L'imperatiu del disseny sísmic
Una planta hidrometal·lúrgica en una regió sísmicament activa-Zona sísmica 4 per UBC o ASCE 7-instal·la intercanviadors de calor de PTFE als dipòsits de lixiviació. Els intercanviadors de calor han de romandre estructuralment intactes durant i després d'un-sisme basat en el disseny. Una fallada del marc de suport que deixa caure una bobina escalfada amb vapor en un dipòsit de solució corrosiva mentre la planta respon als danys del terratrèmol crea un perill de composició.
Els marcs de suport estàndard de l'intercanviador de calor de PTFE estan dissenyats per a càrregues estàtiques-prop-pesos, expansió tèrmica i forces d'agitació normals. El disseny sísmic afegeix càrregues horitzontals i verticals dinàmiques que poden superar les càrregues estàtiques en un factor de 3-5. El marc de suport ha de resistir aquestes càrregues mantenint una flexibilitat suficient per acomodar l'alta expansió tèrmica dels tubs de PTFE sense limitar-los massa.
El disseny sísmic del bastidor de suport es regeix pels mateixos principis que qualsevol component no-estructural d'una aplicació sísmica: el bastidor ha de transferir càrregues inercials de la massa de l'intercanviador a l'estructura de l'edifici a través d'un camí de càrrega definit, i ho ha de fer sense fallades fràgils ni pèrdua del límit de pressió de l'intercanviador.
El càlcul de la càrrega sísmica
La força de disseny sísmica sobre l'intercanviador de calor es calcula segons el codi de construcció aplicable (ASCE 7, Eurocodi 8 o equivalent). La força sísmica horitzontal Fp és:
Fp=(0,4 × ap × SDS × Wp) / (Rp / Ip)
On ap és el factor d'amplificació del component (normalment 2,5 per a components rígids), SDS és l'acceleració espectral de disseny en períodes curts, Wp és el pes de funcionament del component, Rp és el factor de modificació de la resposta del component i Ip és el factor d'importància.
Per a un intercanviador de calor de PTFE que pesi 50 kg (funcionant, incloent vapor i condensat continguts) en una zona sísmica alta- amb SDS=1.5g, ap=2.5, Rp=2.5, Ip=1.5, la força sísmica de disseny és d'aproximadament 1,5 × Wp=75 kg de força equivalent horitzontal. Aquesta força s'aplica al centre de masses de l'intercanviador, creant moments de gir i forces de tall a les connexions de suport.
| Paràmetre de disseny sísmic | Exemple de valor per al disseny | Font/Càlcul |
|---|---|---|
| Pes operatiu dels components (Wp) | 50 kg (490 N) | Bescanviador de calor + tubs-omples d'aigua |
| Acceleració espectral de període curt{0}(SDS) | 1.5g | Anàlisi de risc sísmic-específic del lloc |
| Factor d'amplificació del component (ap) | 2.5 | ASCE 7 Taula 13.6-1 (component rígid) |
| Factor de modificació de resposta de components (Rp) | 2.5 | ASCE 7 Taula 13.6-1 (estructura d'acer soldada) |
| Factor d'importància (Ip) | 1.5 | Instal·lació essencial (conté productes químics perillosos) |
| Força sísmica horitzontal de disseny (Fp) | 735 N (equivalent a 75 kg) | Fp fórmula segons ASCE 7 Secció 13.3 |
| Disseny de la força sísmica vertical | ±0,2 × SDS × Wp=±147 N | ASCE 7 Secció 13.3 |
| Nombre de punts d'ancoratge del marc de suport | 4 (mínim) | Distribueix la càrrega sísmica a l'estructura del tanc |
| Tipus d'àncora | Travessat-pernejat amb femelles; sense ancoratges d'expansió | Ancoratges d'expansió poc fiables sota càrrega sísmica cíclica |
| Material d'ancoratge | Acer inoxidable 316 amb mànigues aïllants de PTFE | Resistència a la corrosió; aïllament galvànic del marc de PTFE |
L'equilibri de la flexibilitat-Força sísmica
Els tubs de PTFE s'expandeixen aproximadament 12-15 mm per metre de longitud quan s'escalfen des de l'ambient fins als 140 graus de temperatura de funcionament. El marc de suport ha de permetre aquesta expansió lliurement en la direcció longitudinal per evitar el pandeig del tub. Això requereix connexions lliscants o elements flexibles al marc que s'adaptin al moviment tèrmic.
El disseny sísmic normalment prefereix connexions rígides que transfereixen les càrregues directament. Una connexió rígida que evita l'expansió tèrmica soluciona la trajectòria de càrrega sísmica però crea un problema d'estrès tèrmic. Una connexió lliscant que s'adapta a l'expansió tèrmica deixa l'intercanviador sense restriccions sota càrregues sísmiques.
La solució és un sistema de contenció multi-direccional. El marc de suport està ancorat en un extrem (el punt fix) amb connexions rígides que transfereixen les càrregues sísmiques en totes direccions. L'extrem oposat (el punt de lliscament) utilitza connexions ranurades que permeten l'expansió tèrmica longitudinal alhora que proporcionen una retenció transversal i vertical per a les càrregues sísmiques. La connexió lliscant incorpora un coixinet de coixinet de PTFE de baixa -fricció que permet un moviment tèrmic suau mentre els forats dels cargols ranurats s'enganxen durant el desplaçament sísmic, proporcionant una retenció lateral després d'haver ocupat un petit espai inicial.
L'ancoratge encastat a l'estructura del tanc
Els ancoratges del bastidor de suport han de transferir les càrregues sísmiques a l'estructura del dipòsit sense treure o fracturar el material del dipòsit. Per als dipòsits d'acer, les connexions-pernades amb plaques de suport distribueixen la càrrega de l'ancoratge sobre una àrea més gran. Per als dipòsits de formigó, s'utilitzen perns d'ancoratge colat-in-al lloc o ancoratges epoxi instal·lats-posts (qualificats per al servei sísmic segons ACI 355.2).
El disseny de l'ancoratge inclou un factor de seguretat de 4 a la capacitat d'extracció final per tenir en compte la degradació cíclica de la capacitat de l'ancoratge sota càrregues sísmiques repetides. La distància de la vora de l'ancoratge i l'espaiat compleixen els mínims del codi per evitar la fallada del formigó.
Resum
Els marcs de suport dels intercanviadors de calor de PTFE a les zones sísmiques estan dissenyats per a forces sísmiques horitzontals 3-5 vegades el pes propi-estàtic, utilitzant un sistema de contenció multi{-direccional que proporciona un camí de càrrega rígid en un extrem i una connexió lliscant que s'adapta a l'expansió tèrmica a l'altre. L'encaixament d'ancoratge a l'estructura del tanc s'utilitza mitjançant connexions postinstal·lades-pernades o sísmicament qualificades amb un factor de seguretat de 4 a la capacitat final.
El disseny sísmic garanteix que l'intercanviador es mantingui estructuralment intacte i que el límit de pressió de vapor es mantingui durant i després d'un terratrèmol de disseny-, evitant l'alliberament de materials perillosos durant un esdeveniment ja crític.
El suport d'enginyeria per al disseny del marc de suport de l'intercanviador de calor de PTFE sísmic està disponible quan s'envien els paràmetres sísmics específics del lloc-, els detalls de construcció del tanc, les dimensions i el pes de l'intercanviador i l'edició del codi de construcció aplicable.
