摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值計(jì)算也得到了越來越廣泛的應(yīng)用;尤其在設(shè)計(jì)和研究人看來，數(shù)值計(jì)算已經(jīng)成為了他們不可或缺的工具之一，利用它，可以明顯的縮短設(shè)計(jì)的時(shí)間和降低設(shè)計(jì)和研究的成本。在脫硫塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于它的荷載形式和結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，常規(guī)計(jì)算已經(jīng)無法達(dá)到其要求。因此，將數(shù)值計(jì)算應(yīng)用到脫硫吸收塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)其的設(shè)計(jì)目標(biāo)。其結(jié)果表明，效果顯著。

關(guān)鍵詞:脫硫吸收塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)值計(jì)算 應(yīng)用

中圖分類號(hào):TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098x(2012)07(a)-0133-01

在我國(guó)，隨著科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的人開始思考環(huán)境問題，煙氣脫硫是降低煤燃燒所產(chǎn)生的主要污染物二氧化硫含量的一種技術(shù)。吸收塔是煙氣脫硫工藝的主要設(shè)備，其結(jié)構(gòu)主要以大型薄壁殼體鋼組成。在其內(nèi)設(shè)置了各種支撐梁和管道，塔體開設(shè)了人孔門、煙氣進(jìn)口和管道洞孔等，整個(gè)體系的結(jié)構(gòu)形式比較復(fù)雜。而且受到多種工藝荷載，受力情況比較復(fù)雜。普通的計(jì)算很難得出吸收塔體系的變形情況和應(yīng)力分布情況，而使用數(shù)值計(jì)算方法便能很好的解決這一問題。

1 建立有限元模型

1.1 如何選擇單元

有限元分析的一個(gè)重要步驟就是選擇正確的單元類型，這對(duì)有限元模型能否真實(shí)的反應(yīng)實(shí)際受力狀態(tài)和結(jié)構(gòu)有重要的影響。

脫硫工程中的吸收塔由薄壁鋼構(gòu)成的，在其的開口設(shè)置有縱向加勁肋和環(huán)向加固肋，并且設(shè)有內(nèi)部拉桿于變徑兩端。對(duì)于不同的構(gòu)件應(yīng)當(dāng)選擇合適的單元進(jìn)行模擬。

1.1.1 選擇加勁肋

因?yàn)槲账诤图觿爬呤呛附咏Y(jié)構(gòu)，內(nèi)壁傳來的自重和荷載由它們共同承擔(dān)，其承受的荷載類型有:剪力、軸力和彎矩;它的特點(diǎn)有:(1)具有載面信息;(2)擁有傳遞軸力、剪力和彎矩的能力;(3)具有轉(zhuǎn)動(dòng)能力和空間位移能力。

1.1.2 選擇吸收塔壁

吸收塔主要承受:內(nèi)壁壓力和自重等荷載，其受力比較復(fù)雜，同時(shí)還承受軸力、剪力和彎矩;其特點(diǎn)有:(1)能考慮應(yīng)力強(qiáng)化和大變形因素;(2)擁有傳遞軸力剪力和彎矩的能力;(3)具有轉(zhuǎn)動(dòng)能力和空間位移能力。

1.2 分網(wǎng)的原

在對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分的時(shí)候，必須保證精確度準(zhǔn)確的情況下盡量減少單元數(shù)，以減少機(jī)時(shí)，提高計(jì)算速度。使梁和殼單元節(jié)點(diǎn)間的間距盡量相符，這樣充分體現(xiàn)了加勁肋的作用。在應(yīng)力集中和應(yīng)力處采用比較密的網(wǎng)格，以增加計(jì)算精度等原則。

依據(jù)網(wǎng)格剖分原則，在劃分網(wǎng)格時(shí)，將殼單元構(gòu)建的面板和梁?jiǎn)卧獦?gòu)建的加勁肋分開劃分網(wǎng)格。同時(shí)兩者采用尺寸相同的網(wǎng)格。采用較密的網(wǎng)格于應(yīng)力之中處。

1.3 建立相關(guān)的計(jì)算模型

建模時(shí)，由于此設(shè)備所承受荷載具有不對(duì)稱性，所以，采用整體建模。建模過程中，從幾何模型至有限元模型的通常步驟是:幾何模型的建立、單元類型的定義、材料和實(shí)常數(shù)的屬性、單元的劃分。

2 相關(guān)數(shù)值的運(yùn)算

2.1 計(jì)算的方案

本設(shè)備主要承受外壓或內(nèi)壓、設(shè)備自重、風(fēng)載荷、設(shè)備底部液體靜壓力、地震載荷等載荷作用。假設(shè)地震載荷和風(fēng)載荷的作用方向相同，設(shè)計(jì)的結(jié)果就會(huì)偏于保守?？紤]到地震載荷設(shè)備自重和風(fēng)載荷的作用方向及操作壓力的組合，本文對(duì)沒有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的塔設(shè)備分為幾種工況對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的分析和計(jì)算，其目的在于確定設(shè)備的最危險(xiǎn)工況，同時(shí)分析該設(shè)備的應(yīng)力和變形分布情況;并于此的基礎(chǔ)上，在設(shè)備的大開孔部位采取加強(qiáng)措施，重新進(jìn)行危險(xiǎn)工況下設(shè)備的建模計(jì)算。

吸收塔相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)為:焊接接頭系數(shù)為:0.7;鋼板負(fù)偏差為:0.8mm;所在地區(qū)場(chǎng)地土類型為:Ⅱ類;扶梯平臺(tái)每平方米質(zhì)量為:150kg/m2;所在地區(qū)地震烈度為:7級(jí);所在地區(qū)地震類型為:遠(yuǎn)震;介質(zhì)為:含硫煙氣;所在地區(qū)基本風(fēng)壓為:700N/m2;設(shè)計(jì)壓力位:-0.09～3.6kPa;設(shè)計(jì)溫度為:120℃等。

2.2 建立模型

在建立模型的時(shí)候，考慮到本設(shè)備不對(duì)稱的載荷承受，所以，選擇整體建模。在進(jìn)行分網(wǎng)的時(shí)候采用ANSYS三維八節(jié)點(diǎn)等參單元對(duì)模型進(jìn)行分網(wǎng)，而結(jié)構(gòu)不連續(xù)部位和不規(guī)則部分則進(jìn)行網(wǎng)格加密處理。將整個(gè)設(shè)備分為5個(gè)段，按照垂直慣性力處理設(shè)備的自重;根據(jù)設(shè)備分段情況處理風(fēng)載荷，將處于不同高度的風(fēng)壓，按照面載荷施加到設(shè)備與之相對(duì)應(yīng)段的迎風(fēng)面上去。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行不同段的地震載荷計(jì)算，同時(shí)按照集中力平均分配到節(jié)點(diǎn)上，其方向與風(fēng)載荷方向相同。設(shè)備下筒體高度為9.63m，其受到密度為1131kg/m3的石灰漿靜壓力的作用，按有梯度的內(nèi)壓作用于筒體內(nèi)表面。設(shè)備操作壓力按外壓或內(nèi)壓分別作用于筒體外表面或內(nèi)表面，噴淋層和除霧器重量平均分配至設(shè)備內(nèi)表面與之相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上，其位移邊界條件為設(shè)備地面固定約束。

2.3 結(jié)果的計(jì)算和分析

2.3.1 確定最不利的情況

吸收塔中的各種情況下的計(jì)算，都是在ANSYS靜力計(jì)算的模塊中完成的。根據(jù)計(jì)算出的三種Mises應(yīng)力，判斷最不利的情況。

2.3.2 塔壁分析

吸收塔壁分段變化，其最大的變形在標(biāo)高是0～5.998m之間出現(xiàn)，30.1mm是其最高值。最大應(yīng)力在標(biāo)高是5.998℃13.419m之間出現(xiàn)，9.17×107MPa是其最大值。

2.3.3 進(jìn)口煙道的計(jì)算結(jié)果與分析

進(jìn)口煙道的最大的應(yīng)力出現(xiàn)在塔體和進(jìn)口煙道的交界處。9.17×107MPa是其最大值，比進(jìn)口煙道材料的強(qiáng)度設(shè)定值小。出口上部出現(xiàn)了變形最大值，有5.42mm。

3 相關(guān)脫硫塔分析

(1)在應(yīng)力集中的吸收塔外壁的連接處，應(yīng)當(dāng)將其調(diào)整或者加強(qiáng)其過渡形式。

(2)脫硫吸收塔有限元分析結(jié)果表明，模型除第一部分的應(yīng)力比較大之外，其他部位的變形值和應(yīng)力都是在規(guī)范圍之內(nèi)的，因此，計(jì)算所取的加勁肋的大小和面板的厚度是準(zhǔn)確無誤的。

(3)采用有限元法，對(duì)吸收塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，選擇的單元要正確。

4 結(jié)語

數(shù)值計(jì)算是一種針對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和受力復(fù)雜的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者們進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)的工具。它在脫硫吸收塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中的應(yīng)用充分的表明了其的利用價(jià)值。

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