Serbatoio del biogas e tetto a doppia membrana: costruzione, capacità, valvole e sicurezza

Il serbatoio del biogas in un impianto di biogas agricolo assume più frequentemente la forma di un tetto a membrana sopra il digestore: la membrana interna per il gas separa il biogas dall'aria, mentre la membrana esterna protettiva, mantenuta a forma di cupola da una soffiante, la protegge da vento, pioggia e radiazioni. Questa soluzione è economica e pratica, ma richiede un controllo rigoroso: le membrane si usurano, le valvole devono essere ispezionate e lo spazio sopra il serbatoio necessita di una classificazione in termini di zone a rischio di esplosione.

Costruzione del tetto a doppia membrana

Funzionamento

Quando la produzione di gas supera il consumo, la membrana interna si solleva e l'aria nello spazio tra le membrane viene espulsa. Quando il gas diminuisce, la membrana si abbassa. La soffiante mantiene la pressione dell'aria affinché la cupola esterna conservi la forma e la resistenza al vento. La pressione nel sistema è bassa – nell'ordine di pochi millibar – pertanto le tubazioni del gas e le soffianti richiedono dimensionamenti separati.

Capacità del serbatoio

Il serbatoio deve compensare le differenze tra produzione e prelievo per la cogenerazione (CHP) e garantire il tempo di reazione in caso di guasto.

Esempio: produzione di biogas 1.200 m³/h. Si ipotizza un buffer di 4 ore: 4.800 m³. Un tetto con tale capacità sopra un digestore di diametro ~25 m richiede un'altezza considerevole della cupola; spesso si utilizzano serbatoi separati o tetti su più camere. La capacità utile effettiva è inferiore a quella nominale, poiché non è possibile sfruttare l'intero range senza rischiare il contatto della membrana con gli agitatori o la parete. È necessario prevedere un margine per le variazioni di pressione atmosferica e temperatura (in inverno il gas si contrae, in estate si espande).

Valvole di sicurezza

• Sovrappressione si apre quando la pressione del gas supera il limite consentito e lo scarica in sicurezza nell'atmosfera (in un'area a basso rischio).
• Sottopressione consente l'ingresso di aria quando la pressione scende, proteggendo le membrane dall'aspirazione, ma aumenta il rischio di formazione di una miscela esplosiva; pertanto, il suo funzionamento è considerato un evento di emergenza.
• Le valvole possono avere una costruzione idraulica (con liquido di sicurezza – in inverno richiedono un liquido antigelo o riscaldamento) o meccanica.

Le valvole devono essere controllate regolarmente (livello del liquido, sporco, corrosione) e le indicazioni dei punti di scarico del gas devono essere conformi alla documentazione delle zone a rischio.

Problemi tipici

Ispezioni

1. Giornalmente: controllo del riempimento, pressione, letture dei rilevatori.
2. Mensilmente: verifica della soffiante, delle valvole, dei filtri dell'aria.
3. Ogni sei mesi: ispezione esterna delle membrane, controllo dei fissaggi e delle tenute.
4. Annualmente: tenuta, verifica dei dispositivi di sicurezza e della documentazione, revisione del sistema di rilevazione.

Sicurezza sul lavoro

L'accesso al tetto o nelle sue vicinanze richiede dispositivi di protezione contro le cadute, un rilevatore di gas e una procedura emessa dal gestore. Lo spazio tra le membrane e le aree circostanti le valvole sono zone che devono essere classificate in termini di rischio di esplosione; le apparecchiature elettriche devono avere la marcatura appropriata. In caso di fuoriuscita di gas, è necessario disconnettere le fonti di innesco e attivare il piano di emergenza.

Alternative

Serbatoi separati per il gas (ad esempio in acciaio a bassa pressione, membrane in struttura) vengono utilizzati in impianti più grandi o dove è richiesto un buffer elevato. La scelta dipende da considerazioni economiche, normative e condizioni locali.

Esempio: influenza della temperatura sul volume

Un serbatoio contenente 3.000 m³ di biogas a 10 °C, riscaldato a 30 °C, aumenta il volume di un fattore (273,15 + 30)/(273,15 + 10) ≈ 1,07, ovvero circa il 7% (circa 210 m³ a pressione costante). In una giornata estiva soleggiata, il tetto può quindi sollevarsi inaspettatamente, mentre in inverno può abbassarsi senza variazioni nella produzione di gas. Pertanto, gli algoritmi di controllo della cogenerazione (CHP) e della torcia dovrebbero considerare la dinamica del riempimento, non solo i valori istantanei.

Documentazione e formazione

Il manuale di funzionamento del tetto deve includere: intervalli di pressione e riempimento consentiti, procedura da seguire in caso di allarme di livello superiore e inferiore, elenco dei contatti di assistenza e regole di accesso al tetto. Il personale deve conoscere la posizione delle valvole e dei dispositivi di intercettazione e partecipare a formazione periodica e esercitazioni sul piano di emergenza.