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类型烟气脱硫塔计算分析.pdf

  • 上传人:first2
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    关 键  词:
    烟气 脱硫 计算 分析
    资源描述:
    第4 8卷第6期 2 0 1 1年 1 2月 化工设备与管道 P R O C E S S E Q U I P ME N T& P I P I N G Vo 1 48 No 6 De c 201 1 烟气脱硫塔计算分析 刘玉英 , 高 飞 ( 中国石化集团宁波工程有限公司, 浙江 宁波3 1 5 1 0 3 ) 摘要:可以将塔器的研究成果应用于烟气脱硫塔的振动计算上, 用S W6 9 8和 P V D e s k t o p两计算软件进行计算。 但对于高振型变截面烟气脱硫塔 , 两计算软件的临界风速、 横向风弯矩计算结果相差悬殊, 通过分析原因, 得出结 论并提出建议。 关键词 :脱硫塔 ; 共振 ; 弯矩 中图分类号: T Q 0 5 3 5 ; T H 1 2 3 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 9 - 3 2 8 1 ( 2 0 1 1 ) 0 6 - 0 0 2 1 -0 4 Ca l c u l a t i o n a n d An a l y s i s o f Fl u e Ga s De s ul f ur i z a t i o n To we r LI U Yu - y i n g GAO F e i ( S I N O P E C N i n g b o E n g i n e e r i n g C o , d , Ni n g b o 3 1 5 1 0 3, C h i n a ) Ab s t r a c t :B y u s i n g s o f t wa r e S W6 a n d P V De s k t o p,t h e me t h o d o f t o we r d e s i g n c a n b e a l s o a p p l i e d i n t h e v i b r a t i o n a n a l y s i s o f fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n t o w e r Wi t h r e s p e c t t o v a r y i n g s e c t i o n s i z e fl u e g a s d e s u l f u r i z a t i o n t o we r ,t h e r e s u l t s o f c r i t i c a l w i n d v e l o c i t y a n d t r a v e r s a l wi n d mo me n t f r o m t w o s o f t wa r e h a v e g r e a t d i f f e r e n c e s T h e c a u s e a n a l y s i s w a s c a i e d o u t ,a n d t h e n,t h e c o n c l u s i o n w a s o b t a i n e d a n d t h e p r o p o s M w a s p r e s e n t e d Ke y wo r d s :d e s u l f u r i z a t i o n t o we r ; r e s o n a n c e ; mo me n t 在烟气脱硫系统中, 烟气脱硫塔是核心装置。 烟气脱硫塔 : 下半部直径较大 , 主要用于脱硫 ; 上半 部直径较小 , 主要用作烟 囱; 属于直立、 高耸结构。 由于此 结构 特点 , 烟气 脱硫 塔 不仅 承受 压力 ( 很 小 ) 、 温度和重力载荷 , 同时又承受风载荷与地震载 荷。而风载荷与地震载荷属于动力载荷, 动力载荷 的大小 、 方向甚至作用点是随时间变化的; 动力载荷 使结构产生加速度 , 引起结构的共振 , 共振过程中结 构的位移和内力随时间变化 。 随着装置的逐步大型化 , 烟气脱硫塔的高径 比 也越来越大 。一般来说, 高度 、 高径 比越大 , 受风载 荷 的影响也越来越大 , 在一定 的条件下 , 便容易发生 振动事故。如 : 1 9 9 5年 , 某 维尼纶 厂 6 0 m 的钢烟 囱, 在刮 5 6 级北风时, 便沿与风垂直的方向剧烈 振动; 2 0 0 2 年某烷基苯装置设计的高 8 0 in的钢烟 囱, 吊装完毕后的空烟囱在风力约 6级时发生剧烈 振动, 振动方向与风向垂直, 烟囱顶部的振幅最大时 达4 5 0 m m; 2 0 0 8年, 一脱甲烷塔尚未投产就发生了 诱导振动 , 并导致设备多处严重开裂 ; 2 0 0 9年, 一 乙 烯塔 , 在刮 5 6级风时, 发生大幅度摆动 , 并伴随很 大的声音。 因此 , 在设计阶段 , 应重视烟气脱硫塔的诱导共 振 , 完善设计计算 , 做到以预防、 控制为主 , 而不是事 后补救 。 1 烟气脱硫塔的设计 国内有关烟气脱硫塔 的设计标准很少 , 且没有 相应的计算软件。在 G B 5 0 0 5 1 O 0 2 烟囱设计规 范 和 G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 建筑结构载荷规范 中, 只有很少的章节介绍了钢烟囱的设计。 钢制烟气脱硫塔的外型与化工设备的塔设备很 相似, 且 J B T 4 7 1 0 -2 0 0 5 ( 钢制塔式容器 与 c B 收稿 日期 : 2 0 1 1 - 0 5 _ o 4 作者简介: 刘玉英( 1 9 7 9 一) , 女, 山东东阿人, 工程师。从事化工设 备设计及研究工作。 2 2 化工设备与管道 第4 8卷第6期 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 建筑结构载荷规范中的风压高度变 化系数 、 脉动增大系数 、 脉动影响系数 、 振型系数的 取值是相同的; 临界风速 、 塔顶风速、 雷诺数 、 临界风 速起始点高度、 顺向风弯矩、 组合风弯矩等计算公式 是一致的; 对塔设备 的振动研究 已有一定 的成果 。 为此 , 我们可以将塔器的研究成果应用于烟气脱硫 塔的振动计算上 , 用 S W6 - 9 8和石油化工静设备 计 算机辅助设计 P V D e s k t o p两 计算 软件进行 计算 。 但对于高振型变截面烟气脱硫塔, 临界风速、 横向风 荷载 、 横 向风 弯矩 的计 算 , G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 、 S W6 9 8 、 P V D e s k t o p的计算结果差异很大。 如某烟气脱硫塔 , 设计参数见表 1 , 设计基础数 据见表 2 , 结构尺寸见图 1 , 结构分段见表 3 。 表 1 烟气脱硫塔设计参数 基 ( 1 O米高度处) 烈度 速度 分组 类别 类别 表 3烟气 脱硫塔预分段 图 1 烟气脱硫塔 结构 1 1 按 GB 5 0 0 0 9 - 2 0 0 1进行计算 1 1 1 判断结构是否存在共振区域 基本 自振 周期 : =0 0 1 3 H=0 0 1 38 0= 1 0 4 S 由于该烟囱脱硫塔 , 倾斜 度不大于 0 0 2 , 可近 似取 2 3结构高度处的风速和直径 , H 2 , =5 3 3 1 T I , D2 3=2 5 1 70。 临界风速 : V c = D ( T 。 S ) =2 5 ( 1 0 4 X 0 2 )=1 2 0 2 m s 顶部风速: V H = ( 2 0 0 0 y w X H W o p ) =59 7 ms V V c 说明共振可能发生, 且发生频率较高, 需验算横向共振。 1 1 2 计算雷诺数 R e , 判断共振l生 质 Re=6 9 0 0 0 , D 在该烟气脱硫塔 2 3高度处 : Re 2 3=6 9 0 0 0 V 2 3 D2 3=9 7 4 X1 0 。351 0。 根据 G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1第 7 6 1条 , 当 R e 3 5 X 1 0 。 且结构顶部风速 V H 时 , 属跨临界的强风 共振 , 应考虑横风向风载荷引起的荷载效应。 1 1 。 3 荷载计算 跨临界的强风共振引起在 z高处振型 j的等效 风荷载 : = I A i J b z j 1 2 8 0 0 ( j 顺风向风载荷 W K= 卢 此处由于手算仅计算了第一振型, 计算结果见 表 4 。 1 1 4 荷载效应计算 该烟气脱硫塔底部的荷载效应计算结果见 表 5 。 2 0 1 1 年 1 2月 刘玉英, 等 烟气脱硫塔计算分析 2 3 顺风与横风迭加 : M= ( 峨 + ) 1 8 7 9 2 9 k N m = ( + ) = 4 2 5 5 k N 1 2 参照塔器进行计算 用 S W6 - 9 8和 P V D e s k t o p计算软件 , 分别对该烟 气脱硫塔进行计算分析, 程序自 行计算结果见表6 。 从表 6可见 , 两程序 自行计算 结果相差悬 殊。 参照 P V D e s k t o p软件的计算结果 , 确定该烟气脱硫 塔各段厚度 , 见表 7 。查找两计算软件计算结果差 异所在。 表 6 程序自行计算结果 按表 7数据 , 分别按 S W6 9 8和 P V D e s k t o p两 计算程序进行计算。由于风载荷与地震载荷是该烟 壳和裙座壳截面中产生弯 曲应力 , 且底截面所受弯 曲应力最大 , 以最危险的底截面进行分析 , 其计算结 气脱硫塔安全运行的主要载荷, 这些侧向载荷在塔 果见表8 。 表 8 底截面计算结果 2 烟气脱硫塔的计算结果分析 通过上述计算结果可知: 临界风速、 横 向风荷 载、 横 向风弯矩相差悬殊。 在 G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1中: = D ( T S ) 咖= J A j I 1 2 8 0 0 ( j 在 J B T4 7 1 0 -2 0 0 5中: ( 1 ) ( 2 ) 2 4 化工设备与管道 第4 8卷第 6期 i = D ( T i S ) 1 0 ( 3 ) YT = ( C D JD 。 A i ) ( 4 9 4 i E , )1 0 一 ( 4 ) M。 =( 2 w T i ) i m ( h K - h ) i ( h ) ( 5 ) 从式( 1 ) 可以看出, 取值与 D成正比。将式 ( 1 ) 代入式( 2 ) 可以看出 W 与 D 正 比。从式( 3 ) 可 以看 出, , 取值 与 D 成正 比。将 ( 3 ) 、 ( 4 ) 代入式 ( 5 ) 可以看出 与 D 成正比。 对于高振型变截面塔 , G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1中的 D 可近似取 2 3结构高度处的直径。S W6 - 9 8中的 D 取塔顶外直径加 2倍保温层厚度。P V D e s k t o p中的 D 取塔外径的加权平均值加2 倍保温层厚度。 3 事例说明 例如 : 位置相近的脱硫塔 1 , 脱硫塔 2 , 脱硫塔 3 。 脱硫塔 1 : 0 0 0 m m8 0 0 0 0 mm, H=8 0 0 0 0 m m。 脱硫塔 2 : 下半部 0 0 0 mm 7 7 0 0 0 m m, 上半 部 西 2 0 0 0 m m 3 0 0 0 m m, 总高度 H= 8 0 0 0 0 fi l m。 脱硫塔 3 : 下半部 0 0 0 mm 4 0 0 0 0 i n m, 上半 部 西 2 0 0 0 mm 4 0 0 0 0 m m, 总高度 H= 8 0 0 0 0 m m。 脱硫塔 1 、 脱硫塔 2和脱硫塔 3横 向风引起的 共振计算时 : 对脱硫塔 1的计算 , G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 、 S W6 - 9 8 和 P V D e s k t o p , D 取值相同。 对脱硫塔 2的计算 , G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1中 D: = 4 0 0 0+ 2 6 1 ; S W6 9 8计算软件中 D = 2 0 0 0+ 2 8 n 2
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