烟气余热锅炉启停过程中的应力损伤风险与控制措施

烟气余热锅炉作为工业余热回收利用的核心设备，在提升能源利用效率、削减企业运营成本方面起着举足轻重的作用。不过，在启停环节中，由于温度与压力等参数急剧变化，会产生复杂的热应与机械应力。倘若应对不当，极容易引发设备应力损伤，致使管道出现裂纹、焊缝开裂、部件变形等问题，这不仅会干扰设备正常运转，还可能带来安全隐患。因此，深入探究烟气余热锅炉启停过程中的应力损伤风险，并制定行之有效的控制策略，具有极为重要的现实意义。

一、应力产生机制及损伤风险分析

（一）启动过程应力损伤风险

在烟气余热锅炉启动初始阶段，设备各部件温度较低，而高温烟气的输入会使受热面迅速升温。鉴于金属材料具有热胀冷缩特性，不同部位的温度差异会致使热膨胀不一致，进而产生热应力。例如，管壁内外表面存在温差，会使管壁承受较大热应力。若升温速率过快，热应力超出材料的许用应力，就会导致管壁出现裂纹。

与此同时，启动过程中压力逐渐升高，也会给设备带来机械应力。管道、锅筒等部件承受内压时，会产生环向和轴向应力。当压力变化速率过快，机械应力与热应力相互叠加，进一步提高设备的应力水平，增加了应力损伤风险。

（二）停止过程应力损伤风险

在停炉阶段，烟气余热锅炉各部件温度和压力逐步降低。与启动过程相反，此时金属部件会因温度下降而收缩。同样由于各部件冷却速率不同，会产生较大的温差应力。以厚壁部件锅筒为例，其内部热量不易散发，外部冷却较快，内外温差导致内部受拉应力，外部受压应力。若冷却过程控制不佳，可能引发锅筒裂纹。

此外，停炉后若设备内残留水汽未能及时排出，在低温环境下可能结冰膨胀，给管道等部件施加额外应力，造成管道破裂等损伤。

二、应力损伤控制措施

（一）优化启停操作规范

制定科学合理的启停曲线是控制应力损伤的关键所在。在启动过程中，需严格把控升温、升压速率。依据设备材质和结构特点，将升温速率控制在适宜范围，一般建议不超过 5℃/min，升压速率不超过 0.1MPa/min 。通过缓慢升温、升压，使设备各部件均匀受热，减少热应力和机械应力的产生。

在停炉过程中，同样要控制降温、降压速度，避免设备急剧冷却。并且，停炉后应及时将设备内的水汽排出，防止水汽残留结冰对设备造成损害。可采用余热烘干或压缩空气吹扫等方式，保证设备内部干燥。

（二）设备结构优化与材料改进

对烟气余热锅炉的结构进行优化设计，比如合理布局受热面，减少管道的弯曲和突变，降低应力集中现象。采用柔性连接结构，如波纹管膨胀节，用以吸收设备启停过程中因热膨胀和收缩产生的位移，缓解应力。

在材料选择方面，优先选用热膨胀系数小、抗疲劳性能优良的材料。对于锅筒、管道等关键部件，采用高强度合金钢，提升设备的抗应力能力。同时，对材料进行表面处理，如喷涂耐高温、耐腐蚀涂层，增强材料性能，延长设备使用寿命。

（三）加强监测与预警

构建完善的监测系统，实时监测烟气余热锅炉启停过程中的温度、压力、应力等参数。在关键部位安装温度传感器、压力传感器和应力传感器，通过数据采集与分析，及时掌握设备运行状态。

运用先进的监测技术，如红外热成像技术，对设备表面温度分布进行监测，及时察觉温度异常区域，判断是否存在应力损伤风险。同时，建立预警机制，当监测参数超过设定阈值时，及时发出预警信号，提醒操作人员采取相应措施，避免应力损伤发生。

三、案例分析

某钢铁企业的烟气余热锅炉在一次启动过程中，由于操作人员未严格遵循升温曲线操作，升温速度过快，导致过热器管道出现多处裂纹。事故发生后，企业对锅炉展开全面检查，并剖析了应力损伤原因。随后，企业优化了启停操作规范，增添了监测设备，严格控制升温、升压速率。改进之后，该锅炉在后续的启停过程中未再出现类似的应力损伤问题，运行稳定性得到显著提升。

烟气余热锅炉启停过程中的应力损伤风险不容小觑。通过深入分析应力产生机制，采取优化启停操作规范、设备结构优化与材料改进、加强监测与预警等一系列控制措施，能够有效降低应力损伤风险，保障设备安全稳定运行。在实际应用中，企业应结合自身设备特点，持续完善和优化控制措施，提升烟气余热锅炉的运行可靠性与经济性。