一个做食品加工的小厂，两台 1 吨的燃气蒸汽锅炉，烟囱原来是砖砌的，前年厂房改造，砖烟囱拆了，换成一根 DN300 的镀锌管，从锅炉房顶出去，高度 12 米，上面加了个防雨帽。

去年冬天，烟囱底部也就是离地一米多的地方，外壁开始起泡掉皮，敲上去发空。今年开春，那个位置锈穿了一个洞，烟气从洞里往外冒，把外墙熏黑了一片。拆下来看，内壁下半段几乎没有锌了，一层黑褐色的硬壳，硬壳下面是一层一层的锈片，像千层饼。

老板问：燃气不是干净燃料吗，烟气怎么会把管子烂穿。

先给结论：镀锌管不能做烟囱。烟囱的工作条件和管道完全不同，管里走的是带酸的高温湿烟气，管外还要承受冷凝和雨淋。锌在烟囱里同时面对高温氧化和酸液溶解，这两个机理一个让锌层变脆剥落，一个让锌层直接溶掉。烟囱的寿命常常只有一到三年，而且坏的位置固定在底部和上半段的冷桥处。

一、烟气不是干净的热空气

天然气的主要成分是甲烷。完全燃烧的产物是二氧化碳和水蒸气，看起来确实干净。

算一下水的量。1 公斤甲烷完全燃烧生成 2.25 公斤水，1 标准立方米甲烷生成 1.6 公斤水。这些水以蒸汽的形式跟着烟气走，烟气里的水蒸气分压很高，水露点在 30 到 60 摄氏度之间。

天然气里还有微量的硫化物，商品气一般加了四氢噻吩做加臭剂，里面带硫。燃烧以后生成二氧化硫，一小部分在高温下氧化成三氧化硫。这个比例很小，通常只有百分之一到百分之五，但三氧化硫的杀伤力极大。

三氧化硫和水蒸气结合生成硫酸蒸汽。烟气里只要含有万分之几的三氧化硫，酸露点就能升到 100 摄氏度以上。燃煤锅炉的酸露点常在 120 到 150 摄氏度，燃气锅炉低一些，但也能到 100 到 120 摄氏度。

这意味着什么？只要烟囱内壁的温度低于酸露点，硫酸蒸汽就在壁上凝结。凝结出来的硫酸浓度随温度变化，在某个浓度区间腐蚀性最强，碳钢在这一段的腐蚀速率可以达到每年一毫米以上。

二、腐蚀最重的位置在 120 度附近

硫酸对钢的腐蚀速率和浓度不是单调关系。浓度很低的时候腐蚀快，浓度升到百分之五十几的时候腐蚀最快，再往上反而慢下来，到百分之七十以上基本稳定。

烟气在烟囱里往上走，一边走一边散热降温。温度从进口的一百多度降到出口的七八十度，壁面上的硫酸浓度也随之变化。某一个温度区间，正好对应腐蚀最快的浓度，这个区间大致在 120 摄氏度附近。

烟囱的腐蚀分布也反映了这一点。进口段温度高，硫酸还没凝结，腐蚀轻；往上几十厘米，温度降到露点以下，开始凝结，腐蚀加重；再往上，酸液被稀释，腐蚀又缓一些。所以烟囱常常是底部往上两三米这一段最薄。

前面那个厂的情况，锈穿的位置在离地一米多，换算成烟囱内部就是进口往上两米左右，正好落在这个区间。

三、锌在烟气里，两条路一起坏

锌在烟囱里的失效，不是单一机理。

第一条路是高温氧化。锌的熔点 419.5 摄氏度，沸点 907 摄氏度，烟囱的温度远不到熔点，但 200 摄氏度以上锌的氧化速度明显加快。烟囱进口段的烟气温度一百多度，管壁温度更高一些，长期在这个温度下，锌层表面不断氧化，从银亮变灰暗，再变成白色的氧化锌粉末。

氧化层不像镀锌层那样和钢结合牢固，它疏松、易脱落。脱落后新鲜锌又暴露，继续氧化。这个过程不需要液态水，干态下就能进行。烟囱的上半段温度虽然低一些，但长期高温加上烟气冲刷，锌层同样在减薄。

第二条路是酸溶解。硫酸冷凝在壁上，pH 在 1 到 3 之间。锌在 pH 小于 6 的环境里是直接溶解的，不生成保护膜。前面讲过的锌的两性特征，在酸性端表现得尤其明显。

这两条路是叠加的。高温让锌层变脆、产生裂纹，酸液顺着裂纹渗进去，从内部溶解。等到外表面看出痕迹，里面的锌层已经大片失效。这就是为什么拆下来的烟囱内壁是黑褐色的硬壳加层状锈片：硬壳是硫酸盐和氧化物，锈片是钢基体的分层腐蚀。

四、外侧也在烂

很多人只盯内壁，忽略了外壁。

烟囱是垂直的薄壁圆筒，内部是热烟气，外部是冷空气，壁温介于两者之间。冬天室外温度零下，烟囱内壁的温度梯度大，外壁温度可能只有十几度，远低于酸露点。

如果烟囱有轻微的渗漏，或者顶部防雨帽设计不当，雨水会顺着外壁往下流。雨水本身不酸，但它会把外壁的锌层慢慢溶掉，同时把空气中的污染物带下来，形成稀酸。

更常见的是冷凝水从顶部往下淌。烟囱出口温度低，烟气在出口附近冷凝，水顺着内壁往下流，如果内壁有砂眼或者焊缝缺陷，水渗到外侧，外壁就开始锈。这种从内往外的锈，外表看是一个鼓包，敲开里面已经空了。

烟囱的支座和拉筋也是薄弱点。支座的焊缝处有热影响区，耐蚀性下降；拉筋和抱箍与筒体的接触面容易积水，形成缝隙腐蚀。这些位置平时看不到，等到发现的时候往往已经很深。

五、温度越高，问题越复杂

燃煤锅炉的排烟温度在 140 到 160 摄氏度，燃气锅炉 80 到 120 摄氏度，冷凝式锅炉能低到 50 到 60 摄氏度。这三个区间对管材的要求完全不同。

燃煤锅炉的烟气含硫高，酸露点高，腐蚀重，同时温度也高。这个工况下镀锌管根本不考虑，常用的是钢烟囱内衬耐酸材料，或者直接用不锈钢。

燃气锅炉的温度低一些，但正因为低，酸凝结得更充分。80 到 120 摄氏度这个区间，正好跨过酸露点，烟囱内壁大部分长度都在凝结区。很多人以为燃气干净，其实燃气锅炉烟囱的冷凝酸量比燃煤还大，因为燃气燃烧产生的水多。

冷凝式锅炉排烟温度 50 到 60 摄氏度，烟气里的水大量凝结，冷凝水是酸性的，pH 常在 3 到 4。这种烟囱必须用耐酸材料，常用塑料或者不锈钢，而且要有冷凝水排放。

温度还带来另一个问题：热胀。12 米高的钢烟囱，从冬天到夏天，壁温变化几十度，筒体的伸缩量是毫米级的。如果两端固定死了，热应力会把焊缝拉裂。烟囱要有滑动支座或者膨胀节，这一点和蒸汽管道是一个道理，镀锌管能走蒸汽吗 里讲过温度和锌层的关系，烟囱是同一个方向的问题，只是介质换成了烟气。

六、那该用什么

小型锅炉的钢烟囱，主流是三种做法。

第一种是碳钢筒体加内衬。筒体用 Q235 或者 Q345 钢板卷制，厚度按高度和风荷载定，内衬做耐酸砂浆、耐酸砖或者玻璃鳞片涂层。这种做法的优点是筒体强度高、造价可控，缺点是内衬施工质量难保证，涂层有针孔就从一个点开始烂。

第二种是不锈钢。304 在低温烟气下能用，含硫高或者有氯的场合用 316L，条件更苛刻用双相不锈钢。不锈钢烟囱壁薄、重量轻、施工快，缺点是造价高，而且薄壁不锈钢对热胀和振动敏感，支架间距要密。

第三种是非金属。玻璃钢烟囱耐腐蚀、重量轻，用在化工和湿法脱硫后面比较多；塑料烟囱用在冷凝式锅炉上，耐酸但不耐温，排烟温度必须低。

选择的时候看三个参数：排烟温度、含硫量、是否冷凝。温度高于酸露点、含硫低，碳钢加涂层可以；温度低于酸露点、长期冷凝，必须用不锈钢或者非金属。

烟囱的附件也要配套。顶部要有防雨帽，防止雨水倒灌；底部要有冷凝水排放口和排酸管，把冷凝水引到中和池；检测孔要留，方便测烟气成分和温度；避雷针和接地要按防雷规范做，钢烟囱本身就是接闪器的一部分。

七、已经用了镀锌管烟囱，怎么处理

第一件事是测厚。用超声测厚仪沿烟囱高度分几个截面测，每个截面测四个方向。把数据记下来，找出最薄的位置。剩余壁厚低于原厚度一半的段，不要再补，直接换。

第二件事是查漏。停机的时候在烟囱内壁刷一层石灰水或者滑石粉，重新点炉运行一段时间，哪里先变色哪里就是渗漏点。这个办法简单，比用仪器找漏快。

第三件事是改排水。烟囱底部加集水斗和排酸管，把冷凝水引出来。很多镀锌管烟囱坏在底部，就是因为冷凝水积在底部排不掉，长期泡着。

第四件事是换。如果烟囱已经运行两年以上、测厚发现明显减薄，建议整体换成不锈钢或者碳钢加内衬。分段换的性价比不高，因为烟囱是个整体，上下段的腐蚀条件差不多。

换的时候顺便把高度核一遍。烟囱高度不够，烟气扩散不好，容易被环保监测抓到；高度太高，造价和风荷载都上去了。高度的算法按锅炉房设计规范和大气污染物排放标准走，不是拍脑袋定的。

还有一个细节：新烟囱的焊缝要全焊透，焊完做煤油渗透或者气密性试验。烟囱是负压运行，焊缝有砂眼就往外漏风，漏风的地方温度低，酸凝得更厉害，先从这里烂。焊缝的防腐处理和管道一样，镀锌管接法兰，焊完怎么补锌 里讲的补锌原则可以用，但烟囱内壁不建议用富锌漆，要用耐酸涂料。

八、采购和验收

烟囱采购，第一项写排烟参数：烟气温度、含硫量、含水量、是否连续运行。这几个参数决定材质和厚度。

第二项写高度和直径。高度由环保要求定，直径由烟气流速定，一般取 10 到 15 米每秒，太低容易积灰，太高阻力大。

第三项写材质和厚度，不锈钢要写牌号，碳钢要写涂层体系，涂层的道数和干膜厚度都要写。

第四项写附件：防雨帽、检测孔、冷凝水排放、避雷针、爬梯、航空障碍灯。这些附件单看都不贵，漏了一项就得二次登高。

第五项写验收：焊缝检测比例、涂层测厚、整体垂直度、气密性试验。烟囱是高空构筑物，验收不严，后期维修的成本是安装的好几倍。

小锅炉的烟囱看起来简单，实际涉及钢结构的强度、稳定、防腐、防雷几个专业。把参数一次写清发到钢管动力，做钢烟囱的、做不锈钢烟囱的、做内衬的都能看到，报价才有比对的基础。

数据来源：来自公开网络。

钢管动力，关联公众号：钢标控。