膜结构沼气储存装置和沼气设备产业化
引 言
作为平衡手段，贮气环节在沼气工程中异常重要。 目前农村户用型沼气池多为水压式结构，通过沼气池内发酵液排出和返回实现用气的调节，不需要专门的储气设备。规模化沼气工程中常采用湿式浮罩贮气柜或钢制高压贮气罐贮气。水压式沼气池的简单储气方式造成沼气压力波动大、发酵池无效空间大、沼气大量溢散等问题（可占总产气量30%～40%）。钢制浮罩和钢丝网浮罩储气装置都存在制作工艺难、使用时间短、代价高等问题，且在冬季时使用受到限制。高压储气对于地面资源有限和沼气长期储存非常有利，但是对于一般农村沼气工程而言价格昂贵且动力控制要求高，制约了其在农村的应用。
本文提供了一种恒压柔性沼气贮气装置，该产品和工艺获国家发明专利，其在户用型和规模化沼气工程中都适用，成本低，运输和安装方便，四季稳定运行，运行时不需要外部动力。
1 技术内容
恒压柔性沼气贮气装置包括一个由高分子复合柔性膜材料加工的可伸缩性低压恒压柔性贮气囊和一套具有灵活机械装置的轻型钢结构的配重导向机构，并辅助维护结构用于囊体保护。
（1）平行多夹层囊腔的增强膜结构气囊
气囊是由上下多个平行相通的囊腔共同构成，充满气体时呈上下垂直叠加多囊腔状态，未充气或放完气体后呈偏平多膜层上下垂直叠加状态，在充气和放气过程中，囊体能够像弹簧一样上下伸缩（见图1）。可以看出该结构保证囊体使用时不产生扭曲变形，减少因扭曲引起的材料疲劳破损；一体化多囊腔，囊腔之间不会相互滑动，运行稳定。囊体为高分子复合增强膜结构，而不是普通的塑料膜，确保囊体的使用寿命。
（2）内力自调节配重导向机构
配重导向机构是由分布于四角的导向杆框架以及位于气囊顶部的配重板组成，配重板通过位于四角的导向轮受导向杆制约（见图2）。导向杆框架和配重板都是轻型钢结构，导向轮具有内力调节机构，其设计基于的内力，实现气囊使用中配重的平稳升降，确保气压的稳定。
在以上导向配重的制约下，储气和用气过程中气体经气嘴流入或流出气囊， 通过中间隔膜上的中心孔在各夹层之间串通。囊体在充气时呈上下垂直叠加的多囊腔状态，未充气或放完气体后呈偏平的多膜层上下垂直叠加状态，在充气和放气过程中，囊体能够像弹簧一样上下伸缩，囊内气压在配重设备的作用下保持相对恒定，并且不产生扭曲变形，囊腔之间不会相互滑动。此外，由于导向机构的制约，囊体同样不会倾斜（见图3）。
2 与传统产品的指标比较
与传统技术比较，恒压柔性沼气贮气装置具有明显优势。 该装置应用于户用沼气池，可以做到：（1）增强发酵池有效容积，提高产气效率；（2）保证供气压力平衡，有利于沼气使用和沼气池结构稳定；（3）杜绝由于频繁水压活动随置换液引发的气体泄漏，进而间接增加产气率高达33%～50%。
用于规模沼气工程可以做到：（1）用户直接购买， 安装技术要求不高；（2）运行不受季节和地区限制，能够在不同地区实现四季稳定运行；（3）在不充气条件下，本产品可以折叠包装，体积小、重量轻、便于运输；（4）在因厂址搬迁等条件下，可以灵活转移再安装应用（具体见表1和表2）。
3 装置技术与沼气装备产业化
（1）促进沼气工程装备化、产业化
目前，国内外沼气工程普遍采用的材料是常规建筑材料，如砖、石和混凝土等，就地建造。这类沼气池技术要求高，特别是密封工艺，技术非常复杂，需要专业人员施工，质量可变性因素较大。常规建筑材料质量大，密封黏结材料自身的凝固期长，建设所需劳动强度大，且建设周期长。尤其在偏远地区和山区，由于问题，材料很难运输，建设起来更有难度。
本装置可以工厂化、标准化，生产质量可靠，现场安装操作简便， 根本扭转了传统产品在技术上的缺陷，实现了沼气工程的装备化，使沼气技术产业化推广成为可能，并且可以增强其在国际市场的占有能力。
（2）装备自身实现可回收
任何产品的使用都有一定寿命，沼气工程也不例外， 过去的沼气工程报废后要么直接就地毁坏，产生大量固体垃圾；要么直接掩埋，占用土地资源，恶化了土壤环境，甚至引发安全事故。本产品从产业生态学原理出发，坚持循环原则，进行可拆卸和再安装的装置设计，很容易回收利用，减少垃圾，实现资源循环。
| 表 1 本产品与传统产品技术和经济指标对照表 | ||||||||||||
| 序号 | 类别 | 代码 | 造价 | 压力波动 | 寿命(年) | 占地 | 安装 | 季节稳定 | 运输重量 | 运输体积 | 运行耗能 | 备注 |
| 1 | 传统户用水压型 | FG | 2200元/池 | 大 | 5～6 | 大 | 一般 | 差 | 不能 | 不能 | 无 | 8m3池 |
| 2 | 浮罩式储气装置 | FC | 900-1200元/m3 | 小 | 2～5 | 适度 | 专业 | 差 | 重 | 等体积 | 无 | |
| 3 | 高压钢罐储气 | HPK | 5000-6000元/m3 | 机械调压 | >10? | 小 | 专业 | 强 | 重 | 小 | 耗能 | 压缩比1:30 |
| 4 | 户用配备本产品 | FN | 1800元/池 | 小 | >10 | 适度 | 一般 | 强 | 轻 | 小 | 无 | 4m3池 |
| 5 | 规模配备本产品 | LN | 600-700元/m3 | 小 | >10 | 适度 | 一般 | 强 | 轻 | 小 | 无 | |
| 表 2 本产品与传统产品比较优势分析表 | |||||||||||
| 序号 | 类别 | 造价 | 压力波动 | 寿命(年) | 占地 | 安装 | 季节稳定 | 运输重量 | 运输体积 | 运行耗能 | 备注 |
| 1 | FN与FG比较 | 低约20% | 变稳 | 长1倍 | 减少 | 相当 | 变稳 | 减轻 | 减小 | / | |
| 2 | LN与FC比较 | 低40%-50% | 相当 | 长2~3倍 | 相当 | 难度低 | 相当 | 减轻 | 减小 | / | |
| 3 | LN与HPK比较 | 相当 | 相当 | 相对短 | 较大 | 难度低 | 相当 | 减轻 | 相当 | 不耗能 | 考虑 压缩 |
（3）促进经济发展，提高就业机会
该产品质量轻，质地柔软，易于长距离运输；材料气密性好、韧性强度高，保证设备运行和使用安全，因此可以标准化生产，质量可靠，现场安装操作简便。这样就可以在产品生产、安装和应用过程中解决大量人员安置问题，促进农村剩余劳动力转移。
