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新型火力发电厂大直径玻璃钢烟囱的设计
火力发电厂的玻璃钢烟囱材料一般为钢材,作为钢材的替代品,FRP(Fiberglass Reinforced Plastics)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 玻璃钢烟囱概况
玻璃钢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。FRP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(Liquid Natural Gas)为燃料,以ACC(Advanced Combined Cycle)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℃。
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,考虑到实际的FRP玻璃钢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。
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JIS K 7212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JIS K 7107塑胶应力松弛法为准进行。
3.3 试验条件
试验温度取98℃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。
(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处于同一水准。
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