? ? 玻璃鋼煙囪作為FRP結構制品近年在化工、冶金等行業廣泛采用，以國內某化工廠FRP煙囪為范例，詳細敘述了該類制品的設計、工藝及制造。
? ? 在工業生產中，人們通過煙囪、排氣筒等向高空排放各種廢氣。用于排放廢氣的煙囪和排氣筒大都存在腐蝕問題，因此以往采用鋼板制的煙囪或是要進行經常的繁瑣的防腐處理，或是壽命極短需經常更換。這不但加重了企業的經濟負擔，并且也因防腐施工和更換施工嚴重地影響企業生產的連續性，從而影響企業的經濟效益。過去曾有用昂貴的蒙古櫟木或不銹鋼作防腐結構，但也沒有更多地延長煙囪的使用壽命。在日本造紙和冶煉業已普遍使用FRP結構作排氣煙囪，FRP煙囪已成為FRP結構的一個重要應用。哈爾濱玻璃鋼研究所從80年代初期開始從事玻璃鋼煙囪的研制，近十多年來為我國的化工、化纖、冶金等行業研制了多個玻璃鋼煙囪，如核工業部404廠國內最大的酸解罐煙囪、東北輕合金加工廠的Φ500 x 36000煙囪等，都取得了良好的經濟效益和社會效益。在此，本文只介紹一下濟南裕興化工廠酸解煙囪的研制情況，因其涉及了FRP煙囪制造過程中的許多普遍間題。
? ??一、基本技術條件
? ? 1.1 結構尺寸
? ? 尺寸要求：圓度偏差：±7.5mm；
? ? 直線度偏差：1 mm/m；
? ? 垂直度偏差：1/1000。
? ? 具體尺寸見下圖。
? ? 1.2 技術要求
? ? 設計壓力（MPa)：煙囪段常壓，彎管段0.3;工作壓力（MPa）：煙囪段常壓，彎管段0.15;設計溫度：瞬間180℃；正常工作溫度：70℃；工作介質：0.65% H2SO4酸性水、酸霧；風載：設計風速25M/S;地震載荷：防震裂度7度。
? ??二、原材料選擇
? ? 根據產品的性能要求選擇具有耐腐性、耐熱性、機械性能好和價格便宜的樹脂做為基體樹脂，下圖列出了幾種樹脂基體的力學性能。
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? ? 原材料是產品性能質量的基礎，根據煙囪性能要求，基體材料既具有耐排氣溫度和耐腐蝕性能，又要具有在大氣中的耐老化，耐侯性。對于增強材料，國產無堿無捻粗紗及其制品已完全可以滿足要求。
? ??三、設 計
? ? 裕興化工廠酸解煙囪的設計包括：結構力學、結構層次、工藝方案設計及其比較和篩選。
? ? 3.1 結構設計
? ? 從兩個方面考慮:(1)根據軸向載荷和風載引起的彎矩進行產品設計；(2)根據煙囪縱向載荷和縱向彎矩來校核煙囪變截面的壁厚。
? ? 玻璃鋼管狀煙囪可視為固支于地上的懸臂梁，承受的載荷主要是風載。風載引起軸向彎矩，得到煙囪的截面應是變截面的。煙囪頂部彎曲應力是零，縱向纖維量只須承受頂部軸向載荷，用量是很少的，依此計算的周向纖維用量是不夠的，因此在煙囪頂部須根據橫向載荷確定最小壁厚。煙囪承受的橫向載荷是風載引起的，風載沿周向的分布不均勻，這個不均勻分布的風載使圓筒形結構受到周向彎矩和周向力，計算周向內力可確定周向纖維用量，即確定最小壁厚。根據煙囪縱向載荷和縱向彎矩的計算來校核煙囪變截面的壁厚，要使煙囪既不發生破壞，也不能因變形過大而不能使用。
? ? 3.1.1 玻璃鋼煙囪設計參數
? ? EL＝36.4 GPa ET=15.2 GPa
? ? GLT=5.4 GPa rLT＝0.3
? ? 纏繞角α＝55。
? ? FL=751 MPa FT=22.9 MPa
? ? τLT＝16 MPa ρ玻璃鋼＝1.9 g/cm3
? ? 3.1.2 設計公式
? ? ?(1)周向力和周向彎矩的計算
? ? 根據《工業民用建筑結構載荷規范TJ9-74》的內載分布計算周向纖維用量，當h/D=7時的各個角度的載荷分布系數。如下圖。
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? ? 假定在各點給出系數的點位承受著集點風載。Pi＝KIq（3.14/12）R式中，KI為各點的風壓系數，q為風壓取微元環。采用卡氏能量法，求得最大周向彎矩為：M MAX＝0.454qR2，最大彎矩出現在迎風點上。
? ? 根據纖維纏繞給定的周向許用應力[σ]，計算最小壁厚為：
? ? t2＝6MMAX/[δ]
? ? （2）縱向彎矩計算
? ? 風載在煙囪上產生的橫向載荷可以寫成Pi=2.3x0.6xV2/16xD
? ? 式中：2.3是動力系數，0.6是體形系數．V為風速，D為管徑。先用等直桿計算的風載，求出最大彎距。載荷最大彎距在底部
? ? M MAX＝Nδ/2＋2.3x0.6xV2/16xDx1/2h2式中，N=（D2~d2）/4xhxρ；δ為允許撓度，按照這一彎距，從彎曲強度可以計算一個底部的壁厚。反回來，由底部管徑增大，風載隨之增大，現頂部管徑以DU表示，底部以DL表示，沿高度作線性變化。載荷、彎距分布下圖。
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? ? 由MMAX＝Nδ/2＋2.3 x 0.6 x V2/16 x（1/3Du＋1/6DL) x h2公式計算煙囪X處的彎距Mx＝N/2＋2.3x0.6 x V2/16 x（1/3Du＋1/6DL) xX2
? ? 校核各截面處的筒壁壁厚。
? ? (3)穩定校核
? ? 臨界力為：Ncr＝3.142 EJ/4h2
? ? 對管形截面，J=3.14 R3t
? ? 經過縱向彎距和臨界力校核，得出煙囪各段壁厚。
? ? 3.2 工藝設計
? ? 3.2.1 鋪層設計
? ? 根據煙囪的使用情況，我們采用以下層次結構：(1)內防腐層：厚3mm，(2)結構層：厚度結構設計確定，(3)耐老化層：lmm。酸解煙囪在底部及彎管處首先接觸罐中放出的高溫氣體，隨著氣體的上升、擴散，氣體的濃度和溫度急劇下降。因此在煙囪的不同部位，我們可以選用不同的材料，組成不同的層次結構，這才是最經濟的。在煙囪直筒的上、中級相對溫度較低，腐蝕介質的濃度也較低，內耐腐蝕層我們選用了酚醛型乙烯基礎樹脂，結構層選用了間苯型聚酯樹脂。煙囪直筒下段集氣器及彎管，我們選用了呋喃樹脂，結構層選用的是雙酚A型乙烯基酚樹脂。
? ? 3.2.2 成型工藝方案
? ? 正確的成型工藝方案也是完成質量優良的產品的關鍵之一，成型工藝的關鍵是要保證產品尺寸精度和生產的可行性，成型直筒段我們主要控制垂直度和橢圓度，集氣器和彎管我們要保證安裝精度。直筒段和集氣器是連續纖維纏繞成型，直筒的圓度由模具精度保證，垂直度要通過在圓筒回轉固化后劃線保證。彎管是由手糊法制造的，其尺寸精度仍然是由模具精度保證，并且在成型后要通過測量彎管各部的形位尺寸來檢驗精度是否滿足要求，由于與煙囪相連接的部件，其位置都是由土建工程方法確定，不可能做到像機加工般的精確。因此在工藝上要考慮現場安裝時的可調整性。
? ? 煙囪各級的連接采用承插式連接，集氣器與底座、與彎管及彎管寫酸解罐間的連接采用法蘭連接。
? ??四、 安 裝
? ? 煙囪的安裝有其特殊性，因此要考慮設計比較適用的工裝。抱干法可節約人力、時間、安全可靠，但是對用戶自己安裝的情況，也可采用常規的方法。總之，我們在設計、制造的過程中，也充分考慮了安裝、運輸問題，給出了確定的吊裝位置。煙囪安裝原則是從下向上逐層安裝，首先將集氣器安裝固定就位，然后將煙囪的直筒段依次從下至上安裝到頂部，直筒段安裝完畢后再進行彎管的聯接安裝，由于為適應現場的位置精度，我們預留了可調的間隙，因此必須由現場技術人員配合安裝。
? ??五、 結 論
? ? 玻璃鋼煙囪具有結構強度高、重量輕、耐腐蝕的優點，其制造工藝簡便，質量容易保證，安裝施工可以用傳統的方法，也可以制造特殊的工裝以提高效率，隨著我國現代化建設發展和環保要求的嚴格化，其應用量將迅速擴大。
