Барбара Эдер, Хайнц Шульц. Биогазовые установки. Практическое пособие
Подождите немного. Документ загружается.
внешнюю оболочьку, в виде внешней кладки, деревянной обшивки или чего то
похожего. Материал высыпают из мешков или задувают из контейнеров.
Расширенные плиты изпенистого полистирола
Расширенные плиты из пенистого полистирола, известные также под торговым
названием как стиродур, стиропена, крышные маты, агматы и изопена, имеют
большую устойчивость к воздействию давления, устойчивы к воздействию навоза и
не впитывают воду даже при длительном пребывании в ней из-за закрытой
клеточной структуры. Материал наиболее подходит для изоляции подземных
ферментаторов. Например плиту основы новостроящегося ферментатора
выливают, как правило, на заложенной в пещаную подушку плите.
Подходят также для внешней изоляции бетонных стен подземных резервуаров.
Фиксация плит дюбелями или похожими облегчит дальнейшее наполнение.
Рекомендуем между изоляцией и земляным покровом закладывать дренажную
плиту или шар гидроизоляции. Если диаметр резервуара менее 10 м, то лучше для
ровных плит со стороны, где они будут прилегать к стене, при помощи циркулярной
пилы призвести параллельные разрезы на 2/3 их толщины с тем, чтобы они лучше
гулись и подходили к округлосям резервуара. Каное количество надрезов
необходимо предпринять, не обходимо проверять для каждого отдельного случая на
экспериментальной плите.
Следует обязательно избегать сквозных фуг и зазоров в изоляции. На практике
изоляционный шар состоит из двух смещенно расположенных пластин. Зазоры и
фуги, избежать которых невозможно, закриваються при помощи строительной пены.
При изолировании перекрытия на него кладут расширенные пеновые панели. С
помощью гидроизоляционного шара, изоляцию защищиют от повреждений и
неблагоприятных погодных условий. Вариант используемой гидроизоляции и ее
товщина зависит от интенсивностин агрузок на нее. Будет достаточно такой
прочности плит, чтобы по них можно было ездить на тракторе и автомобиле. Если
хотите избежать прямого контакта с перекрытием, то плиты можно покрить слоем
щебня (с расположенной под ним пленочным уплотнением) или жестью.
Для високих резервуаров в большинстве случав дешевле на перекрытие ложить
плиты из стиропора или маты из минеральных волокон.
Пеновые плиты из полиуретана
Полиуретановая пена имеет очень низкий коэффициент теплопроводности (λ =
0,025 – 0,035 Вт/мК), а это значит лучшие теплоизоляционные качества. Существуют
пеныстые плиты из полиуретана в открытом и закрытом (клеточном) исполнении, а
также пена, для распыления на месте.
Плиты обійдуться дороже чем предварительно обработанные материалы из
полистирола, из-за чого они реже используются для биогазовых установок.
Распыление на месте должно выполняться специализированной фирмой.
Органические изоляционные материалы
Органические изоляционные материалы из шерсти овец, хлопка, льна,
волокон кокоса, корка и погожих материалов, которые все чаще используются при
экологической постройке домов, также подходят для изоляции наземних частей
биогазовых установок. Цены на эти изоляционные материалы на сегодняшний день
в 2-3 раза выше чем за маты из минеральных волокон или плиты из стиропора. Из-
за болем високого коэффициента теплопроводности по сравнению с изоляционными
материалами из органических веществ, необходимо учитывать болем толстый шар
изоляционных материалов (сравн. Табл. 4.2).
Толщина изоляционного шара
Оптимальная толщина изоляционного шара в первую очередь зависит от
формы и размеров ферментатора, разницы в температуре между содержанием
резервуара и окружающей среды (температура грунта и воздуха), стоимости
изоляционного материала и ползы от сэкономленной таким образом
процессуальной энергии.
В Главе 9 будет более точно изложено, как рассчитывать экономически выгодную
толщину изоляционного шара в зависимости от важнейших факторов воздействия.
Характеристики при пожаре
Теплоизоляция, расположенная над поверхностью грунта должна быть как
минимум трудновоспламеняющиеся вещества класса строительных материалов В2.
4.3.3 Внешняя обшивка и защита от неблагоприятных погодных условий
Ферментаторы, подверженные влиянию неблагоприятных погодных условий,
должны иметь внешнюю изоляцию. На рынке предлагаются обшивки из
метолопрофиля (алюминиум или оцинкованая листовая жесть) или дерева. Если
изоляционный материал достаточно устойчив, как например полистирольные плиты,
то плиты из профиля можно ложить без нижней конструкции непосредственно на
изоляционный шар. При использовании матов из минеральных волокон необходимо
прибегать к опорной конструкции.
Благодаря профилированию, как правило удается достичь достаточной
вентиляции изоляционного шара. Поскольку листы профиля легко гнутся для
создания какого-либо профилирования, то листы профиля располагают
горизонтально и стыки соединяют потайными швами. При этом следует проследить
за достаточным перекрытием на стыке, с тем чтобы туда не могла проникнуть вода
от осадков. В случае необходимости от проницания воды стыки можно
дополнительно уплотнить силиконкаучуком или эластичными уплотнительными
полосками. При накрытии фронтонной стороны следует проследить, чтобы
дождевая вода стекала надлежащим образом. Трубные подключения, смотровые
окна и другая арматура должны иметь соответствующую обшивку из жестяного
метала или кожух.
4.3.4 Пленочные колпаки и пленочные перекрытия
Накрытие ферментатора пленочным колпаком, который одновременно будет
являться и газонакопителем (сравн. Раздел 5.1), по сравнению с использованием
закрытых ферментаторов (цистерн) имеет множество преимуществ. С одной
стороны это позволяет почти полностью раскрывать резервуар в случае
необходимости. С другой стороны пленочный колпак берет на себя частично или
полностью функцию хранения газа. Кроме того, если диаметр ферментатора
превышает 14 м, то свободнонесущее перекрытие из бетона будет сравнительно
дорого стоить. Недостатком в этом случае является то, что ограничивается
непосредственный контроль над процессом, ориентируясь лишь на замеренные в
режиме «онлайн» параметры газа, поскольку забор проб можно будет делать лишь
из изменчивого содержания газгольдера.
Далее излагаются некоторые варианты решений для ферментаторов, которые
себя зарекомендовали на практике для цилиндрических, открытых сверху
резервуаров.
Однослойные пленочные колпаки из этилен-пропилен-диен-метилена
(EPDM)
Для этой конструкции (сравн. Изображение 4.17) характерно накрытие
открытого сверху резервуара однослойным пленочным покрытием. Это покрытие
одновременно выступает в качестве крыши ферментатора и газонакопителя.
Чаще всего тенты газгольдеров изготавливают из EPDM (этилен-пропилен-
диен-метиленового)-каучука толщиной 1,2-1,5 мм. Этот материал среди прочего
отличается большой устойчивостью к ультрафиолету и озону, а также слабой
пропускной способностью метана (около 0,1% ежедневно накапливаемого газа). Он
не нуждается ни в укрепляющей тканевой вкладке, ни в пластификаторе, как тенты
из ПВХ. Небольшие повреждения синтетического каучука можно устранить при
помощи лоскутов пленки, как это делают с камерами пневматической шины.
Недостатком этой пленки является то, что по сравнению с полиэтиленом она в
десять раз более подвержена диффузии газов. Тенты из EPDM не позволяют
полностью избегать выбросов неприятных запахов в окружающую среду. По причине
отсутствия тканевой вкладки, тент из EPDM является чрезвычайно растяжимым.
Высокая эластичность позволяет надежную фиксацию зажимом из профиля, не
опасаясь за возникновение преломлений. Исходя из всего вышеперечисленного,
такие мембраны хорошо подходят для строительства биогазовых установок, имея
все практические показатели. Их можно натягивать на резервуары диаметром до 35
м. Пленочный колпак склеивают в виде ровной поверхности из отдельных полотнищ.
При поступлении биогаза, пленка начинает подниматься под его давлением (Изобр.
4.18), это визуализирует выработку газа (контролирование процесса). Для перехода
от резервуара к пленке конструкции, хорошо себя зарекомендовал зажим «Seeger».
При этом пленку закладывают во вмонтированный в гребень стены конусный желоб
из твердого ПВХ и плотно зажимают при помощи резинового шланга, который после
этого накачивают воздухом. Этой конструкции достаточно для удержания биогаза,
давление которого под пленкой будет достигать 5-15 мм водяного столба, если
давление выше, то возникает опасность, что пленка и шланг вырвутся из желоба
(Изобр. 4.18 а).
В качестве нижней конструкции газгольдера используют деревянную
стропильную крышу. Стропила закладывают в балочные башмаки из железа V4A
либо в пазы по краю бетонного резервуара, а по середине резервуара они
опираются на стойку. Расстояние между стропилами по краю резервуара может
достигать 1,50 м. Стропила имеют небольшой уклон - 2-5% по направлению наружу.
Над стропилами располагается дощатая обшивка, образующая
щели. Через эти
щели биогаз перетекает в газонакопитель. Чтобы улучшить теплоизоляцию
перекрытия резервуара, над дощатой обшивкой размещают плиты из стиродура.
Однослойное и лежащее ровно пленочное покрытие над деревянными
стропилами в незаполненном состоянии подвержено негативному воздействию
ветра. Недостатком является также то, что от дождя или снега, пленка прижимается
вниз, ограничивая доступный объем.
Однослойная темно черная пленка накопителя под воздействием солнечных
лучей сильно нагревается и нагревает скопившийся биогаз. Разогретый газ при
одинаковом давлении во много раз прибавляет в объеме. От этого эффекта на
практике создается ошибочное впечатление, как будто ранним утром в накопителе
содержится намного меньше газа, чем в солнечные вечерние часы.
Газгольдеры из EPDM необходимо оснащать предохранителями во избежание
переполнения, поскольку из-за отсутствия тканевой вкладки газгольдер может
расширяться во много раз в объеме без изменения давления, срывая тем самым
крепление и уплотнитель.
Пленочный колпак из однослойной ПВХ-ткани с центральной опорой
Для биогазовых установок среднего размера и больших установок используют
пленочные покрытия с центральной опорой. Такая конструкция позволяет накрывать
резервуары диаметром до 30 м. Как и при накрытии с целью предотвращения
выбросов неприятных запахов от резервуаров с навозом, в этом случае также
сваривают между собой рулоны ПВХ-ткани. В качестве материала для пленки
используют химволокна, покрытые ПВХ. Такой материал отличается большой
прочностью к разрывам. Большая прочность к разрывам даже позволяет повышать
давление в накопителе до уровня 15 см водяного столба, чего достаточно для
работы атмосферных горелок (газовый инфракрасный излучатель, кухонная плита,
газовый факел). Преимуществом пленочных колпаков среднего размера является
возможность их эксплуатации без внутреннего давления, давление, необходимое
для сжигания, получают при помощи компрессора. Колпаки из химволокон, покрытых
ПВХ, изготавливаются специализированными фирмами, согласно точным размерам
и с использованием высокочастотного спаивания из полотен, поставляются в
полностью готовом для монтажа виде.
ПВХ-покрытие содержит пластификаторы и с годами под воздействием
неблагоприятных погодных условий становится хрупким. Поврежденные участки – и
в этом также есть преимущество такого материала – можно исправить при помощи
пленочных заплат и ПВХ-наклеек на достаточно длительное время дальнейшей
эксплуатации.
В центре резервуара кровля упирается в опору. Пленочный колпак извне на
резервуаре закрепляется натяжными ремнями. Уплотнение на краю резервуара
происходит с применением расположенного внутри второго свеса. Его привинчивают
к стене так, чтобы он не пропускал газа. Такая разновидность газгольдеров
оснащается также внедренной в конструкцию крыши и подпертой стеной резервуара
шахтой для обслуживания из нержавеющей стали. Через отверстие можно
проводить ремонтно-профилактические работы с мешалкой. Часто этот
конструктивный элемент оснащают смотровым окном, измерительными приборами и
газовым подключением.
Чтобы увеличить небольшой объем газгольдера, прибегают к пружинной
телескопической центральной опоре.
Газгольдер под пленочной крышей резервуара
Эта конструкция использует конический, укрепленный тканью тент из ПВХ,
фиксирующийся центральным контрфорсом, в качестве внешней защиты от
неблагоприятных погодных условий. Крыша резервуара натягивается за края
резервуара и закрепляется. Чтобы получить вариативную газовую камеру, между
опорой и стеной прокладывают вторую внутреннюю пленку. Внутренняя газовая
мембрана повторяет контуры первого внешнего покрытия. Если газгольдер заполнен
не полностью, то давление газа составляет 1,5-2,5 см водного столба, в
зависимости от собственного веса газоулавливающей мембраны.
Для внутренней пленки, как альтернативу ПВХ можно также использовать
EPDM. В качестве дешевой альтернативы можно также использовать пленку из
неукрепленного тканью полиэтилена/этилен-винилацетата. Полиэтилен/этилен-
винилацетат является сополимером, все чаще используемым в качестве пленки для
создания искусственных водоемов или многоразового накрытия силосов.
Создаваемое давление в размере максимум 0,5 см водяного столба является
сравнительно небольшим. К сожалению, эту пленку нельзя чинить при помощи
содержащего растворители клея, лишь с помощью самоклеящейся ленты. Принятой
толщиной пленки является толщина в 0,5 мм.
Полиэтилен/этилен-винилацетат практически не имеет эластических качеств.
Деформация от растяжения, сопровождаемая уменьшением толщины материала
сохраняется
длительное время. Эта пленка, имеющая ряд недостатков, в первую
очередь, используется для газовых накопителей в виде подушек. После некоторого
времени использования ее можно восстановить.
В других странах колпаки и тенты изготавливают также из бутилкаучука.
Однако, этот материал у нас не получил распространения.
Двойная пленка в качестве воздухоопорной [надувной] крыши
В этом случае речь идет об отказе от несущей конструкции крыши; вместо нее
в пространство между расположенной внутри газоулавливающей мембраной и
внешней кровлей вдувают воздух при помощи небольшого компрессора, благодаря
этому кровля наполняется воздухом, распрямляется и образовывается
самонесущая крыша из пленки. Внешняя пленка, защищающая от неблагоприятных
погодных условий, изготавливается в виде купола или конуса из ПВХ-ткани, тогда
как газоулавливающая мембрана имеет похожую форму и изготавливается из ПВХ,
полиэтилена/этилен-винилацетата либо EPDM. В зависимости от работы
производства и потребления газа, внутренняя мембрана поднимается или
опускается (Изобр. 4.19).
Опорное давление воздуха составляет 2-3 см водяного столба; оно действует
на внешнюю кровлю также как и на газоулавливающую пленку. Для давления газа
внутри следует еще дополнительно учитывать собственный вес газоулавливающей
пленки. Таким образом, давление газа будет на 1 см водяного столба выше, чем
опорное давление воздуха. Такая разновидность газгольдеров имеет постоянное
небольшое начальное давление.
Внутренняя мембрана и кровля крепятся газонепроницаемым зажимом по краю
резервуара при помощи С-профиля из нержавеющей стали с заложенным шлангом
под давлением. С целью монтажа, но также для упрощения устранения
повреждений, под газоулавливающей мембраной размещают опорную конструкцию.
Во многих случаях она представляет собой балочную конструкцию из дерева, хотя
применяют также балочные башмаки и соединительные элементы с нержавеющей
стали. Альтернативой зажимающему профилю может быть привинчивание пленки с
помощью профиля из нержавеющей стали по краю резервуара с применением
эластической уплотнительной массы.
Крыши из двойной пленки считаются устойчивыми к неблагоприятным
погодным условиям благодаря гладкости кровли, конической форме и эластичности
воздухоопорной крыши как таковой. Дополнительное нагнетание опорного воздуха
приводит к уменьшению нагрузки неприятными запахами. По сравнению со
стоимостью твердого покрытия ферментатора с внешним газонакопителем, эта
конструкция часто является дешевле. Этот метод также имеет то преимущество, что
подходит для накрытия больших площадей без создания дорогостоящей нижней
конструкции. Фиксация и уплотнение при помощи зажима шлангом под давлением
позволяет проводить очень простой и экономящий рабочее время монтаж и
демонтаж воздухоопорной крыши. Таким образом, можно отказаться от газового
колпака. Недостатком, однако, является большое количество используемой пленки
(две пленки подряд) и постоянная потребность в энергии для нагнетания опорного
воздуха между пленками.
Выводы
Пленочные газгольдеры постоянно
попадают в поле дискуссий с точки зрения
пожаро- и взрывоопасности. Во время проведения
эксперимента с целенаправленным поджогом
пленки из EPDM [73] в 2004 г., оказалось, что
пленка устойчива к механическим повреждениям,
которые обычно вызывают самые большие
опасения и не несет в себе никакой
дополнительной опасности при возгорании. Во
время демонстрационного поджога пытались
поджечь пленку при помощи разных средств. Она
оставалась стабильной к поджогу сигаретой,
пастбищной изгородью под напряжением в 5000
Вт, фейерверком и раскаленным до красна
металлическим стержнем. При помощи горящего
факела удалось в течении полторы минуты прожечь в пленке отверстие. В этом
месте началась утечка газа, который выгорал (Изобр. 4.20).
4.3.5 Покраска, нанесение защитных слоев и уплотняющие материалы
Использование материалов для нанесения защитных шаров и уплолтняющих
материалов необходимо для защиты бетона или профлиста от коррозии или для
уплотнения пористых поверхностей бетона или соединений. Материалы,
применяемые для покрытия должны иметь абсолютную устойчивость к влаге и
температуре, а также иметь стабильность при взаимодействии со слабыми
органическими кислотами, сероводородом и аммиаком. В резервуаре практически
не бывает механического взаимодействия с покрытием или уплотнителем.
Практический опыт показывает, что в защите от коррозии биогазового
ферментатора и резервуара конечного хранения продукта, изготовленных из
соответствующего бетона или жести (толщина > 4 мм) нет необходимости там, где
происходит контакт лишь с навозом, коррозия происходит лиш в зоне воздействия
кислот и выделения газа. Если по каким то причинам невозможно держать
резервуар полностью наполненным и собирать газ в одном колпаке, то граничне
зоны перехода от навоза к газонакопителю должны быть защищены. Провести
окраску или нанести защитный слой над уровнем наполнения навозом в резервуаре
целесообразно в любом случае. Благодаря применению эффективной
теплоизоляции зона холодной внутренней поверхности должна быть как можно
меньшей, поскольку коррозию вызывают в первую очередь очень кисле конденсаты
Для всех покрасою и защитных покритий важно
чтобы основание, на которое они
будут наноситься, было чистым, сухим и твердым. Предварительная окраска с
хорошей текучестью улучшает адгезию, особенно с бетоном или штукатуркой.
Основной защитный слой должен оставаться эластичным или пластичным
длительное время чтобы покрывать мельчайшие трещины, возникающие
вследствие усадки бетона и во время эксплуатации установки.
Не требу ют защиты
от коррозии детали из широко распространенных
искуственных материалов – полиуретана, поли пропилена, поливинилхлорида,
плексигласа и стекло пластика. Искуственные материалы, подверженные
биологическому разложению, которые все чаще в последнее время мспользуются
для пленки конечно же непригодны для биогазовых установок, также непригодным
является алюминий и цветные металлы. Оцинкованные детали подвергаются