李懋星
(I-海工程化学设计院，上海200233)
摘要:介绍尿素造粒塔的设计与防腐，供设计人员参考。
关键词:造粒塔;结构;砼;防腐
尿素造粒塔由于它直径大、高度高、防腐蚀要求严，故受广大化工设计人员所关注。在设计中不仅应满足结构强度、稳定要求，而且应具有一定的防腐能力和耐久性，以确保生产能持续、正常运行。
1 造粒塔的组成和结构选型
1 造粒塔的组成和结构选型
造粒塔是由塔顶、喷淋层、塔壁、环梁、刮料层、底座、电梯间以及基础所组成的高耸构筑物，见图1、2。
1．1喷淋层的结构布置方案
(1)一字梁布置(见图3)
适用于塔径小于16m，采用劲性钢筋砼或钢筋砼。当采用劲性钢筋砼时，应按施工和使用二个阶段进行验算。
(2)井字梁布置(见图4)
适用于塔径大于16mm，采用劲性钢筋砼梁为宜。劲性骨架可采用格构式桁架或实腹式工字形组合截面梁，以格构式桁架为宜。当劲性梁兼作滑模提升架大梁时，劲性梁应按如下三个阶段进行验算：
①滑模从地面提升至喷淋层以下的阶段：考虑操作平台(含承重骨架)自重以及2450N／m2×1.2(动力系数)的施工荷载，验算桁架各杆件内力；
②滑模提升至喷淋层处的环梁底标高阶段：桁架端部(拼接好)支承在塔壁上，除考虑上述荷载外，还应增加劲性梁的砼自重，验算桁架端部杆件内力；
③砼达到设计强度的阶段：钢筋砼劲性梁承受全部荷载，即恒荷载加活荷载，验算劲性钢筋砼梁的强度和裂缝。
(3)辐射梁布置(见图5)
适用于塔径等于或大于20m，其优点：
① 自重轻，用钢量省，与井字梁布置比较，砼用量为1／3左右，钢用量为1／2，技术经济效果较好，并有利于抗震；
② 由于辐射梁布置均匀，杆件截面小，能改善塔顶自然通风条件；
③施工简便；
④结构受力合理，由辐射梁(一般为24根)及上下环梁组成空间受力体系，整体性好，受力情况基本上均为轴向受力或偏心受压，有利于防腐。
1．2底座支承型式
(1)筒支承式
整体性好，空间刚度大、有利于抗震、便于滑模施工。施工图应注明刮料层楼板及其下部小柱，需待塔身完工后再进行施工，以减少沉降差。下部筒身壁厚一般采用300~400mm。
(2)柱支承式
可满足进风面积大的要求，一般当直径小于16m时，宜采用柱支承式。
(3)塔壁
塔壁采用钢筋砼圆柱体，塔壁最小厚度应根据强度、稳定及施工要求等因素决定，一般约为塔径的1／100。当塔径为20m 时，壁厚一般采用200mm。当塔径等于或小于16m 时，壁厚一般采用160mm。电梯间壁厚取160～180mm。塔壁所用砼标号：当采用液压滑升模板施工时，要求砼早强，其标号一般不低于(225号；在砼中加密实剂时，水泥宜选用普通硅酸盐水泥，水灰比小于0.5，水泥用量约为350kg／m3。塔壁宜采用双排对称配筋，钢筋直径一般为12～18mm。钢筋保护层厚度：塔壁厚度160mm时，取25mm；塔壁厚度200时，取30mm；梁和柱均取35mm。在滑模过程中严防砼拉裂或出现孔洞，塔壁必须一次抹平压光，砼养护采用养护剂，不容许采用喷水养护。
(4)基础
造粒塔应设置在土质均匀密实的地基上，当设置在软弱地基上时，应采用打桩或其它人工地基。当塔座为柱支承时，基础宜采用环梁基础。
2 荷载和荷载组合
2．1造粒塔塔壁上的荷载
(1)垂直荷载
①塔壁部分：主要为屋面、操作层、上环梁、塔壁、下环梁等构件自重及各操作层、屋面活荷载，以及粘结在塔壁上的尿素重量等。
② 电梯间墙壁部分：梯壁、楼梯的自重及楼梯使用荷载
③操作及检修荷载：
塔顶平面 2940 N／m2；
喷淋层 2940 N／m2；
刮料层 9800 N／m2；
进风口钢篦子走道 2450 N／m2；
电梯机房楼面 5880 N／m2；
楼梯及楼梯间平台 1960 N／m2；
刮料层的操作及检修荷载应乘以1．2的动力系数。
(2)风荷载
① 基本风压值按当地气象资料；
② 造粒塔为高耸结构，按《建筑结构荷载规范》规定将基本风压值乘1．1～1．2系数；
③ 风压高度变化系数、风振系数及风荷载体型系数，均参见《建筑结构荷载规范》进行计算。
(3)温差荷载
温差荷载是由操作温度与施工温度之差或日照对砼阴、阳面之温差引起的。
① 生产操作时温度(含塔壁内、外表面温度)一般情况是由冬季温度控制。
② 日照对砼阳面和阴面的温差，根据当地气象资料而定。
③ 砼的施工温度应根据施工季节而定，如不能确定施工季节，则可取夏、冬二季计算气温的平均温度，作为施工温度。
④ 如确实无据可查时则砼收缩温度可按15℃考虑，(温度线膨胀系数a=1 X 10-5时，相当于温度降低15℃)。
(4)荷载组合
① 主要荷载组合：自重+风载+0．5温差荷载。
② 特殊荷载组合：自重+0．25风载+0．5温差荷载+地震荷载(正面或侧面)。
3 计算
造粒塔的主体结构可视为闭口圆柱体，当电梯间墙壁与塔壁相连时，由于刚度相差很大，可忽视电梯壁对塔壁内力的影响，仍按圆形截面的柱体计算。对I、Ⅱ类场地土、地震烈度小于或等于8度，在满足构造要求后，也可按简化计算，把造粒塔作为一个悬壁柱来分析。
4 设计时注意要点
(1)造粒塔塔壁抗裂性应满足下列要求：
①塔内壁裂缝最大裂缝宽度小于0．1mm；
②塔外壁裂缝最大裂缝宽度小于0．2mm。
(2)当造粒塔与尿素框架平面布置很近时，基础设计要考虑塔与框架基础共同对地基土的压力重叠影响。
(3)圆筒塔壁与电梯间墙壁连接处，因生产时所受温度影响不同，在连接处产生较大的局部竖向
力(尤其在塔壁上半部)，因此在交接处应加固，并配置适当的竖向附加钢筋。
(4)重视造粒塔的防腐处理，挑选好防腐材料，加强施工监理。
5 设计造粒塔时必须掌握的设计条件
(1)总图专业提供的造粒塔平面图、座标、±0．000m相当于绝对标高。
(2)工艺专业提供的造粒塔平、立、剖面图，塔直径，标准塔高和各层的标高和要求，各层的安装检修荷载，物料名称，容重，防腐蚀要求，操作温度，工艺管道及栈桥的布置等。
(3)暖风专业提供的进、出风口的尺寸和要求。
(4)电气专业提供的照明、避雷及预埋件。
(5)土建专业具有的工程地质报告和气象资料。
6 造粒塔的防腐
造粒塔的防腐是设计中的关键，腐蚀特征主要是尿液或尿素吸湿潮解后对砼的渗透和脱水再结晶，体积膨胀使砼产生裂缝，随之尿液渗入砼内成为钢筋的电解质，产生电化学腐蚀。
6．1喷淋层
喷淋层楼板应设隔离层，隔离层可选用沥青玻璃布油毡、再生胶油毡、也可选用玻璃钢或石油沥青油毡，隔离层应沿墙体四周上伸高度300mm。隔离层上采用厚度20~30mm的耐酸磁板面层，用树脂胶泥砌筑并勾缝。喷淋层的墙面应设高度不小于1500mm墙裙，墙裙的防 腐与楼面防腐做法相同。在喷淋层的喷口处必须衬铝板，其范围为800～1000mm，见图6。
6．2刮料层
刮料层应设隔离层，其做法同喷淋层，隔离层应沿墙壁四周上伸高度300mm。刮料层的面层一般采用花岗石、耐酸砖等，用树脂胶泥砌筑并勾缝。刮料层沿四周应做高度不小于300mm 的踢脚板，其做法同刮料层。
6．3塔壁
在有条件的地域，应采用密实砼滑模施工，并采用养护剂养护，利用材料自身防腐性能来达到塔身防腐的目的，当塔身密实性砼的质量难易保证时，也可采用下列防腐方法中的一种：
(1)密实剂防腐 在±0．000m 以上的全部塔身，含刮料层楼板、排风道及喷淋层小间的现浇钢筋砼构件中均掺密实剂。目前国产的密实剂有：亚甲基二萘磺酸钠(NNO)甲基萘磺酸甲醛缩合物
(MF)、木质素磺酸盐(M 或MG)等。密实剂的加入量应根据密实剂与水泥品种有关，经试验确定最佳的加入量。施工中应加强对砼的养护工作，切忌早期失水，最好采用养护剂，一般用氯一偏乳液养护剂，喷涂二道，在气候干燥的地区可多涂二道，喷涂时间约在砼表面抹光压实后2h左右开始，每隔2h喷一次，每次控制在100～125g／m3，厚度要均匀，避免有漏涂现象。
(2)环氧玻璃钢防腐 刮料层以上全部塔身内表面、排风道塔内、外壁5～10m处均做玻璃钢防腐。
(3)涂料防腐刮料层以上全部塔身内表面、排风道塔内壁、外壁5~10m处均做涂料防腐，可采用氯磺化聚乙烯、环氧树脂、聚氨基甲酸脂等。
6．4 基础
涂一道冷底子、二道热沥青。 |
