承压部件热应力

《承压部件热应力》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、启动应力启动应力：指锅炉启动、停运与变负荷过程启动分离器和末级过热器出口联箱的应力。机械应力+温度不均匀引起的热应力+内部介质重量等引起的附加应力=启动应力应力可分为主体膜应力和峰值应力两种。峰值应力是承压部件的局部应力，由不均匀温度及结构等因素产生的，它比主体膜应力大2～4倍。峰值应力使承压部件局部材料屈服，引起应力再分配，最大应力达到屈服限，在静态时不构成危害。但是，对波动的峰值应力，到了一定的波动次数后，材料会脆性破坏。一、机械应力承压部件内外直径比在1.2范围内，属于薄壁容器。超过1.2属于厚壁容器。薄壁容器在

2、内压力的作用下只是向外扩张而无其他变形。承压部件的纵横断面上只有正应力无剪应力。任一点有三个方向的应力，沿圆筒切线方向的切向应力为，沿圆筒轴线方向的轴向应力为，沿圆筒直径方向的径向应力为，其计算式为σ1=PDn/2SMPa(1)σ2=PDn/4SMPa(2)σ3=-PMPa(3)式中p——内压力，MPa；Dn——汽包内径，mm；S——汽包壁厚，mm。二、热应力1.热应力概念金属膨胀变化受到限制时会产生很大的应力，称为热应力。2.启动过程热应力锅炉启动过程工质温度逐渐升高，承压部件被加热，其壁内温度变化如图(1)所示。承

3、压部件是一个整体，其各部位间无相对位移的自由，因而内壁受到压缩、外壁受到拉伸。3，停炉降压过程热应力工质与金属之间形成的温差使金属蓄热释放。降压过程外壁温度高于内壁温度(假定承压部件保温很好，对环境散热近似为零)。因此，降压过程外壁产生压缩热应力、内壁产生拉伸热应力。4.热应力近似计算内外壁温差热应力。内外壁温差热应力，内壁切向应力最大。对于内壁加热，可近似表示为σnw=αE*Δt1-0/(1-μ)MPa(4)式中μ——泊桑系数，＝0.25～0.33；Δt1-0——汽包内壁表面至中心线x—x间的温差，热应力等于零的线称

4、为中心线x-x是在假定承压部件是平板，周边固定不能扭转的条件下得到的。承压部件进水是欠热水，内外壁温差使内壁产生压缩应力。为了减小热应力σnw，进水应限制内外壁温差及减小Δt1-0。限制进水温度和进水速度，后者可缩小。部颁《锅炉运行规程》指出，锅炉进水温度不大于100℃，进水时间中压锅炉夏季不小于1h，冬季不小于2h，高压及以上压力锅炉夏季不小于2h，冬季不小于4h。三、承压部件进水应力分析及进水方法进水时无内压力，热水加热内壁，引起内外温差，管孔与管头之间的温差。这些温差都会引起热应力。因此，进水时应力主要是热应力。

5、用105℃除氧水作为锅炉进水，它流过管道系统、省煤器入汽水分离器，水温约70℃。应注意水品质要符合标准。有的电厂用低温水(25℃)进水，进水速度不受限制，可大大缩短进水时间。低温进水必需用化学纯水联胺除氧，并用氨水(NH3H20)控制pH值。采用低温进水虽然进水时间缩短，但用于加热锅水的时间增长了。四、超临界锅炉升压汽包应力分析应力=机械应力+热应力。内压力产生机械应力，汽包壁温不均产生热应力。汽水分离器局部较大峰值应力常发生在汽水混合物喷嘴边缘处。五、低周疲劳破坏低周疲劳破坏：承压部件最大值不大于屈服限，如果承受是周

6、期性的峰值应力，则在周期性塑性应变下将使材料断裂破坏的现象。达到低周疲劳破坏的应力循环总次数称为寿命，运行中应力循环次数占寿命的百分数称为寿命损耗。ASME给出一个临界值，对于材料屈服限为≤552MPa的承压部件，应力循环次数超过1000次，都应对部件进行低周疲劳分析。关于应力循环次数有以下定义：(1)锅炉启动停运一个循环为一次。(2)压力波动范围在数值上超过设计压力值20％算一次。(3)任何相邻两点，因温度变化产生温差，不同温差值折算成次数，29～55°C应力循环一次56～83°C应力循环2次84～139°C应力循环

7、4次140～194°C应力循环8次195～250°C应力循环12次~250°C应力循环20次六、承压部件应力控制1.原则锅炉启停过程应力安全原则有以下几项：(1)机械应力要符合最大剪应力强度理论条件。(2)峰值应力超过屈服限时发生局部塑性变形，吸收超过屈服限部分的应力，但是不会造成静态破坏。(3)峰值应力会产生低周疲劳与寿命损耗。降低峰值应力值可减少低周疲劳损耗。其关键是减小热应力。热应力是由金属温差产生的，减小金属温差的基本方法是促使工质流动、均匀炉水温度和限制升温速度。(4)材料屈服限大于552MPa，峰值应力循环

8、次数小于1000次，可不考虑汽包低周疲劳损耗。2.控制升压速度承压部件内工质处于饱和状态，故升压速度就是升温速度。启动初期压力低，工质温度随压力变化大，并且水循环尚未稳定，故应适当降低升压速度。水循环稳定后，压力大于0.9～1MPa，可适当提高升压速度。锅炉启动可按事先制定的升压曲线进行升压。制订升压曲线方法，先依据50℃／h升温