火電廠鋼筋混凝土煙囪裂縫原因及預(yù)防措施研究

張永升，曹建偉

（山東電力建設(shè)第三工程公司，山東 青島 266100）

煙囪是火電廠建筑中一座必不可少的建筑物，為保證長(zhǎng)期的安全運(yùn)行，火電廠的安全運(yùn)行要求煙囪的壽命至少與鍋爐相同甚至更長(zhǎng)。其結(jié)構(gòu)的耐久性就起著非常重要的作用。因?yàn)閲?guó)內(nèi)以前設(shè)計(jì)的單管式鋼筋混凝土煙囪，擁有良好的抗風(fēng)抗震能力，且具備節(jié)省材料、施工方便、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，特別是在地質(zhì)情況較好的情況下，其工程造價(jià)低的優(yōu)越性非常顯著。但是一些筒身裂縫比較嚴(yán)重，通過對(duì)早期的各地鋼筋混凝土單筒煙囪進(jìn)行安全檢查，發(fā)現(xiàn)約有70%左右存在不同程度的開裂問題，主要表現(xiàn)在裂縫存在普遍。以豎向裂縫為主，水平裂縫較少，其寬度一般都超過設(shè)計(jì)規(guī)范的 0.15～0.3 mm，普遍在0.3～1.0 mm，個(gè)別高達(dá)10 mm，裂縫貫穿筒壁，容易產(chǎn)生裂縫的部位是施工縫處和筒首。毋庸置疑，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，煙囪的耐久性將會(huì)受到嚴(yán)重的影響，以致于直接威脅著煙囪的使用壽命，而且還影響電廠的安全運(yùn)行。為此有必要對(duì)單筒式鋼筋混凝土煙囪裂縫的成因加以分析，在此基礎(chǔ)上，尋求比較合理的設(shè)計(jì)方案來提高鋼筋混凝土煙囪的耐久性。

1 煙囪產(chǎn)生裂縫的原因

火電廠煙囪產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的。例如燃燒煤的含硫量、煙氣的干濕度、煙氣的設(shè)計(jì)溫度取值、煙氣流速、溫度應(yīng)力設(shè)計(jì)的安全度，還有混凝土的收縮、內(nèi)襯隔熱材料的性能、風(fēng)荷載引起的橫向共振效應(yīng)以及施工工藝等。有必要對(duì)這些因素加以仔細(xì)的研究分析，尋找合理解決問題的措施。

1.1 燃燒煤的含硫量

在燃燒煤中含硫量越高，煙氣中的二氧化硫和少量的三氧化硫含量也會(huì)升高，在潮濕的煙氣環(huán)境中容易形成酸液，它將腐蝕煙囪的內(nèi)襯甚至外筒壁，當(dāng)煙囪長(zhǎng)期處于酸腐蝕的運(yùn)行環(huán)境下，將會(huì)導(dǎo)致煙囪裂縫的產(chǎn)生和加重。

1.2 煙氣的流速

煙氣出口流速的高低主要與環(huán)保有關(guān)。隨著大容量機(jī)組的建設(shè)，為了滿足環(huán)保要求，煙氣的流速已經(jīng)由原來的不足20 m/s提高到現(xiàn)在的30 m/s左右。過高的煙氣流速將會(huì)導(dǎo)致煙囪內(nèi)煙氣呈正壓運(yùn)行狀態(tài)而出現(xiàn)滲透，煙氣很容易通過內(nèi)襯的縫隙滲透到隔熱層中，最終導(dǎo)致煙囪外筒壁內(nèi)表面受熱溫度急劇上升，筒壁溫度應(yīng)力增大，使得筒壁產(chǎn)生裂縫的機(jī)率大增。

1.3 內(nèi)襯和隔熱層材料

當(dāng)采用吸水率較高的內(nèi)襯和隔熱層時(shí)，材料的保溫作用將會(huì)降低，導(dǎo)熱系數(shù)λ值會(huì)增大，又由于內(nèi)襯材料本身不耐酸，在煙氣的酸露點(diǎn)溫度比較低的情況下，將會(huì)加重內(nèi)襯的腐蝕，最終導(dǎo)致煙囪筒壁內(nèi)外溫差比設(shè)計(jì)值大，溫度應(yīng)力增大，加劇裂縫的出現(xiàn)。

1.4 煙囪水平裂縫的產(chǎn)生

一方面與施工工藝有關(guān)，如施工縫和滑模拉裂等；另一方面與煙囪在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力性能相關(guān)。經(jīng)過對(duì)220 m高的鋼筋混凝土煙囪動(dòng)力特性的測(cè)試和橫向共振的研究，發(fā)現(xiàn)因受脈動(dòng)風(fēng)引起的垂直于風(fēng)向的橫向共振會(huì)引起水平裂縫，特別是在高階振型橫向共振的作用下更易產(chǎn)生水平裂縫。

1.5 煙氣的設(shè)計(jì)溫度

通常由工藝專業(yè)提供煙氣的設(shè)計(jì)溫度，工藝專業(yè)在提供給土建專業(yè)煙氣設(shè)計(jì)溫度時(shí)，常常忽略掉煙囪投運(yùn)后由于鍋爐設(shè)備的改變、除塵方式的更換、煤種煤質(zhì)的變化等因素而導(dǎo)致煙氣設(shè)計(jì)溫度比鍋爐正常運(yùn)行溫度高的影響，而以鍋爐正常運(yùn)行溫度為基礎(chǔ)來確定煙氣設(shè)計(jì)溫度，這無疑會(huì)導(dǎo)致煙氣筒壁溫度應(yīng)力增大，煙囪裂縫出現(xiàn)的機(jī)率大增。

1.6 煙氣的計(jì)算溫度

在煙囪設(shè)計(jì)中，按照煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，混凝土彈性模量的取值是根據(jù)受熱溫度的不同乘以小于1的折減系數(shù)，其原因是考慮了混凝土的收縮和蠕變，而實(shí)際狀況則是在煙囪投運(yùn)初期，混凝土的收縮和蠕變均較小，結(jié)構(gòu)剛度較大，以至于在同等溫度作用時(shí)，其應(yīng)力值要比規(guī)范計(jì)算值高些，這就使得在煙囪運(yùn)行早期就會(huì)出現(xiàn)裂縫，顯得溫度應(yīng)力的設(shè)計(jì)安全度較低。

縱觀上述煙囪裂縫的成因，可見影響因素是多方面的，但主要是由溫度作用和腐蝕所引起的。怎樣針對(duì)煙囪裂縫形成的原因而采取有效的控制手段是很實(shí)際的問題?，F(xiàn)結(jié)合火電廠煙囪的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，談?wù)勅绾尾扇】煽康氖侄蝸硖岣邌瓮彩戒摻罨炷翢焽璧哪途眯?，盡量降低裂縫的出現(xiàn)。

2 裂縫處理及預(yù)防

對(duì)運(yùn)行中的煙囪裂縫不能置之不管，任其繼續(xù)發(fā)展，形成更大的安全隱患，建議對(duì)煙囪上的豎向裂縫將其鑿出新槎，用硫磺膠泥補(bǔ)縫，對(duì)水平縫要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置豎向加勁肋，加水平抱箍加固。對(duì)內(nèi)襯的裂縫要在機(jī)組檢修期內(nèi)進(jìn)行修補(bǔ)，采用硫磺膠泥即可達(dá)到目的。設(shè)計(jì)中的煙囪要合適的計(jì)算煙氣溫度，建議采用200 ℃，同時(shí)建議在煙囪頂高向下10 m左右環(huán)筋適當(dāng)加密，采用憎水導(dǎo)熱系數(shù)低的隔熱材料。采用密閉性和密實(shí)性好、導(dǎo)熱系數(shù)低的內(nèi)襯材料。煙囪頂出口要重點(diǎn)處理，局部加厚囪壁。施工要選擇適合本工程技術(shù)水平和工藝的施工隊(duì)伍，加強(qiáng)在施工過程中的管理，把好所建煙囪材料的質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)，要采用新的養(yǎng)護(hù)工藝，在高空中保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

3 結(jié)束語

通過對(duì)鋼筋混凝土煙囪裂縫機(jī)理的研究和改善措施的討論，為了保證設(shè)計(jì)出的煙囪安全耐用，提出了從與工藝專業(yè)密切配合優(yōu)化單管鋼筋混凝土煙囪的結(jié)構(gòu)開始，在設(shè)計(jì)中充分掌握煙囪的應(yīng)力狀況，提高煙囪的強(qiáng)度，使煙囪筒身不出現(xiàn)或少出現(xiàn)裂縫，以增強(qiáng)煙囪筒壁抵御裂縫的能力。確保煙囪結(jié)構(gòu)的可靠性，提高其耐久性，確保煙囪能保持良好的運(yùn)行工況并發(fā)揮較好的環(huán)保效應(yīng)。在以后煙囪的設(shè)計(jì)中應(yīng)積極采用新的技術(shù)、新的施工工藝和新的材料，積極尋找有效提高煙囪抗裂和耐久性的有效措施。

1 李常兵.煙囪施工控制的重點(diǎn)及常見質(zhì)量問題的防控［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2010（6）：35～36