1汽包应力分析

汽包主要有压力引起的机械应力和温度变化引起的热应力。压力产生的机械应力有切向、轴向和径向应力三种，计算公式如下：

由(1)、(2)、(3)式可知，机械应力与其工作压力成正比，因此在设计中通过强度计算来确定汽包的壁厚、直径和选材等，运行中只要控制不超压运行，机械应力的最大值是稳定的。

2汽包热应力的产生

锅炉在启动和停炉过程中，汽包壁内的温度场和传热条件不断变化。当温度变化时，汽包筒体存在着3种温差：内外壁温差(沿壁厚方向存在温度梯度)、上下壁温差(圆周方向的温度不均匀)、纵向温差(长度方向的温度不均匀)。因汽包可自由膨胀，故略往纵向温差的影响。

2.1上下壁温差的产生

升压过程。在升压过程中，汽包内壁温度表现为上部温度高下部温度低。原因分析如下：

a)汽包下部为水空间，上部为汽空间。在锅炉启动过程中，汽侧介质的温度为饱和温度，而水侧介质的温度则低于饱和温度。而且在升温过程中，汽包壁金属温度低于介质温度，形成介质对汽包壁加热。汽包下部为汽水混合物对汽包壁对放逐热，由于凝聚放热系数比对流传热的放热系数要大3～4倍，所以汽包上半部温升比下半部温升快，形成上下壁温差。

b)锅炉启动初期，水循环微弱，汽包内水流缓慢，在炉膛受热较弱的局部甚至出现循环停滞区，使水温明显偏低，而蒸汽在汽包内的蒸汽空间传热相对较均匀，使汽包上下壁温差进一步增大。

c)在升压过程中，汽包上部饱和蒸汽温度与压力是单一关系，压力上升时，温度随着上升。蒸汽空间的蒸汽只能过热不会欠焓。下部水温的上升需要靠介质活动传热，水温上升缓慢。升压速度越快，汽包上下部介质温差越大。

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上部壁温高、下部壁温低。

a)在停炉过程中，水侧介质温度接近于饱和温度，而汽侧介质过热而使温度高于饱和温度。而且汽包壁厚较大，加上表面有良好的保温层，汽包具有较大的蓄热能力。由于汽包向四周介质散热很少，所以停炉过程中汽包的冷却主要依靠水循环。当汽包内介质的压力及相应的饱和温度逐渐降低时，汽包金属对工质放热，由于上部金属对蒸汽的放热系数小于下部金属对水的放热系数，从而使上部温度高于下部温度。降压速度越快，汽包下部温度下降越快，而上部壁温相对下降较慢，造成上下壁温差大。

b)在停炉过程中没控制好汽包水位，频繁地向汽包补进温度较低的水，使上下壁温差进一步增大。

c)在“四管”爆漏的事故处理中，由于降压速度快，同时又不断地大量补水维持汽包水位，造成上下壁温差严重超标。

2.2上下壁温差产生的热应力

汽包热应力计算表明，汽包上下壁温差引起的热应力主要是轴向应力，切向和径向应力与之相比约低一个数目级，故可忽略不计。汽包上部壁温高，金属膨胀量大;下部壁温低，金属膨胀量相对较小。这样就造成上部金属膨胀受到限制，上部产生压缩应力，下部产生拉伸应力。热应力与温差成正比，汽包上下壁温差越大，产生的热应力越大。