摘要：汽包是锅炉的结构组成，使用的时候操作不流畅，管理不合理，都会让上下、内外壁的温差和热应力过大。本文对电站锅炉汽包热应力进行了讨论，详细分析了产生温差的原因、热应力的产生过程，对汽包的寿命影响因素，提出了电站锅炉汽包热应力的控制措施，确保锅炉汽包的安全运行。
关键词：电站锅炉；汽包热应力；控制措施
1 引言
汽包是锅炉的结构组成，使用时，操作不流畅，管理不合理，会出现温差与热应力。热应力与机械应力在局部区域相互发力，产生一定的峰值，与汽包材料的屈服强度无限接近，汽包壁会出现裂痕，随着扩展程度的加大，汽包会被破坏掉。本文就锅炉汽包热应力的产生做出了分析，并提出了一定的控制措施。
2 有关于汽包热应力的分析
在锅炉的启动和停炉时，会有两种应力对锅炉进行作用，机械应力和热应力。机械应力与汽包工作压力成正比，但只要在工作过程中，没有出现超压现象，那么机械应力也不会产生相应的变化。热应力会受到其它因素的影响，类似于传热条件与温度场，从而发生变化。
2.1汽包壁温差是如何产生的
锅炉在启动开始作业和最终停止的那一刻，汽包温度场会受到一定的影响。锅炉在正常的运行过程中，汽包的温度场基本处在稳定的状态，形成的温差也会渐渐的减小。所以在锅炉的启停过程中，会产生汽包壁的温差，不同的状态，所形成的温差就是不同的，汽包在过程中是易受影响的存在。
2.1.1 汽包温差与锅炉上水
在锅炉上水这一作业流程中，除氧器给水进入汽包，首先接触的是汽包的下壁，让汽包的水位以下的下壁温度最先得到上升，而在这种情况下，上壁没有能够与给水进行接触，进行换热，壁温的上升速度缓慢，那么汽包下壁的温度与上壁温度就会形成严重的偏差，产生温差。与此同时，给水进入汽包后，内壁温度会发生变化，同时汽包壁外部接触到环境，表面温度的变换与内壁温度变化相对比，温度升高的较慢，从而内外壁的温差就此形成了。所以在锅炉上水时，会有一定的汽包温差产生，给水的进入与上下壁温差、内外壁温差的产生有着非常直接的关系。
2.1.2汽包温差与锅炉升压
锅炉点火后，开始升压，燃料少，产生温差大，会出现水冷壁受热严重不均的情况。汽包内部，水流动会产生相关变化，对汽包下壁产生作用。汽包的上壁是接触到饱和蒸汽，压力升高，两者发生作用会产生凝结放热现象。蒸汽凝结，放热系数会发生巨变，上壁的温度难以达到饱和。汽包的上壁温度与下壁温度，形成了一定的温差。汽包的升压与饱和温度的变化是成正比的，汽包升压越快，饱和温度升高就越快，与此同时产生的温差就越大。
2.1.3 汽包温差与停炉冷却过程
停炉冷却的过程与汽包温差，内部工质进行冷却，随着冷却过程的发生，炉水压力和饱和温度都会产生变化。汽包下壁让炉水放热，会很快冷却。汽包上壁与蒸汽接触，开始降压，产生放热系数低，金属冷却慢，导致上壁与下壁发生温度变化，形成温差。降压的速度是与温差的形成成正比的，速度越快那么温差也就越大。汽包的内壁在冷却中，温度逐渐降低，外壁因保温材料的包裹，产生绝热，温度的变化慢，外壁与内部发生温度变化，形成温度差。
2.2 热应力与上下壁温差
汽包热应力通过计算表明，汽包上下壁温差引起热应力，与轴向应力是密切相关的。切向和径向应力所带来的影响相对较少，可以完全忽略不计。汽包上壁的温度相对偏高，金属产生的膨胀量就会越大；而下壁产生的金属膨胀现象是完全相反的，当然与温度密切相关的，下壁温度低，那么金属膨胀量相对较小。这样的话，上部金属膨胀应受到限制产生压缩应力，下部的话会产生拉伸应力。热应力与形成的温差是成正比的，所以汽包上下壁温差越大，那么相对应的热应力也会越大。
2.3 内外壁温差产生的热应力
升温时，介质对汽包内壁产生作用，内壁与外壁都会发生温度变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆内壁的温度升的很快，外壁的温度升的慢，形成内外壁的温差，内壁与外壁都会有相应的应力产生，应力方向也是有多种呈现的。
3 汽包应力分析与寿命
3.1 相关应力的分析
一般情况，由于汽包上下壁温度是没有多大差距的，但形成的应力一个较小，一个偏大。机械应力与热应力是非常接近的，所以形成的拉伸、压缩应力，一个较小，一个偏大。汽包的材质一般采用的是钢材，它的塑性非常好，合成应力增加到一定的程度时就不会再增加，开始吸收。汽包壁不会立即发生变化，但是会慢慢的产生质变，导致汽包的工作寿命受到了威胁。这样汽包就遭到了严重的破坏。
3.2 应力对汽包寿命的影响
a）材料在长期工作的情况下，材质会在性能上发生变化。尤其是在塑性变形的时候。类似于抗腐蚀能力会慢慢的退化，导致相关作用力也存在被腐蚀的风险，那么汽包的寿命就受到了非常严重的威胁，不利于整个电炉的运行自如。
b）锅炉不管在启动工作还是停止运动，还是转变负荷时，汽包应力都会产生一定的变化。不断的变化，导致锅炉异常疲劳，疲劳累积造成了对电炉的破坏。长期应力的作用，让汽包壁产生裂痕，这样慢慢的过大，汽包也会有被破坏的风险。
c）汽包应力峰值会对塑性变形产生影响。塑性变形是根据数值来决定的，而塑性变形与低周疲劳破坏是有一定关系的，在不断的变化中，相关作用力会出现巨大的损耗，那么会直接导致电炉的寿命缩短
4 汽包热应力产生的控制措施
锅炉在开始或者停止工作时，温度会发生变化，会产生热应力。对于热应力如果没有做到合理的控制，那么会让锅炉在操作运行中疲劳，慢慢出现裂痕，严重的会导致变形，汽包会遭到破坏。因此在锅炉运行时，必须从以下几个方面进行控制：
a）在升、停炉过程中，升降温必须严格的进行控制，温度掌控在1.5℃/min内。但是锅炉刚刚启动时必须作为特别情况对待，必须选择更小的升温速度。升压刚刚开始的时候，饱和温度会随压力的变化而变化，在变化中会形成一定的温差。在升压或降压时，若发现汽包上下壁温差超出了规定值的范围，那么就要在速度上进行调整，将速度减慢。
b）升炉时，对下联箱进行放水，适当放水，进行替换。水冷壁受热少，联想不受热中的冷水得到替换，可以让各部位的温升达到均匀，促进正常水循环的建立，从而让汽包壁形成的温差减小。
c）燃烧要保持稳定和均匀。根据不同的方法，总结好的经验，让炉膛的热负荷控制在一定的标准之内，确保水循环的工作顺畅。
d）必须根据标准控制给水的温度，让它维持平衡。低温给水，会与下壁发生作用，下壁的温度降低，导致上下壁会形成温差。
e）汽包补给水使出现的水短路现象会让上下壁的温差变大，所以一定要确保省煤器再循环门是严密关闭的。
f）停炉后会产生大量的排气，那么降压速度会受到影响，速度可能会突然变快。所以要让汽包的水位保持一定高度，避免这一情况的发生。
g）降压后期及停炉后不要大量放水、补水，这样会导致汽包下壁迅速冷却，造成上壁温差扩大，所以一定要将汽包水位控制好。
5 结束语
汽包的长期运行，会有受交应力的作用，汽包不断的作业，产生疲劳，造成破坏，是无法避免的。因此在运行过程中，一定要做好控制措施，在检修期也必须严格检查，对于出现的问题要认真解决，消除隐患。
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论文作者:官招松
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
标签：汽包论文; 温差论文; 应力论文; 锅炉论文; 温度论文; 热应力论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第17期论文;