Kluczowe Czynniki w Projektowaniu Sejsmicznym dla Obiektów Przemysłowych

W regionach narażonych na częste trzęsienia ziemi, zapewnienie bezpiecznego i stabilnego funkcjonowania obiektów przemysłowych stało się kluczowym wyzwaniem. Projektowanie odporności sejsmicznej wyłoniło się jako niezbędny element nowoczesnych projektów inżynieryjnych. Niniejszy artykuł omawia kluczowe elementy konstrukcji odpornej na trzęsienia ziemi dla infrastruktury przemysłowej, koncentrując się na systemach ograniczających sejsmicznie, sprzęcie do izolacji drgań oraz środkach ochronnych dla rurociągów i maszyn.

W kanadyjskiej elektrowni jądrowej urządzenia ograniczające sejsmicznie zostały zainstalowane na rurach zasilających, mocując je do powierzchni zbiornika osłonowego kalandrii pod powierzchnią reaktora. Te zespoły wałów gwintowanych, sklasyfikowane jako konstrukcje wsporcze zgodnie z zasadami projektowania ASME B&PV Code NF, ograniczają ruch zasilaczy podczas zdarzeń sejsmicznych, aby zmniejszyć obciążenia wywołane trzęsieniem ziemi. Obróbka „zimnej sprężyny” po instalacji zapewnia optymalną wydajność podczas rzeczywistych trzęsień ziemi.

Sprzęt z izolacją drgań w strefach o wysokiej aktywności sejsmicznej wymaga specjalistycznych systemów ograniczających, które nie pogarszają wydajności izolacji. Podczas gdy niektóre izolatory integrują możliwości ograniczające, większość wymaga oddzielnych trójwymiarowych systemów ograniczających. Lekki sprzęt zawieszony może wykorzystywać luźne stalowe kable plecione, a wszystkie systemy wymagają przeglądu inżynieryjnego konstrukcji i zgodności z przepisami.

Systemy izolacji sprężynowo-masowej zakładają sztywne podpory, co sprawia, że kluczowe jest zbudowanie wystarczająco sztywnych systemów wsporczych w stosunku do ugięcia izolatora. W przypadku lekkich konstrukcji, takich jak sprzęt montowany na dachu, preferowane są niezależne systemy belek stalowych podparte kolumnami fundamentowymi. W przypadku stosowania podkładów betonowych na cienkich płytach dachowych (mniej niż 4,5 cala), wymiary powinny przekraczać powierzchnię sprzętu o 12 cali, aby skutecznie rozłożyć obciążenia.

Obrotowy sprzęt o znacznej masie lub wysokim momencie rozruchowym korzysta z betonowych baz inercyjnych podpartych izolatorami sprężynowymi. Chociaż nie poprawiają one efektywności izolacji, bazy te zmniejszają przemieszczenia od sił napędowych i stabilizują wysoki sprzęt. Typowe podstawy pomp ważą 2-3 razy więcej niż obsługiwany sprzęt, podczas gdy niezbalansowane sprężarki mogą wymagać 5-7 razy więcej niż ich waga.

Rury przenoszą hałas i wibracje z ruchu płynu i podłączonego sprzętu. Kluczowe środki izolacyjne obejmują:

• Izolację pierwszych trzech punktów podparcia (około 50 stóp dla dużych rur)
• Użycie elastycznych złączy do rur o średnicy powyżej 5 cali
• Dostosowanie do rozszerzalności cieplnej w rurach pionowych i długich rurach
• W systemach wysokociśnieniowych tłumiki impulsów z pęcherzami wypełnionymi gazem pomagają rozpraszać wibracje przenoszone przez płyn.

Wysokociśnieniowe kanały (≥4 cale ciśnienia statycznego wody) wymagają izolacji na 30 stóp od wentylatorów, podpartej wieszakami sprężynowymi z minimalnym ugięciem 3/4 cala. Wrażliwe lokalizacje, takie jak studia, wymagają izolacji dopasowanej do podłączonego sprzętu dla pierwszych trzech podpór, ze zmniejszonymi wymaganiami poza tymi punktami.

Utrzymanie parametrów akustycznych wymaga starannego uszczelnienia wokół penetracji rur. Otwory powinny przekraczać średnicę rury o 1 cal, wypełnione izolacją lub ogniochronem i uszczelnione. Różne metody uszczelniania mają zastosowanie do konstrukcji betonowych i drewnianych, a komercyjne tuleje rurowe są dostępne dla standaryzowanych rozwiązań.

Sztywne przewody elektryczne do izolowanego sprzętu muszą zawierać elastyczne sekcje z wystarczającym luzem, aby tworzyć pętle 360°, zapobiegając przenoszeniu wibracji przez ścieżki elektryczne.

Zdarzenia sejsmiczne, spowodowane nagłymi ruchami skorupy ziemskiej, mogą w ciągu kilku sekund generować niszczycielskie obciążenia. Nowoczesne przepisy wymagają, aby konstrukcje wytrzymywały minimalne obciążenia boczne (V), uwzględniając odpowiedź nieliniową, redundancję systemu i ciągliwość. Przy około 300 000 trzęsień ziemi rocznie na całym świecie, odpowiednie projektowanie jest niezbędne dla obiektów w aktywnych strefach.

Elementy mechaniczne, elektryczne i architektoniczne wymagają zaprojektowania dla równoważnych sił statycznych i względnych wymagań dotyczących przemieszczeń. Kategoria projektowania sejsmicznego zazwyczaj odpowiada konstrukcji wsporczej, ze szczególnym uwzględnieniem sytuacji, gdy konstrukcje niebudowlane stanowią mniej niż 25% łącznej wagi.

Krytyczne obiekty, takie jak zakłady LNG, wymagają niezależnego przeglądu projektu przez specjalistów od sejsmiki, w tym analizy widm specyficznych dla danego miejsca, nieliniowego zachowania pod obciążeniem cyklicznym i weryfikacji wydajności komponentów. Dodatkowe środki dotyczą chlapania cieczy, elastyczności połączeń i dostosowania do przemieszczeń.