Необхідність сейсмічного проектування
Гідрометалургійний завод у сейсмоактивному регіоні-Сейсмічна зона 4 за UBC або ASCE 7-встановлює теплообмінники з ПТФЕ в резервуари для вилуговування. Теплообмінники повинні залишатися структурно неушкодженими під час і після проектного-землетрусу. Поломка опорної рами, через яку змійовик, нагрітий парою, потрапляє в резервуар з корозійним розчином, поки станція реагує на пошкодження землетрусу, створює небезпеку змішування.
Стандартні опорні рами теплообмінника з PTFE розроблені для статичних навантажень-власної-ваги, теплового розширення та нормальних сил перемішування. Сейсмічна конструкція додає динамічні горизонтальні та вертикальні навантаження, які можуть перевищувати статичні навантаження в 3-5 разів. Опорна рама повинна витримувати ці навантаження, зберігаючи при цьому достатню гнучкість, щоб витримати високе теплове розширення трубок з ПТФЕ без їх надмірного обмеження.
Сейсмічна конструкція опорної рами регулюється тими ж принципами, що й будь-який не{0}}конструкційний компонент у сейсморозвідці: рама має передавати інерційні навантаження від маси теплообмінника до конструкції будівлі через визначену траєкторію навантаження, і це має відбуватися без крихкого руйнування або втрати межі тиску теплообмінника.
Розрахунок сейсмічного навантаження
Розрахункова сейсмічна сила на теплообміннику розраховується відповідно до застосовних будівельних норм (ASCE 7, Єврокод 8 або еквівалент). Горизонтальна сейсмічна сила Fp дорівнює:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp) / (Rp / Ip)
Де ap — коефіцієнт посилення компонента (зазвичай 2,5 для жорстких компонентів), SDS — проектне спектральне прискорення за короткі періоди, Wp — робоча вага компонента, Rp — коефіцієнт модифікації відгуку компонента, а Ip — фактор важливості.
Для теплообмінника з PTFE вагою 50 кг (працює, включно з парою та конденсатом) у високо-сейсмічній зоні з SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5, розрахункова сейсмічна сила становить приблизно 1,5 × Wp=75 кг еквівалентної горизонтальної сили. Ця сила прикладена в центрі мас теплообмінника, створюючи перекидні моменти та зсувні сили в опорних з’єднаннях.
| Сейсмічний розрахунковий параметр | Значення для прикладу дизайну | Джерело/Розрахунок |
|---|---|---|
| Робоча вага компонента (Wp) | 50 кг (490 Н) | Теплообмінник + водо-трубки |
| Коротко{0}}періодне спектральне прискорення (SDS) | 1.5g | Аналіз сейсмічної небезпеки- для конкретного місця |
| Коефіцієнт посилення компонента (ap) | 2.5 | ASCE 7 Таблиця 13.6-1 (жорсткий компонент) |
| Коефіцієнт модифікації відгуку компонента (Rp) | 2.5 | ASCE 7 Таблиця 13.6-1 (зварна сталева рама) |
| Фактор важливості (Ip) | 1.5 | Об’єкт першої необхідності (містить небезпечні хімічні речовини) |
| Розрахункова горизонтальна сейсмічна сила (Fp) | 735 Н (еквівалент 75 кг) | Формула Fp відповідно до розділу 13.3 ASCE 7 |
| Розрахункова вертикальна сейсмічна сила | ±0,2 × SDS × Wp=±147 Н | ASCE 7 Розділ 13.3 |
| Кількість точок кріплення опорної рами | 4 (мінімум) | Розподіляє сейсмічні навантаження на конструкцію бака |
| Якірний тип | Наскрізні-закріплені контргайками; немає розпірних анкерів | Розпірні анкери ненадійні при циклічному сейсмічному навантаженні |
| Анкерний матеріал | Нержавіюча сталь 316 з ізоляційними рукавами з PTFE | Стійкість до корозії; гальванічна розв'язка з рами PTFE |
Гнучкість-Баланс сейсмічної міцності
PTFE труби розширюються приблизно на 12-15 мм на метр довжини при нагріванні від температури навколишнього середовища до робочої температури 140 градусів. Опорна рама повинна дозволяти це вільне розширення в поздовжньому напрямку, щоб запобігти прогину труби. Для цього потрібні ковзні з’єднання або гнучкі елементи в рамі, які сприймають температурний рух.
Сейсмічна конструкція зазвичай віддає перевагу жорстким з’єднанням, які передають навантаження безпосередньо. Жорстке з’єднання, яке запобігає тепловому розширенню, вирішує шлях сейсмічного навантаження, але створює проблему термічної напруги. Ковзне з'єднання, яке враховує теплове розширення, не стримує теплообмінник під дією сейсмічних навантажень.
Рішенням є багато-система обмежень. Опорна рама закріплена на одному кінці (фіксована точка) за допомогою жорстких з’єднань, які передають сейсмічні навантаження в усіх напрямках. Протилежний кінець (точка ковзання) використовує щілинні з’єднання, які дозволяють поздовжнє теплове розширення, одночасно забезпечуючи поперечне та вертикальне обмеження для сейсмічних навантажень. Ковзне з’єднання включає опорну прокладку з PTFE із низьким -тертям, яка забезпечує плавний термічний рух, у той час як отвори для болтів із шліцами зачіпаються під час сейсмічного зміщення, забезпечуючи бічне обмеження після невеликого початкового зазору.
Вбудовування анкера в конструкцію резервуара
Анкери опорної рами повинні передавати сейсмічні навантаження на конструкцію резервуара без витягування або руйнування матеріалу резервуара. Для сталевих резервуарів за допомогою-болтових з’єднань із опорними пластинами навантаження на якір розподіляється на більшу площу. Для бетонних резервуарів використовуються відлиті-анкерні болти-на місці або -встановлені епоксидні анкери (кваліфіковані для сейсмічних робіт згідно з ACI 355.2).
Конструкція анкера включає коефіцієнт міцності 4 на кінцеву здатність висмикувати, щоб врахувати циклічне погіршення міцності якоря під час повторюваних сейсмічних навантажень. Відстань до краю анкера та відстань відповідають мінімальним нормам, щоб запобігти руйнуванню бетону.
Резюме
Опорні рами теплообмінника з ПТФЕ в сейсмічних зонах розроблені для горизонтальних сейсмічних сил, які в 3-5 разів перевищують статичну власну-вагу, з використанням багато-системи обмежень, яка забезпечує жорстку траєкторію навантаження на одному кінці та ковзне з’єднання, яке враховує теплове розширення на іншому. Для анкерного вбудовування в конструкцію резервуара використовуються наскрізні-болтові або сейсмічні кваліфіковані з’єднання, встановлені після встановлення, з коефіцієнтом міцності 4 щодо кінцевої потужності.
Сейсмічна конструкція гарантує, що теплообмінник залишається структурно недоторканим, а границя тиску пари підтримується під час і після-проектного землетрусу, запобігаючи викиду небезпечних матеріалів під час уже критичної події.
Інженерна підтримка конструкції опорної рами теплообмінника з сейсмічного PTFE доступна після надання-специфічних сейсмічних параметрів, деталей конструкції бака, розмірів і ваги теплообмінника, а також відповідної версії будівельних норм.
