Βασικοί Παράγοντες στον Σεισμικό Σχεδιασμό Βιομηχανικών Εγκαταστάσεων

Σε περιοχές που είναι επιρρεπείς σε συχνούς σεισμούς, η διασφάλιση της ασφαλούς και σταθερής λειτουργίας των βιομηχανικών εγκαταστάσεων έχει καταστεί κρίσιμη πρόκληση. Ο σχεδιασμός αντισεισμικής προστασίας έχει αναδειχθεί ως ένα απαραίτητο συστατικό των σύγχρονων μηχανικών έργων. Αυτό το άρθρο εξετάζει βασικά στοιχεία του αντισεισμικού σχεδιασμού για βιομηχανικές υποδομές, εστιάζοντας στα συστήματα αντισεισμικής συγκράτησης, στον εξοπλισμό απομόνωσης κραδασμών και στα προστατευτικά μέτρα για αγωγούς και μηχανήματα.

Σε ένα καναδικό πυρηνικό εργοστάσιο, συσκευές αντισεισμικής συγκράτησης εγκαταστάθηκαν σε σωλήνες τροφοδοσίας, αγκυρώνοντάς τις στην επιφάνεια της δεξαμενής ασπίδας καλανδρίας κάτω από την όψη του αντιδραστήρα. Αυτά τα συγκροτήματα με σπειροειδή άξονα, ταξινομημένα ως δομές στήριξης σύμφωνα με τους κανόνες σχεδιασμού ASME B&PV Code NF, περιορίζουν την κίνηση των τροφοδοτών κατά τη διάρκεια σεισμικών γεγονότων για τη μείωση των σεισμικών φορτίων. Η επεξεργασία "cold spring" μετά την εγκατάσταση εξασφαλίζει τη βέλτιστη απόδοση κατά τη διάρκεια πραγματικών σεισμών.

Ο εξοπλισμός με απομόνωση κραδασμών σε ζώνες υψηλής σεισμικότητας απαιτεί εξειδικευμένα συστήματα συγκράτησης που δεν θέτουν σε κίνδυνο την απόδοση της απομόνωσης. Ενώ ορισμένοι μονωτήρες ενσωματώνουν δυνατότητες συγκράτησης, οι περισσότεροι απαιτούν ξεχωριστά τρισδιάστατα συστήματα συγκράτησης. Ελαφρύς αναρτημένος εξοπλισμός μπορεί να χρησιμοποιεί χαλαρά πλεγμένα ατσάλινα καλώδια, με όλα τα συστήματα να απαιτούν έλεγχο μηχανικής δομών και συμμόρφωση με τους κώδικες.

Τα συστήματα απομόνωσης ελατηρίου-μάζας υποθέτουν άκαμπτες στηρίξεις, καθιστώντας κρίσιμη την κατασκευή επαρκώς άκαμπτων συστημάτων στήριξης σε σχέση με την εκτροπή του μονωτήρα. Για ελαφριές κατασκευές όπως ο εξοπλισμός που είναι τοποθετημένος στην οροφή, προτιμώνται ανεξάρτητα συστήματα ατσάλινων δοκών που υποστηρίζονται από κολώνες θεμελίωσης. Όταν χρησιμοποιούνται πλάκες σκυροδέματος σε λεπτές πλάκες οροφής (λιγότερο από 4,5 ίντσες), οι διαστάσεις θα πρέπει να υπερβαίνουν τα ίχνη του εξοπλισμού κατά 12 ίντσες για την αποτελεσματική κατανομή των φορτίων.

Ο περιστρεφόμενος εξοπλισμός με σημαντική μάζα ή υψηλή ροπή εκκίνησης επωφελείται από βάσεις αδράνειας από σκυρόδεμα που υποστηρίζονται από ελατηριωτούς μονωτήρες. Ενώ δεν βελτιώνουν την απόδοση της απομόνωσης, αυτές οι βάσεις μειώνουν τη μετατόπιση από τις κινητήριες δυνάμεις και σταθεροποιούν τον ψηλό εξοπλισμό. Οι τυπικές βάσεις αντλιών ζυγίζουν 2-3 φορές τον υποστηριζόμενο εξοπλισμό, ενώ οι μη ισορροπημένοι συμπιεστές μπορεί να απαιτούν 5-7 φορές το βάρος τους.

Οι σωλήνες μεταδίδουν θόρυβο και κραδασμούς από την κίνηση των υγρών και τον συνδεδεμένο εξοπλισμό. Τα κρίσιμα μέτρα απομόνωσης περιλαμβάνουν:

• Απομόνωση των πρώτων τριών σημείων στήριξης (περίπου 50 πόδια για μεγάλους σωλήνες)
• Χρήση εύκαμπτων συνδέσμων για σωλήνες διαμέτρου άνω των 5 ιντσών
• Προσαρμογή της θερμικής διαστολής σε ράβδους και μακριούς σωλήνες
• Σε συστήματα υψηλής πίεσης, οι εξασθενητές παλμών με φουσκωτά με αέριο βοηθούν στη διάχυση των κραδασμών που μεταφέρονται από υγρά.

Οι αγωγοί υψηλής πίεσης (≥4 ίντσες στατικής πίεσης νερού) απαιτούν απομόνωση για 30 πόδια από τους ανεμιστήρες, που υποστηρίζονται από ελατηριωτούς αναρτήρες με ελάχιστη εκτροπή 3/4 ιντσών. Ευαίσθητες τοποθεσίες όπως τα στούντιο χρειάζονται απομόνωση που ταιριάζει με τον συνδεδεμένο εξοπλισμό για τις πρώτες τρεις στηρίξεις, με μειωμένες απαιτήσεις πέρα από αυτό.

Η διατήρηση των ακουστικών βαθμολογιών απαιτεί προσεκτική στεγανοποίηση γύρω από τις διεισδύσεις των σωλήνων. Οι οπές θα πρέπει να υπερβαίνουν τη διάμετρο του σωλήνα κατά 1 ίντσα, να γεμίζονται με μόνωση ή πυροπροστασία και να σφραγίζονται. Διαφορετικές μέθοδοι στεγανοποίησης εφαρμόζονται σε δομές από σκυρόδεμα έναντι ξύλου, με εμπορικά μανίκια σωλήνων διαθέσιμα για τυποποιημένες λύσεις.

Οι άκαμπτοι ηλεκτρικοί αγωγοί σε απομονωμένο εξοπλισμό πρέπει να περιλαμβάνουν εύκαμπτα τμήματα με επαρκή χαλάρωση για να σχηματίζουν βρόχους 360°, αποτρέποντας τη μετάδοση κραδασμών μέσω ηλεκτρικών διαδρομών.

Τα σεισμικά γεγονότα, που προκαλούνται από ξαφνικές κινήσεις του φλοιού, μπορούν να προσφέρουν καταστροφικά φορτία σε δευτερόλεπτα. Οι σύγχρονοι κώδικες απαιτούν από τις κατασκευές να αντέχουν ελάχιστα πλευρικά φορτία (V) λαμβάνοντας υπόψη την ανελαστική απόκριση, την πλεονασμό του συστήματος και την ολκιμότητα. Με περίπου 300.000 ετήσιους σεισμούς παγκοσμίως, ο σωστός σχεδιασμός είναι απαραίτητος για εγκαταστάσεις σε ενεργές ζώνες.

Τα μηχανικά, ηλεκτρικά και αρχιτεκτονικά στοιχεία απαιτούν σχεδιασμό για ισοδύναμες στατικές δυνάμεις και απαιτήσεις σχετικής μετατόπισης. Η κατηγορία αντισεισμικού σχεδιασμού ταιριάζει συνήθως με τη δομή στήριξης, με ειδικές εκτιμήσεις όταν οι μη κατασκευαστικές κατασκευές αποτελούν λιγότερο από το 25% του συνδυασμένου βάρους.

Κρίσιμες εγκαταστάσεις όπως τα εργοστάσια LNG απαιτούν ανεξάρτητη αναθεώρηση σχεδιασμού από ειδικούς σεισμών, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης φάσματος ειδικών για τον ιστότοπο, της μη γραμμικής συμπεριφοράς υπό κυκλική φόρτιση και της επαλήθευσης της απόδοσης των εξαρτημάτων. Πρόσθετα μέτρα αντιμετωπίζουν την ανατάραξη υγρών, την ευελιξία σύνδεσης και την προσαρμογή μετατόπισης.