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吸收塔是煙氣脫硫工藝中的主體結(jié)構(gòu)，屬于大型的薄壁殼體鋼結(jié)構(gòu)。整個吸收塔由底環(huán)、支座、殼體、加勁肋、入口、出口、各類管嘴接口、各層操作平臺、除霧噴淋裝置、循環(huán)噴淋管裝置等諸多的構(gòu)件通過焊接組成。由于脫硫的過程是一個化學(xué)反應(yīng)過程，而這一切都在吸收塔內(nèi)部完成，因此在反應(yīng)流程過程中會出現(xiàn)不同的壓力和溫度，同時也需要考慮在突發(fā)情況下將出現(xiàn)的各種不利的后果。設(shè)計中所需要考慮的荷載包括：各構(gòu)件自重靜載、各類活荷載、積灰荷載、漿液荷載、管道荷載、風(fēng)荷載、地震荷載、靜水壓力、設(shè)計壓力、操作壓力及停機真空壓力狀態(tài)等多項，各種工況的荷載組合多達(dá)數(shù)十種。同時還要考慮施工狀態(tài)、非工作狀態(tài)和工作狀態(tài)等不同的設(shè)計情況，因此設(shè)計中包括的荷載設(shè)計組合將多達(dá)上百種。設(shè)計人員需要保證吸收塔在不同的工作狀態(tài)和工作環(huán)境下能保持運行良好，這對于結(jié)構(gòu)設(shè)計來說是一項艱巨的工作。采用有限元分析能夠精確計算吸收塔在各種荷載組合作用下的應(yīng)力和變形，是一種準(zhǔn)確有效的吸收塔分析方法。
我國目前還沒有專門針對吸收塔的設(shè)計規(guī)范。研究表明參照美國石油學(xué)會(American Petroleum Institute，簡稱API)規(guī)范設(shè)計更能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)，因此在這里參考API 650規(guī)范。API 650規(guī)范適用于低內(nèi)壓作用下的各種立式圓筒形鋼制焊接存儲罐體，涵蓋了罐體材料、設(shè)計、加工、安裝以及測試等各個方面。
API規(guī)范規(guī)定可采用彈性分析法來計算殼體強度。荷載組合采用標(biāo)準(zhǔn)組合，其中可變荷載組合值系數(shù)可為Q4。強度驗算采用許用應(yīng)力法，許用應(yīng)力取鋼材屈服強度的0.66。
本工程為印度某電廠煙氣脫硫吸收塔，吸收塔總高度為21.21 m，在標(biāo)高4.68m以下為直徑82m的筒體，標(biāo)高6.56-19.71 m之間為直徑4.43 m的筒體，出口部分為一圓錐體，出口直徑為255 m。吸收塔殼體采用A36碳鋼，在95℃設(shè)計溫度下的屈服強度226 MPa。入口煙道寬3.55 m，最小高度1.24m，采用C276合金鋼，厚度為4.76 mm，在95℃設(shè)計溫度下的屈服強度232 MPa。鋼板允許腐蝕厚度1 mm，設(shè)計壓力6.22 kPa，設(shè)計真空壓力200 kPa，泥漿比重1.15，最高漿液面高度7.92m，平臺活荷載4.78 kN/m2，設(shè)計基本地震加速度為0.98 g，基本風(fēng)壓為1.3 kN / m2。沿吸收塔塔身布置有7層平臺，2層除霧裝置以及3層循環(huán)噴淋裝置。吸收塔底部和基礎(chǔ)環(huán)板焊接在一起，用29個M40錨栓固定與基礎(chǔ)上。
本研究采用STAAD Pro軟件對該吸收塔進行有限元建模。建模的步驟為建立幾何模型、定義截面特性、設(shè)置支座、定義荷載。
由于吸收塔殼體上布置有很多設(shè)備孔和人孔，模型單元劃分時會產(chǎn)生很多不規(guī)則單元，根據(jù)“建模的平方定律”會引起建模工作量和計算機運算量的猛增。因此建模階段可以先忽略這些孔洞以簡化模型，在以后的設(shè)計階段時再根據(jù)API規(guī)范的要求對孔洞進行加強。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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