Imperatyw projektowania sejsmicznego
Zakład hydrometalurgiczny w regionie aktywnym sejsmicznie-Strefa sejsmiczna 4 według UBC lub ASCE 7-instaluje wymienniki ciepła PTFE w zbiornikach ługujących. Wymienniki ciepła muszą pozostać nienaruszone konstrukcyjnie podczas-projektowego trzęsienia ziemi i po nim. Awaria ramy nośnej, w wyniku której podgrzewana parą wężownica zostaje wrzucona do zbiornika z roztworem korozyjnym, podczas gdy instalacja reaguje na uszkodzenia spowodowane trzęsieniem ziemi, stwarza ryzyko zmieszania.
Standardowe ramy nośne wymienników ciepła z PTFE są zaprojektowane pod kątem obciążeń statycznych-samo-ciężaru, rozszerzalności cieplnej i normalnych sił mieszania. Projekt sejsmiczny dodaje dynamiczne obciążenia poziome i pionowe, które mogą przekroczyć obciążenia statyczne 3-5 razy. Rama nośna musi wytrzymywać te obciążenia, zachowując jednocześnie wystarczającą elastyczność, aby dostosować się do dużej rozszerzalności cieplnej rurek PTFE bez nadmiernego ich ograniczania.
Konstrukcja sejsmiczna ramy nośnej podlega tym samym zasadom, co każdy-element niekonstrukcyjny w zastosowaniach sejsmicznych: rama musi przenosić obciążenia bezwładności z masy wymiennika na konstrukcję budynku poprzez określoną ścieżkę obciążenia i musi to robić bez uszkodzeń kruchych lub utraty granicy ciśnienia wymiennika.
Obliczanie obciążenia sejsmicznego
Obliczeniowa siła sejsmiczna działająca na wymiennik ciepła jest obliczana zgodnie z obowiązującymi przepisami budowlanymi (ASCE 7, Eurokod 8 lub równoważny). Pozioma siła sejsmiczna Fp wynosi:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp) / (Rp / Ip)
Gdzie ap to współczynnik wzmocnienia komponentu (zwykle 2,5 dla komponentów sztywnych), SDS to projektowe przyspieszenie widmowe w krótkich okresach, Wp to ciężar eksploatacyjny komponentu, Rp to współczynnik modyfikacji reakcji komponentu, a Ip to współczynnik ważności.
W przypadku wymiennika ciepła z PTFE o masie 50 kg (pracującego, łącznie z parą i kondensatem) w strefie wysokiej-sejsmicznej z SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5, projektowa siła sejsmiczna wynosi w przybliżeniu 1,5 × Wp=75 kg równoważnej sile poziomej. Siła ta przykładana jest w środku masy wymiennika, tworząc momenty wywracające i siły ścinające na połączeniach podpór.
| Parametr projektowy sejsmiczny | Wartość dla przykładu projektu | Źródło/obliczenia |
|---|---|---|
| Masa robocza komponentu (Wp) | 50 kg (490 N) | Wymiennik ciepła + rury wypełnione-wodą |
| Krótkookresowe-przyspieszenie widmowe (SDS) | 1.5g | Analiza zagrożenia sejsmicznego-specyficznego dla danego miejsca |
| Współczynnik wzmocnienia komponentu (ap) | 2.5 | ASCE 7 Tabela 13.6-1 (element sztywny) |
| Współczynnik modyfikacji odpowiedzi komponentu (Rp) | 2.5 | ASCE 7 Tabela 13.6-1 (spawana rama stalowa) |
| Współczynnik ważności (Ip) | 1.5 | Niezbędny obiekt (zawiera niebezpieczne chemikalia) |
| Obliczeniowa pozioma siła sejsmiczna (Fp) | 735 N (odpowiednik 75 kg) | Wzór Fp zgodnie z ASCE 7, sekcja 13.3 |
| Projektowanie pionowej siły sejsmicznej | ±0,2 × SDS × Wp=±147 N | ASCE 7 Sekcja 13.3 |
| Liczba punktów kotwiczenia ramy nośnej | 4 (minimum) | Rozkłada obciążenie sejsmiczne na konstrukcję zbiornika |
| Typ kotwicy | Skręcone na wskroś-nakrętkami zabezpieczającymi; brak kotew rozprężnych | Kotwy rozporowe zawodne przy cyklicznym obciążeniu sejsmicznym |
| Materiał kotwiący | Stal nierdzewna 316 z tulejami izolacyjnymi z PTFE | Odporność na korozję; izolacja galwaniczna od ramy PTFE |
Elastyczność-Bilans siły sejsmicznej
Rurki PTFE rozszerzają się o około 12-15 mm na metr długości po podgrzaniu od temperatury otoczenia do temperatury roboczej 140 stopni. Rama nośna musi umożliwiać swobodne rozszerzanie się w kierunku wzdłużnym, aby zapobiec wyboczeniu rury. Wymaga to połączeń przesuwnych lub elastycznych elementów w ramie, które kompensują ruch termiczny.
Projekt sejsmiczny zazwyczaj preferuje sztywne połączenia, które bezpośrednio przenoszą obciążenia. Sztywne połączenie zapobiegające rozszerzalności cieplnej rozwiązuje ścieżkę obciążenia sejsmicznego, ale stwarza problem naprężeń termicznych. Połączenie przesuwne, które kompensuje rozszerzalność cieplną, pozostawia wymiennik nieutwierdzony pod obciążeniami sejsmicznymi.
Rozwiązaniem jest wielokierunkowy-system przytrzymujący. Rama nośna jest zakotwiona na jednym końcu (w punkcie stałym) za pomocą sztywnych połączeń, które przenoszą obciążenia sejsmiczne we wszystkich kierunkach. Na przeciwległym końcu (punkt przesuwania) zastosowano połączenia szczelinowe, które umożliwiają wzdłużną rozszerzalność cieplną, zapewniając jednocześnie poprzeczne i pionowe utwierdzenie obciążeń sejsmicznych. Połączenie ślizgowe zawiera podkładkę łożyskową z PTFE-o niskim tarciu, która umożliwia płynny ruch termiczny, podczas gdy szczelinowe otwory na śruby łączą się podczas przemieszczenia sejsmicznego, zapewniając boczne utwierdzenie po zajęciu małej początkowej szczeliny.
Osadzanie kotwicy w konstrukcji zbiornika
Kotwy ramy nośnej muszą przenosić obciążenia sejsmiczne na konstrukcję zbiornika bez wyciągania lub pękania materiału zbiornika. W przypadku zbiorników stalowych-połączenia śrubowe z płytami mocującymi rozkładają obciążenie kotwy na większą powierzchnię. W przypadku zbiorników betonowych stosuje się-odlewane-na miejscu śruby kotwiące lub-montowane w słupku kotwy epoksydowe (zakwalifikowane do zastosowań sejsmicznych zgodnie z ACI 355.2).
Projekt kotwy uwzględnia współczynnik bezpieczeństwa równy 4 dotyczący maksymalnej nośności na wyrywanie, aby uwzględnić cykliczną degradację nośności kotwicy pod wpływem powtarzających się obciążeń sejsmicznych. Odległość i odstępy od krawędzi kotwy odpowiadają minimalnym normom, aby zapobiec uszkodzeniu betonu.
Streszczenie
Ramy nośne wymienników ciepła z PTFE w strefach sejsmicznych są zaprojektowane na poziome siły sejsmiczne 3-5-krotność statycznej-masy własnej, przy użyciu wielo-kierunkowego systemu unieruchamiającego, który zapewnia sztywną ścieżkę obciążenia na jednym końcu i połączenie przesuwne kompensujące rozszerzalność cieplną na drugim. Kotwy do osadzenia w konstrukcji zbiornika wykorzystują-połączenia śrubowe lub połączenia poinstalacyjne zabezpieczone sejsmicznie, przy współczynniku bezpieczeństwa wynoszącym 4 dla maksymalnej pojemności.
Konstrukcja sejsmiczna gwarantuje, że wymiennik pozostanie nienaruszony konstrukcyjnie, a granica ciśnienia pary zostanie utrzymana podczas-projektowego trzęsienia ziemi i po nim, zapobiegając uwolnieniu się niebezpiecznych materiałów podczas już i tak krytycznego zdarzenia.
Wsparcie inżynieryjne dotyczące projektu ramy nośnej wymiennika ciepła z sejsmicznego PTFE jest dostępne po przesłaniu-specyficznych dla lokalizacji parametrów sejsmicznych, szczegółów konstrukcji zbiornika, wymiarów i masy wymiennika oraz odpowiedniej wersji przepisów budowlanych.
