FR3129952A1 - Wastewater treatment plant digester - Google Patents
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Abstract
Digesteur de station d’épuration Digesteur de station d’épuration (1) comportant : Une cuve (10) agencée pour recevoir des matières organiques, comportant une jupe (15), etun radier (11),une coupole (20) reposant sur la jupe (15) pour fermer la cuve (10) en partie supérieure, cette coupole (20) comportant une pluralité de secteurs (23) préfabriqués en matériau cimentaire, au moins l’un desdits secteurs (23) comportant au moins une zone de déformation préférentielle (27) à proximité de l’interface (21) avec la jupe (15), permettant à au moins une partie de ce secteur (23) de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur. Figure pour l’abrégé : Fig. 2Wastewater treatment plant digester Wastewater treatment plant digester (1) comprising: A tank (10) arranged to receive organic matter, comprising a skirt (15), and a base (11), a dome (20) resting on the skirt (15) to close the tank (10) in the upper part, this cupola (20) comprising a plurality of sectors (23) prefabricated in cementitious material, at least one of the said sectors (23) comprising at least one deformation zone preferential pressure (27) close to the interface (21) with the skirt (15), allowing at least part of this sector (23) to rise outwards under the effect of an accidental overpressure in the digester. Figure for abstract: Fig. 2
Description
La présente invention concerne les digesteurs de stations d’épuration.The present invention relates to the digesters of purification stations.
Les digesteurs de stations d’épuration sont des enceintes où des gaz inflammables issus de la digestion de matières organiques sont générés.Wastewater treatment plant digesters are enclosures where flammable gases from the digestion of organic matter are generated.
Les conséquences d’une explosion accidentelle au sein de l’enceinte doivent être maîtrisées.The consequences of an accidental explosion within the containment must be controlled.
Aujourd’hui, la règlementation impose de respecter des cercles de danger correspondant à des niveaux de pression autorisés en fonction de la distance au centre du digesteur, lieu de l’explosion.Today, regulations require compliance with danger circles corresponding to authorized pressure levels depending on the distance to the center of the digester, the place of the explosion.
Par conséquent, la conception de l’ouvrage doit limiter les niveaux de pression externes issus de l’explosion engendrée par la quantité de gaz éjectée, en respectant des cercles de danger définis par la réglementation. La conception de l’ouvrage doit également limiter, voire éviter, la projection de débris risquant de blesser le personnel du site.Consequently, the design of the structure must limit the external pressure levels resulting from the explosion generated by the quantity of gas ejected, while respecting the circles of danger defined by the regulations. The design of the structure must also limit, or even avoid, the projection of debris that could injure site personnel.
Les coupoles de certains digesteurs en béton armé peuvent ne plus répondre à l’évolution de la réglementation. En effet, lors d’une explosion, la pression à l’intérieur du digesteur croit très rapidement. Les efforts de traction dans la coupole sont repris par le ferraillage de cette dernière. Celle-ci peut résister jusqu’à une pression à l’intérieur du digesteur typiquement de l’ordre de 250 à 300 mbar, dite « pression de rupture ». A partir de cette pression, le digesteur se rompt et la libération secondaire d’une quantité de gaz importante entraîne une explosion secondaire générant des pressions aux alentours du digesteur trop élevées pour respecter la règlementation.The domes of certain reinforced concrete digesters may no longer respond to changes in regulations. Indeed, during an explosion, the pressure inside the digester increases very quickly. The tensile forces in the dome are taken up by the reinforcement of the latter. This can withstand up to a pressure inside the digester typically of the order of 250 to 300 mbar, called “bursting pressure”. From this pressure, the digester ruptures and the secondary release of a large quantity of gas leads to a secondary explosion generating pressures around the digester that are too high to comply with the regulations.
Le cercle de danger calculé à partir de cette pression de rupture est d’autant plus grand que la pression de rupture est importante. Pour respecter la nouvelle règlementation, il est donc essentiel de diminuer la pression de rupture pour réduire le cercle de danger.The danger circle calculated from this bursting pressure is all the larger as the bursting pressure is high. To comply with the new regulations, it is therefore essential to reduce the bursting pressure to reduce the circle of danger.
Afin d’obtenir une telle diminution, il est connu d’utiliser des évents d’explosion disponibles dans le commerce, présentant une pression de rupture située entre 100 et 150 mbar.In order to obtain such a reduction, it is known to use commercially available explosion vents, having a bursting pressure of between 100 and 150 mbar.
Toutefois, cette solution ne donne pas entière satisfaction.However, this solution is not entirely satisfactory.
Tout d’abord, elle nécessite le recours à un nombre important d’évents. Il peut en résulter des problèmes d’étanchéité et d’entretien. En outre, cela implique des structures compliquées, avec notamment des poutres retroussées, qui peuvent s’avérer onéreuses. Enfin, le risque de fuite de gaz s’en trouve augmenté.First of all, it requires the use of a large number of vents. This can lead to sealing and maintenance problems. In addition, it involves complicated structures, including upturned beams, which can be expensive. Finally, the risk of gas leakage is increased.
Il existe par conséquent un besoin d’améliorer les digesteurs de station d’épuration, en particulier afin de réduire le diamètre du cercle de danger tout en minimisant les problèmes d’entretien et de fuite de gaz, et en ayant une structure relativement simple à fabriquer.There is therefore a need to improve wastewater treatment plant digesters, in particular in order to reduce the diameter of the circle of danger while minimizing the problems of maintenance and gas leakage, and having a relatively simple structure to manufacture.
L’invention vise à répondre à tout ou partie de ce besoin et a pour objet un digesteur de station d’épuration comportant :The invention aims to meet all or part of this need and relates to a wastewater treatment plant digester comprising:
-
une cuve agencée pour recevoir des matières organiques, comportant
- une jupe, et
- un radier
- a skirt, and
- a raft
- une coupole reposant sur la jupe pour fermer la cuve en partie supérieure, cette coupole comportant une pluralité de secteurs préfabriqués en matériau cimentaire, au moins l’un desdits secteurs présentant au moins une zone de déformation préférentielle à proximité de l’interface avec la jupe, permettant à au moins une partie de ce secteur de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur.a dome resting on the skirt to close the vessel in the upper part, this dome comprising a plurality of sectors prefabricated in cementitious material, at least one of the said sectors having at least one preferential deformation zone close to the interface with the skirt , allowing at least part of this sector to rise outwards under the effect of an accidental overpressure in the digester.
En situation normale, la coupole de l’invention permet tout autant qu’une coupole conventionnelle de résister aux chargements de service du digesteur.In a normal situation, the cupola of the invention makes it possible just as much as a conventional cupola to withstand the service loads of the digester.
En situation accidentelle, c’est-à-dire lorsqu’une explosion se produit, en raison d’une part de la non-continuité du matériau cimentaire de la coupole, et d’autre part de la présence de la zone de déformation préférentielle précitée, la coupole peut s’ouvrir au moins au niveau d’un secteur, laissant ainsi s’échapper une partie du gaz en surpression. L’invention permet ce faisant de diminuer la quantité de gaz éjectée, dit nuage secondaire, s’échappant lors de la rupture de la coupole du digesteur. Aussi, le digesteur selon l’invention présente l’avantage de mettre en œuvre une structure simple qui permet de réduire les cercles de danger par rapport à un digesteur conventionnel.In an accident situation, i.e. when an explosion occurs, due on the one hand to the non-continuity of the cementitious material of the dome, and on the other hand to the presence of the preferential deformation zone mentioned above, the dome can open at least at the level of a sector, thus allowing some of the overpressure gas to escape. The invention thus makes it possible to reduce the quantity of gas ejected, called secondary cloud, escaping when the dome of the digester breaks. Also, the digester according to the invention has the advantage of implementing a simple structure which makes it possible to reduce the circles of danger compared to a conventional digester.
Par «surpression accidentelle», on entend une pression à l’intérieur du digesteur égale ou supérieure à la pression gravitaire agissant sur la coupole.“ Accidental overpressure ” means a pressure inside the digester equal to or greater than the gravity pressure acting on the dome.
Par« chargements de servi ce» on entend l’ensemble des actions agissant sur le digesteur en situation normale. Les chargements de service peuvent correspondre aux forces s’exerçant en raison du poids propre de la coupole du digesteur, aux charges d’exploitation, c’est-à-dire les charges venant de l'utilisation du digesteur, aux charges climatiques, notamment liées au vent et/ou à la neige, et/ou aux charges thermiques, liées à la dilatation des matériaux.By “service loads ” is meant all the actions acting on the digester in a normal situation. The service loads can correspond to the forces exerted due to the dead weight of the digester dome, to the operating loads, that is to say the loads resulting from the use of the digester, to the climatic loads, in particular related to wind and/or snow, and/or thermal loads, related to the expansion of materials.
Par« axe longitudinal du secteur », on entend la ligne joignant l'ensemble des barycentres des sections transversales du secteur. De préférence, la coupole présente une forme générale de calotte sphérique ou toute autre forme favorisant l’apparition d’un effet de voûte, par exemple conique, tronconique, ellipsoïdale ou prismatique.By “longitudinal axis of the sector” is meant the line joining all the barycenters of the cross sections of the sector. Preferably, the dome has the general shape of a spherical cap or any other shape favoring the appearance of a vault effect, for example conical, frustoconical, ellipsoidal or prismatic.
SecteursSectors
Les secteurs peuvent chacun correspondre à un élément unitaire monobloc en matériau cimentaire.The sectors can each correspond to a one-piece unitary element made of cementitious material.
De préférence, les secteurs sont assemblés avec un joint sec à leur interface.Preferably, the sectors are assembled with a dry joint at their interface.
Avantageusement, les secteurs sont encastrés à leur base dans la jupe.Advantageously, the sectors are embedded at their base in the skirt.
Les secteurs sont de préférence réalisés en béton armé, présentant une continuité d’armatures.The sectors are preferably made of reinforced concrete, with continuous reinforcement.
De préférence, une pluralité, notamment la totalité des secteurs, est réalisée avec au moins une zone de déformation préférentielle permettant à au moins une partie du secteur de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur.Preferably, a plurality, in particular all of the sectors, is made with at least one preferential deformation zone allowing at least part of the sector to rise outwards under the effect of an accidental overpressure in the digester.
De préférence, la coupole comporte une alternance de secteurs de différentes largeurs. Cela permet d’avoir des secteurs de moindre largeur, plus légers et donc plus à même de se soulever en cas de surpression accidentelle. Les secteurs de plus grande largeur peuvent être formés d’un seul élément ou de plusieurs éléments assemblés rigidement.Preferably, the cupola comprises an alternation of sectors of different widths. This makes it possible to have sectors of lesser width, lighter and therefore more able to lift in the event of accidental overpressure. Sectors of greater width can be formed from a single element or from several rigidly assembled elements.
La largeur d’un secteur est mesurée le long d’un axe perpendiculaire à l’axe longitudinal du secteur, en suivant un méridien. Elle correspond à la distance séparant les bords longitudinaux du secteur.The width of a sector is measured along an axis perpendicular to the longitudinal axis of the sector, following a meridian. It corresponds to the distance separating the longitudinal edges of the sector.
Les secteurs de plus petite largeur peuvent chacun présenter une étendue angulaire inférieure à 30°, mieux inférieure à 20°, par exemple de l’ordre de 15° (+/- 5°).The sectors of smaller width can each have an angular extent of less than 30°, better still less than 20°, for example of the order of 15° (+/- 5°).
Les secteurs de plus grande largeur présentent de préférence une étendue angulaire inférieure à 75°, mieux inférieure à 60°, par exemple de l’ordre de 45° (+/- 5°).The sectors of greater width preferably have an angular extent of less than 75°, better still less than 60°, for example of the order of 45° (+/- 5°).
Les dimensions des secteurs dépendent avantageusement du rayon du digesteur. A titre d’exemple, les secteurs peuvent présenter chacun une longueur comprise entre 5 m et 20 m, mieux entre 5 et 15 m, encore mieux entre 5 et 10 m. La longueur du secteur est mesurée le long de son axe longitudinal, en suivant un méridien.The dimensions of the sectors advantageously depend on the radius of the digester. By way of example, the sectors can each have a length of between 5 m and 20 m, better still between 5 and 15 m, even better still between 5 and 10 m. The length of the sector is measured along its longitudinal axis, following a meridian.
Les secteurs peuvent présenter une épaisseur, mesurée à leur base, comprise entre 20 cm et 50 cm. L’épaisseur des secteurs est de préférence choisie en fonction de la pression interne.The sectors can have a thickness, measured at their base, of between 20 cm and 50 cm. The thickness of the sectors is preferably chosen according to the internal pressure.
Zone de déformation préférentiellePreferential deformation zone
Par« zone de déformation préférentielle», il faut comprendre une zone déformable, de préférence plastiquement, sous l’action d’efforts engendrés par la surpression accidentelle à l’intérieur du digesteur. La zone de déformation préférentielle permet de contrôler la pression d’ouverture et la quantité de gaz libérée dans le nuage secondaire, localiser des zones de rupture du matériau cimentaire, limitant ainsi les ruptures non contrôlées du matériau cimentaire en cas d’explosion. Cela permet notamment de limiter, voire d’éviter, la ruine de la jupe et la projection non contrôlée du matériau cimentaire de la coupole.By “preferential deformation zone ”, it is necessary to understand a deformable zone, preferably plastically, under the action of forces generated by the accidental overpressure inside the digester. The preferential deformation zone makes it possible to control the opening pressure and the quantity of gas released in the secondary cloud, to locate zones of rupture of the cementitious material, thus limiting uncontrolled ruptures of the cementitious material in the event of an explosion. This makes it possible in particular to limit, or even avoid, the ruin of the skirt and the uncontrolled projection of the cementitious material of the dome.
La zone de déformation préférentielle peut comporter au moins une engravure dans le matériau cimentaire, notamment une engravure débouchant sur la face supérieure du secteur, et dont la profondeur représente de préférence au moins 25%de l’épaisseur maximale du secteur, mieux au moins 30% de l’épaisseur maximale du secteur. La présence de l’engravure diminue localement la résistance du secteur aux contraintes mécaniques, notamment de flexion et de cisaillement.The preferential deformation zone may include at least one indentation in the cementitious material, in particular an indentation opening onto the upper face of the sector, and the depth of which preferably represents at least 25 % of the maximum thickness of the sector, better still at least 30 % of maximum sector thickness. The presence of the notch locally decreases the resistance of the sector to mechanical stresses, in particular bending and shearing.
En variante ou additionnellement, la zone de déformation préférentielle comporte une moindre densité d’armatures et/ou des armatures de moindre résistance mécanique. Par exemple, les armatures utilisées dans la zone de déformation préférentielle sont de moindre diamètre.As a variant or additionally, the preferential deformation zone comprises a lower density of reinforcements and/or reinforcements of lower mechanical strength. For example, the reinforcements used in the preferential deformation zone are of smaller diameter.
La zone de déformation préférentielle peut être située à une distance de la jupe qui correspond à moins d’un cinquième de la longueur du secteur. Lors d’une explosion, la déformation du secteur n’a que peu d’impact, voire aucun impact sur la jupe. La coupole ayant un comportement assimilable à celui d’un fusible, cela permet de remplacer uniquement celle-ci, voire le ou les secteurs ayant réagi, à la suite d’une explosion, afin d’obtenir un digesteur à nouveau fonctionnel.The preferential deformation zone can be located at a distance from the skirt which corresponds to less than one fifth of the length of the sector. During an explosion, the deformation of the sector has little or no impact on the skirt. The dome having a behavior comparable to that of a fuse, this makes it possible to replace only this one, or even the sector or sectors having reacted, following an explosion, in order to obtain a digester that is functional again.
La zone de déformation préférentielle peut s’étendre sur toute la largeur du secteur, notamment en suivant une ligne circulaire centrée sur l’axe de la jupe.The preferential deformation zone may extend over the entire width of the sector, in particular by following a circular line centered on the axis of the skirt.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :The invention can be better understood on reading the following description, a non-limiting example of implementation thereof, and on examining the attached drawing, in which:
Claims (10)
- une cuve (10) agencée pour recevoir des matières organiques, comportant
- une jupe (15), et
- un radier (11),
- une coupole (20) reposant sur la jupe (15) pour fermer la cuve (10) en partie supérieure, cette coupole (20) comportant une pluralité de secteurs (23) préfabriqués en matériau cimentaire, au moins l’un desdits secteurs (23) comportant au moins une zone de déformation préférentielle (27) à proximité de l’interface (21) avec la jupe (15), permettant à au moins une partie de ce secteur (23) de se soulever vers l’extérieur sous l’effet d’une surpression accidentelle dans le digesteur.
- a tank (10) arranged to receive organic materials, comprising
- a skirt (15), and
- a slab (11),
- a dome (20) resting on the skirt (15) to close the tank (10) in the upper part, this dome (20) comprising a plurality of sectors (23) prefabricated in cementitious material, at least one of the said sectors (23 ) comprising at least one preferential deformation zone (27) close to the interface (21) with the skirt (15), allowing at least part of this sector (23) to lift outwards under the effect of accidental overpressure in the digester.
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| FR2112917 | 2021-12-03 | ||
| FR2112917A FR3129952A1 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | Wastewater treatment plant digester |
Publications (1)
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| FR3129952A1 true FR3129952A1 (en) | 2023-06-09 |
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ID=82100223
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP1746336A1 (en) * | 2005-07-21 | 2007-01-24 | Schmack Biogas AG | Membrane for a gas container |
| CA3149974A1 (en) * | 2019-09-04 | 2021-03-11 | Michael GOEGGERLE | Gastight container |
-
2021
- 2021-12-03 FR FR2112917A patent/FR3129952A1/en active Pending
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