Belangrijke factoren bij seismisch ontwerp voor industriële installaties

In regio's die gevoelig zijn voor frequente aardbevingen, is het waarborgen van de veilige en stabiele werking van industriële faciliteiten een cruciale uitdaging geworden. Seismisch beschermingsontwerp is uitgegroeid tot een onmisbaar onderdeel van moderne engineeringprojecten. Dit artikel onderzoekt de belangrijkste elementen van aardbevingsbestendig ontwerp voor industriële infrastructuur, met de nadruk op seismische beperkingssystemen, trillingsisolatieapparatuur en beschermende maatregelen voor pijpleidingen en machines.

In een Canadese kerncentrale werden seismische beperkingsapparaten geïnstalleerd op voedingsleidingen, die ze verankeren aan het oppervlak van de calandriaschildtank onder het reactorgezicht. Deze draadschroefassemblages, geclassificeerd als ondersteuningsconstructies onder de ASME B&PV Code NF-ontwerpregels, beperken de beweging van de voedingsleidingen tijdens seismische gebeurtenissen om aardbevingsbelastingen te verminderen. 'Koudveerspanning'-behandeling na installatie zorgt voor optimale prestaties tijdens daadwerkelijke aardbevingen.

Apparatuur met trillingsisolatie in zones met hoge seismische activiteit vereist gespecialiseerde beperkingssystemen die de isolatieprestaties niet in gevaar brengen. Hoewel sommige isolatoren beperkingsmogelijkheden integreren, vereisen de meeste afzonderlijke driedimensionale beperkingssystemen. Lichtgewicht hangende apparatuur kan gebruikmaken van slappe gevlochten stalen kabels, waarbij alle systemen een structurele engineeringbeoordeling en naleving van de code vereisen.

Veer-massa-isolatiesystemen gaan uit van stijve ondersteuningen, waardoor het cruciaal is om voldoende stijve ondersteuningssystemen te construeren ten opzichte van de doorbuiging van de isolator. Voor lichtgewicht constructies zoals op het dak gemonteerde apparatuur, hebben onafhankelijke stalen balksystemen die worden ondersteund door funderingskolommen de voorkeur. Bij gebruik van betonnen pads op dunne dakplaten (minder dan 4,5 inch) moeten de afmetingen de voetafdrukken van de apparatuur met 12 inch overschrijden om de belastingen effectief te verdelen.

Roterende apparatuur met aanzienlijke massa of een hoog aanloopkoppel profiteert van betonnen traagheidsbases die worden ondersteund door veerisolatoren. Hoewel deze bases de isolatie-efficiëntie niet verbeteren, verminderen ze de verplaatsing door aandrijfkrachten en stabiliseren ze hoge apparatuur. Typische pompbases wegen 2-3 keer het gewicht van de ondersteunde apparatuur, terwijl ongebalanceerde compressoren 5-7 keer hun gewicht kunnen vereisen.

Pijpen zenden geluid en trillingen uit van vloeistofbeweging en aangesloten apparatuur. Kritische isolatiemaatregelen omvatten:

• Het isoleren van de eerste drie steunpunten (ongeveer 50 voet voor grote pijpen)
• Het gebruik van flexibele connectoren voor pijpen met een diameter van meer dan 5 inch
• Het accommoderen van thermische uitzetting in stijgbuizen en lange pijpen
• In hogedruksystemen helpen pulsdemper met gasgevulde blazen vloeistofgebonden trillingen te verlagen.

Hogedruk-luchtkanalen (≥4 inch statische waterdruk) vereisen isolatie over 30 voet van ventilatoren, ondersteund door veerhangers met een minimale doorbuiging van 3/4 inch. Gevoelige locaties zoals studio's hebben isolatie nodig die overeenkomt met de aangesloten apparatuur voor de eerste drie steunen, met verminderde vereisten daarbuiten.

Het handhaven van akoestische classificaties vereist zorgvuldige afdichting rond pijpdoorvoeringen. Gaten moeten de pijpdiameter met 1 inch overschrijden, gevuld met isolatie of brandwering en afgedicht. Verschillende afdichtingsmethoden zijn van toepassing op beton versus houten constructies, met commerciële pijphulzen beschikbaar voor gestandaardiseerde oplossingen.

Stijve elektrische leidingen naar geïsoleerde apparatuur moeten flexibele secties bevatten met voldoende speling om lussen van 360° te vormen, waardoor trillingsoverdracht via elektrische paden wordt voorkomen.

Seismische gebeurtenissen, veroorzaakt door plotselinge korstbewegingen, kunnen in enkele seconden verwoestende belastingen opleveren. Moderne codes vereisen dat constructies bestand zijn tegen minimale laterale belastingen (V) rekening houdend met onelastisch gedrag, systeemredundantie en ductiliteit. Met ongeveer 300.000 jaarlijkse aardbevingen wereldwijd is een goed ontwerp essentieel voor faciliteiten in actieve zones.

Mechanische, elektrische en architecturale componenten vereisen ontwerp voor equivalente statische krachten en relatieve verplaatsingsvereisten. De seismische ontwerp categorie komt doorgaans overeen met de ondersteunende constructie, met speciale overwegingen wanneer niet-gebouwconstructies minder dan 25% van het gecombineerde gewicht uitmaken.

Kritieke faciliteiten zoals LNG-installaties vereisen een onafhankelijke ontwerpbeoordeling door seismische specialisten, inclusief analyse van sitespecifieke spectra, niet-lineair gedrag onder cyclische belasting en verificatie van de prestaties van componenten. Aanvullende maatregelen richten zich op vloeistofklotsen, verbindingsflexibiliteit en accommodatie van verplaatsing.