锅炉汽包热应力的产生及控制

《锅炉汽包热应力的产生及控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、甘肃电力技术15锅炉汽包热应力的产生及控制李玉瑞杨占君彭福山赵永生(甘肃电投永昌发电有限责任公司甘肃省金昌市7371O9)【摘要】就锅炉汽包壁温度变化引起的热应力进行了简单讨论，初步分析了汽包在实际运行过程中上下壁、内外壁温差产生的原因，温差引起的热应力的产生过程和热应力对汽包寿命的各种影响因素，介绍了热应力的计算公式，提出了控制汽包温差的措施，以保证汽包安全运行．【关键词】锅炉汽包热应力的产生及控制寿命1概述随着时间而有所下降，在应力与腐蚀介质的长期作用下，有可能引起应力腐蚀。众所周知，汽包是电站锅炉的重要组件。由于(2)在

2、锅炉启动、停运及负荷变化过程中，汽其体积大、内部组件多、外部连接管件复杂，使得包的温度场会发生周期性变化，继而引起汽包热应汽包在运行过程中产生的温差和热应力很复杂，如力发生周期性变化。在长期的交变应力作用下，将果在使用中对汽包的操作、使用或管理不当则会进会引起材料的疲劳损伤，汽包壁就容易在母材制造一步增加汽包的上下壁、内外壁温差，也会进一步或结构缺陷处、焊缝与母材结合的薄弱部位以及其复杂化汽包的热应力。那样会使汽包的热应力和机它引起应力集中的部位形成裂纹源，当裂纹源失稳械应力等产生的综合应力在汽包局部区域的峰值接就会迅速扩展，

3、裂纹扩展到一定程度时汽包将受到近或超过汽包材料的屈服强度，汽包壁就容易在母破坏。材制造或结构缺陷处、焊缝与母材结合的薄弱部位(3)汽包应力峰值超过屈服强度的数值越大，以及其它引起应力集中的部位形成裂纹源，当裂纹塑性变形区就越大，达到低周疲劳破坏的循环周数源失稳就会迅速扩展，裂纹扩展到一定程度时汽包越少，即应力每循环一次的寿命损耗增大。将受到破坏。锅炉汽包实际运行中所承受的应力十分复杂，3汽包壁温差产生原因及热应力分析而主要应力是由压力引起的机械应力和温度变化引锅炉启动、停运及负荷变化过程中，汽包壁内起的热应力，其中机械应力与其

4、工作压力成正比，的温度场和传热条件不断变化。当温度变化时，汽在设计中通过强度计算来确定汽包的壁厚、直径和包筒体存在着3种温差，即内外壁温差(沿壁厚方选材等，运行中只要控制不超压运行，机械应力的向存在温度梯度)、上下壁温差(圆周方向的温度最大值是比较稳定的。本文仅就因汽包壁温度变化不均匀)、纵向温差(长度方向的温度不均匀)。引起的热应力进行简单讨论，浅析汽包壁温差大的由于在实际运行中汽包在轴向可自由膨胀，故可略原因，并提出控制方法。去纵向温差的影响。2应力对汽包寿命的影响3．1上下壁温差的产生3．1．1升压过程(1)由于实际工作

5、中汽包内水质是不稳定的，在升压过程中，汽包内壁温度表现为上部温度水中的腐蚀介质不可能完全杜绝，材料在接近塑性高于下部温度，其产生的原因主要有：变形或局部塑性变形下长期工作，其抗腐蚀性能将1)锅炉在启动过程中，水冷壁管内的自然循环16锅炉热汽包应力的产生及控制还不正常，汽包内汽侧的介质温度为相应压力下的汽包水位又不断大量补水，就会在短时间内造成汽饱和温度，水侧的介质温度低于饱和温度，而且位包上下壁温差严重超标。于汽包上半部空间内的饱和蒸汽遇到较冷的汽包壁3．2上下壁温差产生的热应力时将发生凝结放热，位于汽包下半部的水与其壁的根据

6、相关资料可知，汽包上下壁温差引起的热换热以自然对流为主。由于凝结放热系数比自然对应力主要是轴向应力、切向和径向应力与之相比约流放热系数大得多，所以汽包上半部金属的温升速低一个数量级，故在此可忽略不计。汽包上部壁温度比下半部快，这就使得锅炉在启动过程中，汽包高，金属膨胀量大，下部壁温低，金属膨胀量相对上半部金属温度高于下半部金属温度，形成了上下较小，这样就造成上部金属膨胀受到限制，上部产壁温差。生压缩应力，下部产生拉伸应力。热应力与温差成2)锅炉在启动初期，水循环微弱，汽包内的水正比，汽包上下壁温差越大，产生的热应力越大。流缓慢

7、，在炉膛受热较弱的局部甚至会出现循环停3．3内外壁温差产生的热应力滞区域，使水温明显偏低，而蒸汽在汽包内的蒸汽汽包内外壁温差的形成主要是在升温过程，介空间传热相对较均匀，这就导致了汽包上下壁温差质不断地对汽包内壁加热，内壁温升快，外壁温升进一步增大。慢，造成内外壁存在温差，使内壁产生压缩应力，3)在升压过程中，汽包上部饱和蒸汽温度与压外壁产生拉伸应力。而内外壁温差产生的热应力主力是单一关系，压力上升时，温度跟着上升。蒸汽要是轴向和切向热应力，且轴向与切向热应力大小空间的蒸汽只能过热，而不会欠焓。下部水温的上相当。控制汽包内外壁

8、热应力的关键是控制升温速升需要依靠介质流动传热，水温上升缓慢。升压速度。度越快，汽包上下部介质温差越大。4汽包热应力的计算与实际应力分析3．1．2停炉降压冷却过程在停炉降压冷却过程中，也有很多因素使汽包汽包温度场变化有三种情况：稳定温度场、匀上部壁温高于下部壁温，其产生的原因