротуннелирования используют при проходке шлам, твердое вещество необходимо отделять от жидкости. 

«Наш продукт — это шлам», — сказал он. «Это буровой раствор. Мы хотим создать буровой раствор, оптимально подходящий для процесса прокладки туннеля». Большинство проектов компании Bradshaw — это новое строительство, а ее опыт составляет более 30 лет. За эти годы они опробовали различные виды оборудования для разделения.

 

Первым этапом разделения является отделение собственно выбуренной породы, выходящей из машины.  В зависимости от размера машины она обычно поступает на установку по 4, 5 или 6-дюймовому шламопроводу.  Чем больше машина, тем больше шламопровод. Обычно содержание твердых частиц в подаваемом шламе составляет не менее 30 %. Размер фракции породы может составлять от 5 микрон до 3 дюймов. Глины и илы обычно имеют размер 74 микрона. «При добыче отработанный латентный шлам сначала поступает на установку разделения, которая имеет первичный приемный грохот, удаляющий все крупные частицы», — сказал г-н Трушель. «Остаются только песчаный ил и глины. После первого приемного грохота порода обычно отбирается с помощью центробежного шламового насоса и перекачивается через серию гидроциклонов на грохот для отделения песка. Это второй уровень: второй грохот предназначен для удаления всего песка». 

После значительной очистки на оборудовании для разделения остается вещество с размером фракции ила и глины — мелкие частицы, как правило, 74 микрона и менее. «Единственный способ удалить мелкие частицы размером 74 микрона и ниже — это обработать шлам с помощью небольших гидроциклонов с тонким отсевом, а затем пропустить его через центрифугу», — сказал г-н Трушель. Объединив технологии Flottweg и ClearWater, компания Bradshaw создала серию модульных установок, в которых используется декантерная центрифуга — две модели производства Flottweg (Z4E и Z5E). Они используют эту систему с 2019 года и эксплуатируют четыре действующие системы.

Процесс разделения

Центрифуги Flottweg серии Z имеют модульную конструкцию, что позволяет настраивать их под конкретные задачи. При необходимости разделения смесей твердых и жидких веществ с высокой долей твердых частиц декантерные центрифуги работают непрерывно, используя высокие значения центробежной силы для отделения распределенных твердых частиц от суспензии. Под действием центробежного ускорения твердая фаза и одна или две жидких фазы отделяются друг от друга. Поскольку осадок (твердая фаза) имеет большую плотность, он осаждается на стенках барабана. Шнек непрерывно перемещает твердое вещество к выходным отверстиям. Одна или две жидкие фазы перемещаются вдоль шнека. 

 

Декантер можно рассматривать как отстойник, вращающийся вокруг своей оси. В отстойнике твердые частицы, которые тяжелее жидкости, под действием силы тяжести оседают и образуют осадок (твердую фазу) на дне. Твердая и жидкая фазы разделяются под действием центробежного ускорения.  Во вращающемся барабане центрифуги твердые частицы, которые имеют большую плотность и поэтому тяжелее жидкости, перемещаются наружу под действием центробежной силы. На внутренней стенке барабана центрифуги образуется осадок. Поскольку центробежная сила в центрифуге составляет около 3000 g по сравнению с 1 g в гравитационном поле, отделение твердых частиц от жидкости происходит гораздо быстрее и эффективнее.

Преимущества применения техники центрифугирования для микротуннелирования

По словам г-на Трушеля, на строительной площадке главное — оценка результатов.  «Нет ничего лучше, чем приехать на работу и взглянуть на кристально чистые стоки, выходящие из центрифуги», — сказал он. Поэтому, несмотря на то, что использование центрифуги Flottweg для прокладки микротуннелей не является обычным, мы получили очевидные результаты».

По словам г-на Трушеля, у системы, которую он создал с использованием оборудования Flottweg, есть очевидные преимущества. 

 

1. Высококачественное оборудование, которое производит чистые сточные воды с минимальным временем простоя. «Это мобильные установки, поэтому они часто перемещаются. Очень сложно определить количество часов работы по сравнению с временем простоя, но я бы сказал, что это, вероятно, менее 1 % времени простоя по сравнению с фактическим временем работы», — сказал г-н Трушель. «Если вы проработали 100 часов подряд, то время простоя составит менее часа».
2. Поддержка в плане наличия запасных частей и работы службы технической поддержки клиентов.
3. Индивидуальная адаптация. «Многие другие поставщики предоставляют центрифугу и панель управления, а все остальное ложится на ваши плечи», — сказал г-н Трушель. «Компания Flottweg очень помогла нам в том, что смогла изготовить для нас оборудование по индивидуальному заказу, что также обеспечивает гибкость».
4. Производительность. «Главное, чтобы оборудование работало надлежащим образом», — сказал он. «Вам нужно извлечь твердые частицы из жидкости. Мы должны быть уверены, что сможем удалить достаточно твердых частиц для получения чистых стоков». 

В процессе микротуннелирования чистая вода возвращается в резервуар для бурового раствора. «В конце проекта, когда тоннель будет закончен, у нас останется весь этот буровой раствор. Мы не можем просто вылить его на землю», — сказал г-н Трушель. «С помощью качественной центрифуги от Flottweg и качественной флокуляционной установки от ClearWater мы можем удалить из бурового раствора 99 % твердых частиц. Возможно, вы захотите слить его в фильтровальную установку, а затем, в буквальном смысле, просто вернуть в ливневую канализацию». Это позволяет значительно сократить расходы на утилизацию.

 

Автор:

Даниэль Лакович (Daniel Lakovic), менеджер по развитию бизнеса Flottweg Separation Technology