某套筒式钢筋混凝土烟囱鉴定分析及处理建议

某套筒式钢筋混凝土烟囱鉴定分析及处理建议

韩卓，刘迪，石鲁

西安建筑科大工程技术有限公司，陕西西安 710000

［摘要］某套筒式钢筋混凝土烟囱在使用过程中发现积灰平台处存在烟气冷凝水渗漏，钢筋混凝土外筒内壁存在大面积褐色和白色结晶体，烟囱中部外筒内壁大面积露筋腐蚀。通过对砖内筒取芯检测和内筒现状调查，得出内筒渗漏点集中在烟囱中部，渗漏通道为砂浆缝，内筒内壁灰分固结堆积程度与砖缝渗漏程度呈反比。通过对外筒内壁现状调查，得出内壁结晶体为渗漏酸液通过支承构件流淌至外筒壁后固结，内壁钢筋锈胀损伤严重。综合现场调查、检测、计算和分析，评定烟囱不符合国家现行标准要求，影响整体安全，影响正常使用，并给出相应的处理建议。

0 工程概况

某化工厂热电中心烟囱建设于2008年，高180m，为套筒式钢筋混凝土烟囱（内筒为耐酸砖和耐酸胶泥砂浆砌筑）。内筒与外筒通过钢柱钢梁和预制混凝土环梁组成的夹层平台相连，夹层平台间隔25m布置。原设计使用年限为50年。抗震设防烈度为8度，设计地震分组为二组，场地土类别为Ⅲ类。基本风压按0.55KN/m2考虑。钢筋混凝土外筒壁厚（550~250mm），外半径（10.2~5.1m），设计强度±0.00~25.0m为C40，25.0~125m为C35，125.0~180.0m为C30。砖内筒耐酸砌块厚200mm，外半径（3.44m~4.0m），外壁做30mm厚耐酸砂浆封闭层（外包环箍），再做超细玻璃棉毡隔热层（外包钢丝网防护层）。耐酸砌块抗压强度设计值≥10MPa。

1  鉴定目的

因脱硫装置持续运行，烟囱受硫化物腐蚀影响，在使用过程中发现烟囱积灰平台和烟道口存在渗漏现象，外筒内壁存在混凝土脱落钢筋腐蚀现象，为保证烟囱的正常使用和使用安全，2013年进行过一次检测鉴定，2015年对内筒内壁进行过一次进口乙烯基酯纤维防腐材料刷涂防腐处理。防腐处理后并未完全解决渗漏现象。为保证烟囱的安全使用，烟囱使用方与2021年再次委托鉴定。

2  初步调查

烟囱积灰平台和烟道口持续渗漏，钢筋混凝土筒内壁存在大面积褐色和白色结晶体，中部外筒内壁大面积露筋腐蚀，夹层平台钢构件大面积锈蚀，预制混凝土环梁表面大面积附着结晶体，隔热层玻璃棉毡和钢丝防护层大面积脱落后堆积在夹层平台格栅板上。内扶梯普遍锈蚀严重，积灰平台部分梁长期受酸液侵蚀，外筒窗连接节点普遍锈蚀严重，部分窗破损缺失。根据初步调查结果确定检测内容（结构布置和构件尺寸复核、使用环境调查、酸腐程度调查检测、筒身变形、钢筋混凝土外筒承载力验算）。烟筒立面图见图1。

图1烟囱外立面

3  详细调查

3.1 使用环境调查

烟气脱硫工艺为石灰石-石膏湿法脱硫，脱硫前运行温度约126℃，脱硫后约48℃。脱硫处理后烟气含硫量降低，温度较低，湿度增加，烟气不能及时排出，易冷凝附着在烟筒壁。本次提供的煤料分析与2013年对比后表明：灰分中碱性氧化物SO2含量翻倍，易引发锅炉高温和低温腐蚀。烟囱所在地区，夏季极端温度40.4℃，冬季极端温度-31.4℃，环境温差大，混凝土外筒易引发冻融损伤。

3.2 结构布置、构件尺寸和材料强度检测

依据烟囱设计图纸，现场采用钢卷尺和激光测距仪复核外筒壁厚和洞口尺寸，现场采用钻芯法和钢卷尺测量内筒壁厚和砌块抗压强度，现场采用一体式钢筋扫描仪测量外筒钢筋布置，现场采用回弹法测量外筒混凝土抗压强度，现场采用超声波测厚仪和钢卷尺测量钢柱钢梁尺寸。检测结果表明烟囱结构布置、构件尺寸满足设计要求。内筒砌块抗压强度满足设计要求，外筒现龄期混凝土抗压强度建议计算取值：125~180m区域为C25，125~25m区域为C30，25~±0.00m区域为C35。

3.3 筒身变形

现场采用全站仪测量外筒壁顶部相对于底部的倾斜量和方向，以检测筒身变形。测量结果表明：烟囱顶部相对于底部向西倾斜153mm，向北倾斜38mm。烟囱筒身变形满足现行规范要求。根据外筒的变形测量和现场损伤调查结果可以确定烟囱地基基础承载力满足正常使用要求。

3.4 腐蚀和损伤调查

烟囱腐蚀介质为酸性烟气，烟气凝结成水雾附着在内筒内壁上，通过砖缝和滴水板处渗漏，顺夹层平台钢柱和钢梁流淌至外筒内壁，对承重构件造成不同程度损伤。内筒耐酸砖腐蚀深度、耐酸砖接触面腐蚀产物化学分析和砌筑用耐酸胶泥砂浆腐蚀产物化学分析结果表明：腐蚀介质SO42-占比最高，125m标高耐酸砖腐蚀深度最大（7.2mm），耐酸砖烟气接触面125m标高SO42-占比最低（1.05%），100m标高砂浆SO42-占比最大（10.05%）。100m~125m标高内筒内壁腐蚀介质占比较小，但砂浆腐蚀介质含量较高，由此可知砖缝渗漏点主要集中在此标高处。

现场采用酚酞试剂测量混凝土外筒内壁的碳化深度，测量结果表明：碳化深度普遍大于30mm，已经超过钢筋保护层设计厚度。混凝土外筒内壁存在局部环向钢筋腐蚀，混凝土脱落现象。100m~150m标高，钢筋腐蚀，混凝土脱落严重。损伤调查照片见下图4。

图 4 钢筋腐蚀，混凝土脱落

现场采用超声波测厚仪测量夹层平台钢柱和钢梁构件厚度剩余量，测量结果表明：构件厚度剩余量普遍大于初始厚度的10%，50m标高钢梁厚度损伤量最大（27.8%）。夹层平台损伤调查照片见下图5。

图 5 夹层平台钢构件严重锈蚀

4  承载力验算

依据设计图纸资料和现场检测结果，对烟囱钢筋混凝土外筒进行承载力验算，验算分析软件为PKPM2010 V5.2 SJQY。经计算，烟囱外筒在各种荷载组合工况下，外筒变形和承载力均满足要求。模态分析结果见下表1。

外筒模态分析            表1

5 结论和建议

5.1 结论

烟囱结构布置和构件尺寸与图纸相符，烟囱地基基础承载力和外筒壁承载力满足正常使用要求，内筒防腐层基本失效，砖缝渗漏点集中在100m~125m，滴水板处普遍存在渗漏，内筒外壁玻璃棉毡脱落严重，夹层平台钢构件锈蚀严重，外筒内壁碳化深度大于设计保护层厚度，100m~150m标高外筒内壁钢筋腐蚀，混凝土脱落严重。

5.2 处理建议

建议加装GGH烟气加热装置，提高烟气温度，减少烟气在内筒凝结。清理各平台上脱落堆积的玻璃棉毡等杂物，对钢构件进行除锈防腐处理，对锈蚀严重的钢柱和钢梁进行更换或加固处理。对钢筋混凝土外筒外露钢筋进行除锈防腐处理，清理酥化松散的混凝土，对筒壁进行耐久性修补。对内扶梯进行除锈防腐处理，对锈蚀严重的构件进行更换处理，对积灰平台受酸液侵蚀的梁构件采取防腐处理，更换外筒窗。