某地区6.0级地震使工厂架空管道管架倒塌、管线掉落及错位。过大的管道位移会造成管道焊缝、法兰及螺纹接口泄漏,泄漏的油气污染环境,并引起火灾。
地震发生时,震源会向外辐射两种不同类型的地震波:纵波、横波。其中纵波在地壳中传播速度为5.5~7km/s,它最先向外扩散,使地面上下震动,但破坏性较弱。横波在地壳中的传播速度为3.2~4km/s,在纵波之后到达,它使地面发生前后、左右抖动,破坏性相对较强。横波和纵波在地表相遇后,会激发产生一种叫做面波的混合波,波长大、振幅强,只能沿地表传播。面波就是造成地表及建筑物被强烈破坏的罪魁祸首。
压力管道抗震设计本质上是增加管道系统的刚度,减少不合理管道材料的使用,确保在地震波到达时,管道不因地震荷载的作用而错位或泄漏着火。非埋地管道的抗震设计一般执行SH/T 3039《石油化工非埋地管道抗震设计规范》。设计原则主要包括以下几方面。
①. 抗震设防烈度6度及以上地区,应进行抗震设计。
②. 管道材料宜选用钢制材料,严禁在有毒可燃介质选用填料函补偿器。
③. 自力跨越道路的管道应有防倾倒措施。设防烈度为8度及9度时,应自力跨越道路。
④. 管架上应有防止管道侧向滑落的措施,竖直管道也应有导向措施。
⑤. 管道应进行抗震验算。管道的抗震验算仅考虑水平方向作用,不考虑垂直方向作用,应分别对水平面内两个主轴进行验算。按照压力管道规范,核算偶然荷载(安全阀泄放、水锤、地震、风等视为偶然荷载)与持续荷载(重力、压力、支架反力等称为持续荷载,不包含热胀冷缩荷载)作用下,管道总应力(ASME31.3为纵向应力)之和,也就是考虑偶然荷载和持续荷载共同作用时的一次应力,不超过计算温度下许用应力的1.33倍。地震和风荷载作用不考虑同时发生。抗震验算本身属于压力管道应力分析的静力分析范畴。
在项目初始阶段,要根据项目设计基础资料,确定项目的抗震设防烈度(注意和地震烈度的区别)。平时设计时,管道系统应有一定的刚度,可以通过一定量的限制性支架来实现,例如固定支架和导向支架等。管道抗震设计见《管道应力分析与工程应用》的详细讲述。