各类烟囱安全检测鉴定报告中心

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一、问题提出
某钢铁厂2 号加热炉钢烟囱建造于1995 年,1997 年投产使用,并在2017 年将钢烟囱从原35m 增高至40m(钢烟囱立面图见图1) ,钢烟囱从建成投入使用至今已有17 年之久。现该烟囱与邻近钢烟囱相比,晃动摇摆明显,委托方决定对该钢烟囱进行检测鉴定并提出整改措施,以确保该构筑物的安全使用和防止意外事故的发生。
二、基本情况
钢烟囱全高为40m ,其底部4. 05m 为钢砼底座(基础) 。底座上部钢烟囱的筒体分为5 节,下4 节筒体为变截面,*上部一节筒体高约27. 77m。5 节钢烟囱的节间由法兰板连接或加筋板加强,筒体钢板设计厚度为10mm。钢砼底座设有内衬,钢烟囱无内衬。
三、检查情况
1、基础　因现场检测未开挖地下基础且又无原始图纸查找,无法对地下基础进行深入了解。
4. 05m 高的钢烟囱钢砼底座(基础) ,其表面未见有明显缺损现象,只发现表面有一处开裂裂缝,该裂缝没有明显进一步扩展倾向。
2、 筒身　烟囱筒身经外观检查,发现原来涂刷的油漆漆膜大部分剥落、钢板锈蚀,且其表面显现一种受热过渡的锈黄颜色。在烟囱的钢砼底座上部发现有环向裂缝,裂缝宽度大多在014～115mm 之间,超过烟囱设计规范[1]013mm 的规定,裂缝长度一般在1～2m,裂缝深度多在013～014mm。

3、 内衬　钢烟囱无内衬,仅下部底座及烟道设置内衬,进入内部观察其情况,发现内衬已老化,损失了隔热保护作用。
4、 囱帽　囱帽同样漆膜大部分剥落,但锈蚀更为严重。
5、 焊缝、螺栓　对钢烟囱的连接焊缝进行检查,未见有焊缝开裂,但同样存在锈蚀严重状况。法兰螺栓多处断裂破坏,且部分螺栓明显松动。
6、 附属设施　此钢烟囱设2 道支撑,第1 道支撑设在标高为+ 14. 640 处,即其旁厂房柱头顶部,撑杆为2 根,其断面尺寸均为L200 ×14。第2道支撑在屋架天沟处即钢屋架上弦,撑杆的断面尺寸为:西侧是2 根16 # 槽钢拼接而成,东侧为H型钢,宽为160mm。第2 道撑杆是在钢烟囱增高5m时设置的, 上、下2 道撑杆之间的间距为118m。
四、测量情况
1、 钢烟囱垂直度测量
因钢烟囱外边的直线显折线状,故在不同点位其垂直度不同,本次测得钢烟囱垂直度为:东倾240～300mm ,南倾
250～340mm。根据地基基础设计规范表4. 3. 6 中规定,高耸构筑物其高度在20m < Hg ≤100m 之间时,其
允许倾斜值为0. 006～0. 005 ,则40m 钢烟囱倾斜范围为240/ 40000 = 0. 006 ,340/ 40000 = 0. 0085 ,即
0. 0085～0. 006 > 0. 006～0. 005 ,不符合规范要求 。
2、 筒身钢板厚度测量
烟囱钢板原厚度为10mm ,现经超声波测厚仪测得其厚度为8. 0 ～ 8. 9mm , 腐蚀率为11 %～20 % ,根据《烟囱设计规范》( GB5005122002) 中规定,自立式无隔热层钢烟囱(h > 20m) 筒壁*小厚度应不小于9mm ,可见其腐蚀后筒壁厚度已不符合规范要求。
3、 筒体温度测量
用超声波测温仪测得其烟囱钢板温度为270 ℃～300 ℃,已超过钢烟囱筒壁所规定的*高受热温度(烟囱设计规范中规定碳素结构钢< 用于沸腾钢> 其*高受热温度为250 ℃) 。
4、 频率测试
用涡街流量计检测烟囱旋涡的频率,并与烟囱自振频率进行比较,发现两者频率接近,从而产生共振现象。
五、钢筒强度计算
弯矩轴力作用下,钢烟囱强度按下式进行计算:
NiAni±MiWni≤f t 及σcrt (1)
式中:Mi 为钢烟囱水平计算截面i 的*大弯矩设计值(包括风弯矩和水平地震作用弯矩) (N. mm) ;Ni 为与Mi 相应轴向压力或轴向拉力设计值(包括结构自重和竖向地震作用) (N) ; Ani为计算截面处的净截面面积(mm2) ; Wni为计算截面处的净截面抵抗矩(mm3) ; f t 为温度作用下钢材抗拉、抗压和拉弯强度设计值(N/ mm2) 。筒局部稳定的临界应力值为:
σcrt = 0. 4 Etktdi(2)
式中: Et 为温度作用下钢材的弹性模量(N/mm2) ;σcrt为筒局部稳定的临界应力值(N/ mm2) ;K 为局部抗压强度调整系数,对应于风荷载, K =1. 50 ,对应于地震作用K = 1. 20 ; t 为钢筒壁厚(mm) ; di 为钢筒外直径(m) ;经钢筒强度验算,该钢烟囱符合强度要求。

六、检测鉴定评级
根据有关性鉴定规程 ,对该烟囱的地基基础、筒身、内衬、烟道按检查情况进行评定,并从烟囱筒身的承载能力、裂缝、倾斜三个子项进行分析,认为该烟囱的鉴定评级为偏四级,需立即采取加固维修措施。
七、烟囱晃动原因分析、探讨
1、该2 号钢烟囱虽增高5m ,但其*长一节悬空高度(从烟囱顶端到屋架天沟撑杆处的悬空长度约为23. 56m) 与靠近东面38m 高的新炉子钢烟囱的*长一节悬空高度(悬空长度约23. 36m) 相近,且两者壁厚、内径均相等。38m 钢烟囱现使用情况良好,说明2 号钢烟囱增高5m 的设计是有一定可比依据。
2、从钢烟囱垂直度测量情况分析,其倾斜值超出规定范围,且钢烟囱因长期处于高温使用状态,加之钢烟囱无内衬,使钢板受热变形(烟囱外边不成一直线,显曲线状) 、腐蚀变薄,故钢烟囱垂直线不在同一个圆心中,重心偏离,使其容易左右摇摆不均匀。
3、当风以一定的速度绕流圆筒形的钢烟囱时,将使烟囱在两个方向上产生振动。一种是顺风向的振动,振动的风向与风的流向一致;另一种是横风的振动,振动的方向与风的方向垂直,也称风的诱发振动。在一定速度范围内,风在圆筒形的钢烟囱背后的两侧周期性交替地形成旋涡并以相当确定的频率从筒体表面上脱落,在尾流中有规律地交错排列成两行,这就是世界着名空气动力学权威冯·卡门(Theodore Von Karman) 所提出的“卡门旋涡”理论。
当旋涡的频率等于或接近钢烟囱固有频率时,便会产生共振,这便是风力诱发的振动。本次对横风向的共振测试,可见该钢烟囱的固有频率与平时有风力情况下的卡门旋涡频率接近或相一致,从而使其摇晃摆动被加大。
八、措施及建议
1、 根据以上的检测情况及分析,建议甲方修补钢筋砼底座表面的混凝土开裂裂缝。对筒身裂缝进行焊补,并对所有金属件进行除锈、防锈处理,如条件许可,对钢烟囱内壁涂刷FVC 耐高温防腐涂料(可耐温200 ℃和400 ℃等系列) ,这可有效延长钢烟囱的使用寿命。
2、 在烟囱上部的适当位置处设置浪风绳加固,以控制烟囱因重心偏离所产生的筒身摇晃状况。
3、 在烟囱顶部1/ 3H(高度) 范围内的烟囱外壁焊接螺旋翅片,以增加烟囱的阻尼,从而破坏卡门旋涡或者改变烟囱的固有频率,*大限度避免共振现象,从面有效地防止对烟囱的破坏,这将有助于避免严重事故的发生。

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一、工程质量检测鉴定
1、程结构检测、鉴定（混凝土结构、砌体结构、钢结构，塔桅及高耸建（构）筑物，构配件质量检测，振动测试，结构应力测试，结构性能现场试验）；灾后结构承载力鉴定。
2、工业与民用程安全性、适用性、适修性、耐久性、性鉴定；建（构）筑物抗震鉴定；沉降观测，采光日照鉴定、分析，容积率分析，面积测量，物功能评价；民房检测鉴定；装饰装修工程质量检测鉴定。
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三、物扩建、改造鉴定
1、物整体平移、顶升、纠倾的设计与施工鉴定；
2、加层、室内空间改扩、托梁换柱的设计与施工鉴定；
四、物结构加固鉴定
1、主体结构加固、补强设计与施工鉴定及混凝土裂缝修复鉴定；
2、地基、基础加固的设计与施工鉴定；
3、抗震、防灾、结构灾后抢修及修复鉴定；
五、工程造价及图纸设计标准复核鉴定等。

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