Klasifikacija prostora Anaerobna digestija je ... · PDF fileJadranko Fišter: Klasifikacija prostora bioplinskih postrojenja III. (c3 – c9) Ex-Bilten 2015. Vol. 43, br. 1-2 Navedene

Jadranko Fišter: Klasifikacija prostora bioplinskih postrojenja III. (c1 – c9)

Ex-Bilten 2015. Vol. 43, br. 1-2

Klasifikacija prostora bioplinskih postrojenja

Area classification of biogas plants

Jadranko Fišter, dipl. ing. stroj. Ex-Agencija, Industrijska 25, Sveta Nedelja

e-mail: [email protected]

Sažetak— Jedan od glavnih problema zaštite okoliša suvremenog društva je stalan porast proizvodnje organskog otpada. Smanjenje onečišćenja i emisije stakleničkih plinova postiže se i bioplinskim postrojenjima u kojima se recikliraju organske tvari uz dobivanje energije. Procesom razgradnje organskih tvari u bioplinskim postrojenjima od stajskog gnoja i organskog otpada proizvodi se bioplin i organsko gnojivo za poljoprivredu. Bioplin se upotrebljava za proizvodnju električne i toplinske energije. Pod određenim uvjetima bioplin u kombinaciji sa zrakom može stvoriti eksplozivnu atmosferu. Rizik od požara i eksplozije posebno je velik u blizini digestora, spremnika plina, sustava za pročišćavanje bioplina i kogeneracijskih postrojenja. Dakle, u takvim postrojenjima potrebno je sustavima kontrolirane ventilacije provesti primarne mjere zaštite, provesti klasifikaciju prostora ugroženih eksplozivnom atmosferom i primijeniti sekundarnu zaštitu od nastanka eksplozije tijekom rada bioplinskih postrojenja.

Ključne riječi— bioplin, kogeneracija, klasifikacija prostora, bioplinska postrojenja, mjere zaštite od eksplozije

Summary— In a modern society one of the main issues facing environmental protection is the constant increase in production of organic waste. Reduction of pollutants and greenhouse gas emissions can be achieved by biogas plants, where organic matter is recycled and energy is produced as a byproduct. In biogas plants the process of breaking down organic matter from manure and organic waste produces biogas and organic fertilizer for agriculture. Biogas is used in the production of heat and electricity. Under certain conditions biogas in combination with oxygen can create an explosive atmosphere. The risk of fire and explosion is particularly high in the vicinity of biogas digesters, gas tanks, biogas purification systems and CHP (Combined Heat and Power) plants. Therefore in such plants it is necessary to perform primary measures of protection on controlled ventilation systems, classification of areas at risk of explosive atmospheres, and implement secondary explosion protection during operation of biogas plants.

Keywords— biogas, combined heat and power, area classification, biogas plants, explosion protection

I. UVOD

U bioplinskim postrojenjima procesom anaerobne fermentacije od stajskog gnoja i organskog otpada (supstrata) proizvodi se bioplin i organsko gnojivo za poljoprivredu. Izgaranjem u plinskom motoru kogeneracijskog postrojenja proizvode se električna i toplinska energija.

Anaerobna digestija je mikrobiološki proces razgradnje organskih tvari bez prisutnosti kisika, uobičajen u prirodnom okružju, a uvelike se primjenjuje za proizvodnju bioplina u zrakonepropusnim reaktorima zvanim digestori.

Bioplin dobiven anaerobnom digestijom uglavnom se sastoji od metana. Sastav i svojstva bioplina ovise u određenoj mjeri o vrsti sirovine, sustavu digestije, temperaturi i vremenu trajanja procesa razgradnje.

Tablica I [5] prikazuje prosječne vrijednosti sastava bioplina. Bioplin sadržaja metana od 50% ima ogrjevnu vrijednost 21 MJ/Nm³, gustoća iznosi 1,22 kg/Nm³, a masa je slična zraku (1,29 kg/Nm³).

TABLICA I. PROSJEČNE VRIJEDNOSTI SASTAVA BIOPLINA

Sastav bioplina Kem. oznaka Udio [%]

Metan CH4 50 – 75 Ugljikov dioksid CO2 25-45

Vodena para H2O 2(20°C) – 7(40°)

Kisik O2 <2 Dušik N2 <2

Amonijak NH3 <1 Vodik H2 <1

Sumporovodik H2S <1

II. BIOKEMIJSKI PROCES ANAEROBNE DIGESTIJE

Anaerobna digestija je biokemijski proces u kojem se organski spojevi razgrađuju djelovanjem različitih bakterija u anaerobnim uvjetima. Ako je supstrat za anaerobnu digestiju homogena mješavina dviju ili više vrsta sirovina, npr. gnojnica i organski otpad iz prehrambene industrije, proces se naziva kodigestija, a to je najčešći način proizvodnje bioplina.

Kao sirovina za proizvodnju bioplina najčešće se upotrebljavaju: stajski gnoj i gnojnica, ostaci iz poljoprivredne proizvodnje, razgradivi organski otpad iz prehrambene i

poljoprivredne industrije, organski dio komunalnog otpada (ostaci biljnog i

životinjskog podrijetla), otpadni mulj i energetski usjevi (kukuruz, različite vrste trave). Supstrati koji imaju visok sadržaj celuloze, kao npr.

drvo, mogu se koristiti u kodigestiji, ali moraju proći predtretman kojim se povećava mogućnost digestije.

Proces nastanka bioplina rezultat je povezanih procesnih koraka tijekom kojih se supstrat razlaže na jednostavnije spojeve sve do nastanka bioplina. U pojedinim fazama proizvodnje bioplina aktivni su različiti mikroorganizmi koji razlažu supstrat na jednostavnije spojeve sve do nastanka bioplina. Proces razgradnje i nastanka bioplina prikazan je na slici 1. [5],



a sastoji se od četiri glavne faze: hidrolize, acidogeneze, acetogeneze, metanogeneze.

Slika 1. Glavne faze u procesu nastanka bioplina

Proces nastanka bioplina odvija se u spremniku za digestiju (fermentor). Brzina ukupnog procesa razlaganja ponajprije je ograničena najsporijom reakcijom.

Tijekom hidrolize razlažu se organske tvari na manje jedinice - monomere i oligomere. Ugljikohidrati, lipidi, aminokiseline i bjelančevine razlažu se na glukozu i glicerol.

U fazi acidogeneze proizvodi hidrolize uz pomoć acidogenih bakterija (fermentacija) razlažu se u metanogene spojeve. Jednostavni šećeri, aminokiseline i masne kiseline razlažu se na acetat, ugljikov dioksid i vodik te na hlapive masne kiseline i alkohole.

Tijekom acetogeneze proizvodi iz acidogeneze koji se ne mogu izravno pretvoriti u metan pretvaraju se u metanogene spojeve. Hlapive masne kiseline koje imaju lance ugljika duže od dvije jedinice i alkoholi s više od jedne molekule ugljika oksidiraju u acetate i vodik. Nastajanje vodika povećava parcijalni tlak vodika u digestoru što se smatra otpadnim proizvodom acetogeneze jer inhibira metabolizam acetogenih bakterija.

Tijekom metanogeneze vodik se transformira u metan. Procesi acetogeneze i metanogeneze uglavnom teku paralelno kao simbioza dviju skupina organizama. Proizvodnja metana i ugljikova dioksida potaknuta je aktivnošću metanogenih bakterija. 70% metana nastaje iz acetata, a ostalih 30% pretvorbom iz vodika.

Metanogeneza je ključan korak u procesu anaerobne razgradnje jer predstavlja najsporiju biokemijsku reakciju proizvodnje bioplina. Na uspješnost metanogeneze utječe niz čimbenika, kao što su sastav sirovine, brzina dopunjavanja digestora, temperatura, pH supstrata, brzina miješanja. Prevelika napunjenost digestora, promjena temperature, povećana prisutnost kisika mogu rezultirati zaustavljanjem proizvodnje metana.

Prosječno vrijeme u kojem se supstrat zadržava unutar fermentora može biti od 15 do 80 dana, a ovisi o temperaturi. Temperatura na kojoj se događa anaerobna

digestija podijeljena je na tri područja: < 20 °C, 30-42 °C i 43-55 °C.

Stabilnost temperature je ključna za anaerobnu digestiju, a radna temperatura odabire se prema vrsti supstrata, održava se putem izmjenjivača unutar digestora.

III. BIOPLINSKA POSTROJENJA

Izbor procesne opreme i konstrukcije fermentora kao glavnog dijela postrojenja za proizvodnju bioplina ovisit će o vrsti i količini sirovine koja će se upotrijebiti za proizvodnju bioplina. Mogu se primijeniti i različite tehnologije za skladištenje, pripremu i upotrebu bioplina. Digestat se ponajprije upotrebljava kao gnojivo u poljoprivrednoj proizvodnji.

Proces proizvodnje bioplina u bioplinskim postrojenjima najčešće se odvija u četiri faze, a prikazan je na slici 2. [5]

1. Transport, skladištenje, prethodna obrada i punjenje sirovine u digestor.

2. Proizvodnja bioplina anaerobnom digestijom. 3. Skladištenje digestata. 4. Skladištenje bioplina, čišćenje i korištenje. Prva faza procesa (transport, skladištenje, prethodna

obrada i punjenje sirovine u digestor) podrazumijeva spremnik za skladištenje sirovine (2), spremnik za sakupljanje organskog otpada (3), spremnik za sanitaciju (4), horizontalno skladište za transport vozilima (5), sustav za punjenje digestora (6).

Druga faza procesa uključuje proizvodnju bioplina u fermentoru (7).

Treća faza procesa događa se u spremniku za skladištenje digestata (10) iz kojeg se odvozi kao organsko gnojivo u poljoprivrednoj proizvodnji (11).

Slika 2. Proces proizvodnje bioplina

Četvrta faza procesa (skladištenje bioplina, čišćenje i korištenje) odvija se u spremniku za skladištenje plina (8) i kogeneracijskom bloku (9). Skladište bioplina nalazi se u sklopu digestora.



Navedene faze procesa međusobno su povezane, a osobito je jaka veza između druge i četvrte faze koja daje toplinsku energiju nužnu za potrebe procesa u drugoj fazi.

Kao konačni proizvod bioplinskog postrojenja dobiju se električna energija koja se isporučuje u elektroenergetsku mrežu (13) i toplinska energija kojom se zadovoljavaju potrebe bioplinskog postrojenja i obližnjih poljoprivrednih objekata.

A. Sustav za punjenje fermentatora

Uskladištena sirovina se iz spremnika za miješanje puni u fermentor, slika 3. Način ubacivanja ili punjenja ovisi o karakteristikama sirovine. Sirovina koja se pumpa iz spremnika za skladištenje u fermentor sastoji se od gnojovke i tekućeg organskog otpada (plutajući mulj, otpad pri preradi mlijeka i mliječnih proizvoda, riblje ulje).

Slika 3. Spremnik za miješanje i doziranje u fermentor

Krute sirovine koje se ne mogu pumpati (vlaknasti materijali, trava, kukuruzna silaža, gnojivo s visokim udjelom slame) mogu se dodavati u malim količinama putem punilice u sustav punjenja, nakon čega se stavljaju u fermentor (npr. s pomoću pužnog transportera), slika 4.

Oba se tipa supstrata mogu istodobno stavljati u fermentor. Pozornost se treba usmjeriti i na temperaturu sirovine koja se stavlja u fermentor. Razlike između temperature procesa i nove sirovine koja se dozira ometaju biološki proces te ih je potrebno izbjegavati, a pojavljuju se zbog procesa sanitacije ili u zimskom razdoblju. Predgrijavanje sirovine na temperaturu sličnu temperaturi fermentora omogućuje se ugradnjom izmjenjivača topline.

Slika 4. Usipni koš i pužni transporter

B. Fermentor

Fermentor ili digestor središnji je element bioplinskog postrojenja. Fermentor je vodonepropustan i zrakonepropustan grijani spremnik u kojem se događa anaerobna fermentacija uslijed koje se proizvodi bioplin.

Fermentori mogu biti izgrađeni od armiranog betona, a u njima su ugrađene miješalice supstrata kojima se osigurava homogenost i sprečava taloženje. Slike 5. i 6. prikazuju primjere ugradnje miješalice.

Slika 5. Primjer miješalice u fermentoru

Po obodu unutar fermentora instaliraju se toplovodni izmjenjivači za grijanje supstrata na temperaturu od oko 35 °C, a za to se rabi proizvedena toplinska energija iz kogeneracijskog postrojenja. Proizvedeni bioplin sakuplja se u prostoru iznad razine supstrata u prostoru ispod pokrova fermentora te putem cjevovoda odlazi u



spremnik bioplina ili direktno prema kogeneracijskom postrojenju.

Slika 6. Primjer miješalice u fermentoru

C. Spremište bioplina

Proizvodnja bioplina u fermentoru nije kontinuiran proces jednakog intenziteta, a ni potražnja u npr. kogeneracijskom postrojenju nije uvijek jednaka. Višak proizvedenog plina nužno je skladištiti. Tako se osigurava kontinuiran i optimalan rad kogeneracijskog postrojenja. Služe i kao skladište bioplina za vrijeme ispada kogeneracijskog postrojenja.

Skladište bioplina može biti postavljeno na vrhu fermentora ugradnjom dviju membrana izrađenih od npr. polietilena male gustoće, kao što prikazuje slika 7.

Vanjska membrana štiti spremnik od atmosferskih utjecaja. Između vanjske i unutarnje membrane upuhuje se zrak kojim se održava tlak u spremniku. Spremnici su niskotlačni te u njima vlada predtlak od 1 do 3,5 mbara.

Unutarnja membrana, tj. spremnik bioplina na fermentoru spojen je s gornjim rubom betonskog dijela fermentora. U sredini fermentora ugrađuje se betonski stup koji je remenjem spojen s gornjim rubom betonskog dijela fermentora. Preko remenja postavlja se mreža na koju je položena unutarnja membrana. Ovisno o proizvodnji plina unutarnja se membrana podiže ili spušta.

Spremnici bioplina zbog sigurnosti su opremljeni sigurnosnim ventilima (tlak otvaranja je od 1 do 3,5 mbara).

Za veća bioplinska postrojenja moguće je izvesti odvojeno skladište za bioplin kao samostojeći objekt. Dobro dimenzioniranje sustava za skladištenje bioplina znatno pridonosi učinkovitosti i sigurnosti bioplinskog postrojenja.

Slika 7. Primjer spremnika bioplina iznad fermentora

Bioplin je moguće skladištiti u srednjotlačnim i visokotlačnim spremnicima pri tlaku do 250 bara. Ovakvi spremnici imaju visoke troškove rada i veliku potrošnju energije.

D. Baklja za bioplin

U slučaju da je proizvodnja bioplina veća od potrebe za potrošnjom ili uslijed poremećaja u radu kogeneracijskog postrojenja, spremnik se puni do svojih krajnjih granica, nakon čega višak plina izgara na baklji, slika 8.

Sustav izgaranja bioplina potrebno je podesiti tako da se omogući što veća oksidacija kako bi se količina neizgorenog metana i ostalih produkata nepotpunog izgaranja poput ugljikova monoksida svela na najmanju moguću mjeru.

Da bi se postigao veći stupanj izgaranja, temperatura mora biti između 850 °C i 1200 °C. Sigurno i pouzdano funkcioniranje baklje, tj. plamenika podrazumijeva ugradnju npr. sustava za paljenje, zaustavljača plamena, sigurnosne ventile i detektor plamena.

Slika 8. Primjer baklje sa sigurnosnim uređajima

E. Čišćenje bioplina

Tijekom anaerobne fermentacije u bioplinu stvaraju se sumporovodik (H2S) i vodena para. Sumporovodik stvara neugodan miris, a usto se veže s vodom i stvara sumpornu kiselinu koja je izrazito korozivna za većinu konstrukcijskih materijala bioplinskih motora. Zbog toga je bioplin potrebno podvrgnuti odsumporavanju i sušenju (uklanjanju kondenzata).



Koncentracija sumpora u proizvedenom bioplinu smanjuje se fizikalno-kemijskim procesom uklanjanja sumpora (odsumporavanje). Uklanjanje sumpora provodi se upuhivanjem zraka u fermentore. Ovisno o količini i sastavu (utvrđenim analizatorom) proizvedenog bioplina upuhuje se izrazito mala količina zraka u zračni prostor fermentora. U spremnik se upuhuje zrak ukupno do 1,5% u odnosu na količinu proizvedenog bioplina. Kisik iz zraka reducirat će sumporovodik (H2S) stvarajući sumporov dioksid i vodu. Veća količina kisika stvarala bi sumpornu kiselinu koja djeluje korozivno, a i narušavala bi anaerobne uvjete u fermentorima pri kojima nastaje metan. Za većinu konvencionalnih plinskih motora kogeneracijskih postrojenja udio sumporovodika mora biti ispod 700 ppm kako bi se izbjegla visoka korozija.

F. Sušenje bioplina

Količina vode koju bioplin može apsorbirati ovisi o temperaturi. Relativna vlaga bioplina unutar fermentatora iznosi 100 %, što znači da je plin zasićen vodenom parom.

Dio vodene pare može se kondenzirati hlađenjem plina. To se događa u plinovodima koji transportiraju plin iz fermentora u jedinicu za kogeneraciju. Voda se kondenzira na stijenkama cijevi i sakuplja se u kondenzacijskom separatoru na najnižoj točki cjevovoda.

Kondenzacijski separator mora imati mogućnost pražnjenja kondenzirane vlage i mora biti izoliran ili ukopan da bi se spriječilo. Nakon toga, kako bi se minimizirala vlažnost, plin se može zagrijavati.

G. Osiguranje od predtaka i podtlaka

Svaki spremnik u kojem se bioplin proizvodi, obrađuje ili skladišti (npr. fermentor, postfermentor, spremnik za plin, skladište za fermentirani ostatak) treba opremiti minimalno jednim osiguračem od predtlaka i podtlaka. Kod spremnika koji služe isključivo za pohranjivanje bioplina i kod kojih proizvođač potvrđuje da zbog podtlaka ne mogu nastupiti opasna stanja, može se odustati od primjene osigurača od podtlaka.

Hidraulične osigurače od predtlaka i podtlaka treba izvesti tako da se kod aktiviranja sigurnosne funkcije sprečava pražnjenje zaporne tekućine. Kada postoji opasnost od smrzavanja, kao zaporne tekućine smiju se koristiti samo one koje se potpuno miješaju s vodom i koje se kod očekivanih temperatura ne mogu smrznuti.

Razina tekućine hidrauličnih osigurača od predtlaka i podtlaka mora se moći vizualno kontrolirati. Kapacitet ispuštanja osigurača od predtlaka mora odgovarati maksimalnom prinosu bioplina u bioplinskom uređaju.

U cjevovodima do osigurača od predtlaka i podtlaka ne smiju se nalaziti zaporni uređaji. Osigurači od

predtlaka i podtlaka, osim otvora vodova za ispuh i usis, moraju biti izvedeni tako da su trajno nepropusni.

Slika 8a. Primjer sigurnosnog ventila

Otvore cjevovoda osigurača od predtlaka treba postaviti na otvorenom tako da plin koji izlazi ne može dospjeti u okolne objekte, odnosno u okna. Otvor mora biti najmanje 3 m iznad razine okolnog zemljišta i treba biti osiguran od prodiranja stranih tijela te oborinske vode. Osim toga, otvor mora biti smješten najmanje 1 m iznad površine krova ili gornjeg ruba spremnika, a horizontalno mora biti udaljen najmanje 5 m od zgrada koje ne pripadaju bioplinskom postrojenju, odnosno od prometnica.

Treba također osigurati da se odvod plina te odvod do osigurača od predtlaka i podtlaka spremnika ne može začepiti supstratom ili stvaranjem pjene. To će se postići tako da se ovi odvodi smjeste u najvišoj točki spremnika. Ako se to ne može provesti (npr. kod fermentora s gore postavljenim membranskim spremnikom za plin), treba se pobrinuti da između odvoda i maksimalne razine supstrata ostane sigurnosni razmak od minimalno 1 m. Ovaj sigurnosni razmak treba kontrolirati, pri čemu se kontrola mora provoditi neovisno o regulaciji razine napunjenosti.

Tlak prorade plinske baklje mora biti niži od tlaka pri kojem reagira osigurač od predtlaka u spremniku bioplina tako da višak izgori na baklji.

Prije reagiranja osigurača od podtlaka treba isključiti uređaje za potrošnju plina.

IV. KOGENERACIJSKA PROIZVODNJA TOPLINSKE I ELEKTRIČNE ENERGIJE

Bioplin se najčešće rabi za proizvodnju električne energije i topline u kogeneracijskim postrojenjima, za proizvodnju topline izgaranjem u kotlovima na mjestu



proizvodnje ili kod krajnjeg korisnika. Slika 9. [5] prikazuje mogućnost upotrebe bioplina.

Slika 9. Upotreba bioplina

Kogeneracijska proizvodnja toplinske i električne energije vrlo je učinkovit način upotrebe bioplina. Kogeneracija upotrebljava otpadnu toplinu hlađenja bioplinskih motora i toplinu ispušnih plinova koji pokreću generator električne energije te je koristi za grijanje, npr. plastenika, građevina ili proizvodnih procesa, slika 10.

Slika 10. Primjer kogeneracijskog blok-postrojenja

Kogeneracijska postrojenja na bioplin najčešće su termoelektrane blokovskog tipa s plinskim motorima koji su povezani s generatorom električne energije.

Otpadna toplina nastala hlađenjem plinskih motora i toplina dimnih plinova nastala izgaranjem bioplina koristi se kao toplinska energija.

Glavni dijelovi od kojih se sastoji kogeneracijsko postrojenje su:

plinski motor, generator električne energije, transformator električne energije, izmjenjivač topline voda motora/voda potrošača i izmjenjivač topline, dimni plinovi/voda. Motor generatora može biti plinski Ottov ili

benzinski motor, plinski dizelski motor ili plinski dizelski motor s pilot-paljenjem.

Plinski Ottov i plinski dizelski motor rade na temelju Ottova ciklusa, dakle bez samozapaljenja goriva, a razlikuju se jedino u stupnju kompresije. Alternativa spomenutim vrstama motora su plinske mikroturbine i gorive ćelije.

U slučaju prekida rada bioplinskog motora, kogeneracije te kada se napuni skladište plina, višak bioplina se spaljuje na plinskoj baklji.

A. Plinski Ottov motor

Plinski Ottovi motori modificirani su za upotrebu bioplina, a rade sa smjesom s dovoljnim pretičkom zraka radi minimizacije emisija ugljikova monoksida. To rezultira manjom potrošnjom plina, ali i manjom učinkovitošću motora, što se kompenzira upotrebom turbopunjača pogonjenog ispušnim plinovima. Plinski Ottovi motori zahtijevaju minimalan sadržaj metana u bioplinu od 45%. Plinski Ottovi motori mogu raditi na bioplin ili druge vrste plinova, npr. prirodni plin ili propan-butan, a potrebni su za pokretanje bioplinskog postrojenja kada treba proizvesti toplinsku energiju kojom se preko izmjenjivača zagrijavaju digestori kako bi počeo proces anaerobne digestije.

B. Plinski dizelski motor

Ako su zahtjevi za proizvodnju električne energije veći od 100 kWel, koriste se prilagođeni dizelski motori koji su opremljeni svjećicama.

Plinski dizelski motor s pilot-paljenjem radi na principu dizelskog motora. Bioplin je sa zrakom pomiješan u plinovitu smjesu, a mješavina prolazi kroz sustav ubrizgavanja u komoru za izgaranje gdje se pali s pomoću pilot-ubrizganog dizelskoga goriva. Obično se ubrizgava do 10% dizelskog goriva. Plinski dizelski motori s pilot-paljenjem rade s velikim pretičkom zraka.

U slučaju pokretanje bioplinskog postrojenja ili prekida dovoda bioplina, motor može raditi na dizelsko gorivo.

C. Bioplinske mikroturbine

Plinske turbine su rotacijski strojevi koji izgaranjem pretvaraju energiju plinova u koristan rad. Sastoje se od kompresora bioplina koji smanjenjem obujma povećava tlak, komore za izgaranje i turbine gdje se plin visoke temperature i tlaka preko statorskih lopatica usmjerava na turbinske lopatice koje na taj način okreću rotor turbine.

Dobivena energija preko vratila prenosi se od turbine do generatora električne energije, a ispušni plinovi koriste se za grijanje vode.

Snaga bioplinske mikroturbine najčešće je manja od 200 kWel. Slika 11. [5] shematski je prikaz bioplinske mikroturbine.



Slika 11. Bioplinska mikroturbina

V. MJERE ZAŠTITE OD EKSPLOZIJE I ZAKONSKA REGULATIVA

Primjena protueksplozijske zaštite u prostorima ugroženima eksplozivnom atmosferom propisana je u Republici Hrvatskoj pravilnicima NN br. 39/06 i 106/07 [1] i NN br. 34/10 [2], koji su usklađeni s europskim direktivama 1999/92 EC (ATEX 137) [4], odnosno 94/9 EC (ATEX 95) [3].

Kao osnova za provedbu postupka klasifikacije prostora može se upotrijebiti norma HRN EN 60079-10-1: Eksplozivne atmosfere – Klasifikacija prostora – Eksplozivne atmosfere plinova [6], kao i austrijske smjernice: Technische Grundlage für die Beurteilung von Biogasanlagen, Bundesministerium für Wirtschaft, Familie und Jungend [7].

Sukladno pravilniku NN br. 39/06 u prostorima ugroženim eksplozivnom atmosferom potrebno je provoditi mjere sprečavanja i zaštite od eksplozije prema kojima:

treba provesti mjere primarne protueksplozijske zaštite (spriječiti nastanak ili smanjiti vjerojatnost pojave eksplozivne atmosfere),

ako zbog tehnološkog procesa nije moguće potpuno ostvariti primarne mjere protueksplozijske zaštite, potrebno je primijeniti sekundarnu zaštitu, tj. ugraditi strojarsku i elektroopremu protueksplozijski zaštićene izvedbe i

ako prethodno navedene mjere nije moguće izvesti, treba poduzeti mjere koje štetne utjecaje moguće eksplozije ograničavaju tako da su zajamčeni zdravlje i sigurnost osoblja (konstrukcijska zaštita od eksplozije).

Ovakav pristup protueksplozijskoj zaštiti podrazumijeva niz općih mjera za sprečavanje i zaštitu od eksplozije putem projektiranja i konstrukcije opreme, zaštitnih sustava i komponenti koje donosi norma HRN EN 1127-1.

VI. KLASIFIAKCIJA PROSTORA BIOPLINSKIH POSTROJENJA

Područja ugrožena eksplozivnom atmosferom treba klasificirati u zone prema količini, učestalosti i trajanju pojave eksplozivne atmosfere kako slijedi:

Zona 0 Područje u kojem su eksplozivne atmosfere kao

mješavine zraka i zapaljivih plinova, para ili maglica prisutne u normalnom radu tijekom dugih razdoblja ili često. Zona 1

Područje u kojem se kod normalnih pogonskih uvjeta povremeno mogu stvarati eksplozivne atmosfere kao mješavina zraka i zapaljivih plinova, para ili maglica.

Zona 2 Područje u kojem se kod normalnih pogonskih uvjeta

eksplozivne atmosfere kao mješavina zraka i zapaljivih plinova, para ili maglica javljaju rijetko i kratko traju.

Postrojenja ugrožena eksplozivnom atmosferom treba označiti sukladno pravilniku NN br. 39/06.

Područja ugrožena pojavom eksplozivne atmosfere treba jednoznačno prikazati tlocrtno i karakterističnim presjecima.

Tehnička dokumentacija klasifikacije prostora treba najmanje sadržavati:

opis tehnološkog procesa, značajke eksplozivnosti medija na predmetnom

postrojenju, tablični prikaz zona opasnosti i tlocrtni prikaz zona opasnosti i karakteristične

presjeke opreme i zona. Za kontejner u kojem je smješteno kogeneracijsko

postrojenje potrebno je definirati primarne mjere zaštite od eksplozije (npr. režim rada ventilacije i plinskog motora, kontrolu rada ventilacije, plinodetekciju, način gašenja kogeneracijskog postrojenja u slučaju prorade plinodetekcije) i potrebno je definirati automatiku rada baklje (npr. način paljenja baklje, kontrolu prisutnosti plamena) i sigurnosne blokade kod nestanka plina, električne energije, nestanka plamena te drugih poremećaja.

A. Predjame, okna za pumpe

U oknima (npr. predjame, okna za pumpe) kroz koje protječe gnojnica odnosno supstrat moguća je prisutnost eksplozivne atmosfere u normalnom radu. Ove prostore treba izvesti tako da se osigura dovoljna ventilacija. Kod prirodne ventilacije unutrašnjost treba klasificirati zonom 1, a područje od 1 m oko vanjskih rubova zonom 2.

Kod prisilne ventilacije (minimalno 0,5 izmjena /h) unutrašnjost okna klasificira se zonom 2.



Kod otvorenih okana (npr. okna s pumpama za mulj koji fermentira) unutrašnjost se klasificira zonom 2.

B. Fermentori

Plinski prostor fermentora klasificira se zonom 1 jer je zbog malog sadržaja kisika koncentracija bioplina iznad gornje granice eksplozivnosti. U slučaju kvara može se preko osigurača od podtlaka usisati zrak. Kod puštanja u pogon i nakon otvaranja ili kod djelomičnog pražnjenja treba računati na opasne eksplozivne atmosfere.

Zbog odsumporavanja s pomoću puhala zraka u spremnik bioplina upuhuje se maksimalno 5% zraka u odnosu na proizvodnju bioplina. S obzirom na to da oko mjesta upuhivanja zraka koncentracija bioplina može biti unutar granica eksplozivnosti, klasificira se zona 0 u polumjeru 3 m oko mjesta upuhivanja unutar fermentora.

Oko otvora na skladištu plina, npr. servisni otvori, uređaj za namještanje miješalice, okna za gledanje, otvora za punjenje, klasificira se zona 1 polumjera 1 m i zona 2 polumjera 3 m.

Otvore u druge zatvorene prostore koji mogu biti zahvaćeni zonom treba izbjegavati. Ako to nije moguće, potrebno je za svaki pojedinačni slučaj analizirati prisutnost eksplozivne atmosfere i dimenzionirati zone. U navedenim prostorima potrebno je izvesti adekvatnu ventilaciju.

C. Doziranje krutih tvari

Pozicija za doziranje krutih tvari u fermentoru mora kod normalnog pogona biti najmanje 1 m ispod razine tekućine.

Unutrašnjost lijevka klasificira se zonom 2, a uređaja za doziranje (pužni transportni sustav ili cijev) klasificira se zonom 1. Kada je ispunjenost lijevka manja od 1 m iznad otvora uređaja za doziranje, treba uključiti alarm i u okružju od 3 m oko lijevka automatski isključiti iz pogona opremu standardne industrijske izvedbe.

D. Spremnici plina

Unutrašnjost spremnika plina klasificirana je zonom 1. Ako je spremnik plina iznad fermentora, područje do 3 m oko mjesta upuhivanja zraka u svrhu odsumporavanja klasificirano je kao zona 0

Kod membranskih spremnika za plin s jednom stijenkom na otvorenome treba klasificirati područje od 1 m oko membrane kao zonu 1, a područje na udaljenosti od 3 m sa svih strana membrane zonom 2.

Kod spremnika za plin s dvostrukom membranom s ventilatorom za potporni zrak područje između vanjske i unutarnje membrane smatra se zonom 1. Oko svakog otvora vanjske membrane (npr. tlačni regulacijski ventil) smatra se zonom 1 do udaljenosti od 1 m, a

područje do 3 m zonom 2. Područje sa svih strana oko vanjske membrane na udaljenosti do 2 m klasificira se zonom 2.

Kod membranskih spremnika za plin s jednom stijenkom koji su opremljeni dodatnom membranom radi zaštite od vremenskih utjecaja, prostor između unutarnje i vanjske membrane smatra se zonom 1. Oko svakog otvora vanjske membrane (npr. otvori za ventilaciju) klasificira se zona 1 do udaljenosti od 1 m, a područje do 3 m zona 2. Za područje sa svih strana oko vanjske membrane na udaljenosti do 2 m klasificira se zona 2. Područje između membranskog spremnika za plin i membrane za zaštitu od vremenskih utjecaja treba opremiti stalno aktivnim ventilacijskim otvorima prirodne ventilacije. S obzirom na fizikalne značajke metana kao najzastupljenijeg plina, ventilacijske otvore treba predvidjeti na najvišoj poziciji.

Kod spremnika za plin koji se djelomično sastoje od betona i čiji je samo gornji dio izveden s pomoću membrana, treba predvidjeti eksplozivne zone sa svih strana oko površine membrane.

E. Skladište fermentiranog ostatka

Hermetično pokrivena skladišta za ostatke fermentacije tretiraju se kao fermentori. Posebno treba paziti da kod vađenja fermentiranog ostatka ne nastane podtlak u skladištu fermentiranog ostatka i da se vađenje ne obavlja iz područja u kojem se nalazi plin.

F. Osigurači od predtlaka i podtlaka

Oko ispušnih otvora osigurača od predtlaka klasificira se zona 1 polumjera 1 m i zona 2 polumjera 3 m.

G. Separator kondenzata iz bioplina

Prirodno ventilirana okna plinskog kondenzata klasificirana su kao zona 1, a područje od 1 m oko otvora za odzračivanje klasificirano je zonom 2.

Kod trajne prisilne ventilacije unutrašnjost okna kondenzata klasificirana je kao zona 2.

H. Kompresori/puhala bioplina

Izvan kompresora/puhala koji su konstruirani kao trajno nepropusni (npr. kompresori s magnetskom spojkom) nije nužno klasificirati zone opasnosti, dok je u suprotnom oko kompresora potrebno klasificirati zonu 1 polumjera 1 m i zonu 2 polumjera 2 m.

U unutrašnjosti puhala moguće je stvaranje eksplozivne atmosfere zbog usisavanja zraka, kod npr. aktiviranja osigurača od podtlaka. Zbog toga je unutar cjevovoda i kompresora/puhala klasificirana zona 1.

I. Plinski motori i prostori za postavljanje plinskih motora

Prostor za smještaj plinskih motora mora biti opremljen trajnom prisilnom ventilacijom s minimalno dvije izmjene zraka u jednom satu tijekom normalnog



rada. Ispravnost ventilacije mora biti kontrolirana diferencijalnim presostatom ili krilnom sklopkom.

Uređaj plinodetekcije mora kod prisutnosti bioplina u prostoru s kogeneracijskim postrojenjem u koncentraciji od 20% donje granice eksplozivnosti aktivirati alarm i pokrenuti dodatnu prisilnu odsisnu ventilaciju. Dodatni ventilator namijenjen je za upotrebu u zoni 1 i mora ostvarivati peterostruku izmjenu zraka u jednom satu. Istodobno počinje postupak redovitog isključivanja biomotora, tj. motor se postupno rasterećuje, a nakon gašenja elektromagnetskim ventilom isključi se dovod plina.

Kod prisutnosti koncentracije plina od 40% donje granice eksplozivnosti automatski se prekida dovod plina na motor s pomoću blokadnih uređaja koji se nalaze na plinovodu izvan prostora s kogeneracijskim postrojenjem, isključuju se svi potrošači standardne industrijske izvedbe i uključuje se ventilator protueksplozijski zaštićene izvedbe.

J. Uređaji plinodojave

Uređaji plinodojave alarmni su sustavi koji služe ranoj detekciji prisutnosti eksplozivne atmosfere, odnosno za prepoznavanje opasnosti od gušenja i trovanja.

Plinodetekciju eksplozivne atmosfere (bioplin) treba baždariti na detekciju metana. Zbog sastava bioplina treba glave detektora plina postaviti blizu stropa i poda.

Potrebno je osigurati da plinski alarmni uređaj i nakon plinskog alarma i nadalje bude aktivan. Zato je nužno da glave za detekciju plina budu prikladne za primjenu u zoni 1.

Plinski alarmni uređaji moraju ostati u funkciji kod općeg nestanka struje sve do postizanja sigurnog pogonskog stanja.

Prorada plinskog alarmnog uređaja treba automatski aktivirati pripadajuće sigurnosne funkcije te signalizirati (optički, akustično) odgovornim osobama.

Baždarenje i održavanje plinskog alarmnog uređaja, posebno plinskih detektorskih glava, treba izvesti prema uputama proizvođača.

Alarmne uređaje za plin treba predvidjeti u skladu s konstrukcijom postrojenja.

VII. ZAKLJUČAK

Problematika bioplinskih postrojenja vrlo je aktualna u Republici Hrvatskoj.

Ovaj tekst daje kratak presjek proizvodnje bioplina iz organskog otpada te upotrebe bioplina u kogeneracijskim postrojenjima s naglaskom na klasifikaciju prostora ugroženih eksplozivnom atmosferom i nekim od mjera za sigurnije korištenje.

LITERATURA [1] Pravilnik o najmanjim zahtjevima sigurnosti i zaštite zdravlja radnika

te tehničkom nadgledanju postrojenja, opreme, instalacija i uređaja u prostorima ugroženim eksplozivnom atmosferom, NN br. 39/06 i 106/07

[2] Pravilnik o opremi i zaštitnim sustavima namijenjenim za uporabu u potencijalno eksplozivnim atmosferama, NN br. 34/10

[3] ATEX 95 equipment directive 94/9/EC, Equipment and protective systems intended for use in potentially explosive atmospheres

[4] ATEX 137 workplace directive 99/92/EC, Minimum requirements for improving the safety and health protection of workers potentially at risk from explosive atmospheres.

[5] Teodorita Al Seadi, Dominik Rutz, Heinz Prassl, Michael Köttner, Tobias Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen, Biogas handbook, 2008. www.lemvigbiogas.com/BiogasHandbook.pdf (pristupljeno 2. kolovoza 2015.)

[6] HRN EN 60079-10-1: Eksplozivne atmosfere – Klasifikacija prostora – Eksplozivne atmosfere plinova

[7] Technische Grundlage für die Beurteilung von Biogasanlagen, Bundesministerium für Wirtschaft, Familie und Jungend

Documents

Klasifikacija prostora Anaerobna digestija je ... · PDF fileJadranko Fišter: Klasifikacija prostora bioplinskih postrojenja III. (c3 – c9) Ex-Bilten 2015. Vol. 43, br. 1-2 Navedene