王 震，張海磊，劉少軍，龔治國(guó)

（奧來(lái)國(guó)信（北京）檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 101318）

0 引言

煙囪是工業(yè)與民用建筑中常見(jiàn)的構(gòu)筑物，在冶金、發(fā)電、化工等領(lǐng)域是重要的標(biāo)志性構(gòu)筑物。鋼筋混凝土煙囪具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如安全性高、耐久性好、維護(hù)費(fèi)用低等，目前火電廠在用的煙囪中，絕大部分均為鋼筋混凝土類煙囪。由于火電廠是主要的空氣污染源之一，所以我國(guó)近十多年先后出臺(tái)了相關(guān)的政策，對(duì)火電廠煙囪的排放加裝煙氣脫硫裝置，以將SO2的排放量降低到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范允許的范圍內(nèi)［1］。目前我國(guó)火電廠煙囪的脫硫系統(tǒng)改造已基本完成，其中部分火電廠脫硫系統(tǒng)把 GGH（煙氣換熱器）裝置取消，從而出現(xiàn)了新的情況，在取消 GGH 后，煙囪排出的煙氣溫度低、濕度大、筒壁結(jié)露嚴(yán)重，煙囪在系統(tǒng)啟停期間就面臨冷、熱煙氣交叉進(jìn)入的情況，早期的防腐材料產(chǎn)生破損、腐蝕，導(dǎo)致煙囪筒壁發(fā)生酸液滲漏、混凝土腐蝕、鋼筋銹蝕等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重危害煙囪的正常使用安全。

本文通過(guò)對(duì)某高聳鋼筋混凝土煙囪在脫硫后出現(xiàn)的若干問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)、檢查與分析，對(duì)煙囪的安全狀況進(jìn)行評(píng)估，以期在專業(yè)技術(shù)人員及管理單位在處理此類工程問(wèn)題時(shí)起到參考意義。

1 工程概況

某高聳煙囪位于內(nèi)蒙古自治區(qū)根河市，該煙囪建造于 1989 年，1992 年投入使用。煙囪的結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，煙囪高 120 m，出口內(nèi)徑為 3.5 m，煙囪兩側(cè)的煙道均為鋼煙道，煙囪排煙內(nèi)筒為黏土質(zhì)耐火磚及機(jī)制紅磚，使用黏土混合砂漿砌筑。煙囪原設(shè)計(jì)采用石灰石—石膏濕法脫硫工藝，一爐一塔配置，無(wú) GGH，煙氣通過(guò) FGD（煙氣脫硫）裝置的原煙氣入口進(jìn)入吸收塔，脫硫、凈化、除霧，成為凈煙氣，最后通過(guò) FGD 裝置的凈煙氣出口匯入煙囪排入大氣。

該煙囪于 2015 年進(jìn)行過(guò)脫硫裝置改造，目前出現(xiàn)筒壁大量滲液、混凝土腐蝕等問(wèn)題，管理單位為了解煙囪的安全狀況，組織技術(shù)人員對(duì)該煙囪進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)、檢查及安全評(píng)估。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，技術(shù)人員決定現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)主要從損傷、材料強(qiáng)度、鋼筋配置、鋼筋銹蝕、煙氣成分分析、整體傾斜等方面進(jìn)行［2］，采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)供綜合評(píng)估時(shí)使用。

2.1 損傷檢查

檢測(cè)期間煙囪正在使用中，且煙囪高度較高（120 m），因此通過(guò)無(wú)人機(jī)懸掛高清攝像頭拍攝的方式進(jìn)行筒壁損傷檢查。實(shí)際檢查時(shí)將煙囪按方位劃分為 4 個(gè)區(qū)域（見(jiàn)圖 1），無(wú)人機(jī)距所檢區(qū)域外壁中心 5 m 處地面垂直起飛，約以 1.0 m/s 的速度勻速爬升至煙囪頂部并進(jìn)行連續(xù)高清拍攝（見(jiàn)圖 2）。經(jīng)檢查，煙囪筒壁外表面存泛堿、腐蝕、滲液（個(gè)別部位滲液結(jié)冰）等現(xiàn)象，損傷面積約為外壁總面積的 15 %。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，煙囪的內(nèi)襯磚砌體磚縫存在酸液滲漏痕跡，內(nèi)表面防腐層存在局部失效現(xiàn)象。

圖1 無(wú)人機(jī)掃描拍攝區(qū)域示意

2.2 材料強(qiáng)度檢測(cè)（含碳化深度）

圖2 無(wú)人機(jī)掃描拍攝區(qū)域示意

參照 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》［3］中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)煙囪筒壁構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測(cè)，由于煙囪之前曾進(jìn)行過(guò)混凝土強(qiáng)度方面的第三方鉆芯普檢，結(jié)果顯示符合設(shè)計(jì)要求，故本次對(duì)混凝土強(qiáng)度的復(fù)檢采用校核性抽檢，抽檢結(jié)果表明混凝土強(qiáng)度滿足原設(shè)計(jì)的要求。

混凝土碳化深度檢測(cè)是反映鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的指標(biāo)之一?，F(xiàn)場(chǎng)采用回彈法檢測(cè)筒壁混凝土強(qiáng)度時(shí)，還對(duì)筒壁混凝土的碳化深度進(jìn)行了檢測(cè)，顯示碳化深度為 42～55 mm，目前已經(jīng)超出鋼筋的保護(hù)層厚度。

2.3 筒壁混凝土鋼筋配置檢測(cè)

采用鋼筋掃描儀對(duì)煙囪混凝土構(gòu)件中鋼筋的配置情況進(jìn)行抽檢，其檢測(cè)結(jié)果顯示，混凝土筒壁外側(cè)豎向鋼筋、環(huán)向鋼筋的配置情況符合原設(shè)計(jì)要求。

2.4 鋼筋銹蝕檢測(cè)

依據(jù) JGJ/T 152－2008《混凝土中鋼筋檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》［4］中的規(guī)定，使用鋼筋銹蝕儀采用半電池電位法對(duì)煙囪筒壁鋼筋銹蝕程度進(jìn)行定性評(píng)估，另對(duì)煙囪東西側(cè)煙道鋼筋外露銹蝕部位進(jìn)行剔鑿，清理銹蝕鋼筋采用游標(biāo)卡尺/鋼卷尺量測(cè)其直徑，確定鋼筋銹蝕程度。經(jīng)檢測(cè)，筒壁部分區(qū)域鋼筋發(fā)生銹蝕的概率＞90 %，剔鑿煙囪東側(cè)、西側(cè)煙道鋼筋銹蝕最大截面損失率約為 9.8 %。

2.5 滲出液成分及混凝土中 Cl- 含量檢測(cè)

對(duì)煙囪筒壁、煙道及出灰口部位滲出的液體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣，測(cè)定其液樣中所含的成分及酸堿度，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，滲出液成分中含有酸、堿離子，不同位置的 pH 值呈現(xiàn)酸、堿性。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如表 1 所示。

表1 滲出液成分檢測(cè)結(jié)果

依據(jù) GB/T 50344－2004《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［5］、GB/T 50784－2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［6］中的相關(guān)規(guī)定，現(xiàn)場(chǎng)剔鑿取得混凝土樣品，化驗(yàn)混凝土中 Cl-含量，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，筒壁混凝土中含有 Cl-腐蝕性離子，混凝土構(gòu)件受腐蝕影響。實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果如表 2 所示。

表2 混凝土中 Cl-含量檢測(cè)結(jié)果

2.6 傾斜檢測(cè)

采用全站儀對(duì)煙囪的垂直度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，檢測(cè)方法采用前方交會(huì)法，其示意圖如圖 3 所示，現(xiàn)場(chǎng)在煙囪的西側(cè)和南側(cè)布置測(cè)點(diǎn)，經(jīng)檢測(cè)，其垂直度未超過(guò)規(guī)范限值，其地基基礎(chǔ)外觀穩(wěn)定，也未見(jiàn)明顯不均勻沉降跡象。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果如表 3 所示。

圖3 傾斜測(cè)量原理示意

表3 傾斜檢測(cè)結(jié)果

3 安全性分析

根據(jù)有關(guān)本煙囪的以往資料和現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)、檢查結(jié)果，本煙囪約建于 1989 年，于 2015 年進(jìn)行脫硫裝置改造，2016～2017 年間曾進(jìn)行過(guò)內(nèi)壁防腐改造和外部維修，在防腐改造前筒壁存在滲漏現(xiàn)象，防腐改造完成一段時(shí)間后，滲漏、腐蝕問(wèn)題依然存在。故結(jié)合電廠運(yùn)行的流程工況，對(duì)煙囪的筒壁滲漏、損傷進(jìn)行進(jìn)一步分析，找出煙囪防腐改造前、后滲漏的原因。

3.1 防腐改造前煙囪筒壁滲漏原因

1）電廠正常工作時(shí)，煙囪內(nèi)的煙氣溫度最低 40 ℃，最高可至 130 ℃，在溫度較低時(shí)，煙氣中的硫分子和煙氣中的水分子結(jié)合，形成稀硫酸。

2）筒壁混凝土存在對(duì)拉螺栓孔、縫隙、裂縫等缺陷，煙氣中稀硫酸會(huì)沿缺陷滲入，導(dǎo)致筒壁裂縫加速發(fā)展，進(jìn)而貫穿筒壁，造成漏液。煙氣還會(huì)不斷腐蝕混凝土中的鋼筋，致使鋼筋銹蝕膨脹，混凝土保護(hù)層脫落等。

3.2 防腐改造后煙囪筒壁滲漏原因

1）在進(jìn)行脫硫改造后，由于煙氣溫度低，密度變大帶來(lái)上抽力不足，煙氣排放速度變慢，造成煙氣的聚集，使得煙囪內(nèi)部氣壓大于外部氣壓，加大了煙氣腐蝕內(nèi)壁的滲透壓力。由于局部防腐層存在滲漏點(diǎn)，使有腐蝕性的煙氣向內(nèi)襯滲入，致使內(nèi)襯腐蝕，進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土外筒壁的腐蝕。

2）在進(jìn)行脫硫改造后，脫硫系統(tǒng)主要脫除煙氣中的 SO2，而不能有效脫除其中的部分 SO3，煙氣中的 SO3在適宜的溫度下會(huì)和水結(jié)合，產(chǎn)生稀硫酸。

3）煙氣的冷凝物中含有硫酸、亞硫酸和氯酸，還有其它一些腐蝕酸液，這些物質(zhì)對(duì)筒壁的腐蝕影響非常顯著。

4）根據(jù)以上分析，該煙囪目前的核心混凝土強(qiáng)度、鋼筋配置、整體變形等仍能滿足原設(shè)計(jì)要求；煙囪在安裝了脫硫系統(tǒng)后，煙氣中 SO2得到有效脫除，但脫硫后煙囪筒壁處于低溫、高濕、腐蝕性煙氣的環(huán)境中，對(duì)煙囪筒壁、檢修通道等產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕作用，對(duì)筒壁混凝土的取樣化驗(yàn)和碳化深度檢驗(yàn)也證明了腐蝕作用和速度均在加劇，碳化深度已超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度，內(nèi)部鋼筋已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)銹蝕，這些問(wèn)題將嚴(yán)重影響其耐久性，給煙囪的安全性帶來(lái)隱患，需及時(shí)進(jìn)行對(duì)應(yīng)處理。

4 評(píng)估結(jié)果

該煙囪 2016 至 2017 年間曾進(jìn)行過(guò)內(nèi)壁防腐改造和外部維修，短短一年多時(shí)間，其筒壁就又出現(xiàn)了諸多混凝土腐蝕、鋼筋銹蝕、外筒壁多處滲液等嚴(yán)重問(wèn)題，根據(jù)對(duì)煙囪目前損傷的全面普檢，其直接可見(jiàn)的腐蝕、滲液影響面積已超過(guò) 15 %，部分鋼筋嚴(yán)重銹蝕，混凝土碳化深度已超鋼筋保護(hù)層厚度，這說(shuō)明煙囪之前的內(nèi)壁防腐、外部維修已局部或大部失效，目前煙囪的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為不安全，存在安全隱患，需根據(jù)損傷的原因進(jìn)行針對(duì)性處理。

5 結(jié)語(yǔ)

1）對(duì)鋼筋混凝土煙囪進(jìn)行安全性評(píng)估時(shí)，除常規(guī)的檢測(cè)檢查內(nèi)容外，還應(yīng)關(guān)注其運(yùn)行工況，以便找出其損傷的內(nèi)因，做出準(zhǔn)確判斷，為后續(xù)的針對(duì)性處理提供依據(jù)。

2）目前部分電廠的煙囪，由于脫硫改造及工藝流程的改變，容易造成后續(xù)的一系列問(wèn)題，如滲漏、腐蝕等，影響其安全性，應(yīng)引起重視并及時(shí)消除隱患。