Serbatoi di biogas a doppia membrana per impianti di biogas
Creato il 09.02
Gasometri a doppia membrana per impianti biogas
Un gasometro a doppia membrana è un tampone di gas a bassa pressione piuttosto che un recipiente in pressione. La membrana interna contiene il biogas a circa 2-3 kPa e forma il confine del gas, mentre la membrana esterna sopporta i carichi di vento, neve e pioggia, cosicché il gas non è mai soggetto a tali sollecitazioni. Lo spazio tra le membrane è ventilato o leggermente pressurizzato per mantenere stabili entrambi gli strati, e l'intero sistema è mantenuto all'interno di una banda di ±3-5 kPa da una valvola di sicurezza e da un arrestatore di fiamma sul collettore del tetto. Poiché l'involucro si flette invece di sollecitarsi, si adatta molto meglio a un digestore in acciaio smaltato bullonato rispetto a quanto farebbe una cupola rigida.
Gli impianti a biogas presentano un problema di approvvigionamento del gas che non assomiglia affatto a un problema di gas di raffineria. La produzione segue la reazione di digestione, il che significa che segue la temperatura e il carico, mentre il consumo segue la curva di domanda della caldaia o del motore, che non lo fa. Senza un buffer la valvola di sicurezza si apre e si brucia in torcia gas che si è pagato per produrre, oppure la pressione cala e l'aria entra in un recipiente che deve rimanere privo di ossigeno. Un gasometro a doppia membrana risolve questo problema a una frazione del costo di un recipiente gasometro, e per gli impianti che effettuano trattamento anaerobico su acque reflue industriali è di solito la soluzione pratica. L'ingegneria che lo rende funzionante non è la membrana stessa, ma il controllo della pressione e l'interfaccia con la copertura del digestore.
Due membrane, due casi di carico
Il valore di una doppia membrana è la separazione dei carichi. La membrana interna è il confine del gas: trattiene il biogas a una pressione nominale di 2-3 kPa, quindi la pressione a cui lavora il digestore rimane nell'ordine dei kilopascal. La membrana esterna si trova sopra di essa e sopporta la spinta del vento, la neve e la pioggia, il che significa che lo spazio del gas non è mai esposto alle intemperie esterne e lo strato interno non viene pompato o colpito dalle raffiche. L'intercapedine tra di esse è o aperta a un camino di sfiato o leggermente gonfiata con un piccolo soffiatore; la versione ventilata è comune per i serbatoi di digestione perché mantiene l'intercapedine a pressione atmosferica ed elimina qualsiasi possibilità di accumulo di gas nella cavità, mentre la versione pressurizzata offre un profilo più ordinato sul bordo del serbatoio per i siti con restrizioni di altezza.
La banda di pressione è la specifica. Far funzionare il sistema entro ±3–5 kPa con una valvola di sicurezza tarata vicino al limite superiore e un rompivuoto sul lato inferiore significa che l'involucro si muove leggermente al variare del volume di gas, invece di sollecitare il guscio o sollevare una guarnizione della flangia. È proprio questa la ragione per cui un gasometro flessibile e una parete smaltata bullonata stanno insieme: entrambi sono progettati per un recipiente a pressione atmosferica con una bassa differenza di pressione.
Dove si colloca il gasometro nella linea del gas
Il collettore di tetto è il componente critico. Il gas esce dal digestore attraverso un ugello che dovrebbe combinare un arrestatore di fiamma e una valvola di sicurezza sulla stessa connessione, in modo che un bruciatore bloccato o un motore fermo non diventino un evento di sovrapressione sul serbatoio. Da lì il gas va alla fase di desolforazione, dove il dosaggio di cloruro ferrico o un box di desolforazione a secco rimuovono il solfuro di idrogeno, e poi alla caldaia, al motore o al flare. Il gasometro stesso non è un dispositivo di pulizia del gas; è il tampone che mantiene la pressione stabile affinché le apparecchiature di pulizia e combustione vedano un flusso prevedibile.
Il dimensionamento del buffer parte dalla produzione oraria di picco di gas meno la richiesta minima del bruciatore o del motore, moltiplicata per il tempo che si desidera coprire. Se il gasometro è troppo piccolo, la membrana toccherà il fondo o si solleverà continuamente, e se è troppo grande si è pagato per un volume che non si utilizzerà mai. Una breve nota a margine sulla chimica: il rivestimento in smalto del digestore tollera il solfuro in tutto il suo intervallo di pH, quindi il recipiente non è l'elemento limitante, ma l'attrezzatura a valle necessita della desolforazione dimensionata dal carico di picco dell'alimentazione.
Integrazione del serbatoio su un digestore smaltato bullonato
Il bordo è il punto in cui il supporto, il guscio e il processo si incontrano tutti. Per un digestore in acciaio vetrificato, i pannelli larghi circa 1,2 m vengono cotti a 820-930 °C, portano uno strato di smalto da 0,25 a 0,45 mm classificato oltre 3.450 N/cm² e sono uniti con bulloni di grado 8.8 e guarnizioni EPDM. La flangia del tetto del guscio bullonato è l'ancoraggio per la membrana, quindi deve essere dettagliata con l'ugello di uscita del gas, la protezione contro sovrapressione e vuoto, la porta del trasmettitore di pressione che alimenta l'allarme SCADA, lo sfiato dell'intercapedine e un portello di accesso sicuro. Lo smalto copre l'intervallo di pH da 1 a 14, il che è utile quando l'alimentazione è un flusso industriale che può shockare il pH.
Operativamente l'impianto desidera una procedura semplice: monitorare l'andamento della pressione, mantenere verificato il set point della valvola di sicurezza durante l'arresto annuale, ispezionare la superficie della membrana e gli ancoraggi delle flange nello stesso arresto, e mantenere libero lo sfiato dell'intercapedine durante l'inverno. Poiché il supporto è flessibile, un problema in sviluppo si manifesta come una lenta deriva nella banda di pressione molto prima che diventi un evento di odore o di flaring.
Specifica Tecnica
Parametro | Valore / Intervallo Tipico | Nota |
Pressione membrana interna | ~2–3 kPa nominale | Confine del gas per il biogas |
Banda di pressione operativa | ±3–5 kPa | Mantenuta da valvola di sicurezza e rompivuoto |
Membrana esterna | strato protettivo dalle intemperie | Carico di vento e neve, ADM 2015 / ASCE 7-10 |
Intercapedine | ventilato o leggermente pressurizzato | Mantiene entrambe le membrane stabili |
Dispositivi di protezione | valvola di sicurezza, arrestatore di fiamma | Sul collettore del gas del tetto |
Funzionamento del digestore | mesofilo 35–38 °C | HRT tipico 20–30 giorni |
Resa tipica di gas | 0,5–0,6 m³ biogas/kg SV rimosso | Riferimento fanghi municipali |
Rivestimento in smalto | 0,25–0,45 mm, cotti a 820–930 °C | Prova di scintillamento a 1500 V CC per pannello |
Classe del recipiente | atmosferico / bassa pressione | Non è un confine di recipiente in pressione |
Note pratiche per un ordine di impianto a biogas
Quando scrivi la specifica, fissa esplicitamente tre cose. Primo, la fascia di pressione e il set point di relief, indicati come numeri con la tolleranza, così il fornitore non può consegnare una copertura che richiede 8 kPa per funzionare. Secondo, la lista delle interfacce di tetto, inclusa la posizione dell'arrestatore di fiamma e se è all'interno o all'esterno dell'involucro, il posizionamento dello strumento di pressione e il percorso di accesso per l'ispezione della membrana. Terzo, l'accesso per la manutenzione: un tetto a membrana è ispezionabile ma non calpestabile, quindi il portello e il camminamento perimetrale devono essere riportati sul disegno.
Il costo è solitamente migliore rispetto a una rigida cupola in acciaio o cemento per lo stesso volume di gas, e l'installazione è più leggera perché non c'è un pesante tetto rigido da sollevare con la gru né saldature in campo sul guscio. D'altra parte, un contenitore flessibile ha una vita utile finita della membrana e necessita di una sostituzione programmata, mentre una cupola rigida è un bene più duraturo ma con una portata strutturale molto più pesante. Per gli impianti in cui il digestore è un serbatoio bullonato, l'opzione flessibile è solitamente quella che si allinea con la classe di pressione del guscio.
Caso Progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Linea di trattamento anaerobico, acque reflue di lavorazione della soia | Hebei, Cina | Digestori GFS con copertura del tetto a tenuta di gas | specifico del progetto | Fornitura + supervisione della sezione anaerobica EPC |
Stoccaggio acque reflue di birreria | Sichuan, Cina | Serbatoio GFS | 14.655 m³ | approvvigionamento, stoccaggio acque reflue |
Programma serbatoi per effluenti industriali, 27 unità | Xinjiang, Cina | Serbatoio GFS | 30.469 m³ | fornitura + supervisione |
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-smaltato-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre in acciaio smaltato all'anno, ha completato più di 30.000 progetti installati e fornisce i suoi serbatoi a oltre 100 Paesi. Il nuovo stabilimento produttivo di 150.000 m² è stato aggiunto per aumentare la capacità produttiva, e i singoli serbatoi vengono forniti fino a 60.000 m³. La produzione opera secondo le norme ISO 9001 e ISO 45001, con certificazioni di prodotto tra cui NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI ed EUROCODE, e la progettazione fa riferimento alle norme AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove l'applicazione lo richieda.
Per gli impianti a biogas ciò include il design del supporto a doppia membrana, il collettore sul tetto con valvola di sicurezza e integrazione dell'arrestatore di fiamma, e il guscio del digestore in smalto bullonato a cui il supporto è ancorato.
Domande frequenti
D1: Qual è la differenza tra un gasometro e una copertura a doppia membrana?
R1: Un gasometro convenzionale è un recipiente o una struttura rigida che immagazzina gas a una pressione più elevata. Un gasometro a doppia membrana è flessibile e immagazzina gas a 2-3 kPa nominali all'interno di una banda di ±3-5 kPa, quindi è adatto a un guscio di digestore atmosferico.
D2: È possibile aggiungere un gasometro per biogas a un serbatoio esistente?
A2: Spesso sì, se il bordo può sostenere l'ancoraggio della membrana e il layout degli ugelli può essere rivisto. Inviare i disegni esistenti e la pressione del gas consentita e la revisione di fattibilità della modifica ritorna rapidamente.
D3: Come dimensiono il volume del contenitore?
R3: Prendere la produzione oraria di picco di gas, sottrarre la domanda minima del bruciatore o del motore e moltiplicare per il tempo di tamponamento necessario. Il risultato è lo spazio del gas che l'involucro della membrana deve coprire.
D4: È richiesto un arrestatore di fiamma?
R4: Sì, di regola, sul collettore di uscita del gas di un digestore che fornisce biogas a bruciatori o motori, insieme alla valvola di sicurezza e al rompivuoto. Chiedere al fornitore di mostrare la disposizione del collettore.
D5: La membrana resiste al solfuro di idrogeno?
A5: L'involucro è al di fuori del confine del gas per lo strato esterno e la membrana interna è selezionata per il servizio con biogas, mentre il rivestimento in smalto del digestore tollera il solfuro in tutto il suo intervallo di pH. La desolforazione è comunque necessaria per le apparecchiature a valle.
D6: Qual è l'intervallo di ispezione e sostituzione?
R6: Ispezione visiva a ogni arresto, controllo annuale delle ancoraggi delle flange e delle superfici, e sostituzione della membrana alla fine della sua vita utile, che il fornitore dovrebbe indicare come numero nella proposta.
D7: La copertura necessita di una fondazione speciale?
R7: Il gasometro stesso è leggero, ma il guscio del digestore su cui poggia non lo è: la trave ad anello o la fondazione in calcestruzzo con cedimento controllato rimane l'elemento critico, come per qualsiasi serbatoio bullonato.
Un gasometro a doppia membrana è il modo più economico e affidabile per mantenere la pressione del gas di un digestore in una fascia controllata e impedire all'impianto di bruciare in torcia o di aspirare aria. Separare il carico atmosferico dal carico del gas è l'idea progettuale, e la fascia di ±3 a 5 kPa con una valvola di sicurezza, un rompivuoto e un arrestatore di fiamma è ciò che lo rende sicuro su un involucro a pressione atmosferica. Combinato con una parete del digestore in smalto fuso cotto a 820-930 °C e testato con scintilla a 1500 V, l'assieme gestisce gli sbalzi di solfuro e pH senza trasformare il serbatoio in un confine di pressione. Se state pianificando un impianto a biogas o adattando un digestore, inviate il profilo di produzione del gas, la domanda del bruciatore, il diametro del digestore e i dati di vento e neve del sito, e la configurazione del gasometro e il dimensionamento del serbatoio torneranno con il pacchetto documentale.
Parla con un ingegnere
Invia i dati del tuo impianto a biogas: tipo e portata dell'alimentazione, volume del digestore e temperatura di esercizio, volume di biogas previsto per ora e per giorno, uso finale del gas e sua domanda minima stabile, livello di acido solfidrico, disegni dei serbatoi esistenti se disponibili, e condizioni di vento, neve e sismiche del sito. Restituiremo la configurazione del gasometro, la banda di pressione e le impostazioni di scarico, il layout del collettore di tetto, il diametro e l'altezza del digestore, e il pacchetto completo del documento di gara. Prima la revisione ingegneristica, e nulla viene venduto finché non sei soddisfatto del progetto.
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