一、玻璃鋼煙囪的特點

隨著我國對環境保護工作的深入,對于各類鍋爐、窯爐、焚燒爐等設備尾氣必須達標排放,因此相關的設備必須增加尾氣處理設施,這就對尾氣排放最末端設備-煙囪帶來一定的影響,尤其是腐蝕性方面,傳統材質已經不能滿足這方面的要求。而玻璃鋼作為新型材料,逐漸在各行業中嶄露頭角,尤其是在環保行業中,近幾年玻璃鋼材質的煙囪不斷出現,高度及口徑也不斷在增加,而且使用效果非常理想,其優越的性能是其它材料所無法比擬的。下面簡單介紹一下玻璃鋼煙囪的特點:

①突出的耐腐蝕性能

眾所周知,傳統材質的煙囪耐腐蝕性能較差,尤其是經過洗滌的和處理的尾氣,對煙囪的腐蝕更嚴重,因此具有良好的耐腐蝕性對于煙囪的使用非常重要。玻璃鋼材料是高分子復合材料,對于大多數酸、堿、鹽都能耐,并且可以在酸堿交替的情況下長期使用,同時能夠耐高溫,正常情況下,可以長時間在120℃以下工作,最高可到220℃。

②可設計性強

玻璃鋼的主要原材料種類非常多,成型工藝也多種多樣,因此玻璃鋼材料本身的可設計性很強,可以根據不同的使用條件有針對性地進行設計,包括原材料選擇、制作工藝確和安裝方式的確定,這樣就能夠可以達到合理、有效地進行產品制作和安裝。

③安裝便捷

玻璃鋼材料密度小,質量輕,因此安裝非常方便,基本不需要在施工現場搭設支架,而且施工周期非常短,比傳統方式制作煙囪要縮短近一半的工期,并且玻璃鋼煙囪不存在做內防腐處理的問題,因此避免了二次施工,施工難度更是大大降低。

④優異的產品性能

玻璃鋼產品具有很高的比強度,完全能夠達到煙囪所需的各種力學性能要求,而且外部按設計搭設鋼塔保護架,更能滿足各種氣象條件下的正常使用。同時玻璃鋼產品的內表面光潔度非常高,大大降低了煙氣運行的阻力,因此玻璃鋼煙囪要比傳統的煙囪口徑要小。

⑤低成本、高效益

玻璃鋼煙囪在施工中不用進行防腐處理,而且整體設計也比傳統材料的煙囪好,施工周期短,同時突出的耐腐蝕性能又增加了煙囪的使用壽命,質量輕使煙囪的基礎也比其它材質的煙囪要小很多,這些因素就決定了玻璃鋼煙囪的造價要比傳統煙囪的低。

以DN4500*高度為120米的玻璃鋼煙囪為例著重講述玻璃鋼煙囪的優點

本工程是為5×100t/h鍋爐機組配套煙囪,根據工況條件、設計參數及現場實際情況,選用玻璃鋼煙囪有以下幾點優勢:

1、制作安裝周期短

普通煙囪一般采用混凝土材質,本工程中的煙囪規格為出口直徑DN4500,高度為120米,這種規格的煙囪的本體施工周期為4個月,內防腐施工最短時間為20天,整個工期將不小于150天,而玻璃鋼煙囪一次制作而成,不存在二次施工的問題,從制作到交付使用,總工期最長為90天,最短為60天。

2、成本、維護費用低

混凝土煙囪的制作成本最低為300萬,內防腐價格最低按400元/m2計算,防腐費用最低為112萬余元,總造價在412萬,并且做內防腐的混凝土煙囪內部的防腐要每兩到三年就要維護一次,五年左右就要重新制作一次,因此維護費用很高,而玻璃鋼煙囪含外部保護鐵塔總價也不會超過410萬,并且玻璃鋼材質結構層與內防腐層是一次成型,內表面不需要再進行防腐,因此根本不需要進行防腐處理,也不用進行維護。因此玻璃鋼煙囪在價格方面對混凝土煙囪是有價格優勢的。

3、使用壽命長

玻璃鋼材料是一種高分子復合材料,學名中玻璃纖維增強塑料,其中基體材料為高分子材料,增強材料為玻璃纖維,在設計工況條件內使用,其材料的降解周期非常長,一般在100年以上,考慮到外部腐蝕及紫外線照射,在玻璃鋼設備最外層(厚度不小于0.5mm)加入紫外線吸收劑,將大大提高玻璃鋼的抗老化性,考慮到長期正常使用的疲勞強度損失,玻璃鋼煙囪的使用壽命最短可以達到60年以上,略高于混凝土煙囪的使用壽命。

4、保溫效果好,煙囪積水量小

玻璃鋼材質的導熱性很低,同時根據本工程的特點,玻璃鋼煙囪的主體將采用新式的夾層結構設計,中間夾層將采用聚氨酯材料填充,這樣將會大大提高玻璃鋼煙囪的保溫性能,從而降低煙氣在經過煙囪上升過程中水蒸氣的凝結,減少煙囪的積水量。

二、設計條件

要完成玻璃鋼煙囪的設計須提供如下幾方面的參數:(括號內為本工程擬采用的參數)

①煙囪氣量

②煙氣溫度及煙氣成份(少量飛灰、SO2、硫氧化合物、氮氧化合物、水等,進口溫度最高150℃,出口溫度最低70℃)

③當地的氣象條件,尤其是年最高風速(按25m/s計,相當于10級風)

④當地的地質條件,主要是土壤類型和水文條件(按三類土質)

⑤按照安裝形式分類:自立式煙囪、拉索式煙囪、框架式煙囪、套筒式煙囪;客戶

⑥自立式煙囪高度不宜超過30米,高徑比不超過10;

⑦拉索式煙囪高度不宜超過45米,高徑比不大于20米;

⑧塔架式、套筒式、多管式玻璃鋼煙囪,跨徑比(支撐段間距)不超過10;

⑨煙囪設計壽命:30年

三、引用標準

GB T21238-2007    玻璃纖維增強塑料夾砂管

ASTM D2310        機械制造增強熱固性樹脂管道標準等級

JC/T587-1995     纖維纏繞增強塑料儲罐

HG/T 20696-1999   玻璃鋼化工設備設計規定

ASTM D3299        玻璃纖維纏繞增強熱固性樹脂耐化學性設備標準規范

DLT5154-2002      架空送電線路桿塔結構設計技術規定

GB50017-2003      鋼結構設計規范

GB50135-2006      高聳結構設計規范

GB50205-2001     鋼結構工程施工質量及驗收規范

CECS80-96        塔桅鋼結構施工及驗收規程

ASTM D 2563       玻璃增強塑料板可視缺陷分類標準

CD130A19-1985     手糊法玻璃鋼設備設計技術條件

JC/T 277          無堿玻璃纖維無捻粗紗

JC/T 281          無堿玻璃纖維無捻粗紗布

GB700-88          碳素結構鋼

GB/T1591-94       低合金高強度結構鋼

四、制造工藝簡述

4.1 制造工藝簡述

玻璃鋼煙囪采用微機控制定長連續纖維纏繞工藝制造,管材制造在由專門工序組成的流水線上完成。工藝過程包括內表層、內層(上述兩層統稱為內襯層)、纏繞結構層及外防護層制作等工藝過程。

玻璃鋼煙囪纏繞的具體工藝流程如下:

4.2工藝過程及工序控制

為了對生產過程實施有效控制,在纏繞玻璃鋼設備的生產過程中明確了工序控制點,規定了控制內容。

4.2.1 設備的層次結構特點

合理的鋪層結構是玻璃鋼強度性能、耐腐蝕性能的良好保證。同時采用整體成型的方法,這樣設備將具有更完美的耐腐蝕能力和強度承載能力。對于此工程的設備我們采用內襯層(內表層、防滲層)+結構層+外保護層的鋪層結構形式,

內表層:由加入碳化硅粉的內襯樹脂(加入質量比樹脂:碳化硅=3:1)和有機纖維聚酯氈組成,樹脂含量92%以上,氣密性好,非常光滑。該層主要提供制品防腐、防滲漏等功能。其厚度約為0.5mm。

次內層:由加入碳化硅粉的內襯樹脂(加入質量比樹脂:碳化硅=3:1)和無堿玻璃纖維短切氈或針織氈組成。樹脂含量大于70%。該層的主要作用是保護內表層,提高內襯的抗內壓失效能力,阻止裂紋擴散。次內層和內表層統稱為內襯層,總厚度≥3.5mm。

結構層:由無堿無捻纏繞粗紗浸潤結構層樹脂后采用螺旋和環向相結合的方法纏繞成型。該層樹脂含量通常在30~40%左右。作用是承受壓應力、拉應力和各種外載荷,壁厚根據設備受力情況通過合理、科學的優化計算確定。纖維纏繞成型的制品具有強度和剛度高、力學性能好等特點,并且可以根據設備不同的使用環境和壓力調整纏繞角度,可設計性好,產品質量高而穩定。

外保護層:由于該層該裸露在大氣中,易受光氧及氣候老化,設備外層其樹脂和結構樹脂一致,在樹脂中添加阻燃劑和UV-9型紫外線吸收劑以防止光氧老化。氧指數不低于31%,厚度不低于0.5mm。

4.2.2工藝步驟簡述

a、模具清理及準備工作

將新換上的模具用紗布蘸上丙酮擦去模具表面油污,清除殘物,然后均勻打一層脫模蠟后,拋光處理,用滑石粉均勻擦拭模具表面,在脫模環處刷一層聚乙烯醇脫模劑,不得漏涂,晾干,成模。

b、纏繞聚酯薄膜

用膠帶紙將聚酯薄膜固定在一端,讓芯模均速旋轉,等張力纏繞聚酯薄膜,薄膜纏近模具末端時,降低芯模轉速,使芯模和模具末端口平齊,用剪刀剪斷薄膜,再用膠帶紙將接縫膠一圈,但膠帶紙不得起皺。最終保證薄膜不得起皺,薄膜重疊寬度為20±5mm。

c、噴樹脂,上表面氈

均勻噴一層內襯樹脂,不得有漏噴處,然后纏繞聚酯氈,要求聚酯氈浸透樹脂,不起皺,聚酯氈的搭接為聚酯氈寬度的一半,用鋼卷尺測量以保證尺寸,然后纏繞玻纖網眼布并用氣壓輥滾壓,趕盡氣泡,控制單位面積的樹脂用量,樹脂含量為95±3%。

d、噴樹脂,上短切氈(或直接噴射)

首先均勻噴一層內襯樹脂,不得有漏噴處,然后纏繞短切氈,再噴一遍樹脂,纏繞玻纖網眼布并用氣壓輥滾壓,趕盡氣泡,控制單位面積的樹脂用量,使該層樹脂含量在73±3%內。短切氈網眼布搭接20±5mm,用鋼卷尺測量。

如果內襯制作采用噴射成型的工藝,在上完聚酯氈后,按照工藝單的要求調節好噴槍的噴紗密度和噴樹脂量,并保證小車的運行位移與芯模轉速達到合適的比例,以芯模轉一周,小車運動一個噴槍的噴射幅寬的95%為宜,完成一次整體噴射后纏繞玻纖網眼布并用氣壓輥滾壓,趕盡氣泡,控制單位面積的樹脂用量,使該層樹脂含量在73±3%內。

e、內襯層紅外予固化至凝膠,檢查內襯層厚度及質量,內襯層厚度約4mm以上。

f、纏繞結構層

在合格的內襯層上,按設計鋪層纏繞結構層,首先應按工藝設計中紗的根數和寬度穿紗,準備好樹脂,并將計量泵上的固化劑調節桿調到要求的檔次(依化驗室的結構樹脂此溫度下的指導配方而定),按設計方案向計算機輸入纏繞鋪層及纏繞角進行纏繞,整個纏繞過程要求浸膠均勻,紗片不間紗、不重疊、不滑紗,淋膠要均勻,不能出現浸膠不完全的現象。環向纏繞樹脂含量為42%-45%,螺旋纏繞樹脂含量為33%-35%。纏繞結構層厚度為設計壁厚mm。

g、外保護層制作

按設計方案,淋樹脂,滾壓,擠出樹脂中的氣泡,外保護層厚度:≥0.5mm。

采用常溫固化,待固化至一定程度,脫模修整。

4.2.3工藝控制內容和方法

纏繞玻璃鋼煙囪生產工藝過程中設立以下工藝過程控制點,并規定控制內容和方法。見表4-1

表4-1  工藝過程控制點

控制點名稱

配料控制點

內襯制作控制點

結構層制作控制點

切割修整及后固化控制點

(1)配料控制點

技術要求名稱

控制內容

方法、工具

樹脂牌號

與工藝單吻合

核對工藝單

固化劑、促進劑加入量

根據配方指導單

量杯、樹脂泵計量

(2)內襯制作控制點

技術要求名稱

控制內容

方法、工具

樹脂含量

與工藝單吻合

及時稱量調整

表面氈搭接寬度

按工藝單

操作班長

表面氈貼覆性

控制張力

操作班長

厚度均勻性

短切氈鋪覆均勻

調整小車節距

小車操作工

碾驅氣泡

樹脂浸潤纖維,趕凈φ1mm以上氣泡

網眼布勒并滾壓

小車操作工

(3) 結構層制作控制點

技術要求名稱

控制內容

方法、工具

排紗線形

無間紗、疊紗、斷紗

操作班長

樹脂含量

與工藝單吻合

及時稱量調整

表面平整度

無>1mm的隆起

目測、清除

小車操作工

管壁厚度

按設計圖紙

MIKROTEST測厚儀

小車班長

(4) 切割修整及后固化控制點

技術要求名稱

控制內容

方法、工具

外觀缺陷檢查

無分層、劃傷等缺陷

目測檢查

端面垂直切割

不平度≤3mm

測量,調整托架、刀頭

修整班長

切割長度

修整尺寸

游標卡尺

80℃、3hr

高溫固化爐

4.3 煙囪設計

玻璃鋼煙囪的設計主要從三個方面來考慮:

1)耐腐蝕性:根據系統運行的特點,由于尾氣經過吸收塔進入煙囪,經處理的煙氣中水蒸氣含量較高,在由煙囪向外排出時,達到     一定高度后,就會出現露點,而形成具有一定腐蝕性的液滴附著在煙囪的內壁,對煙囪造成了露點腐蝕,因此在樹脂選擇方面要考慮濕態下能夠耐酸性腐蝕和附著腐蝕。

2)強度及剛度性能

a)玻璃鋼煙囪的生產制作均采用纏繞成型工藝,連接用法蘭采用手糊工藝,增強材料選用無堿無捻纏繞粗紗和無堿玻璃纖維平紋布,壁厚均達到相關的強度要求和標準要求。

b)考慮到煙囪的高度很高,風載對其影響很大,因此玻璃鋼煙囪本身要具有較強的軸向壓縮強度和軸向彎曲強度,設計上要充分考慮各段煙囪的連接強度和密封性能,并且要對煙囪的結構強度上增強,在煙囪的外部增加鋼結構塔架提供更合理、更有效的強度支持。

五、原材料

根據每個工程的不同要求,玻璃鋼煙囪和配件所用主要原材料列于表6-1。

各種原材料的主要技術指標分述如下:

表6-1 原材料品種及規格

規格及牌號

內表面層

配件防滲層、煙囪防滲層

配件結構層

直接無堿玻璃纖維無捻粗紗

鄰苯樹脂

乙烯基型樹脂

過氧化甲乙酮

活性氧為10%

環烷酸鈷

鈷含量0.4%-0.5%

Q345、Q235

鋼支架主材、鋼支架輔材

六、樹脂

6.1.1樹脂要求

纏繞及手糊成型產品所用樹脂的條件應滿足下列要求:

a、具有良好的工藝性;

b、滿足對介質的耐腐蝕要求;

c、有良好的運輸貯存穩定性;

d、購買時,距生產日期不應超過2個月。

6.1.2內襯樹脂

根據使用介質及樹脂廠商的建議,選用合適的樹脂作為內襯樹脂制造本工程的玻璃鋼煙囪及配件.該樹脂必須為乙烯基型不飽和聚酯樹脂,使煙囪能在較高溫度下對酸、堿、鹽具有優異的耐腐蝕性,并具有很好的熱穩定性。

以下為這類樹脂的性能

表6-2:乙烯基型樹脂性能

檢測項目

檢驗方法

控制指標

凝膠時間

單體含量

80℃熱穩定性

ASTM D 1639

ASTM D 2393

ASTM D 2471

淡黃色透明液體

430-490mPa.s

24hr無異常

熱變形溫度

巴柯爾硬度

ASTM D 3418

ASTM D 2583

≥42巴氏

6.1.3結構樹脂

結構樹脂通常選用鄰苯型不和聚酯樹脂,該樹脂強度高,韌性好,穩定性好,并且機械性能優異,對纖維具有優良的滲透和粘結能力,力學性能好,工藝性能好。該樹脂指標如下,見表6-3:

表6-3  鄰苯型樹脂性能

檢測項目

檢驗方法

控制指標

凝膠時間

固體含量

80℃熱穩定性

ASTM D 1639

ASTM D 2393

ASTM D 2471

黃色透明液體

19-27mgKOH/g

300-450mPa.s

24hr無異常

熱變形溫度

巴柯爾硬度

ASTM D   3418

ASTM D   2583

≥35巴氏

6.2 增強材料

6.2.1增強材料要求

纏繞及手糊成型用玻璃纖維及其織物,應滿足下列要求:

a、滿足纏繞、手糊玻璃鋼制品的性能要求;

b、對樹脂有較好的浸潤性;

c、具有良好的工藝性能;

d、有良好的運輸貯存穩定性;

e、購買時,距生產日期不應超過6個月

6.2.2無堿無捻纏繞紗

增強材料為無堿無捻纏繞粗紗。以下為這類材料的性能。

表6-4 無堿無捻粗紗性能

項  目

指  標

單  位

試驗方法

GB 7690.1-88

GB 11966-88

6.2.3聚酯氈

聚酯氈作為內表層增強材料,使玻璃鋼具有較高的含膠量,技術指標為:

單重         30 g/m2       GB7689.3

含水率       ≤0.5 %       GB11966

燒蝕附著率  (6-12)%       GB9914

6.2.4針織氈

作為玻璃鋼煙囪內襯層的增強材料,使玻璃鋼具有較高的含膠量,起防腐防滲作用。物理指標為:

單重          2400TEX      GB7689.3

含水率        ≤0.5%       GB11966

燒蝕附著率    ≤5%         GB9914

6.2.5 短切氈

作為附件內襯層的增強材料,使玻璃鋼具有較高的含膠量,起防腐防滲作用。物理指標為:

單重         450g/m2      GB7689.3

含水率       ≤0.5%       GB11966

燒蝕附著率   ≤5%         GB9914

6.2.6網格布

作為煙囪內襯層增強材料的壓緊材料,趕壓氣泡,提高制品密實度。物理指標為:

單重        65g/m2      GB7689.3

含水率      ≤0.3%      GB11966

燒蝕附著率  (1.0-2.0)%  GB9914

6.2.7直接無堿玻璃纖維無捻粗紗

為結構層增強材料,對玻璃鋼煙囪的強度和剛度起主要作用。物理指標為:

線密度       2400Tex      GB7690.1

含水率       ≤0.1%       GB11966

燒蝕附著率   (0.4-0.8)%   GB9914

6.2.8玻纖布

作為管件的增強材料,為玻璃鋼配件提供工程所要求的強度和剛度。物理指標為:

單重         360g/m2    GB7689.3

含水率       ≤0.4%     GB11966

燒蝕附著率   ≤1%       GB9914

6.3固化劑

控制指標為:

活性氧含量     ≥10%

凝膠時間       12-30min

6.4促進劑

控制指標為:

鈷含量        0.4%-0.5%

七、玻璃鋼煙囪及配件性能參數

表7-1  玻璃鋼煙囪性能參數

安全系數

連接方式

法蘭連接、承插連接

初始失效壓力 Mpa

軸向彎曲強度 Mpa

軸向彎曲及拉伸模量 Mpa

環向拉伸強度 Mpa

環向彎曲模量 Mpa

環向彎曲強度 Mpa

環向拉伸模量 Mpa

熱線膨脹系數 1/℃

管道外表面巴氏硬度

使用壽命(年)

八、玻璃鋼煙囪安裝及使用說明

煙囪安裝

按設計提供的基礎圖制作煙囪的基礎,要求基礎必須與玻璃鋼煙囪外部保護塔架的基礎連在一起,使其成為一個整體;

安裝注意事項:

a.嚴格要求煙囪基礎為鋼筋混凝土結構,基礎需承受設備運行后的重量;

b.配管:與其它設備連接的工藝管必須先上法蘭后接管,以防止應力集中在設備接口法蘭上,造成破壞。

c.撓性連接震動設備:設備與其它震動設備連接時(如進口法蘭與泵之間),要采用撓性連接。以免長期震動而損壞玻璃鋼設備。

e.撓性連接大型設備:玻璃鋼設備與其它大型設備連接時,或大型容器與其它設備連接時,在采用撓性連接,以防設備或容器基礎下沉造成接口法蘭破壞。

f.單獨支撐重型配件:水平安裝在設備上的閥門及其它較重的配件,應單獨支撐。

煙囪的使用說明及注意事項:

(1)嚴禁超越設計規定的使用條件,煙囪是根據設計規定的使用條件專門設計的,不得隨意改變接觸介質的濃度和溫度,也不能隨意改變接觸介質的種類。

(2)除特殊要求外,不允許配裝大型附件,例如攪拌器、特種閥門或震動性設備等,若實際需要這些附件,必須做特殊設計來保證使用安全。

(3)進入煙囪內清洗和檢修時,操作人員要穿軟底鞋,使用梯子時,所有與內壁接觸的點均應包上軟墊,以防劃傷表面,在周圍工作時,防止用工具,腳手架及其它硬物撞擊塔體。

(4)在通常情況下,玻璃鋼制品不允許接近火源。

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江蘇常州(4月17日)第五屆復合材料模壓會議內容及參觀企業

17日會議議題:

1、E-LFT成型工藝技術及其應用

2、SMC高阻燃配方配方設計和評估

3、中國纖維復合材料回收再生技術路線的落地及解決方案

4、復合材料檢測通用常識及檢測機構的選擇

5、不同纖維種類的預浸料模壓技術探討

6、模壓機選型的配置要求誤區及注意事項

7、SMC材質凈化槽殼體數字化、自動化生產線

8、SMC 質量穩定性控制的探討

9、模塑料用不飽和聚酯樹脂的應用特點及批次穩定性控制

10、低VOC要求的SMC材料研究

11、歐標阻燃 RTM(濕法模壓)環氧樹脂工藝技術

講座順序以最終會議日程為準,更多議題確認中…

18日參觀單位:

常州天馬集團有限公司

江蘇長海復合材料股份有限公司

常州玻璃鋼造船廠有限公司

江蘇中車環保設備有限公司(SMC材質凈化槽殼體  數字化、自動化生產線)

會議時間

4月17-19日(17日全天報到)

18日全體技術講座交流

19日參觀企業產品生產線

會議地點:江蘇·常州都喜天麗富都中航酒店(常州市鐘樓區星港大道8號)

費用說明

會務費:2000元/人;會員單位1800元/人;

※以上費用含會議費、資料費、會議期間正餐。住宿統一安排,費用自理。

會議講座、會議贊助、展臺宣傳請提前聯系會務組。

匯款賬號(會務費):

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開戶銀行:中國工商銀行股份有限公司北京東四支行

銀行賬號:0200 0041 0902 4647 362