□胡建成 李丕陸

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中一般都采取整體大荷載估算，估算方法局限性較大，尤其是具有異形截面煙道計(jì)算。采用ANSYS對(duì)脫硫煙道進(jìn)行有限元分析，可以使設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，提高計(jì)算分析的準(zhǔn)確性，減少工程材料的浪費(fèi)，通過(guò)建立力學(xué)模型，可以做到同類(lèi)型的工程煙道修改相關(guān)參數(shù)即可進(jìn)行快速的設(shè)計(jì)和提資的工作模式。

一、工程概述

某電廠煙氣脫硫工程煙氣參數(shù)數(shù)據(jù):煙氣量720.06m3/s；煙溫/62℃(設(shè)計(jì)溫度)；壓力±2.0/KPa。煙道通常為薄壁鋼結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面設(shè)有內(nèi)撐桿和煙道外側(cè)焊接加固肋，殼體厚度為6mm，截面尺寸為6m×8.8m×11m，設(shè)計(jì)壓力按2.0kPa，根據(jù)《煙規(guī)》要求初步估算加固肋截面尺寸為[18a，加固肋間距1.0m，內(nèi)設(shè)十字形φ76×4的內(nèi)撐桿。彈性模量為Ex=2.1×105MPa，泊松比為μ=0.28，密度為7,800kg/m3。

二、ANSYS單元的選擇

煙氣脫硫煙道根據(jù)不同的承載件選取不同的單元進(jìn)行模擬。一般煙道壁面采用SHELL63殼單元模擬；加固肋采用BEAM188梁?jiǎn)卧M；內(nèi)撐桿采用LINK4桿單元模擬。

三、數(shù)值計(jì)算與分析

(一)煙道結(jié)構(gòu)分析。對(duì)脫硫煙道進(jìn)行了有限元分析，得出煙道板面中心線(xiàn)上的撓度較大，而煙道的截面邊角處存在明顯的應(yīng)力集中問(wèn)題。所以調(diào)整加固肋之間的間距，減小過(guò)大變形對(duì)防腐造成的不利影響。

(二)煙道有限元分析。圖1分別給出了三種不同內(nèi)撐桿的形式以及三種不同內(nèi)撐桿對(duì)應(yīng)的等效應(yīng)力分布情況，分析中各結(jié)構(gòu)選取的載荷數(shù)據(jù)均一致。相對(duì)《煙規(guī)》給出的傳統(tǒng)內(nèi)撐桿布置方案，當(dāng)采取形式三的內(nèi)支撐桿時(shí)，煙道壁鋼板的等效應(yīng)力值與加固肋外緣的應(yīng)力值時(shí)最小的，材料使用量也不是最多的，綜合考慮形式三是比較合理的內(nèi)支撐桿形式。

圖1 三種不同內(nèi)撐桿結(jié)構(gòu)煙道的等效應(yīng)力分布

經(jīng)過(guò)分析數(shù)據(jù)表明設(shè)置加固肋[18a滿(mǎn)足《煙規(guī)》的要求，但是從圖1的數(shù)據(jù)分析來(lái)看，按照形式三的最優(yōu)方案，煙道底部中心的區(qū)域變形量最大為4.38mm,根據(jù)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程運(yùn)行反饋的經(jīng)驗(yàn)，道體變形量應(yīng)控制在2.2mm以下，可減少防腐玻璃鱗片翹曲引起的防腐失效。按照反饋經(jīng)驗(yàn)值重新設(shè)置加固肋的型號(hào)和加固肋間距，在形式三的基礎(chǔ)上加大底部加固肋的型號(hào)并重新調(diào)整加固間距，內(nèi)撐桿的型號(hào)及布置方式不變，加固肋由[18a加大為[20a,間距由1.08m改為0.80，重新進(jìn)行計(jì)算。

形式三為[18a時(shí)底部變形量為4.38mm，側(cè)面變形量為2.177mm，頂部變形量為1.973mm；

形式三為[20a時(shí)底部變形量為2.197mm，側(cè)面變形量為2.013mm，頂部變形量為1.931mm。

由此可見(jiàn)，通過(guò)重新計(jì)算調(diào)整加固肋型號(hào)及加固肋的間距可以大大地提高對(duì)煙道道體變形量的控制，使其滿(mǎn)足防腐的襯鱗片的防腐要求。

(三)煙道計(jì)算的程序化。通過(guò)ANSYS對(duì)煙道的模擬計(jì)算可以準(zhǔn)確計(jì)算煙道的各項(xiàng)應(yīng)力，從而可以更準(zhǔn)確地進(jìn)行提資，縮短計(jì)算周期。每次建立的模型采用命令流的方式具有相似性，對(duì)于相似工程的煙道進(jìn)行計(jì)算時(shí)，僅需要修改命令流中的相關(guān)參數(shù)，即可達(dá)到模型通用的程度，加速了設(shè)計(jì)的效率，對(duì)以后工程設(shè)計(jì)提供了新的模式。

四、結(jié)語(yǔ)

煙氣脫硫工程用煙道雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但如何選擇合理的結(jié)構(gòu)形式以最大限度地降低工程造價(jià)是設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。本文采用大型有限元軟件ANSYS對(duì)某電廠脫硫工程中煙道進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)各種加固肋間距及內(nèi)撐桿設(shè)置形式、自重、內(nèi)壓等因素進(jìn)行了綜合計(jì)算分析，得出如下結(jié)論：第一，設(shè)置內(nèi)撐桿能大幅度降低煙道結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)應(yīng)力值，各類(lèi)型內(nèi)撐桿對(duì)應(yīng)力的貢獻(xiàn)各異，通過(guò)對(duì)造價(jià)的考慮，可得出最佳的結(jié)構(gòu)形式；第二，凈煙道設(shè)計(jì)過(guò)程中，加固肋、內(nèi)撐桿規(guī)格及加固肋間距的確定，需要考慮煙道防腐工藝的要求，在滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，對(duì)道體面板的撓曲變形進(jìn)行嚴(yán)格控制；第三，通過(guò)建立ANSYS的煙道力學(xué)模型，對(duì)支架的節(jié)點(diǎn)作出相應(yīng)的力學(xué)約束，通過(guò)計(jì)算得出對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的受力數(shù)據(jù)，可以為專(zhuān)業(yè)之間的力學(xué)提資提供精確的數(shù)據(jù)，可減少提資時(shí)間；第四，采用命令流的方式建立模型，可以快速修改煙道模型的性能參數(shù)、煙道的截面大小、支架節(jié)點(diǎn)的布置方式等數(shù)據(jù)，易于設(shè)計(jì)過(guò)程中的方案的反復(fù)修改，提高設(shè)計(jì)效率。