摘  要：對于工業廠區內的各種形式的煙囪進行普查檢測鑒定，針對初步檢測損傷嚴重進行進一步的重點詳查，必要時可抽樣破損檢測對非破損進行復核，通過對各結構構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依據，以便于適時采取相應的處理措施。

關鍵詞：工業煙囪  檢測技術

1  前言

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

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

2  檢測內容

目前，多數工業煙囪主要為混凝土和鋼結構的形式，混凝土煙囪損壞的表現形式為筒壁表面剝落、裂縫、露筋等，鋼結構煙囪損壞表現形式為燒損、變形、銹蝕等，本方案按以上兩種類別進行分類編制。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，現場的調查研究與非破損檢測都是采集設計所需數據的

主要途徑，現將二者的技術參數列于下表做以對比：

表1  混凝土煙囪和鋼煙囪的檢測技術參數對比如下

序號 混凝土煙囪 鋼煙囪

1 結構損傷檢測 外觀缺陷 蜂窩、露筋、孔洞、

夾渣、疏松、連接部位缺陷等 構件損傷檢測 鋼材的涂裝與銹蝕

內部缺陷 二次澆筑形成的施工縫與加固修補結合面的質量等 構（桿）件

變形 彎曲變形及凹凸變形、鼓包等

構件裂縫 裂縫表面特征及深度 裂縫 必要時用滲透法復測

筒壁內外側的碳化深度 鉆芯后酚酞滴定法 連接變形

及損傷

保護層厚度 鋼筋探測法

鋼筋銹蝕 鋼筋銹蝕儀測得

2 力學性能檢測 混凝土強度 鉆芯取樣法 力學性能檢測 抗拉強度

鋼筋強度 里氏硬度法 伸長率

冷彎

沖擊功

3 煙囪排放物介質成份

4 使用的風荷載

5 基礎的傾斜

6 煙囪的垂直度

7 煙囪的振幅

8 地震參數

9 場地及使用環境類別

10 日照產生煙囪陽面和陰面的溫度差

11 冬季最低溫度

12 期望繼續使用年限

3.1  混凝土煙囪檢測

3.1.1  表觀質量檢測

針對寶鋼廠區30多個煙囪普查的現狀，擬采用高清晰的天文望遠鏡進行觀測煙囪的表觀質量，如：筒壁表面剝落、腐蝕、裂縫、孔洞、露筋、鋼筋銹蝕等外觀缺陷，并用數碼相機進行圖像記錄，針對外觀損壞部位嚴重的再進行重點復測。

此系列望遠鏡為專業級折射式望遠鏡，主要用于高精度的觀測。其主鏡筒由數字控制的步進馬達驅動，在設定的位置，極軸望遠鏡可做±1°微調。立柱上裝有電控箱及控制手柄，預留的不同接口可與其它設備如計算機跟蹤系統、CCD攝像機、圖像處理系統、光柵光譜儀等聯接。 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。精度技術參數為：N=3，Δm=0.3 達到瑞利極限，極度銳利，能夠滿足200m以內觀測到1mm以內裂縫的要求。

3.1.2  溫度場測量

對于工業煙囪而言，耐材的缺損對煙囪的影響很大，長期的局部缺損會對內壁混凝土產生較大的強度影響，原則上可以通過溫度的差異來定位內襯的密封性。另外，針對現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，可根據溫度變化綜合分析煙囪損壞原因。

在寶鋼廠區里，各煙囪內部煙氣溫度不等，同一煙囪在不同的生產條件下，煙囪內部溫度也不同，因此，煙囪內襯受溫度影響較大，在各種使用情況下，對其進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，此紅外熱像儀經過幾十年的發展，已經發展成為非常輕便的現場測試設備。由于煙囪現場測試往往產生的溫度場差異不大和現場環境復雜等因素，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，此紅外熱成像技術能夠進行非接觸式的、高分辨率的溫度成像，能夠生成高質量的圖像，可提供測量目標的眾多信息，測溫范圍為－20℃～800℃（可延伸到1500℃），溫度分辨率可達到0.03℃，可用于檢查煙囪外壁的剝落、空鼓、孔洞、裂縫等，測量精度可達到200m外觀測，溫度誤差在1℃以內。

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

通過對煙囪工作狀態下溫度場分布圖的繪制，當發現采用普通混凝土結構部位溫度高于100℃的情況要對混凝土加強檢查，當局部溫度大于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，評估混凝土結構的整體安全性能。

3.1.3  變形檢測

（1）基礎沉降監測

在煙囪四周均勻布設6個基準點，通過對地基基礎的沉降觀測可及時掌握沉降大小及其變化規律，每點反復測量3次，取其平均值作為監測初始值。以后每月測量一次，精度要求不應低于±0.1㎜，檢測6個月為一個周期，再將每次的監測值與原始的設計值比較，及時分析監測數據，繪制變化曲線，分析變化速率和變化累計值，對基礎沉降原因做出分析判斷。此項檢測可做為一項長期監測項目，以便監控煙囪變形，在超過設計規范要求時，可采取適當的措施進行處理。

（2）煙囪垂直度檢測

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

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

②取其角度的一半（即分中），轉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）煙囪振幅監測

煙囪在風荷載的作用下，煙囪頂部受風荷載作用而擺動，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、雨等自然影響，可預先在煙囪頂部鉆兩個Φ30㎜的孔洞，將棱鏡的支架放入孔洞內，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）利用動態平衡點監測程序，采樣頻率3Hz， 采樣精度1mm，可實現24小時高精度自動監測工作目標，科學直觀地實時反映監測點的變形情況。

利用此種聯機監測軟件及獨特的ATR技術，測量精度高，可實現毫米級空間點的三維監測，其望遠鏡不需要人工聚焦或精確照準目標，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。而且，通過對控制點的控制和定期復測，保證了監測系統的可靠性。其次，通過軟件的控制和數據分析，利用實時差分改正技術，最大化地消除了外界氣象條件等引起的誤差，達到高精度實時顯現各監測點的變形趨勢。

3.1.4  筒壁混凝土力學性能檢測

對于表觀質量損壞嚴重的煙囪，其混凝土材料強度宜采用回彈法非破損的方式進行檢測，若檢測條件與相應測強曲線的適用條件有較大差異時，應鉆取混凝土芯樣進行修正。在鉆芯時，鉆芯位置應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。在進行芯樣抗壓強度實驗之前，筒壁的內外碳化深度可以利用鉆穿的芯樣進行測試。

3.1.5  其它性能檢測

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

（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，其方法主要是根據金屬材料的極限強度地與其硬度存在一定的相關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，取五次測試數據的平均值為試件的試驗結果，注意使兩測點的間距≥3mm。

（4）煙氣排放物成份調查：對各煙囪排放物的介質成份進行調查，可通過現場點檢的排放物記錄手冊中查找。首先調查其生產工藝，對煙氣中SO2濃度的進行測量，判斷現有構造的防腐蝕能力；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，并進行安全性能評估。當煙氣溫度低于150℃時，內襯材料腐蝕與煙氣中含有的SO2濃度有關，并且和生產工藝也密切相關。

當煙氣中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，內襯應使用耐酸砌塊和耐酸混凝土膠泥；

當煙氣中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，內襯應使用耐酸陶土磚、漂珠陶土磚、粘土耐火磚及漂珠輕質耐火磚和耐酸膠泥砌筑；

（5）環境類別調查：在對煙囪評定必須對其結構使用環境進行詳細調查和檢測，調查內容主要為該區域的氣象條件和建筑物周邊的工作環境兩個層次。包括日照產生的煙囪陽面與陰面的溫度差及冬季最低溫度，這兩個溫度指標均可通過生產單位的記錄手冊中查得，或者按照所在地區的氣象部門的歷史資料進行取值，由其歷年來的發展規律進行預測。

3.2  鋼煙囪檢測

3.2.1  表觀質量檢測

用觀測混凝土煙囪的方法對鋼煙囪進行檢測，鋼煙囪表觀損傷包括：鋼材涂裝與銹蝕、構（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  結構損傷檢測

在表觀質量檢查時，應重點檢查牛腿、焊縫、節點處的裂縫情況，當有懷疑時，用滲透法重點復查。對于焊接連接，應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，還應檢查螺栓終擰標志。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成份及環境類別調查方法同混凝土煙囪檢測方法，如有需要，在不危及結構安全和正常使用的條件下，可以采用微破損法進行檢測，即在已有結構構件上切取試樣，應保證所取試樣具有代表性，所切取試樣的原始自然狀態避免受到擾動，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）在使用歷史上出現下列問題時，應重點復測：

a、煙氣性質發生變化、溫度和排放速度不符合設計要求；

b、煙囪爆炸、積灰中出現雜物；

c、積灰潮濕；

d、煙囪附近進行爆破、打樁等產生振動沖擊的作業；

e、煙氣的二次燃燒。

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

（3）筒身和內襯（包括隔熱層）應首先根據使用歷史調查和檢查結果，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測。

（4）囪帽應著重檢查疏松破損情況。

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

4.2  評定結論

對于現場煙囪設計要求的數據采集資料，采用文字、照片等方法記錄煙囪和主要構件的損壞部位、范圍和程度。其結構材料力學性能的檢測項目，應根據結構承載力驗算的需要確定，必要時應根據煙囪的結構特點，建立驗算模型，按其結構材料力學性能和使用荷載的實際狀況，根據現行規范驗算結構的安全儲備。依據驗算的結果，分析煙囪損壞的原因，綜合判斷煙囪結構損壞狀況，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、筒身、內襯3個項目評定等級中最低級為該單元的評定等級。綜合以上評定結果，在評估報告中應依次給出各煙囪相關檢查鑒定結論、處理建議或解決方案。