二氧化碳捕集纯化工程中再生塔运输与吊装的补强措施仿真研究.docVIP

二氧化碳捕集纯化工程中再生塔运输和吊装的补强措施仿真研究 舒兴海 （胜利油田胜利建设监理有限公司 山东东营 257000） 摘要：二氧化碳捕集纯化工程中再生塔属于大型薄壳设备，具有运输、吊装困难、易变形等特点。本文从塔体开孔的方位、焊接角钢加强筋、薄壳失稳破坏等因素，采用ANSYS有限元软件对再生塔进行模拟分析。开口向侧下时，危险截面的位移和应力较小。沿筒身长度方向焊接6根等边角钢加强筋，在筒身中间位置焊接环向角钢加强筋，值明显减小有效防止再生塔的失稳破坏再生塔胜利电厂烟气CO2捕集纯化工程三座大型塔设备，。塔是本工程的施工难点。主要针对。 以下是的工艺参数： 再生塔 塔盘填料符合塔，外形尺寸：直径2200mm，高度31200mm材质06Cr19Ni10。壁厚8mm，总重量23.4吨。 理论计算 简化为一简支梁。得。 表1-值 装置 (N·m) 挠度（mm） 再生塔 627972.4 6.25 壳体的稳定性 再生塔在自重作用下的问题可以简化为如下图所示的简支薄壁圆筒受均布压力作用的问题。 图-1 薄壁圆筒计算简图图-2 失稳破坏时简化图在自重作用下，薄壁圆筒上侧受压，下侧受拉，薄壳圆筒产生弯曲变形。筒体会发生失稳破坏。 对危险段进行分析，可简化为下图所示问题。 图-3 危险段受力图 在拉应力作用下薄壁圆筒不会发生失稳破坏，因此，取上侧进行轴向失稳分析。表-1 失稳临界应力计算结果 设备 径厚比 临界径厚比 临界应力(MPa) 临界应力（MPa）（安全系数3） 临界应力（MPa）（安全系数3） 再生塔 138 ≈591 34 3 再生塔分析 .1 静力分析 为了模拟此构件在吊装过程中的变形及应力，使用有限元软件进行计算。 计算模型及载荷约束条件 单元类型 对结构进行分析时，选择壳单元shell43。 载荷及约束条件 在起吊过程中重力作用。整个模型简化为在重力作用下的简支梁模型。 模型的建立对模型进行简化，利用ANSYS中的建模功能建立模型。 图-1 筒壁网格图 开口向侧下时的由于在再生塔的筒壁上开有很多孔，所以吊装时应考虑开孔位于上侧和下侧时对再生塔的影响。 再生塔中的开孔位于侧下， 图-2 总位移图 由图-2可知，在重力作用下，筒身中间位置的总位移变形最大，向两端逐渐减小。位移最大值为6.91mm。 由于筒壁开孔和吊耳位置会发生应力集中，因此不重点研究此段的应力大小。在计算时，可简化为简支梁模型，其危险处在筒身的中间位置。因此对应力的研究只取其危险段分析。应力见图-3。 图-3 危险截面处mises应力图 由应力图中可知，筒体的应力在上下两侧较大，在左右两侧应力值较小。在上下两侧应力值沿轴向向两端逐渐减小。在左右两侧应力值沿轴向向两端逐渐增大。应力沿环向呈从侧面开始先增大后减小，再增大再减小的趋势。 由图可得此种情况下的危险段最大应力和最大位移。表-1 危险段最大位移与应力值 开口向侧下 位移（mm） 应力（MPa） 最大值 6.9174.3 （2）开口向侧上时的再生塔中的开孔位于侧上时见表-2所示。 表-2 危险截面处最大位移与应力值 开口向侧上 位移（mm） 应力（MPa） 最大值 6.9578.9 比较开孔位于侧上和侧下两种情况对再生塔的影响，表-1与表-2的结果显示，开孔位于侧上时，位移与应力都较大。因此，考虑起吊过程中筒身的安全起吊时应选择开孔位于侧下位置。表-3 不同吊装方式时危险截面处最大位移与应力值对比 状态 最大位移（mm） 最大应力（MPa） 开口向侧下 6.9174.3 开口向侧上 6.9578.9 理论值 6.25 由上表可知，模拟计算值要大于理论值。主要原因是由于筒壁上开孔及吊耳对筒体的影响。角钢加强筋保护的计算沿筒身长度方向焊接等边角钢加强筋，平均分布在筒身圆周，共6根；在筒身中间位置焊接环向角钢加强筋5根，计算角钢加强筋间距分别为2米、3米和5米情况下的位移变形与应力变化。环向角钢加强筋距离为2米时，角钢加强筋焊接范围为8米位移与应力云图图 危险段位移图图 危险段mises应力图角钢加强筋间距分别为3米和5米情况下的位移变形与应力变化 表3-4 有无角钢加强筋对危险截面处最大位移与应力值对比 状最大位移（mm） 最大应力（MPa） 有角钢加强筋 间距1.5m 5.75 55.4 间距3m 5.35 49.5 间距5m 4.21 44.3 无角钢加强筋 开口向侧下 6.91 74.3 比较以上三种情况可知，当角钢加强筋间距为5米，即角钢加强筋分布范围为20米时，危险截面处的位移值最小。位移值为4.21mm与没有焊接角钢加强筋的情况相比(位移为6.91mm)，。 动力分析 起吊过程的筒体吊装过程是一个动态过程，为了能更好的模拟容