Progettazione di serbatoi di stoccaggio fanghi: volume, rapporto, parete e ancoraggio
Creato il 09.04
Rapporto volumetrico di progetto, parete e ancoraggio delle vasche di stoccaggio fanghi
La progettazione di un serbatoio di stoccaggio dei fanghi parte da un bilancio di massa dei solidi secchi, poi fissa il rapporto diametro/altezza, lo spessore della parete del mantello, il tetto, l'isolamento dove i fanghi non devono raffreddarsi, e la fondazione e l'ancoraggio che lo sostengono. Per un serbatoio bullonato il volume utile deriva dai solidi secchi giornalieri divisi per la concentrazione di stoccaggio moltiplicata per i giorni di detenzione più il franco; il rapporto viene poi scelto dal grafico e dalla pompa; lo spessore della parete segue il design dei pannelli; e la fondazione deve controllare la differenza di cedimento perché un mantello fuori rotondità trasuda sull'anello superiore. L'isolamento è importante ovunque i fanghi debbano rimanere al di sopra di una temperatura che li mantenga pompabili.
Le riunioni di progettazione su una vasca per fanghi vanno storte in un ordine prevedibile. Qualcuno propone un diametro, qualcun altro chiede della pompa, e lo spessore della parete viene deciso in base a qualunque lamiera ci fosse sullo scaffale. Nel frattempo il bilancio di massa che avrebbe dovuto produrre il volume è ancora in corso, e la fondazione viene disegnata come una lastra piana da un architetto che non ha mai visto un anello di trave imbullonato per una vasca. Questo articolo mette la sequenza di progettazione nell'ordine in cui dovrebbe essere eseguita, con ogni passo che produce il numero necessario al passo successivo.
Passo uno: il bilancio di massa che fissa il volume
Il volume deriva dai solidi secchi, non dalla portata, e questa è la singola linea più importante nella progettazione di un serbatoio di fanghi. Prendere la produzione giornaliera di solidi secchi dal processo a monte, dividerla per la concentrazione che il serbatoio può contenere, moltiplicare per il numero di giorni di stoccaggio e aggiungere un franco per il sedimento che si deposita e la schiuma che risale. Un fango al 6 percento di solidi e 10 tonnellate di solidi secchi al giorno corrisponde a circa 167 m³ al giorno; cinque giorni di stoccaggio sono 835 m³ di volume utile; con un margine del 15 percento per sedimento e schiuma il volume del serbatoio è vicino a 960 m³.
Il freeboard non è un errore di arrotondamento su un serbatoio di fanghi. Uno strato compattato occupa volume reale e uno strato di schiuma si solleva con qualsiasi generazione di gas, quindi un serbatoio dimensionato esattamente sul volume utile sarà pieno prima che si verifichi il caso di progetto. Specificare esplicitamente il freeboard, poi verificare che il livello alto lasci ancora l'ugello di uscita sotto la linea del liquido, in modo che la pompa non funzioni mai sulla schiuma.
Passo due: rapporto diametro-altezza
Il rapporto è deciso dal lotto, dalla pompa e dalla sequenza di montaggio piuttosto che dal volume. Il volume è pari a 0,785 volte il diametro al quadrato per l'altezza del liquido, quindi un volume fisso può essere un serbatoio largo e basso oppure alto e snello. Un serbatoio largo e basso è la soluzione abituale in un sito di trattamento: una campata più corta per lo skimmer o l'agitatore, una scala più corta, una struttura portante più bassa, un anello di rinforzo più semplice e uno scavo meno profondo se il serbatoio è interrato. Un serbatoio alto e snello si adatta a un lotto vincolato ma richiede un ponte o un braccio più lungo per l'agitazione, una scala più alta e una fondazione più profonda.
I rapporti pratici per i serbatoi di fanghi bullonati si collocano in una fascia moderata, all'incirca un rapporto diametro-altezza tra 0,8 e 2,0 per un mantello circolare. Al di sotto di circa 0,6 il mantello diventa così alto che il vento e l'ancoraggio dominano e le apparecchiature di agitazione diventano costose; molto al di sopra di 2,5 l'area del fondo inizia a incidere sui costi delle opere civili e l'uscita necessita di una spazzata per raggiungere ogni angolo. Il rapporto dovrebbe essere verificato precocemente rispetto alla disposizione dell'agitazione, perché la campata dell'agitatore guida il ponte strutturale.
Passo tre: spessore della parete, pannelli e bulloni
La spessore della parete su un serbatoio bullonato è un valore di progetto del pannello e dovrebbe essere indicato per corso. Le larghezze dei pannelli si aggirano intorno a 1,2 m e lo spessore viene scelto in base al caso di pressione interna ed esterna, al carico del terreno dove il serbatoio è parzialmente interrato e al caso di movimentazione in fabbrica. Corsi inferiori più spessi e corsi superiori più sottili sono normali per i mantelli saldati; un sistema a pannelli bullonati normalmente utilizza uno spessore del pannello costante per il cilindro, con i corsi superiori autorizzati a cambiare profilo, il che semplifica enormemente le scorte di ricambi.
Il giunto è il punto in cui il progetto vive o muore. I giunti guarniti con EPDM e bulloni di grado 8.8, serrati a una coppia definita per iscritto e ricontrollati dopo il primo riempimento, sono la specifica pratica. Una guarnizione non compatibile con il pH e la temperatura dei fanghi si indurirà e perderà prima sull'anello superiore, che è anche il primo punto in cui l'operatore se ne accorge. Specificare nel contratto il grado dei bulloni, il materiale della guarnizione e l'intervallo di serraggio successivo, invece di lasciarli all'installatore, e tenere un pannello di ricambio e un set di guarnizioni per tutta la vita utile della vasca.
Fase quattro: isolamento, temperatura e tetto
L'isolamento è una decisione di processo: esiste per mantenere i fanghi al di sopra della temperatura alla quale smettono di comportarsi come un liquido. I fanghi densi che si trovavano a 20 °C nel processo a monte perderanno calore verso una vasca fredda e un sito freddo nel giro di pochi giorni, e una caduta al di sotto dello sforzo di snervamento significa che la dimensione della pompa aumenta e le tubazioni necessitano di un proprio tracciamento. Isolare il mantello e il tetto dove il processo è sensibile, e curare il dettaglio della barriera al vapore perché uno strato di isolamento bagnato è peggio di nessun isolamento.
La copertura segue la questione del gas. Uno spazio di testa con fanghi accumulati genera acido solfidrico e metano, e la copertura e lo sfiato devono essere progettati per tale generazione, non per un caso generico di respirazione. Una copertura a due membrane con una membrana interna a pressione nominale di circa 2–3 kPa e un dispositivo di rilascio è comune per un serbatoio chiuso; un'opzione rigida è riferita ad AWWA D108 o API 650 con vento e neve da ADM 2015 o ASCE 7-10. In entrambi i casi l'acciaio dello spazio di testa è di una classe di corrosione a sé stante, motivo per cui il rivestimento e la copertura sono specificati insieme.
Specifica Tecnica
Parametro | Valore / Intervallo Tipico | Nota |
Base di progettazione | solidi secchi giornalieri divisi per la concentrazione moltiplicati per i giorni di ritenzione | il bilancio di massa determina il volume |
Caso di esempio | 10 t/g di solidi secchi al 6 percento di ST, 5 giorni | circa 960 m³ di mantello con franco |
Franco | circa 15 percento per sedimenti e schiuma | protegge l'uscita e il caso di progetto |
Rapporto diametro-altezza | circa da 0,8 a 2,0 per un mantello circolare imbullonato | determinato dall'area, dalla pompa e dall'estensione dell'agitazione |
Larghezza del pannello | circa 1,2 m | cilindro coerente, ricambi semplificati |
Grado dei bulloni | bulloni di grado 8.8 | inibitore di corrosione, valore di coppia scritto |
Guarnizione | EPDM comune, verificato rispetto al pH dei fanghi | serrare nuovamente dopo il primo riempimento |
Temperatura di fusione dello smalto | 820–930 °C | vetro fuso su acciaio in un unico ciclo |
Spessore dello strato di smalto | 0,25–0,45 mm | prova di scintilla a 1500 V CC dopo l'assemblaggio |
Resistenza al pH dello smalto | 1–14 | inerte attraverso il mantello anaerobico |
Tetto | a doppia membrana, o rigido AWWA D108 / API 650 | carico ADM 2015 / ASCE 7-10 |
Fondazione | trave ad anello, differenza di cedimento controllata | schema di ancoraggio abbinato al pannello |
Passo cinque: fondazione, ancoraggio e il guasto che si manifesta come una perdita
La fondazione è la parte della progettazione di un serbatoio per fanghi che viene più spesso disegnata da qualcuno che non ha mai assemblato un serbatoio bullonato. Un guscio bullonato richiede una trave ad anello o un basamento con una differenza di cedimento controllata lungo il diametro, e uno schema di ancoraggio che corrisponda ai fori dei pannelli. Un guscio fuori rotondità mette i giunti in una inclinazione che apre la guarnizione dell'ultimo corso, e un ultimo corso che perde alla seconda stagione invernale è una riparazione che coinvolge la pompa e il serbatoio.
Il sollevamento dovuto al vento determina l'ancoraggio. Un serbatoio snello di grande diametro su un sito esposto si solleva in corrispondenza dell'ancoraggio sopravvento in condizioni di serbatoio vuoto, che è il caso peggiore perché il serbatoio è più leggero e la suzione è massima. Calcolare il sollevamento in condizioni di serbatoio vuoto, verificare l'infissione dell'ancoraggio nella trave anulare e non dimensionare l'ancoraggio in base al caso di serbatoio pieno. Anche la sequenza di montaggio è importante: i pannelli vengono montati a partire dalla trave anulare, la rotondità viene verificata alla sommità di ogni anello, e la coppia dei bulloni viene applicata secondo uno schema definito anziché in modo casuale dalla squadra.
Caso Progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Serbatoi per acque reflue di birreria | Cina, Sichuan | Serbatoi GFS | 14.655 m³ | fornitura di serbatoio bullonato e tetto |
Sezione anaerobica per acque reflue da lavorazione di fagioli | Cina, Hebei | Serbatoi di digestione GFS | sezione del processo anaerobico | fornitura dei serbatoi più integrazione del processo |
Serbatoi per acque reflue municipali, 10 unità | Cina, Sichuan | Serbatoi GFS | 17.420 m³ totali | fornitura e assemblaggio in cantiere |
Serbatoi per acque reflue industriali, 27 unità | Cina, Xinjiang | Serbatoi GFS | 30.469 m³ totali | fornitura e supervisione |
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e produce serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre d'acciaio smaltate all'anno, ha completato oltre 30.000 progetti installati e fornisce i propri serbatoi in 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 è gestita 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 richiesto dall'applicazione.
Per la progettazione dei serbatoi per fanghi, questa capacità significa la catena completa dal bilancio di massa all'ancoraggio: il rivestimento smaltato con il relativo registro delle prove a scintilla, lo spessore dei pannelli e il programma di coppia dei bulloni, la copertura e il confine del gas, e la trave anulare e i casi di sollevamento calcolati insieme.
Domande frequenti
D1: Su cosa dovrebbe basarsi il volume di progetto?
R1: Su un bilancio di massa dei solidi secchi: solidi secchi giornalieri divisi per la concentrazione di stoccaggio, moltiplicati per i giorni di detenzione, più un franco per sedimenti e schiuma. I valori di portata non sono affidabili per un fluido non newtoniano.
D2: Come si sceglie il rapporto diametro/altezza?
R2: Dalla planimetria, dall'aspirazione della pompa e dall'estensione dell'agitazione. Un rapporto vicino a 1,0 è un buon valore predefinito per un serbatoio circolare bullonato, con un serbatoio largo e basso quando è disponibile spazio a pavimento e un mantello più alto quando non lo è.
D3: Lo spessore della parete del mantello di un serbatoio bullonato è lo stesso per tutta l'altezza?
R3: Spesso sì per un cilindro bullonato, il che rappresenta un vantaggio pratico per i ricambi, con i corsi superiori in grado di cambiare profilo. Un mantello saldato normalmente si assottiglia verso l'alto. Specificare lo spessore del pannello per corso nel progetto.
D4: Quando è necessaria l'isolamento su un serbatoio di fanghi?
A4: Ogni volta che il fango deve rimanere al di sopra di una temperatura pompabile durante un periodo freddo. Isolare con una barriera al vapore, perché uno strato di isolamento bagnato è peggio di nessuno, e considerare sia il tetto che il mantello.
D5: Il serbatoio necessita di un tetto a tenuta di gas?
R5: Solo se il sito richiede il confinamento o la cattura del gas. Il fango stoccato genera ancora acido solfidrico e metano, quindi il tetto, lo sfiato e la valvola di sicurezza devono essere dimensionati per tale generazione indipendentemente dal tipo di tetto.
D6: Qual è l'errore più comune nelle fondazioni?
R6: Differenza di cedimento non controllata. Una trave anulare disegnata come una lastra piana consente al mantello di deformarsi fuori rotondità, e il primo sintomo è una perdita dalla guarnizione del corso superiore nel secondo inverno.
D7: Come viene gestita la spinta del vento verso l'alto?
R7: Calcolare la spinta verso l'alto in condizioni di serbatoio vuoto, non in condizioni di pieno, e dimensionare di conseguenza l'ancoraggio nel cordolo anulare. I pannelli vengono poi montati a partire dal cordolo anulare con verifica della circolarità a ogni anello.
La progettazione di un serbatoio di stoccaggio dei fanghi è una sequenza: il bilancio di massa determina il volume, il layout e la pompa determinano il rapporto, la progettazione dei pannelli determina la parete e il giunto, l'isolamento e il tetto rispondono alla temperatura e al gas, e la trave anulare e l'ancoraggio tengono tutto insieme. Segui la sequenza e la progettazione è difendibile; salta un passaggio e il cedimento sarà una perdita sull'ultimo corso tre inverni dopo.
Inviaci la produzione di solidi secchi, la concentrazione, i giorni di stoccaggio, il layout e le condizioni del sito, e ti restituiremo il calcolo del volume, il rapporto, i casi di parete e ancoraggio, e il pacchetto di documentazione tecnica.
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