เล่มที่ XVIII: แผ่นดินไหวโหลดภาชนะรับความดัน (2023)

ASME ภาชนะรับความดัน

ขอบเขตของการนำเสนอนี้คือการนำเสนอข้อมูลพื้นฐานและความเข้าใจเกี่ยวกับรหัส ASME สำหรับการออกแบบภาชนะรับความดันสำหรับอุตสาหกรรมเคมีและกระบวนการที่เกี่ยวข้องในสหรัฐอเมริกาและส่วนใหญ่ของอเมริกาเหนือและใต้ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเราสินค้า,จานหนัก&การผลิตที่กำหนดเองบริการหรือความสามารถในการประดิษฐ์ติดต่อเราวันนี้!

แผ่นดินไหวบนเรือแรงดัน

แรงแผ่นดินไหวบนเรือเป็นผลจากการเคลื่อนที่แบบสั่นสะเทือนอย่างกะทันหันของพื้นดินที่รองรับเรือ และการตอบสนองต่อการเคลื่อนที่ของเรือ ปัจจัยหลักที่ทำให้ภาชนะรับความดันเสียหายคือความรุนแรงและระยะเวลาของการเคลื่อนที่ของแผ่นดินไหว แรงและความเค้นในภาชนะความดันระหว่างเกิดแผ่นดินไหวนั้นเกิดขึ้นชั่วคราว มีพลวัตและซับซ้อน เพื่อลดความซับซ้อนของขั้นตอนการออกแบบ ส่วนประกอบแนวตั้งของแผ่นดินไหวจึงถูกละเลย และส่วนประกอบในแนวนอนจะถูกลดแรงสถิตให้เท่ากัน

การออกแบบต้านทานแผ่นดินไหวเป็นส่วนใหญ่เชิงประจักษ์ โดยอ้างอิงจากค่าสัมประสิทธิ์แผ่นดินไหวที่ได้มาจากประสิทธิภาพของโครงสร้างที่เคยเกิดแผ่นดินไหวรุนแรงในอดีต ข้อกำหนดพื้นฐานที่กำหนดไว้ในรหัสอาคารของสหรัฐอเมริกา (ANSI A58.1 ซึ่งขณะนี้ได้รับการดัดแปลงเป็น ASCE 7 Code และ Uniform Building Code) คือโครงสร้างในเขตเสี่ยงต่อแผ่นดินไหวต้องได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อแรงเฉือนในแนวราบขั้นต่ำที่กำหนด ณ ฐานในทิศทางใดก็ได้ หลังจากกำหนดค่าต่ำสุดให้กับแรงเฉือนฐานตามประสบการณ์ที่ผ่านมา ปัญหาที่เกิดขึ้นคือจะแก้ไขแรงเฉือนนี้ให้เป็นแรงสถิตที่สมมูลกันตลอดความสูงของเรือได้อย่างไร เพื่อกำหนดแรงเฉือนและโมเมนต์ดัดในโครงสร้างที่แตกต่างกัน ระดับความสูงตลอดจนช่วงเวลาพลิกคว่ำที่ฐาน ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับการตอบสนองไดนามิกของโครงสร้างเป็นส่วนใหญ่ ซึ่งอาจสันนิษฐานได้ว่าเป็นแบบแข็งหรือแบบยืดหยุ่น สำหรับวัตถุประสงค์ในการออกแบบ สันนิษฐานว่าภาชนะรับความดันได้รับการแก้ไขที่ด้านบนของฐานราก ไม่มีข้อกำหนดสำหรับผลกระทบใด ๆ ของปฏิกิริยาระหว่างโครงสร้างดิน

การออกแบบแผ่นดินไหวของเรือทรงกระบอกแข็ง

ภาชนะรับความดันและฐานรากจะถือว่าแข็ง และความเร่งตามแนวนอนของแผ่นดินไหวที่สมมติขึ้นของพื้นดิน a จะถูกส่งโดยตรงไปยังภาชนะ คำว่าแข็งในที่นี้ใช้ในแง่ของการไม่มีการเสียรูป

แต่ละส่วนของเรือจะถูกกระทำโดยแรงเฉื่อยในแนวนอนเท่ากับมวลและคูณด้วยความเร่งในแนวนอน a ของการเคลื่อนที่ของแผ่นดินไหว

แรงในแนวนอนจะกระทำที่จุดศูนย์ถ่วงของส่วน โมเมนต์พลิกคว่ำที่ระดับความสูงโดยพลการจะเท่ากับ ΔP คูณระยะทางของจุดศูนย์ถ่วงของส่วนเรือเหนือระนาบส่วน (ดูรูปที่ 1) ค่า Pe ที่เป็นผลลัพธ์จะถือว่ากระทำที่จุดศูนย์ถ่วงของเรือทั้งหมดและกำหนดโดยสมการ

ที่ไหน

• g = ความเร่งโน้มถ่วง
• W = น้ำหนักของภาชนะขณะเกิดแผ่นดินไหว
• C = a/g ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์แผ่นดินไหวเชิงประจักษ์ ขึ้นอยู่กับเขตแผ่นดินไหวที่เรือตั้งอยู่

ค่าปกติของ c แสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1:ค่าสัมประสิทธิ์ค

โมเมนต์พลิกคว่ำที่ฐาน Mb เท่ากับ Pe คูณความสูง h ของจุดศูนย์ถ่วงของเรือเหนือฐานเรือ:

แนวทางโครงสร้างแข็งอย่างง่ายถูกนำมาใช้ในรหัสอาคารยุคแรก สำหรับเรือบรรทุกหนักขนาดสั้นหรือดรัมแนวนอนบนฐานรองรับ 2 ข้าง ขั้นตอนการออกแบบนี้ใช้งานง่ายและน่าจะสมเหตุสมผล อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถนำไปใช้อย่างสมเหตุสมผลกับคอลัมน์กระบวนการที่สูงและเรียวได้ โดยไม่คำนึงถึงคุณสมบัติไดนามิกของคอลัมน์เหล่านั้น

การออกแบบแผ่นดินไหวของเรือทรงกระบอกสูงที่ยืดหยุ่นได้

การเปลี่ยนแปลงที่ไม่อยู่กับร่องกับรอยอย่างกะทันหันระหว่างเกิดแผ่นดินไหวของฐานรากใต้ภาชนะทรงกระบอกสูงที่ยืดหยุ่นได้เมื่อเทียบกับจุดศูนย์ถ่วงทำให้เรือโก่งตัว เนื่องจากความเฉื่อยของมวลภาชนะยับยั้งไม่ให้เรือเคลื่อนที่ไปพร้อม ๆ กับฐานราก การสั่นสะเทือนที่เริ่มต้นจากการโก่งตัวแบบยืดหยุ่นที่เหนี่ยวนำจะค่อยๆ ลดลงโดยการทำให้หมาดๆ หรือการหดตัวบางส่วนในภาชนะ

จากประสบการณ์และการศึกษาทางทฤษฎี เป็นที่ทราบกันว่าเรือที่มีการสั่นสะเทือนช่วงแรก T นานกว่าและการหน่วงที่สูงกว่าจะได้รับความเสียหายโดยรวมน้อยกว่าเรือที่มี T สั้นกว่าและมีความสามารถในการหน่วงน้อยกว่า โดยมีเงื่อนไขว่ามีความแข็งแรงในการทนต่อ การโก่งตัวอย่างต่อเนื่อง

เรือที่เพรียวสูงแสดงถึงระบบการกระจายขององศาอิสระหลายระดับ และจะตื่นเต้นไปกับการเคลื่อนที่แบบสั่นตามขวาง ซึ่งประกอบด้วยเส้นโค้งการโก่งตัวค่อนข้างง่ายที่เรียกว่าโหมด โดยมีพื้นฐานแรกที่โดดเด่นที่สุด แต่ละโหมดมีช่วงเวลาการสั่นสะเทือนที่ไม่ซ้ำกัน สามโหมดแรกสำหรับคานคานที่มีหน้าตัดและน้ำหนักสม่ำเสมอแสดงในรูปที่ 2 เนื่องจากเรือจะพยายามสั่นสะเทือนด้วยความถี่ธรรมชาติผสมกัน โดยมีความถี่แรกเด่น การเคลื่อนที่ที่เกิดขึ้นจึงซับซ้อนและถูกกำหนดโดยการวางซ้อน .

สำหรับวัตถุประสงค์ในการออกแบบในทางปฏิบัติ รหัสอาคารกำหนดให้โครงสร้างที่ตั้งอิสระทั้งหมดในเขตแผ่นดินไหวต้องออกแบบและสร้างให้ทนต่อแรงด้านข้างขั้นต่ำ V ที่กระทำที่ฐานในทิศทางแนวนอนใดๆ และเท่ากับผลคูณของน้ำหนักและค่าสัมประสิทธิ์เชิงประจักษ์:

V = ZKCW

ที่ไหน,

• W = น้ำหนักการทำงานปกติที่น่าจะมีอยู่ ณ เวลาที่อาจเกิดแผ่นดินไหวในอนาคต
• Z = ปัจจัยโซนแผ่นดินไหว ค่าสัมประสิทธิ์เชิงตัวเลขขึ้นอยู่กับโซนแผ่นดินไหวที่โครงสร้างตั้งอยู่และหาได้จากแผนที่โซนแผ่นดินไหว ในสหรัฐอเมริกา สำหรับที่ตั้งในโซน 1 Z = 0.25; โซน 2, Z = 0.50; โซน 3, Z = 1
• K = ค่าสัมประสิทธิ์ของโครงสร้าง ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์เชิงตัวเลขที่เกี่ยวข้องกับความต้านทานตามธรรมชาติของประเภทโครงสร้างต่อแรงแผ่นดินไหวแบบไดนามิก K ขึ้นอยู่กับบันทึกประสิทธิภาพแผ่นดินไหวของประเภทของโครงสร้าง สำหรับภาชนะทรงกระบอกที่รองรับที่ฐาน ค่า K จะถือเป็น 2; สำหรับโครงสร้างอื่น K อาจแตกต่างกันตั้งแต่ 0.67 ถึง 3.00
• C = ปัจจัยความยืดหยุ่น ซึ่งเป็นค่าสัมประสิทธิ์เชิงตัวเลขที่ขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นของภาชนะและกำหนดโดยสมการ C = 0.05/T1/3 โดยที่ T คือระยะเวลาพื้นฐานของการสั่นสะเทือนของภาชนะ มีหน่วยเป็นวินาทีในทิศทางที่พิจารณา สำหรับ T < 0.12s ปัจจัย C มักจะใช้เป็น 0.10; ไม่จำเป็นต้องมีความแม่นยำอย่างมากของ T ในการคำนวณค่าสัมประสิทธิ์ C ในสมการข้างต้น เนื่องจาก C เป็นสัดส่วนผกผันกับรากที่สามของ T และด้วยเหตุนี้จึงไม่เปลี่ยนแปลงอย่างประเมินค่าได้ด้วยการแปรผันเล็กน้อยของ T

รหัสอาคารกำหนดการกระจายของแรงเฉือนฐาน V เหนือความสูงของโครงสร้างตามสมการการกระจายรูปสามเหลี่ยม

ที่ไหน

• Ft = 0.004 V(hn/Ds)2 ≤ 0.15V คือส่วนหนึ่งของ V ที่สันนิษฐานว่าเข้มข้นที่ระดับบนสุด hn ของโครงสร้างเพื่อประมาณค่าอิทธิพลของโหมดที่สูงขึ้น สำหรับอาคารส่วนใหญ่ Ft = 0.15V เนื่องจาก hn/Ds > 6.12;
• Fi,Fx = แรงด้านข้างที่ระดับ hi,hx ตามลำดับ;
• wi,wx= ส่วนของ W ซึ่งอยู่ที่หรือถูกกำหนดให้เป็นระดับ i, x ตามลำดับ;
• Ds = เส้นผ่านศูนย์กลางแปลนของเรือ

สำหรับการตรวจสอบ แรงเฉือนด้านข้างทั้งหมดที่ฐานคือ:

แรงที่กระทำด้านข้างในทิศทางใดๆ ต่อรยางค์ใดๆ ที่เชื่อมต่อกับเรือ si ที่กำหนดโดยสมการ

โดยที่ Wp คือน้ำหนักของส่วนต่อท้ายและค่า Cp เท่ากับ 0.2 ใช้ Force Fp ที่จุดศูนย์ถ่วงของอุปกรณ์ที่ต่ออยู่

เนื่องจากการตอบสนองโมดอลที่สูงขึ้นมีส่วนอย่างมากต่อแรงเฉือนพื้นฐานเท่านั้น แต่ไม่ส่งผลต่อโมเมนต์พลิกกลับ โมเมนต์ฐาน Mb และโมเมนต์ Mx ที่ระดับ hx เหนือฐานสามารถลดลงได้โดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์การลด J และ Jx และถูกกำหนดโดย สมการต่อไปนี้:

สำหรับโครงสร้างที่มวลรวมส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ที่ระดับเดียว และ/หรือดูเหมือนว่าสมเหตุสมผลที่จะคาดว่าโครงสร้างจะสั่นเป็นหลักในโหมดพื้นฐาน ขอแนะนำให้ใช้ J = 1.0

ตัวอย่าง:

คำนวณแรงแผ่นดินไหวและโมเมนต์ที่กระทำต่อคอลัมน์กระบวนการแนวตั้งทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสองขนาด ดังแสดงในรูปที่ 3

ในการพิจารณาการกระจายภาระแผ่นดินไหวบนเรือที่มีความเข้มข้นของมวลแปรผัน หรือบนเรือที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่สองเส้นผ่านศูนย์กลางขึ้นไป โดยปกติเรือทั้งลำจะถูกแบ่งออกเป็น n ส่วน โดยปกติจะต้องไม่เกิน 10 ส่วน จำนวนที่แน่นอนขึ้นอยู่กับการกระจายน้ำหนัก น้ำหนักของแต่ละส่วน wi จะถือว่ามีความเข้มข้นที่จุดศูนย์ถ่วงของแต่ละส่วน และโหลดแผ่นดินไหว Fi และช่วงเวลาที่คำนวณ Mx

จากรูปที่ 3 แรงด้านข้างทั้งหมดที่ฐาน V เท่ากับ

V = ZKCW = 1 X 2 X 0.05 X 85 = 8.5 กีบ

• โดยที่ K = 2
• W = 85 กีบ รวมเปลือกเหล็ก ถาด ของเหลวสำหรับใช้งาน ฉนวน ฯลฯ
• Z = 1 สำหรับโซน 3
• C = 0.05/ T1/3 = 0.05/ 11/3 = 0.05

ในการคำนวณ T ดูเหมือนจะเป็นแบบอนุรักษ์นิยมที่จะถือว่าช่วงเวลา T สำหรับคอลัมน์ 5 ฟุต id x สูง 100 ฟุตที่มีการกระจายน้ำหนักอย่างสม่ำเสมอ w = W/H จะสั้นกว่าช่วงของคอลัมน์ step down ในรูปที่ 3 ใช้สูตรสำหรับคานเท้าแขนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสม่ำเสมอ

การออกแบบตามขวางเฉือน Vx ที่ระดับความสูง hx เท่ากับผลรวมของแรงด้านข้างทั้งหมด Fi ที่อยู่เหนือส่วนยกระดับ hx ใช้ J = 1.0 โมเมนต์ที่เพิ่มขึ้นในระนาบเฉพาะส่วนคือ

แหล่งที่มา:

1. เบดนาร์, เฮนรี เอช., คู่มือการออกแบบภาชนะรับความดัน

โปรดทราบว่าบทความข้างต้นนำมาจากคู่มือของเบดนาร์ ผู้อ่านควรดูคู่มือนี้สำหรับข้อมูลเบื้องหลังเพิ่มเติม โดยเฉพาะส่วนที่ 4.7 สำหรับขั้นตอนที่ใช้ในการคำนวณระยะเวลาพื้นฐานของการสั่นสะเทือนของคอลัมน์กระบวนการที่สูง เรียว และพยุงตัวเองได้

การวิเคราะห์ภาระแผ่นดินไหวบนภาชนะรับความดันได้รับการพิจารณาโดยผู้เขียนและสิ่งพิมพ์อื่น ๆ ผู้อ่านควรอ้างอิงถึงพวกเขา (ดูด้านล่าง) สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

1. Farr, James R. และ Jawad, Maan H., Guidebook for the Design ASME Section VIII Pressure Vessels

2. Megyesy, Eugene F., คู่มือภาชนะรับความดัน

3. Brownell, Lloyd E. และ Edwin H. Young, การออกแบบอุปกรณ์กระบวนการ

4. มหาชาญ ขันติ การออกแบบอุปกรณ์กระบวนการ

สิ่งนี้นำเสนอให้คุณเป็นบริการจาก BOARDMAN, LLC ที่ตั้งอยู่ในโอคลาโฮมาซิตี โอคลาโฮมา

ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2453 บอร์ดแมนเป็นผู้ประกอบแบบคัสตอมที่มีชื่อเสียง เรามีความภาคภูมิใจในความสามารถของเราในการใช้ข้อกำหนดและข้อกำหนดที่เข้มงวดที่สุดเพื่อมอบโซลูชันคุณภาพสูงแก่ลูกค้าของเรา ด้วยประสบการณ์กว่า 75 ปีของ ASME Section VIII, Division I ประสบการณ์ด้านวิศวกรรม เรามีความสามารถพิเศษในการจัดหาโซลูชันแบบกำหนดเองให้กับลูกค้าของเรา

โครงการประดิษฐ์รวม:

• หอคอยและเสาถาด
• ASME ภาชนะรับความดัน
• ตะแกรงโมเลกุล
• เครื่องอบแห้งและเตาเผาแบบโรตารี่
• ถัง API
• ผู้ตั้งถิ่นฐานกรด
• สแต็ค, สครับเบอร์
• ตัวออกซิไดซ์ความร้อน
• สะสม, คอนเดนเซอร์
• เครื่องตกผลึก
• ท่อ
• ถังขยะ
• ท่อเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่

ขนาดของโครงการเหล่านี้มีความยาวสูงสุด 200 ฟุต 350 ตัน เส้นผ่านศูนย์กลาง 16 ฟุต และหนา 4 นิ้ว

BOARDMAN, LLC เปิดให้เข้าชมร้านค้าและคลาสการผลิตภาชนะรับความดันและอุปกรณ์ไฟฟ้าสถิตย์

กรุณาติดต่อ: John W. Smith, P.E. ผู้จัดการฝ่ายวิศวกรรม jsmith@boardmaninc.com 405-601-3367

คลิกที่นี่เพื่อขอใบเสนอราคา