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某火电厂脱硫造成烟囱筒壁腐蚀渗漏的研究

1 工程概况

热电公司二期烟囱为单筒式钢筋混凝土烟囱,2001 年竣工并正式投产使用。烟囱总高度210m,出口内直径7m。。烟囱筒壁为C30;内衬:13.5 米-50 米和175 米-210 米砌筑选用耐酸砖以及CL 耐酸胶泥,50 米-175 米砌筑选用红砖(MU10)以及CL 耐酸砂浆;隔热层选用干

重度为0.15t/m3 玄武岩棉,导热系数为0.04-0.00016t kcal/(mh ℃ )。

某电厂1、2# 机组烟囱采用湿法脱硫系统,未设置GGH 烟气加热系统,脱硫系统为一炉一塔,使用增压引风机将锅炉烟气推入脱硫吸收塔,经过石灰石- 石膏湿法脱硫工艺后,烟气经由水平烟道进入烟囱排烟内筒。脱硫系统未设GGH系统,烟气进入烟囱内筒时呈低温高湿状态。

2 检测结果

1)筒壁(内壁、外壁)部分标高位置局部区域有大范围空洞、酥碱现象,混凝土松散、不密实,骨料与水泥砂浆的粘聚性差,水泥砂浆呈粉末状脱落。该损失区域一般在相同标高位置呈环形分布。出现此类缺陷可能是内衬和防腐层出现破损、疏松,湿烟气和酸性液体透过防腐层和内衬进入隔热层,进一步腐蚀烟囱筒壁混凝土内壁,随着腐蚀时间增加以及内壁存在薄弱环节(如混凝土表面麻面、裂缝和不密实等)从而腐蚀穿透筒壁,混凝土被腐蚀后材料性能下降,且内部钢筋容易发生锈蚀,在腐蚀、钢筋锈胀和反复冻融等多种因素作用下导致外壁混凝土保护层起鼓,严重部位保护层脱落,钢筋锈蚀外露。

2) 混凝土强度检测显示烟囱筒壁标高72.5m~150.0m 区段(外观完好区域)混凝土强度推定值为31.4MPa,满足原设计混凝土强度等级C30 的要求。烟囱筒壁标高0.0m~72.5m区段(外观完好区域)混凝土强度推定值为33.9MPa,满足原设计混凝土强度等级C30 的要求。烟囱筒壁有明显酥碱、空洞的区域,混凝土松散、粘聚性差,局部穿孔、渗漏,该类区域筒壁混凝土强度明显低于原设计强度。

3) 筒壁环向钢筋设计保护层厚度为30mm。烟囱筒身外壁各抽检区域混凝土碳化深度在7.5mm ~ 18.0mm 之间,筒身内壁各抽检区域混凝土碳化深度在8.5mm ~ 21.5mm 之间,均小于筒壁环向钢筋保护层厚度,筒壁大部分区域钢筋暂不会因混凝土碳化失去对钢筋的保护作用而引起内部钢筋的锈蚀。

4)结构变形检测结果采用电子经纬仪测量烟囱倾斜,其原理和方法如下:根据JGJ 8-97《建筑变形测量规范》、GB50026-93《工程测量规范》的要求,选择两个相互垂直的方向建立坐标系,分别测出这两个方向烟囱顶部相对底部的倾斜值,然后将两个方向的倾斜值几何迭加,即得烟囱的绝对倾斜值、倾斜方向和倾斜率。先将经纬仪架设在烟囱正西方向,采用半水平角法找出烟囱底部南侧中线并做好标记,然后采用同样的方法找出在烟囱顶部西侧中线,沿顶部南侧中线位置用经纬仪向下扫铅垂线,测量铅垂线距离底部南侧中线的距离即为严重南北向偏移△ A,同样方法测量烟囱东西向偏移△ B,烟囱的绝对倾斜值为=,方向角=arctan △ A/ △ B,倾斜率= △ /H*1000‰。烟囱的绝对倾斜值16.13mm,东偏北13.9度,倾斜率为0.132‰ <2‰。

5)实测筒身内壁环向、竖向钢筋的平均间距与设计值基本一致,筒身外壁竖向钢筋、标高0.0m~122.5m 区段环向钢筋的平均间距与设计值基本一致,间距偏差满足《烟囱工程施工及验收规范》(GB 50078-2008)的要求;筒身外壁标高122.5m~150m 区段环向钢筋的平均间距与设计值有一定差别,最大偏差约30mm,略大于规范中±20mm 的限值要求。尤其是0 米~120 米间钢筋间距相差较大,且筒外壁环向钢筋加密区配筋严重不足。

3 腐蚀原因分析

烟囱内壁标高102.5m~150m 范围内混凝土均有不同程度的酸性腐蚀现象,各区段混凝土平均腐蚀深度在7.0mm~23.0mm 之间。其中标高122.5m~150m 区段筒壁腐蚀主要表现为局部区域混凝土表面酥碱、水泥砂浆脱落流失、骨料外露损坏,腐蚀区域面积约占区段表面积的30%~100%;标高102.5m~122.5m 区段筒壁腐蚀主要表现为混凝土表面麻面、水泥砂浆流失、骨料外露,腐蚀区域面积约占区段表面积的5%~10%。对渗漏处溶出物进行X- 射线衍射试验,分析结果显示溶出物主要成分为二水石膏(CaSO42H2O)、单硫型水化硫铝酸钙(AFm)和钙矾石(AFt)。一部分石膏是脱硫后的副产物,另一部分是由烟气中的SO2、SO3 与混凝土中一系列的中性化和酸化反应生成,其中二水石膏、钙矾石形成过程中都伴随不同程度的体积膨胀,会产生较大的内应力,引起混凝土膨胀开裂、酥化和降低强度等,同时使裂缝附近钢筋失去原有碱性保护,造成钢筋锈蚀。

4 对烟囱腐蚀的思考及建议

通过对某电厂的烟囱检测报告进行分析以及对实际腐蚀情况的判断,我建议在烟囱防腐改造过程中应注意以下问题:

1)对筒壁大范围空洞、酥碱、松散、不密实、穿孔渗漏的区域,将混凝土凿除清理后,采用细石混凝土或高强无机料进行修复。对该类区域内部已经发生锈蚀的钢筋进行除锈、防锈处理;对钢筋锈蚀损伤面积较大的部位采用外粘钢板或碳纤维布进行局部加固处理。

2)对烟囱内壁腐蚀严重的区域,凿除腐蚀层混凝土,表面外挂钢板网后采用聚合物砂浆或无机灌浆材料浇筑修复。


 
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