摘要：在工業(yè)建筑工程設(shè)計(jì)中,我們常遇到鋼筋混凝土煙囪的設(shè)計(jì)。煙囪屬于高聳構(gòu)筑物,它不同于一般建筑結(jié)構(gòu),由于橫截面與高度比相對(duì)較小,風(fēng)和地震作用是其主要荷載,且具有高柔、外露、無(wú)圍護(hù)等特點(diǎn),因此,設(shè)計(jì)中必須處理許多特殊問(wèn)題。本文介紹了鋼筋混凝土煙囪設(shè)計(jì)中的高度、結(jié)構(gòu)裂縫、煙囪縮徑的控制、內(nèi)筒設(shè)置煙囪、煙囪的防腐等若干問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土煙囪,結(jié)構(gòu),高度,防腐

　　一、鋼筋混凝土煙囪一般結(jié)構(gòu)

　　鋼筋土煙囪具有對(duì)地震的造應(yīng)性強(qiáng)、使用年限長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但需耗用較多的鋼材、造價(jià)較高。鋼筋混凝土煙囪筒身高度一般為60~250m，底部直徑7~16m，筒壁坡度常采用2%，筒壁厚度可隨分段高度自下而上呈階梯形減薄，但同一分段內(nèi)的厚度應(yīng)相同，分段高度一般不大于15m，當(dāng)采用滑模施工時(shí)筒壁厚度不宜小于160mm。筒壁混凝土內(nèi)的縱向鋼筋最小直徑為10mm，間距為300~500mm，環(huán)向鋼筋最小直徑為8mm，最大間距為250mm，且不得大于筒壁厚。筒身頂部4~5m為筒首，為防止排出氣體對(duì)鋼筋混凝土的侵蝕，該段斷面一般均要加厚，外表增做裝飾花格。

　　二、煙囪高度設(shè)計(jì)問(wèn)題

　　煙囪高度所形成的抽力用于：克服煙氣流動(dòng)過(guò)程中的總壓力降、服空氣通過(guò)燃燒器的壓力降、保證爐膛內(nèi)具有一定的負(fù)壓爐子本身高度所形成的抽力用于：輻射室高度所形成的抽力，克服空氣通過(guò)燃燒器的阻力。對(duì)流室高度所形成的抽力，用來(lái)保證輻射室頂?shù)呢?fù)壓和克服煙氣通過(guò)對(duì)流室的壓力降的一部分。

　　高度的確定方法：

　　1、列總抽力與煙氣流動(dòng)的總壓力降恒等式求得。

       2、需考慮到安裝、環(huán)保及檢修等方面的問(wèn)題。子本身的抽力抽力由爐內(nèi)煙氣密度與大氣密度的差而引起表達(dá)式為：煙囪抽力對(duì)流室的抽力煙氣流動(dòng)的壓力降：

　　1、沿?zé)煹懒鲃?dòng)的壓力降;

　　2、流過(guò)擋板、轉(zhuǎn)彎或截面變化等局部的壓力降;

　　3、流過(guò)對(duì)流室管排的壓力降;

　　4、過(guò)空氣預(yù)熱器的壓力降(有預(yù)熱器時(shí))。

　　決定煙囪高度的其它因素：

　　a.不低于附近的蒸餾塔等設(shè)備的頂標(biāo)高，以避免火災(zāi);

　　b.圓筒爐煙囪的最低高度應(yīng)能利用煙囪上的爐管吊環(huán)吊出輻射爐管;

　　c.受航空方面的限制;

　　d.受環(huán)境保護(hù)方面的限制，必須根據(jù)環(huán)境保護(hù)法規(guī)定的要求計(jì)算煙囪高度。

　　三、煙囪結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題

　　鋼筋混凝土煙囪內(nèi)襯、隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)按規(guī)范取值不太合適。因?yàn)橐?guī)范規(guī)定的內(nèi)襯、料導(dǎo)熱系數(shù)是按干容重狀態(tài)下的取值,而實(shí)際狀態(tài)恰好相反,煙囪內(nèi)煙氣是呈飽和狀態(tài)的,對(duì)水膜式除塵器除塵的煙氣則更是如此,當(dāng)內(nèi)襯層受煙氣蒸泡后,導(dǎo)熱系數(shù)就遠(yuǎn)大于規(guī)范中所提供的數(shù)值。此外,煙囪在施工過(guò)程中,濕態(tài)外筒壁混凝土使封閉的隔熱層受潮,加上常用的隔熱材料(如礦棉、巖棉等)吸濕性較強(qiáng),導(dǎo)熱系數(shù)必然遠(yuǎn)大于規(guī)范中給出的干態(tài)值。設(shè)計(jì)中均要根據(jù)內(nèi)襯、隔熱材料的性能和煙氣運(yùn)行條件適量放大干態(tài)下的導(dǎo)熱系數(shù),放大倍數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取1.5~3倍不等。如煙囪高150 m,內(nèi)襯采用粘土質(zhì)耐火磚,隔熱層采用水泥珍珠巖制品,規(guī)范提供的導(dǎo)熱系數(shù)λ分別為粘土質(zhì)耐火磚0.93,水泥珍珠巖制品0.16,而在設(shè)計(jì)中則分別取3.86、0.32。

　　日照溫度和煙氣溫度取值不當(dāng)也是煙囪出現(xiàn)縱向裂縫的因素之一。工藝提供的煙氣溫度設(shè)計(jì)值均以正常運(yùn)行工況為準(zhǔn),實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中溫度因各種原因會(huì)產(chǎn)生變化,尤其是當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生事故后,煙氣溫度可能有較大的提升。在引進(jìn)外資的項(xiàng)目中,由外方提供的煙氣設(shè)計(jì)溫度均考慮了事故煙溫,大大高出國(guó)內(nèi)同類型項(xiàng)目中所采用的標(biāo)準(zhǔn)。因此,工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)適當(dāng)提高煙氣設(shè)計(jì)溫度。至于提高多少為宜,需同工藝共同研究。目前,許多電力設(shè)計(jì)院將煙氣設(shè)計(jì)溫度在工藝提供的煙氣溫度上提高10%。此外,無(wú)煙氣影響的冷筒階段,混凝土筒壁溫度變化受日照、風(fēng)速、風(fēng)向及周圍環(huán)境等因素的影響(其中日照影響隨季節(jié)變化)。由于壁溫的變化,筒壁內(nèi)外應(yīng)力狀態(tài)也相應(yīng)變化,時(shí)而出現(xiàn)拉應(yīng)力而出現(xiàn)壓應(yīng)力,兩者隨著季節(jié)的推移而交替變化著,對(duì)筒壁內(nèi)表面,溫度應(yīng)力取決于日照溫差,按照規(guī)范規(guī)定,外筒壁最高溫度采用夏季極端最高氣溫一般在40℃左右,而夏季太陽(yáng)照射煙囪混凝土外筒壁的最高溫度可達(dá)50~70℃或更高這時(shí),筒壁內(nèi)外溫差將大于按大氣溫度計(jì)算的溫差如果設(shè)計(jì)中考慮不當(dāng),必將造成煙囪還沒(méi)有投入運(yùn)行,內(nèi)筒壁便開(kāi)裂的不良后果。

　　四、煙囪縮徑的控制措施

　　1、收分計(jì)算要正確。模板收分的尺寸可根據(jù)每次提升的高度和煙囪設(shè)計(jì)的坡度,求出半徑收分的尺寸,即煙囪半徑收分尺寸是滑模每次提升高度乘以煙囪設(shè)計(jì)坡度;采用移置模板施工時(shí),模板收分尺寸可根據(jù)每節(jié)筒身模板的高度和煙囪設(shè)計(jì)坡度,求出半徑收分尺寸,即煙囪半徑收分尺寸是每節(jié)筒身模板的高度乘以煙囪設(shè)計(jì)坡度。

　　2、收分控制要嚴(yán)格。模板的收分控制通過(guò)安裝在操作平臺(tái)輻射梁上的調(diào)徑裝置來(lái)實(shí)現(xiàn),調(diào)徑裝置由專人負(fù)責(zé)。每提升一次模板,即準(zhǔn)確按計(jì)算收分尺寸擰動(dòng)一次調(diào)徑裝置的絲杠,完成一次收分。采用移置模板施工時(shí),每節(jié)筒身模板以下節(jié)模板邊緣為標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)計(jì)算收分尺寸,準(zhǔn)確算出混凝土新澆筑面標(biāo)高的筒身實(shí)際半徑,以此固定內(nèi)外模板,完成一次收分。

　　3、收分測(cè)定要準(zhǔn)確。每提升兩次或移置模板施工每節(jié)筒身的移置模板都要嚴(yán)格檢查一次模板的半徑,檢查方法是按新澆筑面標(biāo)高的筒身計(jì)算半徑,在尺桿上做出標(biāo)記,采用激光鉛直儀或吊線法找中,然后實(shí)測(cè)模板的半徑和幾何中心并做記錄,作為繼續(xù)提升或下節(jié)筒身移置模板調(diào)整半徑的依據(jù),實(shí)測(cè)半徑要符合設(shè)計(jì)要求,模板幾何中心對(duì)煙囪中心的偏差不超過(guò)5mm。

　　五、內(nèi)筒設(shè)置煙囪問(wèn)題

　　某建筑內(nèi)筒設(shè)置煙囪，在中國(guó)以至于亞州也還是個(gè)新問(wèn)題，首先，煙氣對(duì)內(nèi)筒產(chǎn)生的熱應(yīng)力影響就很大，其次，鍋爐房并非在主樓樓層內(nèi)，而是在裙房里，距內(nèi)筒尚有幾十米水平距離，煙道必須通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)層的幾個(gè)房間，將對(duì)這些房間產(chǎn)生影響。特別是鍋爐一般冬天運(yùn)行較多，煙囪內(nèi)外溫差更大，為避免其影響，將煙囪作如下處理：

　　1、參照普通煙囪的建造方法，將空氣隔熱層擴(kuò)大為100MM，普通磚煙囪的空氣隔熱層為50MM，它是為保護(hù)煙囪外壁而設(shè)置的，而此工程要保護(hù)的對(duì)象是大樓的整個(gè)內(nèi)筒以至整個(gè)建筑，為此，特將空氣隔熱層增加一倍，防止煙氣熱量向內(nèi)筒傳導(dǎo)而產(chǎn)生熱應(yīng)力破壞。

　　2、砌筑與煙囪等高的耐火磚內(nèi)壁，普通煙囪內(nèi)壁，煙氣濕度在500℃以下時(shí)采用紅磚，顯然不能保證煙囪外壁濕度與室溫相當(dāng)，耐火磚的密實(shí)程度和隔熱性能比普通紅磚好多了，能有效地阻止煙氣濕度影響內(nèi)筒。

　　3、煙囪與煙道連接處設(shè)置伸縮縫，煙道(鋼制)采取了嚴(yán)格的保溫措施。

　　4、煙囪外壁(即內(nèi)筒墻壁用耐火砼澆筑，更進(jìn)一步消除煙氣的影響。 采取上述措施，完全避免了煙囪內(nèi)外溫差對(duì)主樓內(nèi)筒的影響。

　　六、煙囪的防腐蝕問(wèn)題

　　煙囪的防腐蝕設(shè)計(jì)，應(yīng)考慮下列因素：煙囪內(nèi)煙氣的腐蝕等級(jí);結(jié)構(gòu)重要性;煙囪的運(yùn)行方式(經(jīng)常性或間隙性運(yùn)行方式);煙囪內(nèi)是否有結(jié)露現(xiàn)象;技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;檢修條件。煙囪的腐蝕，主要包括自然環(huán)境腐蝕和排氣筒內(nèi)的煙氣腐蝕，煙囪的防護(hù)設(shè)計(jì)，也主要是針對(duì)這兩種腐蝕的防護(hù)，本文主要討論煙囪排氣筒內(nèi)壁針對(duì)煙氣腐蝕的防護(hù)設(shè)計(jì)。

　　工藝專業(yè)應(yīng)選擇合適的煙氣流速及溫度，采用適當(dāng)?shù)臒煔鈨艋に嚕越档蜔煔鉂穸?建筑專業(yè)在排氣筒外壁采取適當(dāng)?shù)谋卮胧源_保煙氣在排氣筒流動(dòng)過(guò)程中不結(jié)露或盡可能少結(jié)露。在工程設(shè)計(jì)中，采取這些措施后，可以認(rèn)為正常生產(chǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生的煙氣，對(duì)鋼材的腐蝕作用，可以得到有效控制。

　　通常，對(duì)于采用半干法或干法煙氣凈化工藝，在正常生產(chǎn)狀態(tài)下產(chǎn)生的煙氣，排氣筒鋼管采用普通碳素鋼，排氣筒內(nèi)壁不采取任何防護(hù)措施，排氣筒壁外裹隔熱保溫層。隔熱保溫材料多為礦棉或玻璃纖維，厚度根據(jù)熱工計(jì)算確定，應(yīng)能使排氣筒內(nèi)煙氣溫度在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)，排氣筒隔熱保溫層外的溫度不高于45℃。采用半干法或干法煙氣凈化工藝，在非正常生產(chǎn)狀態(tài)下(如試運(yùn)行、啟動(dòng)、停爐等時(shí)期)煙氣的成分、溫度、流速等諸參數(shù)可能達(dá)不到設(shè)計(jì)指標(biāo)，盡管這種狀態(tài)不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，但由此導(dǎo)致的煙氣對(duì)排氣筒的腐蝕的可能性是存在的。因此，還需要采取一些輔助防護(hù)措施。依據(jù)煙氣對(duì)排氣筒的腐蝕作用的大小，在結(jié)構(gòu)計(jì)算所需排氣筒鋼管壁厚的基礎(chǔ)上，增加一定厚度，即“腐蝕厚度裕度”，使煙囪在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，扣除因煙氣腐蝕而損失的鋼管壁厚度后，所剩下的鋼管壁厚度，依然能使鋼管具有足夠的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，能滿足結(jié)構(gòu)安全使用的需要。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　煙囪是工業(yè)與民用建設(shè)中不可缺少的構(gòu)筑物,近十年,由于工藝要求和單機(jī)組容量的增大,以及世界各國(guó)對(duì)環(huán)保要求的提高,使煙囪不斷向高的方向,向多筒、多管方向發(fā)展。綜上所述,煙囪的高度、筒壁、內(nèi)襯和隔熱層的材料及厚度、煙囪的防腐都是是搞好鋼筋混凝土煙囪設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王肇民.高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

　　[2]張相庭.工程結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載理論和抗風(fēng)計(jì)算手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

　　[3]覃麗坤，宋玉普，姚家偉.鋼筋混凝土煙囪設(shè)計(jì)理論初探[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(10).

　　[4]陸卯生.火力發(fā)電廠高煙囪設(shè)計(jì)的回顧和展望[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010(10).

　　[5]魏利金.管鋼煙囪設(shè)計(jì)[J].特種鋼結(jié)構(gòu)，2011(09).

　　[6]覃麗坤，宋玉普，姚家偉.鋼筋混凝土煙囪設(shè)計(jì)理論初探[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011(19).

　　[7]蔡洪良，陳飛，宋聲.多管式鋼內(nèi)筒煙囪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算2011(09).特種結(jié)構(gòu)，2008(09).