《烟囱工程技术标准》关键技术修订介绍

摘要：

      本文对新国标《烟囱工程技术标准》(GB50051)在烟囱横风向共振及烟囱防腐两个方面的修订内容做了简要介绍。对比分析了国内外标准关于烟囱横风向共振的判定条件，分别介绍了雷诺数对顺风向与横风向荷载效应的影响。通过烟囱实际破坏案例的分析并结合国外有关标准的规定，认为我国《建筑结构荷栽规范》(GB50009_2012)把雷诺数作为横风向共振是否发生的判定条件之一，存在不足，《烟囱工程技术标准》(GB50051)对此进行了修正和完善。烟囱防腐是烟囱设计的一项关键性工作，防腐材料选择的成败直接关系到整个烟囱设计的成败，《烟囱工程技术标准》(GB50051)在总结国内外烟囱防腐经验基础上．推荐了现阶段最成熟的3类材料用于湿烟囱防腐。文章着重介绍了这3类防腐材料的优势与不足以及适用条件。供实际设计中辩证分析选用。

关键词：雷诺数  斯科顿数  横风向共振   烟囱防腐   湿烟囱

作者 ：徐卫阳 王志宇 牛春良

关于防腐部分的说明如下：

2 烟囱防腐内容的修订

2．1《烟囱设计规范》关于烟囱防腐内容的修订历程烟囱防腐是烟囱设计的核心内容之一，防腐方案是根据烟气介质的成份与浓度、烟气的湿度与温度等综合因素确定的。国家标准《烟囱设计规范》的历次修订都是依据烟气情况变化和腐蚀破坏的实践总结而制定的。

我国本烟囱设计标准《烟囱设计规范》(GBJ51-83) 的设计条件为高温烟气，对烟气腐蚀没有专门规定。《烟囱设计规范》(GB50051--2002)在大量调研的基础上首次给出了烟囱防腐蚀设计规定，但规定主要是针对燃煤电厂干烟气做出的。当烟气温度低于150℃时。根据燃煤含硫量确定烟气的腐蚀等级为弱腐蚀、中等腐蚀和强腐蚀等级，并给出相应的防腐蚀规定。配套实施的烟囱设计标准图集《钢筋混凝土烟囱》(05G212)和《钢烟囱》(08SG213．1)都是依据该版规范编制的，仅适合干烟气。

自2004年开始，国内火力发电厂都强制要求设置烟气脱硫系统，并普遍采用湿法脱硫。湿法脱硫后的烟气为过饱和湿烟气，湿烟气渗透性强、易冷凝，并含有稀硫酸、稀盐酸等腐蚀介质，对烟囱具有强腐蚀作用，造成大量烟囱腐蚀破坏，损失极其严重。在此背景下，《烟囱设计规范》(GB50051—2013)规定了湿烟气、潮湿烟气和干烟气，并依此规定了不同烟囱选型和防腐措施。为了解规范应用效果，《烟囱设计规范》(GB50051--2013)实施后，规范组组织全国主要电力设计单位和相关发电厂对烟囱腐蚀进行了较大范围的普查工作。新国标对防腐作出了较大调整，此次规范修订更关注材料本身的防腐性能，而不是烟囱结构型式．并将适用范围扩大至既有烟囱防腐改造工程。

2．2新国标防腐材料的选用
新国标在总结国内烟囱防腐经验并借鉴国外先进标准的有关规定，对烟囱防腐材料的选用做出一些规定(表2)。

2．3部分防腐材料介绍
1．缠绕纤维增强塑料
本次新国标修订将玻璃钢内筒作为湿烟囱防腐方案之一。就防腐性能而言，玻璃钢材质可以满足30年以上的设计寿命，但组成玻璃钢的树 脂和玻璃纤维基础材料性能、产品设计以及施工质量对最终玻璃钢制品的性能影响是非常显著的。新国标将原来“玻璃钢”改为“缠绕纤维增强塑料”，主要是与实际工程中采用手糊方式直接粘附于排烟筒内壁的玻璃钢内衬加以区别。手糊玻璃钢内衬不适用标准第9章“纤维增强塑料内筒”的规定，其适用范围应当参照涂层材料执行。纤维增强塑料内筒主要适用于温度不大于60℃工况下的湿烟囱，最高温度不应大于100℃。纤维增强塑料内筒在温度大于60℃时，其力学性能显著下降，超过100℃时，已经接近树脂浇铸体的热变形温度。因此，当烟气超出100℃时，需要在烟囱前端采取冷却降温措施，或选用耐高温树脂材料。

2．硼硅酸盐泡沫玻璃砖
2013年版《烟囱设计规范》已经明确轻质防腐砖主要推荐进口泡沫玻璃砖(宾高德玻璃砖)，主要是基于国内轻质防腐砖(包括普通玻璃砖和玻化陶瓷砖)在湿烟囱领域应用存在大量破坏现象．而进口泡沫玻璃砖防腐效果优异，差距非常明显。

新国标与国外标准一致，将以宾高德为代表的“硼硅酸盐泡沫玻璃砖”作为湿烟囱主要防腐方案之一。并将“硼硅酸盐泡沫玻璃砖”与“轻质防腐砖”列为两种方案，并分别给出使用限定条件，避免因选用方案不当造成腐蚀破坏。

泡沫玻璃砖防腐系统是由泡沫玻璃砖和粘结剂共同组成的，两者的防腐性能和抗渗性能共同决定系统的最终防腐效果。与进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖相比，国内轻质防腐砖吸水严重，在长期湿烟囱运行环境下，轻质砖处于含水饱和状态，腐蚀液体渗透到防腐砖背后胶粘层表面，轻质防腐砖丧失了抗渗防腐功能和保温能力。以宾高德为代表的硼硅酸盐泡沫，其闭孔率接近100％，保证了玻璃砖的抗渗性能。进而实现了防腐和保温功能。 

用于粘贴泡沫玻璃砖的胶既是粘贴防腐砖的粘接剂，同时也是湿烟囱防腐的第二道防线，这层胶厚度约3mm，形成一道富有弹性的密闭防腐和抗渗屏障。而调查情况表明，国产轻质防腐砖配套的粘结剂普遍存在渗漏问题，粘结剂防腐性能不能满足湿烟气运行工况，达不到密闭防腐和抗渗作用。

因此．上述两方面的材料问题是导致轻质防腐砖系统在湿烟囱环境下防腐失效的主要原因。所以新国标规定了轻质防腐砖仅用于潮湿烟气使用条件下的套筒式或多管式烟囱，不能直接粘贴在单筒式湿烟囱的筒壁上，以降低烟囱主体结构破坏的风险。进口硼硅酸盐泡沫玻璃砖因其防腐效果优异，国内外有大量成功应用案例，规定其可用于单筒式、套筒式或多管式湿烟囱的防腐。

采用单筒式烟囱，不用设置内筒和平台，烟囱截面可大幅度降低，内部无需钢结构。可明显降低烟囱建造成本和后期维护成本。

3．镍基或钛基复合金属
美国电科院《湿烟囱设计导则》(1996年版)推荐可采用Tianium Grade 2(Ti2)用于湿烟囱防腐，但更倾向使用Tianium Grade 7(Ti-0．15Pd钛钯合金)作为湿烟囱防腐材料，并要求Ti2的铁含量为0.02％以下。Tianium Grade 7的防腐性能要优于Ti2，但价格也较贵。

《湿烟囱设计导则》指出，Tianium Grade 7用于脱硫塔入口烟道干湿交界面时，出现明显的腐蚀现象。故2012年版美国《修订湿烟囱设计导则》不再推荐钛材作为湿烟囱防腐材料．防腐金属仅推荐镍合金C276和C22。

我国在湿烟囱防腐选材上大量采用钛钢复合板(Ti2)，调研发现钛钢内筒也存在许多渗漏问题，但鉴于国内仍有大量钛板内衬应用，新国标仍保留了钛基复合金属内衬。

根据国内外经验，建议当采用该方案时，宜采用更高等级的钛合金内衬或镍基复合金属内衬，并确保钛钢复合板的焊缝质量。目前我国已经开发出Til0复合内衬，其性能大大优于Ti2复合内衬，而价格增加幅度较小，可提高目前钛钢复合板的防腐性能。

另外。我国烟囱防腐领域钛钢复合板普遍采用1.2mm厚钛板复合。影响该类防腐的使用年限和焊接的可靠性．而国外标准采用厚度为1.6mm以上，且金属防腐设备领域均采用2.0mm以上钛板复合，建议提高防腐设计标准。

3 结语
在横风向共振判断方面，国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009--2012)把雷诺数作为判定横风向共振条件之一，存在不足。大量钢烟囱破坏案例表明．其雷诺数均发生在规范所规定的“超临界”范围。规范规定与烟囱实际振动情况严重不符，造成工程破坏。新国标《烟囱工程技术标准》对此进行了修正，并给出新的计算规定，更符合实际情况．从而可大幅度降低因规范规定不足所造成的工程破坏，满足工程设计需要。在烟囱防腐方面，新国标在总结国内外经验基础上。推荐了现阶段最成熟的3类材料用于湿烟囱防腐，这3类防腐材料均有各自优势与不足，需要在辩证分析后采用。以获得好的防腐效果和经济效益。