沼氣發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)

河吉先

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院)

沼氣發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)

河吉先*

（中國(guó)石油集團(tuán)東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計(jì)院)

介紹了沼氣工藝技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)形式，闡述了兩種常用類型拼裝罐的特點(diǎn)。

拼裝罐 密封 防腐蝕 焊接罐 發(fā)酵罐

沼氣發(fā)酵是一種開發(fā)利用酒糟、污水等廢棄物進(jìn)行厭氧發(fā)酵、實(shí)現(xiàn)能源再生利用的工程技術(shù)。經(jīng)過發(fā)酵的沼渣和沼液是優(yōu)化的有機(jī)物肥料。實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工藝的主要設(shè)備是厭養(yǎng)發(fā)酵罐。發(fā)酵罐類型有多種，本文主要介紹一種常用的拼裝發(fā)酵罐。

1 發(fā)酵罐的類型

發(fā)酵罐按材料可分為鋼材、非金屬和鋼混凝土罐三大類。其中鋼材質(zhì)罐按制作工藝技術(shù)的不同，主要有拼裝罐、利浦罐、焊接罐三種形式；非金屬罐主要有玻璃鋼發(fā)酵罐和搪瓷發(fā)酵罐等。鋼材質(zhì)的拼裝罐按其表面材料不同又可細(xì)分為多種類型，有熱噴涂拼裝罐、搪瓷拼裝罐、不銹鋼復(fù)合板拼裝罐、電泳漆拼裝罐等。

2 拼裝罐式沼氣發(fā)酵罐的優(yōu)勢(shì)

拼裝罐技術(shù)是從西方發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)的一種高效安裝技術(shù)，能滿足快速低耗安裝的要求。由于拼裝罐制造大量的工作均在專業(yè)制造廠內(nèi)完成，所以拼裝罐的制造容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備化、標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化。拼裝罐的現(xiàn)場(chǎng)施工只是用專有工具進(jìn)行拼裝，既可以滿足施工周期較短的要求，也降低了施工技術(shù)難度，降低了整個(gè)罐的制造成本。如果用戶需要增加產(chǎn)量，拼裝發(fā)酵罐的容積可較方便地進(jìn)行擴(kuò)容。當(dāng)設(shè)備需要搬遷時(shí)，拼裝罐拆裝容易、搬遷方便，可多次拼裝使用。

拼裝罐比常見的焊接儲(chǔ)罐具有一定的優(yōu)勢(shì)。焊接罐通常是先用專用機(jī)械加工成片，然后在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組焊制作，相對(duì)而言，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，還經(jīng)常會(huì)受到天氣、季節(jié)的影響，而且需要技術(shù)較強(qiáng)的焊工操作?，F(xiàn)場(chǎng)施工的拼裝罐與焊接罐相比，可以節(jié)省大量的現(xiàn)場(chǎng)吊裝時(shí)間和費(fèi)用。

拼裝罐將其復(fù)雜的焊接安裝以及混凝土澆筑過程生產(chǎn)工廠化、工藝簡(jiǎn)單化，使投入成本降低，也不用投入大量的人力物力，一切加工全部工廠化完成。

2.1 拼裝罐的結(jié)構(gòu)

拼裝罐是采用鋼板搭接技術(shù)利用螺栓進(jìn)行連接緊固安裝而成的[1]，罐體及罐頂材料均采用鋼板。在制造廠內(nèi)先對(duì)鋼板進(jìn)行機(jī)械加工處理，然后進(jìn)行縱向、橫向搭接，搭接處采用專用高分子密封材料聚硫膠進(jìn)行密封。整個(gè)罐體就是這樣拼裝組合而成的，因此稱為拼裝罐。拼裝罐罐體鋼板及密封如圖1所示。

圖1 拼接鋼板與密封

2.2 拼裝罐的鋼板

拼裝罐的罐體及罐頂材料均采用普通的碳鋼鋼板。拼裝罐每塊鋼板按照發(fā)酵罐直徑的大小在制造廠內(nèi)預(yù)先加工成形，一塊鋼板的規(guī)格通常為1250 mm×2500 mm。鋼板通過機(jī)械加工在縱向和橫向開設(shè)螺栓孔，螺栓孔用于現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)進(jìn)行縱向、橫向的螺栓連接固定，螺栓連接后連接處鋼板即形成為搭接。加工成形后的鋼板在制造廠內(nèi)進(jìn)行電泳防腐蝕處理或熱噴涂處理，這樣能保證每塊鋼板的質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的拼接即可。

2.3 拼裝罐的密封及防腐蝕

密封及防腐蝕質(zhì)量關(guān)系到拼裝罐的使用效果及使用壽命。每塊鋼板現(xiàn)場(chǎng)組裝用螺栓連接固定后，搭接處會(huì)產(chǎn)生縫隙，縫隙處通常采用專用的高分子密封材料聚硫膠進(jìn)行密封。密封膠要求具有優(yōu)良的耐燃油、耐熱、耐多種化學(xué)品和耐大氣老化的性能，并且具有良好的柔軟性，對(duì)大部分材料有良好的粘附性。密封膠主要用于金屬板間固定螺栓的防水和防腐密封。

3 兩種主要類型拼裝罐

電泳漆式拼裝發(fā)酵罐和熱噴涂拼裝發(fā)酵罐是目前技術(shù)比較成熟的兩種主要類型，沼氣發(fā)酵工程項(xiàng)目上大多采用這兩種類型發(fā)酵罐。

3.1 電泳漆式拼裝發(fā)酵罐

3.1.1 電泳漆工作原理

電泳漆拼裝罐的鋼板表面防腐運(yùn)用了先進(jìn)的“陰極電泳處理”技術(shù)。陰極電泳處理是一種特殊的防腐方法。該方法以拼裝鋼板為陰極，即將鋼板浸漬在裝滿水、離子濃度比較低的電泳槽中作為陰極，在槽中另設(shè)置與其相對(duì)應(yīng)的陽極，所采用的電泳涂料是陽離子型 （帶正電荷），在兩極間通以直流電，在鋼板上就會(huì)析出防腐膜。

鋼板經(jīng)過酸洗、磷化、電泳等防腐處理后，再進(jìn)行噴粉處理，就可使鋼板具有雙層防腐的功效。電泳層和鋼板之間的結(jié)合力很強(qiáng)。電泳涂層作為保護(hù)層不僅能阻止罐體腐蝕，而且具有抗強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的功能。電泳涂層還具有極強(qiáng)的抗磨損性。

3.1.2 電泳漆特點(diǎn)

電泳漆的工作原理決定了拼裝罐表面具有雙層防腐功能。電泳漆內(nèi)層具有耐沖擊、高硬度、漆膜均勻平坦等特點(diǎn)。這種防腐漆由環(huán)保材料組成，具有無污染的特點(diǎn)。電泳漆外層具有美觀、耐用、耐磨、抗化學(xué)腐蝕和抗紫外線等特點(diǎn)。

電泳漆與傳統(tǒng)防腐處理技術(shù)相比具有防腐效果好、耐高溫、耐低溫、耐磨、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)輸過程中可減少或避免罐體碰撞損壞。此外，還克服了搪瓷拼裝罐運(yùn)輸及安裝過程中因碰撞而造成掉瓷和大面積爆瓷現(xiàn)象的缺點(diǎn)。

3.2 熱噴涂拼裝發(fā)酵罐

3.2.1 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂拼裝罐是熱噴涂技術(shù)和拼裝罐技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。熱噴涂技術(shù)是指將兩根帶電的金屬絲電弧熔融，并通過壓縮空氣噴吹、霧化，使金屬噴涂至經(jīng)處理的基體表面，形成結(jié)合良好、致密的金屬涂層，然后用封閉劑對(duì)金屬涂層表面進(jìn)行封閉，最終形成長(zhǎng)效防腐復(fù)合涂層。

熱噴涂技術(shù)是目前鋼材防腐中應(yīng)用較多的一種防腐方式，常用的一種熱噴涂金屬是鋁。將合金鋁熱噴涂至經(jīng)過處理的鋼基體表面，并對(duì)涂層進(jìn)行封閉處理，制成的鋼板適用于各種大氣、海水和淡水環(huán)境，以及pH為3.5～9的溶液及其它氧化性環(huán)境，特別適用于沼氣站、污水廠中的厭氧、好氧反應(yīng)器，并且對(duì)硫化氫有很好的耐蝕性。

3.2.2 熱噴涂涂層防腐蝕機(jī)理

熱噴涂涂層的防腐蝕機(jī)理主要在于用涂層隔離罐內(nèi)物料，涂層材料即為防腐材料。另外，涂層材料還通過自我犧牲實(shí)現(xiàn)陰極保護(hù)。鋁及其合金涂層的電極電位較鋼鐵材料低，在有電解液存在的條件下，這些涂層為陽極性材料，鋼鐵為陰極性材料，它們間形成腐蝕原電池。在腐蝕過程中，陽極材料(涂層)通過自身犧牲實(shí)現(xiàn)對(duì)陰極材料 (鋼鐵)的保護(hù)。由于鋁涂層的腐蝕產(chǎn)物能有效地減緩腐蝕速度，所以涂層的消耗也是很緩慢的，可以較長(zhǎng)時(shí)間地保護(hù)鋼鐵基體即發(fā)酵罐的罐體。

3.2.3 熱噴涂特點(diǎn)

熱噴涂板防腐層是由鋁涂層加封閉層形成的復(fù)合涂層，具有雙重防腐的功效，從而做到防腐無缺陷，達(dá)到了長(zhǎng)效防腐的目的。

電弧噴涂鋅、鋁涂層外加有機(jī)封閉涂層的長(zhǎng)效防腐蝕復(fù)合涂層能夠?qū)崿F(xiàn)30年內(nèi)不維護(hù)的要求。電弧噴涂層與鋼結(jié)構(gòu)基體以機(jī)械鑲嵌和微冶金的結(jié)合，提高了涂層結(jié)合力，在輕微碰撞或沖擊下也能確保防腐涂層不起皮、不脫落，使得涂層質(zhì)量完全滿足長(zhǎng)效防腐蝕的要求。

熱噴涂中的電弧噴涂技術(shù)，可減少鋼板結(jié)構(gòu)在服役期間的維護(hù)費(fèi)用，減少涂料施工帶來的環(huán)境污染，延長(zhǎng)鋼板結(jié)構(gòu)的使用壽命。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了沼氣工藝技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu)形式，闡述了兩種常用類型拼裝罐的特點(diǎn)。在沼氣發(fā)酵工業(yè)中，沼氣發(fā)酵罐采用拼裝罐形式比較焊接罐和搪瓷拼裝罐，從材料成本、人工費(fèi)用、吊裝費(fèi)用、防腐費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用等成本上看有較大的優(yōu)勢(shì)。另外，在保證施工質(zhì)量、縮短施工工期上更有突出的優(yōu)點(diǎn)。

[1] 賈立敏，曹從榮.一種新型的污水處理設(shè)備——拼裝式反應(yīng)器 [J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003（11）：92-93.

Design of Biogas Fermentation Tank

He Jixian

Introduces the structure form of fermentation tank which is the key equipment for biogas fermentation,expounds the features of two main types of common assembled tanks.

Assembled tank;Seal;Corrosion prevention;Welded tank;Fermentation tank

TQ 052.5

2014-03-24）

*河吉先，女，1962年生，高級(jí)工程師。吉林市，132002。