Controle van de mechanische belasting en de levensduur van het membraan van de gashouder

In opdracht van een waterschap heeft InProces Advies een aantal gashouders op diverse locaties gecontroleerd op mechanische belasting bij verschillende voorgeschreven scenario’s.

Middels een corresponderende norm is de sterkte van de membranen en verankering bepaald onder de verschillende situaties. Concluderend kan gesteld worden dat de membranen voldoen aan de gestelde normen en bestand zijn tegen de maximaal voorkomende druk en de weersextremen volgens de Eurocodes.

Werkingsprincipe gashouder
Een gashouder wordt toegepast op locaties waar met (bio)gas gewerkt wordt en waar de behoefte bestaat om buffercapaciteit te creëren tussen de productie en benutting van (bio)gas. De gashouders die beschouwd zijn bestaan uit drie lagen membranen. De onderste laag dekt de ondergrond gasdicht af. Hier bovenop zijn twee membranen gemonteerd. Met behulp van een blower wordt een constante luchtdruk tussen deze twee membranen gehouden, waardoor het buitenste membraan zich maximaal zal vullen en dankzij de interne druk weerstand kan bieden tegen de weersinvloeden. Het binnenste membraan zal, zodra er gas arriveert met een druk iets hoger dan de gerealiseerde luchtdruk, het binnenste membraan vullen met gas. Het binnenste membraan kan zodoende met een constante druk variëren in volume van 0% tot 100%.

Figuren 1 en 2 geven een beeld van een gashouder. De gasdruk is nagenoeg gelijk aan de gerealiseerde luchtdruk tussen de membranen. De luchtdruk wordt gerealiseerd door het samenspel tussen de luchtblower die lucht tussen de membranen blaast en de lucht-aflaatvoorziening die opent bij een ingestelde luchtdruk. De gasdruk is de optelsom van de luchtdruk tussen beide membranen vermeerderd met de kracht per oppervlakte vanwege het gewicht van het membraandoek. Zodra de gasdruk de luchtdruk overstijgt zal het gas meer kracht leveren tegen het binnenmembraan dan de lucht aan kracht levert. Als resultante zal het volume binnen het binnenmembraan toenemen tot een nieuw evenwicht is ontstaan in het krachtenspel tussen gas en luchtdruk. Indien het verbruik van gas sneller verloopt dan de productie van gas zal de gasdruk afnemen. In dit geval krimpt het binnenste membraan en neemt het gasvolume af.

Relevante spanningen in gashouders
Er zijn enkele randvoorwaarden verbonden aan het bedrijven van een dergelijke gashouder. Zo kent de ‘constructie’ een minimaal vereiste druk waarmee de vorm voldoende weerstand kan bieden tegen vervorming door externe invloeden van wind en sneeuw. Tevens dient de spanning op het membraan geen grenswaarde te overstijgen om scheurvorming te voorkomen. De maximaal toelaatbare spanning volgt uit de materiaaleigenschappen van de membranen en geeft aanleiding tot de maximale gasdruk in een gashouder. De rekspanningen in het membraandoek worden veroorzaakt door het drukverschil over een membraan, het eigengewicht van een membraan en eventuele discontinue belastingen zoals wind en sneeuw die inwerken op de constructie.

Toetsing van de gashouders
Voor de diverse gashouders zijn onder de verschillende omstandigheden sterkteberekeningen gemaakt en zijn de optredende spanningen getoetst. Hierin is het membraan oa. getoetst aan de Winterstorm, Zomerstorm, Taaiheidtest en is de kracht op de verankering getoetst aan de toelaatbare kracht. Extra aandacht dient hierbij besteed te worden aan de leeftijd van het materiaal en de bijbehorende degradatie.