Conception des réservoirs de stockage de boues : volume, ratio, paroi et ancrage
Créé le 09.04
Rapport de volume de conception des réservoirs de stockage de boues, paroi et ancrage
La conception d'un réservoir de stockage de boues commence par un bilan massique des solides secs, puis fixe le rapport diamètre/hauteur, l'épaisseur de la paroi de la virole, le toit, l'isolation là où les boues ne doivent pas refroidir, ainsi que la fondation et l'ancrage qui le maintiennent. Pour un réservoir boulonné, le volume utile provient des solides secs journaliers divisés par la concentration stockée multipliée par les jours de rétention, plus le franc-bord ; le rapport est ensuite choisi à partir de l'abaque et de la pompe ; l'épaisseur de paroi découle de la conception des panneaux ; et la fondation doit maîtriser la différence de tassement, car une virole hors rondeur suinte au niveau de la virole supérieure. L'isolation est importante partout où les boues doivent rester au-dessus d'une température qui les maintient pompables.
Les réunions de conception sur un bassin de boues tournent mal dans un ordre prévisible. Quelqu'un propose un diamètre, un autre pose une question sur la pompe, et l'épaisseur de paroi est décidée en fonction de la tôle qui se trouvait sur l'étagère. Pendant ce temps, le bilan massique qui aurait dû produire le volume est toujours en cours, et la fondation est dessinée comme une dalle plane par un architecte qui n'a jamais vu une poutre annulaire de réservoir boulonné. Cet article remet la séquence de conception dans l'ordre dans lequel elle devrait être exécutée, chaque étape produisant le chiffre dont la suivante a besoin.
Étape un : le bilan massique qui fixe le volume
Le volume provient des matières sèches, et non du débit, et c'est la ligne la plus importante dans la conception d'un bassin à boues. Prenez la production quotidienne de matières sèches du processus en amont, divisez-la par la concentration que le bassin peut contenir, multipliez par le nombre de jours de rétention, et ajoutez une revanche pour les sédiments qui se déposent et la mousse qui remonte. Une boue à 6 pour cent de matières sèches et 10 tonnes de matières sèches par jour représente environ 167 m³ par jour ; cinq jours de rétention correspondent à 835 m³ de volume utile ; avec une marge de 15 pour cent pour les sédiments et la mousse, la capacité totale avoisine 960 m³.
Le franc-bord n'est pas une erreur d'arrondi sur un bassin de boues. Un gâteau compacté occupe un volume réel et une couche de mousse monte avec toute génération de gaz, de sorte qu'un bassin dimensionné au volume utile exact sera plein avant que le cas de conception n'arrive. Spécifiez explicitement le franc-bord, puis vérifiez que le niveau haut laisse encore la buse de sortie sous la ligne de liquide afin que la pompe ne fonctionne jamais sur la mousse.
Deuxième étape : rapport diamètre/hauteur
Le ratio est déterminé par la parcelle, la pompe et la séquence de montage plutôt que par le volume. Le volume est égal à 0,785 fois le diamètre au carré fois la hauteur de liquide, de sorte qu'un volume fixe peut correspondre à un bassin large et peu profond ou à un bassin haut et étroit. Un bassin large et peu profond est la solution habituelle sur un site de traitement : une portée d'écumoire ou d'agitateur plus courte, une échelle plus courte, une prise au vent plus faible, un anneau de renfort plus simple et une excavation moins profonde si le bassin est enterré. Un bassin haut et étroit convient à une parcelle contrainte mais nécessite un pont ou un bras d'agitation plus long, un escalier plus haut et des fondations plus profondes.
Les rapports pratiques pour les bassins de boues boulonnés se situent dans une plage modérée, environ un rapport diamètre/hauteur entre 0,8 et 2,0 pour une enveloppe circulaire. En dessous d'environ 0,6, l'enveloppe devient suffisamment haute pour que le vent et l'ancrage dominent et que l'équipement d'agitation devienne coûteux ; bien au-dessus de 2,5, la surface au sol commence à coûter des travaux de génie civil et la sortie nécessite un balayage pour atteindre chaque coin. Le rapport doit être vérifié par rapport à la disposition de l'agitation dès le début, car la portée de l'agitateur détermine le tablier structurel.
Troisième étape : épaisseur de paroi, panneaux et boulons
L'épaisseur de paroi d'un réservoir boulonné est une valeur de conception des panneaux, et elle doit être indiquée par virole. Les largeurs de panneaux avoisinent 1,2 m et l'épaisseur est choisie en fonction du cas de pression interne et externe, de la charge de sol lorsque le réservoir est partiellement enterré, et du cas de manutention en usine. Des viroles inférieures plus épaisses et des viroles supérieures plus minces sont normales pour les enveloppes soudées ; un système de panneaux boulonnés utilise normalement une épaisseur de panneau uniforme pour le cylindre, les viroles supérieures étant autorisées à changer de profil, ce qui simplifie énormément les pièces de rechange.
Le joint est l'endroit où la conception réussit ou échoue. Les joints à garniture avec EPDM et boulons de grade 8.8, serrés à un couple spécifié par écrit et revérifiés après le premier remplissage, constituent la spécification pratique. Une garniture incompatible avec le pH et la température de la boue durcira et fuira d'abord au niveau de la première virole, qui est aussi le premier endroit où l'opérateur le remarquera. Spécifiez le grade des boulons, le matériau de la garniture et l'intervalle de resserrage dans le contrat plutôt que de les laisser à l'installateur, et gardez un panneau et un jeu de garnitures de rechange pour la durée de vie du réservoir.
Étape quatre : isolation, température et le toit
L'isolation est une décision de procédé : elle existe pour maintenir les boues au-dessus de la température à laquelle elles cessent de se comporter comme un liquide. Des boues épaisses à 20 °C au niveau du procédé en amont perdront de la chaleur vers une cuve froide et un site froid en quelques jours, et une chute au-delà de la contrainte seuil signifie que la taille de la pompe augmente et que la tuyauterie nécessite son propre traçage. Isolez l'enveloppe et le toit là où le procédé est sensible, et détaillez le pare-vapeur car une couche d'isolation humide est pire que pas d'isolation du tout.
Le toit suit la question du gaz. Un espace de tête de boues stockées génère du sulfure d'hydrogène et du méthane, et le toit et l'évent doivent être conçus pour cette génération, et non pour un cas de respiration générique. Un toit à deux membranes avec une membrane intérieure à une pression nominale d'environ 2 à 3 kPa et un dispositif de décompression est courant pour un réservoir fermé ; une option rigide est référencée à l'AWWA D108 ou à l'API 650 avec vent et neige selon l'ADM 2015 ou l'ASCE 7-10. Dans les deux cas, l'acier de l'espace de tête constitue une classe de corrosion à part entière, ce qui explique pourquoi le revêtement et le toit sont spécifiés ensemble.
Spécification technique
Paramètre | Valeur typique / Plage | Remarque |
Base de conception | solides secs quotidiens divisés par la concentration multipliés par les jours de rétention | le bilan massique détermine le volume |
Cas d'exemple | 10 t/j de solides secs à 6 % de MS, 5 jours | environ 960 m³ de coque avec revanche |
Revanche | environ 15 pour cent pour les sédiments et la mousse | protège la sortie et le cas de conception |
Rapport diamètre/hauteur | environ 0,8 à 2,0 pour une coque circulaire boulonnée | défini par l'emprise, la pompe et la portée d'agitation |
Largeur des panneaux | environ 1,2 m | cylindre cohérent, pièces de rechange simplifiées |
Grade de boulon | boulons de grade 8.8 | inhibé contre la corrosion, valeur de couple écrite |
Joint | EPDM courant, vérifié par rapport au pH des boues | re-serrage après le premier remplissage |
Température de fusion de l'émail | 820–930 °C | verre fusionné à l'acier en un seul cycle |
Épaisseur de la couche d'émail | 0,25–0,45 mm | test d'étincelle à 1500 V DC après assemblage |
Résistance de l'émail au pH | 1–14 | inerte à travers le manteau anaérobie |
Toit | à deux membranes, ou rigide AWWA D108 / API 650 | charge ADM 2015 / ASCE 7-10 |
Fondation | poutre annulaire, différence de tassement contrôlée | schéma d'ancrage adapté au panneau |
Étape cinq : fondation, ancrage et la défaillance qui se manifeste par un suintement
La fondation est la partie d'une conception de réservoir de boues la plus souvent dessinée par quelqu'un qui n'a jamais assemblé un réservoir boulonné. Une enveloppe boulonnée nécessite une poutre annulaire ou un radier avec une différence de tassement contrôlée sur le diamètre, et un schéma d'ancrage qui correspond aux trous des panneaux. Une enveloppe non circulaire met les joints dans une inclinaison qui ouvre le joint d'étanchéité au niveau de la virole supérieure, et une virole supérieure qui suinte au deuxième hiver est une réparation qui implique la pompe et le réservoir.
Le soulèvement par le vent détermine l'ancrage. Un réservoir élancé de grand diamètre sur un site exposé se soulève au niveau de l'ancrage au vent à vide, ce qui constitue le cas le plus défavorable car le réservoir est le plus léger et la succion est la plus élevée. Calculez le soulèvement à vide, vérifiez l'ancrage dans la poutre annulaire, et ne dimensionnez pas l'ancrage à partir du cas en charge. La séquence de montage compte également : les panneaux sont montés depuis la poutre annulaire, la circularité est vérifiée au sommet de chaque virole, et le couple de serrage des boulons est appliqué selon un schéma défini plutôt qu'à la discrétion de l'équipe.
Étude de cas
Projet | Emplacement | Produit | Capacité | Portée |
Réservoirs d'eaux usées de brasserie | Chine, Sichuan | Réservoirs GFS | 14 655 m³ | fourniture de réservoir boulonné et de toit |
Section anaérobie pour les eaux usées de transformation des haricots | Chine, Hebei | Réservoirs de digestion GFS | section du procédé anaérobie | fourniture de réservoirs et intégration des procédés |
Réservoirs d'eaux usées municipales, 10 unités | Chine, Sichuan | Réservoirs GFS | 17 420 m³ au total | fourniture et assemblage sur site |
Réservoirs d'eaux usées industrielles, 27 unités | Chine, Xinjiang | Réservoirs GFS | 30 469 m³ au total | fourniture et supervision |
Capacité d'ingénierie de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) conçoit et fabrique des réservoirs de stockage boulonnés depuis 2008. En tant que premier fabricant de réservoirs en verre fusionné à l'acier (GFS) en Chine, l'entreprise détient près de 200 brevets liés à l'émail, produit environ 300 000 plaques d'acier émaillées par an, a réalisé plus de 30 000 projets installés et fournit ses réservoirs à plus de 100 pays. La nouvelle base de production de 150 000 m² a été ajoutée pour augmenter la capacité de production, et des réservoirs individuels sont fournis jusqu'à 60 000 m³. La fabrication est réalisée selon les normes ISO 9001 et ISO 45001, avec des certifications produit incluant NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI et EUROCODE, et une conception référencée à AWWA D103-09, AWWA C550 et NFPA lorsque l'application l'exige.
Pour la conception d'un réservoir de boues, cette capacité signifie la chaîne complète depuis le bilan massique jusqu'à l'ancrage : le revêtement émaillé avec son enregistrement d'essai par étincelle, l'épaisseur des panneaux et le programme de couple des boulons, la toiture et la limite gaz, ainsi que la poutre annulaire et les cas de soulèvement calculés ensemble.
Questions fréquemment posées
Q1 : Sur quoi doit être basé le volume de conception ?
R1 : Sur un bilan massique des solides secs : la masse de solides secs journalière divisée par la concentration stockée, multipliée par le nombre de jours de rétention, plus un franc-bord pour les sédiments et la mousse. Les débits sont peu fiables pour un fluide non newtonien.
Q2 : Comment choisir le rapport diamètre/hauteur ?
R2 : À partir de la parcelle, de l'aspiration de la pompe et de la portée de l'agitation. Un rapport proche de 1,0 est une bonne valeur par défaut pour un réservoir circulaire boulonné, avec un réservoir large et peu profond lorsque l'espace au sol est disponible et une enveloppe plus haute lorsqu'il ne l'est pas.
Q3 : L'épaisseur de la paroi d'une enveloppe de réservoir boulonné est-elle la même sur toute la hauteur ?
R3 : Souvent oui pour un cylindre boulonné, ce qui constitue un avantage pratique pour les pièces de rechange, les viroles supérieures pouvant changer de profil. Une enveloppe soudée s'amincit normalement vers le haut. Indiquez l'épaisseur des panneaux par virole dans la conception.
Q4 : Quand l'isolation est-elle nécessaire sur un réservoir de boues ?
A4 : Chaque fois que la boue doit rester au-dessus d'une température pompable pendant une période froide. Isolez avec un pare-vapeur, car une couche d'isolation humide est pire que pas d'isolation du tout, et considérez le toit ainsi que la paroi.
Q5 : Le réservoir a-t-il besoin d'un toit étanche aux gaz ?
A5 : Uniquement si le site nécessite un confinement ou une capture des gaz. La boue stockée génère encore du sulfure d'hydrogène et du méthane, donc le toit, l'évent et le dispositif de décompression doivent être dimensionnés pour cette génération, quel que soit le type de toit.
Q6 : Quelle est l'erreur de fondation la plus courante ?
A6 : Une différence de tassement non contrôlée. Une poutre annulaire dessinée comme une dalle plate laisse la paroi se déformer, et le premier symptôme est une fuite au joint de la virole supérieure lors du deuxième hiver.
Q7 : Comment le soulèvement dû au vent est-il géré ?
R7 : Calculez le soulèvement à vide, et non le cas en pleine charge, et dimensionnez l'ancrage noyé dans la poutre annulaire en conséquence. Les panneaux sont ensuite érigés à partir de la poutre annulaire avec un contrôle de la circularité à chaque levée.
La conception d'un réservoir de stockage de boues est une séquence : le bilan massique fixe le volume, le terrain et la pompe fixent le ratio, la conception des panneaux fixe la paroi et le joint, l'isolation et le toit répondent à la température et au gaz, et la poutre annulaire et l'ancrage maintiennent le tout ensemble. Suivez la séquence et la conception est défendable ; sautez une étape et la défaillance est une fuite au niveau supérieur trois hivers plus tard.
Envoyez-nous la production de solides secs, la concentration, les jours de rétention, le terrain et les conditions du site, et nous vous renverrons le calcul du volume, le ratio, les cas de paroi et d'ancrage, et le dossier technique complet.
Parler à un ingénieur
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