Imperativet for seismisk design
Et hydrometallurgisk anlegg i et seismisk aktivt område-Seismisk sone 4 per UBC eller ASCE 7-installerer PTFE-varmevekslere i utvaskingstanker. Varmevekslerne må forbli strukturelt intakte under og etter et jordskjelv på grunnlag av-design. En støtterammefeil som slipper en dampoppvarmet spiral ned i en tank med etsende løsning mens anlegget reagerer på jordskjelvskader, skaper en sammensatt fare.
Standard PTFE-varmevekslerstøtterammer er designet for statisk last-egenvekt-, termisk ekspansjon og normale omrøringskrefter. Seismisk design legger til dynamiske horisontale og vertikale belastninger som kan overstige de statiske belastningene med en faktor på 3-5. Støtterammen må motstå disse belastningene samtidig som den opprettholder tilstrekkelig fleksibilitet til å imøtekomme PTFE-rørenes høye termiske ekspansjon uten å overbegrense dem.
Den seismiske utformingen av støtterammen er styrt av de samme prinsippene som enhver ikke-strukturell komponent i en seismisk applikasjon: rammen må overføre treghetslaster fra vekslermassen til bygningskonstruksjonen gjennom en definert lastbane, og den må gjøre det uten sprø brudd eller tap av vekslerens trykkgrense.
Den seismiske lastberegningen
Den seismiske designkraften på varmeveksleren beregnes i henhold til gjeldende byggekode (ASCE 7, Eurocode 8 eller tilsvarende). Den horisontale seismiske kraften Fp er:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp) / (Rp / Ip)
Der ap er komponentforsterkningsfaktoren (typisk 2,5 for stive komponenter), er SDS den designspektrale akselerasjonen ved korte perioder, Wp er komponentens driftsvekt, Rp er komponentresponsmodifikasjonsfaktoren, og Ip er viktighetsfaktoren.
For en PTFE varmeveksler som veier 50 kg (fungerer, inkludert innesluttet damp og kondensat) i en høy-seismisk sone med SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5, er den seismiske designkraften omtrent 1,5 × Wp ekvivalent horisontalkraft {{7} Denne kraften påføres ved vekslerens massesenter, og skaper veltemomenter og skjærkrefter ved støtteforbindelsene.
| Seismisk designparameter | Verdi for designeksempel | Kilde/Beregning |
|---|---|---|
| Komponentens driftsvekt (Wp) | 50 kg (490 N) | Varmeveksler + vann-fylte rør |
| Kort-periodisk spektralakselerasjon (SDS) | 1.5g | Nettstedsspesifikk seismisk fareanalyse |
| Komponentforsterkningsfaktor (ap) | 2.5 | ASCE 7 Tabell 13.6-1 (stiv komponent) |
| Komponentresponsmodifikasjonsfaktor (Rp) | 2.5 | ASCE 7 Tabell 13.6-1 (sveiset stålramme) |
| Viktighetsfaktor (Ip) | 1.5 | Essensielt anlegg (inneholder farlige kjemikalier) |
| Design horisontal seismisk kraft (Fp) | 735 N (ekvivalent 75 kg) | Fp-formel i henhold til ASCE 7 avsnitt 13.3 |
| Design vertikal seismisk kraft | ±0,2 × SDS × Wp=±147 N | ASCE 7 Seksjon 13.3 |
| Antall støtteramme forankringspunkter | 4 (minimum) | Fordeler seismisk last til tankkonstruksjonen |
| Ankertype | Gjennom-boltet med låsemuttere; ingen ekspansjonsankere | Ekspansjonsankre upålitelige under syklisk seismisk belastning |
| Ankermateriale | Rustfritt stål 316 med PTFE isolasjonshylser | Korrosjonsbestandighet; galvanisk isolasjon fra PTFE-ramme |
Fleksibilitet-den seismiske styrkebalansen
PTFE-rør utvider seg omtrent 12-15 mm per meter lengde når de varmes opp fra omgivelsestemperatur til 140 graders driftstemperatur. Bærerammen må tillate denne ekspansjonen fritt i lengderetningen for å hindre at røret knekker. Dette krever skyveforbindelser eller fleksible elementer i rammen som tar imot termisk bevegelse.
Seismisk design foretrekker vanligvis stive forbindelser som overfører laster direkte. En stiv forbindelse som forhindrer termisk ekspansjon løser den seismiske lastbanen, men skaper et termisk spenningsproblem. En glideforbindelse som rommer termisk ekspansjon etterlater veksleren uhemmet under seismiske belastninger.
Løsningen er et flerveis-begrensningssystem. Bærerammen er forankret i den ene enden (fastpunktet) med stive forbindelser som overfører seismiske laster i alle retninger. Den motsatte enden (glidepunktet) bruker slissede forbindelser som tillater langsgående termisk ekspansjon samtidig som det gir tverrgående og vertikal tilbakeholdenhet for seismiske belastninger. Skyveforbindelsen har en PTFE-lagerpute med lav-friksjon som tillater jevn termisk bevegelse mens de slissede boltehullene griper inn under seismisk forskyvning, og gir sideveis tilbakeholdenhet etter at et lite innledende gap er tatt opp.
Ankerinnstøping i tankstruktur
Støtterammeankrene skal overføre seismiske laster inn i tankkonstruksjonen uten å trekke ut eller sprekke tankmaterialet. For ståltanker, gjennom-boltede forbindelser med støtteplater fordeler ankerlasten over et større område. For betongtanker brukes -på plass-ankerbolter eller stolpe-installerte epoksyankere (kvalifisert for seismisk service i henhold til ACI 355.2).
Ankerdesign inkluderer en sikkerhetsfaktor på 4 på endelig uttrekkskapasitet for å ta hensyn til den sykliske degraderingen av ankerkapasiteten under gjentatt seismisk belastning. Ankerkantavstanden og -avstanden oppfyller kodens minimumskrav for å forhindre betongbrudd.
Sammendrag
PTFE varmevekslerstøtterammer i seismiske soner er designet for horisontale seismiske krefter 3-5 ganger den statiske egen-vekten, ved å bruke et fler-begrensningssystem som gir en stiv belastningsbane i den ene enden og en glideforbindelse som tar imot termisk ekspansjon i den andre. Ankerinnstøping i tankkonstruksjonen bruker gjennom-boltede eller seismisk kvalifiserte etterinstallerte forbindelser med en sikkerhetsfaktor på 4 på maksimal kapasitet.
Den seismiske utformingen sikrer at varmeveksleren forblir strukturelt intakt og at damptrykkgrensen opprettholdes under og etter et jordskjelv på grunnlag av design-, og forhindrer utslipp av farlig materiale under en allerede kritisk hendelse.
Teknisk støtte for seismisk PTFE-varmevekslerstøtterammedesign er tilgjengelig ved innsending av steds-spesifikke seismiske parametere, tankkonstruksjonsdetaljer, vekslerens dimensjoner og vekt, og gjeldende byggekodeutgave.
