双膜气柜原理及应用.docx

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双膜气柜原理及应用

双膜气柜原理及应用

Theprincipleandapplicationofdoublemembranegas holder

摘要

双膜气柜是一种由特殊加工聚酯材质制成，罐体由外膜、内膜底膜及附属设备组成的一种低压储气柜。

它具有抗紫外线及各种微生物能力高度防火标准的功能。

相较于传统气柜而言，双膜气柜由高分子聚合物组成，具有比传统采用钢材制造的气柜更好的性能。

双膜气柜具有平安可折叠的性能，使其可以更方便地进行折叠运输，可在工厂设备齐全的情况下制造加工，使得质量可以得到系统地保证。

相较于普通湿式气柜和干式气柜60%到70%的利用率而言，双膜气柜内的气体利用率可以到达100%的输出利用，在负压情况下的气柜由于其可折叠性而使其不会遭到破坏，钢制气柜却会在负压的情况下很容易引起塌陷变形。

其次双膜气柜采用氟化物制造，可有效抵抗紫外线、微生物和风化等自然老化，在盛装腐蚀性气体时防腐能力好，防腐寿命较长。

气柜由于无水设计因而不需单独考虑防冻问题，控制系统和保护系统也采用了干式无水设计，可用于低温环境。

双膜气柜相比一般的低压气柜来说，它的结构更加简单，外形更加美观，在工厂中可以采用工业化生产，具有效率高，造价低的特点。

本文介绍了双膜气柜原理，分析其功能和优点，指出了其设计要点、平安运行考前须知及其应用现状。

关键词：

双膜气柜；传统气柜；利用率

ABSTRACT

Doublemembranegasholderisakindofmadebyspecialprocessingofpolyestermaterial,bytheendofouterandinnermembranesoftankmembraneandaccessoryequipmentcomposedofalowpressuregasholder.Ithasanti-uvabilityhighfireprotectionstandardfeaturesandvariouskindsofmicroorganisms

Comparedwithtraditionalgasholder,doublemembranegasholderiscomposedofpolymers,isbetterthantraditionalmanufacturedsteelholder'sperformance.Doublemembranegasholderhassafetyfoldingperformance,makeitscanbemoreeasilyforfoldingtransportation,butundertheconditionofthefactoryequipmentmanufacturingprocesses,makequalitycanbeguaranteesystem.Comparedwithordinarywetanddryutilizationrateof60%to70%ofthegasholder,doublemembranegasholderingasutilizationratecanreach100%ofoutput,undertheconditionofnegativepressureofthegasholderthatisnotduetothefoldingdestroyed,steelgasholderisinthecaseofnegativepressureiseasytocausethesubsidencedeformation.

Seconddoublemembranegasholdermanufacturedfluoride,whichcaneffectivelyresistultravioletlight,microorganismandweatheringandothernaturalaging,goodanticorrosionabilitywhenholdingcorrosivegas,anti-corrosionlifeislongerthantheother.Gasholderdesignandthereforedonotneedtobeconsideredseparatelybecauseofnowateranti-freezingproblem,controlsystemandprotectionsystemisalsoadopteddrydesignwithoutwater,canbeusedinlowtemperatureenvironment.Doublemembranecomparedwithstandardgasoflowpressuregasholder,itsstructuremoresimple,morebeautifulappearance,canuseinindustrialproductioninthefactory,withhighefficiencyandlowcostofcharacteristics.

Thispaperintroducestheprincipleofdoublemembranegasholder,analyzesitsfeaturesandadvantages,pointsoutthekeypointsofdesign,precautionsforsafeoperationanditsapplicationstatusquo.

Keywords:

Doublemembranegasholder；Traditionalgasholder；utilization

第一章双膜气柜概述

1.1气柜的概念

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1.2.气柜的分类

由储气压力的大小我们可以气柜分为高压气柜和低压气柜。

低压储气柜按照密封方式又可分为湿式储气柜和干式储气柜两种。

湿式储气柜又可分为直立式和螺旋式。

干式气柜由于其密封方式的不同因而可以将其分为油脂密封式气柜、柔性膜密封式气柜、油液密封式气柜三种。

高压气柜通常称为高压储气罐，有圆筒形和圆形两种。

双膜气柜属于干式气柜，又可分为一体化双膜气柜和独立双膜气柜两种。

1.3.气柜的用途

气柜是用来煤气、沼气以及其他混合气的设备，是调节储存气体上下不均匀供气负荷的设备，广泛应用于沼气工程、化工气体和城市煤气的储存。

干式气柜由于在可燃性气体回收中具有性能优越、操作维护费用较少，技术先进，平安可靠等特点，多用在石油化工行业中。

而且因其无水槽存在，也就没有冰冻现象，因此在北方寒冷地区多有建造。

而且在城市煤气、城铁高炉煤气，焦炉煤气等领域也多有应用。

湿式气柜由于有水槽的存在，在严寒天气情况下需要对气柜供热以防止水封结冰，其使用多常见于在化工气体和城市煤气贮存中。

1.4干式气柜与湿式气柜的特点

湿式气柜用钢量少，相比于干式气柜机械构件少，施工难度低。

但存在水封装置，使得柜体容易锈蚀，维护费用高。

主要由立式圆筒形水槽、一个或者数个圆筒塔节、钟罩及导向装置组成。

柜内介质压力变化会引得钟罩上下运动，钟罩和柜壁间使用了水密封，并通过钟罩上的平衡块数量的多少来调节湿柜内介质的压力，它使用Q235B碳钢制作而成，使其使用寿命增长，而且它的制作简单，耐腐蚀性能好，更加易于施工。

而干式气柜的输出压力是通过内部活塞的升降来恒定及调节，它的施工难度较大，加工精度较高。

但拥有占地面积小，稳定性好，贮存压力高，寿命介绍等优点。

1.5双膜气柜的特点介绍

〔1〕平安可折叠，符合国际标准及行业要求。

〔2〕防腐寿命长，它的整体寿命在30年以上。

〔3〕防冻免维护，适用温度在-40℃到+70℃，抗雪抗风抗地震。

〔4〕气罐没有油封、水封和弹簧，不怕结冰，不需升温，不用调整。

〔5〕结构较为简单所需的投资较少，它没有导轨，没有升降活塞，不需要配重，而且施工周期短。

其自重较轻，整体气罐的重量小于四吨，节省基座土建的费用。

〔6〕它的最高气体压力为30mbar，在同类型里面最高。

出口压力恒定，进出口流量大，适用范围广。

〔7〕双膜气柜是柔性气柜，在产生意外事故时更加平安，爆炸不会产生太多杀伤性碎片，平安性优于其他硬性材料制成的气柜。

〔8〕双膜气柜维修简单，出现故障时大局部可在现场维修解决。

〔9〕防火性能优秀，双膜气柜膜材是用不可燃材料制成，防火等级到达欧洲B级标准。

表1.4双膜气柜与传统气柜的比拟

湿式气柜

干式气柜

双膜气柜

主要为钢结构，按照设计图纸加工制造，投资较高

主要为钢结构和密封膜，投资较高

主要为膜结构，投资较低，只有传统气柜的30%到50%

对钢结构进行加工，现场安装，安装费时

对钢结构进行加工，现场安装，安装费时，一般为2-3个月

现场安装迅速，只需3-5天

防腐维护工作复杂，容易产生沼气泄漏，冬天需要对气柜供热，夏季需为水封池补水，定期检测水封池内PH值

气柜下局部仍需要定期防腐维护，密封膜承压较高，使用寿命一般为5年，沼气利用时需要加压

气柜使用寿命长达20年，采用免维护设计，不需要进行防腐

第二章双膜气柜介绍及其工作原理

双膜气柜是一种囊式气柜，即由柔性气囊材料组成的储气装置，它将传统囊式气柜的防护装置改为另一层囊，即所谓的双气囊。

它多为球形或局部球形，连接处采用了钢制压板螺栓将其固定。

2.1.双膜气柜根本组成

气柜的主体：

主体材料为高强聚酯织物，膜材采用沼气专用膜材，分内膜和外膜；

进出气系统：

制式管道；

增压气泵:

根据储气需求来定；

观察窗：

制式不锈钢：

探测系统：

可探测气柜的容量、气柜内的温度以及气柜内的沼气浓度；

以及显示系统、自动控制系统、报警系统、平安系统、功能柜等。

2.2.双膜气柜系统结构组成

图2.1双膜气柜结构示意图

①外膜平安水封管道②内膜、外膜③风机入口④止回阀⑤防爆风机⑥视镜⑦沼气进气口管道⑧沼气出气口管道⑨凝水管管道⑩凝水槽⑪外膜平安水封⑫内膜平安水封⑬管道三通阀门

图2.2双膜气柜系统结构组成示意图

双膜气柜主要由底膜、外膜、平安保护器、恒压控制柜及一些辅助材料和和控制装备组成。

底膜是用来做根底密封，使得设备得以防腐、防渗透。

气柜截面以及内膜与底膜的边缘或发酵管口连接，而外膜那么通过形成调压室，使储存的气体能够对内膜起到保护作用。

控制柜用于检测气柜压力以及内膜的容积，并集成内膜容积、泄漏浓度、系统流量等多种信息并根据压力自动注入调压空气。

内膜同底膜或发酵罐口相连接，是一个球形的截面，可以形成一个完全独立密闭的空间以用于隔离外膜内的调压气体和储存的气体。

平安保护器是用于调压室气体的释放和内膜过量保护性排放。

2.3.双膜气柜系统根底

双膜气柜根底一般采用钢筋混凝土，其力学性能需到达设计标准。

在其根底下面预埋有管道和连接法兰，在边缘埋有钢制连接环，各金属连接件都采用了不锈钢材质，使得气柜具有抗腐蚀功能。

气柜材料同时具有抗紫外线和微生物功能，使其抗腐蚀性能大大提高。

其内膜采用了多重工艺处理焊接缝，焊缝的气密性和物理特性及寿命均不小于主材。

外膜采用了多种压力保护方式，发生故障时使用备用物理泄压，从而能够保证在平安范围内控制压力。

气柜增压系统包括风机、阀门、阀门及干式调压阀等。

其平安系统包括平安阀、气体泄漏探测仪、气体容量检测系统等。

图2.3双膜气柜系统根底示意图

2.4.双膜气柜密封安装结构

双膜气柜密封安装结构包括其混凝土根底、混凝土根底上的底膜以及多个固定压板组成的正多边形压板。

固定压板沿着圆周方向布设并均匀分布在同一水平面，混凝土根底水平布设。

内膜的外边缘紧压于底膜的外边缘，外膜的外边缘紧压于内膜的外边缘，膜与膜中间都垫有圆环状密封带，正多边形压板平压于外膜的外边缘并通过多个紧固螺栓固定在混凝土根底上，底膜、内膜、外膜及其之间的圆环状密封带都通过多个固定螺栓固定在混凝土根底与正多边形压板之间。

膜与根底之间安装时采用固定钢轨和膨胀螺栓，固定环的材质为316不锈钢。

混凝土根底作为结构的圆形根底，底膜为圆形形状，底膜直径小于混凝土根底的直径。

其固定压板为方形压板，结构尺寸都相同且均匀布设，圆环状密封带都为橡胶密封带，宽度在80-120mm之间。

在混凝土根底的中部留有可与沼气管道相接的管道接口。

相邻固定压板间隙为2-3mm，它们都通过紧固螺栓固定在混凝土根底上。

紧固螺栓沿圆周方向均匀布设，多为M12、M16、M20的化学螺栓。

图2.5双膜气柜密封安装结构示意图

图2.6双膜气柜密封安装结构化学螺栓安装结构示意图

1.混凝土根底；2.底膜；3.内膜；4.外膜；5.圆环状密封带；6.圆环状密封带；7.固定压板；8.化学螺栓。

2.5.双膜气柜工作原理

图2.7双膜气柜运行操作示意图

双膜气柜的底膜、内膜、外膜共同形成两个空间。

内膜空间是储存空间可以用来储存各种气体。

外膜与内膜夹层的空间是调压空间。

在储存的气体增加时，气柜的内膜会发生曲张，此时控制设备会将外膜的调压气体排出从而腾出一定的容量。

当内膜储存的气体较少时，空气由控制设备注入到调压层，柜内压强会保持平衡状态，从而起到稳定外膜刚度的作用。

内膜与底膜间存在气密空间，它的容量可以变化从而起到储存气体的作用，储存柜的球状外形通过外膜构成。

通常我们可以通过从外膜注入空气使得鼓风机能够保持压力恒定，外膜会通过鼓风机注入空气到内外膜之间，可以解决内膜气压减少的问题，从而可以让内膜气体的设计压力保持稳定。

当气量增加时，内膜正常伸张，将外膜多余气体由平安阀排出，因此内膜气体压力会始终恒定在一个需要的设计压力。

气柜紧急情况下产生超压时，气柜自带的超压保护装置会通过排出柜内气体到达气压恒定状态，使其可在严寒工况下使用。

膜与根底间的安装节点采用了特制导轨和螺栓。

导轨的材质为304不锈钢。

 气柜的压力传感器负责向系统传递低压信号，防止柜内沼气压力过低。

系统会通过控制气泵向调压室注入空气，此时气柜内膜会在压力作用下向下运动从而挤压沼气，沼气压力得以升高，直到到达设定压力时才会停止注入空气。

 当气柜内压力过高时，压力传感器会发出气柜压力超过设定值的信号，系统接收到信号后会通过分析容量，然后启动控制电磁泄压阀将调压室内的空气排出。

此时内膜伸展，沼气压力降低，再次到达平衡状态。

如果罐内容量处于饱和状态那么会发出示警信号，从而将多余沼气会从平安阀排出。

1.保温原理：

气柜的内外膜之间被注入了空气，外界冷空气由于压强作用而无法进入，从而使气柜到达保温的效果。

2.气柜增压系统工作原理：

风机可以不断提供风能保持气柜输出压力不变从而起到保护气柜的作用。

通过干式调节阀的调节可以让气柜压力保持在一个限定的范围内。

气柜压力过低时，调节阀处于关闭状态，压力过高时，调节阀开启，使得气体外泄，压力恢复到限定压力下。

通过限制内膜和外膜间的最大压力，可以有效防止外膜因承受压力过大而受损。

3.气柜平安系统工作原理：

平安阀可以为气柜提供压力保护，以防止因压力过大而导致内膜损坏以及外输沼气引起的火灾。

而气体泄漏报警器可检测内外膜间的沼气含量，在其超过限定值时警报通知技术人员对气柜进行维修，可有效防止沼气泄漏。

气体容量检测系统可以显示气柜中的沼气含量，控制指导后续环节的运行。

第三章双膜气柜的设计

3.1.双膜气柜的选材

双膜气柜选材很重要，材料的质量会影响气柜的质量和寿命。

因而双膜气柜多项选择用抗拉力强、防腐蚀、防紫外线性能强、耐酸碱的氟化物材料。

但并不是所有的氟涂层或含氟的材料都适用，只有通过专门的复合材料才能保证双膜气柜的使用寿命。

因此一般多使用柔性较好、抗拉力强、气密性较好而且防腐的材料。

双膜气柜膜材的选择也至关重要，它采用德国进口的通过特殊加工聚酯材料制造的专用膜材，在膜的两面都用聚氯乙烯涂覆，使其具有抗紫外线和各种微生物的能力，而且耐磨。

通过HF技术讲切口熔接。

一般选用聚四氟乙烯作为膜材的主要材质，可防腐抗老化以及抗微生物及紫外线。

3.2双膜气柜设计要求

⑴制造材料需选用柔性较好、抗拉力强、复合紧密气密性好而且防腐的材料。

制作安装时要清楚材料特性，专业人员安装，躲避容易出现的质量问题。

双膜气柜在使用时必须使用精度高、平安可靠的保护装置。

〔2〕双膜气柜内膜采用德国米乐膜材公司灰色膜材，在其两面都内衬有聚乙烯、涂覆氯化亮漆，可有效抵抗紫外线和各种微生物，缝合部位塔接不可以小于5cm，高度防火并需要符合德国DIN4102B1标准，拉力强度要到达4000N/5cm；每平方米重量大等于1060克，褪色测试需符合德国DINENISO105-B04标准。

日光坚牢度要优于7，重复弯曲试验要符合德国DIN53359标准，0级标准，耐火测试需符合ONB3800B1标准。

双膜气柜外膜可采用白色、绿色膜材或者是polymer8556白色膜材。

它具有抵抗各种微生物和紫外线的能力。

耐磨而且切口为熔接缝合，缝合部位都不会小于5cm，同时带有双层风道，拉力强度可到达3000N/5cm；外膜每平方米重量都不小于860克，颜色为绿色或白色,褪色测试需符合德国DINENISO105-B04标准。

日光坚牢度要优于7，重复弯曲试验符合德国DIN53359,0级标准，耐寒测试要符合德国DIN53361,0级标准，耐火测试需符合ONB3800B1标准。

双膜气柜膜式储存器与罐体角钢固定位置是15cm，厚度不得小于三层。

由于双膜气柜是带压工作，所以在实际工作中控制及保护装置尤为重要。

使用时必须选用精度高、可靠的平安保护装置。

气柜按设计标准要求它的使用寿命不得低于30年。

气柜与周围建筑物的防火距离应符合GB50016-2006的有关规定。

气柜需设有机械超压保护装置、水封超压保护装置和真空平安装置，到达保护气柜的作用。

3.3.双膜气柜设计参数

沼气存储量：

30-12000m³

设计存储压力5-50mbar

设计雪负载：

0-150kg/m³

设计风负载：

0-150km/h

环境温度:

-30℃-+50℃

最大气体温度：

+50℃

最大正压：

50mbar

最大负压：

-2.5mbar

气柜膜所用刚度：

S=1/2PRN（S为柔性膜所需要的刚度，kg/cm,P为气体冲涨压力，单位为kpa,R为球半径，单位为m，N为平安系数）因此气柜的材料强度与球半径、气体压力有关，但仍要考虑雪压、风载荷等影响。

鼓风机风量与气量要保持恒定。

热量计算：

由公式Q=U×A×dT。

〔Q为每小时物料所需的热量，U为管道传热率，A为换热面积，dT为管道进出口温差〕。

膜材料：

膜材料的强度取决于气柜的工作压力及风雪负载，一般在5000N/5cm到10000N/5cm之间。

膜材有抗菌、抗紫外线、自洁等功能，并对甲烷、二氧化碳、硫化氢等沼气主要成分气体保持惰性。

它采用全进口沼气专用膜材，日晒牢度需符合DIN540047级标准，阻燃性需能符合DIN4102B1设计标准,抗热胀冷缩性能需符合DIN53316标准，防水性能需符合DIN53615标准，延展性能需符合DIN53359标准。

控制设备和风机是双膜气柜的重要组成局部，风机是由特制FRP材质制成的，具有防腐、防爆性能，可以适应恶劣的现场环境，从而保证了风机的经久耐用。

系统采用了压力传感器监测气柜运行压力，可以切换到自动运行模式，在压力高于设定值时，要关闭风机；在压力低于设定值时，要启动风机。

气柜储量监测装置是气柜的重要组成局部，其产生的沼气存储量信号可用来远程控制后续沼气用户设备。

气柜的运行压力、风机运行、故障报警等可通过现场电控柜采集后，统一输出至中控。

表3.3膜材主要技术参数

重量〔g/㎡〕

常见厚度〔mm〕

拉伸强度〔N/5cm〕

防火标准

适用温度〔℃〕

外膜

800-1500

0.5-1.5

3000-7000

DIN4102B1

-30-70

内膜

800-1500

0.5-1.5

3000-7000

DIN4102B1

-30-70

底膜

800-1500

0.5-1.5

3000-7000

DIN4102B1

-30-70

气柜设计满足QWAV30标准。

气柜执行标准为Q/57463500-5.01-2021。

3.4.气柜的壁厚设计

按照行业标准，柜体壁厚包括计算厚度和壁厚附加量，腐蚀裕度大等于1mm。

而在实际工程中，虽然设计中厂区布置已考虑风向问题，但由于周围环境的影响，对气柜壁厚的腐蚀裕度设计要大于2mm。

根据使用年限、腐蚀速率、防腐方法来确定腐蚀裕度。

但太大的腐蚀裕度也会导致投资的增加，所以壁厚也不应太大。

3.5.双膜气柜安装设计

〔1〕检查根底预埋件的外表平整度及埋放位置，保证预埋位置的平整性，同时要检查各种连接点是否合格。

〔2〕摆放好上压板的位置。

〔3〕气柜的底膜应安置在根底上。

将底膜上的法兰连接点与根底预埋法兰对位并打孔然后固定在法兰上。

〔4〕在安装好的底膜上放置内膜，然后在放好的内膜上安置外膜，要防止膜的刮伤损坏。

将内膜外膜的边界通过人工对位均匀的铺放在预埋件上，然后检查安置的尺寸偏差，并对偏差进行一定的调整。

〔5〕在底座预埋件上铺设橡胶制密封条，密封条接口用柔性专用胶水粘牢。

（6）对位后用打孔器一次性将底膜、外膜、内膜一起打孔。

〔打孔时先打上压板的两头〕，在将膜打孔固定后再将所有的空打完然后固定螺栓。

〔7〕恒压控制柜需要距离罐体10米以上，否那么应该使用防爆气泵。

并连接稳压系统、检测系统。

〔8〕安装平安阀，如果是水封式的需要加防冻液至标线位置。

〔9〕启动系统。

〔10〕检查后将内外膜充空气。

用查漏液均匀涂抹于连接缝处检查是否漏气，有漏气的地方检查并处理。

第四章双膜气柜的平安运行

4.1.双膜气柜使用平安考前须知

〔1〕启用前需讲气柜进行气体置换，将气柜中的空气全部置换成沼气后才能进行正常使用，置换期间要杜绝一切火源。

〔2〕防止气柜遭受暴晒

〔3〕气柜及其周围建筑应装有避雷针以防止雷击，接地电阻应小于10欧姆。

〔4〕不可用铁制工具随意与气柜发生硬性碰撞

〔5〕沼气排料量大时应翻开放气开关或者阀门，防止负压而导致气柜塌陷。

〔6〕每天应适当放气，防止气压过大以致沼气溢出，从而破坏气柜和输气系统。

〔7〕放气时选择间断释放，不得在雷雨、闪电天气和有明炽热源情况下释放沼气。

〔8〕需对气柜进行定期维护，防止因装置受损、老化而引起的漏气。

〔9〕气柜应由专人管理，拒绝非工作人员的随意接触乱动。

〔10〕按照技术操作规程、平安消防制度和相关法律法规，配备有效的消防设施器材。

〔11〕气柜的压力根据车间工艺要求设置，不得随意搬动配重块。

需改变储气柜的压力时，应由专业人员进行操作。

4.2.双膜气柜启用前考前须知

〔1〕首先要从外观检查膜的完整性，水封水位是否在设定位置。

〔2〕保证各处阀门的正常开启。

〔3〕排除控制柜内留有异物的