脫硫吸收塔結構設計數值計算應用分析

摘 要:隨著科學技術的發展，數值計算也得到了越來越廣泛的應用;尤其在設計和研究人看來，數值計算已經成為了他們不可或缺的工具之一，利用它，可以明顯的縮短設計的時間和降低設計和研究的成本。在脫硫塔的結構設計中，由于它的荷載形式和結構都很復雜，常規計算已經無法達到其要求。因此，將數值計算應用到脫硫吸收塔的結構設計得以實現其的設計目標。其結果表明，效果顯著。

關鍵詞:脫硫吸收塔結構設計 數值計算 應用

中圖分類號:TU318文獻標識碼:A文章編號:1674-098x(2012)07(a)-0133-01

在我國，隨著科學、經濟的快速發展，越來越多的人開始思考環境問題，煙氣脫硫是降低煤燃燒所產生的主要污染物二氧化硫含量的一種技術。吸收塔是煙氣脫硫工藝的主要設備，其結構主要以大型薄壁殼體鋼組成。在其內設置了各種支撐梁和管道，塔體開設了人孔門、煙氣進口和管道洞孔等，整個體系的結構形式比較復雜。而且受到多種工藝荷載，受力情況比較復雜。普通的計算很難得出吸收塔體系的變形情況和應力分布情況，而使用數值計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

有限元分析的一個重要步驟就是選擇正確的單元類型，這對有限元模型能否真實的反應實際受力狀態和結構有重要的影響。

脫硫工程中的吸收塔由薄壁鋼構成的，在其的開口設置有縱向加勁肋和環向加固肋，并且設有內部拉桿于變徑兩端。對于不同的構件應當選擇合適的單元進行模擬。

1.1.1 選擇加勁肋

因為吸收塔壁和加勁肋是焊接結構，內壁傳來的自重和荷載由它們共同承擔，其承受的荷載類型有:剪力、軸力和彎矩;它的特點有:(1)具有載面信息;(2)擁有傳遞軸力、剪力和彎矩的能力;(3)具有轉動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:內壁壓力和自重等荷載，其受力比較復雜，同時還承受軸力、剪力和彎矩;其特點有:(1)能考慮應力強化和大變形因素;(2)擁有傳遞軸力剪力和彎矩的能力;(3)具有轉動能力和空間位移能力。

1.2 分網的原

在對模型進行網格剖分的時候，必須保證精確度準確的情況下盡量減少單元數，以減少機時，提高計算速度。使梁和殼單元節點間的間距盡量相符，這樣充分體現了加勁肋的作用。在應力集中和應力處采用比較密的網格，以增加計算精度等原則。

依據網格剖分原則，在劃分網格時，將殼單元構建的面板和梁單元構建的加勁肋分開劃分網格。同時兩者采用尺寸相同的網格。采用較密的網格于應力之中處。

1.3 建立相關的計算模型

建模時，由于此設備所承受荷載具有不對稱性，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、材料和實常數的屬性、單元的劃分。

2 相關數值的運算

2.1 計算的方案

本設備主要承受外壓或內壓、設備自重、風載荷、設備底部液體靜壓力、地震載荷等載荷作用。假設地震載荷和風載荷的作用方向相同，設計的結果就會偏于保守。考慮到地震載荷設備自重和風載荷的作用方向及操作壓力的組合，本文對沒有加強結構的塔設備分為幾種工況對其進行相應的分析和計算，其目的在于確定設備的最危險工況，同時分析該設備的應力和變形分布情況;并于此的基礎上，在設備的大開孔部位采取加強措施，重新進行危險工況下設備的建模計算。

吸收塔相關的設計參數為:焊接接頭系數為:0.7;鋼板負偏差為:0.8mm;所在地區場地土類型為:Ⅱ類;扶梯平臺每平方米質量為:150kg/m2;所在地區地震烈度為:7級;所在地區地震類型為:遠震;介質為:含硫煙氣;所在地區基本風壓為:700N/m2;設計壓力位:-0.09～3.6kPa;設計溫度為:120℃等。

2.2 建立模型

在建立模型的時候，考慮到本設備不對稱的載荷承受，所以，選擇整體建模。在進行分網的時候采用ANSYS三維八節點等參單元對模型進行分網，而結構不連續部位和不規則部分則進行網格加密處理。將整個設備分為5個段，按照垂直慣性力處理設備的自重;根據設備分段情況處理風載荷，將處于不同高度的風壓，按照面載荷施加到設備與之相對應段的迎風面上去。依據相關文獻進行不同段的地震載荷計算，同時按照集中力平均分配到節點上，其方向與風載荷方向相同。設備下筒體高度為9.63m，其受到密度為1131kg/m3的石灰漿靜壓力的作用，按有梯度的內壓作用于筒體內表面。設備操作壓力按外壓或內壓分別作用于筒體外表面或內表面，噴淋層和除霧器重量平均分配至設備內表面與之相對應的節點上，其位移邊界條件為設備地面固定約束。

2.3 結果的計算和分析

2.3.1 確定最不利的情況

吸收塔中的各種情況下的計算，都是在ANSYS靜力計算的模塊中完成的。根據計算出的三種Mises應力，判斷最不利的情況。

2.3.2 塔壁分析

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

2.3.3 進口煙道的計算結果與分析

進口煙道的最大的應力出現在塔體和進口煙道的交界處。9.17×107MPa是其最大值，比進口煙道材料的強度設定值小。出口上部出現了變形最大值，有5.42mm。

3 相關脫硫塔分析

(1)在應力集中的吸收塔外壁的連接處，應當將其調整或者加強其過渡形式。

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

(3)采用有限元法，對吸收塔結構進行分析時，選擇的單元要正確。

4 結語

數值計算是一種針對結構復雜和受力復雜的設計中，設計者們進行研究和設計的工具。它在脫硫吸收塔結構的設計中的應用充分的表明了其的利用價值。

參考文獻

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