Embed Size (px)
Citation preview
Norma DWA-M 212
A digestão anaeróbia de lodo em estações de tratamento de esgoto tem como resultado a geração do biogás (biogás de esgoto), o qual é coletado pelo sistema de tubulação de gás e transportado para o gasômetro. Conforme o caso, o gás passa por um sistema de tratamento antes de atingir a unidade consumidora. Entre os consumidores típicos destacam-se caldeiras para a geração térmica e usinas de cogeração de calor e energia elétrica, que, além das energias térmica e mecânica, também geram energia elétrica.
Como a utilização de equipamentos para geração, armazenamento, distribuição e utilização de gás apresenta riscos inerentes significativos, esses equipamentos devem ser operados e instalados respeitando os preceitos técnicos. Em parte, os regulamentos e normas disponíveis para o planejamento, construção e operação de usinas não correspondem ao estado da técnica e não foram elaborados especificamente para digestores anaer-óbios, mas sim para o abastecimento de gás pela rede pública.
Este guia técnico visa fechar essa lacuna, apresentando os aspectos eletrotécnicos, de máquinas e de segu-rança fundamentais para a construção e operação de biodigestores. O guia técnico descreve a estrutura de uma usina de biogás (de esgoto). É apresentada uma exposição de cada componente e de seus requisitos es-pecíficos técnicos relativos à segurança. Uma das seções é dedicada inteiramente à proteção contra explosão e incêndio e ao zoneamento de áreas com risco de explosão. São abordadas também as ações de inspeção para averiguar o estado e a segurança de toda a usina de biogás antes de sua entrada em operação e após alter-ações fundamentais do projeto, bem como as inspeções periódicas.
ISBN 978-3-88721-214-8
German Association for Water, Wastewater and WasteDeutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.Theodor-Heuss-Allee 17 · 53773 Hennef · GermanyTel.: +49 2242 872-333 · Fax: +49 2242 872-100E-Mail: [email protected] · Internet: www.dwa.de
DWANormas e recomendações técnicas
German Association for Water, Wastewater and WasteDeutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.
Equipamento Técnico deDigestores Anaeróbios em ETEs
Abril de 2008
Technische Ausrüstung von Faulgasanlagen auf Kläranlagen
Publisher/Marketing:German Association for Water, Wastewater and WasteDeutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.Theodor-Heuss-Allee 17 · 53773 Hennef · GermanyTel.: +49 2242 872-333 · Fax: +49 2242 872-100E-Mail: [email protected] · Internet: www.dwa.de
Norma DWA-M 212
DWANormas e recomendações técnicas
Equipamento Técnico deDigestores Anaeróbios em ETEs
Abril de 2008
Technische Ausrüstung von Faulgasanlagen auf Kläranlagen
DWA-M 212
2 Abril de 2008
A Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) atua na Alemanha como porta-voz para todas as questões do setor hídrico e empreende grandes esforços para contribuir com o desenvolvimento da gestão hídrica sustentável e segura. Sendo uma organização com independência política e econômica, ela atua nas áreas de gestão hídrica, de efluentes, resíduos e proteção dos solos.
Na Europa, a DWA é a organização que conta com o maior número de associados nessa área, e sua competência técnica em implantação de normas, educação profissional e informação lhe confere reconhecimento pela opinião pública. O corpo de mais de 14.000 associados conta com especialistas e lideranças da administração pública, universidades, escritórios de engenharia, autoridades e empresas.
O foco de suas atividades é a elaboração e atualização de um conjunto de normas técnicas uniformizadas, bem como a colaboração com a criação de normas de assuntos técnicos específicos em nível nacional e internacional. Isso abrange não apenas os temas técnico-científicos, mas também os interesses econômicos e jurídicos da proteção do meio ambiente e dos recursos hídricos.
Tradução da Norma: Marcos Zattar Composição: DWA Impressão: DWA ISBN: 978-3-88721-214-8 Impresso em papel 100% reciclado
Notas legais
Edição e distribuição:DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. Theodor-Heuss-Allee 17 53773 Hennef, Alemanha Tel.: +49 2242 872-333 Fax: +49 2242 872-100 E-mail: [email protected] Internet: www.dwa.de
© DWA Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V., Hennef 2008
Todos os direitos reservados, inclusive os direitos de traduções em outros idiomas. É proibida a reprodução de toda e qualquer parte deste
guia técnico sem a autorização escrita do editor, seja ela fotocópia, microfilmagem ou qualquer outra técnica, ou transmitida em idioma utilizado por máquinas, principalmente máquinas de processamento de dados.
DWA-M 212
Abril de 2008 3
Prefácio
A digestão anaeróbia de lodo em estações de tratamento de esgoto tem como resultado o biogás, que, em áreas de aplicação similares, deve ser diferenciado do biogás de esgoto1 conforme o guia técnico ATV-DVWK-M 363 e a DIN EN 1085. O biogás resultante deste processo é coletado por meio da tubulação de gás e encaminhado aos consumidores passando por um gasômetro e, quando necessário, por um processo de purificação. Via de regra, os consumidores são as caldeiras para geração de calor ou as usinas CHP para a cogeração de calor e energia elétrica/mecânica. Já que a utilização de equipamentos para geração, armazenamento, distribuição e utilização de gás apresenta riscos significativos inerentes, esses equipamentos devem ser operados e instalados respeitando os preceitos técnicos. Portanto, o projeto, instalação e operação dos equipamentos devem seguir as normas de segurança operacional.
A construção e operação de biodigestores anaeróbios na Alemanha seguem diversas normas e recomendações técnicas que, em parte, não correspondem ao estado da técnica e que, em sua grande maioria, foram desenvolvidas para as redes públicas de gás natural. A utilização dessas normas técnicas em digestores anaeróbios deve ser realizada de maneira criteriosa. Além disso, a Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e. V (Associação Técnico-Científica Alemã para Gás e Água, DVGW) não oferece nenhum selo de conformidade para os componentes empregados nos biodigestores anaeróbios (válvulas de gaveta, válvulas borboleta, etc.).
Os projetistas, as autoridades e as empresas operadoras adotam distintas abordagens e, com isso, surgem incertezas sobre os equipamentos técnicos necessários em digestores anaeróbios.
A aplicação dessas orientações e indicações, bem como o manuseio do biogás, exigem conhecimentos técnicos derivados da prática.
Neste guia técnico serão apresentados os aspectos eletrotécnicos, de máquinas e de segurança fundamentais para a construção e operação de biodigestores. Os métodos construtivos apresentados neste guia técnico, os quais se baseiam em leis e regulamentos, foram validados pela prática operacional e atendem aos pré-requisitos de segurança. Os diagramas de processo neste guia técnico visam fornecer indicações e recomendações para a construção e operação de biodigestores em estações de tratamento de esgoto dómestico.
1) N.T.: Na Alemanha, distinguem-se os conceitos de “Biogas” e “Faulgas”, sendo o segundo o tipo específico de biogás obtido pelo processo de estabilização anaeróbia do lodo do tratamento de esgoto urbano. No Brasil, utiliza-se indistintamente “biogás” em ambas as situações. A tradução desta norma adotou, em caráter ad hoc, o termo “gás de esgoto” nos esparsos casos em que os dois termos ocorriam com proximidade, o que exigiu uma diferenciação. Nos demais casos, adotou-se simplesmente “biogás”, sendo o sentido pretendido indicado pelo contexto.
DWA-M 212
4 Abril de 2008
Tradução da Norma: Marcos Zattar.
Revisão da Versão Traduzida: Grupo de trabalho coordenado pelo Projeto DKTI Biogás (PROBIOGÁS).
Apoio para realização da tradução: Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH.
O trabalho de tradução e revisão desta norma foi realizado por uma equipe multidisciplinar composta por membros de prestadoras de serviço de saneamento brasileiras, empresas de consultoria e universidade, juntamente com o Ministério das Cidades brasileiro e a Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH.
Os membros do grupo de trabalho são os seguintes:
Carlos Chernicharo
Carolina Cabral
Christoph Platzer
Gilson Silva
Gustavo Possetti
UFMG
Rotária do Brasil
Rotária do Brasil
Ministério das Cidades
SANEPAR
Hélinah Moreira GIZ
Humberto Belina CAESB
Marcos Montenegro
Mônica da Silva
ADASA-DF
CAESB
Renato Takahashi
Sebastian Rosenfeldt
SeMAE São José do Rio Preto
Rotária do Brasil
Valéria Ferreira COPASA
Victor Valente GIZ
Waldo Villani SeMAE São José do Rio Preto
Esta atividade fez parte do escopo do Projeto Brasil-Alemanha de Fomento ao Aproveitamento Energético de Biogás (PROBIOGÁS-DKTI Biogás), coordenado pelo Ministério das Cidades e a Cooperação Alemã para o Desenvolvimento Sustentável, por meio da GIZ.
A tradução de Normas Técnicas Alemãs voltadas para eficiência energética e aproveitamento energético de biogás em Estações de Tratamento de Esgotos é um passo importante para facilitar a implantação de medidas similares no Brasil. Esta iniciativa contou com o apoio da Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA).
Mais informações: www.cidades.gov.br/probiogas
DWA-M 212
Abril de 2008 5
Autores
Este guia técnico foi elaborado por um grupo de trabalho da Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (Associação Alemã de Gestão Hídrica, Efluentes e Resíduos) da comissão especial KA-11 "Instalações Técnicas e Construção de ETEs" e AK-8 "Biogás".
São membros desse grupo de trabalho:
BECKER, John Engenheiro, Worpswede
BERGMANN, Dieter Engenheiro Ph.D., Dresden
BLACKERT, Wolf-Dieter Engenheiro, Taunusstein
BÜßELBERG, Frank Engenheiro, Düren
GARBRANDS, Sabine Engenheira, Düsseldorf
HOHMANN, Rüdiger Engenheiro Ph.D., Essen (Porta-voz até 03/2005)
MAßOW, Joachim Engenheiro, Munique
NIEHOFF, Hans-Hermann Engenheiro, Hanau
RETTENBERGER, Gerhard Prof. Eng. Ph.D., Trier
SCHNATMANN, Christian Engenheiro, Essen (Porta-voz a partir de 04/2005)
Colaboraram como convidados:
JUSTEN, Peter Engenheiro, Aarbergen
Coordenação do projeto na sede nacional da DWA:
THALER, Sabine Bióloga, Hennef
Departamento de Gestão de Efluentes e Proteção das Águas
DWA-M 212
6 Abril de 2008
Índice
Prefácio ................................................................................................................................................................ 3
Autores ................................................................................................................................................................ 4
Índice ................................................................................................................................................................ 6
Índice de Figuras ...................................................................................................................................................... 7
Índice de tabelas ...................................................................................................................................................... 7
Nota ao leitor............................................................................................................................................................ 8
1 Área de aplicação ................................................................................................................................... 8
2 Conceitos ................................................................................................................................................ 8
2.1 2Definições .............................................................................................................................................. 8
2.2 Abreviaturas ............................................................................................................................................. 9
3 Estrutura de uma usina de biogás ......................................................................................................... 9
3.1 Topo do biodigestor ................................................................................................................................. 9
3.2 Equipamentos para o tratamento do biogás ............................................................................................. 10
3.2.1 Combate à formação de espuma .............................................................................................................. 10
3.2.2 Remoção de partículas ............................................................................................................................. 12
3.2.3 Dessulfurização ........................................................................................................................................ 12
3.2.4 Remoção de compostos orgânicos de silício ............................................................................................. 13
3.3 Tubulações ............................................................................................................................................... 13
3.3.1 Requisitos e materiais .............................................................................................................................. 13
3.3.2 Dimensionamento .................................................................................................................................... 14
3.4 Válvulas e instalações de segurança ......................................................................................................... 16
3.4.1 Dispositivos de proteção contra sobrepressão e vácuo .............................................................................. 16
3.4.2 Outros dispositivos de segurança ............................................................................................................. 17
3.4.3 Dispositivos de controle de vazão ............................................................................................................. 17
3.5 Gasômetro ............................................................................................................................................... 18
3.5.1 Gasômetro instalado em série ou paralelo/interações com o sistema de gás ............................................ 18
3.5.2 Medição do nível de enchimento .............................................................................................................. 19
3.6 Soprador .................................................................................................................................................. 19
3.7 Dispositivos para medição da vazão de biogás ......................................................................................... 19
3.8 Equipamentos de segurança para sistemas de consumo ........................................................................... 19
3.8.1 Linha de controle e regulagem de gás ...................................................................................................... 19
3.8.2 Corta-chamas ........................................................................................................................................... 20
3.9 Queimadores ............................................................................................................................................ 21
3.9.1 Tipos de flares .......................................................................................................................................... 21
3.9.2 Instalação e distâncias de segurança ........................................................................................................ 22
3.9.3 3Ignição e controle da chama .................................................................................................................. 22
3.10 Utilização do gás em caldeiras e motores a gás ........................................................................................ 22
4 Proteção contra explosão e incêndio com classificação de zonas com risco de explosão ................. 23
5 Inspeções ................................................................................................................................................ 24
5.1 Inspeções antes da entrada em operação ................................................................................................. 24
DWA-M 212
Abril de 2008 7
5.2 Inspeções periódicas ................................................................................................................................ 26
5.3 Inspeções após reparos ............................................................................................................................. 26
6 Particularidades (sistemas de alta pressão, particularmente formas do gasômetro) e recomendações operacionais ................................................................................................................. 27
6.1 Injeção de gás .......................................................................................................................................... 27
6.2 Sistemas de alta pressão........................................................................................................................... 27
6.3 Observações operacionais ........................................................................................................................ 28
Anexo A Diagramas de fluxo simplificado – Exemplos ..................................................................................... 29
Literatura ................................................................................................................................................................ 31
Leis e regulamentos ................................................................................................................................................... 31
Normas técnicas ....................................................................................................................................................... 31
Normas DIN ............................................................................................................................................................... 31
Normas e recomendações técnicas - DWA .................................................................................................................. 31
Outras normas técnicas .............................................................................................................................................. 32
Normas de segurança ............................................................................................................................................... 32
Literatura relacionada ............................................................................................................................................. 32
Índice de Figuras
Figura 1: Exemplo de um diagrama de fluxo simplificado – biodigestor com gasômetro de baixa pressão no fluxo principal ..................................................................................................................................... 10
Figura 2: Separador de espuma ............................................................................................................................... 11
Figura 3: Filtro de seixo .......................................................................................................................................... 11
Figura 4: Exemplo de curva de pressão dinâmica em um sistema de gás com gasômetro de baixa pressão ............. 15
Figura 5: Exemplo de curva de pressão dinâmica em um sistema de gás com gasômetro não pressurizado ............ 15
Figura 6: Selo hídrico como regulador hidráulico de sobrepressão e subpressão ..................................................... 16
Figura 7: Linha de controle e regulagem de gás ...................................................................................................... 20
Índice de tabelas
Tabela 1: Correspondência BGR 104/TRBS ............................................................................................................. 23
Tabela 2: Inspeções antes da entrada em operação ................................................................................................. 25
Tabela 3: Inspeções periódicas ................................................................................................................................ 26
DWA-M 212
8 Abril de 2008
Nota ao leitor
Este guia técnico é o produto do esforço conjunto técnico, científico e econômico, em caráter voluntário, originado conforme os princípios vigentes (estatuto, regulamento da DWA e a norma DWA-A 400). Conforme a jurisprudência, existe presunção real de que o conteúdo desta norma de trabalho esteja correto e seja reconhecido do ponto de vista técnico.
Qualquer pessoa é livre para utilizar o guia técnico. No entanto, seu uso pode estar sujeito a regulamentos, leis, contratos ou quaisquer bases legais que a tornem obrigatória.
Este guia técnico é, entre outras, uma importante fonte de conhecimento para soluções tecnicamente adequadas. A sua utilização não isenta ninguém da responsabilidade pelos próprios atos ou pela utilização correta na prática. Isso se aplica principalmente à correta utilização dos intervalos admitidos no guia.
1 Área de aplicação
Este guia técnico tem como escopo os aspectos técnicos da segurança em instalações elétricas e de equipamentos para digestores anaeróbios em estações de tratamento de esgoto dómestico. Essas diretrizes e recomendações técnicas podem ser aplicadas a outros tipos de digestores anaeróbios respeitando as circunstâncias vigentes.
Este guia técnico não substitui regras de segurança presentes em leis, normas e diretrizes de prevenção de acidentes aprovadas pelas instituições competentes.
2 Conceitos
2.1 2Definições
Biogás
O biogás é uma mistura de gases composta majoritariamente por metano (CH4) e dióxido de carbono (CO2) resultante da decomposição anaeróbia de matéria orgânica.
Biogás de esgoto
O biogás de esgoto é um tipo de biogás resultante da estabilização anaeróbia do lodo em processos de tratamento de esgoto (urbano). Ele é composto por uma mistura de gases entre os quais, em maior quantidade, estão CH4, CO2 e, em menor quantidade, N2, O2, H2S, além de traços de outros gases e substâncias.
Pressão do sistema
Pressão estática em gasômetros de baixa pressão
Pressão dinâmica
Pressão estática dos gases em movimento (correntes de gás)
