王紹亮

(湖北武大珞珈工程結(jié)構(gòu)檢測咨詢有限公司，430223)

某煙囪結(jié)構(gòu)腐蝕狀況評估檢測

王紹亮

(湖北武大珞珈工程結(jié)構(gòu)檢測咨詢有限公司，430223)

煙囪的腐蝕對煙囪結(jié)構(gòu)的正常運行與安全造成一定的影響。以某煙囪結(jié)構(gòu)為實例，對煙囪結(jié)構(gòu)的腐蝕狀況開展了檢測評估，以期為同類結(jié)構(gòu)腐蝕檢測提供一定參考。

煙囪；腐蝕檢測；評估

引言 燃煤電廠進行煙氣脫硫以后，減少了對大氣污染物的排放，但是，對煙囪本身的腐蝕卻在加劇。為掌握煙囪目前狀況下材料強度、腐蝕程度、腐蝕深度、腐蝕產(chǎn)物等數(shù)據(jù)和參數(shù)，對煙囪腐蝕狀況進行評估，為后期的煙囪防腐改造等提供技術(shù)依據(jù)非常必要。

1、煙囪概況

某煙囪為3機組共用的鋼筋混凝土單筒式煙囪，總高度210m，出口內(nèi)直徑7.0m。煙囪筒外壁在133.5m和206.5 m處各有一個訊號平臺，筒首用鑄鐵蓋板，上用耐酸砂漿抹面。煙囪采用環(huán)板式鋼筋混凝土基礎(chǔ)。在標高5～45m范圍內(nèi)，采用100mm厚粒狀珍珠巖做隔熱層，內(nèi)襯230mm厚耐火磚；標高45m以上采用120mm厚硬塑料泡沫板填巖棉做隔熱層，內(nèi)襯180mm厚耐酸陶?；炷痢焽柰矁?nèi)壁從30m到195m每隔15m設(shè)置有支撐內(nèi)襯及隔熱層的環(huán)形懸臂，懸臂表面膠粘0.4mm厚聚四氟乙烯薄膜，在薄膜與貼角縫采用改性環(huán)氧保護；筒身均采用#300混凝土。

2、煙囪腐蝕檢測

2.1 煙囪筒壁、內(nèi)襯腐蝕深度檢測

煙囪筒壁和內(nèi)襯腐蝕深度檢測是通過在煙囪筒壁鉆取貫穿筒壁、隔熱層和內(nèi)襯的芯樣方式測量?，F(xiàn)場根據(jù)煙囪實際分節(jié)布置，在積灰平臺以上每節(jié)分別鉆取一個貫穿芯樣，測量各芯樣的筒壁和內(nèi)襯腐蝕深度，鉆芯前用鋼筋探測儀掃描筒壁鋼筋位置，鉆孔避開鋼筋。詳細測量結(jié)果見表4.1，測量結(jié)果總結(jié)如下：

1、煙囪內(nèi)襯分兩個區(qū)段，其中標高45m以下耐火磚內(nèi)襯內(nèi)側(cè)未見明顯腐蝕，但取樣可見局部磚砌灰縫不飽滿；標高 45m～210m陶粒混凝土內(nèi)襯內(nèi)側(cè)存在一定腐蝕，腐蝕深度在1mm～22mm間，腐蝕最嚴重的位置在標高136米處附近，腐蝕深度為22mm，從整體來看內(nèi)襯內(nèi)側(cè)上部（105米以上）腐蝕狀況較下部嚴重。

2、標高45m以上陶?；炷羶?nèi)襯澆筑質(zhì)量整體較好，但136米標高內(nèi)襯陶?；炷脸霈F(xiàn)破損、開裂。

3、隔熱層中硬塑料泡沫板較好，未出明顯現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

4、煙囪混凝土筒壁內(nèi)側(cè)澆筑質(zhì)量較好，也未出現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。

2.2 腐蝕介質(zhì)含量及影響分析

在火力發(fā)電廠煙囪中，煙氣對煙囪的腐蝕影響很大。煙汽中都含有一定量的SO2、SO3、HCl等酸性氣體，濕法脫硫系統(tǒng)運行后，當排煙溫度低于煙氣的酸露點時，煙氣首先會在內(nèi)襯上凝結(jié)成酸露腐蝕內(nèi)襯。腐蝕是從內(nèi)襯內(nèi)側(cè)開始逐漸移向外側(cè)，先腐蝕結(jié)構(gòu)薄弱部位后逐漸擴大。內(nèi)襯的灰縫或不密實區(qū)域，筒壁裂縫等不密實處，都是先行腐蝕的部位。

硫酸根離子與氧化鈣作用生成結(jié)晶的硫酸鈣，體積增大，在孔隙內(nèi)產(chǎn)生膨脹壓力破壞混凝土。硫酸鈣還能與水泥所含的鋁酸四鈣起作用，生成鋁和鈣的復(fù)硫酸鹽，化合物的體積比化合前膨脹約2.5 倍，使水泥石結(jié)構(gòu)脹裂，強度下降而遭到破壞?！痘炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50476-2008）規(guī)定，單位體積混凝土中三氧化硫的最大含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的4%。

為了判斷現(xiàn)狀條件下，煙囪結(jié)構(gòu)的腐蝕程度，需要對包括筒壁、內(nèi)襯的影響因素進行綜合比對分析，為此，選取3個鉆取的芯樣進行了酸性介質(zhì)（主要是硫酸根離子）、酸不溶含量等化學分析，通過對這些物質(zhì)的定量分析，確定煙囪的腐蝕程度和發(fā)展情況。

檢測結(jié)果顯示：

內(nèi)襯硫酸根含量超出規(guī)范允許范圍，且影響較深，說明酸液已經(jīng)對內(nèi)襯產(chǎn)生了影響；但混凝土筒壁硫酸根含量未超出規(guī)范允許范圍，筒壁未出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。

2.3 煙氣壓力及溫度測量

煙囪內(nèi)正壓區(qū)段的壓力雖然并不大（一般＜ 200 Pa ），但其對煙囪的腐蝕作用則很大。正壓能使煙氣中的有害氣體穿過內(nèi)襯的縫隙而與隔熱層接觸，而隔熱層處的溫度相對煙氣溫度更低，酸性氣體更容易凝結(jié)成酸露從而使隔熱層遭受腐蝕，腐蝕將深入到煙囪的內(nèi)壁。倘若筒身混凝土不密實，煙氣將進入其內(nèi)側(cè)裂縫進行腐蝕，遂使裂縫進一步擴展。

現(xiàn)場在穿孔取芯位置安裝壓差表及溫度計，在煙囪脫硫系統(tǒng)正常運行情況下，測量煙囪內(nèi)外壓力差及內(nèi)側(cè)煙氣溫度，并判斷煙囪內(nèi)是否存在正壓區(qū)段。煙囪沿高度分布的壓力差值及溫度值見表4.5及圖4.5-1、圖4.5-2。檢測結(jié)果表明：

1、煙囪下部負壓較大，隨著高度增加負壓呈減小趨勢，直至煙囪出口附近變成正壓。207米測點處壓力差為15Pa，其余高度測點壓力差均為負（-230Pa～-30Pa）。

2、煙囪運行時，煙氣沿高度分布的溫度值在76.1℃～84.8℃，大于脫硫后保證煙囪不被露點腐蝕的管壁溫度最低值70℃，表面煙囪在GGH正常工作狀態(tài)下煙囪內(nèi)壁處于干燥狀態(tài)。

3、煙囪腐蝕狀況評估

3.1 脫硫?qū)焽璧挠绊?/p>

對燃煤電廠煙氣采取脫硫措施（簡稱“FGD”），目前比較成熟的脫硫工藝主要有石灰石-石膏濕法脫硫、干法脫硫、海水脫硫等。其中石灰石-石膏濕法脫硫是當今世界各國應(yīng)用最多和最成熟的工藝，國家電力公司將濕法石灰石脫硫工藝確定為火電廠脫硫的主導(dǎo)工藝。

濕法脫硫工藝主要流程是，鍋爐的煙氣從引風機出口側(cè)的煙道接口進入煙氣脫硫(FGD)系統(tǒng)。在煙氣進入脫硫吸收塔之前經(jīng)增壓風機升壓，然后通過煙氣—煙氣加熱器(GGH)，將煙氣的熱量傳輸給吸收塔出口的煙氣，使吸收塔入口煙氣溫度降低，有利于吸收塔安全運行，同時吸收塔出口的清潔煙氣則由GGH 加熱升溫，煙氣溫度升高，有利于煙氣擴散排放。經(jīng)過GGH 加熱器加熱后煙氣溫度一般在80℃左右，可使煙囪出口處達到更好的擴散條件和避免煙氣形成白霧。GGH 之前設(shè)的增壓風機，用以克服脫硫系統(tǒng)的阻力，加熱后的清潔煙氣靠增壓風機的壓送排入煙囪。當不設(shè)GGH 加熱器加熱系統(tǒng)時，煙氣溫度一般在40～50℃。

通常進行濕法脫硫處理且不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng)（GGH）的煙氣，水份含量高，濕度大，溫度低，煙氣處于全結(jié)露狀態(tài)。對一臺600MW 機組來說，煙氣中水氣結(jié)露后形成的具腐蝕性水液理論計算量約40～50 噸/每小時，它主要依附于煙囪內(nèi)側(cè)壁流下來至專設(shè)的排液口排到脫硫系統(tǒng)的廢液池中。脫硫處理后的煙氣一般還含有氟化氫和氯化物等強腐蝕性物質(zhì)，是一種腐蝕強度高、滲透性強、且較難防范的低溫高濕稀酸型腐蝕物質(zhì)。

煙氣經(jīng)過脫硫后，雖然煙氣中的二氧化硫的含量大大減少，但是，洗滌的方法對除去煙氣中少量的三氧化硫效果并不好，約20%左右。煙氣脫硫后，對煙囪的腐蝕隱患并未消除；相反地，由于經(jīng)濕法脫硫，煙氣濕度增加、溫度降低，煙氣極易在煙囪的內(nèi)壁結(jié)露，煙氣中殘余的三氧化硫溶解后，形成腐蝕性很強的稀硫酸液，使煙囪腐蝕狀況進一步加劇。

脫硫煙囪內(nèi)的煙氣有以下特點：

1）煙氣中水份含量高，煙氣濕度很大；

2）煙氣溫度低，脫硫后的煙氣溫度一般在40～50℃之間，經(jīng)GGH 加溫器升溫后一般在80℃左右；

3）煙氣中含有酸性氧化物，使煙氣的酸露點溫度降低；4）煙氣中的酸液的濃度低，滲透性較強。

由于脫硫煙囪內(nèi)煙氣的上述特點，對煙囪結(jié)構(gòu)有如下影響：

1）煙氣的溫度降低，上抽吸力小，流速就低，容易產(chǎn)生煙氣聚集并對排煙筒內(nèi)壁產(chǎn)生壓力。錐形煙囪結(jié)構(gòu)型式（如單筒式煙囪）中的煙氣在中上部基本上是處于正壓運行狀況，而等直徑圓柱狀煙囪（如雙管和多管式煙囪中的排煙筒）是負壓運行狀況。煙氣正壓運行時，易對煙囪筒壁產(chǎn)生滲透壓力，加快腐蝕進程。煙氣濕度大，含有的腐蝕性介質(zhì)在煙氣壓力和濕度的雙重作用下，煙囪內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)致密度差的材料內(nèi)部很易遭到腐蝕，影響結(jié)構(gòu)耐久性。

2）低濃度稀硫酸液比高濃度的酸液腐蝕性更強。

3）酸液的溫度在40～80℃時，對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕性特別強。

總之，脫硫后，煙氣性狀的變化導(dǎo)致其對煙囪結(jié)構(gòu)的腐蝕性加強，尤其原設(shè)計未考慮脫硫的煙囪，其廣泛采用的內(nèi)襯方式，腐蝕現(xiàn)狀不容樂觀。

3.2 煙囪腐蝕狀況評估結(jié)論

目前煙氣對煙囪上部內(nèi)襯造成一定的腐蝕，影響深度較小，沒有滲透內(nèi)襯、進入隔熱層，尚未對煙囪混凝土筒內(nèi)壁造成腐蝕。但不排除局部內(nèi)襯澆筑質(zhì)量較差，形成薄弱區(qū)域，內(nèi)襯腐蝕加劇，使得煙氣漸漸滲入隔熱層，從而腐蝕煙囪混凝土筒壁，降低煙囪耐久性，對煙囪安全造成影響的可能性。建議廠方在條件允許的情況下，對煙囪內(nèi)襯進行全面缺陷普查，結(jié)合缺陷檢測結(jié)果對煙囪內(nèi)襯進行修復(fù)，并對內(nèi)襯進行全面防腐處理，提高煙囪耐久性。

建議廠方在條件允許的情況下，對煙囪內(nèi)襯進行全面缺陷普查，結(jié)合缺陷檢測結(jié)果對煙囪內(nèi)襯進行修復(fù)，并對內(nèi)襯進行全面防腐處理，提高煙囪耐久性。

[1]陳友治,徐瑛,丁慶軍,李云龍;酸性介質(zhì)對鋼筋混凝土腐蝕機理研究[J];武漢理工大學學報;2001年8期

[2]耿虹 仲兆平，基于煙囪內(nèi)部材料性能和煙氣腐蝕性的煙囪腐蝕評估[J];，《鍋爐技術(shù)》 2006年04期

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