尿素造粒塔施工  造粒塔防腐  造粒塔內壁防腐  造粒塔外壁防腐  造粒塔工程　自然通風型　九度區(qū)

摘要　介紹抗震設防烈度九度區(qū)場地建造尿素造粒塔的建筑及結構設計,并探討其技術關鍵。

1　概述
新沂化肥廠40kt/a尿素裝置中,尿素造粒采用了塔體內徑為9m、塔高為65m的鋼筋砼造粒
塔。造粒塔既是一個高聳的構筑物,又是尿素生產的重要化工設備,除了應滿足工藝生產要求外,還必須有良好的耐腐蝕性能,便于操作與維修,在結構上要有足夠的強度和穩(wěn)定性;同時,由于它特定的功能,高大的體型,還常能醒目地顯示該廠的產品品種、生產規(guī)模,也能為廠容廠貌增色,因而它的設計與建造倍受關注。新沂化肥廠尿素裝置采用中壓聯(lián)尿流程(中壓變換氣氣提法),與目前國內普遍采用的水溶液全循法,在工藝路線上是不同的。但在其最后工序,即將尿液(約140℃尿素熔融物)從塔頂噴頭旋轉噴灑成液滴,在自然通風條件下,經足夠高度降落、冷卻、凝固而形成粒狀尿素,經集料斗至底部的皮帶輸送機運往包裝間這個過程,大體是一致的。因而,中壓聯(lián)尿流程與全循環(huán)流程尿素造粒塔的工藝條件也大體一致。然而,新沂化肥廠位于地震基本烈度十度區(qū),按江蘇省地震局(81)字震烈度便字第01號文,同意該廠工程建設設計烈度按九度設防。據了解,當時(1988年)我國尚未有在九度區(qū)建筑造粒塔的實例�，F(xiàn)把我們設計過程中的一些體會和做法作一介紹,以供借鑒和參考。
2　造粒塔平面及豎向布置
本造粒塔為自然通風型造粒塔,在滿足強度及穩(wěn)定計點的條件下,采用柱支承式筒體結構。塔體進風口以下由支柱及環(huán)梁組成、現(xiàn)澆鋼筋砼構架支承圓柱形筒體的塔身,筒體采用液壓滑模施工。塔體內有噴頭操作間、集料斗等,在塔體一側設置附塔,為樓梯及電梯間,電梯在一定停層與尿素主廠房相應樓面相連。塔各層平面及豎向布置分述如下:
(1)塔底間　為漏斗以下空間,是一個運轉和交通空間,在集料斗下為皮帶輸送機。通往包裝間的皮帶棧橋及附塔樓電梯間直接與塔底相通。柱間用普通磚圍護,除出入口外,設置固定采光通風窗。
(2)漏斗層　漏斗為尿素集料之用,采用雙層漏斗。上層為鋼筋砼漏斗,支承于支柱頂環(huán)梁上,漏斗上方即為進風口,見圖3。漏斗內面輔貼花崗石塊材,除防腐外,主要是為了較好的承受由塔頂和塔身尿素結疤塊墜落的沖擊力,不致因漏斗損壞影響連續(xù)生產。下層為鋼制漏斗,由鋼架支承于塔底地面。雙層漏斗豎向間隙為1m,鋼漏斗四周設鋼平臺以供檢修操作,見圖2。這種布置克服了過去鋼制單斗或褲衩斗使底層采光差、不便處理尿素結疤等缺陷,同時又可增加塔中心的進風量。
(3)進風口　對自然通風型造粒塔來說,進風口的布置十分重要。進風口布置應保證有足夠的
進風面和均勻進風,并為漏斗觀察維修創(chuàng)造條件。目前進風口的布置,對于柱支式造粒塔,在塔體橫截面上除了必要的砼柱截面和附塔占去的面積外,即為進風口面積。九度區(qū)支承柱為8個,為了不減小進風面積,我們適當增加了進風口的高度,滿足了工藝的要求。圖3進風口水平部分與走道合一,采用鋼篦子板,外側豎向擋風板為鋼支架、瓦楞鋁板,既輕便,又易安裝。
(4)噴頭操作間　這是造粒塔的心臟。對于9m直徑的造粒塔,操作間采用塔內封閉式(內藏式),四面由鋼筋砼梁板組成箱形結構,兩端支承于塔壁上,與塔內環(huán)境成隔絕狀態(tài);在塔壁一側設門與附塔相通,另一側設窗,采光并利于形成操作間縱向空氣對流,減少室內高溫的影響。其底板上有噴頭孔、觀察孔、燈孔,裝有尿液泵,見圖4。頂板上設承水槽,由出風口漏下的雨水經出水槽收集,用短管排出塔外。
 (5)出風口　對自然通風型造粒塔,出風口的設置也十分重要。過去常采用塔頂四周外側設置
外排擋風板形成排風道的型式,構造復雜,給設計施工帶來麻煩,也不方便檢修。經多年摸索,對小型塔體,現(xiàn)采用塔頂集中式出風口(見圖6),設格柵式擋雨板。由于出風口氣流中帶有大量尿素粉塵,在干濕交替作用下,格柵板極易腐蝕,故采用裝配式塑料板為材料,既有較高的防腐性能又便于檢修更換。出風口兩側為無組織排水,塔頂雨水由泄水管排出塔外。塔頂觀察維修可由附塔屋頂人孔進入塔頂進行(6)附塔(樓電梯間)　造粒塔相當于20層建筑物,垂直交通除設樓梯外,還設有5kN電梯一部,采用平行布置,以減少對塔體進風面的阻擋。樓梯全部采用鋼筋砼預制構件,以減少鋼構件可能帶來的維修量。經與施工單位商定,在滑模時采取一定措施,是完全可行的。電梯根據工藝要求,�？�5站,其中3站平面設鋼走道與尿素主廠房樓面相連,以便生產操作。
(7)豎向布置　塔體豎向布置取決于工藝要求及結構可能采取的型式�，F(xiàn)塔體大致劃分為三段(見圖7)。下段:由塔底至漏斗層,為集料運轉段,其高度由漏斗形式、角度及其下皮帶運輸棧橋所需的空間來決定;中段:由漏斗頂面進風口至噴頭操作間底板,為尿液噴灑冷卻結晶段,其高度由工藝生產條件按通風要求計點決定;上段:由噴頭操作間樓面至塔頂出風口,為工藝操作出風段,其高度為操作間所需高度以及承水槽至塔頂所必須的距離,根據工藝操作的環(huán)境要求和出風口的面積來確定。
(8)建筑防腐　建筑防腐設計是尿素造粒塔十分重要的內容,由于所涉及的因素很多,諸如生產操作、安全、施工、檢修、維護等,而且還必須考慮建設費用問題。我們采取治本為主、治標為輔、局部重點設防的原則,分別采用不同的設防標準,對塔體特別加強自防能力,采用密實性砼、塔體內局部采用鋁板,其余用防腐涂料。詳細做法可參見施工圖。
3　結構設計
(1)塔體結構型式確定　九度區(qū)地震作用為七度區(qū)的4倍。若采用筒壁支承型式,對于9m直徑的造粒塔來說,其支承面積不應小于塔體橫截面積的50%,這樣進風面積難以得到保證。經反復核算并結合樓電梯間的布置,確定采用柱支承式結構,支柱定為8根,斷面為800mm×800mm,均勻設置,在樓電梯間處適當調整,支承于柱上的環(huán)梁截面也隨之調整。
(2)塔體內力計算　參照文獻[1],采用簡化計算,即把塔體作為懸臂柱分析;地震作用采用基底剪力法計算;控制荷載為附加荷載,即“自重+0•25風載+0•5溫度荷載+地震荷載+使用荷
載”。0m以上塔體總重取21500kN;塔體自振周期T(垂直梯、電梯方向),在經驗公式計算值的基礎上,參照文獻[1]中實測值修正,取T=0.9s,0m處地震作用總彎矩M0=81270kN•m。
(3)支柱　根據塔體總內力,計算出支柱應承受的內力,取其最不利組合的一組,按雙向偏心受壓計算,砼采用C25級,Ⅱ級鋼筋,支柱縱向鋼筋每邊為8Φ28mm,柱截面軸壓比滿足規(guī)范要求。
(4)工程地質及地基基礎　工程場地位于新沂化肥廠內,場地屬沂蒙山南沖擊平原。天然地面以下各土層為①雜填土,0•2~1•2m厚;②亞粘土,可一硬塑料狀態(tài),中等壓縮性,3•8~6•5m厚,fk=150~170kPa;③砂土,中細粒砂結構,稍密,飽水,厚>10m,未穿透,fk=250kPa,為非液化性砂層。關于基礎型式,結合柱支承的上部塔體型式采用環(huán)梁基礎,梁截面矩形尺寸為900mm×1500mm,側面附塔部分采用筏式基礎,且便于電梯地坑的設置。由于九度區(qū)地震作用大,基底彎矩大,采用天然地基時基底出現(xiàn)拉應力,不能滿足規(guī)范要求,故采用樁基,為350mm×350mm鋼筋砼預制樁,樁長9m。
(5)筒體設計　上下環(huán)梁之間的筒體,壁厚160mm,為一閉口圓柱殼。殼頂有剛性屋蓋及環(huán)梁,下有環(huán)梁及漏斗。在計算中需考慮風載、地震、溫度及砼收縮等多種因素的影響,結構計算較為復雜,在設計中參考了文獻[2]的成果。由計算結果可知,塔壁上半段的縱向組合內力完全由砼抵抗,故上半段縱向鋼筋為構造鋼筋;下半段的縱向配筋以不考慮地震的主要荷載組合控制,組合內力中又以自重內力為主,風和溫度對配筋影響不大。塔壁的橫向配筋以主要荷載控制,塔壁上半段,風和溫度的環(huán)向內力與自重的環(huán)向內力同號,下半段為反號;因而配筋隨著風和溫度作用的改變而改變,新沂化肥廠所在地基本風壓力為0•35kPa,最低氣溫為-14•2℃,這樣,每米塔壁的環(huán)向配筋面積,上半段為3•7cm2,下半段為4•38cm2;但塔壁上下端1•2m范圍內環(huán)向配筋應予加強,分別為16•28cm2及14•10cm2。在施工圖設計中,為便于施工,對上述配筋適當作.