尿素造粒塔施工 造粒塔防腐 造粒塔內(nèi)壁防腐 造粒塔外壁防腐 造粒塔工程 自然通風(fēng)型 九度區(qū)
摘要 介紹抗震設(shè)防烈度九度區(qū)場(chǎng)地建造尿素造粒塔的建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并探討其技術(shù)關(guān)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(nèi)徑為9m、塔高為65m的鋼筋砼造粒
塔。造粒塔既是一個(gè)高聳的構(gòu)筑物,又是尿素生產(chǎn)的重要化工設(shè)備,除了應(yīng)滿足工藝生產(chǎn)要求外,還必須有良好的耐腐蝕性能,便于操作與維修,在結(jié)構(gòu)上要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性;同時(shí),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(chǎn)品品種、生產(chǎn)規(guī)模,也能為廠容廠貌增色,因而它的設(shè)計(jì)與建造倍受關(guān)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(guó)內(nèi)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(zhuǎn)噴灑成液滴,在自然通風(fēng)條件下,經(jīng)足夠高度降落、冷卻、凝固而形成粒狀尿素,經(jīng)集料斗至底部的皮帶輸送機(jī)運(yùn)往包裝間這個(gè)過(guò)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(hào)文,同意該廠工程建設(shè)設(shè)計(jì)烈度按九度設(shè)防。據(jù)了解,當(dāng)時(shí)(1988年)我國(guó)尚未有在九度區(qū)建筑造粒塔的實(shí)例�，F(xiàn)把我們?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程中的一些體會(huì)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(fēng)型造粒塔,在滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定計(jì)點(diǎn)的條件下,采用柱支承式筒體結(jié)構(gòu)。塔體進(jìn)風(fēng)口以下由支柱及環(huán)梁組成、現(xiàn)澆鋼筋砼構(gòu)架支承圓柱形筒體的塔身,筒體采用液壓滑模施工。塔體內(nèi)有噴頭操作間、集料斗等,在塔體一側(cè)設(shè)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(yīng)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(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)和交通空間,在集料斗下為皮帶輸送機(jī)。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(hù),除出入口外,設(shè)置固定采光通風(fēng)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(jìn)風(fēng)口,見(jiàn)圖3。漏斗內(nèi)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(jié)疤塊墜落的沖擊力,不致因漏斗損壞影響連續(xù)生產(chǎn)。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(shè)鋼平臺(tái)以供檢修操作,見(jiàn)圖2。這種布置克服了過(guò)去鋼制單斗或褲衩斗使底層采光差、不便處理尿素結(jié)疤等缺陷,同時(shí)又可增加塔中心的進(jìn)風(fēng)量。
(3)進(jìn)風(fēng)口 對(duì)自然通風(fēng)型造粒塔來(lái)說(shuō),進(jìn)風(fēng)口的布置十分重要。進(jìn)風(fēng)口布置應(yīng)保證有足夠的
進(jìn)風(fēng)面和均勻進(jìn)風(fēng),并為漏斗觀察維修創(chuàng)造條件。目前進(jìn)風(fēng)口的布置,對(duì)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(jìn)風(fēng)口面積。九度區(qū)支承柱為8個(gè),為了不減小進(jìn)風(fēng)面積,我們適當(dāng)增加了進(jìn)風(fēng)口的高度,滿足了工藝的要求。圖3進(jìn)風(fēng)口水平部分與走道合一,采用鋼篦子板,外側(cè)豎向擋風(fēng)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(duì)于9m直徑的造粒塔,操作間采用塔內(nèi)封閉式(內(nèi)藏式),四面由鋼筋砼梁板組成箱形結(jié)構(gòu),兩端支承于塔壁上,與塔內(nèi)環(huán)境成隔絕狀態(tài);在塔壁一側(cè)設(shè)門與附塔相通,另一側(cè)設(shè)窗,采光并利于形成操作間縱向空氣對(duì)流,減少室內(nèi)高溫的影響。其底板上有噴頭孔、觀察孔、燈孔,裝有尿液泵,見(jiàn)圖4。頂板上設(shè)承水槽,由出風(fēng)口漏下的雨水經(jīng)出水槽收集,用短管排出塔外。
(5)出風(fēng)口 對(duì)自然通風(fēng)型造粒塔,出風(fēng)口的設(shè)置也十分重要。過(guò)去常采用塔頂四周外側(cè)設(shè)置
外排擋風(fēng)板形成排風(fēng)道的型式,構(gòu)造復(fù)雜,給設(shè)計(jì)施工帶來(lái)麻煩,也不方便檢修。經(jīng)多年摸索,對(duì)小型塔體,現(xiàn)采用塔頂集中式出風(fēng)口(見(jiàn)圖6),設(shè)格柵式擋雨板。由于出風(fēng)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(fēng)口兩側(cè)為無(wú)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(jìn)入塔頂進(jìn)行(6)附塔(樓電梯間) 造粒塔相當(dāng)于20層建筑物,垂直交通除設(shè)樓梯外,還設(shè)有5kN電梯一部,采用平行布置,以減少對(duì)塔體進(jìn)風(fēng)面的阻擋。樓梯全部采用鋼筋砼預(yù)制構(gòu)件,以減少鋼構(gòu)件可能帶來(lái)的維修量。經(jīng)與施工單位商定,在滑模時(shí)采取一定措施,是完全可行的。電梯根據(jù)工藝要求,�？�5站,其中3站平面設(shè)鋼走道與尿素主廠房樓面相連,以便生產(chǎn)操作。
(7)豎向布置 塔體豎向布置取決于工藝要求及結(jié)構(gòu)可能采取的型式�，F(xiàn)塔體大致劃分為三段(見(jiàn)圖7)。下段:由塔底至漏斗層,為集料運(yùn)轉(zhuǎn)段,其高度由漏斗形式、角度及其下皮帶運(yùn)輸棧橋所需的空間來(lái)決定;中段:由漏斗頂面進(jìn)風(fēng)口至噴頭操作間底板,為尿液噴灑冷卻結(jié)晶段,其高度由工藝生產(chǎn)條件按通風(fēng)要求計(jì)點(diǎn)決定;上段:由噴頭操作間樓面至塔頂出風(fēng)口,為工藝操作出風(fēng)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(jù)工藝操作的環(huán)境要求和出風(fēng)口的面積來(lái)確定。
(8)建筑防腐 建筑防腐設(shè)計(jì)是尿素造粒塔十分重要的內(nèi)容,由于所涉及的因素很多,諸如生產(chǎn)操作、安全、施工、檢修、維護(hù)等,而且還必須考慮建設(shè)費(fèi)用問(wèn)題。我們采取治本為主、治標(biāo)為輔、局部重點(diǎn)設(shè)防的原則,分別采用不同的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),對(duì)塔體特別加強(qiáng)自防能力,采用密實(shí)性砼、塔體內(nèi)局部采用鋁板,其余用防腐涂料。詳細(xì)做法可參見(jiàn)施工圖。
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)塔體結(jié)構(gòu)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(duì)于9m直徑的造粒塔來(lái)說(shuō),其支承面積不應(yīng)小于塔體橫截面積的50%,這樣進(jìn)風(fēng)面積難以得到保證。經(jīng)反復(fù)核算并結(jié)合樓電梯間的布置,確定采用柱支承式結(jié)構(gòu),支柱定為8根,斷面為800mm×800mm,均勻設(shè)置,在樓電梯間處適當(dāng)調(diào)整,支承于柱上的環(huán)梁截面也隨之調(diào)整。
(2)塔體內(nèi)力計(jì)算 參照文獻(xiàn)[1],采用簡(jiǎn)化計(jì)算,即把塔體作為懸臂柱分析;地震作用采用基底剪力法計(jì)算;控制荷載為附加荷載,即“自重+0•25風(fēng)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(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的基礎(chǔ)上,參照文獻(xiàn)[1]中實(shí)測(cè)值修正,取T=0.9s,0m處地震作用總彎矩M0=81270kN•m。
(3)支柱 根據(jù)塔體總內(nèi)力,計(jì)算出支柱應(yīng)承受的內(nèi)力,取其最不利組合的一組,按雙向偏心受壓計(jì)算,砼采用C25級(jí),Ⅱ級(jí)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(zhì)及地基基礎(chǔ) 工程場(chǎng)地位于新沂化肥廠內(nèi),場(chǎng)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(xì)粒砂結(jié)構(gòu),稍密,飽水,厚>10m,未穿透,fk=250kPa,為非液化性砂層。關(guān)于基礎(chǔ)型式,結(jié)合柱支承的上部塔體型式采用環(huán)梁基礎(chǔ),梁截面矩形尺寸為900mm×1500mm,側(cè)面附塔部分采用筏式基礎(chǔ),且便于電梯地坑的設(shè)置。由于九度區(qū)地震作用大,基底彎矩大,采用天然地基時(shí)基底出現(xiàn)拉應(yīng)力,不能滿足規(guī)范要求,故采用樁基,為350mm×350mm鋼筋砼預(yù)制樁,樁長(zhǎng)9m。
(5)筒體設(shè)計(jì) 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(jì)算中需考慮風(fēng)載、地震、溫度及砼收縮等多種因素的影響,結(jié)構(gòu)計(jì)算較為復(fù)雜,在設(shè)計(jì)中參考了文獻(xiàn)[2]的成果。由計(jì)算結(jié)果可知,塔壁上半段的縱向組合內(nèi)力完全由砼抵抗,故上半段縱向鋼筋為構(gòu)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(nèi)力中又以自重內(nèi)力為主,風(fēng)和溫度對(duì)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(fēng)和溫度的環(huán)向內(nèi)力與自重的環(huán)向內(nèi)力同號(hào),下半段為反號(hào);因而配筋隨著風(fēng)和溫度作用的改變而改變,新沂化肥廠所在地基本風(fēng)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(nèi)環(huán)向配筋應(yīng)予加強(qiáng),分別為16•28cm2及14•10cm2。在施工圖設(shè)計(jì)中,為便于施工,對(duì)上述配筋適當(dāng)作.
