5000 m3 de ballon à biogas à double membrane monté au sol pour le stockage du méthane

Ballon à biogaz à double membrane monté au sol de 5000 m³ pour le stockage du méthane

Aperçu du produit

Le gazomètre à double membrane Mondes Process est une structure robuste supportée par l'air, spécialement conçue pour les applications de stockage de biogaz. Cette conception innovante permet un confinement efficace du gaz tout en minimisant le risque de fuite, ce qui est crucial pour maintenir l'intégrité du biogaz en tant que source d'énergie. Généralement, ce gazomètre est intégré dans les systèmes de digestion anaérobie au sein des stations d'épuration, des projets de digestion agricole, des sites d'enfouissement et des centrales de cogénération qui utilisent des matières organiques digérées pour produire du biogaz en tant que source d'énergie.

Dans les stations d'épuration, l'intégration du gazomètre améliore l'efficacité opérationnelle en fournissant une méthode fiable pour stocker le méthane produit pendant les processus de digestion anaérobie. Le biogaz stocké peut être utilisé sur place pour alimenter des générateurs ou des systèmes de chauffage, réduisant ainsi la dépendance aux sources d'énergie externes et contribuant aux objectifs globaux de développement durable.

Dans les milieux agricoles, ces structures facilitent la gestion des déchets organiques provenant des exploitations d'élevage et des résidus de cultures. En capturant et en stockant le biogaz généré par des processus de fermentation contrôlés, les agriculteurs peuvent convertir les déchets en énergie renouvelable précieuse tout en atténuant simultanément les émissions de gaz à effet de serre associées aux méthodes traditionnelles d'élimination des déchets.

Les sites d'enfouissement bénéficient de l'utilisation de gazomètres à double membrane en gérant efficacement la production de gaz de décharge. Au fur et à mesure que les matières organiques se décomposent dans les décharges au fil du temps, des quantités importantes de méthane sont libérées ; l'utilisation d'un système de gazomètre permet de capturer ce puissant gaz à effet de serre pour le convertir en énergie utilisable plutôt que de le laisser s'échapper dans l'atmosphère.

De plus, dans les centrales de cogénération qui utilisent des matières organiques digérées pour la production d'électricité et la production thermique, l'intégration de telles solutions de stockage avancées optimise les taux d'utilisation du combustible. La capacité de stocker l'excédent de biogaz assure un fonctionnement constant, même lorsque la disponibilité des matières premières fluctue ou pendant les périodes de forte demande.

Principaux paramètres techniques

Installation typique

Le gazomètre est installé entre le digesteur et l'équipement de consommation de gaz :

Une installation typique de gazomètre est conçue pour stocker environ 20 heures de volume de production de gaz. Les volumes de stockage peuvent être conçus pour répondre aux exigences de production et de consommation du processus ; des unités plus petites peuvent être nécessaires comme stockage tampon dans une usine fonctionnant en continu, mais des unités de stockage de gaz plus grandes peuvent être spécifiées pour contenir le gaz à utiliser pendant la période de pointe de la demande d'électricité locale, lorsque l'énergie produite peut être vendue à un meilleur prix.

Structure principale

Membrane extérieure

La structure du gazomètre comprend deux membranes de forme sphérique et une membrane inférieure plate montée sur une dalle de béton.

La membrane extérieure est une structure textile gonflée en permanence. La membrane est gonflée à l'aide de soufflantes à commande électrique – généralement spécifiées en paires assorties pour les cycles de service/veille. Des clapets anti-retour sont installés dans la conduite d'alimentation en air pour isoler chaque soufflante en mode veille. Une vanne de régulation est installée sur le conduit d'échappement de la membrane extérieure.

La membrane extérieure est conçue selon tous les codes internationaux appropriés pour les structures supportées par l'air. La membrane textile est conçue pour résister aux forces de pression d'air internes ainsi qu'aux forces dynamiques externes du vent et de la neige. MONDES utilise une gamme de matériaux de membrane allant jusqu'à 1 011 lbf/2 pouces (9 000 N/5 cm de résistance à la rupture) – la membrane textile la plus résistante actuellement disponible dans le commerce. Les membranes sont fabriquées à partir de fil de polyester avec un revêtement PVC+PVDF. Le revêtement est appliqué selon nos propres spécifications avec des additifs et des traitements pour la protection contre le soufre et d'autres composants présents dans le biogaz. La membrane est spécifiée pour une faible perméabilité au méthane de 167 ml/m²/jour/bar de pression. La membrane extérieure reçoit des additifs supplémentaires pour une protection accrue contre les rayons ultraviolets. L'espérance de vie typique de la membrane extérieure est de 20 ans dans un endroit exposé et à fort rayonnement UV. Des durées plus longues peuvent être attendues dans les pays où les niveaux d'UV sont réduits. Au cours de la durée de vie de la structure, la membrane extérieure deviendra cassante et commencera à se fissurer, exposant les fils de polyester. À la fin de sa durée de vie, la membrane extérieure peut être facilement remplacée. Les membranes intérieures (voir la discussion plus loin) ne subissent pas le même processus de vieillissement aux UV et dureront plus longtemps que la membrane extérieure d'un facteur minimum de 2:1. Chaque rouleau de matériau de membrane est testé à 100 % par des techniques d'inspection visuelle informatisées et humaines.

La forme de la membrane est fabriquée dans des tailles standard pour utiliser au mieux les largeurs de matériau de base standard. Des tailles spécifiques alternatives peuvent être produites, mais cela peut ne pas être commercialement avantageux.

La forme de la membrane est obtenue en coupant avec précision le rouleau textile selon des motifs de conception précis. Ces motifs sont basés sur plus de 20 ans d'expérience du comportement du textile dans des conditions de pression, et sont devenus une forme très spécialisée pour assurer une répartition uniforme des contraintes dans toute la structure. Les joints superposés entre les composants sont soudés à haute fréquence dans des conditions contrôlées selon la norme ISO.9001. Une traçabilité totale est maintenue pour chaque mètre de soudure de membrane pour nos enregistrements de qualité. Des soudures d'essai sont produites avant que chaque nouveau rouleau de tissu ne soit installé sur la machine à souder, et tous les 25 mètres (82 pieds) de soudure tout au long de la construction de la membrane soudée.

Les raccords à travers la membrane, tels que l'orifice de visualisation, la couronne, les entrées et les sorties, et le joint périphérique de base, sont renforcés avec des câbles sans fin en acier inoxydable encapsulés. Chaque câble est fabriqué à la taille exacte requise pour chaque projet individuel :

Membrane intérieure

La membrane intérieure forme le confinement de gaz à volume variable à l'intérieur de la membrane extérieure. Les membranes intérieure et inférieure sont scellées avec un joint de compression étanche au gaz autour de la périphérie de la structure sur la base en béton. Au fur et à mesure que le volume de gaz stocké augmente, la membrane intérieure s'élève pour l'accueillir. La pression à l'intérieur du confinement de gaz, et donc des gazoducs, est maintenue par la pression d'air à l'intérieur de la membrane extérieure agissant sur la surface de la membrane intérieure. La différence de pression entre le confinement d'air extérieur et le confinement de gaz intérieur est minime – due uniquement au poids de la membrane intérieure (la pression de confinement de gaz est de 0,145 – 0,022 psi (1 à 1,5 mBar plus élevée)).

La membrane intérieure est fabriquée à partir du même tissu textile que la membrane extérieure. La membrane intérieure a une protection UV réduite car elle n'est pas exposée à ce rayonnement, mais elle possède un revêtement antistatique supplémentaire pour éliminer la possibilité que l'électricité statique soit causée par le mouvement de la membrane pendant le fonctionnement. Malgré les conditions de service sans contrainte de la membrane intérieure, elle est toujours spécifiée pour être de la même résistance que la membrane extérieure. Dans le cas peu probable d'une défaillance de la membrane extérieure, la membrane intérieure maintiendra l'intégrité structurelle contre toutes les conditions de charge (pression interne et environnementale).

Tuyauterie de gaz et soupape de surpression

Avec plus de 20 ans de développement et un large éventail d'installations dans le monde entier, nous pensons que ce système est l'agencement optimal de la tuyauterie d'alimentation en gaz et de la soupape de surpression.

Il est important que le gaz soit fourni par une canalisation et consommé par une deuxième canalisation – même dans un système où le gazomètre est utilisé comme simple tampon. Le biogaz est un mélange de méthane et de dioxyde de carbone, et ce mélange peut se déposer pendant les périodes de stagnation. Avec un système à deux canalisations, le gaz à l'intérieur du confinement est continuellement en mouvement – même pendant les périodes où la production et la consommation sont également équilibrées.

Les conduites d'alimentation et de consommation de gaz sont acheminées sous la dalle de base jusqu'au centre de la base. Les tuyaux et les membranes sont scellés à l'aide de brides de scellement à compression boulonnées. Pour les besoins du schéma ci-dessous, les deux tuyaux sont représentés en opposition l'un à l'autre. En pratique, ces deux tuyaux seraient parallèles l'un à l'autre, radialement sur la base. La tuyauterie doit être spécifiée à la taille correcte pour tenir compte du débit volumétrique et de la pression des exigences de chaque installation individuelle.

La soupape de surpression hydraulique doit toujours être installée sur la conduite d'alimentation en gaz du gazomètre à double membrane. Lorsqu'elle est installée sur la conduite d'alimentation, la vanne protégera la structure de la membrane contre la surpression interne ainsi que les situations de surpression causées par une forte augmentation de la production de gaz. Chaque vanne est fabriquée individuellement selon des dimensions fixes pour fournir le soulagement de pression nécessaire pour les combinaisons de pression et de débits de chaque installation. La vanne est construite en acier inoxydable de type 304 et utilise un fluide antigel glycol à 100 % à l'intérieur pour maintenir le piège à pression. La vanne de sécurité fonctionne selon le principe simple des différentiels de pression hydraulique. La vanne doit être régulièrement entretenue et vérifiée pour le niveau du contenu du fluide. En cas de situation d'échappement, l'humidité en suspension dans le biogaz se condensera dans le fluide de la vanne plus froid et le niveau augmentera. Le corps de la vanne est fourni complet avec une fenêtre de visualisation de niveau, un robinet de purge à vanne à bille et un bouchon de remplissage de niveau.

Les conduites d'alimentation et de consommation doivent être posées en pente afin que toute condensation se formant à l'intérieur des conduites s'écoule. Des pièges à condensats doivent être installés près du gazomètre pour faciliter l'élimination des condensats. Généralement, les pièges à condensats sont installés dans une fosse juste à l'extérieur de la dalle de base du réservoir

Équipement de contrôle

L'étendue standard de la fourniture pour les gazomètres à double membrane comprend :

1) Transducteur et instrument de niveau à ultrasons.

2) Transducteur et instrument de détection de gaz.

• Le transducteur de niveau à ultrasons est situé dans un boîtier au sommet de la membrane extérieure. Le transducteur est câblé en dur vers l'instrument à partir duquel les lectures peuvent être lues et signaux de commande fournis via une interface de circuit de commande 4-24 mA pour d'autres équipements de commande API. L'instrument fournit jusqu'à six relais pour la commutation des circuits de commande, par exemple, pour démarrer le brûleur de gaz résiduel lorsque le stockage de gaz approche du maximum, etc.

• Le transducteur de détection de gaz est monté dans la vanne de régulation de pression de la membrane extérieure. L'unité sert à maintenir un contrôle continu des fuites de méthane dans la membrane extérieure confinement d'air. Le transducteur doit être câblé en dur vers l'instrument qui fournit alarme et commutation de relais. L'instrument est généralement configuré pour fournir des alarmes à 20 %, 40 % et 60 % de la LEL (limite inférieure d'explosivité) pour le méthane dans l'air. En cas de troisième état d'alarme, le système de contrôle doit arrêter l'usine afin que l'alarme puisse être enquêté avant que toute fuite n'atteigne une concentration inflammable de méthane dans l'extérieur confinement.

Considérations de conception du système/de l'usine

Comme indiqué ci-dessus, le gazomètre maintient la pression dans tout le système de production et de consommation de gaz. Il est essentiel que la pression de fonctionnement requise du gazomètre soit déterminée à un stade précoce de la conception de l'usine et du processus afin qu'une cotation précise puisse être fournie dès le départ.

Dans tout système lié à l'écoulement de gaz ou de fluides, il existe des pertes de charge causées par le frottement du fluide en mouvement contre les parois des tuyaux, à travers les vannes et les raccords, etc. Dans un système tel qu'une DIGESTION DE BIOGAZ ET UNE CENTRALE ÉLECTRIQUE, la pression ne sera pas la même à aucun point pendant que le gaz s'écoule. L'usine aura un profil de pression directement lié à la conception de la tuyauterie, des vannes et des éléments de l'usine impliqués :

Comme on peut le voir sur le schéma ci-dessus, la pression au niveau du gazomètre est inférieure à celle du digesteur, mais supérieure à celle de tout point de la distribution de consommation de gaz. La perte de charge sur chaque section de l'usine est directement liée à la taille et à la longueur de la tuyauterie impliquée, et au nombre de vannes et autres raccords à travers lesquels le gaz doit s'écouler.

Dans l'exemple simple fourni, la pression réelle requise au niveau du digesteur et du gazomètre doit être calculée à rebours à travers le système à partir des spécifications et des exigences de la CENTRALE ÉLECTRIQUE. Selon la longueur et la complexité du système, la pression au niveau du digesteur pourrait être considérablement plus élevée que celle nécessaire à la CENTRALE ÉLECTRIQUE afin que le système dans son ensemble puisse faire circuler le gaz au volume et à la pression requis.

L'utilisation d'un surpresseur de gaz situé avant la CENTRALE ÉLECTRIQUE est toujours digne d'être prise en considération. Un surpresseur peut fournir la pression requise au niveau de l'unité de consommation tout en permettant au reste du système en amont d'être configuré pour des pressions de fonctionnement réduites. L'introduction d'un surpresseur de gaz peut avoir un effet important sur la réduction des coûts d'investissement globaux de l'usine, car le gazomètre et le digesteur deviendront moins chers lorsqu'ils seront conçus pour des pressions de fonctionnement plus faibles. Les coûts de fonctionnement supplémentaires d'un surpresseur de gaz sont généralement assez bien équilibrés par rapport aux coûts de fonctionnement réduits des soufflantes plus petites nécessaires pour maintenir la pression au niveau du gazomètre. De plus, un surpresseur de gaz n'aura besoin de fonctionner que lorsqu'il y aura une demande du côté de la consommation, contribuant ainsi davantage à l'équilibrage des coûts d'exploitation.
 

Présentation du produit