摘  要：對于工業(yè)廠區(qū)內(nèi)的各種形式的煙囪進(jìn)行普查檢測鑒定，針對初步檢測損傷嚴(yán)重進(jìn)行進(jìn)一步的重點詳查，必要時可抽樣破損檢測對非破損進(jìn)行復(fù)核，通過對各結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料的實驗及分析，明確煙囪各部位的受損程度，為專項整治提供科學(xué)依據(jù)，以便于適時采取相應(yīng)的處理措施。

關(guān)鍵詞：工業(yè)煙囪  檢測技術(shù)

1  前言

在重工業(yè)冶煉工廠里，多數(shù)煙囪使用三、四十年后，會出現(xiàn)開裂、老化破壞等現(xiàn)象。但因煙囪服役年限過長，原始地質(zhì)資料和設(shè)計圖紙多半都已殘缺不全或完全遺失。如想恢復(fù)它的使用就得考慮如何進(jìn)行煙囪的檢查和技術(shù)鑒定。因此，對這些老煙囪進(jìn)行檢查鑒定是十分必要的，它關(guān)系到煙囪治理方案的選擇和加固設(shè)計依據(jù)是否充分合理。

為此，對于此類煙囪，要根據(jù)其建造年代、筒身尺寸、基礎(chǔ)尺寸、外壁損失情況、碳化深度、最低混凝土強度（部位），傾斜、地質(zhì)情況（地下水）、內(nèi)襯腐蝕程度、排放介質(zhì)和作業(yè)現(xiàn)場差異，以及在全廠中的比重和所需工期的長短、資金籌備等情況，進(jìn)行綜合評價，擬定加固設(shè)計方案。在本文也是針對以上幾個方面淺談煙囪的檢測技術(shù)，首先要對煙囪的原始地質(zhì)資料和設(shè)計圖紙進(jìn)行調(diào)查以及現(xiàn)場使用情況的調(diào)研；其次，要對煙囪的表觀質(zhì)量、傾斜變形、混凝土強度等進(jìn)行檢測鑒定。

2  檢測內(nèi)容

目前，多數(shù)工業(yè)煙囪主要為混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的形式，混凝土煙囪損壞的表現(xiàn)形式為筒壁表面剝落、裂縫、露筋等，鋼結(jié)構(gòu)煙囪損壞表現(xiàn)形式為燒損、變形、銹蝕等，本方案按以上兩種類別進(jìn)行分類編制。具體檢測流程圖如下：

3  煙囪綜合檢測

無論對于混凝土煙囪還是鋼煙囪而言，現(xiàn)場的調(diào)查研究與非破損檢測都是采集設(shè)計所需數(shù)據(jù)的

主要途徑，現(xiàn)將二者的技術(shù)參數(shù)列于下表做以對比：

表1  混凝土煙囪和鋼煙囪的檢測技術(shù)參數(shù)對比如下

序號 混凝土煙囪 鋼煙囪

1 結(jié)構(gòu)損傷檢測 外觀缺陷 蜂窩、露筋、孔洞、

夾渣、疏松、連接部位缺陷等 構(gòu)件損傷檢測 鋼材的涂裝與銹蝕

內(nèi)部缺陷 二次澆筑形成的施工縫與加固修補結(jié)合面的質(zhì)量等 構(gòu)（桿）件

變形 彎曲變形及凹凸變形、鼓包等

構(gòu)件裂縫 裂縫表面特征及深度 裂縫 必要時用滲透法復(fù)測

筒壁內(nèi)外側(cè)的碳化深度 鉆芯后酚酞滴定法 連接變形

及損傷

保護(hù)層厚度 鋼筋探測法

鋼筋銹蝕 鋼筋銹蝕儀測得

2 力學(xué)性能檢測 混凝土強度 鉆芯取樣法 力學(xué)性能檢測 抗拉強度

鋼筋強度 里氏硬度法 伸長率

冷彎

沖擊功

3 煙囪排放物介質(zhì)成份

4 使用的風(fēng)荷載

5 基礎(chǔ)的傾斜

6 煙囪的垂直度

7 煙囪的振幅

8 地震參數(shù)

9 場地及使用環(huán)境類別

10 日照產(chǎn)生煙囪陽面和陰面的溫度差

11 冬季最低溫度

12 期望繼續(xù)使用年限

3.1  混凝土煙囪檢測

3.1.1  表觀質(zhì)量檢測

針對寶鋼廠區(qū)30多個煙囪普查的現(xiàn)狀，擬采用高清晰的天文望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測煙囪的表觀質(zhì)量，如：筒壁表面剝落、腐蝕、裂縫、孔洞、露筋、鋼筋銹蝕等外觀缺陷，并用數(shù)碼相機進(jìn)行圖像記錄，針對外觀損壞部位嚴(yán)重的再進(jìn)行重點復(fù)測。

此系列望遠(yuǎn)鏡為專業(yè)級折射式望遠(yuǎn)鏡，主要用于高精度的觀測。其主鏡筒由數(shù)字控制的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動，在設(shè)定的位置，極軸望遠(yuǎn)鏡可做±1°微調(diào)。立柱上裝有電控箱及控制手柄，預(yù)留的不同接口可與其它設(shè)備如計算機跟蹤系統(tǒng)、CCD攝像機、圖像處理系統(tǒng)、光柵光譜儀等聯(lián)接。 主要配置為：主鏡目鏡（31.7mm） PL40，長出瞳、大視場能保證使用者長時間觀察的舒適性，雙軸電動跟蹤，帶手控器，方便操作。精度技術(shù)參數(shù)為：N=3，Δm=0.3 達(dá)到瑞利極限，極度銳利，能夠滿足200m以內(nèi)觀測到1mm以內(nèi)裂縫的要求。

3.1.2  溫度場測量

對于工業(yè)煙囪而言，耐材的缺損對煙囪的影響很大，長期的局部缺損會對內(nèi)壁混凝土產(chǎn)生較大的強度影響，原則上可以通過溫度的差異來定位內(nèi)襯的密封性。另外，針對現(xiàn)場測溫記錄繪制煙囪在不同的氣象、時段條件下，煙囪的溫度變化曲線，可根據(jù)溫度變化綜合分析煙囪損壞原因。

在寶鋼廠區(qū)里，各煙囪內(nèi)部煙氣溫度不等，同一煙囪在不同的生產(chǎn)條件下，煙囪內(nèi)部溫度也不同，因此，煙囪內(nèi)襯受溫度影響較大，在各種使用情況下，對其進(jìn)行溫度場觀測是十分必要的。

本方案測溫欲采用NEC系列紅外熱像儀，此紅外熱像儀經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展成為非常輕便的現(xiàn)場測試設(shè)備。由于煙囪現(xiàn)場測試往往產(chǎn)生的溫度場差異不大和現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜等因素，這就要求熱像儀必須具備320×240像素、分辨率小于0.1℃、空間分辨率小、具備紅外圖像和可見光圖像合成功能等。因此，本次選用TH7700SP型號熱像儀，此紅外熱成像技術(shù)能夠進(jìn)行非接觸式的、高分辨率的溫度成像，能夠生成高質(zhì)量的圖像，可提供測量目標(biāo)的眾多信息，測溫范圍為－20℃～800℃（可延伸到1500℃），溫度分辨率可達(dá)到0.03℃，可用于檢查煙囪外壁的剝落、空鼓、孔洞、裂縫等，測量精度可達(dá)到200m外觀測，溫度誤差在1℃以內(nèi)。

在進(jìn)行溫度觀測時，應(yīng)考慮周邊環(huán)境對溫度場的影響，可用風(fēng)速氣象測量儀進(jìn)行周邊環(huán)境記錄，測量范圍為：即時風(fēng)速、最大風(fēng)速、平均風(fēng)速、相對濕度、露點溫度、風(fēng)能密度、溫度（℃、℉）、風(fēng)寒指標(biāo)、風(fēng)熱指數(shù)、大氣壓、干濕球溫度、空氣密度等指標(biāo)。

通過對煙囪工作狀態(tài)下溫度場分布圖的繪制，當(dāng)發(fā)現(xiàn)采用普通混凝土結(jié)構(gòu)部位溫度高于100℃的情況要對混凝土加強檢查，當(dāng)局部溫度大于300℃時可判斷影響普通混凝土的使用安全。必要時鉆取芯樣，判斷是否為保溫層損壞等情況，評估混凝土結(jié)構(gòu)的整體安全性能。

3.1.3  變形檢測

（1）基礎(chǔ)沉降監(jiān)測

在煙囪四周均勻布設(shè)6個基準(zhǔn)點，通過對地基基礎(chǔ)的沉降觀測可及時掌握沉降大小及其變化規(guī)律，每點反復(fù)測量3次，取其平均值作為監(jiān)測初始值。以后每月測量一次，精度要求不應(yīng)低于±0.1㎜，檢測6個月為一個周期，再將每次的監(jiān)測值與原始的設(shè)計值比較，及時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制變化曲線，分析變化速率和變化累計值，對基礎(chǔ)沉降原因做出分析判斷。此項檢測可做為一項長期監(jiān)測項目，以便監(jiān)控?zé)焽枳冃危诔^設(shè)計規(guī)范要求時，可采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處理。

（2）煙囪垂直度檢測

因煙囪屬園臺形構(gòu)筑物，所以對煙囪進(jìn)行垂直度測量時至少要在正交的兩個方向進(jìn)行測量。測量步驟和方法：

①先將經(jīng)緯儀調(diào)平后，用十字絲瞄準(zhǔn)煙囪上想測量其有沒有偏的筒壁上最左側(cè)的某點，鎖定垂直角度，將水平角度歸零，轉(zhuǎn)動水平角，使十字比對準(zhǔn)煙囪同一標(biāo)高上筒壁上最右側(cè)的點，讀出并記下水平角度。

②取其角度的一半（即分中），轉(zhuǎn)動鏡頭使水平角度為一半時，鎖定水平角度，松開垂直角度，將鏡頭下移對準(zhǔn)煙囪根部，用紅鉛筆劃上記號，找出中軸線2。

③再在煙囪下部取點，重復(fù)1、2步，分中劃線，找出中軸線1，兩線如重合，證明煙囪沒偏。兩線間的距離即為煙囪的偏移誤差（△L）。

④同理，再取大致垂直剛才的角度，重復(fù)1～3步，即可知道煙囪某段有沒有偏。

圖1  煙囪垂直度檢測示意圖

（3）煙囪振幅監(jiān)測

煙囪在風(fēng)荷載的作用下，煙囪頂部受風(fēng)荷載作用而擺動，可在煙囪頂部縱橫方向上安裝兩臺棱鏡，棱鏡在安裝過程中，考慮到受風(fēng)、雨等自然影響，可預(yù)先在煙囪頂部鉆兩個Φ30㎜的孔洞，將棱鏡的支架放入孔洞內(nèi)，再用灌漿料將支架固定住。在地面上選擇好的視角安裝徠卡TCA2003全自動全站儀（測量機器人）利用動態(tài)平衡點監(jiān)測程序，采樣頻率3Hz， 采樣精度1mm，可實現(xiàn)24小時高精度自動監(jiān)測工作目標(biāo)，科學(xué)直觀地實時反映監(jiān)測點的變形情況。

利用此種聯(lián)機監(jiān)測軟件及獨特的ATR技術(shù)，測量精度高，可實現(xiàn)毫米級空間點的三維監(jiān)測，其望遠(yuǎn)鏡不需要人工聚焦或精確照準(zhǔn)目標(biāo)，測量的速度將會得到非常明顯的增加，其精度不會依賴于觀測員的水平，基本上保持常數(shù)。而且，通過對控制點的控制和定期復(fù)測，保證了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。其次，通過軟件的控制和數(shù)據(jù)分析，利用實時差分改正技術(shù)，最大化地消除了外界氣象條件等引起的誤差，達(dá)到高精度實時顯現(xiàn)各監(jiān)測點的變形趨勢。

3.1.4  筒壁混凝土力學(xué)性能檢測

對于表觀質(zhì)量損壞嚴(yán)重的煙囪，其混凝土材料強度宜采用回彈法非破損的方式進(jìn)行檢測，若檢測條件與相應(yīng)測強曲線的適用條件有較大差異時，應(yīng)鉆取混凝土芯樣進(jìn)行修正。在鉆芯時，鉆芯位置應(yīng)同時避開鋼筋及牛腿，用鋼筋探測儀確定煙囪筒壁布筋情況，另外，需鉆具有代表性的芯樣，如取有貫穿裂縫的芯樣等。在進(jìn)行芯樣抗壓強度實驗之前，筒壁的內(nèi)外碳化深度可以利用鉆穿的芯樣進(jìn)行測試。

3.1.5  其它性能檢測

（1）鋼筋保護(hù)層厚度檢測：在對表觀質(zhì)量損壞嚴(yán)重的煙囪進(jìn)行復(fù)測時，可利用PS200Ferroscan鋼筋掃描儀對鋼筋的分布、直徑、保護(hù)層厚度進(jìn)行探測。

（2）鋼筋銹蝕檢測：可利用鋼筋銹蝕儀對鋼筋的銹蝕程度進(jìn)行檢測。

（3）鋼筋強度檢測：為檢測混凝土中鋼筋的強度，此時可以采用表面硬度法近似推斷鋼筋的強度，其方法主要是根據(jù)金屬材料的極限強度地與其硬度存在一定的相關(guān)性的原理建立起來的一種非破損檢測方法。在試件處理時，用便攜式切割機小心切割混凝土并撬開鋼筋保護(hù)層，長約100mm，再用便攜式角向磨光機將鋼筋表面打磨平整并拋光，盡量避免使被測鋼筋受到強烈振動，同時使鋼筋的裸露截面小于三分之一，以使混凝土對鋼筋仍保持足夠的約束力。進(jìn)行里氏硬度測量時，沿鋼筋中軸線，用里氏硬度計測量鋼筋的里氏硬度值，取五次測試數(shù)據(jù)的平均值為試件的試驗結(jié)果，注意使兩測點的間距≥3mm。

（4）煙氣排放物成份調(diào)查：對各煙囪排放物的介質(zhì)成份進(jìn)行調(diào)查，可通過現(xiàn)場點檢的排放物記錄手冊中查找。首先調(diào)查其生產(chǎn)工藝，對煙氣中SO2濃度的進(jìn)行測量，判斷現(xiàn)有構(gòu)造的防腐蝕能力；通過整體檢查后，對有懷疑的部位鉆取芯，檢查各構(gòu)造層材料的性能，腐蝕情況，砌筑體的密實程度，尤其砌塊縫隙膠泥的飽和程度，并進(jìn)行安全性能評估。當(dāng)煙氣溫度低于150℃時，內(nèi)襯材料腐蝕與煙氣中含有的SO2濃度有關(guān)，并且和生產(chǎn)工藝也密切相關(guān)。

當(dāng)煙氣中SO2含量大于1000ppm（燃煤含硫量大于1.5%）時，煙氣屬于中等以上腐蝕，內(nèi)襯應(yīng)使用耐酸砌塊和耐酸混凝土膠泥；

當(dāng)煙氣中SO2含量大于500ppm（燃煤含硫量大于0.75%）小于1000ppm時，煙氣屬于中等以下腐蝕，內(nèi)襯應(yīng)使用耐酸陶土磚、漂珠陶土磚、粘土耐火磚及漂珠輕質(zhì)耐火磚和耐酸膠泥砌筑；

（5）環(huán)境類別調(diào)查：在對煙囪評定必須對其結(jié)構(gòu)使用環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和檢測，調(diào)查內(nèi)容主要為該區(qū)域的氣象條件和建筑物周邊的工作環(huán)境兩個層次。包括日照產(chǎn)生的煙囪陽面與陰面的溫度差及冬季最低溫度，這兩個溫度指標(biāo)均可通過生產(chǎn)單位的記錄手冊中查得，或者按照所在地區(qū)的氣象部門的歷史資料進(jìn)行取值，由其歷年來的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行預(yù)測。

3.2  鋼煙囪檢測

3.2.1  表觀質(zhì)量檢測

用觀測混凝土煙囪的方法對鋼煙囪進(jìn)行檢測，鋼煙囪表觀損傷包括：鋼材涂裝與銹蝕、構(gòu)（桿）件變形、裂縫、鼓包、連接的變形及損傷等。鋼煙囪的溫度場檢測、溫度場檢測方法同混凝土煙囪檢測。

3.2.2  結(jié)構(gòu)損傷檢測

在表觀質(zhì)量檢查時，應(yīng)重點檢查牛腿、焊縫、節(jié)點處的裂縫情況，當(dāng)有懷疑時，用滲透法重點復(fù)查。對于焊接連接，應(yīng)檢查連接板變形損傷、銹蝕損傷、焊縫開裂損傷等；對于螺栓（鉚釘）連接，應(yīng)檢查連接板滑移變形、螺栓松動斷裂和脫落；對于高強螺栓連接，還應(yīng)檢查螺栓終擰標(biāo)志。螺栓松動斷裂可采用錘擊的方法檢查；對于高強螺栓連接，可以采用放松—重新緊固法評估螺栓拉力水平，必要時，可以進(jìn)行再生螺栓檢驗。

3.2.3  其它性能檢測

鋼煙囪的煙氣排放物介質(zhì)成份及環(huán)境類別調(diào)查方法同混凝土煙囪檢測方法，如有需要，在不危及結(jié)構(gòu)安全和正常使用的條件下，可以采用微破損法進(jìn)行檢測，即在已有結(jié)構(gòu)構(gòu)件上切取試樣，應(yīng)保證所取試樣具有代表性，所切取試樣的原始自然狀態(tài)避免受到擾動，防止塑性變形、硬化等作用改變其性能。

4  煙囪綜合評定分析

4.1  評定要點

（1）在使用歷史上出現(xiàn)下列問題時，應(yīng)重點復(fù)測：

a、煙氣性質(zhì)發(fā)生變化、溫度和排放速度不符合設(shè)計要求；

b、煙囪爆炸、積灰中出現(xiàn)雜物；

c、積灰潮濕；

d、煙囪附近進(jìn)行爆破、打樁等產(chǎn)生振動沖擊的作業(yè)；

e、煙氣的二次燃燒。

（2）地基基礎(chǔ)應(yīng)著重檢查侵水沉陷、腐蝕和燒損情況，當(dāng)有地下煙道時尚應(yīng)檢查基礎(chǔ)及筒身根部的溫度、開裂及蝕損。

（3）筒身和內(nèi)襯（包括隔熱層）應(yīng)首先根據(jù)使用歷史調(diào)查和檢查結(jié)果，對其完好程度和工作性能做出判斷，再決定是否對其重點復(fù)測。

（4）囪帽應(yīng)著重檢查疏松破損情況。

（5）附屬設(shè)施（包括爬梯、避雷接地設(shè)施、航空標(biāo)志及各種平臺）應(yīng)著重檢查錨固、連接變形和銹蝕情況。

4.2  評定結(jié)論

對于現(xiàn)場煙囪設(shè)計要求的數(shù)據(jù)采集資料，采用文字、照片等方法記錄煙囪和主要構(gòu)件的損壞部位、范圍和程度。其結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能的檢測項目，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力驗算的需要確定，必要時應(yīng)根據(jù)煙囪的結(jié)構(gòu)特點，建立驗算模型，按其結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能和使用荷載的實際狀況，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范驗算結(jié)構(gòu)的安全儲備。依據(jù)驗算的結(jié)果，分析煙囪損壞的原因，綜合判斷煙囪結(jié)構(gòu)損壞狀況，確定危險程度。

一般來講，煙囪筒身（包括鋼煙囪的塔架）項目的鑒定包括承載能力、裂縫和傾斜3個子項，在日常檢測工程中，通常以各子項的最低級確定該項目的評定等級。煙囪的內(nèi)襯的損壞程度也是影響煙囪的正常使用的重要部分，因此，煙囪的單元的可靠性評定等級宜以地基基礎(chǔ)、筒身、內(nèi)襯3個項目評定等級中最低級為該單元的評定等級。綜合以上評定結(jié)果，在評估報告中應(yīng)依次給出各煙囪相關(guān)檢查鑒定結(jié)論、處理建議或解決方案。