江苏三里港高空建筑防腐有限公司
五金通金牌会员 第13年
已通过企业工商认证
公司服务热线
18221069968
高震区尿素造粒塔的设计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。关键词尿素造粒塔自然通风型九度区概述新沂化肥厂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X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X01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X不利组合的一组,按双向偏心受压计算,砼采用C25X,ⅡX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,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,X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,对上述配筋适当作了调整。
