古城脱硫装置吸收塔有限元风载荷分析

qimingxing

作者：刘鹏章 赵伟民 李永星
摘要：本文叙述了应用ANSYS 软件进行脱硫装置吸收塔风载荷强度分析工作结果，划分了有限元网格模型，确定了基本风压，进行了应力和位移分析。
关键词：风载荷，脱硫，吸收塔，有限元

1 前言

受哈动股份公司环保事业部委托，哈电发电设备国家工程中心进行了古城脱硫装置吸收塔强度分析的工作。我们用PRO/E 软件进行了三维设计，然后转为三维有限元模型，用ANSYS 软件进行了有限元静力和模态分析。确定了吸收塔的形状和壁厚，加固梁的截面尺寸，计算了不同载荷工况下的使用应力和位移，以及风载荷工况下的吸收塔强度和位移。

2 吸收塔设计和模型描述

古城吸收塔设计为塔高33.896 米，反应池直径11.3 米，除雾塔直径11.3 米，进口烟道3.62×8 米，出口烟道4.143×7.5 米。.吸收塔设计使用了四层防风圈及两层立梁,进出口烟道均使用工字钢支架。吸收塔形状见图1、图2 为三维立体图和有限元网格图。有限元模型选用壳单元SHELL63 和梁单元BEAM4，单元数为4715 个，壳单元3910 个，梁单元
805 个。

有限元模型使用柱座标系，X 方向为半径方向，Y 方向为切向，Z 方向为高度方向。座标原点为零点。应力与位移按柱座标系输出。

吸收塔的设计条件为： 设置地区基本风压值q=0.4Kpa,年平均风速2.5 米。地震烈度是7 度。设计工作压力4 Kpa 。工作温度20~40℃。

                               
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图一 PRO/E 吸收塔模型

                               
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图二 吸收塔有限元网格模型

3 载荷工况和边界条件

吸收塔工作条件下，主要受到内压力，塔自重力，反应池的水液柱压力，风载荷等外力的作用，本文选用了风载荷工况进行计算，见表一。风压力根据设计条件取0.4KP,其取值决定于基本风速，基本风速定义为所在地区的开阔平坦地貌条件下，地面以上10m 高度处，100 年重现期的10min 平均年最大风速。河南省基本风压取0.4KP 是可信的[1]。为简化模型，在最大受风面积上塔体半园施加法向压力模拟风压。

边界条件为，在吸收塔底部处有限元模型节点固定，其余载荷均布。

表一 古城吸收塔计算载荷工况

                               
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4 风载荷应力和位移分析

吸收塔的风载荷分析结果列于表二，主要工况为正压和负压，风载荷工况，正压工况一的位移和应力值均很小。负压工况下，工况二的应力和变形较大，在出口烟道顶部最大变形为27.36 毫米,，最大应力部位是出口烟道侧面与锥体相接处。最大风载情况下，最大位移为27.19 毫米，几个载荷工况的最大应力部位相同，正压时高应力区为反应池中下部，当量应力范围为30~60 Mpa。负压时高应力区在出口烟道侧面与锥体相接处，最大应力为86~119 MPa。

表二各载荷工况下的最大位移和应力（膜）

                               
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图三、工况七合成位移 图四、工况七合成应力

                               
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图五、工况八合成位移 图六、工况八合成应力

5 结论

应用ANSYS 程序进行了古城脱硫装置吸收塔的有限元风载荷分析，分析结果表明，由于基本风压相对于工作压力占较小比例，风载荷对吸收塔强度影响不大。

参考文献
[1] 项海帆 陈艾荣，《公路桥梁抗风设计规范》概要及大跨桥梁的抗风对策，中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十四届年会论文集,南京，2000。 (end)