石排鎮建筑房屋煙囪結構安全檢測鑒定公司

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   東莞市煙囪安全檢測鑒定權威房屋檢測鑒定評估，出具權威報告

    一、問題提出

某鋼鐵廠2 號加熱爐鋼煙囪建造于1995 年,1997 年投產使用,并在2017 年將鋼煙囪從原35m 增高至40m鋼煙囪立面圖見圖1 ,鋼煙囪從建成投入使用至今已有17 年之久。現該煙囪與鄰近鋼煙囪相比,晃動搖擺明顯,委托方決定對該鋼煙囪進行檢測鑒定并提出整改措施,以確保該構筑物的安全使用和防止意外事故的發生。

二、基本情況

鋼煙囪全高為40m ,其底部4. 05m 為鋼砼底座基礎 。底座上部鋼煙囪的筒體分為5 節,下4 節筒體為變截面,上部一節筒體高約27. 77m。5 節鋼煙囪的節間由法蘭板連接或加筋板加強,筒體鋼板設計厚度為10mm。鋼砼底座設有內襯,鋼煙囪無內襯。

三、檢查情況

1、基礎　因現場檢測未開挖地下基礎且又無原始圖紙查找,無法對地下基礎進行深入了解。

4. 05m 高的鋼煙囪鋼砼底座基礎 ,其表面未見有明顯缺損現象,只發現表面有一處開裂裂縫,該裂縫沒有明顯進一步擴展傾向。

2、 筒身　煙囪筒身經外觀檢查,發現原來涂刷的油漆漆膜大部分剝落、鋼板銹蝕,且其表面顯現一種受熱過渡的銹黃顏色。在煙囪的鋼砼底座上部發現有環向裂縫,裂縫寬度大多在014～115mm 之間,超過煙囪設計規范[1]013mm 的規定,裂縫長度一般在1～2m,裂縫深度多在013～014mm。

3、 內襯　鋼煙囪無內襯,僅下部底座及煙道設置內襯,進入內部觀察其情況,發現內襯已老化,損失了隔熱保護作用。

4、 囪帽　囪帽同樣漆膜大部分剝落,但銹蝕更為嚴重。

5、 焊縫、螺栓　對鋼煙囪的連接焊縫進行檢查,未見有焊縫開裂,但同樣存在銹蝕嚴重狀況。法蘭螺栓多處斷裂破壞,且部分螺栓明顯松動。

6、 附屬設施　此鋼煙囪設2 道支撐, 道支撐設在標高為+ 14. 640 處,即其旁廠房柱頭頂部,撐桿為2 根,其斷面尺寸均為L200 ×14。第2道支撐在屋架天溝處即鋼屋架上弦,撐桿的斷面尺寸為:西側是2 根16  槽鋼拼接而成,東側為H型鋼,寬為160mm。第2 道撐桿是在鋼煙囪增高5m時設置的, 上、下2 道撐桿之間的間距為118m。

四、測量情況

1、 鋼煙囪垂直度測量

因鋼煙囪外邊的直線顯折線狀,故在不同點位其垂直度不同,本次測得鋼煙囪垂直度為:東傾240～300mm ,南傾

250～340mm。根據地基基礎設計規范表4. 3. 6 中規定,高聳構筑物其高度在20m  Hg ≤100m 之間時,其

允許傾斜值為0. 006～0. 005 ,則40m 鋼煙囪傾斜范圍為240/ 40000  0. 006 ,340/ 40000  0. 0085 ,即

0. 0085～0. 006  0. 006～0. 005 ,不符合規范要求&160。

2、 筒身鋼板厚度測量

煙囪鋼板原厚度為10mm ,現經超聲波測厚儀測得其厚度為8. 0 ～ 8. 9mm , 腐蝕率為11 %～20 % ,根據《煙囪設計規范》 GB02 中規定,自立式無隔熱層鋼煙囪h  20m 筒壁小厚度應不小于9mm ,可見其腐蝕后筒壁厚度已不符合規范要求。

3、 筒體溫度測量

用超聲波測溫儀測得其煙囪鋼板溫度為270 ℃～300 ℃,已超過鋼煙囪筒壁所規定的高受熱溫度煙囪設計規范中規定碳素結構鋼 用于沸騰鋼 其高受熱溫度為250 ℃ 。

4、 頻率測試

用渦街流量計檢測煙囪旋渦的頻率,并與煙囪自振頻率進行比較,發現兩者頻率接近,從而產生共振現象。

五、鋼筒強度計算

彎矩軸力作用下,鋼煙囪強度按下式進行計算:

NiAni±MiWni≤f t 及σcrt 1

式中:Mi 為鋼煙囪水平計算截面i 的大彎矩設計值包括風彎矩和水平地震作用彎矩 N. mm Ni 為與Mi 相應軸向壓力或軸向拉力設計值包括結構自重和豎向地震作用 N  Ani為計算截面處的凈截面面積mm2  Wni為計算截面處的凈截面抵抗矩mm3  f t 為溫度作用下鋼材抗拉、抗壓和拉彎強度設計值N/ mm2 。筒局部穩定的臨界應力值為:

σcrt  0. 4 Etktdi2

式中: Et 為溫度作用下鋼材的彈性模量N/mm2 σcrt為筒局部穩定的臨界應力值N/ mm2 K 為局部抗壓強度調整系數,對應于風荷載, K 1. 50 ,對應于地震作用K  1. 20  t 為鋼筒壁厚mm  di 為鋼筒外直徑m 經鋼筒強度驗算,該鋼煙囪符合強度要求。

六、檢測鑒定評級

根據有關可靠性鑒定規程&160,對該煙囪的地基基礎、筒身、內襯、煙道按檢查情況進行評定,并從煙囪筒身的承載能力、裂縫、傾斜三個子項進行分析,認為該煙囪的鑒定評級為偏四級,需立即采取加固維修措施。

七、煙囪晃動原因分析、探討

1、該2 號鋼煙囪雖增高5m ,但其長一節懸空高度從煙囪到屋架天溝撐桿處的懸空長度約為23. 56m 與靠近東面38m 高的新爐子鋼煙囪的長一節懸空高度懸空長度約23. 36m 相近,且兩者壁厚、內徑均相等。38m 鋼煙囪現使用情況良好,說明2 號鋼煙囪增高5m 的設計是有一定可比依據。

2、從鋼煙囪垂直度測量情況分析,其傾斜值超出規定范圍,且鋼煙囪因長期處于高溫使用狀態,加之鋼煙囪無內襯,使鋼板受熱變形煙囪外邊不成一直線,顯曲線狀 、腐蝕變薄,故鋼煙囪垂直線不在同一個圓心中,重心偏離,使其容易左右搖擺不均勻。

3、當風以一定的速度繞流圓筒形的鋼煙囪時,將使煙囪在兩個方向上產生振動。一種是順風向的振動,振動的風向與風的流向一致另一種是橫風的振動,振動的方向與風的方向垂直,也稱風的誘發振動。在一定速度范圍內,風在圓筒形的鋼煙囪背后的兩側周期性交替地形成旋渦并以相當確定的頻率從筒體表面上脫落,在尾流中有規律地交錯排列成兩行,這就是世界著名空氣動力學權威馮·卡門Theodore Von Karman 所提出的“卡門旋渦”理論。

當旋渦的頻率等于或接近鋼煙囪固有頻率時,便會產生共振,這便是風力誘發的振動。本次對橫風向的共振測試,可見該鋼煙囪的固有頻率與平時有風力情況下的卡門旋渦頻率接近或相一致,從而使其搖晃擺動被加大。

八、措施及建議

1、 根據以上的檢測情況及分析,建議甲方修補鋼筋砼底座表面的混凝土開裂裂縫。對筒身裂縫進行焊補,并對所有金屬件進行除銹、防銹處理,如條件許可,對鋼煙囪內壁涂刷FVC 耐高溫防腐涂料可耐溫200 ℃和400 ℃等系列 ,這可有效延長鋼煙囪的使用壽命。

2、 在煙囪上部的適當位置處設置浪風繩加固,以控制煙囪因重心偏離所產生的筒身搖晃狀況。

3、 在煙囪頂部1/ 3H高度 范圍內的煙囪外壁焊接螺旋翅片,以增加煙囪的阻尼,從而破壞卡門旋渦或者改變煙囪的固有頻率,大限度避免共振現象,從面有效地防止對煙囪的破壞,這將有助于避免嚴重事故的發生。