CN103912154A - 一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料 - Google Patents

Abstract

一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料，其特征在于：多段圆筒形烟道壁通过烟道接口连接为一体，在圆筒形烟道壁上有外凸的加强筋；所述的烟道壁结构上分为三层，从外到内依次为外保护层、加强层和耐腐蚀化学层。本发明玻璃钢烟囱材料在湿烟囱防腐工程中解决了渗漏腐蚀的疑难问题，是湿烟囱防腐工程的重大技术创新和下一步火力发电厂烟囱防腐技术发展方向。

Description

一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料

技术领域

本发明涉及一种火力发电厂湿烟囱，特别是一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料。 

背景技术

S0₂是造成大气污染的主要污染物之一，在这些S0₂排放中，工业来源排放量占总排放量的84.27%。其中我国目前的1次能源消耗中，煤炭占76%，在今后若干年内还有上升的趋势。我国每年排入大气的87%的S0₂来源于煤的直接燃烧。其中大约一半来自于火力发电厂。由于燃煤、含硫较高的重油和矿物原料中本身含硫、氧化钙等，烟气中含有大量的S0₂、HF等有毒有害气体，对大气造成严重污染，是酸雨的主要成因。湿法脱硫(FGD)不加装烟气加热系统(GGH)工艺是各大发电公司普遍采用的脱硫工艺，其主要目的是满足国家环保法规，同时降低工程成本。采用该工艺时，烟囱烟、气温度大约在500℃，烟气湿度大，易在烟囱内结露形成冷凝酸液，腐蚀性很强，是该工艺中面临的重要问题之一。 

引入湿法烟气脱硫工艺之后，虽然烟气中95%的S0₂被清除，但是脱硫后的烟气含水率却上升至13%左右，变为饱和水蒸气，温度也下降至45℃-50℃（有GGH时烟气温度为80℃左右），远低于水蒸气的凝结温度，因而会在烟道、烟囱内表面形成明显的结露水流。此外，目前所用的钙法脱硫技术，对烟气中具有强腐蚀性的S0₃的脱出率只有大约30%，这部分S0₃遇到结露水之后，立即形成硫酸，从而对脱硫塔及附属设备、烟道、烟囱等产生严重的腐蚀。 

国内电力行业在进行湿法烟气脱硫的过程中，对于脱硫烟气的腐蚀性认识不足，2009年以前国内电力行业在脱硫系统、烟道、烟囱防腐蚀方面投入不够，简单模仿2004年引进国内的宾高德发泡玻璃砖烟囱防腐蚀体系，大量采用国产废玻璃制造的发泡玻璃砖和硅橡胶粘接剂腐蚀体系，导致在加装湿法烟气脱硫装置之后较短的时间内，脱硫烟囱就出现了较为严重的腐蚀。该类案例屡见不鲜。也有一些电厂采用聚脲做内防腐层，结果不到半年即出现大面积开裂、脱落；有些电厂采用耐酸胶泥做内防腐蚀层，最快投入使用只有28天，脱落冷凝水即将烟囱砖内筒渗透。 

在净烟道防腐蚀方面，同样由于电厂、脱硫公司对于防腐蚀认识上的不足， 导致有的电厂脱硫设施投产不到3个月，即导致“钢板+玻璃鳞片防腐蚀”烟道被大面积腐蚀穿孔，失去维修价值。 

国外在1970年代初期展开了脱硫技术的大规模推广应用及对脱硫烟气的防腐蚀技术研究。美国电力研究院（the Electric Power Research Institute.简称EPRI）和国际能源署清洁煤中心(Clean Coal Centre，International Energy Agency)在脱硫烟气防腐蚀技术研究方面较为全面和权威。 

EPRI1996年编写了《湿烟囱设计导则WET STACKS DESIGN GUIDE》，长期跟踪调研了美国燃煤电厂脱硫烟囱内壁的各类防腐蚀材料，并对比分析和评价了材料费用、维护费用和全寿命成本。美国材料试验协会(ASTM)也自1970年代起即制定、颁布了玻璃钢烟囱规范，用于指导玻璃钢烟囱的设计、制造、安装及使用，并且及时将玻璃钢新技术通过规范修订的方式反映出来。美国政府能源部矿物燃料办公室(U.S.Departmentof Energy,Office of Fossil Energy)据此于1999年推出了DOE/FE-0400号燃煤电厂推荐性设计方案《MARKET-BASED ADVANCED COAL POWER SYSTRMS FINAL REPORTMAY1999》，将“钢筋混凝土外简+FRP内筒”作为美国燃煤电厂脱硫烟囱的唯一推荐方案。最近十几年来，“钢筋混凝土外筒+FRP内筒”的脱巯烟囱形式，已成为美国燃煤电厂脱硫烟囱的主要结构形式。 

国内采用玻璃钢做腐蚀性气体排放烟囱始于20世纪60年代，据中冶建筑研究总院科技档案资料记载，早在1965年12月即会同鞍钢冷轧长、鞍钢设计院等单位，建造了高度为40m的酸洗废气排放钢烟囱玻璃钢烟囱。2005年，中冶建筑研究总院会同有关电力设计院开展玻璃钢烟囱在燃煤电厂脱硫烟囱上的设计和应用技术研究，并于2006年设计、建造了国内第一座电厂用玻璃钢烟囱，高度180m、直径6.6m，最高使用温度180℃。但是，在安装的最后阶段，由于技术和安装等原因，导致该烟囱被烧毁。 

玻璃钢(Fiberglass Reinforced Plastic，玻璃纤维增强塑料，缩写为FRP或GRP)是由高强度的玻璃纤维和树脂复合而成，玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性，具有质轻、高强、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状易于设计性等优点。由整体缠绕成型工艺生产的玻璃钢排烟筒能够自承重，具备优异耐酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。但是，目前玻璃钢烟囱的应用主要面临 如下几个问题：(1)选材与结构可靠性；(2)耐温和防火问题；(3)老化问题。 

发明内容

针对目前玻璃钢烟囱的应用主要面临上述技术的不足，本发明的目的是提供一种一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料。同时，提供一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料的制作方法。 

本发明的目的是这样实现的：一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料，其特征在于：多段圆筒形烟道壁通过烟道接口连接为一体，在圆筒形烟道壁上有外凸的加强筋；所述的烟道壁结构上分为三层，从外到内依次为外保护层、加强层和耐腐蚀化学层。 

本发明的目的还可以这样实现：加强层采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为单向布、方格布、短切毡或/和缠绕纱；所述的外保护层采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350,并添加紫外线吸收剂；所述的耐腐蚀化学层采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350。 

烟道接口的结构为；由两段烟道壁对接，接口处用腻子封堵，内外两侧分别粘贴外接口和内接口，内外接口材料采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为短切毡加单向布或方格布。 

所述的加强筋的结构为，筋圈截面为外凸弧形或梯形，筋圈包围的空间内充填有硬质聚氨酯材料。 

本发明一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料的制作方法，其特征在于： 

1）材料选择：加强层采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为单向布、方格布、短切毡或/和缠绕纱；外保护层采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350,并添加紫外线吸收剂；耐腐蚀化学层采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350；促进剂：上纬1305；引发剂：NOROXMEKP925H； 

2）配制树脂：按照如下比例配制，树脂︰引发剂︰促进剂=1︰0.1︰0.001～0.01，称取树脂倒入容器中，然后称取促进剂倒入树脂中，搅拌1min，称取引发剂倒入，混合均匀待用； 

3）采用微机控制缠绕机带动专用模具转动完成烟道壁材料的的缠绕、喷射树脂工序；模具外表面缠绕塑料薄膜以便于脱模，缠绕过程从耐腐蚀化学层、加强层到外保护层依次按照工艺要求完成； 

4）固化成型：固化温度80℃，时间4-5小时； 

5）检验：内外表面应平整光滑，无纤维外漏，无直径大于1cm的气泡，小气泡数不大于7个/dm²。 

本发明具有以下显著技术进步： 

1、采用本发明玻璃钢的湿烟筒烟囱材料是湿烟囱防腐工程的重大技术创新。基于申请人多年实践，其他多种烟囱防腐方案在火力发电厂湿烟囱中均出现严重渗漏，唯有本发明的整体玻璃钢烟囱材料的排烟筒防腐技术方案，在湿烟囱防腐工程中解决了渗漏腐蚀的疑难问题，这是湿烟囱防腐工程的重大技术创新和下一步火力发电厂排烟技术发展方向。 

2、采用本发明烟囱材料，经验证明在湿法脱硫烟囱中烟气温度低、烟气强腐蚀的情况下，是最好的选择，在防腐性能、耐久年限和技术经济等方面都有明显的优势。 

3、采用本发明玻璃钢烟囱材料的设计是可靠的。具体来说： 

⑴有相关技术标准和相关文件支持； 

⑵本发明玻璃钢烟筒结构设计技术成熟，实验结果证明，完全可以作到玻璃钢烟筒结构在强度、整体及局部稳定方面安全可靠。 

⑶玻璃钢烟囱材料耐温性：可以满足排烟筒设计压力±500Pa，湿烟囱在不设旁路的情况下烟温-40℃～65℃。目前国家环保部门严格控制设置旁路，采用玻璃钢湿烟囱从材料选择、降低工程投资方面完全能够满足要求。 

⑷玻璃钢烟囱材料耐久性：环氧乙烯基酯树脂缠绕制作的FRP烟管使用年限为25年，露天部分外刷防紫外线涂料。 

⑸本发明选用的纤维和树脂是一种良好的阻燃体，2011年11月在“国家防火建筑材料质量监督检验中心”（成都）进行了FRP燃烧性能试验，检测结果与理论实验结果一致（材料的氧指数都在31-33之间，为难燃材料）；耐40%硫酸腐蚀和耐紫外性能良好。 

⑹本发明FRP烟囱材料分段连接节点的构造技术方案成熟可靠。 

⑺本发明FRP烟囱材料的工程造价从工程结构的全寿命来考虑，总造价更有竞争力，因为FRP材料耐化学腐蚀性能十分优秀，后期维护工作量很小。 

（8）本发明在FRP烟囱材料的制作方法科学合理，特别是采用微机控制缠绕机带动专用模具转动完成烟道壁材料的的缠绕、喷射树脂工序；模具外表面缠绕塑料薄膜以便于脱模，缠绕的耐腐蚀化学层、加强层和外保护层均达到优质水平。 

附图说明

图1为本发明结构层示意图 

图2为烟道接口示意图 

图3为加强筋结构形式之一示意图 

具体实施方式

附图中各部件标号如下： 

烟道壁10，包括外保护层11、加强层12、耐腐蚀化学层13； 

烟道接口20，包括外接口21、内接口22、腻子23； 

加强筋30，包括筋圈31、硬质聚氨酯材料32。 

本发明是一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料，它由多段圆筒形烟道壁10通过烟道接口20连接为一体，在圆筒形烟道壁10上有外凸的加强筋30；所述的烟道壁10结构上分为三层，从外到内依次为外保护层11、加强层12和耐腐蚀化学层13。 

加强层12采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为单向布、方格布、短切毡或/和缠绕纱；所述的外保护层11采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350,并添加紫外线吸收剂；所述的耐腐蚀化学层13采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350。 

烟道接口的结构为；由两段烟道壁10对接，接口处用腻子23封堵，内外两侧分别粘贴外接口21和内接口22，内外接口材料采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为短切毡加单向布或方格布。 

所述的加强筋的结构为，筋圈31截面为外凸弧形或梯形，筋圈包围的空间内充填有硬质聚氨酯材料32。 

本发明一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料的制作方法，如以下步骤： 

1）材料选择：加强层12采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为单向布、方格布、短切毡或/和缠绕纱；外保护层11采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350,并添加紫外线吸收剂；耐腐蚀化学层13采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350；促进剂：上纬1305；引发剂：NOROXMEKP925H； 

2）配制树脂：按照如下比例配制，树脂︰引发剂︰促进剂=1︰0.1︰0.001～0.01，称取树脂倒入容器中，然后称取促进剂倒入树脂中，搅拌1min，称取引发剂倒入，混合均匀待用； 

3）采用微机控制缠绕机带动专用模具转动完成烟道壁材料的的缠绕、喷射树脂工序；模具外表面缠绕塑料薄膜以便于脱模，缠绕过程从耐腐蚀化学层13、加强层12到外保护层11依次按照工艺要求完成； 

4）固化成型：固化温度80℃，时间4-5小时； 

5）检验：内外表面应平整光滑，无纤维外漏，无直径大于1cm的气泡，小气泡数不大于7个/dm²。 

以下是本发明设计的相关技术说明： 

一、主要技术标准和相关文件 

ASTM D5364–93（2008），燃煤电厂玻璃纤维增强塑料烟囱烟囱材料的设计、制造和安装标准。 

GB/T1446-2005纤维增强塑料性能试验方法总则 

GB/T1447-2005玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法 

GB/T1448-2005玻璃纤维增强塑料压缩性能试验方法 

GB/T2576-2005纤维增强塑料树脂不可溶份含量试验方法 

GB/T2577-2005玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法 

GB/T3854-2005纤维增强塑料巴氏（巴柯尔）硬度试验方法 

GB/T4202—2001玻璃纤维产品代号 

GB/T18374－2001增强材料术语及定义 

GB/T17470-1998玻璃纤维短切原丝毡 

GB/T18370-2001玻璃纤维无捻粗纱布 

GB/T8237-2005玻璃纤维增强塑料用液体不饱和聚酯树脂 

HG20696-1999玻璃钢设备设计规定 

二、玻璃钢烟筒材料的设计要求， 

（一）、设计条件 

1、FRP烟囱材料允许应力的确定： 

         直径7000mm烟囱FRP烟囱材料性能及数据 

按下式计算：对于均匀厚度的FRP烟囱材料，取k_n=0.9 

$F_z^{\mathrm{cr}}=0.6k_n{\left(\left(E_z^b\right)\left(E_{\mathrm{\θ}}^c\right)\right)}^{1/2}t/r$

2、载荷计算 

2.1静载荷计算： 

FRP烟囱材料密度2243kg/m³（包括加强筋圈和附件），湿灰密度1281kg/m³由静载荷引起的轴向压应力： 

2.2风载荷： 

本次计算FRP烟囱材料时未考虑风载荷的作用。 

2.3地震弯矩计算： 

抗震设防烈度：8度；设计基本地震加速度：0.20g 

设计地震分组：第一组 

建筑场地类别：II；环境类别：二（b） 

玻璃钢烟囱分段高度为35-50m，需要考虑高振型的影响。本次计算只考虑内筒的惯性力的作用。主要考虑前三振型的影响，按第一振型的计算结果估算地震弯曲,即M_max=1.25M_E1-1

     1-1截面：σ=±0.77MPa 

     2-2截面：σ=±0.77MPa×1.58/4.5=±0.27Mpa 

2.4FRP烟囱内外壁温差引起的热载荷： 

冬季极端低温-21.0℃，烟气正常温度90℃，异常为121℃。计算FRP烟囱内部外部温差ΔTw：ΔTw=1℃。考虑特殊情况，取FRP烟囱内部外部温差ΔTw=40℃。 

α_z为FRP烟囱的轴向热膨胀系数，α_z=27×10^-61/℃ 

α_θ为FRP烟囱的环向热膨胀系数，α_θ=9×10^-61/℃ 

ΔTw引起的轴向弯曲应力：5.4MPa 

ΔTw引起的环向弯曲应力：4.32MPa 

FRP烟囱的轴向弯曲强度

FRP烟囱的环向弯曲强度

FRP烟囱热应力允许值： 

轴向：长期 $F_z^b=0.45F_z^{\mathrm{bu}}=182\mathrm{MPa}$

短期 $F_z^b=0.52F_z^{\mathrm{bu}}=210\mathrm{MPa}$

环向：长期 $F_{\mathrm{\θ}}^b=0.45F_{\mathrm{\θ}}^{\mathrm{bu}}=89\mathrm{MPa}$

短期 $F_{\mathrm{\θ}}^b={0.52F}_{\mathrm{\θ}}^{\mathrm{bu}}=102\mathrm{MPa}$

2.5外压： 

按平均烟气温度90℃，由于外压作用在FRP筒体产生的环向压缩应力：0.189MPa.由于膨胀节的作用，FRP烟囱由于工作条件和安装条件的温度差引起的热位移被吸收，不在FRP烟囱产生热应力。 

3、不利荷载组合工况的强度校核 

3.1轴向压缩应力： 

长期荷载组合(1)：3.063MPa<长期允许值12.3MPa，OK 

短期荷载组合(2)：4.037MPa<短期允许值14.1MPa，OK 

3.2环向压缩应力： 

长期荷载组合(3)：0.206Mpa<长期允许值0.67MPa，OK 

3.3轴向弯曲应力 

荷载组合(4)：5.9MPa<182MPa，OK（FRP烟囱内外壁温差引起的热载荷）： 

3.4载荷组合工况下安全系数校核： 

轴向、环向均为压缩，校核计算结果： 

长期：0.34<1，OK；短期：0.36<1，OK 

4、加强筋的强度校核 

加强筋间距L1：5000mm≤8000mm且≤1.5D 

设计温度下材料弹性模量为9×10⁹Pa， 

(EI)_s=6.02×10⁵≥3.64×10⁵Nm²满足要求。 

5、加筋壳体结构的振动验算： 

对于带有环形加强筋的加强衬里，最低频率计算结果：12.6Hz>最低频率要求2Hz。 

6、热补偿结构的补偿位移计算 

管道工作条件与安装条件下的最大温变：ΔT=121-（-21.0）=142℃ 

轴向热变形：Δl==192mm径向热变形：Δl=α=8.96mm 

7、FRP烟囱设计及分析结论 

FRP烟囱的有限元计算结果表明： 

载荷组合(1)G+A+T+E下的烟囱轴向收缩最大、侧向位移最大、轴向拉应力最大、环向拉应力最大、轴向压缩应力最大；环向拉应力、环向压应力、环向应变最大、加强筋的应力最大。 

烟囱轴向（50m）最大收缩值51.9mm； 

侧向位移最大值为14.2mm 

环向应变值为0.0283% 

轴向应变值为0.0490% 

轴向最大压应力为7.26Mpa 

轴向最大拉应力为0.645Mpa 

环向最大拉应力为3.50Mpa 

环向最大压应力为2.39Mpa 

加强筋的最大应力为1Mpa 

烟囱挠度主要由积灰、自重及地震引起，最大挠度值14.2mm 

Δ/L=14.2/50000=1/3521<[Δ/L]=1/500； 

以上计算表明，在强度分析中，轴向应力和环向应力、以及轴向应变和环向应变均低于其许用值。在烟囱承受最大积灰载荷，并与其他荷载共同作用的情况下， 该烟囱及其支撑设计满足强度及稳定性要求。 

8，玻璃钢排烟筒壁厚优化结果比较 

对排烟筒壁厚为14mm、16mm、18mm、19mm的几种情况计算结果进行比较：在不利载荷组合工况下进行筒壁强度安全校核，由于轴向、环向均为压缩，按下式校核： 

$K=\frac{f_z^c}{F_z^c}+{\left(\frac{f_{\mathrm{\&theta;}}^c}{F_{\mathrm{\&theta;}}^c}\right)}^2\&le;1$

计算结果见下表： 

根据经验，在短期载荷即风载荷和地震载荷作用下，外筒对内筒有比较强的作用。不考虑外筒影响在组合校核中K的数值不应过大，为保证安全欲度，取19mm。完全可以作到玻璃钢烟筒结构在强度、整体及局部稳定方面安全可靠。 

（二）玻璃钢烟筒的耐温性 

根据工程的实际情况和以往工程的实践经验，烟筒设计压力考虑±500Pa。湿烟囱在不设旁路的情况下排烟筒结构设计中考虑烟温-40℃～65℃；当设旁路的情况下排烟筒结构设计中考虑烟温-40℃～130℃。目前从国家环保部门规定燃煤发电厂严格控制设置旁路，湿烟囱更适合采用玻璃钢烟筒。从材料选择、降低工程投资方面更加有利。 

ASTM规范适用的温度范围为正常运行温度不高于93℃、短时异常高温不高于121℃。对耐温性能较好的乙烯基酯不饱和聚酯玻璃钢最高设计温度为120℃。在设计中，当环境温度可能超出常规适用范围时，应选用耐高温的树脂材料，如固化后的DERAKANE470-300环氧乙烯基酯树脂浇铸体热变形温度HDT为150℃，而DERAKANE470HT-400的HDT可以达到180℃。由于FRP材料性能的变异性，每个工程只有在成型后才有确定的参数。 

本工程所选材料为E-CR纤维+DERAKANE MOMENTUM510C-350c树脂，80℃拉伸强度衰减10%左右。120℃拉伸强度衰减大于25%。 

（三）玻璃钢烟筒的耐久性 

根据国外FRP烟囱设计和使用寿命以及国内玻璃钢烟管的设计使用寿命，通过合理的铺层构造和结构设计，FRP长期性能的折减参考BS4994、ASTM D5364等标准和厂家的试验资料，FRP性能随时间衰减的折减系数可计算出FRP烟囱的使用寿命为25年。 

（四）玻璃钢烟筒的耐火能力 

在一定的条件下，聚合物都是可燃的。不仅玻璃钢烟筒有耐火防火问题，目前烟囱防腐工程采用的胶料、涂料都存在问题。有现场管理的问题，也有树脂选材问题，这些都是可以解决的。 

国内、外多年的理论和实践研究表明，氧指数表征属于燃烧试验中的可燃性试验，氧指数是玻璃钢材料燃烧性能的重要指标。氧指数是指在规定条件下，固体材料在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧含量。 

氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧。材料的氧指数（LOI）与其阻燃性的对应关系如下： 

（1）LOI<23可燃 

（2）LOI24-28稍阻燃 

（3）LOI29-35阻燃 

（4）LOI>36高阻燃 

玻璃钢氧指数测试方法测试方法已经形成中国国家标准，该标准与发达国家氧指数测试标准等同。 

（1）中国国家标准：GB/T8924-2005。纤维增强塑料燃烧性能试验方法氧指数法。 

（2）美国材料研究试验协会标准：ASTM D2863-06a，Standard Test Method for Measuring the Minimum Oxygen Concentration to Support Candle-Like Combustion of Plastics(Oxygen Index). 

（3）中国国家标准：GB/T8624-2006，建筑材料及制品燃烧性能分级。 

本工程选用的纤维和树脂是一种良好的阻燃体，2011年11月在“国家防火建筑材料质量监督检验中心”（成都）进行了FRP燃烧性能试验，检测结果与 理论实验结果一致（材料的氧指数都在31-33之间，为难燃材料）；耐40%硫酸腐蚀和耐紫外性能良好。 

(五)FRP排烟筒分段节点的连接 

FRP排烟筒分段制作，每段5-7m，每段依次吊装拼接，接头为湿糊工艺。 

对接口的制作至关重要，对接口必须进行内外加强以保证整体强度。对接口制作应具备与烟道筒体制作相同的环境温度、湿度等，对接口进行端口处理，对齐接口。接口间隙不大于3mm，管体同心度不大于10mm，需要粘接的表面进行打磨处理，不允许有水、油等其他污渍。应该严格按照工艺进行操作，否则可能会导致整体产品的结构强度不足。已经用于烟塔合一工程的烟道设计中。在质量管理到位的情况下这种连接方式是可行和可靠的。 

管筒接口采用对接式，外面采用的材料是短切毡+玻璃布，手糊完成。管筒接口处，其内部和外部均进行增强。共同工作的折减系数，取c=0.75。 

经计算核定接口处的结构层厚度设计满足拉伸、压缩承载力要求。 

接口处的层间剪切强度采用树脂的剪切强度，约为10MPa（一般在10MPa以上）。管筒接口处接口铺层强度工作的折减系数，取c=0.75，其内部和外部均进行增强，所以剪切面为两个，安全系数取8。接口宽度W（mm）计算需要312mm小于设计接口宽度350mm，满足要求。 

三、玻璃钢烟囱材料的选择和实验 

1、复合材料选材依据 

设计选材都应遵循如下原则： 

(1)满足结构承载和使用功能要求，即满足结构完整性要求。 

(2)满足环境条件T的使用 

(3)所选材料工艺性、加工性要好。 

(4)满足某些特殊性能的要求。 

(5)成本要低，材料及其相关制造成本要低。 

(6)优先选用传统的、成熟并有一定使用经验的材料体系。 

(7)尽量选用国产材料体系，保证其来源和供应渠道。 

复合材料用于电厂烟囱材料，其力学性能和物化性能必须满足烟囱的各项研究就是测试和研究玻璃钢用于电厂烟囱材料的性能以及为可行性分析j据。实验研究内容包含树脂、纤维和的复合材料的性能。复合材料性能主要一面：功能性能、工艺性能和经济性能。本发明主要研究前面两种性能：功能也复合材料是一种各向异性材料，其制作工艺的复杂性和特殊性决定了复合材料性能 

比金属等材料具有更大的离散性。在研究复合材料性能的同时，必须研究材料性能的离散性。离散性包含两个方面：一是同种条件下，材料性能的差异：二是随着外界条件的改变，比如温度、介质和时问等，材料性能出现的变化。 

第一种离散性研究是针对材料性能测试结果。与制样制作条件、测试条件相关。对普通金属材料而言，这种离散性往往与材料自身无关，或者关系很小。但复合材料则不同，复合材料的原材料，比如说树脂就对材料性能的离散性影响很大。因此研究同种条件下材料性能的离散性，可以用于研究原材料的工艺性能。另外，复合材料性能的离散性与复合材料的成型工艺密切相关。复合材料的离散性与树脂含量、纤维含量、纤维的方向密切相关。树脂含量不仅宏观上要求一致，微观树脂含量也要求一致，也就是树脂在层内和层间的分布要均匀。 

第二种离散性与材料结构和组成密切相关。复合材料作为结构材料，工况条件千变万化，不仅需要考虑常温和常规性能，更重要的是考虑温度和环境介质对于复合材料性能的影响。本实验中，测试了各种材料性能与温度的关系，以及耐腐蚀实验和耐紫外老化实验。实验中，以常温牲能为基础，考核温度升高时材料性能的变化，考核腐蚀后性能的变化，紫外老化后性能的变化，以性能变化率来衡量复合材料的耐温性能、耐腐蚀性能和耐紫外老化性能。树脂对于复合材料的耐温性和耐老化性能具有至关重要的作用。研究外界条件变化对复合材料性能的影响，可以研究树脂原材料的功能。 

复合材料的制作工艺具有可设计性。复合材料的性能主要取决于纤维和树脂的性质。国外烟囱复合材料纤维主要采用无碱玻璃纤维，随工况不同铺层也略有不同，玻璃纤维毡、方格布、单向纱和缠绕纱均可使用。为了全面考察烟囱复合 材料树脂的性能，必须分别测试和研究玻璃纤维毡、方格布、单向布和缠绕纱增强的复合材料性能，并以此作为烟囱复合材料铺层设计和计算的基础。国外烟囱复合材料主要使用乙烯基酯树脂，树脂的性质在很大程度上决定了复合材料的耐腐蚀性能、耐温性能和耐老化性能。 

2、树脂的选择 

乙烯基酯树脂是通过含烯键的不饱和单羧酸与坏氧化合物加成聚合制得的一种带有不饱和端基的熟固性树脂。其中的不饱和端基为乙烯酯基，因此，这种树脂通常称为乙烯基酯树脂。 

乙烯基酯树脂通常由丙烯酸或甲基丙烯酸与不同类型的环氧树脂反应制得。前者可在端基上形成活性反应点。它可以和苯乙烯或其它含有不饱和键的化合物按自由基历发生交联反应。生成不溶、不熔的热固性树脂。 

乙烯基酯树脂分子结构中含有环氧树脂主链，因而具有优异的热性能和机械性能，端基上的不饱和基使其具有不饱和聚脂那样的易加工反快速固化性能。 

乙烯基酯树脂的品种和性能，随着所用原材料的不同而有广泛地变化。可按照对脂性能提出的要求设计分子结构。加之这类树脂的固化产物本身物理化学性能及机械能优异，树脂的加工工艺性优于常用的热固性树脂，因而受到玻璃钢行业的青睐，在腐、结构等应用领域受到广泛重视。 

乙烯基酯树脂目前已广泛地采用手糊、纤维缠绕及模压等工艺来制造各种玻璃钢，工防腐设备。表1给出了不同类型乙烯基酯树脂手糊玻璃钢板的各种性能。从表1中数据看，这几种乙烯基酯玻璃钢手糊板材的机械性能大大超过美国标准局为防腐用板材规定的PS15-69标准。乙烯基酯树脂玻璃钢不仅具有较好的机械强度，而且有较高的高温强度，适于制造高温下操作的防腐设备。 

表1不同类型乙烯基酯树脂手糊玻璃钢板的性能比较 

已固化的乙烯基酯树脂具有较高的断裂伸长率。这是这类树脂优于其它树脂类型的重要特性之一。这样不仅可以提高玻璃钢层合板第一次出现裂纹时的应变量，而且可显著提高层板的耐冲击能力。 

乙烯基酯树脂具有优异的防腐性能和耐有机溶剂能。高温下的防腐性能优于日前广泛应用的双酚-A型不饱和聚酯树脂。表2中比较了不同树脂基体的手糊玻璃钢层板，在不同介质及温度下浸泡一年后性能的变化。从中可以看出乙烯基酯树脂具有优异的防腐性能。特别高温下的防腐性能优于其它树脂。 

表2不同树脂玻璃钢层板的耐酸性 

防腐市场是乙烯基酯玻璃钢的主要应用领域，它具有优异的耐酸、耐碱腐蚀能歹用E-CR玻璃为增强材料制得的防腐设备强度高，耐腐蚀性能优异。乙烯基酯树脂侧上的羟基可以改善对玻璃纤维的浸润和粘结能力，可对玻璃纤维提供良好的保护。这特性与树脂的高延伸率结合在一起，使得乙烯基酯玻璃钢比其它玻璃钢在防腐性能上优越得多，有较好韧性和耐腐蚀性，使其适于制造防腐衬里、管道、容器、塔器及烟日用乙烯基酯玻璃钢制造的，直径4.17米、高30.5米由 吸收塔、除尘器及烟囱组的二氧化硫吸收处理系统，在82℃的温度下已连续运转8年以上。经检查材料性能无何变化。 

用阻燃型乙烯基酯树脂制造的直径3.43米、长度122米的烟囱内衬，排放腐蚀性气。经六年使用未发现开裂及损伤。用酚醛环氧型乙烯基酯树脂制得的玻璃钢除具有好的防腐性能外，在高温下还具有较高的强度、刚度保留率。用这种玻璃钢制得的化防腐设备已在172℃的温度工作十年。 

因此，乙烯基树脂玻璃钢是一种很好的脱硫烟道及烟囱内衬的玻璃钢用树脂。 

3、玻璃纤维的选择 

3.1玻璃纤维的作用和种类 

玻璃纤维增强材料在FRP中既提供FRP所需的机械性能（强度和硬度）；也增强结构的耐腐蚀牲能。因此，为优化FRP的设计并降低风险，必须选择合适的玻璃纤细。当腐蚀性化学物质与玻璃纤维接触时，如果玻璃纤维类型选择不当，可导致纤维性能退化，树脂粘结受到破坏，结构性能显著降低。在腐蚀性环境中，气态或液态的化学物质可接触完整的FRP结构部分中的玻璃纤维，并通过以下多种方式引起结构过早失效：如固化不当、扩散、渗透、施加应力、脆化、微裂纹、膨胀、冲击、热梯度、压梯度、老化等。 

3.2E-CR玻璃的性能，在各种玻璃纤维中，E-CR专用于酸性／腐蚀性环境中。E-CR玻璃是不含硼和氟的玻璃。它的软化点高于E玻璃，具有比E玻璃更好的耐酸性能，同时兼具E玻璃的电性能和力学性能。它可在任何用途中代替E玻璃。E-CR玻璃是适用于玻璃钢脱硫烟囱的理想增强材料。 

4、玻璃钢烟道选材实验结果及结论 

我们对美国业什兰公司DERAKANE411-350树脂与荷兰DSM公司ATLAC-z树脂进行了对比试验。实验结果如下： 

(1)DERAKANE411-350树脂比ATLAC-430黏度低。 

(2)DERAKANE411-350树脂固化范围比ATLAC-430树脂宽，放热比较均匀。璃化转变温度接近，都在126℃附近；两者的热性能非常接近。 

(3)DERAKANE411-350树脂浇铸体的拉伸强度比ATLAC-430树脂高，延伸率显著高于ATLAC-430，拉伸弹性模量较低，说明树脂韧性较好。弯曲性能非常 接近。 

(4)DERAKANE411-350树脂浇铸体的巴氏硬度为42，ATLAC-430树脂浇注体巴氏硬度为45，二者非常接近。 

(5)使用分层定量制备复合材料，以DERAKANE411-350树脂为基体制作的复合材料的厚度离散系数在1%-2%，ATLAC-430树脂制作的复合材料的厚度离散系数5%一6%，说明DERAKANE411-350树脂的工艺性比ATLAC-430好。 

(6)DERAKANE411-350树脂制作的复合材料力学性能测试的离散性ATLAC-430树脂的小。 

(7)力学性能测试结果表明：以DERAKANE411-350树脂为基体制作的复合材料拉伸性能比ATLAC-430好。弯曲性能和增强材料有关，以短切毡和缠绕纱为增强材料制备的复合材料的弯曲强度DERAKANE411-350比ATLAC-430树脂复合材料略高。方格布和单向布的弯曲强度DERAKANE411-350比ATLAC-430树脂复合材料略低。 

(8)两种树脂的性能保留率很接近。 

(9)实验和相关资料表明，一个月内常温耐受40a-/o硫酸的浸泡，性质基本不变DERAKANE411-350树脂在烟塔合一项目上具有良好的业绩。 

(10)实验和相关资料表明，环氧乙烯基脂树脂有很强的耐受紫外降解能力。如果颜色有求，需要进行表面树脂涂覆处理。 

烟道材料选材结论： 

经过力学性能试验比较，按照材料的功能性、工艺性以及经济性原则。复合材料道的制作原材料为： 

乙烯基酯树脂：亚什兰DERAKANE411-350。 

玻璃纤维增强材料：重庆国际ECR纤维增强材料，单向布（DW430-600）、玻璃布(WR600-1000)、短切毡(MC450-1040)、缠绕纱(ECR469L-2040)。 

Claims (5)

1.一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料，其特征在于：多段圆筒形烟道壁（10）通过烟道接口（20）连接为一体，在圆筒形烟道壁（10）上有外凸的加强筋（30）；所述的烟道壁（10）结构上分为三层，从外到内依次为外保护层（11）、加强层（12）和耐腐蚀化学层（13）。

2.根据权利要求1所述的阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料，其特征在于：加强层（12）采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为单向布、方格布、短切毡或/和缠绕纱；所述的外保护层（11）采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350,并添加紫外线吸收剂；所述的耐腐蚀化学层（13）采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350。

3.根据权利要求1或2所述的阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料，其特征在于：烟道接口的结构为；由两段烟道壁（10）对接，接口处用腻子（23）封堵，内外两侧分别粘贴外接口（21）和内接口（22），内外接口材料采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为短切毡加单向布或方格布。

4.根据权利要求1或2所述的阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料，其特征在于：所述的加强筋的结构为，筋圈（31）截面为外凸弧形或梯形，筋圈包围的空间内充填有硬质聚氨酯材料（32）。

5.一种阻燃防腐玻璃钢结构烟囱材料的制作方法，其特征在于：

1）材料选择：加强层（12）采用ECR玻璃纤维增强树脂基复合材料，骨架材料为单向布、方格布、短切毡或/和缠绕纱；外保护层（11）采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350,并添加紫外线吸收剂；耐腐蚀化学层（13）采用乙烯基酯树脂，规格为亚什兰DERAKANE411-350或亚什兰DERAKANE510C-350；促进剂：上纬1305；引发剂：NOROXMEKP925H；

2）配制树脂：按照如下比例配制，树脂︰引发剂︰促进剂=1︰0.1︰0.001～0.01，称取树脂倒入容器中，然后称取促进剂倒入树脂中，搅拌1min，称取引发剂倒入，混合均匀待用；

3）采用微机控制缠绕机带动专用模具转动完成烟道壁材料的的缠绕、喷射树脂工序；模具外表面缠绕塑料薄膜以便于脱模，缠绕过程从耐腐蚀化学层（13）、加强层（12）到外保护层（11）依次按照工艺要求完成；

4）固化成型：固化温度80℃，时间4-5小时；

5）检验：内外表面应平整光滑，无纤维外漏，无直径大于1cm的气泡，小气泡数不大于7个/dm²。