煙氣余熱鍋爐啟停過程中的應力損傷風險與控制措施

煙氣余熱鍋爐作為工業余熱回收利用的核心設備，在提升能源利用效率、削減企業運營成本方面起著舉足輕重的作用。不過，在啟停環節中，由于溫度與壓力等參數急劇變化，會產生復雜的熱應與機械應力。倘若應對不當，極容易引發設備應力損傷，致使管道出現裂紋、焊縫開裂、部件變形等問題，這不僅會干擾設備正常運轉，還可能帶來安全隱患。因此，深入探究煙氣余熱鍋爐啟停過程中的應力損傷風險，并制定行之有效的控制策略，具有極為重要的現實意義。

一、應力產生機制及損傷風險分析

（一）啟動過程應力損傷風險

在煙氣余熱鍋爐啟動初始階段，設備各部件溫度較低，而高溫煙氣的輸入會使受熱面迅速升溫。鑒于金屬材料具有熱脹冷縮特性，不同部位的溫度差異會致使熱膨脹不一致，進而產生熱應力。例如，管壁內外表面存在溫差，會使管壁承受較大熱應力。若升溫速率過快，熱應力超出材料的許用應力，就會導致管壁出現裂紋。

與此同時，啟動過程中壓力逐漸升高，也會給設備帶來機械應力。管道、鍋筒等部件承受內壓時，會產生環向和軸向應力。當壓力變化速率過快，機械應力與熱應力相互疊加，進一步提高設備的應力水平，增加了應力損傷風險。

（二）停止過程應力損傷風險

在停爐階段，煙氣余熱鍋爐各部件溫度和壓力逐步降低。與啟動過程相反，此時金屬部件會因溫度下降而收縮。同樣由于各部件冷卻速率不同，會產生較大的溫差應力。以厚壁部件鍋筒為例，其內部熱量不易散發，外部冷卻較快，內外溫差導致內部受拉應力，外部受壓應力。若冷卻過程控制不佳，可能引發鍋筒裂紋。

此外，停爐后若設備內殘留水汽未能及時排出，在低溫環境下可能結冰膨脹，給管道等部件施加額外應力，造成管道破裂等損傷。

二、應力損傷控制措施

（一）優化啟停操作規范

制定科學合理的啟停曲線是控制應力損傷的關鍵所在。在啟動過程中，需嚴格把控升溫、升壓速率。依據設備材質和結構特點，將升溫速率控制在適宜范圍，一般建議不超過 5℃/min，升壓速率不超過 0.1MPa/min 。通過緩慢升溫、升壓，使設備各部件均勻受熱，減少熱應力和機械應力的產生。

在停爐過程中，同樣要控制降溫、降壓速度，避免設備急劇冷卻。并且，停爐后應及時將設備內的水汽排出，防止水汽殘留結冰對設備造成損害。可采用余熱烘干或壓縮空氣吹掃等方式，保證設備內部干燥。

（二）設備結構優化與材料改進

對煙氣余熱鍋爐的結構進行優化設計，比如合理布局受熱面，減少管道的彎曲和突變，降低應力集中現象。采用柔性連接結構，如波紋管膨脹節，用以吸收設備啟停過程中因熱膨脹和收縮產生的位移，緩解應力。

在材料選擇方面，優先選用熱膨脹系數小、抗疲勞性能優良的材料。對于鍋筒、管道等關鍵部件，采用高強度合金鋼，提升設備的抗應力能力。同時，對材料進行表面處理，如噴涂耐高溫、耐腐蝕涂層，增強材料性能，延長設備使用壽命。

（三）加強監測與預警

構建完善的監測系統，實時監測煙氣余熱鍋爐啟停過程中的溫度、壓力、應力等參數。在關鍵部位安裝溫度傳感器、壓力傳感器和應力傳感器，通過數據采集與分析，及時掌握設備運行狀態。

運用先進的監測技術，如紅外熱成像技術，對設備表面溫度分布進行監測，及時察覺溫度異常區域，判斷是否存在應力損傷風險。同時，建立預警機制，當監測參數超過設定閾值時，及時發出預警信號，提醒操作人員采取相應措施，避免應力損傷發生。

三、案例分析

某鋼鐵企業的煙氣余熱鍋爐在一次啟動過程中，由于操作人員未嚴格遵循升溫曲線操作，升溫速度過快，導致過熱器管道出現多處裂紋。事故發生后，企業對鍋爐展開全面檢查，并剖析了應力損傷原因。隨后，企業優化了啟停操作規范，增添了監測設備，嚴格控制升溫、升壓速率。改進之后，該鍋爐在后續的啟停過程中未再出現類似的應力損傷問題，運行穩定性得到顯著提升。

煙氣余熱鍋爐啟停過程中的應力損傷風險不容小覷。通過深入分析應力產生機制，采取優化啟停操作規范、設備結構優化與材料改進、加強監測與預警等一系列控制措施，能夠有效降低應力損傷風險，保障設備安全穩定運行。在實際應用中，企業應結合自身設備特點，持續完善和優化控制措施，提升煙氣余熱鍋爐的運行可靠性與經濟性。