新型火力发电厂大直径玻璃钢烟囱的设计.doc

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1、新型火力发电厂大直径玻璃钢烟囱的设计浅野真一朗1，樱井和夫3，木田隆3，平川雅一1，大草元次2，近藤英则3，奥田聪4（1．关西电力株式会社；2．关西电力株式会社总和技术研究所；3．株式会社；4．同志社大学）返回原文载于日本《强化塑胶》Vol.46,No.7（2000年7月号）【摘要】本文重点研究用于新型火力发电厂大直径烟囱的FRP材料的特性。首先，采用由环氧乙烯基树脂制作的小尺寸FRP试件，对材料在实际烟气温度条件下的静力强度、疲劳强度、耐热性能和应力松弛等指标进行了测试；其次，采用大尺寸试件对连接强度和悬挂点强度进行

2、了试验。这些试验结果确认了用于大直径烟囱的FRP材料的力学特性以及FRP连接节点和悬挂节点的强度。1前言　　火力发电厂的烟囱材料一般为钢材，作为钢材的替代品，FRP（FiberglassReinforcedPlastics）正引起人们的注目。和钢相比，FRP具有重量轻、超强耐腐蚀等特点，但因其是树脂和纤维组成的层合材料，因此具有各向异性（各个方向上的物理特性不同），难以得到一定的标准特性值。另外，考虑到高温条件下特性值会降低，因此，充分了解FRP的材料特性及强度，对于结构设计来说是极其重要的问题。　　在此情况下，我们针

3、对新型火力发电厂拟采用的大口径FRP烟囱，于平成9年（1997）7月至平成11年（1999）3月实施了FRP的物理特性试验以及连接接头和吊点的强度试验，现将结果作以报告。试验温度按照实际电厂排烟温度设定，试验所用树脂，已经在前期的实验性研究中确认了其耐热性能及耐腐蚀性，为两种环氧（NOVOLAC）系乙烯基酯树脂。2烟囱概况　　本烟囱是充分考虑了周边景观的外附装饰材料的钢塔架烟囱，计划主体为钢结构制造，最高高度120m，内部设置2根FRP内筒。FRP内筒的内径为9.0m。作为火力发电厂的烟囱，其规模等级为日本国内最大。F

4、RP内筒由设于高度98.25m和24m处的两处吊点支承，在高度105m和34.125m两处设有膨胀接头，以应对热变形。另外，火力发电厂计划以LNG（LiquidNaturalGas）为燃料，以ACC（AdvancedCombinedCycle）方式运行，FRP内筒的设计排烟温度，在正常运行时为98℃，启动时为130℃，事故时为120℃。图2-1为烟囱的总体布置图。3使用小型试样进行的FRP物理特性试验3.1试样的铺层构成和形状　　试样的成型方法采用纤维缠绕法（以下称“FW”）和手糊成型法（以下称“HLU”）。另外，考虑

5、到实际的FRP烟囱采用的铺层构成和厚度，在强度试验中，试样的设计厚度为在FW和HLU情况下分别为12mm和23mm，在耐热性试验和应力松弛试验这两种暴露试验状态下，HLU取3.6mm。试样铺层构成如图3.1-1至图3.1-3所示。　图2-1烟囱概要图3.2试验方法　　强度试验和耐热性试验，以JISK6911热固性塑胶一般试验方法为准，耐热性试验中的试样加热方法，以JISK7212热塑性塑胶的热老化性试验方法（烘焙法）通则为准进行。另外，应力松弛试验以JISK7107塑胶应力松弛法为准进行。3.3试验条件　　试验温度取9

6、8℃和130℃，是实际的大直径FRP内筒的设计排烟温度。另外，由于本发电厂的烟囱对应燃料为LNG，水蒸汽有可能给FRP造成化学性老化，因此，应力松弛试验中的使用环境为水蒸汽环境。另外，在耐热性试验中，还以实际机组的排烟温度超过200℃作为参考进行了试验。表3.3-1为各试验的试验条件。　图3.1-1FW层积构成（静态强度试验、疲劳强度试验）图3.1-2HLU层积构成（静态强度试验、疲劳强度试验）图3.1-3HLU层积构成（耐热性试验、应力缓和试验）表3.3-1试验条件试验名树脂温度℃试验环境成型方法板厚试样数试样/条件

7、强度试验AB2398130空气中FWHLU12235耐热性试验AB98130空气中HLU3.63200应力松弛试验B98130空气中水蒸汽中HLU3.63注：强度试验中的拉伸疲劳强度试验，使用4个以上的试样，重复速度为1.0Hz3.4试验结果　　（1）强度试验结果　　在拉伸强度试验中，无论温度、树脂及板厚是否不同，FRP的强度大体相同，但在弯曲强度试验中，随着温度的上升强度开始下降。另外，温度升高之后，拉伸疲劳强度有降低的倾向，树脂A的降低率（σ0/σ106）比树脂B的降低率要大，但106次之后，两种树脂的拉伸强度基本

8、处于同一水准。图3.4-1至图3.4-3显示了强度试验的结果。图3.4-1拉伸强度（12mm）图3.4-2弯曲强度（12mm）　　（2）耐热性试验结果　　在质量变化方面，树脂A和树脂B均显示了基本相同的性状，在98℃下18个月后约-0.6%，在130℃下18个月后约-1.0%。另外，即使在200℃下12个月后，也看不到因树脂不同产