عوامل کلیدی در طراحی لرزه‌ای برای تأسیسات صنعتی

در مناطقی که مستعد زلزله‌های مکرر هستند، اطمینان از عملکرد ایمن و پایدار تأسیسات صنعتی به یک چالش حیاتی تبدیل شده است. طراحی حفاظت لرزه‌ای به عنوان یک جزء ضروری از پروژه‌های مهندسی مدرن ظهور کرده است. این مقاله عناصر کلیدی طراحی مقاوم در برابر زلزله برای زیرساخت‌های صنعتی را بررسی می‌کند و بر سیستم‌های مهار لرزه‌ای، تجهیزات جداسازی ارتعاش و اقدامات حفاظتی برای خطوط لوله و ماشین‌آلات تمرکز دارد.

در یک نیروگاه هسته‌ای کانادا، دستگاه‌های مهار لرزه‌ای بر روی لوله‌های تغذیه نصب شدند و آن‌ها را به سطح مخزن سپر کالاندریای زیر سطح راکتور متصل کردند. این مجموعه‌های شفت رزوه شده، که تحت قوانین طراحی ASME B&PV Code NF به عنوان سازه‌های پشتیبانی طبقه‌بندی می‌شوند، حرکت تغذیه‌کننده‌ها را در طول رویدادهای لرزه‌ای محدود می‌کنند تا بارهای ناشی از زلزله را کاهش دهند. درمان «فنر سرد» پس از نصب، عملکرد بهینه را در طول زلزله‌های واقعی تضمین می‌کند.

تجهیزات با جداسازی ارتعاش در مناطق با لرزه‌خیزی بالا به سیستم‌های مهار تخصصی نیاز دارند که عملکرد جداسازی را به خطر نیندازند. در حالی که برخی از جداکننده‌ها قابلیت‌های مهار را ادغام می‌کنند، اکثر آن‌ها به سیستم‌های مهار سه‌بعدی جداگانه نیاز دارند. تجهیزات معلق سبک ممکن است از کابل‌های فولادی بافته شده شل استفاده کنند و همه سیستم‌ها به بررسی مهندسی سازه و انطباق با کد نیاز دارند.

سیستم‌های جداسازی فنر-جرم فرض می‌کنند که تکیه‌گاه‌ها صلب هستند، که ساخت سیستم‌های پشتیبانی به اندازه کافی سفت را نسبت به انحراف جداکننده ضروری می‌کند. برای سازه‌های سبک وزن مانند تجهیزات نصب شده روی سقف، سیستم‌های تیر فولادی مستقل که توسط ستون‌های فونداسیون پشتیبانی می‌شوند، ترجیح داده می‌شوند. هنگام استفاده از پدهای بتنی روی دال‌های سقف نازک (کمتر از 4.5 اینچ)، ابعاد باید 12 اینچ از ردپای تجهیزات بیشتر باشد تا بارها به طور موثر توزیع شوند.

تجهیزات دوار با جرم قابل توجه یا گشتاور راه‌اندازی بالا از پایه‌های اینرسی بتنی که توسط جداکننده‌های فنری پشتیبانی می‌شوند، بهره می‌برند. این پایه‌ها، در حالی که راندمان جداسازی را بهبود نمی‌بخشند، جابجایی ناشی از نیروهای محرک را کاهش می‌دهند و تجهیزات بلند را تثبیت می‌کنند. پایه‌های پمپ معمولی 2 تا 3 برابر وزن تجهیزات پشتیبانی شده وزن دارند، در حالی که کمپرسورهای نامتعادل ممکن است 5 تا 7 برابر وزن خود نیاز داشته باشند.

لوله‌ها صدا و ارتعاش را از حرکت سیال و تجهیزات متصل منتقل می‌کنند. اقدامات جداسازی حیاتی عبارتند از:

• جداسازی سه نقطه پشتیبانی اول (تقریباً 50 فوت برای لوله‌های بزرگ)
• استفاده از اتصالات انعطاف‌پذیر برای لوله‌های با قطر بیش از 5 اینچ
• تطبیق انبساط حرارتی در رایزرها و لوله‌های بلند
• در سیستم‌های فشار بالا، تضعیف‌کننده‌های پالس با مثانه‌های پر از گاز به پراکندگی ارتعاشات ناشی از سیال کمک می‌کنند.

داکت‌کشی با فشار بالا (≥4 اینچ فشار استاتیک آب) به جداسازی به طول 30 فوت از فن‌ها نیاز دارد که توسط آویزهای فنری با حداقل انحراف 3/4 اینچ پشتیبانی می‌شوند. مکان‌های حساس مانند استودیوها به جداسازی مطابق با تجهیزات متصل برای سه تکیه‌گاه اول نیاز دارند، با الزامات کاهش یافته در فراتر از آن.

حفظ رتبه‌بندی‌های آکوستیک نیازمند آب‌بندی دقیق در اطراف نفوذ لوله است. سوراخ‌ها باید 1 اینچ از قطر لوله بیشتر باشند، با عایق یا ضد حریق پر شده و آب‌بندی شوند. روش‌های آب‌بندی مختلف برای سازه‌های بتنی در مقابل سازه‌های چوبی اعمال می‌شود، با آستین‌های لوله تجاری موجود برای راه‌حل‌های استاندارد شده.

دریچه‌های الکتریکی صلب به تجهیزات جدا شده باید شامل بخش‌های انعطاف‌پذیر با شلی کافی برای تشکیل حلقه‌های 360 درجه باشد و از انتقال ارتعاش از طریق مسیرهای الکتریکی جلوگیری کند.

رویدادهای لرزه‌ای که ناشی از حرکات ناگهانی پوسته زمین هستند، می‌توانند بارهای ویرانگری را در عرض چند ثانیه وارد کنند. کدهای مدرن از سازه‌ها می‌خواهند که در برابر حداقل بارهای جانبی (V) با در نظر گرفتن پاسخ غیرالاستیک، افزونگی سیستم و شکل‌پذیری مقاومت کنند. با تقریباً 300000 زلزله سالانه در سراسر جهان، طراحی مناسب برای تأسیسات در مناطق فعال ضروری است.

اجزای مکانیکی، الکتریکی و معماری نیاز به طراحی برای نیروهای استاتیکی معادل و الزامات جابجایی نسبی دارند. رده طراحی لرزه‌ای معمولاً با سازه پشتیبانی مطابقت دارد، با ملاحظات ویژه زمانی که سازه‌های غیر ساختمانی کمتر از 25٪ از وزن ترکیبی را تشکیل می‌دهند.

تأسیسات حیاتی مانند کارخانه‌های LNG نیاز به بررسی طراحی مستقل توسط متخصصان لرزه‌ای دارند، از جمله تجزیه و تحلیل طیف‌های خاص سایت، رفتار غیرخطی تحت بارگذاری چرخه‌ای و تأیید عملکرد اجزا. اقدامات اضافی به تلاطم مایع، انعطاف‌پذیری اتصال و تطبیق جابجایی می‌پردازند.