Livello del liquido nel digestore e sicurezza degli agitatori

Il livello del liquido nel digestore determina se gli agitatori lavorano nelle condizioni per cui sono stati progettati. Un livello troppo basso scopre le giranti e provoca vibrazioni e danni, mentre uno troppo alto grava sulla struttura e riduce lo spazio per il gas. Per questo la misura del livello e il suo collegamento al blocco degli agitatori rientrano tra gli elementi fondamentali di un esercizio sicuro. Il testo che segue descrive principi e criteri; i valori limite specifici sono stabiliti dal produttore e dal progettista dell'impianto.

Che cosa accade all'agitatore con un livello basso

Gli agitatori nei digestori sono in genere agitatori sommersi (a elica), ad albero lungo o centrali, progettati per funzionare in un liquido completamente immerso. Quando il livello scende:

• la girante si avvicina alla superficie, aspira gas e aria oppure lavora nella schiuma, il che modifica il carico idraulico,
• la forza sulle pale diventa asimmetrica, per cui albero e cuscinetti sopportano carichi maggiori e variabili,
• nel caso estremo le pale emergono, con conseguenti forti vibrazioni e urti,
• ne risentono le tenute meccaniche e i passaggi degli alberi, attraverso i quali può fuoriuscire biogas,
• gli elementi rotanti sulla superficie del contenuto spruzzano liquido e aerosol.

La conseguenza è un'usura accelerata, un guasto che impone interventi di manutenzione sul serbatoio e, nel peggiore dei casi, una perdita di biogas. Il meccanismo generale di base è descritto nell'articolo Agitatori nel digestore: tipi e scelta.

Conseguenze di un livello troppo alto

Il troppo pieno non è solo un problema tecnologico:

• aumenta la pressione idrostatica su pareti e fondo,
• diminuisce lo spazio per il gas, per cui lo stoccaggio del biogas e il polmone di pressione sono limitati,
• nei serbatoi con membrana cresce il rischio che questa si danneggi o venga risucchiata nel liquido,
• il liquido può raggiungere le tubazioni del gas, le valvole di sicurezza e la raccorderia, compromettendone il funzionamento,
• il contenuto può fuoriuscire dallo sfioratore, il che costituisce un evento ambientale.

Per questo il limite superiore del livello è importante quanto quello inferiore e deve essere protetto indipendentemente da quest'ultimo.

Come misurare il livello in modo affidabile

La misura del livello nel digestore è impegnativa. La superficie del contenuto è irregolare e sono presenti schiuma, crosta galleggiante e sedimenti. Non esiste un unico metodo che funzioni sempre, perciò si impiega una combinazione.

La buona pratica consiste nell'usare due metodi con principio di funzionamento diverso, confrontarne le indicazioni e attivare un allarme in caso di discrepanza. L'interruttore di fine corsa del livello minimo, che disconnette gli azionamenti degli agitatori, dovrebbe essere realizzato come protezione indipendente dalla regolazione tecnologica.

Collegamento del livello a blocchi e controllo

Il sistema di controllo dovrebbe considerare il livello in diverse condizioni:

1. Blocco dell'avviamento dell'agitatore al di sotto dell'immersione minima.
2. Spegnimento dell'agitatore quando il livello scende sotto la soglia, con un ritardo che eviti falsi allarmi dovuti alle onde.
3. Allarme di livello alto prima del troppo pieno e blocco dell'ulteriore dosaggio.
4. Considerazione dello storico: se in poco tempo il livello scende in modo nettamente più rapido di quanto risulti dal prelievo del digestato, si tratta di un segnale di perdita o di errore di misura.

Soglie, isteresi e ritardi sono definiti nella documentazione dell'impianto. Non vanno modificati durante il funzionamento senza approvazione.

Livello, interventi di manutenzione e rischio per le persone

I pericoli più gravi emergono durante la manutenzione degli agitatori. Il serbatoio di digestione e il suo ambiente circostante sono un luogo in cui può essere presente biogas (CH₄, CO₂, H₂S), quindi un'atmosfera esplosiva e tossica. Gli interventi sugli agitatori, compresi la sostituzione delle tenute, lo smontaggio e soprattutto l'ingresso nel serbatoio, si eseguono esclusivamente secondo istruzioni scritte, sulla base della valutazione dei rischi e con la partecipazione di persone abilitate. Rivestono particolare importanza:

• la procedura di isolamento e di protezione dell'azionamento contro l'avviamento accidentale,
• la valutazione del rischio di esplosione secondo il documento sulla protezione contro le esplosioni e l'uso di apparecchiature adatte alla zona,
• i requisiti relativi agli spazi confinati e al lavoro in squadra,
• le misure delle concentrazioni di gas e il loro monitoraggio continuo.

Il presente articolo non costituisce un'istruzione per l'esecuzione di tali interventi. I passaggi dettagliati, le abilitazioni richieste e le misure di protezione derivano dalle istruzioni dell'impianto, dal produttore delle apparecchiature e dalle norme, tra cui la direttiva 1999/92/CE e le disposizioni nazionali di recepimento. Per il pericolo dell'acido solfidrico si veda Acido solfidrico H₂S: pericolo per le persone, sicurezza sul lavoro, rilevatori.

Le cause più frequenti di variazione incontrollata del livello

Il livello cambia non solo per decisione dell'operatore. Gli eventi da prevedere sono:

• squilibrio tra dosaggio e prelievo del digestato (ad es. dopo un guasto della pompa),
• congelamento o ostruzione delle tubazioni,
• formazione di schiuma che aumenta il livello apparente,
• danneggiamento di un passaggio o di una valvola con conseguente perdita,
• errori di calibrazione del trasmettitore dopo una variazione della densità del contenuto.

Per ciascuna di queste situazioni le istruzioni dovrebbero definire la reazione dell'operatore e la persona da contattare telefonicamente.

Lista di controllo per il responsabile dell'impianto

• L'intervallo operativo del livello è riportato nelle istruzioni ed è conforme alla documentazione dell'agitatore?
• La protezione del livello inferiore è indipendente dalla regolazione tecnologica?
• Le misure di livello vengono confrontate tra loro e verificate periodicamente?
• Gli allarmi hanno reazioni e responsabili definiti?
• Gli interventi sugli agitatori sono coperti da una procedura scritta con valutazione dei rischi?
• Dopo il cambio di substrato o di contenuto, sostanza secca e densità sono state considerate nella calibrazione?

Le risposte «sì» a tutte le domande non esauriscono i requisiti, ma dimostrano che lo strato di protezione di base esiste e viene mantenuto.

Livello, schiuma e crosta galleggiante

Un problema particolare è la variazione apparente del livello. Schiuma e crosta spessa sulla superficie fanno sì che i sensori senza contatto indichino un valore superiore a quello reale, mentre il liquido sottostante può trovarsi più in basso di quanto suggerisca l'indicazione. Se l'agitatore è posizionato vicino alla soglia minima, il livello apparente può nascondere un effettivo scoprimento della girante. Per questo, dove esiste una tendenza alla formazione di schiuma o di crosta, la misura idrostatica dovrebbe essere una delle due misure indipendenti, e le cause della formazione di schiuma vanno indagate come problema di processo a sé stante.

Documentazione e formazione

I valori limite del livello, il modo di funzionamento dei blocchi e le reazioni agli allarmi dovrebbero essere descritti nelle istruzioni dell'impianto e noti a ogni persona in servizio nel turno. È buona pratica verificare periodicamente il funzionamento del blocco del livello minimo nel modo previsto dal produttore e registrarne l'esito. Le modifiche alle impostazioni dei sensori, la calibrazione dopo la sostituzione e ogni caso di esclusione di una protezione dovrebbero essere approvati e annotati, affinché nessuno lasci l'impianto privo di protezione al termine degli interventi di manutenzione.