沼气发酵罐的设计

河吉先

（中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院)

沼气发酵罐的设计

河吉先*

（中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院)

介绍了沼气工艺技术中的关键设备发酵罐的结构形式，阐述了两种常用类型拼装罐的特点。

拼装罐 密封 防腐蚀 焊接罐 发酵罐

沼气发酵是一种开发利用酒糟、污水等废弃物进行厌氧发酵、实现能源再生利用的工程技术。经过发酵的沼渣和沼液是优化的有机物肥料。实现发酵工艺的主要设备是厌养发酵罐。发酵罐类型有多种，本文主要介绍一种常用的拼装发酵罐。

1 发酵罐的类型

发酵罐按材料可分为钢材、非金属和钢混凝土罐三大类。其中钢材质罐按制作工艺技术的不同，主要有拼装罐、利浦罐、焊接罐三种形式；非金属罐主要有玻璃钢发酵罐和搪瓷发酵罐等。钢材质的拼装罐按其表面材料不同又可细分为多种类型，有热喷涂拼装罐、搪瓷拼装罐、不锈钢复合板拼装罐、电泳漆拼装罐等。

2 拼装罐式沼气发酵罐的优势

拼装罐技术是从西方发达国家引进的一种高效安装技术，能满足快速低耗安装的要求。由于拼装罐制造大量的工作均在专业制造厂内完成，所以拼装罐的制造容易实现设备化、标准化和产业化。拼装罐的现场施工只是用专有工具进行拼装，既可以满足施工周期较短的要求，也降低了施工技术难度，降低了整个罐的制造成本。如果用户需要增加产量，拼装发酵罐的容积可较方便地进行扩容。当设备需要搬迁时，拼装罐拆装容易、搬迁方便，可多次拼装使用。

拼装罐比常见的焊接储罐具有一定的优势。焊接罐通常是先用专用机械加工成片，然后在现场进行组焊制作，相对而言，劳动强度大、效率低，还经常会受到天气、季节的影响，而且需要技术较强的焊工操作。现场施工的拼装罐与焊接罐相比，可以节省大量的现场吊装时间和费用。

拼装罐将其复杂的焊接安装以及混凝土浇筑过程生产工厂化、工艺简单化，使投入成本降低，也不用投入大量的人力物力，一切加工全部工厂化完成。

2.1 拼装罐的结构

拼装罐是采用钢板搭接技术利用螺栓进行连接紧固安装而成的[1]，罐体及罐顶材料均采用钢板。在制造厂内先对钢板进行机械加工处理，然后进行纵向、横向搭接，搭接处采用专用高分子密封材料聚硫胶进行密封。整个罐体就是这样拼装组合而成的，因此称为拼装罐。拼装罐罐体钢板及密封如图1所示。

图1 拼接钢板与密封

2.2 拼装罐的钢板

拼装罐的罐体及罐顶材料均采用普通的碳钢钢板。拼装罐每块钢板按照发酵罐直径的大小在制造厂内预先加工成形，一块钢板的规格通常为1250 mm×2500 mm。钢板通过机械加工在纵向和横向开设螺栓孔，螺栓孔用于现场组装时进行纵向、横向的螺栓连接固定，螺栓连接后连接处钢板即形成为搭接。加工成形后的钢板在制造厂内进行电泳防腐蚀处理或热喷涂处理，这样能保证每块钢板的质量，现场只需进行简单的拼接即可。

2.3 拼装罐的密封及防腐蚀

密封及防腐蚀质量关系到拼装罐的使用效果及使用寿命。每块钢板现场组装用螺栓连接固定后，搭接处会产生缝隙，缝隙处通常采用专用的高分子密封材料聚硫胶进行密封。密封胶要求具有优良的耐燃油、耐热、耐多种化学品和耐大气老化的性能，并且具有良好的柔软性，对大部分材料有良好的粘附性。密封胶主要用于金属板间固定螺栓的防水和防腐密封。

3 两种主要类型拼装罐

电泳漆式拼装发酵罐和热喷涂拼装发酵罐是目前技术比较成熟的两种主要类型，沼气发酵工程项目上大多采用这两种类型发酵罐。

3.1 电泳漆式拼装发酵罐

3.1.1 电泳漆工作原理

电泳漆拼装罐的钢板表面防腐运用了先进的“阴极电泳处理”技术。阴极电泳处理是一种特殊的防腐方法。该方法以拼装钢板为阴极，即将钢板浸渍在装满水、离子浓度比较低的电泳槽中作为阴极，在槽中另设置与其相对应的阳极，所采用的电泳涂料是阳离子型 （带正电荷），在两极间通以直流电，在钢板上就会析出防腐膜。

钢板经过酸洗、磷化、电泳等防腐处理后，再进行喷粉处理，就可使钢板具有双层防腐的功效。电泳层和钢板之间的结合力很强。电泳涂层作为保护层不仅能阻止罐体腐蚀，而且具有抗强酸、强碱的功能。电泳涂层还具有极强的抗磨损性。

3.1.2 电泳漆特点

电泳漆的工作原理决定了拼装罐表面具有双层防腐功能。电泳漆内层具有耐冲击、高硬度、漆膜均匀平坦等特点。这种防腐漆由环保材料组成，具有无污染的特点。电泳漆外层具有美观、耐用、耐磨、抗化学腐蚀和抗紫外线等特点。

电泳漆与传统防腐处理技术相比具有防腐效果好、耐高温、耐低温、耐磨、抗冲击等优点，在运输过程中可减少或避免罐体碰撞损坏。此外，还克服了搪瓷拼装罐运输及安装过程中因碰撞而造成掉瓷和大面积爆瓷现象的缺点。

3.2 热喷涂拼装发酵罐

3.2.1 热喷涂技术

热喷涂拼装罐是热喷涂技术和拼装罐技术结合的产物。热喷涂技术是指将两根带电的金属丝电弧熔融，并通过压缩空气喷吹、雾化，使金属喷涂至经处理的基体表面，形成结合良好、致密的金属涂层，然后用封闭剂对金属涂层表面进行封闭，最终形成长效防腐复合涂层。

热喷涂技术是目前钢材防腐中应用较多的一种防腐方式，常用的一种热喷涂金属是铝。将合金铝热喷涂至经过处理的钢基体表面，并对涂层进行封闭处理，制成的钢板适用于各种大气、海水和淡水环境，以及pH为3.5～9的溶液及其它氧化性环境，特别适用于沼气站、污水厂中的厌氧、好氧反应器，并且对硫化氢有很好的耐蚀性。

3.2.2 热喷涂涂层防腐蚀机理

热喷涂涂层的防腐蚀机理主要在于用涂层隔离罐内物料，涂层材料即为防腐材料。另外，涂层材料还通过自我牺牲实现阴极保护。铝及其合金涂层的电极电位较钢铁材料低，在有电解液存在的条件下，这些涂层为阳极性材料，钢铁为阴极性材料，它们间形成腐蚀原电池。在腐蚀过程中，阳极材料(涂层)通过自身牺牲实现对阴极材料 (钢铁)的保护。由于铝涂层的腐蚀产物能有效地减缓腐蚀速度，所以涂层的消耗也是很缓慢的，可以较长时间地保护钢铁基体即发酵罐的罐体。

3.2.3 热喷涂特点

热喷涂板防腐层是由铝涂层加封闭层形成的复合涂层，具有双重防腐的功效，从而做到防腐无缺陷，达到了长效防腐的目的。

电弧喷涂锌、铝涂层外加有机封闭涂层的长效防腐蚀复合涂层能够实现30年内不维护的要求。电弧喷涂层与钢结构基体以机械镶嵌和微冶金的结合，提高了涂层结合力，在轻微碰撞或冲击下也能确保防腐涂层不起皮、不脱落，使得涂层质量完全满足长效防腐蚀的要求。

热喷涂中的电弧喷涂技术，可减少钢板结构在服役期间的维护费用，减少涂料施工带来的环境污染，延长钢板结构的使用寿命。

4 结束语

本文主要介绍了沼气工艺技术中的关键设备发酵罐的结构形式，阐述了两种常用类型拼装罐的特点。在沼气发酵工业中，沼气发酵罐采用拼装罐形式比较焊接罐和搪瓷拼装罐，从材料成本、人工费用、吊装费用、防腐费用、运输费用等成本上看有较大的优势。另外，在保证施工质量、缩短施工工期上更有突出的优点。

[1] 贾立敏，曹从荣.一种新型的污水处理设备——拼装式反应器 [J].环境污染治理技术与设备，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，高级工程师。吉林市，132002。