为什么锅炉汽包温差不能超过50℃？为什么汽轮机上下汽缸温差不能超过50℃？

陈鲜生

为什么锅炉汽包温差不能超过50℃

汽包下半部分有一定量的水，供水冷壁蒸发，上半部分是蒸汽。

锅炉在停炉冷却过程中，由于汽包上半部分接触的是蒸汽，而下半部分接触的是水，所以汽包上半部分冷却速度比下半部分慢，从而汽包上下壁面产生温差。按规定，温差不得超过50度，因此这就使汽压不能急剧下降，否则会导致汽包下部分冷却过快，最终导致汽包上下温差超过50度。为什么规定上下温差不能超过50度呢？ 因为温差大，会造成较大的热应力，同时停炉冷却期间汽包内压还较高，在热应力和内压的共同作用下，可能会出现超过材料许用应力的情况，就会造成汽包损坏。

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锅炉点火升温期间，汽包上下部分同样也存在较大温差，也就存在较大热应力。但此时汽包内压较低，只要升温期间控制汽包上下温差不超过50度，汽包壁面应力仍会在许用范围之内。

可见，汽包在停炉冷却期间，如果压力下降太快，就会导致汽包下壁面降温过快，汽包上下壁面产生热应力比点火升温时更加危险。

1. 受到向上的外力引起。

当受到向上外力而发生弯曲变形时，汽包上半部分受到拉伸；汽包下半部分受到压缩。原理见简图:

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2. 汽包在点火升温或者停炉冷却过程中，热应力过大。

由于上半部分壁面温度大于下半部分壁面温度，汽包上半部分膨胀量大，而下半部分膨胀量小。汽包作为一个整体，这就导致上半部分受到下半部分的限制而不能充分膨胀，结果使上半部分产生了压缩。汽包下半部分在上半部分膨胀量大的影响下，会被上半部分拉伸一起膨胀，结果结果使下半部分产生了拉升。所以：汽包上半部分受压缩，上半部分受拉伸，导致汽包向上弯曲。

可见，同是汽包向上弯曲变形的情况，一个是由外力引起，一个是由热应力引起。

为什么汽轮机上下汽缸温差不能超过50℃

汽轮机启动与停机过程中，很容易使上下汽缸产生温差。通常上汽缸温度高于下汽缸温度。所以，上汽缸热膨胀大于下汽缸。

汽轮机上下汽缸温差过大造成弯曲变形示意图

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上下汽缸温差为什么不允许超过50℃

汽轮机上、下汽缸的温差沿轴向并不一样，其最大值通常出现在调节级附近。通过试验得知，高压气轮机上、下汽缸温差每增加10℃，调节级下部径向间隙 约减少0.1mm左右。高压气轮机隔板汽封径向间隙都较小，一般0.4～0.7mm， 因此上、下汽缸温差常规定不得大于35～50℃。如果超过50℃，就有可能使径 向间隙消失，造成径向动静部分摩擦。汽轮机转子一般为整段转子，同时高压转子的轴封是直接在轴体上加工而成，一旦发生径向动静部分摩擦，会引发大轴弯曲，发生振动，如不及时处理可能会扩大成永久变形。汽缸上下缸温差造成的热变形常是造成今后大轴弯曲的初始原因。另外，过大温差的存在还会使隔板和叶轮偏离正常时所在的垂直平面的现象，使轴向间隙变化，甚至引起轴向动、静摩擦。

汽轮机动静部分图片

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上下温差产生的原因：

1.下汽缸本身重量大于上汽缸，在相同热量下，下汽缸温度就比较低。同时下汽缸布置有抽汽管道和疏水管道，散热面积大，散热快。

2.汽缸内热汽向上运动，经过汽缸金属壁冷却后凝结水流到下汽缸，在下汽缸形成较厚的水膜，增加了蒸汽与壁面的传热热阻，受热条件恶化。如果疏水不良，就会使上下温差大的情况更为严重。

3.当汽轮机调速汽门开启顺序不当或者在空负荷或低负荷运行时，由于部分进汽，也会促使上下温差增大。

4.因停机后新蒸汽的阀门、抽气管道抽气阀门或汽缸注水阀门不严密，向汽缸漏入汽水，或者停机后仍有蒸汽自轴封漏入汽缸，也会增大温差。

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运行注意的问题：

汽轮机在启动过程中，上下汽缸存在一定温差，当蒸汽流量增加到一定数量时（相当于20%～30%的额定负荷），温差才有所减小。所以为了防止热变形，应该改善下汽缸的疏水条件，防止疏水在下汽缸内积存；同时下汽缸也要采用合理的保温，根据情况加厚保温层减少散热，有条件加装挡风板减少空气对流。机组启动和停机过程中，运行人员应正确及时使用各疏水门，减少蒸汽的凝结，严格控制温升速度，高低压加热器与汽轮机同时启动。