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玻璃钢烟囱Φ4500X120000初步设计方案一、玻璃钢烟囱的特点随着我国对环境保护工作的深入，对于各类锅炉、窑炉、焚烧炉等设备尾气必须达标排放，因此相关的设备必须增加尾气处理设施，这就对尾气排放最末端设备－烟囱带来一定的影响，尤其是腐蚀性方面，传统材质已经不能满足这方面的要求。而玻璃钢作为新型材料，逐渐在各行业中崭露头角，尤其是在环保行业中，近几年玻璃钢材质的烟囱不断出现，高度及口径也不断在增加，而且使用效果非常理想，其优越的性能是其它材料所无法比拟的。下面简单介绍一下玻璃钢烟囱的特点：①突出的耐腐蚀性能众所周知，传统材质的烟囱耐腐蚀性能较差，尤其是经过洗涤的和处理的尾气，对烟囱的腐蚀更严重，因此具有良好的耐腐蚀性对于烟囱的使用非常重要。玻璃钢材料是高分子复合材料，对于大多数酸、碱、盐都能耐，并且可以在酸碱交替的情况下长期使用，同时能够耐高温，正常情况下，可以长时间在120℃以下工作，最高可到220℃。②可设计性强玻璃钢的主要原材料种类非常多，成型工艺也多种多样，因此玻璃钢材料本身的可设计性很强，可以根据不同的使用条件有针对性地进行设计，包括原材料选择、制作工艺确和安装方式的确定，这样就能够可以达到合理、有效地进行产品制作和安装。③安装便捷玻璃钢材料密度小，质量轻，因此安装非常方便，基本不需要在施工现场搭设支架，而且施工周期非常短，比传统方式制作烟囱要缩短近一半的工期，并且玻璃钢烟囱不存在做内防腐处理的问题，因此避免了二次施工，施工难度更是大大降低。④优异的产品性能玻璃钢产品具有很高的比强度，完全能够达到烟囱所需的各种力学性能要求，而且外部按设计搭设钢塔保护架，更能满足各种气象条件下的正常使用。同时玻璃钢产品的内表面光洁度非常高，大大降低了烟气运行的阻力，因此玻璃钢烟囱要比传统的烟囱口径要小。⑤低成本、高效益玻璃钢烟囱在施工中不用进行防腐处理，而且整体设计也比传统材料的烟囱好，施工周期短，同时突出的耐腐蚀性能又增加了烟囱的使用寿命，质量轻使烟囱的基础也比其它材质的烟囱要小很多，这些因素就决定了玻璃钢烟囱的造价要比传统烟囱的低。本工程是为5×100t/h锅炉机组配套烟囱，根据工况条件、设计参数及现场实际情况，选用玻璃钢烟囱有以下几点优势：1、制作安装周期短普通烟囱一般采用混凝土材质，本工程中的烟囱规格为出口直径DN4500，高度为120米，这种规格的烟囱的本体施工周期为4个月，内防腐施工最短时间为20天，整个工期将不小于150天，而玻璃钢烟囱一次制作而成，不存在二次施工的问题，从制作到交付使用，总工期最长为90天，最短为60天。2、成本、维护费用低混凝土烟囱的制作成本最低为300万，内防腐价格最低按400元/m2计算，防腐费用最低为112万余元，总造价在412万，并且做内防腐的混凝土烟囱内部的防腐要每两到三年就要维护一次，五年左右就要重新制作一次，因此维护费用很高，而玻璃钢烟囱含外部保护铁塔总价也不会超过410万，并且玻璃钢材质结构层与内防腐层是一次成型，内表面不需要再进行防腐，因此根本不需要进行防腐处理，也不用进行维护。因此玻璃钢烟囱在价格方面对混凝土烟囱是有价格优势的。3、使用寿命长玻璃钢材料是一种高分子复合材料，学名中玻璃纤维增强塑料，其中基体材料为高分子材料，增强材料为玻璃纤维，在设计工况条件内使用，其材料的降解周期非常长，一般在100年以上，考虑到外部腐蚀及紫外线照射，在玻璃钢设备最外层（厚度不小于0.5mm）加入紫外线吸收剂，将大大提高玻璃钢的抗老化性，考虑到长期正常使用的疲劳强度损失，玻璃钢烟囱的使用寿命最短可以达到60年以上，略高于混凝土烟囱的使用寿命。4、保温效果好，烟囱积水量小玻璃钢材质的导热性很低，同时根据本工程的特点，玻璃钢烟囱的主体将采用新式的夹层结构设计，中间夹层将采用聚氨酯材料填充，这样将会大大提高玻璃钢烟囱的保温性能，从而降低烟气在经过烟囱上升过程中水蒸气的凝结，减少烟囱的积水量。二、设计条件要完成玻璃钢烟囱的设计须提供如下几方面的参数：(括号内为本工程拟采用的参数)①烟囱气量(约1250000Nm2)②烟气温度及烟气成份(少量飞灰、SO2、硫氧化合物、氮氧化合物、水等，进口温度最高150℃，出口温度最低70℃)③当地的气象条件，尤其是年最高风速(按25m/s计，相当于10级风)④当地的地质条件，主要是土壤类型和水文条件(按三类土质)三、引用标准GBT21238-2007玻璃纤维增强塑料夹砂管ASTMD2310机械制造增强热固性树脂管道标准等级JC/T587－1995纤维缠绕增强塑料储罐HG/T20696-1999玻璃钢化工设备设计规定ASTMD3299玻璃纤维缠绕增强热固性树脂耐化学性设备标准规范DLT5154-2002架空送电线路杆塔结构设计技术规定GB50017-2003钢结构设计规范GB50135-2006高耸结构设计规范GB50205－2001钢结构工程施工质量及验收规范CECS80－96塔桅钢结构施工及验收规程ASTMD2563玻璃增强塑料板可视缺陷分类标准CD130A19-1985手糊法玻璃钢设备设计技术条件JC/T277无碱玻璃纤维无捻粗纱JC/T281无碱玻璃纤维无捻粗纱布GB700-88碳素结构钢GB/T1591-94低合金高强度结构钢四、制造工艺简述4.1制造工艺简述玻璃钢烟囱采用微机控制定长连续纤维缠绕工艺制造，管材制造在由专门工序组成的流水线上完成。工艺过程包括内表层、内层(上述两层统称为内衬层)、缠绕结构层及外防护层制作等工艺过程。玻璃钢烟囱缠绕的具体工艺流程如下：根据本工程的特点，玻璃钢烟囱的安装采用“抱杆自升式”安装方式，这种安装方式对现场的要求不高，而且操作方便，适合直径比较大、单节重量不大的玻璃钢烟囱的安装，安装流程图如下：4.2工艺过程及工序控制为了对生产过程实施有效控制，在缠绕玻璃钢设备的生产过程中明确了工序控制点，规定了控制内容。4.2.1设备的层次结构特点合理的铺层结构是玻璃钢强度性能、耐腐蚀性能的良好保证。同时采用整体成型的方法，这样设备将具有更完美的耐腐蚀能力和强度承载能力。对于此工程的设备我们采用内衬层（内表层、防渗层）+结构层+外保护层的铺层结构形式，内表层：由加入碳化硅粉的内衬树脂(加入质量比树脂：碳化硅=3：1)和有机纤维聚酯毡组成，树脂含量92%以上，气密性好，非常光滑。该层主要提供制品防腐、防渗漏等功能。其厚度约为0.5mm。次内层：由加入碳化硅粉的内衬树脂(加入质量比树脂：碳化硅=3：1)和无碱玻璃纤维短切毡或针织毡组成。树脂含量大于70%。该层的主要作用是保护内表层，提高内衬的抗内压失效能力，阻止裂纹扩散。次内层和内表层统称为内衬层,总厚度≥3.5mm。结构层：由无碱无捻缠绕粗纱浸润结构层树脂后采用螺旋和环向相结合的方法缠绕成型。该层树脂含量通常在30～40%左右。作用是承受压应力、拉应力和各种外载荷，壁厚根据设备受力情况通过合理、科学的优化计算确定。纤维缠绕成型的制品具有强度和刚度高、力学性能好等特点，并且可以根据设备不同的使用环境和压力调整缠绕角度，可设计性好，产品质量高而稳定。外保护层：由于该层该裸露在大气中，易受光氧及气候老化，设备外层其树脂和结构树脂一致，在树脂中添加阻燃剂和UV-9型紫外线吸收剂以防止光氧老化。氧指数不低于31%，厚度不低于0.5mm。4.2.2工艺步骤简述a、模具清理及准备工作将新换上的模具用纱布蘸上丙酮擦去模具表面油污，清除残物，然后均匀打一层脱模蜡后，抛光处理，用滑石粉均匀擦拭模具表面，在脱模环处刷一层聚乙烯醇脱模剂，不得漏涂，晾干，成模。b、缠绕聚酯薄膜用胶带纸将聚酯薄膜固定在一端，让芯模均速旋转，等张力缠绕聚酯薄膜，薄膜缠近模具末端时，降低芯模转速，使芯模和模具末端口平齐，用剪刀剪断薄膜，再用胶带纸将接缝胶一圈，但胶带纸不得起皱。最终保证薄膜不得起皱，薄膜重叠宽度为20±5mm。c、喷树脂，上表面毡均匀喷一层内衬树脂，不得有漏喷处，然后缠绕聚酯毡，要求聚酯毡浸透树脂，不起皱，聚酯毡的搭接为聚酯毡宽度的一半，用钢卷尺测量以保证尺寸，然后缠绕玻纤网眼布并用气压辊滚压，赶尽气泡，控制单位面积的树脂用量，树脂含量为95±3%。d、喷树脂，上短切毡(或直接喷射)首先均匀喷一层内衬树脂，不得有漏喷处，然后缠绕短切毡，再喷一遍树脂，缠绕玻纤网眼布并用气压辊滚压，赶尽气泡，控制单位面积的树脂用量，使该层树脂含量在73±3％内。短切毡网眼布搭接20±5mm，用钢卷尺测量。如果内衬制作采用喷射成型的工艺，在上完聚酯毡后，按照工艺单的要求调节好喷枪的喷纱密度和喷树脂量，并保证小车的运行位移与芯模转速达到合适的比例，以芯模转一周，小车运动一个喷枪的喷射幅宽的95%为宜，完成一次整体喷射后缠绕玻纤网眼布并用气压辊滚压，赶尽气泡，控制单位面积的树脂用量，使该层树脂含量在73±3％内。e、内衬层红外予固化至凝胶，检查内衬层厚度及质量，内衬层厚度约4mm以上。f、缠绕结构层在合格的内衬层上，按设计铺层缠绕结构层，首先应按工艺设计中纱的根数和宽度穿纱，准备好树脂，并将计量泵上的固化剂调节杆调到要求的档次（依化验室的结构树脂此温度下的指导配方而定），按设计方案向计算机输入缠绕铺层及缠绕角进行缠绕，整个缠绕过程要求浸胶均匀，纱片不间纱、不重叠、不滑纱，淋胶要均匀，不能出现浸胶不完全的现象。环向缠绕树脂含量为42%-45%，螺旋缠绕树脂含量为33%-35%。缠绕结构层厚度为设计壁厚mm。g、外保护层制作按设计方案，淋树脂，滚压，挤出树脂中的气泡，外保护层厚度：≥0.5mm。h、固化采用常温固化，待固化至一定程度，脱模修整。4.2.3工艺控制内容和方法缠绕玻璃钢烟囱生产工艺过程中设立以下工艺过程控制点，并规定控制内容和方法。见表4-1表4-1工艺过程控制点序号控制点名称1配料控制点2内衬制作控制点3结构层制作控制点4切割修整及后固化控制点(1)配料控制点序号技术要求名称控制内容方法、工具岗位1树脂牌号与工艺单吻合核对工艺单配料工2固化剂、促进剂加入量根据配方指导单量杯、树脂泵计量配料工(2)内衬制作控制点序号技术要求名称控制内容方法、工具岗位1树脂含量与工艺单吻合及时称量调整配料工2表面毡搭接宽度按工艺单目测操作班长3表面毡贴覆性不起皱控制张力操作班长4厚度均匀性短切毡铺覆均匀调整小车节距小车操作工5碾驱气泡树脂浸润纤维，赶净φ1mm以上气泡网眼布勒并滚压小车操作工(3)结构层制作控制点序号技术要求名称控制内容方法、工具岗位1排纱线形无间纱、叠纱、断纱目测操作班长2树脂含量与工艺单吻合及时称量调整配料工3表面平整度无＞1mm的隆起目测、清除小车操作工4管壁厚度按设计图纸MIKROTEST测厚仪小车班长(4)切割修整及后固化控制点序号技术要求名称控制内容方法、工具岗位1外观缺陷检查无分层、划伤等缺陷目测检查工艺员2端面垂直切割不平度≤3mm测量，调整托架、刀头修整班长3切割长度12m±20mm钢卷尺修整工4修整尺寸±0.5mm游标卡尺修整工5后固化80℃、3hr高温固化炉操作工4.3烟囱设计玻璃钢烟囱的设计主要从三个方面来考虑：1)耐腐蚀性：根据系统运行的特点，由于尾气经过吸收塔进入烟囱，经处理的烟气中水蒸气含量较高，在由烟囱向外排出时，达到一定高度后，就会出现露点，而形成具有一定腐蚀性的液滴附着在烟囱的内壁，对烟囱造成了露点腐蚀，因此在树脂选择方面要考虑湿态下能够耐酸性腐蚀和附着腐蚀。2)强度及刚度性能a)玻璃钢烟囱的生产制作均采用缠绕成型工艺，连接用法兰采用手糊工艺，增强材料选用无碱无捻缠绕粗纱和无碱玻璃纤维平纹布，壁厚均达到相关的强度要求和标准要求。b)考虑到烟囱的高度很高，风载对其影响很大，因此玻璃钢烟囱本身要具有较强的轴向压缩强度和轴向弯曲强度，设计上要充分考虑各段烟囱的连接强度和密封性能，并且要对烟囱的结构强度上增强，在烟囱的外部增加钢结构塔架提供更合理、更有效的强度支持。3)钢结构塔架对于玻璃钢烟囱的外部支撑塔架，经过合理的计算和设计，塔架的主材选用Q345角钢或圆管，辅材选用Q235角钢，采用螺栓连接组装