某高聳鋼筋混凝土煙囪的檢測及安全性評估

王 震，張海磊，劉少軍，龔治國

（奧來國信（北京）檢測技術有限責任公司，北京 101318）

0 引言

煙囪是工業與民用建筑中常見的構筑物，在冶金、發電、化工等領域是重要的標志性構筑物。鋼筋混凝土煙囪具有很多優點，比如安全性高、耐久性好、維護費用低等，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，所以我國近十多年先后出臺了相關的政策，對火電廠煙囪的排放加裝煙氣脫硫裝置，以將SO2的排放量降低到標準規范允許的范圍內［1］。目前我國火電廠煙囪的脫硫系統改造已基本完成，其中部分火電廠脫硫系統把 GGH（煙氣換熱器）裝置取消，從而出現了新的情況，在取消 GGH 后，煙囪排出的煙氣溫度低、濕度大、筒壁結露嚴重，煙囪在系統啟停期間就面臨冷、熱煙氣交叉進入的情況，早期的防腐材料產生破損、腐蝕，導致煙囪筒壁發生酸液滲漏、混凝土腐蝕、鋼筋銹蝕等一系列問題，嚴重危害煙囪的正常使用安全。

本文通過對某高聳鋼筋混凝土煙囪在脫硫后出現的若干問題進行相應的檢測、檢查與分析，對煙囪的安全狀況進行評估，以期在專業技術人員及管理單位在處理此類工程問題時起到參考意義。

1 工程概況

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

該煙囪于 2015 年進行過脫硫裝置改造，目前出現筒壁大量滲液、混凝土腐蝕等問題，管理單位為了解煙囪的安全狀況，組織技術人員對該煙囪進行相應的檢測、檢查及安全評估。

2 現場檢測

經過現場踏勘，技術人員決定現場的檢測主要從損傷、材料強度、鋼筋配置、鋼筋銹蝕、煙氣成分分析、整體傾斜等方面進行［2］，采集相應的數據供綜合評估時使用。

2.1 損傷檢查

檢測期間煙囪正在使用中，且煙囪高度較高（120 m），因此通過無人機懸掛高清攝像頭拍攝的方式進行筒壁損傷檢查。實際檢查時將煙囪按方位劃分為 4 個區域（見圖 1），無人機距所檢區域外壁中心 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行連續高清拍攝（見圖 2）。經檢查，煙囪筒壁外表面存泛堿、腐蝕、滲液（個別部位滲液結冰）等現象，損傷面積約為外壁總面積的 15 %。經過現場取樣，煙囪的內襯磚砌體磚縫存在酸液滲漏痕跡，內表面防腐層存在局部失效現象。

圖1 無人機掃描拍攝區域示意

2.2 材料強度檢測（含碳化深度）

圖2 無人機掃描拍攝區域示意

參照 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》［3］中的相關規定，對煙囪筒壁構件的混凝土抗壓強度進行抽樣檢測，由于煙囪之前曾進行過混凝土強度方面的第三方鉆芯普檢，結果顯示符合設計要求，故本次對混凝土強度的復檢采用校核性抽檢，抽檢結果表明混凝土強度滿足原設計的要求。

混凝土碳化深度檢測是反映鋼筋混凝土結構耐久性的指標之一。現場采用回彈法檢測筒壁混凝土強度時，還對筒壁混凝土的碳化深度進行了檢測，顯示碳化深度為 42～55 mm，目前已經超出鋼筋的保護層厚度。

2.3 筒壁混凝土鋼筋配置檢測

采用鋼筋掃描儀對煙囪混凝土構件中鋼筋的配置情況進行抽檢，其檢測結果顯示，混凝土筒壁外側豎向鋼筋、環向鋼筋的配置情況符合原設計要求。

2.4 鋼筋銹蝕檢測

依據 JGJ/T 152－2008《混凝土中鋼筋檢測技術規程》［4］中的規定，使用鋼筋銹蝕儀采用半電池電位法對煙囪筒壁鋼筋銹蝕程度進行定性評估，另對煙囪東西側煙道鋼筋外露銹蝕部位進行剔鑿，清理銹蝕鋼筋采用游標卡尺/鋼卷尺量測其直徑，確定鋼筋銹蝕程度。經檢測，筒壁部分區域鋼筋發生銹蝕的概率＞90 %，剔鑿煙囪東側、西側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

對煙囪筒壁、煙道及出灰口部位滲出的液體進行現場采樣，測定其液樣中所含的成分及酸堿度，經實驗室測定，滲出液成分中含有酸、堿離子，不同位置的 pH 值呈現酸、堿性。實驗分析結果如表 1 所示。

表1 滲出液成分檢測結果

依據 GB/T 50344－2004《建筑結構檢測技術標準》［5］、GB/T 50784－2013《混凝土結構現場檢測技術標準》［6］中的相關規定，現場剔鑿取得混凝土樣品，化驗混凝土中 Cl-含量，經實驗室測定，筒壁混凝土中含有 Cl-腐蝕性離子，混凝土構件受腐蝕影響。實驗分析結果如表 2 所示。

表2 混凝土中 Cl-含量檢測結果

2.6 傾斜檢測

采用全站儀對煙囪的垂直度進行現場檢測，檢測方法采用前方交會法，其示意圖如圖 3 所示，現場在煙囪的西側和南側布置測點，經檢測，其垂直度未超過規范限值，其地基基礎外觀穩定，也未見明顯不均勻沉降跡象。現場檢測結果如表 3 所示。

圖3 傾斜測量原理示意

表3 傾斜檢測結果

3 安全性分析

根據有關本煙囪的以往資料和現場的檢測、檢查結果，本煙囪約建于 1989 年，于 2015 年進行脫硫裝置改造，2016～2017 年間曾進行過內壁防腐改造和外部維修，在防腐改造前筒壁存在滲漏現象，防腐改造完成一段時間后，滲漏、腐蝕問題依然存在。故結合電廠運行的流程工況，對煙囪的筒壁滲漏、損傷進行進一步分析，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，煙囪內的煙氣溫度最低 40 ℃，最高可至 130 ℃，在溫度較低時，煙氣中的硫分子和煙氣中的水分子結合，形成稀硫酸。

2）筒壁混凝土存在對拉螺栓孔、縫隙、裂縫等缺陷，煙氣中稀硫酸會沿缺陷滲入，導致筒壁裂縫加速發展，進而貫穿筒壁，造成漏液。煙氣還會不斷腐蝕混凝土中的鋼筋，致使鋼筋銹蝕膨脹，混凝土保護層脫落等。

3.2 防腐改造后煙囪筒壁滲漏原因

1）在進行脫硫改造后，由于煙氣溫度低，密度變大帶來上抽力不足，煙氣排放速度變慢，造成煙氣的聚集，使得煙囪內部氣壓大于外部氣壓，加大了煙氣腐蝕內壁的滲透壓力。由于局部防腐層存在滲漏點，使有腐蝕性的煙氣向內襯滲入，致使內襯腐蝕，進一步導致混凝土外筒壁的腐蝕。

2）在進行脫硫改造后，脫硫系統主要脫除煙氣中的 SO2，而不能有效脫除其中的部分 SO3，煙氣中的 SO3在適宜的溫度下會和水結合，產生稀硫酸。

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，這些物質對筒壁的腐蝕影響非常顯著。

4）根據以上分析，該煙囪目前的核心混凝土強度、鋼筋配置、整體變形等仍能滿足原設計要求；煙囪在安裝了脫硫系統后，煙氣中 SO2得到有效脫除，但脫硫后煙囪筒壁處于低溫、高濕、腐蝕性煙氣的環境中，對煙囪筒壁、檢修通道等產生強烈的腐蝕作用，對筒壁混凝土的取樣化驗和碳化深度檢驗也證明了腐蝕作用和速度均在加劇，碳化深度已超過鋼筋保護層厚度，內部鋼筋已經開始出現銹蝕，這些問題將嚴重影響其耐久性，給煙囪的安全性帶來隱患，需及時進行對應處理。

4 評估結果

該煙囪 2016 至 2017 年間曾進行過內壁防腐改造和外部維修，短短一年多時間，其筒壁就又出現了諸多混凝土腐蝕、鋼筋銹蝕、外筒壁多處滲液等嚴重問題，根據對煙囪目前損傷的全面普檢，其直接可見的腐蝕、滲液影響面積已超過 15 %，部分鋼筋嚴重銹蝕，混凝土碳化深度已超鋼筋保護層厚度，這說明煙囪之前的內壁防腐、外部維修已局部或大部失效，目前煙囪的綜合評價結果為不安全，存在安全隱患，需根據損傷的原因進行針對性處理。

5 結語

1）對鋼筋混凝土煙囪進行安全性評估時，除常規的檢測檢查內容外，還應關注其運行工況，以便找出其損傷的內因，做出準確判斷，為后續的針對性處理提供依據。

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