Agroenergetyka.pl
Energetyka, OZE w sieci: Facebook OZE / GL / forum OZE / Stowarzyszenie SPOZE / blog energetyczno - paliwowy / Szkolenia Energetyka
 
 
Poczta kwiatowa - Wyślij Kwiaty
strona główna  Zarejestruj się  Ogłoszenia  Forum odnawialne zrodla energii  Kontakt 



Artukuły
BIOGAZ
 

Zagrożenia technologicznie eksploatacji biogazowni

Data: 2010-01-03
Wybuchowość

Metan jest gazem łatwopalnym, przy określonych warunkach wybuchowych. Aby proces spalania został zainicjowany muszą być spełnione jednocześnie trzy warunki: substancja palna, energia do zainicjowania zapłonu, tlen do utrzymania procesu spalania. Dodatkowo mieszanina metanu i powietrza musi być w odpowiedniej proporcji wyznaczonej określonymi stężeniami. Jest do dolna i górna granica zapalności (wybuchowości).

Granice zapalności mieszanin palnych par i gazów z powietrzem, oznacza się w % objętościowych. Przy dolnej granicy zapalności mamy do czynienia z nadmiarem powietrza, które pochłania ciepło wydzielające się w początkowej fazie inicjującej palenie. Przy górnej granicy zapalności, składnik palny znajduje się w nadmiarze, więc efekt cieplny reakcji i temperatura spalin jest zbyt mała dla podtrzymywania spalania. Należy jednak pamiętać, ze mieszanina niepalna powyżej górnej granicy zapalności, może stać się palna po rozcieńczeniu jej przez powietrze, znajdujące się w dowolnym systemie, lub instalacji.

Granice wybuchowości są zmienne i zależne od:

  • temperatury - w miarę wzrostu temperatury mieszaniny palnej gazów, granice zapalności rozszerzają się, czyli mieszanina staje się bardziej zapalna
  • ciśnienia - w miarę obniżania się ciśnienia, zakres granic zapalności mieszanin zwęża się aż do zrównania dolnej i górnej granicy zapalności, czyli dla każdej mieszaniny gazów istnieje pewne krytyczne ciśnienie, poniżej którego własności wybuchowe i zdolność do zapalenia się przestają istnieć.
  • ilości gazu obojętnego w mieszaninie, np. dodanie dwutlenku węgla lub azotu do palnej mieszaniny, znacznie zmniejsza zakres granic zapalności;
  • bodźca termicznego - w miarę zwiększania się mocy początkowego impulsu, granice zapalności również rozszerzają się;
  • składu - najbardziej niebezpieczną i wybuchową jest taka, która ma pewną nadwyżkę łatwozapalnej pary lub gazu, w stosunku do ilości tlenu zawartego w powietrzu
  • miejsca zainicjowania zapłonu i kierunku dalszego rozprzestrzeniania się płomienia;
  • stężenia tlenu w mieszaninie.

Granice wybuchowości
Rysunek 1 obrazuje stopień zagrożenia wybuchowego w przypadku mieszaniny utworzonej z metanu, powietrza i gazu obojętnego przy założonym przedziale wybuchowości w granicach od 4,9% do 15,4 % zawartości metanu. Dolna i górna granica wybuchowości jest reprezentowana przez punkty C i D. Jeżeli do mieszaniny metanu i powietrza wprowadzimy gaz obojętny (azot, dwutlenek węgla), nastąpi zwężenie granic wybuchowości, tzn. DGW (dolna granica wybuchowości) wzrośnie, a GGW (górna granica wybuchowości ) zmaleje. Obrazują to linie CE oraz DE, które spotykają się w punkcie E. Pole CED, jest obszarem palnym, wybuchowym. Linia AB przedstawia mieszaninę metanu i powietrza bez gazu obojętnego. Pochylenie linii AB wskazuje spadek zawartości tlenu związany ze wzrostem stężenia metanu.

Zmiany stanu składu mieszaniny związane z doprowadzeniem powietrza lub gazu obojętnego, przedstawione są na wykresie liniami przerywanymi. Chwilowy stan, określony punktem F (obszar niepalny), w przypadku wentylacji powietrzem będzie ulegał zmianie wzdłuż prostej FA. Jest to równoznaczne z zagrożeniem wybuchowym przy przejściu przez pole CED. Wentylując pomieszczenie, lub rozcieńczając atmosferę mieszaniny metanu i powietrza wzdłuż prostej FH gazem obojętnym, znajdziemy się poniżej krytycznej linii rozcieńczania powietrzem GA (punkt H). Obszar poniżej linii GA umożliwia wentylację pomieszczenia powietrzem, bez zagrożenia wybuchowego. Obszar poniżej linii BK (linia krytycznego rozcieńczania mieszaniną metanu, tlenu i gazu obojętnego), umożliwia przepłukanie, wentylację atmosfery gazowej zbiornika lub komory, ww. mieszaniną bez stosowania gazu obojętnego.

Wszystkie operacje serwisowe i eksploatacyjne dotyczące komór fermentacyjnych, pofermentacyjnych, zbiornika gazu i instalacji gazowej wykluczają poruszanie się w polu CED. Pomiary stężeń przy pomocy eksplozymetrów, właściwe procedury i zasady bezpieczeństwa określone w instrukcji eksploatacji biogazowni, są niezbędne przy wykonywaniu wszelkich prac serwisowych i obsługi.



Strefy zagrożenia wybuchem

W celu maksymalnego ograniczenia ryzyka wprowadzono strefy zagrożenia wybuchem (zgodnie z rozporządzeniem Ministra Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej z dnia 7 października 1997 r. Dz.U. nr 132, poz. 877), oraz przyporządkowano im kategorie urządzeń, spełniających wymagania danej strefy, na podstawie Dyrektywy 94/9/EC ATEX (ATEX Directive - strefa zagrożona wybuchem, ATEX - "ATmosphere EXplosible").

Strefa Z0
Obszar, w którym atmosfera wybuchowa złożona z mieszaniny powietrza i substancji palnych w formie gazu, pary lub mgły występuje stale, przez długi okres czasu lub często.
Strefa Z1
Obszar, w którym w czasie normalnej pracy prawdopodobne jest pojawienie się atmosfery wybuchowej złożonej z mieszaniny powietrza i substancji palnych w formie gazu, pary lub mgły.
Strefa Z2
Obszar, w którym w czasie normalnej pracy pojawienie się atmosfery wybuchowej złożonej z mieszaniny powietrza i substancji palnych w formie gazu, pary lub mgły jest mało prawdopodobne, a jeśli nawet wystąpi to tylko przez krótki czas.

Wymiary stref zagrożenia wybuchem dla biogazowni:
  • komory fermentacyjne – w całej komorze nad osadem gnilnym, w komorach przelewowych i syfonach - Z0
  • wokół nie zapewniających gazoszczelności włazów do komór - Z1 - 3 m
  • aparatura kontrolno-pomiarowa (całe pomieszczenie) - Z2
  • wokół zaworów bezpieczeństwa - Z1 5 m
  • wokół przewodów odpowietrzających i wydmuchowych (o promieniu 5 m, ale 1 m w dół, 10 m w górę) - Z1
  • pomieszczenie sprężarek biogazu wyposażone w eksplozymetr i mechaniczną wentylację awaryjną - Z1 - 0,5




Urządzenia występujące w biogazowni, wg dyrektywy ATEX są określone jako urządzenia II grupy, które dzielą się na następujące kategorie:

Kategoria 1: Sprzęt w tej kategorii jest przeznaczony do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami występuje stale, w długich okresach czasu bądź pojawia się często.
Kategoria 2: Sprzęt w tej kategorii jest przeznaczony do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami występuje sporadycznie, od czasu do czasu.

Kategoria 3: Sprzęt w tej kategorii jest przeznaczony do stosowania w obszarach, w których zagrożenie wybuchem mieszanin powietrza z gazami, parami lub zawiesinami jest raczej nieprawdopodobne, a jeśli się zdarza to rzadko i utrzymuje się przez krótki czas.

Związek pomiędzy kategoriami urządzeń a strefami zagrożenia jest określony dyrektywą 1999/92/EC:
w strefie Z0 można stosować jedynie urządzenia kategorii 1,
w strefie Z1 - urządzenia kategorii 1 i 2,
w strefie Z2 - urządzenia kategorii 1, 2 lub 3,

W celu zapewnienia bezpiecznej eksploatacji biogazowni wymagane są odpowiednie procedury. Najważniejsze to:

  • kontrola drożności, szczelności i sprawności instalacji (przewodów, zaworów itd.),
  • wymiana lub naprawa elementów uszkodzonych, skorodowanych
  • kontrola pracy silnika, kotła i pozostałych urządzeń pomocniczych według instrukcji eksploatacyjno-serwisowych (DTR),
  • wykonywanie prac niebezpiecznych przez co najmniej dwie osoby,
  • kontrola stanu technicznego zbiornika gazowego, komór, przykryć membranowych, mieszadeł, higienizatora itd.,
  • prace remontowe lub konserwacyjne w miejscach zagrożonych wybuchem, pożarem lub zatruciem poprzedzone winny być badaniem detektorem gazu na obecność siarkowodoru, metanu,
  • oznakowane pomieszczenia zagrożone wybuchem wraz ze strefami, przyporządkowanie nazw poszczególnym obiektom i urządzeniom wraz z informacją o zagrożeniach,
  • asekuracja pracownika wykonującego pracę wyposażonego w szelki bezpieczeństwa i linkę asekuracyjną oraz w detektor wykrywania gazów niebezpiecznych i szkodliwych dla zdrowia w komorach, studzienkach drenujących przez co najmniej dwie osoby; osoby asekurujące wyposażone w co najmniej dwa aparaty oddechowe oraz w przenośne urządzenia do wydobycia poszkodowanego, w pozycji głową do góry,
  • wydzielone pomieszczenie na podręczną apteczkę wraz z instrukcją udzielenia pierwszej pomocy, zapewniona łączność telefoniczna,
  • znajomość dróg ewakuacyjnych i sposobów ewakuacji wraz ze sposobem prowadzenia akcji ratowniczej i udzielania pierwszej pomocy,
  • ukończony kursy BHP I-go stopnia wraz z dodatkowymi kwalifikacjami,
  • uprawnienia do obsługi urządzeń energetycznych i cieplno-gazowych,
  • przestrzeganie zasad pracy w opróżnionej komorze fermentacyjnej (przewentylowana, sprawdzona detektorem gazów wybuchowych, oświetlenie w obudowie przeciwwybuchowej, obuwie nie iskrzące, sprzęt oddechowy atestowany).

Korozja niskotemperaturowa
W trakcie eksploatacji biogazowni niektóre urządzenia ulegać mogą niszczeniu pod wpływem oddziaływania środowiska i samych procesów zachodzących w instalacji do produkcji i utylizacji biogazu. Najbardziej powszechnym rodzajem korozji jest korozja elektrochemiczna, która powstaje wskutek działania krótkozwartych ogniw na styku metalu z elektrolitem. Powstanie tych ogniw wynika z niejednorodności chemicznej lub fizycznej np. na styku różnych metali (mikroogniwo korozyjne)1.
Stal, poza żelazem, zawiera ok. 0,2% węgla w postaci grafitu lub węgliku żelaza Fe3C, tworząc nieciągłą strukturę o zróżnicowanym stężeniu składników. Granice zetknięcia ziaren wtrąceń/faz w zetknięciu z roztworem elektrolitu stają się obszarami anodowymi lub katodowymi. W środowisku kwaśnym (wysokie stężenie jonów wodorowych), korozja zawsze zachodzi w obszarze anodowym, w którym żelazo utlenia się (Fe -> Fe2+ + 2e-) do jonów Fe2+ przechodzących do elektrolitu (np. H2SO4), natomiast w przestrzeni katodowej (wtrącenie, np. węglik, grafit) zachodzi równocześnie proces redukcji elektronami wyemigrowanymi z obszaru anodowego: 2H+ + 2e- -> H2. W środowisku obojętnym (niskie stężenie jonów wodorowych) redukcji ulega rozpuszczony w wodzie tlen: 1/2 O2 + H2O + 2 e- -> 2 OH-.
Reakcją sumaryczną jest wodorotlenek żelaza: Fe + 1/2 O2 + H2O -> Fe(OH)2, który przy dalszym utlenianiu przechodzi do uwodnionego tlenku żelaza, czyli rdzy:
4Fe(OH)2 + O2 -> 2Fe2O3 x H2O + 2H2O.
Szybkość korozji zależy między innymi od tzw. potencjału normalnego, którego wartości zestawione w kolejności (malejącej lub rosnącej) tworzą szereg napięciowy metali, np. Na
Biogaz jest mieszaniną gazów, które w określonych warunkach sprzyjają korozji części stykających się z produktami jego spalania, gdy przekroczony został ich punkt rosy2.



Występujący siarkowodór w biogazie, w procesie spalania przechodzi w dwutlenek siarki, który częściowo (kilka procent SO2) w obecności tlenku żelazawego Fe2O3 oraz innych katalizatorów zmienia się na trójtlenek siarki 2SO2 + O2 -> 2SO3, łącząc się z parą wodną daje kwas siarkowy: SO3 + H2O -> H2SO4. Jego obecność w spalinach w postaci gazowej, zmienia położenie punktu rosy spalin (rys. 2). Jeżeli spalane paliwo nie zawiera siarki, temperatura w której nastąpi skroplenie pary wodnej w spalinach jest równa temperaturze nasycenia, odpowiadającej ciśnieniu cząstkowemu pary wodnej w spalinach, zależnemu od udziału objętościowego tego składnika i ciśnienia całkowitego mieszaniny. Obecność drugiego składnika (H2SO4 – inna temperatura wrzenia) w spalinach, możliwego do skroplenia, zmienia położenie punktu rosy. Rysunek 2 obrazuje krzywe wrzenia i skraplania mieszanin H2SO4 i H2O w funkcji temperatury, odpowiadający sumie ich ciśnień cząstkowych.



W temperaturze odpowiadającej punktowi A|, rozpoczyna się proces kondensacji ww. mieszanin, początkowo o dużym stężeniu A||, które malejąc osiąga punkt A|||, charakteryzujący się całkowitym wykropleniem. Zmiana temperatury wywołuje zmianę ich proporcji i stężeń, czyli kształtuje intensywność korozji powierzchni omywanych przez spaliny. Położenie punktu rosy (A|) zdeterminowane stężeniem H2SO4 i marginesem bezpieczeństwa (około 20oC), określa najniższą dopuszczalna temperaturę spalin eliminującą ryzyko wystąpienia korozji niskotemperaturowej (rys. 3). Do obliczeń wstępnych temperatury punktu rosy można wykorzystać zależność:
Ts = 98,5 + 48,5 S 1/3 (oC)
gdzie S jest zawartością siarki w paliwie (%).



Zależność temperatury punktu rosy od zawartości siarki w biogazie. Górną granicę wyznacza krzywa punktu rosy, dolną - krzywa maksymalnej korozji

Granice przedstawione na rysunku 3 wynikają ze zmiany warunków panujących w kanałach spalinowych, wpływających na zamianę dwutlenku siarki na trójtlenek siarki, którego stężenie decyduje o stężeniu kwasu siarkowego. Również są funkcją wilgotności powietrza, współczynnika nadmiaru powietrza, współczynnika przepłukania, obciążenia silnika. Najbardziej aktywny jest 20÷60% roztwór kwasu siarkowego. Określenie najniższej temperatury, przy której nie dochodzi do korozji umożliwia prowadzenie procesu przy minimalnych stratach cieplnych oraz podnosi ogólną sprawność procesu. Kwas siarkowy kondensuje na powierzchniach metalowych poniżej pewnej temperatury określanej temperaturą kwaśnego punktu rosy. Korozja ta występuje generalnie w obszarach ostatnich powierzchni ogrzewalnych w silniku (wymiennik woda-spaliny) lub kotle (podgrzewacz wody lub powietrza). Dodatkowo nasycenie gazów trójtlenkiem siarki prowadzi do wzrostu zapylenia, powstawania przeszkód w swobodnym obiegu gazów, oddziaływań ściernych. Silniki gazowe charakteryzują się wyższymi ciśnieniami spalin, więc stosunkowo wyższymi ciśnieniami cząstkowymi poszczególnych składników gazowych. Oznacza to wzrost temperatury punktu rosy dla spalin, a więc poważne zagrożenia dla górnych powierzchni tulei cylindrowych (pierścień tłokowy - tuleja cylindrowa) oraz kanałów wylotowych głowic cylindrowych wraz z kolektorem spalin. Skala efektów korozji (wżery), jest też zależna od zawartości neutralizujących związków alkalicznych w oleju smarującym silnika. Niewłaściwe odsiarczenie biogazu znacznie redukuje żywotność podzespołów, czyniąc biogazownię mniej przyjazną w eksploatacji i zyskach ekonomicznych.

powiadom o tym artykule

 
strona główna | polityka prywatności | nota prawna | partnerzy | kontakt | mapa serwisu | Ge Power | REKLAMA
audyt energetyczny | ogrzewnictwo | energetyka | veterná energia | oswietlenie | biogazownia | szkolenia
Copyright © Agroenergetyka.pl | design: EithelWEB
Magic Slim Diet Pills