Projeto de Tanques de Armazenamento de Lodo: Volume, Proporção, Parede e Ancoragem
Criado em 09.04
Tanques de Armazenamento de Lamas Proporção de Volume de Design Parede e Ancoragem
O projeto de um tanque de armazenamento de lodo começa com um balanço de massa de sólidos secos, depois fixa a relação diâmetro-altura, a espessura da parede do casco, o teto, o isolamento onde o lodo não deve esfriar, e a fundação e ancoragem que o sustentam. Para um tanque parafusado, o volume útil vem dos sólidos secos diários divididos pela concentração armazenada vezes os dias de retenção mais o borda livre; a relação é então escolhida a partir do gráfico e da bomba; a espessura da parede segue o projeto dos painéis; e a fundação deve controlar a diferença de assentamento porque um casco fora de circularidade vaza no anel superior. O isolamento é importante onde quer que o lodo deva permanecer acima de uma temperatura que o mantenha bombeável.
Reuniões de projeto sobre um tanque de lodo dão errado em uma ordem previsível. Alguém propõe um diâmetro, outra pessoa pergunta sobre a bomba, e a espessura da parede é decidida pela chapa que estava na prateleira. Enquanto isso, o balanço de massa que deveria ter produzido o volume ainda está em execução, e a fundação está sendo desenhada como uma laje plana por um arquiteto que nunca viu uma viga circular de tanque parafusada. Este artigo coloca a sequência de projeto na ordem em que deveria ser executada, com cada etapa produzindo o número que a próxima precisa.
Passo um: o balanço de massa que fixa o volume
O volume vem dos sólidos secos, não da vazão, e essa é a linha mais importante em um projeto de tanque de lodo. Pegue a produção diária de sólidos secos do processo a montante, divida pela concentração que o tanque pode conter, multiplique pelo número de dias de retenção e adicione borda livre para o sedimento que se deposita e a espuma que sobe. Um lodo com 6 por cento de sólidos e 10 toneladas de sólidos secos por dia equivale a cerca de 167 m³ por dia; cinco dias de retenção resultam em 835 m³ de volume útil; com uma margem de 15 por cento para sedimento e espuma, o casco fica próximo de 960 m³.
O freeboard não é um erro de arredondamento num tanque de lodo. Uma manta compactada ocupa volume real e uma camada de espuma sobe com qualquer geração de gás, pelo que um tanque dimensionado para o volume útil exato ficará cheio antes de o caso de projeto chegar. Especifique o freeboard explicitamente e, em seguida, verifique se o nível alto ainda deixa o bocal de saída abaixo da linha de líquido, para que a bomba nunca funcione com espuma.
Passo dois: relação diâmetro/altura
A proporção é decidida pelo terreno, pela bomba e pela sequência de montagem, e não pelo volume. O volume é igual a 0,785 vezes o diâmetro ao quadrado vezes a altura do líquido, portanto, um volume fixo pode ser um tanque largo e raso ou um alto e esguio. Um tanque largo e raso é a solução habitual em um local de tratamento: um skimmer ou agitador de menor extensão, uma escada mais curta, uma estrutura de vento mais baixa, uma viga anelar mais simples e uma escavação mais rasa se o tanque estiver abaixo do nível do solo. Um tanque alto e esguio é adequado para um terreno restrito, mas requer uma ponte ou braço mais longo para agitação, uma escada mais alta e uma fundação mais profunda.
As relações práticas para tanques de lodo aparafusados situam-se numa faixa moderada, aproximadamente uma relação diâmetro/altura entre 0,8 e 2,0 para uma carcaça circular. Abaixo de cerca de 0,6, a carcaça torna-se suficientemente alta para que o vento e a ancoragem dominem e o equipamento de agitação fique caro; muito acima de 2,5, a área do fundo começa a custar obras civis e a saída necessita de uma varredura para alcançar todos os cantos. A relação deve ser verificada em relação ao layout de agitação desde cedo, porque o vão do agitador determina a plataforma estrutural.
Passo três: espessura da parede, painéis e parafusos
A espessura da parede em um tanque parafusado é um valor de projeto do painel e deve ser especificada por anel. As larguras dos painéis ficam próximas de 1,2 m e a espessura é escolhida para o caso de pressão interna e externa, a carga do solo onde o tanque está parcialmente enterrado e o caso de manuseio na fábrica. Anéis inferiores mais espessos e anéis superiores mais finos são normais para cascos soldados; um sistema de painéis parafusados normalmente utiliza uma espessura de painel consistente para o cilindro, com os anéis superiores podendo ter perfil alterado, o que simplifica enormemente os sobressalentes.
A junta é onde o projeto vive ou morre. Juntas com vedação em EPDM e parafusos de grau 8.8, apertados a um valor escrito e reverificados após o primeiro enchimento, são a especificação prática. Uma vedação que não seja compatível com o pH e a temperatura do lodo endurecerá e vazará primeiro no anel superior, que é também o primeiro local onde o operador o vê. Especifique o grau do parafuso, o material da vedação e o intervalo de reaperto no contrato, em vez de os deixar ao instalador, e mantenha um painel sobressalente e um conjunto de vedação durante a vida útil do tanque.
Passo quatro: isolamento, temperatura e o telhado
O isolamento é uma decisão de processo: existe para manter a lama acima da temperatura em que deixa de se comportar como um líquido. A lama espessa que estava a 20 °C no processo a montante perderá calor para um tanque frio e para um local frio em poucos dias, e uma queda na tensão de cedência significa que o tamanho da bomba aumenta e a tubagem necessita do seu próprio traçado. Isole a carcaça e o teto onde o processo é sensível, e detalhe o vedante de vapor porque uma camada de isolamento húmida é pior do que nenhum isolamento.
A cobertura segue a questão do gás. Um espaço livre de lodo armazenado gera sulfeto de hidrogênio e metano, e a cobertura e o respiro devem ser projetados para essa geração, não para um caso genérico de respiração. Uma cobertura de duas membranas com membrana interna a uma pressão nominal de cerca de 2–3 kPa e um dispositivo de alívio é comum para um tanque fechado; uma opção rígida é referenciada à AWWA D108 ou API 650 com vento e neve de ADM 2015 ou ASCE 7-10. Em ambos os casos, o aço do espaço livre é de uma classe de corrosão própria, razão pela qual o revestimento e a cobertura são especificados em conjunto.
Especificação Técnica
Parâmetro | Valor Típico / Intervalo | Nota |
Base de design | sólidos secos diários divididos pela concentração vezes os dias de retenção | o balanço de massa determina o volume |
Caso exemplo | 10 t/d de sólidos secos a 6% de ST, 5 dias | cerca de 960 m³ de casca com borda livre |
Borda livre | cerca de 15% para sedimentos e espuma | protege a saída e o caso de projeto |
Relação diâmetro-altura | aproximadamente 0,8 a 2,0 para uma casca circular parafusada | definido pelo layout, bomba e vão de agitação |
Largura do painel | cerca de 1,2 m | cilindro consistente, peças de reposição simplificadas |
Grau do parafuso | parafusos de grau 8.8 | inibidores de corrosão, valor de torque escrito |
Junta | EPDM comum, verificado contra o pH do lodo | reaperto após o primeiro enchimento |
Temperatura de fusão do esmalte | 820–930 °C | vidro fundido ao aço em um único ciclo |
Espessura da camada de esmalte | 0,25–0,45 mm | teste de faísca de 1500 V CC após a montagem |
Resistência ao pH do esmalte | 1–14 | inerte através do manto anaeróbio |
Cobertura | duas membranas, ou rígido AWWA D108 / API 650 | carga ADM 2015 / ASCE 7-10 |
Fundação | viga anelar, diferença de assentamento controlada | padrão de ancoragem compatível com o painel |
Etapa cinco: fundação, ancoragem e a falha que se manifesta como vazamento
A fundação é a parte do projeto de um tanque de lodo mais frequentemente desenhada por alguém que nunca montou um tanque parafusado. Um casco parafusado requer uma viga anelar ou uma base com diferença de assentamento controlada ao longo do diâmetro, e um padrão de ancoragem que corresponda aos furos dos painéis. Um casco fora de circularidade coloca as juntas em uma inclinação que abre a vedação no anel superior, e um anel superior que vaza no segundo inverno é um reparo que envolve a bomba e o tanque.
O levantamento pelo vento define a ancoragem. Um tanque esbelto de grande diâmetro em um local exposto se levanta na ancoragem a barlavento em condição vazia, que é o pior caso porque o tanque é mais leve e a sucção é mais alta. Calcule o levantamento em condição vazia, verifique o embutimento da ancoragem na viga anular e não dimensione a ancoragem a partir do caso de condição cheia. A sequência de montagem também importa: os painéis são erguidos a partir da viga anular, a circularidade é verificada no topo de cada anel, e o torque dos parafusos é aplicado em um padrão definido, e não de forma casual pela equipe.
Estudo de Caso
Projeto | Localização | Produto | Capacidade | Escopo |
Tanques de efluentes de cervejaria | China, Sichuan | Tanques GFS | 14.655 m³ | fornecimento de tanque parafusado e cobertura |
Seção anaeróbia para águas residuais do processamento de feijão | China, Hebei | Tanques digestores GFS | seção do processo anaeróbio | fornecimento de tanques mais integração de processos |
Tanques de águas residuais municipais, 10 unidades | China, Sichuan | Tanques GFS | 17.420 m³ no total | fornecimento e montagem no local |
Tanques de águas residuais industriais, 27 unidades | China, Xinjiang | Tanques GFS | 30.469 m³ no total | fornecimento e supervisão |
Capacidade de Engenharia da Center Enamel
A Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projeta e fabrica tanques de armazenamento parafusados desde 2008. Como o primeiro fabricante de tanques de vidro fundido ao aço (GFS) da China, a empresa possui cerca de 200 patentes relacionadas a esmalte, produz aproximadamente 300.000 placas de aço revestidas com esmalte por ano, concluiu mais de 30.000 projetos instalados e fornece seus tanques para mais de 100 países. A nova base de produção de 150.000 m² foi adicionada para aumentar a capacidade de produção, e tanques individuais são fornecidos com capacidade de até 60.000 m³. A fabricação opera sob as normas ISO 9001 e ISO 45001, com certificação de produtos incluindo NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI e EUROCODE, e o design é referenciado nas normas AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA onde a aplicação exige.
Para o projeto de tanques de lodo, essa capacidade significa a cadeia completa desde o balanço de massa até a ancoragem: o revestimento de esmalte com seu registro de teste de faísca, a espessura dos painéis e o cronograma de torque dos parafusos, o teto e a fronteira de gás, e o anel de reforço e os casos de levantamento calculados em conjunto.
Perguntas Frequentes
P1: Em que deve basear-se o volume de projeto?
R1: Num balanço de massa de sólidos secos: sólidos secos diários divididos pela concentração armazenada, multiplicado pelos dias de retenção, mais a borda livre para sedimentos e espuma. Os valores de caudal não são fiáveis para um fluido não newtoniano.
P2: Como se escolhe a relação diâmetro/altura?
R2: A partir do gráfico, da sucção da bomba e do vão de agitação. Uma relação próxima de 1,0 é um bom valor predefinido para um tanque circular aparafusado, com um tanque largo e pouco profundo quando há espaço disponível e uma camisa mais alta quando não há.
P3: A espessura da parede da camisa de um tanque aparafusado é a mesma em toda a altura?
R3: Muitas vezes sim para um cilindro aparafusado, o que é uma vantagem prática para peças sobressalentes, podendo as fiadas superiores alterar o perfil. Uma camisa soldada normalmente afina em direção ao topo. Indique a espessura do painel por fiada no projeto.
P4: Quando é necessário isolamento num tanque de lamas?
A4: Sempre que a lama tiver de permanecer acima de uma temperatura bombável durante um período frio. Isole com uma barreira de vapor, porque uma camada de isolamento húmida é pior do que nenhuma, e considere o telhado, bem como a parede.
Q5: O tanque precisa de um telhado estanque a gases?
A5: Apenas se o local necessitar de confinamento ou captura de gases. A lama armazenada continua a gerar sulfureto de hidrogénio e metano, pelo que o telhado, a ventilação e o alívio devem ser dimensionados para essa geração, independentemente do tipo de telhado.
Q6: Qual é o erro de fundação mais comum?
A6: Diferença de assentamento não controlada. Uma viga em anel desenhada como uma laje plana permite que a parede fique fora de redondez, e o primeiro sintoma é uma fuga na junta da fiada superior no segundo inverno.
P7: Como é tratada a sustentação ao vento?
R7: Calcule a sustentação em condição vazia, não o caso de condição plena, e dimensione o embutimento da ancoragem na viga anelar para isso. Os painéis são então erguidos a partir da viga anelar com a circularidade verificada a cada fiada.
O projeto de um tanque de armazenamento de lodo é uma sequência: o balanço de massa define o volume, o terreno e a bomba definem a proporção, o projeto dos painéis define a parede e a junta, o isolamento e a cobertura respondem à temperatura e ao gás, e a viga anelar e a ancoragem mantêm tudo unido. Siga a sequência e o projeto é defensável; pule uma etapa e a falha será um vazamento na fiada superior três invernos depois.
Envie-nos a produção de sólidos secos, a concentração, os dias de retenção, o terreno e as condições do local, e retornaremos o cálculo do volume, a proporção, os casos de parede e ancoragem, e o pacote de arquivo técnico.
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