大中型沼氣工程一般采用低壓濕式儲氣柜,少數用干式儲氣柜或橡膠儲氣袋來儲存沼氣?大中型沼氣工程,由于厭氧消化裝置工作狀態的波動

大中型沼氣工程一般采用低壓濕式儲氣柜,少數用干式儲氣柜或橡膠儲氣袋來儲存沼氣?大中型沼氣工程,由于厭氧消化裝置工作狀態的波動及進料量和濃度的變化,單位時間沼氣的產量也有所變化?當沼氣作為生活用能進行集中供氣時,由于沼氣的生產是連續的,而沼氣的使用是間歇的,為了合理?有效的平衡產氣與用氣,通常采用儲氣的方法來解決?

目前,國內雖然已建大?中型沼氣工程2000多處,但日產量絕大多數在5000m3以下,最大的沼氣工程如南陽酒精廠日產沼氣達30000m3;而許多禽畜糞便處理廠的日產氣量僅500m3左右?因此,除個別工程外,大部分供給民用的沼氣的儲氣容積按日產氣量的50%～60%計算;民用及燒鍋爐或發電各占一半時,按產氣量的40%考慮;若全供給工業使用時應根據用氣特點?用氣曲線來確定?

一?低壓濕式儲氣柜

低壓濕式儲氣柜屬可變容積金屬柜,它主要由水槽?鐘罩?塔節以及升降導向裝置所組成?當沼氣輸入氣柜內儲存時,放在水槽內的鐘罩和塔節依次 (按直徑由小到大)升高;當沼氣從氣柜內導出時,塔節和鐘罩又依次 (按直徑由大到小)降落到水槽中?鐘罩和塔節?內側塔節與外側塔節之間,利用水封將柜內沼氣與大氣隔絕?因此,隨塔節升降,沼氣的儲存容積和壓力是變化著的?

(一)濕式儲氣柜雖有結構簡單?容易施工?運行密封可靠的特點,但也存在缺點

1、在北方地區冬季,水槽要采取保溫措施;

2、水槽?鐘罩和塔節?導軌等常年與水接觸,必須定期進行防腐處理;

3、水槽對儲存沼氣來說為無效體積?

(二)根據導軌形式的不同,濕式儲氣柜可分為三種

1、螺旋導軌氣柜

螺旋形導軌焊在鐘罩或塔節的外壁上,導輪設在下一節塔節和水槽上,鐘罩和塔節呈螺旋式上升和下降?這種結構一般用在多節大型儲氣柜上,其優點是沒有外導架,因此用鋼材較少,施工高度僅相當于水槽高度?缺點是抗傾覆性能不如有外導架的氣柜,而且對導軌制造?安裝精度要求高,加工較為困難?

2、外導架直升式氣柜

導輪設在鐘罩和每個塔節上,而直導軌與上部固定框架連接?這種結構一般用在單節或兩節的中小型氣柜上?其優點是外導架加強了儲氣柜的剛性,抗傾覆性好,導軌制作安裝容易?缺點是外導架比較高,施工時高空作業和吊裝工作量較大,鋼耗比同容積的螺旋導軌氣柜略高?

3、無外導架直升式氣柜

直導軌焊接在鐘罩或塔節的外壁上,導輪在下層塔節和水槽上?這種氣柜結構簡單,導軌制作容易,鋼材消耗小于有外導架直升式,但它的抗傾覆性能最低,一般僅用于小的單節氣柜上?

為適應農村的施工條件和冬季防凍的要求,除了傳統的全鋼地上儲氣柜外,還常采用混凝土水槽半地下儲氣柜?對半地下氣柜的水槽施工要求較高,不能出現滲漏,但節省鋼材,減少了防腐工作量及費用,并且冬季水池具有較好的保溫性能?

二?低壓干式儲氣柜

低壓干式儲氣柜是由圓柱形外筒?沿外筒內面上下活動的活塞和密封裝置以及底板?立柱?頂板組成?例如密封簾式干儲氣柜,在外筒的下端與活塞邊緣之間,貼有可撓性特殊合成樹脂膜,該密封膜隨活塞上下滑動而卷起或放下,沼氣儲存在活塞以下部分,并隨著活塞的上下移動而增減其儲氣量,它不像濕式儲氣柜那樣有水槽,因此,可以大大地減少基礎荷重?在氣柜底板及側板全高1/3的下半部要求氣密,而側板全高2/3的上半部分及柜頂不要求密封,從而可以設置洞口以便工作人員進入活塞上部進行檢查和維修?

但是,干式儲氣柜的最大問題是,對氣體的密封問題,即如何防止在固定的外筒與上下活動的活塞之間滑動部分間隙的漏氣問題?目前最常采用的密封方法有兩種?

(一)稀油密封

對滑動部分的間隙充滿液體進行密封,同時從上部補給通過間隙流下的液體量?早期采用煤焦油作為密封液,目前,密封油廣泛采用潤滑油系統的礦物油?密封油是循環使用?該種密封方法屬于20世紀80年代技術,但目前在儲存大容量的燃氣上仍在使用?

(二)柔膜密封

在外筒部下端與活塞邊緣之間貼有可撓性的特殊合成樹脂膜,膜隨活塞上下滑動而卷起或放下達到密封的目的?

1、構造

氣柜底板及側板全高1/3的下半部要求氣密,側板其余2/3的上半部及頂不要求氣密,因此可以任意設置洞口,以便工作人員進入活塞上部,這對檢查及管理頗為有利?側板氣密部分的上端與活塞擋板及活塞之間,用特制的密封簾組成如下圖所示的構造?

圖表缺失

活塞外周裝有一波紋板,它的作用可以補償活塞在運轉中由于密封設備的位置改變所引起的在圓周方向長度的變化,同時還承受內部燃氣的壓力?

當儲氣柜的燃氣為零時,活塞全部落在底板上,T擋板則停在周圍略高的臺上,當沼氣從側板下部進入柜內達到一定的壓力值后,活塞首先上升,然后帶動T擋板同時上升至最高點?而此時密封簾隨著活塞及T擋板的位置作卷上或卷下變形,在變形運動的全部過程中沒有摩擦?活塞與T擋板的運動依靠密封簾及平衡裝置與側板間的充分空隙而可以自動地調向中心,因此活塞的升降運動非常圓滑,也很少傾斜?由于加重塊系放在活塞上部,故可以增加儲氣壓力,一般為6kPa?

2、密封簾

密封簾的作用是密封氣體,它是儲氣柜的心臟,密封簾應具備的條件有:

1. 對腐蝕及老化應具有耐久性;
2. 對儲存的氣體應具有不透性;
3. 對動作中所引起的應力應具有充分的強度;
4. 應具有很好的彈性,可防止運動變形所引起的損傷;
5. 應具有廣泛的使用溫度范圍?

目前采用的密封簾多為尼龍車胎作底層,外敷氯丁合成橡膠或腈基丁二烯橡膠等材料?氯丁橡膠對一般工業用氣體具有很好的耐腐蝕性?另外,由于密封簾在氣柜中不斷地卷上卷下反復變形,因此,要求它具有較好的機械性能?如①在伸長后應有能回復原狀的性能;②能克服折壞現象;③應具有耐壓縮性?根據上述各點要求,密封簾在機械性上應取較大的安全系數,以防止產生裂縫?褶紋?折壞,并且在儲氣柜內要有適當的環狀間隙?

3、活塞調平裝置

該裝置是由活塞徑向對稱而引出的鋼繩,通過滑輪連接到同一配重塊上,如下圖所示：

圖表缺失

當這兩個徑向對稱點發生傾斜時,與高點連接的鋼繩就松弛,與低點連接的鋼繩就拉緊,這樣由配重所產生的重力就全作用在與低點連接的鋼繩上,該重力把低點向上提,使活塞保持水平?該調平裝置有三套,可保證活塞在各方向的水平度?同時,當活塞旋轉時,也能自動將其調回原位置?

4、活塞擋板

它是一筒形鋼結構組合架,與側板形成空間,與橡膠密封膜連成一個密封體?在活塞擋板上下裝有限位導輪,以限制徑向偏移?活動擋板頂面構成一個環形走臺,通過側板上的門,可到頂部走臺進行維修檢查?

(三)低壓單膜/雙膜氣柜

單膜/雙膜系列

氣柜由內膜?外膜和底膜三部分組成,內膜和底膜形成封閉空間儲存沼氣,外膜和內膜則通入空氣,控制壓力和保持外形等作用?儲氣器的壓力通常在0～5kPa，如下圖：

圖表缺失

采用進口材料,具有技術先進?抗風載?耐 H2S?耐紫外線?阻燃?自潔等優點,可解決防腐難?冬季防凍問題?如采用進口織物作為氣柜材質,產品使用壽命可達15～20年,而采用國產材質氣柜成本相對較低,產品使用壽命6年以上?

1. 單膜氣柜由抗紫外線的雙面涂覆PVDF涂層的外膜材料制作,特點是單層結構,保溫效果好于鋼結構,但差于雙層膜結構?
2. 雙膜氣柜采用雙層構造,內層膜采用沼氣專用膜,外層采用抗老化的外膜材料,同時可以起到保持外形和保證恒定工作壓力的作用。

低壓干式氣柜比濕式氣柜具有占地面積省,基礎建設投資可節省30%,生產?安裝周期可縮短近三分之一等特點?

(四)低壓儲氣袋

為了滿足儲氣袋的安全使用,常在氣袋外圍建有圓筒形鋼外殼,它對氣袋主要起保護罩作用,而沒有嚴格的密封要求?較典型的是利浦氣柜,如下圖所示：

圖表缺失

氣袋材質可采用進口塑膠,在-30℃仍可使用,由于氣袋壁厚的不同,其使用壽命也各異,這種儲氣袋與濕式氣柜相比雖防腐費及工程造價較低,但因儲氣壓力低,必須采用燃氣排送機,增加了日常的耗電,為此,有的地方采用定時供氣?

三?高壓干式儲氣柜

高壓干式儲氣系統主要由緩沖罐?壓縮機?高壓干式儲氣柜?調壓箱等設備組成?發酵裝置產生的沼氣經過凈化后,先儲存在緩沖罐內,當緩沖罐內沼氣達到一定量后,壓縮機啟動,將沼氣打入高壓儲柜中,儲氣柜內的高壓沼氣經過調壓箱調壓后,進入輸配管網,向居民供氣?系統中緩沖罐類似于小的濕式儲氣柜,起到將產生的沼氣暫時儲存,以解決壓縮機流量與發酵裝置產生沼氣量不匹配的問題,其容積根據發酵裝置產氣量而定,一般情況下可以20～30min升降一次為宜?壓縮機應采用防爆電源,以保證系統的安全運行,所選擇壓縮機的流量應大于發酵裝置產氣量的最大值,但不宜超過太多,以免造成浪費,在北方應建壓縮機房,以確保壓縮機在寒冷條件下能夠正常工作?高壓干式儲氣柜應選擇有相關資質廠家生產的產品,并在當地安檢進行備案,高壓氣柜內的壓力一般為0.8MPa?

高壓干式儲氣系統雖然有工藝復雜?施工要求高?需要運行維護等缺點,但與濕式低壓儲氣柜比較,具有以下優點:

1. 由于采用高壓儲氣,出氣壓力可以通過調壓箱調節,因此可以實現遠距離送氣,提高了輸送能力?
2. 減少了占地面積?
3. 可以為中壓輸送沼氣創造條件,因此可以降低管網的建造成本,當輸送距離較遠時,優勢更為明顯?
4. 在北方冬季,無需進行保溫?

四?濕式儲氣柜的防凍

低壓濕式儲氣柜的防凍措施可分為蒸汽加熱?熱水加熱?電加熱及加隔離層等方式?

1、蒸汽加熱方式

具有構造簡單?設備費用低?加熱效率高以及可以使水封內的水循環良好等優點?一般蒸汽加熱的做法是,在水槽平臺上靠內側安裝環形蒸汽管,從水槽壁邊在蒸汽引入口處接出立管,可將其附在儲氣罐的外導架上?環管內蒸汽由引射器射入水內,引射器的數量按需要熱量計算?在布置引射器時,要使蒸汽沿四周以同一方向射入水內,以使水流動成為連續的?在沼氣站內一般裝有蒸汽鍋爐,可以利用其蒸汽進行加熱?

2、熱水加熱方式

對于小型儲氣罐,一般用重力式循環熱水加熱?也就是靠冷水與熱水的密度不同來進行加熱?對于較大型濕式儲氣罐,將水槽內的水用泵抽出,通過熱交換器再送回到水槽內?采用泵循環加熱最好利用自動控制,在一定的水溫時,泵可以自動啟動和關閉?

3、隔離層防凍方式

可以采用聚丙烯制成的小球或聚氨酯廢料,撒在水槽的水面上,形成一層柔性絕緣毯覆蓋著水面,借以保持水的熱量不放散到大氣中去?

五?濕式儲氣柜的腐蝕與防腐

低壓濕式儲氣柜由于鋼鐘罩或塔節在運行中頻繁的浸入和升出水槽,鐘罩?塔節表層受大氣環境和水槽中含有溶解于水的硫化氫及二氧化碳等介質的侵蝕,加上目前防腐涂料性能及施工質量的影響,其腐蝕速度較單一介質的腐蝕快1/3左右,并使涂料漆膜很快出現老化現象,少則1～2年,多則3～5年,就得進行重新涂刷?

為了防止腐蝕性分子接觸柜體基質,必須使用高內聚不透性的涂料,這種涂料應能抵抗摩擦?撞擊及微生物?水?酸對柜體金屬表面的侵蝕?為了長久使用,漆膜還必須具有很強的黏合性,以防老化脫落?而近年來一些單位采用的氯磺化聚乙烯涂料和BMY聚氨酯防水涂料具有上述性能?這兩種涂料按一次使用,單位面積用量雖然造價較高,但以使用年限?年維修費用,卻遠遠低于其它防腐涂料,經濟效益是明顯的?而且BMY聚氨酯涂料可以在氣柜不停產條件下涂刷,對正常供氣沒有影響?

六?儲氣柜的布置原則

1、儲氣柜除設在沼氣站內,還可設置在居民小區附近?其優點是沼氣從發酵裝置經脫硫后,利用本身的壓力自行送至氣柜,不需消耗動力;又因在輸送途中沒有用戶,所以可采用較小的管徑輸氣,因氣柜出口沼氣的壓力具有2～3.5kPa,足以克服送至用戶管道的阻力損失?由于儲氣柜靠近用戶,所以管線長度短,各用戶的灶前壓力比較穩定,使灶具能在良好的工況下工作,具有較高的熱效率?

對于供氣規模很小的沼氣集中供應站,可將儲氣柜布置在沼氣站內,以利于統一管理?但對供氣規模較大的沼氣集中供應站,如采用這種方案,勢必造成氣柜距用戶的管路較長,管徑加大,有可能在用氣高峰時,管道末端用戶出現壓力較低?供氣不足的現象?

2、從鋼耗及一次投資來看,大容積氣柜比小容積要低;但從保證供氣的可靠性上看,最好設有兩個氣柜,以便維修與保養?目前,因受工程投資的限制,多數工程只能先建一個?

3、儲氣柜與周圍建筑物應有一定的安全防火距離

① 濕式儲氣柜之間防火間距,應等于或大于相鄰較大柜的半徑;

② 干式或臥式儲氣柜之間的防火距離,應大于相鄰較大柜(罐)直徑的2/3;

③ 儲氣柜與其它建筑?構筑物的防火間距應不小于下表中的規定;

圖表缺失

④ 對容積小于20m3的儲氣柜與站內廠房的防火間距不限;

⑤ 罐區周圍應有消防通道,罐區應留有擴建的面積?

七?儲氣柜的運行與維護

1、氣柜的置換

儲氣柜在啟用前必須進行置換?置換方法分為以沼氣直接進行和用惰性氣體間接置換兩大類?對于容積小于500m3的氣柜,可以沼氣直接進行置換,但柜內混合氣體必然經過從達到爆炸下限到超過爆炸上限的過程?在這一置換過程中,存在著發生爆炸的危險性,因此,必須杜絕火源?對于容積大于500m3的氣柜,應盡量采用惰性氣體間接置換的方法,它不會產生爆炸和污染,是一種安全可靠的方法?

惰性氣體有氮氣?二氧化碳等,而煙氣的組分主要是氮氣和二氧化碳,是比較經濟的置換介質?還應注意到密度大的惰性氣體適于置換密度小的燃氣,密度小的惰性氣體適于置換密度較大的燃氣這一原理?置換方法應按有關操作規程進行,切實注意安全?

2、氣柜的運行管理

1. 控制好濕式氣柜鐘罩的升降位置?在計算氣柜最高儲量時,應考慮到由于氣溫上升而引起的氣體膨脹;而在最低儲量時,勿使鐘罩貼至水槽底部,以防止氣溫降低,造成柜內負壓使罩頂塌陷?因而需對其升降位置留有安全余地,在設計制造時應考慮最高?最低限位器?最好選用儀表裝置控制或指示其最高?最低操作限位?
2. 防止水封中的水結冰,在冬季水溫應保持+5℃,一般酒廠可利用高溫發酵液,或在水封池表面鋪層聚氨酯泡沫塑料碎塊;有條件的北方地區也可噴入鍋爐蒸氣或使水循環防凍?
3. 防止漏氣,經常檢查水槽和水封中的水位高度,防止沼氣因水封高度不足而泄漏?定期對柜體表面進行檢查和涂刷油漆,以防鐘罩鋼板腐蝕而穿孔漏氣?
4. 防止火災,在氣柜外應建圍墻,站內嚴禁火種?氣柜上應安裝避雷針,其接地電阻應小于10Ω?
5. 對低壓干式氣柜首次充氣時控制活塞上升速度在5m/min,使活塞擋板達到最高位置,并使密封膜處于正常位置上,這對今后無論活塞處在任何位置,橡膠膜均能做到正常工作?
6. 對低壓干式柜當第一次升高活塞擋板時,一定達到最高位置,并使密封膜處于正常位置上,這對今后無論活塞處在任何位置,橡膠膜均能做到正常工作?
7. 經常檢查并清理調平配重鋼絲繩滑道上的異物,檢查活塞配重是否平衡,檢查調平配重鋼絲與活塞連接是否牢固,避免活塞傾斜?
8. 氣柜運行中應保證最大進氣量小于緊急放散裝置的排氣量,并保證各放散閥工作正常,以免活塞沖頂?

另外,在有臺風侵襲的地區建造儲氣柜,盡量采用半地下,以降低柜的高度?