Императив сейсмического проектирования
Гидрометаллургический завод в сейсмически активном регионе-Сейсмическая зона 4 по UBC или ASCE 7-устанавливает теплообменники из ПТФЭ в резервуарах для выщелачивания. Теплообменники должны оставаться структурно неповрежденными во время и после проектного-землетрясения. Отказ опорной рамы, в результате которого нагретый паром змеевик попадает в резервуар с коррозионным раствором, когда станция реагирует на ущерб от землетрясения, создает усугубляющуюся опасность.
Стандартные опорные рамы теплообменника из ПТФЭ рассчитаны на статические нагрузки-собственный-вес, тепловое расширение и обычные силы перемешивания. Сейсмостойкое проектирование добавляет динамические горизонтальные и вертикальные нагрузки, которые могут превышать статические нагрузки в 3-5 раз. Опорная рама должна противостоять этим нагрузкам, сохраняя при этом достаточную гибкость, чтобы выдерживать высокое тепловое расширение труб из ПТФЭ, не создавая при этом чрезмерных ограничений.
Сейсмическое проектирование опорной рамы регулируется теми же принципами, что и любой не-конструктивный компонент в сейсмостойком применении: рама должна передавать инерционные нагрузки от массы теплообменника к конструкции здания по определенному пути нагрузки, и это должно происходить без хрупкого разрушения или потери границы давления теплообменника.
Расчет сейсмической нагрузки
Расчетная сейсмическая нагрузка на теплообменник рассчитывается в соответствии с применимыми строительными нормами (ASCE 7, Еврокод 8 или эквивалентными). Горизонтальная сейсмическая сила Fp равна:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp)/(Rp/Ip)
Где ap — коэффициент усиления компонента (обычно 2,5 для жестких компонентов), SDS — расчетное спектральное ускорение на коротких периодах, Wp — рабочий вес компонента, Rp — коэффициент модификации реакции компонента, а Ip — коэффициент важности.
Для теплообменника из ПТФЭ массой 50 кг (рабочего, включая содержащийся в нем пар и конденсат) в зоне высокой-сейсмичности с SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5 расчетная сейсмическая сила составляет примерно 1,5 × Wp=75 кг, эквивалентная горизонтальная сила. Эта сила прикладывается в центре массы теплообменника, создавая опрокидывающие моменты и поперечные силы в опорных соединениях.
| Параметр сейсмического расчета | Значение для примера конструкции | Источник/расчет |
|---|---|---|
| Эксплуатационная масса компонента (Wp) | 50 кг (490 Н) | Теплообменник + трубы,-наполненные водой |
| Коротко-спектральное ускорение (SDS) | 1.5g | Анализ сейсмической опасности-конкретного объекта |
| Коэффициент усиления компонента (ap) | 2.5 | ASCE 7, таблица 13.6-1 (жесткий компонент) |
| Коэффициент модификации отклика компонента (Rp) | 2.5 | ASCE 7, таблица 13.6-1 (сварная стальная рама) |
| Фактор важности (Ip) | 1.5 | Объект важной важности (содержит опасные химические вещества) |
| Расчетная горизонтальная сейсмическая сила (Fp) | 735 Н (эквивалент 75 кг) | Формула Fp согласно ASCE 7, раздел 13.3 |
| Расчетная вертикальная сейсмическая сила | ±0,2 × SDS × Wp=±147 Н | ASCE 7, раздел 13.3 |
| Количество точек крепления опорной рамы | 4 (минимум) | Распределяет сейсмическую нагрузку на конструкцию резервуара. |
| Тип анкера | Сквозной-крепится контргайками; нет расширительных анкеров | Распорные анкеры ненадежны при циклических сейсмических нагрузках |
| Анкерный материал | Нержавеющая сталь 316 с изоляционными втулками из ПТФЭ. | Коррозионная стойкость; гальваническая изоляция от корпуса из ПТФЭ |
Гибкость-Баланс сейсмической прочности
Трубки из ПТФЭ расширяются примерно на 12-15 мм на метр длины при нагревании от температуры окружающей среды до рабочей температуры 140 градусов. Опорная рама должна обеспечивать свободное расширение в продольном направлении, чтобы предотвратить коробление трубы. Для этого необходимы скользящие соединения или гибкие элементы в раме, компенсирующие тепловые перемещения.
Сейсмическое проектирование обычно предпочитает жесткие соединения, которые передают нагрузки напрямую. Жесткое соединение, предотвращающее тепловое расширение, решает проблему сейсмической нагрузки, но создает проблему термического напряжения. Скользящее соединение, компенсирующее тепловое расширение, освобождает теплообменник от сейсмических нагрузок.
Решение — разнонаправленная удерживающая система.- Опорная рама закреплена на одном конце (фиксированной точке) с помощью жестких соединений, передающих сейсмические нагрузки во всех направлениях. На противоположном конце (точка скольжения) используются соединения с прорезями, которые допускают продольное тепловое расширение, одновременно обеспечивая поперечное и вертикальное ограничение сейсмических нагрузок. Скользящее соединение включает в себя подшипниковую подушку из ПТФЭ с низким- трением, которая обеспечивает плавное тепловое движение, в то время как прорезные отверстия для болтов входят в зацепление во время сейсмического смещения, обеспечивая боковое удержание после заполнения небольшого начального зазора.
Закрепление анкера в конструкции резервуара
Анкеры опорной рамы должны передавать сейсмические нагрузки на конструкцию резервуара, не вытягивая и не разрушая материал резервуара. В стальных резервуарах сквозные-болтовые соединения с опорными пластинами распределяют анкерную нагрузку на большую площадь. Для бетонных резервуаров используются залитые-анкерные болты-на месте или закрепленные-анкеры из эпоксидной смолы (квалифицированные для сейсмостойкости согласно ACI 355.2).
В конструкции якоря предусмотрен коэффициент запаса прочности 4 для предельной выдергивающей способности, чтобы учесть циклическое ухудшение способности якоря при повторяющихся сейсмических нагрузках. Расстояние и расстояние до края анкера соответствуют минимальным нормам, чтобы предотвратить разрушение бетона.
Краткое содержание
Опорные рамы теплообменника из ПТФЭ в сейсмических зонах рассчитаны на горизонтальные сейсмические нагрузки, в 3-5 раз превышающие статический собственный-вес, с использованием разнонаправленной системы удержания, которая обеспечивает жесткий путь нагрузки на одном конце и скользящее соединение, компенсирующее тепловое расширение, на другом. Для установки анкера в конструкцию резервуара используются сквозные-болтовые или сейсмически аттестованные послеустановленные соединения с коэффициентом безопасности 4 при максимальной грузоподъемности.
Сейсмостойкое проектирование гарантирует, что теплообменник остается структурно неповрежденным, а граница давления пара сохраняется во время и после проектного-землетрясения, предотвращая дополнительный выброс опасных материалов во время и без того критического события.
Инженерная поддержка для проектирования сейсмостойкой опорной рамы теплообменника из ПТФЭ доступна после предоставления сейсмических параметров-конкретной площадки, деталей конструкции резервуара, размеров и веса теплообменника, а также применимой редакции строительных норм и правил.
