Imperatív seizmického návrhu
Hydrometalurgická elektráreň v seizmicky aktívnej oblasti-Seizmická zóna 4 na UBC alebo ASCE 7-inštaluje PTFE výmenníky tepla do vylúhovacích nádrží. Výmenníky tepla musia zostať štrukturálne neporušené počas a po projektovanom-zemetrasení. Zlyhanie nosného rámu, ktoré spadne parou vyhrievaný had do nádrže s korozívnym roztokom, zatiaľ čo elektráreň reaguje na poškodenie zemetrasením, vytvára ďalšie nebezpečenstvo.
Štandardné nosné rámy výmenníkov tepla z PTFE sú navrhnuté pre statické zaťaženie-vlastnú{1}}hmotnosť, tepelnú rozťažnosť a bežné miešacie sily. Seizmický dizajn pridáva dynamické horizontálne a vertikálne zaťaženia, ktoré môžu prekročiť statické zaťaženie 3-5. Nosný rám musí odolávať týmto zaťaženiam pri zachovaní dostatočnej pružnosti, aby sa prispôsobil vysokej tepelnej rozťažnosti PTFE rúrok bez ich nadmerného obmedzenia.
Seizmický návrh nosného rámu sa riadi rovnakými princípmi ako ktorýkoľvek nekonštrukčný prvok v seizmickej aplikácii: rám musí prenášať zotrvačné zaťaženia z hmoty výmenníka na stavebnú konštrukciu cez definovanú dráhu zaťaženia a musí to robiť bez krehkého porušenia alebo straty tlakovej hranice výmenníka.
Výpočet seizmického zaťaženia
Seizmická návrhová sila na výmenník tepla sa vypočíta podľa platného stavebného predpisu (ASCE 7, Eurokód 8 alebo ekvivalent). Horizontálna seizmická sila Fp je:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp) / (Rp / Ip)
Kde ap je faktor zosilnenia komponentu (zvyčajne 2,5 pre tuhé komponenty), SDS je návrhové spektrálne zrýchlenie v krátkych obdobiach, Wp je prevádzková hmotnosť komponentu, Rp je modifikačný faktor odozvy komponentu a Ip je dôležitý faktor.
Pre PTFE výmenník tepla s hmotnosťou 50 kg (v prevádzke vrátane uzavretej pary a kondenzátu) vo vysokej-seizmickej zóne s SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5 je návrhová seizmická sila približne 1,5 × Wp=75 kg ekvivalentná horizontálna sila. Táto sila pôsobí v ťažisku výmenníka, čím vznikajú krútiace momenty a šmykové sily v spojoch podpier.
| Parameter seizmického návrhu | Hodnota pre príklad dizajnu | Zdroj/Výpočet |
|---|---|---|
| Prevádzková hmotnosť komponentu (Wp) | 50 kg (490 N) | Výmenník tepla + rúrky-naplnené vodou |
| Krátke{0}}periodické spektrálne zrýchlenie (SDS) | 1.5g | Analýza seizmického nebezpečenstva-špecifická pre danú lokalitu |
| Faktor zosilnenia komponentu (ap) | 2.5 | ASCE 7 Tabuľka 13.6-1 (pevný komponent) |
| Faktor modifikácie odozvy komponentov (Rp) | 2.5 | ASCE 7 Tabuľka 13.6-1 (zváraný oceľový rám) |
| Faktor dôležitosti (Ip) | 1.5 | Nevyhnutné zariadenie (obsahuje nebezpečné chemikálie) |
| Návrhová horizontálna seizmická sila (Fp) | 735 N (ekvivalent 75 kg) | Vzorec Fp podľa ASCE 7, oddiel 13.3 |
| Návrh vertikálnej seizmickej sily | ±0,2 × SDS × Wp=±147 N | ASCE 7, oddiel 13.3 |
| Počet kotviacich bodov nosného rámu | 4 (minimálne) | Rozdeľuje seizmické zaťaženie na konštrukciu nádrže |
| Typ kotvy | Cez-skrutkované poistnými maticami; žiadne rozperné kotvy | Rozperné kotvy nespoľahlivé pri cyklickom seizmickom zaťažení |
| Kotviaci materiál | Nerezová oceľ 316 s PTFE izolačnými manžetami | Odolnosť proti korózii; galvanické oddelenie od rámu z PTFE |
Flexibilita-rovnováha seizmickej sily
Rúry PTFE sa roztiahnu približne o 12-15 mm na meter dĺžky, keď sa zahrejú z okolitej na prevádzkovú teplotu 140 stupňov. Nosný rám musí umožňovať toto roztiahnutie voľne v pozdĺžnom smere, aby sa zabránilo vybočeniu rúry. To si vyžaduje posuvné spojenia alebo flexibilné prvky v ráme, ktoré sa prispôsobujú tepelnému pohybu.
Seizmický dizajn zvyčajne uprednostňuje pevné spojenia, ktoré priamo prenášajú zaťaženie. Pevné spojenie, ktoré zabraňuje tepelnej rozťažnosti, rieši cestu seizmického zaťaženia, ale vytvára problém tepelného napätia. Posuvné spojenie, ktoré sa prispôsobuje tepelnej rozťažnosti, ponecháva výmenník bez obmedzenia pri seizmickom zaťažení.
Riešením je viac{0}}smerový zádržný systém. Nosný rám je na jednom konci (pevný bod) ukotvený pevnými spojmi, ktoré prenášajú seizmické zaťaženie vo všetkých smeroch. Opačný koniec (posuvný bod) využíva štrbinové spojenia, ktoré umožňujú pozdĺžnu tepelnú rozťažnosť a zároveň poskytujú priečne a vertikálne obmedzenie pre seizmické zaťaženie. Klzné spojenie obsahuje ložiskovú podložku z PTFE s nízkym trením, ktorá umožňuje hladký tepelný pohyb, zatiaľ čo štrbinové otvory pre skrutky zaberajú počas seizmického premiestňovania, čím poskytujú bočné obmedzenie po zabratí malej počiatočnej medzery.
Ukotvenie kotvy v štruktúre nádrže
Kotvy nosného rámu musia prenášať seizmické zaťaženie do konštrukcie nádrže bez vyťahovania alebo lámania materiálu nádrže. V prípade oceľových nádrží sa pomocou-skrutkových spojení s opornými doskami rozloží zaťaženie kotvy na väčšiu plochu. V prípade betónových nádrží sa používajú odliate-na-miestne kotviace skrutky alebo na stĺpe{5}}inštalované epoxidové kotvy (kvalifikované pre seizmickú službu podľa ACI 355.2).
Návrh kotvy zahŕňa faktor bezpečnosti 4 na medznej vytiahnuteľnosti, aby sa zohľadnila cyklická degradácia kapacity kotvy pri opakovanom seizmickom zaťažení. Vzdialenosť od okrajov kotvy a rozostupy spĺňajú normované minimá, aby sa predišlo zlyhaniu betónu.
Zhrnutie
Nosné rámy výmenníkov tepla z PTFE v seizmických zónach sú navrhnuté pre horizontálne seizmické sily 3-5-násobok statickej vlastnej-hmotnosti pomocou viac-smerového zadržiavacieho systému, ktorý poskytuje pevnú dráhu zaťaženia na jednom konci a posuvné spojenie, ktoré umožňuje tepelnú rozťažnosť na druhom konci. Ukotvenie kotvy do konštrukcie nádrže využíva prostredníctvom-skrutkovaných alebo seizmicky kvalifikovaných dodatočne inštalovaných spojení s faktorom bezpečnosti 4 na maximálnu kapacitu.
Seizmický dizajn zaisťuje, že výmenník zostane štrukturálne neporušený a hranica tlaku pary sa udrží počas a po základnom projektovanom-zemetrasení, čím sa zabráni ďalšiemu uvoľneniu nebezpečného materiálu počas už kritickej udalosti.
Technická podpora pre návrh nosného rámu seizmického PTFE výmenníka tepla je k dispozícii po predložení seizmických parametrov špecifických pre danú lokalitu, -podrobností o konštrukcii nádrže, rozmerov a hmotnosti výmenníka a príslušného vydania stavebného zákona.
