Imperativ för seismisk design
En hydrometallurgisk anläggning i en seismiskt aktiv region-Seismisk zon 4 per UBC eller ASCE 7-installerar PTFE-värmeväxlare i lakningstankar. Värmeväxlarna måste förbli strukturellt intakta under och efter en jordbävning på grundval av-design. Ett fel på stödramen som tappar en ånguppvärmd spole i en tank med frätande lösning medan anläggningen reagerar på jordbävningsskador skapar en risk för sammansättning.
Standardstödramar för PTFE-värmeväxlare är designade för statisk last-egen-vikt, termisk expansion och normala omrörningskrafter. Seismisk design lägger till dynamiska horisontella och vertikala laster som kan överstiga de statiska lasterna med en faktor 3-5. Stödramen måste motstå dessa belastningar samtidigt som den bibehåller tillräcklig flexibilitet för att klara PTFE-rörens höga termiska expansion utan att överdriva dem.
Den seismiska utformningen av stödramen styrs av samma principer som alla icke-strukturella komponenter i en seismisk applikation: ramen måste överföra tröghetsbelastningar från värmeväxlarmassan till byggnadskonstruktionen genom en definierad lastväg, och den måste göra det utan spröda brott eller förlust av värmeväxlarens tryckgräns.
Seismisk belastningsberäkning
Den seismiska konstruktionskraften på värmeväxlaren beräknas enligt tillämplig byggkod (ASCE 7, Eurokod 8 eller motsvarande). Den horisontella seismiska kraften Fp är:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp) / (Rp / Ip)
Där ap är komponentförstärkningsfaktorn (vanligtvis 2,5 för stela komponenter), är SDS den designade spektralaccelerationen vid korta perioder, Wp är komponentens arbetsvikt, Rp är komponentresponsmodifieringsfaktorn och Ip är viktighetsfaktorn.
För en PTFE-värmeväxlare som väger 50 kg (fungerar, inklusive innesluten ånga och kondensat) i en hög-seismisk zon med SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5, är den designade seismiska kraften ungefär 1,5 × Wp ekvivalent horisontell kraft {{7} Denna kraft appliceras vid växlarens massa, vilket skapar vältande moment och skjuvkrafter vid stödanslutningarna.
| Seismisk designparameter | Värde för designexempel | Källa/Beräkning |
|---|---|---|
| Komponentens arbetsvikt (Wp) | 50 kg (490 N) | Värmeväxlare + vatten-fyllda rör |
| Kort-period spektral acceleration (SDS) | 1.5g | Platsspecifik-seismisk riskanalys |
| Komponentförstärkningsfaktor (ap) | 2.5 | ASCE 7 Tabell 13.6-1 (styv komponent) |
| Komponentresponsmodifieringsfaktor (Rp) | 2.5 | ASCE 7 Tabell 13.6-1 (svetsad stålram) |
| Viktighetsfaktor (Ip) | 1.5 | Viktig anläggning (innehåller farliga kemikalier) |
| Designa horisontell seismisk kraft (Fp) | 735 N (75 kg ekvivalent) | Fp-formel enligt ASCE 7 avsnitt 13.3 |
| Designa vertikal seismisk kraft | ±0,2 × SDS × Wp=±147 N | ASCE 7 avsnitt 13.3 |
| Antal stödramsförankringspunkter | 4 (minst) | Fördelar seismisk belastning till tankstrukturen |
| Ankare typ | Genom-bultad med låsmuttrar; inga expansionsankare | Expansionsankare otillförlitliga under cyklisk seismisk belastning |
| Ankarmaterial | Rostfritt stål 316 med PTFE-isoleringshylsor | Korrosionsbeständighet; galvanisk isolering från PTFE-ram |
Flexibilitets-seismisk styrkabalans
PTFE-rör expanderar cirka 12-15 mm per längdmeter när de värms upp från omgivningstemperatur till 140 graders driftstemperatur. Stödramen måste tillåta denna expansion fritt i längdriktningen för att förhindra att röret knäcks. Detta kräver glidkopplingar eller flexibla element i ramen som rymmer termisk rörelse.
Seismisk design föredrar vanligtvis stela anslutningar som överför laster direkt. En stel anslutning som förhindrar termisk expansion löser den seismiska lastvägen men skapar ett termiskt spänningsproblem. En glidanslutning som rymmer termisk expansion lämnar värmeväxlaren ohämmad under seismiska belastningar.
Lösningen är ett fasthållningssystem i flera riktningar.- Stödramen är förankrad i ena änden (den fasta punkten) med styva anslutningar som överför seismiska belastningar i alla riktningar. Den motsatta änden (glidpunkten) använder slitsade anslutningar som tillåter longitudinell termisk expansion samtidigt som den tillhandahåller tvärgående och vertikala begränsningar för seismiska belastningar. Den glidande anslutningen innehåller en PTFE-lagerplatta med låg-friktion som tillåter jämn termisk rörelse medan de slitsade bulthålen griper in under seismisk förskjutning, vilket ger lateral återhållsamhet efter att ett litet initialt gap har tagits upp.
Ankarinbäddningen i tankstruktur
Stödramens ankare måste överföra seismiska belastningar till tankkonstruktionen utan att dra ut eller spricka tankmaterialet. För ståltankar, genom-bultförband med stödplåtar fördelar ankarbelastningen över ett större område. För betongtankar används -på plats-ankarbultar eller post-installerade epoxiankare (kvalificerade för seismisk service enligt ACI 355.2).
Ankardesign inkluderar en säkerhetsfaktor på 4 på slutlig utdragningskapacitet för att ta hänsyn till den cykliska försämringen av ankarkapaciteten under upprepad seismisk belastning. Ankarkantens avstånd och avstånd uppfyller kodens minimikrav för att förhindra betongbrott.
Sammanfattning
PTFE värmeväxlare stödramar i seismiska zoner är designade för horisontella seismiska krafter 3-5 gånger den statiska själv-vikten, med hjälp av ett fler-riktat fasthållningssystem som ger en styv lastbana i ena änden och en glidanslutning som tar emot termisk expansion i den andra. Ankarinbäddning i tankstrukturen använder genom-bultade eller seismiskt kvalificerade efterinstallerade anslutningar med en säkerhetsfaktor på 4 på slutlig kapacitet.
Den seismiska konstruktionen säkerställer att värmeväxlaren förblir strukturellt intakt och att ångtrycksgränsen bibehålls under och efter en jordbävning på grundval av design-, vilket förhindrar utsläpp av farligt material under en redan kritisk händelse.
Tekniskt stöd för seismisk PTFE-värmeväxlarstödramkonstruktion är tillgänglig vid inlämning av platsspecifika-seismiska parametrar, tankkonstruktionsdetaljer, växlarens dimensioner och vikt och tillämplig byggkodutgåva.
