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4-21 为什么当管子因过热胀粗时而焊口部分没有胀粗？为什么处于相 同工况下，管子和焊口的胀粗会出现明显差别？

答：由于各种原因引起承压受热面管子超温时，常会引起管子胀粗。如 果注意观察就会发现，管子的焊口一般不胀粗而前后的管子明显胀粗。

为了确保焊口的强度，通常焊缝的高度比管子外壁高1~2mm。焊缝作 为管子的一部分，因为焊缝部分的截面积比管子截面积大，在管内相同压力 下，焊缝的应力较小。管子的胀粗速度随着应力的增加而加快。因为管子的 应力大，胀粗的速度快，而焊缝的应力小，胀粗速度慢。锅炉大修时需对承 压受热面管子进行全面检查，当管子胀粗超过一定值（如20钢水冷壁管外 径胀粗不得超过5%）时就要更换。也就是说，当管子的焊缝部分还没有明 显胀粗时，管子已经胀粗到需要更换的程度。

4-22 什么是持久强度？

答：在一定的温度下，试样经过一定的时间不发生断裂的最大应力称为 持久强度，用σ^t_D表示。

持久强度是在一定温度和一定应力下材料抵抗断裂的能力，支持时间越 久，则材料抵抗断裂的能力越大。

金属持久强度所反映的是破坏问题，而蠕变极限所反映的是变形问题。 对于锅炉元件来说，允许有少量的变形，即元件的失效主要是破坏而不是变 形。所以，用持久强度进行锅炉高温元件的强度计算更合理更经济。此时在 计算温度下对于拉伸时持久强度（通常为经过1000h引起破坏的应力）的许 用应力为

[σ]≤σ^t_D / n_D

式中 n_D---以持久强度为准的安全系数。

4-23 什么是弹性变形？

答：物体在外力作用下发生变形，如果外力消除后变形也消失，这种变 形称为弹性变形。

在弹性限度内，物体的变形与外力成正比。例如弹簧在外力作用下伸长 或缩短，外力消除后，弹簧又恢复原状，弹簧的变形是弹性变形。锅炉的汽 包、集箱、省煤器管、过热器管和水冷壁管等受压部件，在锅炉压力的作用 下，正常情况下所产生的变形都是弹性变形。

4-24 什么是塑性变形？

答：物体在外力作用下发生变形，如果外力消除后变形不完全消失，物 体的这种变形称为塑性变形，又称为残余变形。例如用铁锤在铁板上敲出一 个坑，或轧钢机将厚钢板轧成薄钢板都是塑性变形的例子。过热器管和水冷 壁管产生的鼓包和胀粗都属于塑性变形。

4-25 什么是受热面的计算温度？

答：金属强度随着温度的升高而降低。例如：20钢在20℃时的基本许 用应力σ_j为15.3kg/mm²，当温度升高到450℃时，σ_j降为6.0kg/mm²。因 此，进行锅炉受压部件的强度计算时，要按承压部件的实际工作温度选用材 料基本的许用应力来确定厚度，这个实际工作温度就是计算温度。

计算温度既不是烟气温度，又不是工质温度，也不是两者的平均温度。 计算温度通常较接近于工质温度。当承压部件不受热时，例如，在炉外的汽 包和省煤器集箱等，工质的温度就是计算温度。承压部件受热时，计算温度 为工质温度加一个温差。温差的大小取决于受热面热负荷的高低和工质侧放 热系数的大小。热负荷高，工质侧放热系数小则温差大；反之，热负荷低， 工质侧放热系数大则温差小。

即使是同一部件，由于工质吸热后温度不断升高，应以最后离开受热面 的温度为工质温度。同时还要考虑受热不均造成个别管子壁温偏高和在不正 常情况下，壁温升高的可能。

受热面管子的计算温度可按以下规定计算：

(1)各种压力下，自然循环的沸腾管q_max<348kW/㎡,t_b=t_bh+60℃;

(2）各种对流式过热器管t_b=t_gr+50℃;

(3）辐射式半辐射式过热器管t_b=t_gr+100℃;

(4）对流式省煤器管t_b=t_bh+30℃;

(5）辐射式省煤器管t_b=t_bh+60℃。 

式中 t_b---管壁温度，℃;
t_bh---计算压力下的饱和温度，℃;
t_gr---过热器出口蒸汽温度，℃。

4-26 为什么各受热面的壁温总是远低于烟气温度而接近于工质温度？

答：锅炉各受热面管外烟气温度，除空气预热器外均较高。例如，炉膛 的平均温度约为1200~1300℃。过热器区的平均烟温约800~900℃。省煤 器区的平均烟温约为500~600℃。但水冷壁管、过热器管和省煤器管的壁 温均远低于烟气温度，而仅比管内工质温度高50~60℃。之所以会出现这 种情况是因为烟气通过管壁将热量传给工质的过程中，存在几个串联的热 阻，而这几个热阻相差很大造成的。传热的基本公式为

由上式可以看出，烟温t₁与过热汽温t₂的温降 △t 由烟气侧温降  △t₁、 灰垢温降 △t_h 和蒸汽侧温降△t₂三个部分组成。同时也可以看出，温降与热 阻成正比。

由此可以看出，壁温之所以远低于烟温而接近工质温度，是因为烟气侧 与灰垢的热阻之和比蒸汽侧热阻大几十倍造成的。空气预热器管的壁温近似 于烟气和空气的平均温度，是因为烟气侧的放热系数a和空气侧的放热系数α₁和空气侧的放热系数α₂大体相当的缘故。

4-27 什么是许用应力？

答：许用应力是某种金属在工作温度（即计算温度）下允许的使用应力。许用应力的大小主要决定于金属的种类和工作温度，工作温度越高，许 用应力越小。

4-28 什么是碳钢的球化和石墨化？

答：碳钢是珠光体、铁素体组织。在珠光体内渗碳体以片状存在，故强 度较高。在高温作用下，渗碳体晶粒逐渐聚集变成粗大的晶粒称为球化。碳 钢在450℃以上就有明显的球化现象。碳钢发生球化以后一般强度降低，塑 性增加，蠕变加速。在碳钢中加入Cr、Mo、V、W等元素可防止球化。

在长期高温作用下，渗碳体发生分解，析出游离石墨。石墨以片状存在 于珠光体内，由于石墨的强度很低，使珠光体内形成空洞，而使金属的强度 降低变脆称为石墨化。碳钢在470℃以上就有明显的石墨化现象，温度越 高，石墨化速度越快，加入能与碳生成稳定化合物的Cr、Ti可避免石墨化。

4-29 过热器管使用的合金钢中各合金元素的作用？

答：过热器是锅炉传热面中壁温最高的部件，因此，制作过热器管的合 金钢应具有抗氧化和抗蠕变能力。碳钢在高温下氧化生成的氧化铁结构松 散，不能阻止氧对氧化层下面的金属进一步氧化，所以碳钢的抗氧化性能不 好。在钢中加入铬Cr、铝Al、硅Si和镍Ni就可以显著提高钢材的抗氧化能力。因为Cr、Al、Si、Ni这些元素在金属内能很快扩散到表面与氧生成 致密的氧化物薄膜，可以有效地阻止氧与薄膜下面金属进一步氧化，所以含 有Cr、Al、Si、Ni元素的钢材抗氧化能力大大提高。

碳钢在400℃以上就要产生蠕变，蠕变的原因是金属在高温下晶粒界面 发生移动。在金属中加入Cr、Mo、V、Mn、W、Ti等合金元素与金属中 的碳生成细小的碳化物，这些碳化物均匀地分布在晶界上，使晶界滑动的阻 力增加，从而使金属的抗蠕变能力显著提高。锅炉过热器常用的材质为 12CrMoV、15CrMoV，其中Cr、Mo、V 3种合金元素就可起到提高金属 抗氧化、抗蠕变能力的作用。

4-30 如何确定水冷壁管和过热器管爆管的原因？

答：水冷壁管或过热器管爆管以后必须查明原因采取对策，才能避免再 发生爆管事故。引起水冷壁管和过热器管爆管的原因很多，外观检查和金相 分析可以帮助确定爆管的原因。

如果爆破口边缘较锋利，有撕裂现象，而周围没有细小的裂纹，则一般 属于短时期高度过热的塑性破坏，水冷壁管的爆破常属于这种情况。当水循 环破坏时，管子得不到良好冷却，而炉膛温度很高，水冷壁管温度迅速升 高，钢材的机械强度急骤降低，可在很短的时间内发生爆管。

如果爆破口较钝，爆破口处没有撕裂现象且爆破口周围有较多的细小的 裂纹，则一般属于长时期过热造成的损坏。过热器爆管常属于这种情况，有 些水冷壁管的爆破也属于这种情况。这是由于水冷壁管的向火侧由于热负荷 较大，管内壁结垢，水冷壁管长期过热造成的。

有时要做金相分析进一步确定管子过热的程度（温度）和过热的时间以 帮助进一步查明爆管原因。