Imperativ for seismisk design
Et hydrometallurgisk anlæg i et seismisk aktivt område-Seismisk Zone 4 pr. UBC eller ASCE 7-installerer PTFE-varmevekslere i udvaskningstanke. Varmevekslerne skal forblive strukturelt intakte under og efter et jordskælv på grundlag af design-. En støtterammefejl, der taber en dampopvarmet spole ned i en tank med ætsende opløsning, mens anlægget reagerer på jordskælvsskader, skaber en sammensætningsfare.
Standard PTFE varmevekslerstøtterammer er designet til statiske belastninger-egen-vægt, termisk ekspansion og normale omrøringskræfter. Seismisk design tilføjer dynamiske vandrette og lodrette belastninger, der kan overstige de statiske belastninger med en faktor på 3-5. Støtterammen skal modstå disse belastninger, samtidig med at den opretholder tilstrækkelig fleksibilitet til at optage PTFE-rørernes høje termiske udvidelse uden at overbelaste dem.
Det seismiske design af understøtningsrammen er styret af de samme principper som enhver ikke{0}}strukturel komponent i en seismisk applikation: Rammen skal overføre inertibelastninger fra vekslermassen til bygningskonstruktionen gennem en defineret belastningsvej, og den skal gøre det uden skørt svigt eller tab af vekslerens trykgrænse.
Den seismiske belastningsberegning
Den seismiske designkraft på varmeveksleren er beregnet i henhold til den gældende byggekode (ASCE 7, Eurocode 8 eller tilsvarende). Den vandrette seismiske kraft Fp er:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp) / (Rp / Ip)
Hvor ap er komponentforstærkningsfaktoren (typisk 2,5 for stive komponenter), er SDS designspektralaccelerationen ved korte perioder, Wp er komponentens driftsvægt, Rp er komponentresponsmodifikationsfaktoren, og Ip er vigtighedsfaktoren.
For en PTFE-varmeveksler, der vejer 50 kg (fungerer, inklusive indesluttet damp og kondensat) i en høj-seismisk zone med SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5, er den designmæssige seismiske kraft ca. 1,5 × Wp-ækvivalent vandret kraft {{7.} Denne kraft påføres ved vekslerens massecenter, hvilket skaber væltende momenter og forskydningskræfter ved støtteforbindelserne.
| Seismisk designparameter | Værdi for designeksempel | Kilde/Beregning |
|---|---|---|
| Komponentens driftsvægt (Wp) | 50 kg (490 N) | Varmeveksler + vand-fyldte rør |
| Kort-periode spektral acceleration (SDS) | 1.5g | Sitespecifik seismisk fareanalyse.- |
| Komponentforstærkningsfaktor (ap) | 2.5 | ASCE 7 Tabel 13.6-1 (stiv komponent) |
| Komponentresponsmodifikationsfaktor (Rp) | 2.5 | ASCE 7 Tabel 13.6-1 (svejset stålramme) |
| Betydningsfaktor (Ip) | 1.5 | Vigtigt anlæg (indeholder farlige kemikalier) |
| Design horisontal seismisk kraft (Fp) | 735 N (ækvivalent 75 kg) | Fp-formel i henhold til ASCE 7, afsnit 13.3 |
| Design lodret seismisk kraft | ±0,2 × SDS × Wp=±147 N | ASCE 7 Afsnit 13.3 |
| Antal støtteramme-ankerpunkter | 4 (minimum) | Fordeler seismisk belastning til tankstrukturen |
| Anker type | Gennem-boltet med låsemøtrikker; ingen ekspansionsankre | Ekspansionsankre er upålidelige under cyklisk seismisk belastning |
| Ankermateriale | Rustfrit stål 316 med PTFE isoleringsmuffer | Korrosionsbestandighed; galvanisk isolering fra PTFE-ramme |
Fleksibilitet-Seismisk styrkebalance
PTFE-rør udvider sig ca. 12-15 mm pr. meter længde, når de opvarmes fra omgivende til 140 graders driftstemperatur. Støtterammen skal tillade denne udvidelse frit i længderetningen for at forhindre, at røret knækker. Dette kræver glideforbindelser eller fleksible elementer i rammen, der optager termisk bevægelse.
Seismisk design foretrækker typisk stive forbindelser, der overfører belastninger direkte. En stiv forbindelse, der forhindrer termisk udvidelse, løser den seismiske belastningsvej, men skaber et termisk spændingsproblem. En glidende forbindelse, der optager termisk ekspansion, efterlader veksleren uhæmmet under seismiske belastninger.
Løsningen er et fastholdelsessystem med flere-veje. Støtterammen er forankret i den ene ende (det fikserede punkt) med stive forbindelser, der overfører seismiske belastninger i alle retninger. Den modsatte ende (glidepunktet) bruger slidsede forbindelser, der tillader langsgående termisk ekspansion, mens den giver tværgående og lodret tilbageholdenhed for seismiske belastninger. Glideforbindelsen inkorporerer en PTFE-lejepude med lav-friktion, der tillader jævn termisk bevægelse, mens de slidsede bolthuller går i indgreb under seismisk forskydning, hvilket giver sideværts tilbageholdenhed, efter at et lille indledende mellemrum er taget op.
Ankerindlejring i tankstruktur
Støtterammeankrene skal overføre seismiske belastninger ind i tankkonstruktionen uden at trække ud eller brække tankmaterialet. For ståltanke fordeler ankerbelastningen over et større område gennem-bolteforbindelser med bagplader. Til betontanke anvendes støbte--ankerbolte eller post-monterede epoxyankre (kvalificeret til seismisk service i henhold til ACI 355.2).
Ankerdesign inkluderer en sikkerhedsfaktor på 4 for den ultimative udtrækningskapacitet for at tage højde for den cykliske nedbrydning af ankerkapaciteten under gentagen seismisk belastning. Ankerkantafstanden og -mellemrummet opfylder kodens minimumskrav for at forhindre betonudbrudsfejl.
Oversigt
PTFE-varmevekslerstøtterammer i seismiske zoner er designet til vandrette seismiske kræfter 3-5 gange den statiske egen-vægt, ved hjælp af et multi-tilbageholdssystem, der giver en stiv belastningsvej i den ene ende og en glidende forbindelse, der optager termisk ekspansion i den anden. Forankringsindlejring i tankkonstruktionen bruger gennem-boltede eller seismisk kvalificerede efterinstallerede forbindelser med en sikkerhedsfaktor på 4 på den ultimative kapacitet.
Det seismiske design sikrer, at veksleren forbliver strukturelt intakt, og at damptrykgrænsen opretholdes under og efter et jordskælv på grundlag af design-, hvilket forhindrer en sammensat farligt materialeudslip under en allerede kritisk hændelse.
Teknisk support til seismisk PTFE-varmevekslerstøtterammedesign er tilgængelig ved indsendelse af -stedspecifikke seismiske parametre, tankkonstruktionsdetaljer, vekslerdimensioner og -vægt og gældende byggekodeudgave.
