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Sloshing

Eine Fallstudie über eine seismische Isolation für einen Vorratsbehälter für Flüssiggas.

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Das Forschungsprogramm betrifft die Anwendbarkeit der innovativen Anti-seismische Verfahren, wie z. B. seismische Isolation, um Komponenten mit hohem Risiko für betriebstechnisch  Anlagen.

Der Zweck der Forschung beweisen die Lebensfähigkeit der seismischen Techniken werden in Italien entwickelt und im Ausland und ihre Nützlichkeit für Industrieanlagen.

Die Forschung durch die Wahl eines realen Bauteil einer Chemiefabrik und den Vergleich der Risiken in dem Zustand nach dem herkömmlichen seismischen Techniken verfeinert.

Die Studie wird gemeinsam von ANPA, ENEA und der Universität Rom "LaSapienza" durchgeführt und ist in sechs Sparten aufgeteilt Folgenden zusammengefasst:

1 Bezeichnung einer Komponente, die typisch für ein Chemiewerk.

2 Definition der Schwingungsbewegung Design sollte die Stelle, wo die Anlage steht.

3 Analyse der Komponente im Hinblick auf die chemischen und mechanischen Aspekte der Tragwerksplanung in der aktuellen Situation ohne Dämmung gewählt.

4 Auswahl der am besten geeignete Isolation System für die Komponente in Betracht gezogen und ihre detaillierte Gestaltung.

5 Analyse der isolierten Komponente, mit der Evaluierung der Auswirkungen    der Isolation auf Widerstand, auf das Feature, bitte Layout und Kosten.

6 Sammlung von Artikeln für die Verallgemeinerung der Ergebnisse auf andere   Komponenten.

Di erste Phase ist einem Tank für Flüssiggas,Butan, Enichem Priolo Werksgelände geführt.

Es ist ein Stahltank,kugelförmig mit einem Durchmesser von etwa 21 m.

Es ist auf elf hohen zylindrischen Säulen über 12,50 m.Basis.

Das Gesamtgewicht im Fall des leeren Behälters beträgt 315 Tonnen,während im Falle einer Tankfüllung  (80 % ) ist etwa 3315 Tonnen ( Gsamtgewicht 4.143 tonnen ungefähr ).

  • Durchmesser des Tanks                                                      D=  21.165 m.
  • Durchmesser Kreis mit den Zentren der Spalten            Dg=20.512 m.
  • Blechdicke der Schale                                                           Ss=  0,022 m.
  • Entfernung vom Mittelpunkt der Kugel aus Boden           H= 12.870 m.
  • Durchmesser der Säulen                                                      d=  1.0660m.
  • Blechstärke der Spalten                                                        Sc= 0.0095m.
  • Höhe der Säulen                                                                    L =12.500 m.
  • Der Diagonalen Zitat                                                              h =  6.810 m.
  • Raum der Diagonale                                                             Ad=9.62E-4m2

Definition von Massnahmen voraus,dass die Struktur in Frage unterliegt vertikale Belastung durch Gewicht und die Flüssigkeit in ihr enthaltenen und die Wirkung von Erdbeben ist.

Was die vertikale Massnahmen sind drei verschiedene Lastfälle betrachtet im Zusammenhang mit Fälle von leeres Gefäss gefüllt bis 40% und in voller al’80 % .
Unter der Annahme,dass das Gas im Tank ist Butan durch ihre Dichte von 6HN/ m3 gekennzeichnet verflüssigt,an den drei Beladungszustände hat folgende Gewichtswerte:

  • Tank voll al’80 % (Bedingung 1 ):P = 26.520 KN
  • Tank voll al’40 % (Bedingung 2 ):P = 14.810 KN
  • Tank leeren         (Bedingung 3 ):P =    3.100KN

 

Die dritte phase bestand in der Analyse der Schale der Betriebsbedingungen einschliesslich des zufälligen und seismische Aktion.

Das hat seine Modellierung mit Hilfe eines Finite-Element-numerischen Code erforderlich (fig.8 ).

Die Analyse zielt darauf ab ,sowohl die Eigenschaften,dh Eigenfrequenzen und schwingungsformen,dass bei aufeinanderfolgenden Bestimmungen der besten Lösung für die seismische Isolierung verwendet werden zu bestimmen,wird der Spannungszustand in Membering dass dient als Vergleich mit der Lösung zu wählen.

 

Die Ergebnisse der Analyse:

Die erste Eigenfrequenz niedrig ist,etwa gleich 1 Hz,was einer Art der Schwingung wird durch eine Bewegung der fast starren Kugel und einer Verformung an den Pfeilern Konzentriert aus.Sie sind in der Tat sehr flexibel.

Die Berechnung erfolgte unter den Bedingungen der vollen Tank,der auf den Fall der Füllung bis zu 80% von Butangas entspricht durchgeführt.
In dieser erste Studie wurde auch berücksichtigt,wnn ungefähre Weg Spülen (sloshing) der Flüssigkeit.

Wen der Tank leer ist die erste Eigenfrequenz ist rund 2,8 Hz,die maximale Spannung an der Basis der Säulen ist sehr hoch,höher Streckgrenze,unter seinem Gewicht und seismische Belastung durch die ANPA und ENEA wird gemeinsam durch die Bedeutung Faktor 1,4 multipliziert.

PROBLEM SLOSHING
Erstellt wird in einem kugelförmigen Behälter mit Stützen und aufgewachsen auf dem Boden.
Durch eine plötzliche Verschiebung  des schwingenden Flüssiggas,dass im Inneren der Kugel ist die Schaffung einer starken mechanischen Kraft, die die Pfeiler übertragen wird,wodurch die Bruchgefahr und Misserfolg von ihnen,und als Ergebnis eines katastrophalen Unfalls, die übertragen werden können ganze Bereich.


SLOSHING EFFECTS IN SPHERICAL VESSELS AND THEIR SUPPORTS

Die vorliegende Arbeit untersucht die Reaktion eines halb voll sphärischen Druckbehälter (Tank) unter Erdbeben Anregung.
Die flüssigen Bewegung aufgrund der freien Oberfläche in der Regel als "Schwappen" bezeichnet wird, im Detail mit Bezug auf ihren Einfluss auf die Reaktion der tank / Support- System untersucht, in Bezug auf die Basis Querkraft und Kippmoment. Die vorliegende Studie nimmt eine semi-analytischen Lösung von sloshing in Kugelgefäße, und schlägt ein vereinfachtes mechanisches Modell, das Sferische tank Verhalten, einschließlich der Flexibilität seiner unterstützt beschreiben, Zwei Fallstudien aus tatsächlichen industriellen Anwendungen berücksichtigt werden. ln dieser Sferische tank ist die Bedeutung der Einbeziehung sloshing Effekte untersucht.
Darüber hinaus sind die größte Basis Scher-und Kippmoment durch die direkte Analyse eines realen seismischen Ereignisses erhalten mit den entsprechenden Werten aus einer Spektralanalyse Verfahren verglichen.

Tabelle 1: Die Frequenzen der Schwappen in dem kugelförmigen Behälter (R = 1|. Es ist sehr wichtig zu beachten, dass die Eigenwerte der das Abschneiden der Gleichung abhängen und dies wird, da die Funktionen in einer Gleichung verwendet werden, sind nicht gegenseitig orthogonal.

ln Figure 3 die Variation des ersten (Grund') der Frequenz wird in gezeigt Abschneiden hinsichtlich der Größe N {n_N}. Beachten Sie, dass drei Glieder {n = 3} erforderlich, damit ein sehr guter Genauigkeit eingestellt hat.

Die Gesamtkraft F.T. die auf die Flüssigkeits von der tank wird durch die lntegration erhalten Druck auf die Gefäßwand in Richtung der Erregung {etwa x Richtung}' Diese Kraft hat zwei Komponenten, eine impulsive Fw und ein Schwappen Fs: wo Kb ist die Steifigkeit der Beine / Support -System Toning, und X-XG ist die relative Verschiebung des Behälters relativ zum Boden.





Wo Ms ist die Hälfte der flüssigen Masse, und es ist als sloshing Masse bezeichnet.
Es kann gezeigt werden, dass die gesamte Kraft auf einer sloshing Modus basiert eine gute Annäherung an die entsprechende Kraft vorausgesetzt, die komplette Lösung ist. Das Gleichgewicht der Kräfte, die durch Gleichung vorausgesetzte Erfordernisse berücksichtigt werden.

ln dieser Gleichung ist die gesamte horizontale Kraft zu werden durch die elastischen Kräfte der Stützen und somit ins Gleichgewicht gebracht wird, sollte die impulsive Kraft zählen die Masse der Stahltank.

Die Durchführung der entsprechenden lntegration für' die sloshing Teil wie durch die Gleichungen angedeutet, ist die gesamte Kraft leicht enhalten:

Die Reaktion der erhöhten Kugeltanks unter seismischer Belastung ist von besonderer Bedeutung, weil praktische Anwendungen in der petrochemischen lndustrie. Hierbei werden zwei Fallstudien untersucht, ein LNG-Terminal und einem Propylen- Terminal, sowohl in Griechenland.

Die Schnittgrössen ( Basis Scher-und Kippmoment) auf dem Fundament werden unter Verwendung der vereinfachten 2DOF Modell Formulierung und der Bodenbewegung Datensatz aus einer aktuellen griechischen Frdbeben von 1995 Kozani.
Die Basis Resultierenden sind mit den entsprechenden Werten bei der Flüssigkeit schwappte
nicht als Vergleich.

Darüber hinaus eine Spektralanalyse ist nach den allgemeinen Bestimmungen des griechischen Seismic-Code durchgeführt [21], mit der Eigenfrequenzen im Laufe der vorliegenden Arbeit erhalten, und die entsprechenden Schnittgrössen werden auch erhalten.

Wo Mw ist die gesamte flüssige Masse {323wMR}, die eigentlich zu erwarten war, weil in der impulsive Bewegung jeder Flüssigkeit Teilchen folgt die Bewegung des Tanks.Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Standort der oben genannten Kräfte. Da der Druck ist immer senkrecht zur Behälterwand, sind jene Kräfte in der Mitte des Tanks eingesetzt.

Diese Beobachtung gilt für kugelförmige Tanks bis zu einer beliebigen Tiefe {nicht nur halb voll) gefüllt und es ist wichtig, um die entsprechende Kipprnoment der obigen Formulierung und Lösung geht davon aus, dass die Bewegung des Tanks X (t) bekannt ist, erhalten lm Fall eines kugelförmigen Tanks durch ein System von Beinen und X-Klammern, nur die Bodenbewegung XG (tl bekannt ist, während X {t} ist unbekannt und soll berechnet werden unterstützt.

wo Kb die Steifigkeit der Beine / Verstrebungen Support-System ist, und X-XG ist die relative Verschiebung des Tanks mit Bezug auf den Boden.

Basierend auf einer analytischen Reihe Lösung von sloshing in halb voll Kugeltanks, ist es möglich, ein vereinfachtes Modell für die Analyse solcher Tanks unter Erdbeben Anregung zu entwickeln.

Mit dieser einfachen Formulierung wird die seismische Analyse von zweitypischen Gefäßen durchgeführt.

Die Ergebnisse zeigen, dass sloshing einen erheblichen Einfluss auf die Gesamt-Ansprechrate hat, vor allem auf den Werten der Basis Scher-und Kippmoment. Darüber hinaus werden die Ergebnisse aus einer Spektralanalyse mit den Ergebnissen der vorliegenden Analyse verglichen.

Die vorliegende Studie ist von besonderern lnteresse für die petrochemische lndustrie und bietet eine einfache und effektive tool zur Analyse sloshing Effekte in halb voll sphärischen Fl üssigkeits-Lagertanks.
Die Ergebnisse sollen zum besseren Verständnis der sloshing Phänomen und in Richtung sicherer Terminal-Design beitragen.


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