0 引言

水资源作为不可再生资源，其再循环利用显得越来越重要。火电厂的用水量位列高用水行业之首，其耗水量约占工业总用水量的50%。减少水资源的浪费，降低我国凝汽式火电厂的耗水率，做好火电厂废水处理及循环再用工作，不仅可以保护环境，而且可以降低发电成本^[1-3]。

废水处理设备作为一种承压容器，掌握其在运行状态下的受压情况至关重要。本文以电解原理和极性分子理论为基础，借助ABAQUS有限元分析软件^[4]，对某火电厂满载时的3号废水处理设备箱体受力情况进行三维有限元分析，获得其整体模拟数据及重要部位的应力应变状况，为废水处理设备的进一步优化提供理论依据^[5]。

1 现有废水处理设备设计缺陷

现有废水处理设备以样品试验贴应变片对结构进行分析，检测费用高、耗时长、误差大，样品不合格率高，不能获得明显的优化效果。

3号废水处理设备的内箱体长度为1000 mm，宽度为810 mm，高度为1900 mm；门板采用12 mm厚的钢板，长1100 mm，宽2000 mm；顶部敞口，其他面封闭。为保证箱体的强度，采用偏厚的材料，从而导致箱体自重达3.0 t，带来生产成本高、吊装困难等诸多问题。

2 模型建立及参数设置 2.1 模型建立

ABAQUS有限元分析软件，可以对复杂的固体力学和结构力学系统进行分析，还可以对结构进行模拟，处理非线性问题。ABAQUS的CAE模块是交互式图形环境，不仅可以构造模型，解决结构（应力/位移）问题，而且能够分析热传导、质量扩散、热-电耦合、声学、渗流-应力耦合和压电等问题。

在ABAQUS/CAE中，包括一系列功能模块，每个模块都包含特定的工具。本文涉及的Mesh（网格）模块不仅具有生成有限元网格的工具，而且涵盖着网格的结构划分；Load（载荷）模块包含载荷类型、边界条件类型、场变量和载荷状况分析工具。整个建模分析过程有两种方式，如图 1所示，本文采用方式2即先划分网格再进行特征属性划分的方式。

2.2 参数设置 2.2.1 模型网格划分和时间步长

3号废水处理设备箱体三维模型与有限元模型如图 2所示，根据其结构设置有限元最小单元格尺寸为5 mm×5 mm×5 mm，单元总数735 568，节点总数1 117 570。为了描述废水处理设备的应力应变情况，模型中采用8节点六面体线性减缩积分单元（C3D8R），模拟的整个过程时长为10 s，每个分析步长为1 s，最小时间步长为0.01 s。

2.2.2 材料性能参数

模拟过程需考虑焊接材料的物理参数，本文使用的材料为Q235B，选用材料特性数据^[6]如表 1所示。

2.2.3 载荷与边界条件

3号废水处理设备内箱体所处的环境压强为0.4 MPa，因此，有限元分析中对设备的内箱体向外施加0.4 MPa的压强，取实物下底面所在平面为整体坐标系的参考面，并加以固定，忽略质量等方面的少许差异，对整体性能研究没有影响，模拟采用ABAQUS中SI单位制^[7]。

2.3 计算结果及分析

经过ABAQUS/Standard分析，3号废水处理设备内箱体与门板应力应变云图如图 3、图 4所示。

从图 3可以看出，整体大于材料屈服强度235 MPa的位置都位于箱体加强槽钢上，其中最大应力达到910 MPa，箱体板料均小于235 MPa，属于弹性变形，因此，加强筋的施加位置对整体箱体的承压方面有很大作用。

从图 4内箱体和门板的应变云图可以看出，门板上没有加强筋位置的应变最大，达到8.427 mm；门板对侧箱体应变量最大位置位于箱体板料处，位移量为7.49 mm，门板变形0.4683 mm，门板位移对整体门板与箱体的密封影响很小，能够满足现场废水处理要求。

3 结束语

本文通过3号废水处理设备内箱体与门板的应力应变云图，找到废水处理设备内箱体的最大受力位置并进行加固，得到满足火电厂实际所需的最佳内箱体结构，保证废水处理设备的运行安全。此方法通过降低箱体整体厚度，增加加强筋的方法可有效降低设备生产成本，减少实际试验过程中的不确定性因素，为试验过程提供有力的数据基础。