吸收塔塔體封頭應(yīng)力分析資料

1、第二章吸收塔塔底封頭應(yīng)力分析2.1吸收塔結(jié)構(gòu)與工藝吸收塔的工藝，操作工況，主要結(jié)構(gòu)陳述一下，把圖紙放上去2.2有限元建模與計(jì)算模型的建立由于塔底封頭處的應(yīng)力狀態(tài)為本文研究的重點(diǎn)，因此，為簡化計(jì)算，不考慮塔體上接管等局部結(jié)構(gòu)對塔底應(yīng)力狀態(tài)的影響，將整個塔體作為軸對稱結(jié)構(gòu)處 理，建立二維軸對稱模型，如圖2-4所示。其中，將塔板與格柵組合成的復(fù)雜結(jié) 構(gòu)等效為剛度和強(qiáng)度都較大（設(shè)置較高的彈性模量和屈服強(qiáng)度）的鋼板置于塔內(nèi)， 將填料、吸附劑等塔內(nèi)內(nèi)件及工藝介質(zhì)對各層鋼板的作用力等效為均布壓力P， 塔體及鋼板的自重設(shè)為G圖2-4塔體二維軸對稱結(jié)構(gòu)圖222網(wǎng)格劃分塔體的網(wǎng)格劃分如圖2-5所示，采用CAX4R

2、或CAX3單元，共劃分21598個節(jié)點(diǎn)，18647個單元，其中局部可能應(yīng)力集中的區(qū)域采用較密集的網(wǎng)格。圖2-5網(wǎng)格劃分223材料參數(shù)冷卻塔塔體材料為16MnR鋼，其性能參數(shù)見表2-1,此外，塔板與格柵的 等效鋼板的彈性模量E取為600GPa,屈服強(qiáng)度y取為600MPa。表2-1塔體材料16MnR剛的性能參數(shù)材料溫度TcC密度p(g/mm3)彈性模量E(GPa)屈服強(qiáng)度y(MPa)16MnR2007.86200319載荷與邊界條件根據(jù)工廠提供的吸附塔操作數(shù)據(jù)可知，增加塔的產(chǎn)量后，塔體內(nèi)部填料、吸附劑及介質(zhì)等的總重量約為2550t，將此重量均勻分布給各層塔板與格柵等效鋼 板，可得各層鋼板承受的質(zhì)量

3、為2550/13=196t，等效鋼板的面積為 噸30002-(425+30)2=2.76 W7mm2，因此每層等效鋼板所承受的均布壓力 P=0.07MPa。另外，取重力加速度 g=9.8m/S2o設(shè)置圖2-4所示模型的左邊界為軸對稱邊界，限制裙坐支撐的塔體部分的各個方向移動與轉(zhuǎn)動。2.3結(jié)果與討論整體應(yīng)力分布利用有限元ABAQUS軟件，根據(jù)上述模型及載荷與邊界條件，計(jì)算得到塔 體的應(yīng)力分布。圖2-6給出了塔體的整體應(yīng)力分布圖，由圖 2-6可見，塔體在底 部封頭支撐處存在明顯的應(yīng)力集中，應(yīng)力最大位置位于封頭外表面支撐所在位置 的兩側(cè)，最大值達(dá)到319MPa,超過了塔體封頭材料16MnR鋼在200

4、 cC時的屈 服強(qiáng)度。St Mises (Avg: 7S)- 319.000 292.41? L 26 S. 933 卜 239.250 -Z12.667 -186.083-159.500132,917 _ 106.33479.75053,16726.5B40.000j I局部應(yīng)力集中區(qū)圖2-6塔體整體應(yīng)力分布塔體底部封頭局部應(yīng)力分布為詳細(xì)考察塔底封頭局部區(qū)域的應(yīng)力分布情況，取圖2-7中所示的路徑P1,圖2-82-12分別給出了此局部區(qū)域的 Mises應(yīng)力、最大主應(yīng)力、徑向應(yīng)力 S11、 軸向應(yīng)力S22、周向應(yīng)力S33的分布云圖及沿路徑P1的應(yīng)力分布規(guī)律。取路徑 P1即是為了更直觀的表示此局域

5、的應(yīng)力大小與分布情況。由圖2-8可見，封頭在此支撐對應(yīng)位置的外表面存在明顯應(yīng)力集中，有較大 區(qū)域的應(yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度，即發(fā)生了屈服。而由圖2-9可知，封頭在此局部區(qū)域的最大主應(yīng)力甚至達(dá)到了 365MPa,超過了 16MnR鋼的屈服強(qiáng)度。P1圖2-7路徑P1S,(a)Mises應(yīng)力分布云圖 ai&.ft&O'2n,4ir 2&s.e33 _L 235.250- r418&.0&3 159b$W 132.917 M氐如 n.ho 53=167 込跆 o.wo30500050400450350100200 300400500600700 800距

6、離d /(mm)(b)沿路徑P1的Mises應(yīng)力分布圖2-8塔體封頭局部區(qū)域的Mises應(yīng)力分布S, 1)*10 x. iMnopal36 5-. 003i I.：, r l 5 遜尿m 25® 733 212 M3 174,553 136.4&336-373W-ZB3U 19315-M7-2_077(a)最大主應(yīng)力分布云圖F力應(yīng)主大最4003503002502001501005000100 200300400500600700 800距離d /(mm)(b)沿路徑P1的最大應(yīng)力分布圖2-9塔體封頭局部區(qū)域的最大主應(yīng)力分布9r 911 蝕:79)勺57 &78 K：心

7、 145 M)： lag.hji11 j -II； 77.4珂盼 -服 71；Ui 2t>2 fell-十 qrrL.(a)徑向應(yīng)力S11分布云圖距離d /(mm)(b)沿路徑P1的徑向應(yīng)力分布圖2-10塔體封頭局部區(qū)域的徑向應(yīng)力分布環(huán)S22221 236 179J5U 137 Q13 56.10212.679-70. 74* -112 4S5 15* 1««&73 -237 M9 -279(a)軸向應(yīng)力S11分布云圖(b)沿路徑P1的軸向應(yīng)力分布圖2-11塔體封頭局部區(qū)域的軸向應(yīng)力分布Sr S3322 B70n 49S 1W 130 15B.746 127

8、371 5>9M M.621 33.247 1-&72 -19. 5Q3 &0.B77-123 627L.(a)周向應(yīng)力S11分布云圖300250lar m330 力 應(yīng)向周200150100500-500100200 300400500600700 800距離d /(mm)(b)沿路徑P1的周向應(yīng)力分布圖2-12塔體封頭局部區(qū)域的周向應(yīng)力分布顯然，有以上分析可知，若增加吸收塔的產(chǎn)量，由于塔內(nèi)內(nèi)件及工藝介質(zhì)的 重量的增加，會導(dǎo)致塔體底部封頭在塔內(nèi)支撐所在位置的外表面局部區(qū)域發(fā)生明 顯塑性屈服，因此，為保證設(shè)備的使用安全，需對塔底封頭的應(yīng)力集中區(qū)域進(jìn)行 補(bǔ)強(qiáng)。2.4結(jié)論第三

9、章吸收塔塔底封頭補(bǔ)強(qiáng)后應(yīng)力分析3.1塔底封頭補(bǔ)強(qiáng)策略補(bǔ)強(qiáng)板是最常見的補(bǔ)強(qiáng)策略,補(bǔ)強(qiáng)板厚度36mm，長度1200mm3.2有限元建模與計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)后的塔體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格劃分圖3-1給出了補(bǔ)強(qiáng)后塔底封頭的局部網(wǎng)格劃分圖3-1補(bǔ)強(qiáng)后塔底封頭的局部網(wǎng)格劃分材料參數(shù)、載荷及邊界條件補(bǔ)強(qiáng)板選用材料與塔體材料一致，為16MnR,材料性能參數(shù)見表2-1。載荷 與邊界條件與2.3節(jié)相同。3.3結(jié)果與討論補(bǔ)強(qiáng)后塔體的整體應(yīng)力分布圖3-2給出了塔底封頭補(bǔ)強(qiáng)后塔體的整體應(yīng)力分布圖，由圖3-2可見，塔體在底部封頭在補(bǔ)強(qiáng)板補(bǔ)強(qiáng)后應(yīng)力較補(bǔ)強(qiáng)前發(fā)生明顯較低，最大應(yīng)力位置仍位于支 撐所在位置的封頭外表面，但最大值僅為197MPa,顯著

10、低于16MnR鋼在200 cC 時的屈服強(qiáng)度。S, 3旳；75%)197rOl& 100390 164/1BD i 1-47.76ZT l?L?-44 T9B.&UBE2Q沁&£.fc72 45.254盈厲茹 P 16-.41B Q3Qv*圖3-2補(bǔ)強(qiáng)后塔體的應(yīng)力分布塔體底部封頭補(bǔ)強(qiáng)后的局部應(yīng)力分布與2.3節(jié)類似，為詳細(xì)考察塔底封頭補(bǔ)強(qiáng)后局部區(qū)域的應(yīng)力大小及其分布情 況，取圖3-3中所示路徑P1，圖3-43-8分別給出了補(bǔ)強(qiáng)后此局部區(qū)域的 Mises 應(yīng)力、最大主應(yīng)力、徑向應(yīng)力 S11、軸向應(yīng)力S22、周向應(yīng)力S33的分布云圖及 沿路徑P1的應(yīng)力分布規(guī)律。圖3

11、-3路徑P2由圖3-43-8可見，補(bǔ)強(qiáng)后封頭在支撐對應(yīng)位置的外表面仍存在一定的應(yīng)力 集中，但應(yīng)力數(shù)值已有明顯降低，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，因此，可以判定采用36mm補(bǔ)強(qiáng)板補(bǔ)強(qiáng)塔底封頭具有有效性，可使封頭的應(yīng)力處在安全范圍內(nèi)。(a)Mises應(yīng)力分布云圖o o o6 2 8o420040060080010001200距離d /(mm)(b)沿路徑P1的Mises應(yīng)力分布(A-feg:EOS?!：L4J.T77L20 LJ 汨鈿吒 - Z 5SJW耳1中5曲 卉沖J71.除七3.0與塔體封頭補(bǔ)強(qiáng)后的局部Mises應(yīng)力分布a）最大主應(yīng)力分布云圖020040060080010001200o o o4 0 62 2 1o2o8o4bF力應(yīng)主大最(b)沿路徑P1的最大主應(yīng)力分布圖3-5塔體封頭補(bǔ)強(qiáng)后的局部最大主應(yīng)力分布7F-2q：3Z2-ae -i2r 51s： 15Z5791 -LS4 <44小口 占30939 307(a)徑向應(yīng)力分布云圖240bF力應(yīng)向徑20060208040020040060080010001200距離d /(mm)(b)沿路徑P1的徑向應(yīng)力分布圖3-6塔體封頭