尿素造粒塔的建筑设计

尿素造粒塔的建筑设计中国成达工程有限公司江端玉[提要] 纵观各地尿素造粒塔的建筑设计，了解工艺特征，总结成熟的设计经验，根据以往尿素造粒塔设计中存在的问题采用了以往不同的设计思路，使尿素造粒塔在符合现有规范情况下，能够满足工艺、管道、电气、防火、疏散等等特殊要求。

[关键词] 地域特点设计思路防腐蚀安全疏散一.概述我国在二十世纪70年代后期，大量引进化肥装置。

我公司在80年代初根据外商提供的基础设计资料（工艺包），先后设计了四川化工厂56万吨尿素装置、云南天燃气化工厂56万吨尿素装置、四川天燃气化工厂56万吨尿素装置以及辽宁锦西化工厂大化肥装置。

独立设计海南大化肥、大庆大化肥以及近几年来的美丰30万吨尿素、建峰45万吨尿素、塔里木45万吨尿素等设计。

纵观各地造粒塔的运行情况，了解造粒塔的工艺特征，总结成熟的设计经验。

下面就建筑专业在造粒塔设计中的一些要点和青海造粒塔设计中的与其它造粒塔相同和不同之处做一个阐述。

青海100万吨钾肥位于青海省格尔木市察尔汗盐湖，地处格市东北方向约60公里处。

场地较为平坦，地面相对标高介于2680.05m~2681.00m。

地貌单元属昆仑山前洪湖积平原。

根据《地震抗震设计规范》（GB50011-2001），格尔木抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组，设计特征周期为0.55s。

场地处于柴达木盆地新生代达布逊拗陷中东部的察尔汗湖区，据区域地质资料及邻近场地勘察资料，场地及其附近没有全新世活动断裂展布。

此外，本场地第四系覆盖层厚度大于90米，不存在发震断裂错动对地面建筑物的影响。

地下水测得稳定水位埋深为0.80m~1.00m：相对标高介于2679.25m~2680.0m之间。

是赋存于①层水潜水。

其补给水源为大气降水和冰雪融水。

场地地下水和土质属于盐渍土，对混凝土结构具弱腐蚀性，但对钢筋混凝土中的钢筋具强腐蚀性。

厂址气象条件：青海100万吨钾肥项目共有13套装置，尿素仅是其中一套装置。

二.尿素造粒塔建筑设计中采用的现行规范：《建筑设计防火规范》GB50016-2006《建筑抗震设计规范》GB50011-2001《高层民用建筑建筑设计防火规范》GB50045-925《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-95《石油化工企业设计防火规范》GB50160-92《尿素造粒塔设计规定》HG/T200672-2005《建筑物防雷设计规范》GB50057-94《盐渍土地区建筑规范》SY/T 0317-97《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002《工业企业设计卫生标准》GB5Z1-2002三.尿素造粒塔建筑设计特点：尿素造粒塔塔体高89m，直径19m，喷头标高EL1077.200，采用钢筋混凝土滑模现浇筒体结构，操作间设于EL1077.600层，采用型钢桁架结构，面积51㎡。

操作间为塔内封闭式。

进风窗面积71㎡在刮料层上部500处，为外部进风并设有卷帘门调节进风量；刮料层为漏斗式设于8.2m。

出风窗为塔顶中部集中式面积为120㎡；电梯设于塔壁一侧，客货两用，提升高度82.2m，提升速度1.5m/s；电梯机房设于EL1087.500处，井道尺寸2.4mx2.65m；电梯与楼梯相对，中间设有电梯前室，楼梯间为2.55mx5.66m；楼梯为封闭楼梯间，与电梯前室间设有900乙级防火门；EL1055.900m以下前室均有通往尿素主框架各层的钢平台，是尿素主框架日后检修的主要通道；考虑到火灾事故，尿素造粒塔的电梯间和楼梯间分别使用各自独立的通道，在火灾事故发生时，操作人员可以安全疏散到地面。

操作间层没有采用以往操作间顶部排风方案，在前室设有大窗，操作间另一端上部设有Ф500的通风口，机械排风。

在电梯停靠层设有四个观察孔。

其他防护有：塔顶上人屋面女儿墙高 1.5m，女儿墙上部做避雷带同结构钢筋连接有效接地、塔顶外部涂有20m高的航空障碍标志、塔顶设有夜晚航空频闪标志。

造粒塔主要腐蚀介质是氨气、尿素。

氨在环境相对湿度小于75%时，对钢筋混凝土弱腐蚀。

工艺特点是在操作间底部的喷头喷出氨气，雾状氨气在上行气流作用下漂浮，相互碰撞逐渐变大形成颗粒状，直到上行气流不足以支撑其重量时落下成为尿素颗粒。

喷头氨气出口温度在150～180℃。

塔内壁喷头层下部空气温度为80～90℃，尿素落地温度～70℃，尿素落地面空气温度为～50℃。

造粒塔建筑防腐蚀工程具体做法：EL100.200皮带层采用防腐隔离层+细石混凝土，EL106.200刮料层采用防腐隔离层+花岗石，塔体内壁采用刷（耐高温型）防腐胶，操作间钢桁架采用1mm厚不锈钢包裹，EL177.200操作间地面采用采用防腐隔离层+30厚花岗石，操作间顶面采用防腐玻璃钢+细石混凝土（5%密实剂），操作间墙面采用防腐玻璃钢隔离层+防腐胶内墙涂料，其它钢构件刷防腐胶。

进气窗、出气窗采用1mm厚不锈钢制作，进风窗走道板采用模塑玻璃钢防腐格栅板。

青海盐湖因地下水位高而且是盐渍土质，结构在基础底部铺设150厚沥青碎石，再铺设2层SBS高聚物改性沥青防水卷材阻断地下盐水通过混凝土向上渗透而腐蚀基础。

尿素造粒塔的基本尺寸如图所示：青海100万吨尿素造粒塔的设计思路和设计方法：青海冬季气候寒冷工艺管道的设计与其它造粒塔不同，青海尿素造粒塔地处严寒地区，为了减少进口氨气热损失设置“管道间”，管道间设于楼梯与塔壁一侧，工艺管道电气管道使用同一管道间，自控和下水管道间设于对面电梯与塔壁一侧，利用每个电梯停靠层把管道间分层分隔设置（使其不会产生烟囱效应），管道穿楼板的孔在管道桥架安装完毕后进行防火封堵。

停靠层与管道间均设有窗，可以观察和检修管道间的设备、管道。

青海造粒塔在设计中根据青海气候的特殊性，采用了一些新设计思路。

a.造粒塔的出风形式有两种，外排式（容易受风的影响），内排式（要设计档雨蓬）。

出风口的检修平台未设在塔内（锦西在塔内），青海在粒塔因为直径较小，如果采用内壁设置档雨蓬显然减小出风口的有效面积，加之青海降雨量少，年降水量在冬季，全年几乎不下雨。

出风口未做挡雨板，却把出风口内壁提高到1.5m形成烟囱状，使气流更顺畅，也保证出风口有效面积。

青海塔径只有19m，出风口的检修平台未设在塔内（尿素在塔内容易结块，经常需要停车检修），所以青海尿素造粒塔检修走道设在出风口外塔内天井。

即安全，又保证喉口有效出风面积。

b.青海察尔汗降水均在冬季，尿素造粒塔进风遮雨棚下檐口降低，防止侧风飘雪进入塔内，把塔壁外进风窗走道板面层设计成模塑玻璃钢格栅走道板，既增加通风，又能在卷帘门失去控风作用情况下对格栅走道板进行遮盖也能调节进风流量。

这点与所有尿素造粒塔不同，是个全新的设计思路。

c.《尿素造粒塔设计规定》7.1.2为：进风窗窗间墙宽度大于或等于8bw(bw为墙厚)，窗间墙轴压比(轴压比指柱组合的轴压力设计值与柱的全截面面积和混凝土轴心抗压强度设计值乘积之比值)应小于或等于0.6。

进风窗顶部以下应考虑塔壁厚度为500。

塔壁的厚度影响进风窗窗间墙的宽度和高度，进风窗的高度（制约于宽度）关系到操作间底部到进风窗顶工艺要求的距离（影响到造粒塔的总高）。

青海尿素造粒塔进风窗未做活动百叶窗（所有的造粒塔都采用活动百叶，从往使用情况来看都不理想），一是被腐蚀不能正常开启，二是维修不方便。

青海造粒塔在塔壁外侧设置镀锌钢板卷帘门调节进风量，如果卷帘门出故障可采用遮盖模塑玻璃钢格栅走道板调节进风流量。

这点与所有尿素造粒塔也不同，不但能增加进风量，也可以再卷帘门失效时调节进风量。

也是个全新的设计思路。

d.操作间地面因为经常维修喷头，既要防腐又要耐冲击，所以采用玻璃钢防腐隔离层+花岗石。

操作间未采用的顶部轴流风机排风，采用对流从塔壁外侧直通，减少氨气进入操作间，改善操作间工作环境。

操作间下水管道采用不锈钢管暗藏于桁架内部，以往管道暴露在塔内常常因为尿素累积停车检修。

e.电梯停靠层的高度与布置、结构、电梯供货商、工艺、电气、自控共同探讨制定做到既满足规范要求（疏散、防火），又满足结构塔体体内剪力柱构造，满足工艺（观察塔内工作状况），满足管道、电气、自控使用及维护，满足电梯行程使用功能。

f.造粒塔检修，出风窗检修从塔顶下至EL182.200，刮料层检修在8.2m设有不锈钢检修门（以往从进风窗进入），进风窗洞口大小应考虑到刮料机安装以及结构剪立柱设置，操作间上部电梯停靠层设有门，可到操作间走道顶部清理积累的尿素。

El156.200米以下所有电梯停靠层都有通向布置管道间和仪表管道间的窗，便于设备管道电缆桥架检修。

屋面维护可从电梯机房间出入。

g.造粒塔屋面防水未采用一般的防水卷材+取消保温层，而青海尿素造粒塔采用防腐蚀隔离层+保护层（取消保温层）；水落管道采用1mm的不锈钢管，管道间暗埋敷设。

管道间电梯停靠层的楼面穿孔待设备安装完毕后必须进行防火封堵。

h.防腐采用结构自防腐（C30混凝土+高浓度NNO二聚体减水剂），塔体内壁采用刷（耐高温型）防腐胶，塔体外壁根据《尿素造粒塔设计规定》8.6之规定：上部20m刷红白相间航空障碍涂层；中间采用混凝土自身色；下部（6.2m）以下采用建筑防腐涂料。

四.尿素造粒塔建筑设计注意内容：造粒塔设计注意内容：电梯间前室设计、电梯间卷扬机安装进入、操作间通风、操作间通道宽度、进风窗窗间墙与结构配合、进风窗的维修、操作走道、进风窗档雨蓬的高度、进风窗进风控制设计、进出风窗净面积、出风喉口、出风窗检修、出风窗档雨设计、门窗考虑疏散、设备出入、当地气候、管道井设计、屋面及操作间排水、造粒塔防腐设计构思、建筑防腐蚀构造、造粒塔底层门应考虑料仓安装进出、高层构筑物航空障碍标志、各层各用途窗的设应综合考虑：上下对齐（窗间墙为剪力柱），窗间墙的截面（柱的截面），布置管线位置，尿素主框架通道，操作间通道等等。

综合上述原因，造粒塔的设计应在建筑专业组织下，反复协调相关专业，制定建筑方案既要满足规范要求，也要满足工艺、布置、电气、自控、结构、机运、电梯井口尺寸荷载，以及建筑自身设计。

造粒塔剖面图五.结语尿素造粒塔是一个构筑物也是一台功能复杂的化工设备，建筑专业一定要了解它的工艺特征、还要与其他专业、设备提供厂商的密切配合，根据相关规范的要求采取相应的防护措施，根据各专业的要求合理布置，根据工艺特点（地质构造）采取相应的防腐蚀措施。

参考文献《尿素造粒塔设计规定》HG/T200672-2005《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-95《建筑设计防火规范》GB50016-2006中国成达工程有限公司土建室江端玉2009-11-20。