劉會(huì)平，蘇琪，李鵬，張煬，蘇蕙

(北京大唐恒通機(jī)械輸送技術(shù)有限公司，北京 100097)

1 玻璃鋼排煙筒質(zhì)量控制的重要性

玻璃鋼的主要原材料為樹(shù)脂基體和增強(qiáng)纖維及織物。玻璃鋼排煙筒采用熱固性樹(shù)脂作為基體，熱固性樹(shù)脂的特性是固化后不溶不熔[1]，因此,玻璃鋼制品一旦在制造過(guò)程中產(chǎn)生了缺陷，便會(huì)影響其構(gòu)件的最終品質(zhì)，無(wú)法通過(guò)后期的檢查得到改善。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)采用玻璃鋼排煙筒的項(xiàng)目越來(lái)越多，玻璃鋼煙囪內(nèi)筒已成為國(guó)內(nèi)新建火電廠煙囪防腐方案的主要選擇。截至2016年年底，直徑≥5 m、高度≥150 m的玻璃鋼排煙筒項(xiàng)目中，已完成項(xiàng)目有31個(gè)(內(nèi)筒數(shù)目是39根)，在建項(xiàng)目有10個(gè)，擬建項(xiàng)目有15個(gè)。因此，玻璃鋼煙囪內(nèi)筒的質(zhì)量將直接決定國(guó)內(nèi)各燃煤電廠脫硫系統(tǒng)是否能長(zhǎng)期無(wú)間斷運(yùn)行。

表1 3種樹(shù)脂凝膠體的主要性能

2 玻璃鋼排煙筒的質(zhì)量影響因素

玻璃鋼制品的最終性能影響因素繁多，主要包括原材料樹(shù)脂和纖維的選擇、進(jìn)廠檢驗(yàn)及存儲(chǔ)、工藝設(shè)計(jì)、制品的質(zhì)量控制等。

2.1 原材料的選擇

2.1.1 樹(shù)脂基體

玻璃鋼排煙筒應(yīng)用于濕法煙氣脫硫煙囪中，其化學(xué)環(huán)境為強(qiáng)腐蝕等級(jí)[2]，需滿(mǎn)足自立或懸吊支撐所需的機(jī)械性能，還要保證30年使用壽命，這對(duì)玻璃鋼的功能性和結(jié)構(gòu)性都提出了嚴(yán)苛的要求。樹(shù)脂基體是保障玻璃鋼耐腐蝕性能的基礎(chǔ)，耐腐蝕工業(yè)用樹(shù)脂基體主要有6大類(lèi)：鄰苯型聚酯、間苯型聚酯、雙酚A聚酯、氯茵酸型聚酯、呋喃樹(shù)脂和乙烯基樹(shù)脂。相比其他類(lèi)樹(shù)脂，乙烯基樹(shù)脂具有耐酸、堿和有機(jī)溶劑的特性，同時(shí)還具有更好的物理特性和抗沖擊性能[3]，是玻璃鋼排煙筒的理想選擇。

1977年美國(guó)建造了第1個(gè)玻璃鋼排煙筒[4]，當(dāng)時(shí)使用的就是乙烯基樹(shù)脂。隨著玻璃鋼排煙筒的應(yīng)用，火電廠發(fā)生了幾起由于施工導(dǎo)致玻璃鋼排煙筒以外的材料著火[5]，玻璃鋼排煙筒被燒毀的事故。該類(lèi)事故促使電廠業(yè)主、電力設(shè)計(jì)院及玻璃鋼廠商選擇的樹(shù)脂基體必須是難燃材料。目前國(guó)內(nèi)玻璃鋼排煙筒的樹(shù)脂主要選用亞什蘭(Ashland)公司的510C-350HOI樹(shù)脂或上緯(Swancor)公司的Swancor 905-2樹(shù)脂等性能類(lèi)同的樹(shù)脂。列舉3種樹(shù)脂的主要性能，見(jiàn)表1。從表1可見(jiàn)，3種樹(shù)脂都滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)的要求，也均有國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例。

2.1.2 增強(qiáng)纖維及織物

玻璃鋼的比強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彈性模量、抗沖擊強(qiáng)度等很多性能都與增強(qiáng)材料有關(guān)，增強(qiáng)材料的質(zhì)量更是直接影響玻璃鋼產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。玻璃鋼排煙筒選用ECR玻璃纖維，ECR玻璃纖維是改進(jìn)的無(wú)硼無(wú)堿玻璃纖維，具有良好的電氣絕緣性、機(jī)械性能和耐腐蝕性能，綜合性能優(yōu)于E-玻璃纖維和C-玻璃纖維。根據(jù)武漢理工大學(xué)的相關(guān)試驗(yàn)[6]，ECR玻璃纖維具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，是火電廠濕煙囪用玻璃鋼排煙筒的最佳選擇。國(guó)內(nèi)玻璃鋼排煙筒項(xiàng)目的增強(qiáng)材料主要選擇歐文斯科寧公司或重慶國(guó)際復(fù)合材料公司的ECR系列纖維及織物。同時(shí)，為了改善玻璃纖維和樹(shù)脂基體的加工工藝，提高兩者的界面相容性，纖維材料及織物的浸潤(rùn)劑也非常重要。

圖1 濕法纏繞成型工藝流程

2.2 原材料的進(jìn)廠檢驗(yàn)及存儲(chǔ)

2.2.1 進(jìn)廠檢驗(yàn)

所有原材料進(jìn)廠前需要進(jìn)行進(jìn)廠檢驗(yàn)。由專(zhuān)職的質(zhì)量負(fù)責(zé)人查驗(yàn)產(chǎn)品的合格證及貨物批次等相關(guān)信息；玻璃纖維及織物要進(jìn)行含水率、堿金屬氧化物含量、可燃物含量、單位面積質(zhì)量、經(jīng)緯紗線密度、拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)等檢測(cè)；樹(shù)脂要進(jìn)行有效存儲(chǔ)期限、黏度、固體含量、酸值檢測(cè)，同時(shí)還要進(jìn)行樹(shù)脂澆注體的機(jī)械性能、氧指數(shù)、熱變形溫度等一系列測(cè)試，檢驗(yàn)合格方能入庫(kù)。

2.2.2 安全存儲(chǔ)

作者在多個(gè)電廠的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，樹(shù)脂露天存放，玻璃纖維或單向布包裝打開(kāi)后直接存放在生產(chǎn)車(chē)間地面上，受潮且布滿(mǎn)灰塵，這都會(huì)影響制品的最終品質(zhì)。制造商必須嚴(yán)格按照原材料廠家推薦的存儲(chǔ)要求進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.3 合理的設(shè)計(jì)

2.3.1 玻璃鋼排煙筒的設(shè)計(jì)

玻璃鋼區(qū)別于其他材料的特別之處在于它是各向異性或正交各向異性材料[7]，這使得其具有更加靈活的可設(shè)計(jì)性，設(shè)計(jì)也就更加復(fù)雜和重要。玻璃鋼排煙筒設(shè)計(jì)的核心是如何在滿(mǎn)足各方面性能的同時(shí)具有最好的工藝性能和經(jīng)濟(jì)性。

玻璃鋼排煙筒的支撐方式主要有自立式、懸掛式和部分自立/懸掛式。經(jīng)計(jì)算，玻璃鋼排煙筒的拉伸許用應(yīng)力要大于壓縮許用應(yīng)力，因此一般不會(huì)采用全程自立式。玻璃鋼排煙筒的壁厚采用不等厚設(shè)計(jì)，并優(yōu)化玻璃鋼的鋪層設(shè)計(jì)，能充分發(fā)揮復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)特性[8]。

玻璃鋼排煙筒的具體鋪層設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB/T 30811—2014《燃煤電廠用玻璃纖維增強(qiáng)塑料煙囪內(nèi)筒》、ASTM D5364—2014《燃煤電廠玻璃纖維增強(qiáng)塑料煙囪內(nèi)筒的設(shè)計(jì)、制造及安裝標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)則》的各項(xiàng)具體規(guī)定和要求。

2.3.2 過(guò)渡區(qū)域的設(shè)計(jì)

玻璃鋼制品的過(guò)渡區(qū)域，如對(duì)接接口、牛腿、防風(fēng)圈、加強(qiáng)筋等，需要保證至少6∶1的坡度，以避免應(yīng)力集中。

2.4 制造過(guò)程的質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.4.1 玻璃鋼排煙筒的制造工藝

玻璃鋼排煙筒的制造工藝主要為濕法纏繞成型工藝和手糊成型工藝。纏繞成型又分為立式纏繞和臥式纏繞兩種。立式纏繞適用于特大直徑產(chǎn)品，臥式纏繞相對(duì)適用于直徑較小產(chǎn)品。660～1 000 MW容量機(jī)組的玻璃鋼排煙筒，既可以選擇立式纏繞也可選擇臥式纏繞。只要制作設(shè)備滿(mǎn)足要求，操作人員具有制作經(jīng)驗(yàn)，能正確操作及控制，立式與臥式纏繞均能生產(chǎn)滿(mǎn)足要求的玻璃鋼排煙筒。

濕法纏繞成型工藝流程如圖1所示。

2.4.2 玻璃鋼排煙筒的工藝控制要點(diǎn)

(1)保證纖維鋪設(shè)的順序和數(shù)量與設(shè)計(jì)完全一致。纏繞纖維的帶寬、噴射纖維的面密度、單向布的搭接寬度等是控制的重點(diǎn)。

(2)合理的凝膠時(shí)間。既要保證足夠的浸潤(rùn)和操作時(shí)間，又要避免凝膠時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致膠液流落，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)制作的溫度等環(huán)境因素及時(shí)調(diào)整膠液配比。

(3)保證纖維完全浸潤(rùn)。纏繞過(guò)程中張力應(yīng)呈遞減的趨勢(shì)，即最內(nèi)層采用相對(duì)最大的張力，中間層張力略減小，最外層張力再略減小。只有完全浸潤(rùn)的復(fù)合材料才是一個(gè)整體，才能發(fā)揮復(fù)合材料的特點(diǎn)。

(4)采用經(jīng)驗(yàn)豐富的手糊成型操作人員。手糊成型主要是指對(duì)接連接接口、法蘭、積液收集裝置、防雨帽等的成型。這些操作對(duì)操作人員經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)性很大，工藝控制的要點(diǎn)為對(duì)接面的打磨及清潔合理、接口過(guò)渡平緩、單次成型的厚度適宜、制作完成后保證其完全固化。

(5)及時(shí)有效地輥壓氣泡。采用不同類(lèi)型及尺寸的壓輥，及時(shí)有效地進(jìn)行輥壓，不僅能趕出氣泡，還有助于纖維的浸潤(rùn)。

保證纖維充分浸潤(rùn)是實(shí)際生產(chǎn)中常常被操作人員忽略的，玻璃鋼的中間層在完成制作后是肉眼不可見(jiàn)的，產(chǎn)品缺陷會(huì)給運(yùn)行帶來(lái)極大隱患。

2.4.3 質(zhì)量控制重點(diǎn)

玻璃鋼排煙筒的質(zhì)量沒(méi)有辦法通過(guò)下一步的檢查來(lái)提高層合板的完整性，因此，施工前應(yīng)進(jìn)行操作人員的工藝培訓(xùn)，明確質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)。玻璃鋼排煙筒質(zhì)量控制重點(diǎn)如下。

(1)玻璃鋼排煙筒的管段采用纏繞工藝，主要控制點(diǎn)包括：纏繞設(shè)備控制精準(zhǔn)、平穩(wěn)；模具表面光滑、平整；原材料按照設(shè)計(jì)要求采購(gòu)、存放且在保質(zhì)期內(nèi)；膠液的配置、環(huán)境的溫濕度均滿(mǎn)足要求；纏繞過(guò)程完全浸潤(rùn)，無(wú)架空、干紗等缺陷；纖維及織物的纏繞角完全按照設(shè)計(jì)要求，織物的搭接合理；制作過(guò)程中的凝膠時(shí)間控制合理。

(2)玻璃鋼排煙筒的防雨帽、積液收集槽、法蘭、對(duì)接連接接口等采用手糊成型工藝，主要控制點(diǎn)包括：模具良好、操作環(huán)境溫濕度有保證、材料敷設(shè)方法正確、操作人員經(jīng)驗(yàn)豐富、固化和后固化時(shí)間充分。

3 玻璃鋼施工現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)問(wèn)題

我國(guó)玻璃鋼的制作并沒(méi)有統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有完善的監(jiān)管評(píng)價(jià)體系，國(guó)內(nèi)各廠家對(duì)玻璃鋼煙囪的制作主要依靠經(jīng)驗(yàn)，具有較大的隨意性。很多操作人員沒(méi)有經(jīng)過(guò)正規(guī)的操作培訓(xùn)，也沒(méi)有玻璃鋼知識(shí)的基礎(chǔ)，有的甚至認(rèn)為將纖維纏繞到芯模上，將樹(shù)脂噴射到纖維或織物上就能制作出性能合格的制品。實(shí)際上，原材料本身性能不達(dá)標(biāo)或工藝操作不嚴(yán)格，都將產(chǎn)生諸如夾雜、氣泡等缺陷，很大程度影響制品的性能。

(1)隨意制作玻璃鋼排煙筒壁的內(nèi)襯層、結(jié)構(gòu)層及外保護(hù)層的厚度。內(nèi)襯層的主要作用是防腐蝕、防滲漏，內(nèi)襯層不滿(mǎn)足要求勢(shì)必會(huì)影響其使用壽命。內(nèi)襯層的厚度要求是不低于2.5 mm，樹(shù)脂含量不低于92%，而實(shí)際產(chǎn)品的內(nèi)襯層厚度往往達(dá)不到2.5 mm。

(2)對(duì)結(jié)構(gòu)層制作過(guò)程中出現(xiàn)的紗線結(jié)節(jié)、單向布接頭處折痕等不做處理，只在整體制作完成后打磨外表面的凸起，如圖2所示。結(jié)節(jié)與折痕處必將出現(xiàn)纏繞的紗線和單向布架空情況，而后期打磨只是解決美觀問(wèn)題，這將為制品的最終性能帶來(lái)隱患。

圖2 纖維起毛導(dǎo)致后續(xù)結(jié)構(gòu)層紗線架空

(3)忽視制作過(guò)程中出現(xiàn)的干紗情況，如圖3所示。

圖3 中間部分纖維未完全浸潤(rùn)

(4)靠網(wǎng)格布“勒”來(lái)排除氣泡，導(dǎo)致內(nèi)壁出現(xiàn)密集的大氣泡，如圖4所示。

圖4 內(nèi)壁出現(xiàn)密集的大氣泡

4 結(jié)束語(yǔ)

影響玻璃鋼排煙筒質(zhì)量的因素繁多，只有深刻認(rèn)識(shí)質(zhì)量控制的重要性，合理設(shè)計(jì)、完善工藝程序、實(shí)時(shí)進(jìn)行質(zhì)量管控，才能制作出合格的玻璃鋼制品，發(fā)揮玻璃鋼這種各向異性材料設(shè)計(jì)的靈活性。

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