尿素造粒塔施工  造粒塔防腐  造粒塔内壁防腐  造粒塔外壁防腐  造粒塔工程　自然通风型　九度区

摘要　介绍抗震设防烈度九度区场地建造尿素造粒塔的建筑及结构设计,并探讨其技术关键。

1　概述
新沂化肥厂40kt/a尿素装置中,尿素造粒采用了塔体内径为9m、塔高为65m的钢筋砼造粒
塔。造粒塔既是一个高耸的构筑物,又是尿素生产的重要化工设备,除了应满足工艺生产要求外,还必须有良好的耐腐蚀性能,便于操作与维修,在结构上要有足够的强度和稳定性;同时,由于它特定的功能,高大的体型,还常能醒目地显示该厂的产品品种、生产规模,也能为厂容厂貌增色,因而它的设计与建造倍受关注。新沂化肥厂尿素装置采用中压联尿流程(中压变换气气提法),与目前国内普遍采用的水溶液全循法,在工艺路线上是不同的。但在其最后工序,即将尿液(约140℃尿素熔融物)从塔顶喷头旋转喷洒成液滴,在自然通风条件下,经足够高度降落、冷却、凝固而形成粒状尿素,经集料斗至底部的皮带输送机运往包装间这个过程,大体是一致的。因而,中压联尿流程与全循环流程尿素造粒塔的工艺条件也大体一致。然而,新沂化肥厂位于地震基本烈度十度区,按江苏省地震局(81)字震烈度便字第01号文,同意该厂工程建设设计烈度按九度设防。据了解,当时(1988年)我国尚未有在九度区建筑造粒塔的实例。现把我们设计过程中的一些体会和做法作一介绍,以供借鉴和参考。
2　造粒塔平面及竖向布置
本造粒塔为自然通风型造粒塔,在满足强度及稳定计点的条件下,采用柱支承式筒体结构。塔体进风口以下由支柱及环梁组成、现浇钢筋砼构架支承圆柱形筒体的塔身,筒体采用液压滑模施工。塔体内有喷头操作间、集料斗等,在塔体一侧设置附塔,为楼梯及电梯间,电梯在一定停层与尿素主厂房相应楼面相连。塔各层平面及竖向布置分述如下:
(1)塔底间　为漏斗以下空间,是一个运转和交通空间,在集料斗下为皮带输送机。通往包装间的皮带栈桥及附塔楼电梯间直接与塔底相通。柱间用普通砖围护,除出入口外,设置固定采光通风窗。
(2)漏斗层　漏斗为尿素集料之用,采用双层漏斗。上层为钢筋砼漏斗,支承于支柱顶环梁上,漏斗上方即为进风口,见图3。漏斗内面辅贴花岗石块材,除防腐外,主要是为了较好的承受由塔顶和塔身尿素结疤块坠落的冲击力,不致因漏斗损坏影响连续生产。下层为钢制漏斗,由钢架支承于塔底地面。双层漏斗竖向间隙为1m,钢漏斗四周设钢平台以供检修操作,见图2。这种布置克服了过去钢制单斗或裤衩斗使底层采光差、不便处理尿素结疤等缺陷,同时又可增加塔中心的进风量。
(3)进风口　对自然通风型造粒塔来说,进风口的布置十分重要。进风口布置应保证有足够的
进风面和均匀进风,并为漏斗观察维修创造条件。目前进风口的布置,对于柱支式造粒塔,在塔体横截面上除了必要的砼柱截面和附塔占去的面积外,即为进风口面积。九度区支承柱为8个,为了不减小进风面积,我们适当增加了进风口的高度,满足了工艺的要求。图3进风口水平部分与走道合一,采用钢篦子板,外侧竖向挡风板为钢支架、瓦楞铝板,既轻便,又易安装。
(4)喷头操作间　这是造粒塔的心脏。对于9m直径的造粒塔,操作间采用塔内封闭式(内藏式),四面由钢筋砼梁板组成箱形结构,两端支承于塔壁上,与塔内环境成隔绝状态;在塔壁一侧设门与附塔相通,另一侧设窗,采光并利于形成操作间纵向空气对流,减少室内高温的影响。其底板上有喷头孔、观察孔、灯孔,装有尿液泵,见图4。顶板上设承水槽,由出风口漏下的雨水经出水槽收集,用短管排出塔外。
 (5)出风口　对自然通风型造粒塔,出风口的设置也十分重要。过去常采用塔顶四周外侧设置
外排挡风板形成排风道的型式,构造复杂,给设计施工带来麻烦,也不方便检修。经多年摸索,对小型塔体,现采用塔顶集中式出风口(见图6),设格栅式挡雨板。由于出风口气流中带有大量尿素粉尘,在干湿交替作用下,格栅板极易腐蚀,故采用装配式塑料板为材料,既有较高的防腐性能又便于检修更换。出风口两侧为无组织排水,塔顶雨水由泄水管排出塔外。塔顶观察维修可由附塔屋顶人孔进入塔顶进行(6)附塔(楼电梯间)　造粒塔相当于20层建筑物,垂直交通除设楼梯外,还设有5kN电梯一部,采用平行布置,以减少对塔体进风面的阻挡。楼梯全部采用钢筋砼预制构件,以减少钢构件可能带来的维修量。经与施工单位商定,在滑模时采取一定措施,是完全可行的。电梯根据工艺要求,停靠5站,其中3站平面设钢走道与尿素主厂房楼面相连,以便生产操作。
(7)竖向布置　塔体竖向布置取决于工艺要求及结构可能采取的型式。现塔体大致划分为三段(见图7)。下段:由塔底至漏斗层,为集料运转段,其高度由漏斗形式、角度及其下皮带运输栈桥所需的空间来决定;中段:由漏斗顶面进风口至喷头操作间底板,为尿液喷洒冷却结晶段,其高度由工艺生产条件按通风要求计点决定;上段:由喷头操作间楼面至塔顶出风口,为工艺操作出风段,其高度为操作间所需高度以及承水槽至塔顶所必须的距离,根据工艺操作的环境要求和出风口的面积来确定。
(8)建筑防腐　建筑防腐设计是尿素造粒塔十分重要的内容,由于所涉及的因素很多,诸如生产操作、安全、施工、检修、维护等,而且还必须考虑建设费用问题。我们采取治本为主、治标为辅、局部重点设防的原则,分别采用不同的设防标准,对塔体特别加强自防能力,采用密实性砼、塔体内局部采用铝板,其余用防腐涂料。详细做法可参见施工图。
3　结构设计
(1)塔体结构型式确定　九度区地震作用为七度区的4倍。若采用筒壁支承型式,对于9m直径的造粒塔来说,其支承面积不应小于塔体横截面积的50%,这样进风面积难以得到保证。经反复核算并结合楼电梯间的布置,确定采用柱支承式结构,支柱定为8根,断面为800mm×800mm,均匀设置,在楼电梯间处适当调整,支承于柱上的环梁截面也随之调整。
(2)塔体内力计算　参照文献[1],采用简化计算,即把塔体作为悬臂柱分析;地震作用采用基底剪力法计算;控制荷载为附加荷载,即“自重+0•25风载+0•5温度荷载+地震荷载+使用荷
载”。0m以上塔体总重取21500kN;塔体自振周期T(垂直梯、电梯方向),在经验公式计算值的基础上,参照文献[1]中实测值修正,取T=0.9s,0m处地震作用总弯矩M0=81270kN•m。
(3)支柱　根据塔体总内力,计算出支柱应承受的内力,取其最不利组合的一组,按双向偏心受压计算,砼采用C25级,Ⅱ级钢筋,支柱纵向钢筋每边为8Φ28mm,柱截面轴压比满足规范要求。
(4)工程地质及地基基础　工程场地位于新沂化肥厂内,场地属沂蒙山南冲击平原。天然地面以下各土层为①杂填土,0•2~1•2m厚;②亚粘土,可一硬塑料状态,中等压缩性,3•8~6•5m厚,fk=150~170kPa;③砂土,中细粒砂结构,稍密,饱水,厚>10m,未穿透,fk=250kPa,为非液化性砂层。关于基础型式,结合柱支承的上部塔体型式采用环梁基础,梁截面矩形尺寸为900mm×1500mm,侧面附塔部分采用筏式基础,且便于电梯地坑的设置。由于九度区地震作用大,基底弯矩大,采用天然地基时基底出现拉应力,不能满足规范要求,故采用桩基,为350mm×350mm钢筋砼预制桩,桩长9m。
(5)筒体设计　上下环梁之间的筒体,壁厚160mm,为一闭口圆柱壳。壳顶有刚性屋盖及环梁,下有环梁及漏斗。在计算中需考虑风载、地震、温度及砼收缩等多种因素的影响,结构计算较为复杂,在设计中参考了文献[2]的成果。由计算结果可知,塔壁上半段的纵向组合内力完全由砼抵抗,故上半段纵向钢筋为构造钢筋;下半段的纵向配筋以不考虑地震的主要荷载组合控制,组合内力中又以自重内力为主,风和温度对配筋影响不大。塔壁的横向配筋以主要荷载控制,塔壁上半段,风和温度的环向内力与自重的环向内力同号,下半段为反号;因而配筋随着风和温度作用的改变而改变,新沂化肥厂所在地基本风压力为0•35kPa,最低气温为-14•2℃,这样,每米塔壁的环向配筋面积,上半段为3•7cm2,下半段为4•38cm2;但塔壁上下端1•2m范围内环向配筋应予加强,分别为16•28cm2及14•10cm2。在施工图设计中,为便于施工,对上述配筋适当作.