科技论坛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）再生塔是胜利发电厂烟气CO 2捕集纯化工程三座大型塔设备之一，其壁厚最薄。
为了加快建设施工速度、保证施工质量，再生塔塔采用在预制厂整体预制，然后进行整体运输吊装和安装的施工方案。
因此如何采取补强措施，防止再生塔在运输和吊装过程中出现扭曲和变形，是本工程的主要施工难点之一。
主要针对这一难点，采用AN －SYS 有限元软件对再生塔进行模拟分析研究。
以下是再生塔的工艺参数：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。
1理论计算将再生塔简化为一简支梁。
对简化模型进行力学计算，根据工程力学知识可知塔的危险点在塔身中部。
并能得出最大弯矩和挠度值。
2壳体的稳定性考虑到再生塔属于薄壳设备，因此，需要进行壳体的稳定性分析。
再生塔在自重作用下的问题可以简化为如图1所示的简支薄壁圆筒受均布压力作用的问题。
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如图2。
筒体可能会发生失稳破坏。
在拉应力作用下薄壁圆筒不会发生失稳破坏，因此，取受压的上侧进行轴向失稳分析。
分析过程略。
3再生塔有限元分析3.1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分析计算。
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:在起吊过程中只受重力作用。
整个模型简化为在重力作用下的简支梁模型。
模型的建立及网格划分:对模型进行简化，利用ANSYS 中的建模功能建立模型。
考虑到塔身筒壁上开有孔，这些部位会产生应力集中的现象，因此，对这种部位在网格划分时进行特殊处理。
3.1.1开口向侧下时的模拟计算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。
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。
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。
3.1.2开口向侧上时的模拟计算再生塔中的开孔位于侧上时，ANSYS 分析的位移和应力云图趋势同开口向侧上时，在此仅列出其危险段最大位移和应力值，云图略。
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。
3.1.3角钢加强筋保护下的模拟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(角钢加强筋焊接范围分别为8米、12米、20米)情况下的位移变形与应力变化。
三种情况下危险截面最大位移和应力值如表1，并和无角钢加强筋（开口向侧下时）进行对比：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)，位移明显减小，应力也有所减小。
3.2动力分析3.2.1无加固措施起吊过程的模拟筒体吊装过程是一个动态过程，为了能更好的模拟容器的起吊过程。
通过查阅相关工程起重技术规范（SH/T3536石油化工工程起重技术规范，SH/T 3515-2003大型设备吊装工程施工工艺标准），选取偏于安全的动载系数2.5，对起吊过程进行模拟计算。
由ANSYS 得出的位移云图和Mises 应力云图得到的危险截面处的最大应力为92.8MPa ，最大位移为13.55mm 。
可知起吊过程中，危险截面处的位移变形与应力明显变大，挠度达到13.55mm ，变形太大，为了保证起吊过程中筒身的安全，需要加固筒体。
因此，在此对筒身周围焊接角钢加强筋的情况来进行模拟计算。
3.2.2角钢加强筋保护下起吊过程的模拟取角钢加强筋间距为5米时，对起吊过程进行模拟计算。
筒体模拟结果:由ANSYS 分析云图得到有角钢加强筋状态下起吊过程中危险截面处的最大Mises 应力为72.0MPa ，最大位移为9.27mm 。
吊耳处的最大应力为100MPa ，而材料的屈服应力为205MPa ，即，在起吊过程中，吊耳处的最大Mises 应力小于材料的屈服应力，满足强度要求。
在保证焊接质量的前提下，吊耳处是满足要求的。
失稳分析:由于再生塔属于薄壳结构，而且其筒身处存在许多开孔，所以在运输或者吊装过程等动载荷情况下需考虑其失稳破坏。
4结论4.1在自重作用下，筒壁上下两侧应力最大，左右两侧应力较小，如果条件允许应将筒身开口调至筒身两面侧，或侧面偏下。
4.2不加角钢加强筋保护时，在动载荷下，即运输和吊装过程中，变形值较大，由于圆孔附近的应力集中，会在圆孔位置发生局部失稳。
4.3加角钢加强筋保护摘要：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。
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间距为5米的环向角钢加强筋，能够有效减小危险截面的最大位移和应力值，同时开口处应力集中值明显减小，有效防止了再生塔的失稳破坏。
关键词：再生塔；吊装；ANSYS ；失稳破坏(下转102页)管理科学后，在动载荷下，变形值明显减小，减小30.5%左右。
筒身处危险截面处的应力值减小了22.41%左右。
在圆孔处应力值减小较明显，减小了50.1%左右。
4.4在起吊过程中，吊耳处的最大Mises应力小于材料的屈服应力，在保证焊接质量的前提下，吊耳处是满足要求的。
4.5起吊状态下临界失稳应力见表2。
壳壁稳定条件控制塔体的整个起吊过程。
经过加强筋补强后，满足吊装要求。
参考文献[1]S.铁摩辛柯,J.盖尔著，汪一麟译，材料力学[M].北京：科学出版社，1978.[2]SH3515-2003大型设备吊装工程施工工艺标准.[3]HGT-21574-2008中华人民共和国行业标准,化工设备吊耳及工程技术要求,2008.[4]HG-T21519-2005中华人民共和国行业标准,钢制人孔和手孔,2006.[5]王新敏著.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社,2007,10.[6]GB713-2008.钢制压力容器新标准.[7]张万福.耦合冲击载荷下圆柱壳的动态屈曲研究[D].大连：大连理工大学,2009.[8]彭凡.黏弹性层合板壳蠕变屈曲的持久临界荷载,2008.[9]陈盛秒.薄壁外压容器设计的图算法与解析公式法[J].石油化工设备,2009,1.[10]钱基宏.薄壳失稳机理浅析[J].计算力学学报, 2003,6.[11]陈兴华.轴压圆柱壳结构稳定性数值分析与优化[D].北京：北京工业大学,2009.责任编辑：孙兆杰要满足的观点是片面的，因为即使是主体需要还存在近期与长期之分，潜在与现实之分，而且，人类社会系统中仍然存在生态位概念，仍然需要维持这个系统的平衡与稳定。
“由全球的生态平衡所决定的人类的这个整体利益，不是各个群体利益和各个个体利益的机械总和，而是实现全球社会总体发展的客观要求，是全人类生存和发展根本基础，是不可分割的”。
①2.2.2所取与所予适度问题。
在地球生态系统中，生产者、消费者、分解者和无生命物质都是利益主体，有客观存在价值，体现着不同程度的主体性。
也就是，“天人职分”，每一个生物在生态系统中都有自己的生态位，有它存在的理由和目的，有人把生境比作生物“住址”，把生态位比作生物的“职业”，自然存在物都在共享同一个地球，扮演着不同的角色，发挥着不同的作用，它们既在追求自己的生存，又在实现自己的价值，有索取也有给予。
由于地球资源的有限性，必然要求所“取”与所“予”适度，维护系统平衡，以实现人与自然相互协调、共同发展。
3生态文明的道德维度建设道德从本质上而言，是协调人与人、人与社会、人与自然等各种关系的方式。
根据这一理解及前面所述，认为，在生态文明建设中，具有实践意义的道德构成，关键是区分人的类内关系和类外关系两大维度，具体说，是在处理人与自然、人与社会、人与自身关系时的生态觉悟，即由生态伦理、世界观、价值观所导出的道德内涵。
道德实践内容要紧紧围绕维护生态稳定这一核心展开，形成从个人到社会再到整个人类的三个层次一体的维护生态稳定的道德实践体系。
3.1人与自然的关系人作为道德主体在处理人与自然的关系时应持的基本态度和方式包括：3.1.1尊重自然，保护自然。
规律是客观存在的，是不以人的意志为转移的。
自然生态系统有规律可循。
以人的主观能动性而言，人类应借助科学、技术的力量进一步把握自然规律，尊重规律，更好地接近自然，保护自然生态系统的和谐稳定，利用自然资源去创造人类生活。
3.1.2尊重生态过程。
人们在认识自然和改造自然的实践活动中，要珍惜自然界生物圈的生态稳定机制，维护生态系统的物种复杂性和子系统的多样性，维护保证自然界生物生态功能得以实现的健康环境。
如控制使用那些对生物圈物流循环有害的物质，谨慎地研究和发现自然生态系统中维护生态稳定的基本自然结构和内在关系，最大限度地保护生物多样性和物流多层次性等。
3.2人与人的关系生态文明的道德建设就是要以人类特有的道德自觉精神来主动调节人类自身的行为，以协调人与自然的关系，协调人与自然关系背后人与人的利益关系。
生态伦理学的价值主体是人类整体，而不是人类的某一部分，更不是个别人。
但是，面对当今世界阶级斗争和不同群体的利害冲突，人们还是很难彻底地从人类的整体利益出发。
因此，要在传统道德基础上，重新调整人与人、人与社会、社会与社会的道德关系。
3.2.1公平正义，和谐发展。
生态文明使人类认识到珍视地球，珍视地球上的所有人，这意味着要奉行社会正义和环境正义。
社会正义即每个人、每个社群、每个民族都有权享受社会报酬、生活机会，以及平等地自由表达和拥有政治权力。
环境正义包括环境保护中的正义和生态资源分配的正义。
从人类生存和发展来看，面对生态环境问题“谁都无可逃遁”，人类要承担全球责任。
美国的丹尼尔·A.科尔曼认为：“反对对任何地区的人民进行经济的或政治的剥削，发达国家的富裕生活和清洁环境不能建立在他人的脊背上”。
![一种二氧化碳捕集再生塔顶余热回收系统和工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s1/m/b694216ebceb19e8b9f6ba2f.png)
