Quale capacità possono raggiungere i serbatoi di digestione in smalto: dimensionamento, geometria e integrazione di processo
Creato il 09.09
Quale capacità possono raggiungere i serbatoi di digestione smaltati: dimensionamento, geometria e integrazione del processo
I serbatoi di digestione in smalto vengono forniti come recipienti in acciaio rivestito di vetro imbullonati e sono normalmente dimensionati tra circa 100 m³ e 20.000 m³ per serbatoio, con singoli serbatoi forniti fino a 60.000 m³ complessivi. La capacità deriva dal carico e dal tempo di ritenzione: la digestione mesofila opera a 35–38 °C con 20–30 giorni di ritenzione, quindi il volume è pari al carico giornaliero di solidi volatili moltiplicato per il tempo di ritenzione diviso per il tasso di carico. Il diametro e l'altezza vengono poi scelti in base al terreno, alla miscelazione e alla copertura del gas, e un tetto a due membrane trattiene il biogas a ±3–5 kPa alla pressione atmosferica.
Un ingegnere di progetto biogas con una domanda sulla capacità del digestore di solito ha la risposta nascosta nel calcolo di processo piuttosto che nella geometria. Il carico giornaliero di solidi volatili e il tempo di ritenzione richiesto determinano il volume; il terreno, lo spazio libero e la gestione del gas determinano la forma; e il serbatoio del digestore smaltato è il contenitore che deve sostenere entrambi senza trasformarsi nel problema di corrosione dell'impianto. Quale capacità possono raggiungere i serbatoi del digestore smaltati è limitato dal processo piuttosto che dal forno: il carico giornaliero di solidi volatili e il tempo di ritenzione determinano il volume, il terreno e lo spazio libero determinano la forma, e la risposta si colloca tra circa 100 m³ e 20.000 m³ per serbatoio. Chiedete a ciascun fornitore la capacità che ha effettivamente realizzato con il vostro fluido prima di accettare qualsiasi numero nel preventivo. Poiché il servizio biogas mette idrogeno solforato, calore umido e un livello del liquido ciclico in un unico serbatoio, la questione del rivestimento e quella del dimensionamento sono in realtà la stessa questione, e la risposta è di solito un mantello in acciaio rivestito di vetro con una copertura a membrana a tenuta di gas.
Come viene derivata la capacità prima del disegno
Il volume del digestore è un numero di processo prima ancora che un numero geometrico. Si parte dal carico giornaliero di solidi volatili, si divide per il tasso di carico organico scelto e si moltiplica per il tempo di ritenzione; l'esercizio mesofilo a 35–38 °C funziona tipicamente per 20–30 giorni con carichi convenzionali, e gli alimenti ad alto contenuto di solidi possono essere ridotti a circa 15–20 giorni nello stesso intervallo di temperatura. La resa di biogas viene poi verificata rispetto al carico: i fanghi municipali producono tipicamente dell'ordine di 0,5–0,6 m³ di biogas per chilogrammo di solidi volatili rimossi, e i fanghi di depurazione nell'intervallo di 0,3–0,5 m³ di metano per chilogrammo di solidi volatili rimossi, il che indica se il volume del digestore previsto soddisfa effettivamente l'obiettivo di gas dell'impianto. Si aggiungono il franco libero per schiuma e crosta, un inventario di fango sul fondo e un volume di spazio per il gas dimensionato in modo che la velocità di produzione del gas non faccia oscillare la pressione della copertura oltre i pochi kilopascal previsti, e il volume di progetto è definito.
Diametro versus altezza: cosa offre la geometria
Una volta fissato il volume, il diametro e l'altezza sono una decisione del sito con conseguenze sul processo. Un serbatoio largo e basso si adatta a un impianto con terreno disponibile e offre spazio per la miscelazione a flusso laterale e un ampio spazio per il gas; un serbatoio più alto e stretto si adatta a un'area ristretta, riduce la superficie in pianta per l'edificio e la movimentazione, ma richiede una gru più alta e un maggiore carico neve e vento sulla copertura. Poiché un serbatoio bullonato è costruito con pannelli larghi circa 1,2 m, il diametro e l'altezza cadono su multipli di quella larghezza del pannello, quindi la capacità finale è solitamente a un passo dal numero ideale anziché una corrispondenza esatta. Center Enamel fornisce serbatoi singoli fino a 60.000 m³, il che significa che la maggior parte dei compiti di digestione richiede un solo recipiente anziché una batteria; dove un impianto necessita di un volume molto grande o desidera l'isolamento del serbatoio per la manutenzione, due o più digestori in parallelo possono essere la risposta migliore e le tubazioni e i collettori del gas sono gli stessi in entrambi i casi.
Il guscio smaltato in servizio biogas
L'idrogeno solforato è il motivo per cui il rivestimento del digestore conta più dello spessore del guscio del digestore. Un digestore in vetro-acciaio (glass-fused-to-steel) presenta uno strato di smalto fuso sull'acciaio a 820–930 °C, spesso 0,25–0,45 mm, con una resistenza nominale superiore a 3.450 N/cm², testato a scintilla a 1500 V CC e tollerante a pH 1–14, cosicché la fase acida che si forma quando l'idrogeno solforato si ossida sulla superficie del liquido non attacca mai il substrato come farebbe con l'acciaio nudo o verniciato. La superficie liscia con Ra inferiore a 0,8 µm limita inoltre lo strato di schiuma che si forma sulla parte superiore di un digestore in funzione e il materasso di fango sul fondo, il che influisce direttamente sulla frequenza con cui la vasca deve essere miscelata e svuotata. Le due modalità di guasto da prevenire in fase di progettazione restano la delaminazione in corrispondenza di un bordo mal fuso e i fori puntiformi dovuti a un holiday mancato, ed entrambi vengono rilevati dal test a scintilla a 1500 V CC prima ancora che il pannello venga spedito. Soprattutto, quale capacità possono raggiungere i serbatoi di digestione smaltati è un dato di processo prima che un dato del recipiente, e dovrebbe essere scritto nella richiesta di offerta prima di discutere il diametro.
Specifica Tecnica
Parametro | Valore tipico / Intervallo | Nota |
Temperatura di fusione dello smalto | 820–930 °C | Vetro fuso su acciaio in un unico ciclo |
Spessore dello smalto | 0,25–0,45 mm | Oltre 3.450 N/cm² |
Prova di scintillio | 1500 V CC | Rilevamento di fori prima della spedizione |
Resistenza al pH | 1–14 | Gestisce la fase acida dopo l'ossidazione dell'H₂S |
Rugosità interna | Ra < 0,8 µm | Limita l'adesione di schiuma e fanghi |
Intervallo operativo mesofilo | 35–38 °C | Temperatura di digestione standard |
Tempo di ritenzione | 20–30 giorni | 15–20 giorni con carico di solidi più elevato |
Resa di biogas | ~0,5–0,6 m³/kg SV rimosse | Base fango municipale |
Pressione dello spazio del gas | ±3–5 kPa con dispositivo di sicurezza e rompifiamma | Sistema a bassa pressione atmosferica |
Copertura | Cupola a due membrane o in alluminio AWWA D108 / API 650 | Carichi secondo ADM 2015 / ASCE 7-10 |
Capacità del serbatoio singolo | Fino a 60.000 m³ | Con costruzione a pannelli bullonati |
Spazio per il gas, copertura e pacchetto di gestione del gas
La copertura è l'hardware di processo, e l'intero sistema del gas è incluso nello stesso ambito. Una copertura a due membrane è la scelta abituale rispetto a un digestore: la membrana interna mantiene lo spazio del gas a una pressione nominale di 2–3 kPa, la membrana esterna sopporta l'esposizione agli agenti atmosferici e alla neve, e l'assieme è sfiatato attraverso un dispositivo di rilascio della pressione con un arrestatore di fiamma sulla linea del gas, in modo che l'impianto funzioni a pressione atmosferica per tutto il tempo. L'idrogeno solforato non corrode lo smalto, ma attacca le apparecchiature a valle, quindi la desolforazione — dosaggio di cloruro ferrico o desolforazione a secco — appartiene allo stesso ambito del digestore, insieme al soffiatore, al gasometro o alla tubazione e alla torcia o unità di combustione dimensionata per la portata di produzione di punta. La miscelazione è l'altro elemento di integrazione: la miscelazione a gas o la miscelazione meccanica impediscono l'accumulo dello strato di schiuma e della sabbia, e le posizioni dei miscelatori si trovano all'interno del disegno del serbatoio, il che significa che devono essere specificate prima del rilascio dei pannelli e degli ugelli del serbatoio.
Caso Progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Sezione di trattamento anaerobico | Hebei, Cina | Serbatoi anaerobici GFS | Sezione di processo anaerobico | fornitura di serbatoi anaerobici con ambito EPC |
Serbatoi per acque reflue di birreria | Sichuan, Cina | Serbatoi GFS | 14.655 m³ | supervisione della fornitura e della costruzione |
Serbatoi per acque reflue industriali, 27 unità | Xinjiang, Cina | Serbatoi GFS | 30.469 m³ totali | supervisione della fornitura e della costruzione |
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-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 progettazione riferita a AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove richiesto dall'applicazione.
Per la digestione anaerobica questo copre insieme l'involucro del digestore e il confine del gas: pannelli smaltati, una copertura a due membrane o in alluminio, la disposizione della valvola di sicurezza e dell'arresto di fiamma, l'integrazione del separatore trifase e del miscelatore, e il manuale operativo che indica alla squadra cosa serrare nuovamente e cosa monitorare nello spazio del gas.
Domande frequenti
D1: Quanto può essere grande un serbatoio di digestione smaltato?
A1: I digestori in vetro-fuso-acciaio imbullonati sono comunemente forniti in un intervallo da poche centinaia a circa 20.000 m³ per recipiente, e serbatoi singoli sono forniti fino a 60.000 m³. La maggior parte dei progetti richiede un solo recipiente anziché una batteria; un secondo digestore viene solitamente aggiunto per isolamento e manutenzione anziché per volume.
D2: Come calcolo il volume richiesto del digestore?
R2: Dividere il carico giornaliero di solidi volatili per il tasso di carico organico selezionato per ottenere il volume richiesto per giorno di ritenzione, moltiplicare per il tempo di ritenzione, quindi aggiungere il franco per schiuma e crosta più un inventario di fanghi sul fondo. Verificare la produzione di gas risultante rispetto alla resa di circa 0,5–0,6 m³ di biogas per chilogrammo di solidi volatili rimossi.
D3: Quale tempo di ritenzione e temperatura dovrei usare?
A3: La digestione mesofila a 35–38 °C con un tempo di ritenzione di 20–30 giorni è il punto di progetto standard per i fanghi municipali e agroindustriali; alimentazioni con solidi più elevati possono giustificare 15–20 giorni alla stessa temperatura, e l'operazione termofila a 50–55 °C è l'alternativa dove il calore è economico.
D4: Il digestore è un recipiente in pressione?
A4: No. È un serbatoio atmosferico o a bassa pressione. Il biogas è contenuto nello spazio del gas di copertura a solo pochi kilopascal, tipicamente ±3–5 kPa, con un dispositivo di sicurezza per la pressione e un rompifiamma; la copertura non deve mai essere specificata come confine di pressione.
D5: Come viene costruita una copertura del digestore?
A5: Solitamente una copertura a due membrane, con la membrana interna a una pressione nominale di 2–3 kPa che trattiene il gas e la membrana esterna che sopporta le condizioni atmosferiche. Dove è necessaria una superficie rigida calpestabile, si utilizza invece una cupola geodetica in alluminio secondo AWWA D108 e API 650 con carichi di vento e neve da ADM 2015 o ASCE 7-10.
Q6: L'idrogeno solforato danneggia lo smalto?
A6: Lo smalto lo resiste in tutto l'intervallo di pH 1–14, inclusa la fase acida che si forma quando l'idrogeno solforato si ossida. L'H₂S deve comunque essere rimosso prima che il gas raggiunga la caldaia, il motore o il flare, perché è lì che attacca le apparecchiature a valle.
La capacità di un digestore in acciaio smaltato è determinata dal carico di processo e dal tempo di ritenzione, definita da un diametro e un'altezza scelti in base all'area disponibile e alla copertura, e protetta da un rivestimento in vetro fuso che elimina l'idrogeno solforato dall'equazione della corrosione. Dimensionare prima il volume, verificare la resa di gas, poi fissare la geometria e la gestione del gas nello stesso set di disegni. Inviare il carico, il tempo di ritenzione e l'obiettivo di gas a un ingegnere e si otterrà una raccomandazione su capacità e geometria con la copertura e il pacchetto gas.
Parla con un ingegnere
Invia il volume del tuo feed, il carico di COD o solidi volatili, il contenuto di solidi totali, la ritenzione e la temperatura richieste, l'obiettivo di biogas, i limiti del sito e i dati su vento e neve del sito. Restituiremo una proposta di capacità e geometria del digestore con requisiti di copertura, pressione del gas, miscelatore e ispezione, oltre ai disegni e al pacchetto di specifiche.
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