合成氨工藝循環水冷卻塔安全性加固方法探討

張茂忠（甘肅金昌化學工業集團有限責任公司，甘肅　金昌　737000）

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合成氨工藝循環水冷卻塔安全性加固方法探討

張茂忠
（甘肅金昌化學工業集團有限責任公司，甘肅金昌737000）

摘要：隨著我國市場經濟的發展，建筑業已成為我國國民經濟發展的支柱產業，四十前建設的工業項目，由于當時設計條件和標準不足，加上現在都擴大產能，建筑物承受荷載增大，建筑物壽命引起專家廣泛關注。因此，在舊建筑物、構筑物安全性補救時要依靠科學的檢測方法和先進的加固技術。本文針對甘肅金昌化學工業集團有限公司合成氨工藝循環水雙曲線冷卻塔工程安全性補救的過程，對合成氨工藝循環水冷卻塔安全性加固方法進行探討。

關鍵詞：冷卻塔；安全；補救

自1965年英國渡橋電廠三座冷卻塔在陣風下倒塌以后，引起了世界各國對冷卻塔安全性研究的重視。隨著時間的變化，由于自然損傷、施工質量等原因，導致冷卻塔安全性降低。因此對冷卻塔的檢測和加固十分必要。對鋼筋混凝土冷卻塔進行檢測鑒定和加固是為了提高鋼筋混凝土冷卻塔量的安全度，減少事故發生，消除事故隱患，讓冷卻塔的使用壽命更加長久。

1　工程簡介

甘肅金昌化學工業集團有限公司合成氨工藝循環水雙曲線冷卻塔建于1965年。冷卻塔高度50m,主體為鋼筋混凝土人字柱支撐的雙曲線形筒體結構。筒壁厚度由400～200mm沿高度變化,基礎采用鋼筋混凝土環形基礎，坐落在原狀土卵石層上。地基承載力特征值fak=320kPa。2014年4月在對公司已有建筑物、構筑物的安全性、可靠性普查中，發現冷卻塔塔壁及人字柱表層混凝土疏松、脫落、鋼筋外露、銹蝕情況十分嚴重。遂對該構筑物進行了可靠性鑒定。確定雙曲線冷卻塔可靠性。

主要鑒定的國家標準如下：

1）建筑抗震鑒定標準GB50023-2009。

2）工程測量規范GB50026-2007。

3）構筑物抗震設計規范GB50191-2012。

4）構筑物抗震鑒定規范GB50117-2014。

5）工業建筑可靠性鑒定GB50144-2008。

6）混凝土結構試驗方法標準GB/T50152-2012。

2　鋼筋混凝土冷卻塔的檢測鑒定

2.1冷卻塔檢測的內容

根據混凝土冷卻塔的結構特點，在檢測時主要按照以下幾個步驟進行：

1）對冷卻塔目前運行狀況進行調查。

2）資料室翻閱圖紙和工程資料

3）檢測地基、基礎和主體結構。

4）對冷卻塔是否變形、沉降進行檢測。

5）觀察、檢測冷卻塔是否出現了裂縫。

6）對混凝土的保護層進行檢測。

7）檢查冷卻塔的鋼筋露筋、銹蝕和斷裂的情況。

8）測量混凝土碳化程度和腐蝕層的厚度。

9）對其他的結構進行檢測，比如圍護結構。

2.2冷卻塔檢測后的結構概況

1）對冷卻塔人字柱和下環梁的檢測。根據實際檢測的情況看，由于經常經歷凍融循環，因此靠近塔筒內側的下環梁鋼筋保護層已經有開裂且脫落的情況，若是仔細看還有泛白的現象，且暴露出下排的鋼筋。而進行碳化檢測時，發現其碳化深度已經到了22~34mm之間，因此，鋼筋鈍化膜遭到了破壞，降低了鋼筋抗腐蝕的能力。因為下環梁角部部位破壞太多，受到了氧氣的雙向擴散，從而導致生銹腐蝕的速度越來越快。在檢測過程中還發現塔筒下環梁內側角部的鋼筋腐蝕更加嚴重，已經產生了許多裂縫，更嚴重的是有些鋼筋已經開始崩開，而這些情況的發生主要是因為箍筋銹蝕斷裂。

2）檢測淋水構件梁和柱。淋水構件梁因為受到水的腐蝕，而構建混凝土的毛細孔內一直都有水，所以很難接觸到外面的空氣，因此碳化程度相對來說較小，淋水構件梁也只是構件端頭有混凝土掉落的情況。

3）檢測鋼筋混凝土冷卻塔的內壁和外壁。由于塔筒內壁一直都保持著濕潤，所以碳化程度也不高，但是外壁則十分的嚴重，因為受到雨和內部水流循環的影響，產生了溶蝕性混土腐蝕。因為此冷卻塔周圍有排煙系統，會產生二氧化碳和二氧化硫等一些酸性濃度較高的氣體，對冷卻塔存在酸性腐蝕，所以冷卻塔損壞程度最大的破壞就是人字柱和塔筒外壁。用鉆芯法對混凝土取芯時發現芯樣沿著筒壁水平方向逐漸進行破壞的現象，而且可以看到斷面處有泛白的狀況，出現這種現象是因為軟水腐蝕，所謂軟水腐水、蒸餾水等。軟水腐蝕是因為水泥在進行水化時，產生了大量的氫氧化鈣，滲透性較大的混凝土在軟水的作用下，氫氧化鈣不斷流失，這樣一來，讓水泥石的空隙增多，也相對酥松了不少，也降低了水泥石的堿度。水泥化物要在一定的堿度條件下才能生存，因此，氫氧化鈣的不斷溢出讓其他水化物也開始分解，從而破壞了水泥石。

因為氫氧化鈣的流失，混凝土的抗壓強度也開始下降。根據上述的檢測結論以及有關規定、程序等，可以得出以下結論：此混凝土的強度等級是C20，人字柱混凝土強度的等級是C25。因為有些項目不符合國家的規范或者低于國家的規范，因此冷卻塔的鑒定等級為C。對于不符合國家規范的要停止使用，并且采用相關措施進行處理。

3　冷卻塔腐蝕原因

3.1建筑物自身的原因

因為混凝土原材料的質量差、配比計量的準確性低、攪拌混凝土的質量差，且在進行施工時，因為采取的方式錯誤，保護層的厚度不夠，無法達到設計時的要求，再加上只依靠混凝土自身的防腐蝕并未對其表面進行防護設計等情況都會導致冷卻塔腐蝕。

3.2環境原因

1）自然環境對冷卻塔腐蝕的影響。因為冷卻塔暴露在外界，所以經常受到風吹、日曬、雨淋等，從而減少了混凝土保護層的厚度，鋼筋因此就會銹蝕。再加上鋼筋因為銹蝕而膨脹造成了混凝土開裂，從而鋼筋外露，加劇了腐蝕，這樣惡性循環，使結構安全受到了威脅。

2）生產環境對冷卻塔腐蝕的影響。自然冷卻的生產循環用水是通過冷卻塔進行的，但是此水溫度高而且含有堿性，因此混凝土受到了堿液、堿粉塵等性介質的腐蝕和化學腐蝕。物理腐蝕表現在潮濕環境下，堿和二氧化碳生成了碳酸鹽晶，起到了膨脹作用；而化學腐蝕表現在高溫條件下，堿和二氧化硅以及氧化鋁生成了可溶性鹽類，起到了溶蝕作用。

3.3管理因素

甘肅金昌化學工業集團有限公司總工師辦公室、裝備能源部、安全環保部等部門應該定期檢查處于惡劣條件下的建筑物，對于存在安全隱患的建筑物應該及時檢修，從而避免構件腐蝕加劇。

4　加固和防腐措施

4.1混凝土冷卻塔加固設計思路

對冷卻塔結構受力大的地方和容易受到腐蝕的地方應該重點進行加固和防護；對于其他一般部位只需要做常規防護即可；在進行加固和防護時，要依靠科學技術和簡易操作方法。

4.2加固、防腐方案

對于基礎部位，先將周圍的土體挖開，然后清除表面的浮塵，進行防護處理時，要刷環氧瀝青兩遍。加固梁、柱時，實施外包鋼法，具體做法就是將混凝土構件表面上已經碳化和腐蝕的一層利用壓縮空氣將浮灰吹凈，然后用環氧砂漿找平。梁、柱角部可以在外面包一層角鋼，用綴板連接角鋼，用環氧玻璃鋼對表面進行防腐。

根據鑒定結果作了防腐與加固設計方案，并于2014年下半年付諸實施完成,通過加固防腐，冷卻塔依舊高高聳立，強度和功能也能夠得到恢復，取得了滿意效果。

5　結論

合成氨工藝循環水雙曲

線混凝土冷卻塔由于處理水量大，運行能耗低，耐腐蝕強等優點，受到許多化工企業的歡迎，但是對于服役期較長的冷卻塔，要定期對建筑物的整安全性以及腐蝕損壞情況進行科學評估和分析。對于鋼筋混凝土冷卻塔的檢測定要科學合理，確保冷卻塔的安全隱患及時消除。在實踐當中要總結經驗，改方法，讓冷卻塔的使用壽命更加長久。

參考文獻：

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