煙氣余熱鍋爐作為工業(yè)余熱回收利用的核心設(shè)備，在提升能源利用效率、削減企業(yè)運(yùn)營成本方面起著舉足輕重的作用。不過，在啟停環(huán)節(jié)中，由于溫度與壓力等參數(shù)急劇變化，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的熱應(yīng)與機(jī)械應(yīng)力。倘若應(yīng)對(duì)不當(dāng)，極容易引發(fā)設(shè)備應(yīng)力損傷，致使管道出現(xiàn)裂紋、焊縫開裂、部件變形等問題，這不僅會(huì)干擾設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，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(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)，并制定行之有效的控制策略，具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)制及損傷風(fēng)險(xiǎn)分析

（一）啟動(dòng)過程應(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)

在煙氣余熱鍋爐啟動(dòng)初始階段，設(shè)備各部件溫度較低，而高溫?zé)煔獾妮斎霑?huì)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(huì)致使熱膨脹不一致，進(jìn)而產(chǎn)生熱應(yīng)力。例如，管壁內(nèi)外表面存在溫差，會(huì)使管壁承受較大熱應(yīng)力。若升溫速率過快，熱應(yīng)力超出材料的許用應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致管壁出現(xiàn)裂紋。

與此同時(shí)，啟動(dòng)過程中壓力逐漸升高，也會(huì)給設(shè)備帶來機(jī)械應(yīng)力。管道、鍋筒等部件承受內(nèi)壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生環(huán)向和軸向應(yīng)力。當(dāng)壓力變化速率過快，機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力相互疊加，進(jìn)一步提高設(shè)備的應(yīng)力水平，增加了應(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)。

（二）停止過程應(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)

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(dòng)過程相反，此時(shí)金屬部件會(huì)因溫度下降而收縮。同樣由于各部件冷卻速率不同，會(huì)產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力。以厚壁部件鍋筒為例，其內(nèi)部熱量不易散發(fā)，外部冷卻較快，內(nèi)外溫差導(dǎo)致內(nèi)部受拉應(yīng)力，外部受壓應(yīng)力。若冷卻過程控制不佳，可能引發(fā)鍋筒裂紋。

此外，停爐后若設(shè)備內(nèi)殘留水汽未能及時(shí)排出，在低溫環(huán)境下可能結(jié)冰膨脹，給管道等部件施加額外應(yīng)力，造成管道破裂等損傷。

二、應(yīng)力損傷控制措施

（一）優(yōu)化啟停操作規(guī)范

制定科學(xué)合理的啟停曲線是控制應(yīng)力損傷的關(guān)鍵所在。在啟動(dòng)過程中，需嚴(yán)格把控升溫、升壓速率。依據(jù)設(shè)備材質(zhì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(shè)備各部件均勻受熱，減少熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的產(chǎn)生。

在停爐過程中，同樣要控制降溫、降壓速度，避免設(shè)備急劇冷卻。并且，停爐后應(yīng)及時(shí)將設(shè)備內(nèi)的水汽排出，防止水汽殘留結(jié)冰對(duì)設(shè)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(shè)備內(nèi)部干燥。

（二）設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料改進(jìn)

對(duì)煙氣余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，比如合理布局受熱面，減少管道的彎曲和突變，降低應(yīng)力集中現(xiàn)象。采用柔性連接結(jié)構(gòu)，如波紋管膨脹節(jié)，用以吸收設(shè)備啟停過程中因熱膨脹和收縮產(chǎn)生的位移，緩解應(yīng)力。

在材料選擇方面，優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、抗疲勞性能優(yōu)良的材料。對(duì)于鍋筒、管道等關(guān)鍵部件，采用高強(qiáng)度合金鋼，提升設(shè)備的抗應(yīng)力能力。同時(shí)，對(duì)材料進(jìn)行表面處理，如噴涂耐高溫、耐腐蝕涂層，增強(qiáng)材料性能，延長設(shè)備使用壽命。

（三）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警

構(gòu)建完善的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙氣余熱鍋爐啟停過程中的溫度、壓力、應(yīng)力等參數(shù)。在關(guān)鍵部位安裝溫度傳感器、壓力傳感器和應(yīng)力傳感器，通過數(shù)據(jù)采集與分析，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

運(yùn)用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，如紅外熱成像技術(shù)，對(duì)設(shè)備表面溫度分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)察覺溫度異常區(qū)域，判斷是否存在應(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，建立預(yù)警機(jī)制，當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)超過設(shè)定閾值時(shí)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒操作人員采取相應(yīng)措施，避免應(yīng)力損傷發(fā)生。

三、案例分析

某鋼鐵企業(yè)的煙氣余熱鍋爐在一次啟動(dòng)過程中，由于操作人員未嚴(yán)格遵循升溫曲線操作，升溫速度過快，導(dǎo)致過熱器管道出現(xiàn)多處裂紋。事故發(fā)生后，企業(yè)對(duì)鍋爐展開全面檢查，并剖析了應(yīng)力損傷原因。隨后，企業(yè)優(yōu)化了啟停操作規(guī)范，增添了監(jiān)測(cè)設(shè)備，嚴(yán)格控制升溫、升壓速率。改進(jìn)之后，該鍋爐在后續(xù)的啟停過程中未再出現(xiàn)類似的應(yīng)力損傷問題，運(yùn)行穩(wěn)定性得到顯著提升。

煙氣余熱鍋爐啟停過程中的應(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)不容小覷。通過深入分析應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)制，采取優(yōu)化啟停操作規(guī)范、設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化與材料改進(jìn)、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警等一系列控制措施，能夠有效降低應(yīng)力損傷風(fēng)險(xiǎn)，保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身設(shè)備特點(diǎn)，持續(xù)完善和優(yōu)化控制措施，提升煙氣余熱鍋爐的運(yùn)行可靠性與經(jīng)濟(jì)性。