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4-31 怎样通过计算确定管子爆破时的工作温度？

答：锅炉承压受热面的各种管子，由于各种原因引起过热并造成爆管 时，为了查明过热爆管的原因，经常需要了解锅炉运行时管子的工作温度。

虽然从管子外表的颜色、氧化皮的厚度、爆破口及周围的外观特征，可 以大致估计出管子工作时的温度，但不够精确，误差较大。

如果用拉尔逊一米勒公式，我们可以较精确地计算出损坏管子的工作温 度。拉尔逊一米勒公式为

T(C+l_gτ)＝常数

式中 T---管壁的绝对温度，K;

C---与钢种有关的常数，C≈20;

τ---管子从投入使用到破坏所经历的时间，h。

因为T₁(C+lgτ₁)=T₂(C+lgτ₂)

所以T2=T₁(C+lgτ₁)/C+lgτ₂

在已知的温度T₁工作到发生爆管的运行时间τ₁是已知的，可以从有关 资料中查到，需要计算的管子从投入使用到发生爆管所工作的时间τ₂也是 已知的。将T₁、τ₁和τ₂代人上式就可以求得爆破管子的工作温度T₂。

根据生产实践中的多次验证，用拉尔逊一米勒公式计算出的数据与实际 情况非常接近，对分析和查明事故原因参考价值很大。

4-32 为什么承压受热面管子的爆破口总是轴向的？

答：锅炉承压受热面管子水冷壁管、对流管、过热器管、再热器管及省 煤器管，由于设计不合理、材质不合格或管理操作不当，都有可能因超温引 起过热而造成爆管。水冷壁管布置在温度最高的炉膛内，其热负荷很高，管 内结垢的可能性较大。过热器或再热器内的工质温度是最高的，其壁温在锅 炉受热面中也是最高的，所以水冷壁管、过热器管及再热器管爆管的可能性 最大。

观察管子的爆破口，无论是超温幅度较大引起的短期过热爆管，还是超 温幅度较小引起的长期过热爆管，尽管爆破口的形状和特征不同。但有一点 是相同的，即所有爆破口均是轴向的。

无论是短期过热爆管，还是长期过热爆管，均是因管壁温度超过钢材允 许使用温度、钢材强度降低引起的。当管内工质压力为p时，管子承受的 轴向力为π/4D²_np，管子的环形面积为πD_np（因为管子壁厚比直径小得多， 所以可以用内径D_n代替平均直径D)，因此，管壁承受的轴向应力为

4-33 焊接热应力是怎样形成的？

答：由于焊接时是局部加热的，在垂直于焊缝的方向上各处的温度差别很 大，冷却时温度高的金属收缩量大，但受到温度低的金属的限制，结果在温度 不同的金属中引起应力。焊接时热源是移动的，沿焊缝方向上焊接和冷却就会 有先后之别，先焊的部分凝固后要限制后焊部分的横向收缩，结果在这两部分 金属中都产生应力。由于工件各处温度不同而形成的应力称为热应力。热应力 是焊接应力的主要形式，焊接热应力有时可以达到很大的数值。焊接压应力只 能引起工件变形而不会形成裂纹；而焊接拉应力超过材料的抗拉强度时就会断 裂，形成裂纹。当工件在焊接过程中可以自由伸缩或工件的刚度较小时，工件 的变形使焊接应力显著减少；反之，当工件两端不能自由伸缩或工件的刚度很 大时，由于工件变形很小，工件焊接后就会产生很大的热应力。

为了减少焊接热应力，应尽量使工件在自由状态下焊接，对刚度较大的 工件应采取减小刚度的措施。

4-34 什么是热处理？为什么要进行热处理？

答：将金属或合金的工件加热到一定的温度，在此温度下保持一段时 间，然后以某种速度将其冷却，以改变工件的内部金相结构，从而获得所需 要性能的工艺方法称为热处理。

热处理是充分发挥金属、合金材料的潜力和节约材料的有效途径，是提 高产品质量，延长使用寿命，消除工件焊接后存在的热应力，保证安全生产 的有效手段之一。例如阀杆，在阀门启闭时与填料发生摩擦，虽然用高碳钢 制作阀杆，表面硬度较高，比较耐磨，但是韧性较差，如操作不当容易折 断。如果选用含碳量不太高的钢材作阀杆，阀杆表面进行氮化处理，不但阀 杆的韧性较好而且还由于表面硬度提高，使其寿命成倍增加。为了消除汽 包、集箱焊接后产生的热应力，可以对其进行整体高温回火。为了提高受热 面管子抗氧化和耐腐蚀的能力，延长管子的寿命和减少检修工作量，而又要 避免采用昂贵的耐热合金钢，可以对管子表面进行渗铝热处理。可以采取热 处理的方法提高磨煤机易磨损件的耐磨能力。对于在高温中使用的中碳铬钼 钒钢螺栓进行适当的热处理，可以消除螺栓在运行中产生的脆化现象，使螺 栓的韧性恢复而可以继续使用。

因为热处理有许多独特的功能，所以在锅炉制造和检修维护中得到广泛 运用。

4-35 什么是可焊性？为什么碳钢焊口，当工件的壁厚在 30mm 以上需 要进行热处理？

答：获得优良焊接接头的可能性称为可焊性。

锅炉上应用最广泛的20钢具有良好的焊接性能，一般情况下不需要采 取任何特殊的措施即可获得良好的焊接接头。但是当工件壁厚在30mm以上 时，由于工件的刚度较大，焊接后产生的变形很小，工件内存在较大的热应 力，所以需要进行热处理。消除焊接热应力最好的方法是对工件进行整体高 温高温回火，20钢加热到600~650℃，通常可以消除80%~90％以上的热 应力，但是只有在锅炉制造厂才具备整体高温回火的条件。在锅炉检修中常 采用局部高温回火，将焊口加热到600~650℃，按每毫米厚度保温4~ 5min，然后在空气中缓慢冷却。局部高温回火虽然效果不如整体高温回火 好，但仍可以消除部分焊接应力，并使剩余的焊接应力分布比较平缓，可以 满足生产要求。

4-36 为什么水冷壁管、过热器管、省煤器管不直接焊在汽包或集箱 上，而是焊接在汽包或集箱的管接头上？

答：水冷壁管、过热器管、省煤器管通常不直接焊接在汽包或集箱上， 而是焊接在汽包或集箱的管接头上。虽然20钢的焊接性能很好，在一般情 况下不需要进行热处理。但是对壁厚在30mm以上或刚性较大的部件，为了 消除焊接后存在的残余应力，需要进行热处理。将焊接部件整体高温回火 (20钢加热到600~650℃）是消除残余应力的最好方法。通常可以消除 80%~90％以上的残余应力。锅炉制造厂具有将汽包或集箱进行整体高温回 火的条件。方法是将管接头焊接在汽包或集箱上，经整体高温回火热处理 消除残余应力后再出厂。安装时，再把水冷壁管、过热器管、省煤器管焊接 在汽包和集箱的管接头上。

由于水冷壁管、过热器管、省煤器管和管接头的管壁都比较薄，而且都 是20钢，焊接后残余应力很小，通常不需要进行热处理。即使是过热器或 再热器的高温段采用合金钢，焊接后需要进行热处理，采用通过管接头与汽 包或集箱焊接，在焊缝处进行热处理也比直接焊接在汽包或集箱上方便和 容易。

采用通过管接头的连接方式，不但为锅炉安装提供方便，使施工进度大 大加快，而且焊接应力很小，焊接接头的质量提高，为锅炉安全运行创造了 有利条件。

汽包开孔后，汽包的强度被削弱，如果采用增大汽包壁厚的方法增加汽 包的强度，从经济上看是不合理的。考虑到管接头对汽包开孔有一定的加强 作用，如果采用比所连接的管子壁厚的管接头，可以更有效地增强汽包的强度，从而减少汽包的壁厚。例如，中压炉的水冷壁管通常采用?60x3或?60 x3.5的管子，而汽包相应的管接头为?60x5。

4-37 蒸汽管道的膨胀如何补偿？

答：各种钢材的膨胀性能除1Cr18NiT9i较大外，基本相同。线膨胀系 数随着温度的升高略有增加，但差别并不大。各种钢材每米每升高100℃, 线膨胀量平均约为1.2~1.3mm。蒸汽管道安装时和运行时温差很大，主蒸 汽管最高可达520℃甚至更高。蒸汽管道在锅炉房内的长度也有几十米，向 外供热的蒸汽管道长度可达几千米。因此必须考虑蒸汽管道运行时的膨胀补 偿问题，否则会在管道内产生很大的热应力。

锅炉房内的蒸汽管道，由于长度有限，通常尽量利用管道的本身弯曲形 状补偿其膨胀。利用管道的自然形状补偿膨胀的称为自然补偿器。对外供热 的蒸汽管道，由于比较长，通常采用π型补偿器来补偿其膨胀。为了使管道 按规定的方向膨胀，以充分利用管道自然形状的补偿能力，通常在适当的部 位设置死点。为了充分发挥每个n型补偿器的补偿能力，一般在两个相邻的 π型补偿器之间设置死点，使两个 π型补偿器之间的蒸汽管道的膨胀全部由 相邻的π型补偿器补偿。由于死点受到很大的推力，因此，设置死点的推力 管架的强度要比一般的支承管架大得多。为了增加π型补偿器或自然补偿器 的补偿能力和减少应力，管道安装时要进行冷抗，冷拉量为管道膨胀量的 1/2.

4-38 蒸汽与金属表面间的凝结放热有哪些特点？

答：总的来说，因为凝结放热时热交换是通过蒸汽凝结放出汽化潜热的 方式来实现的，故其放热系数一般较大。凝结放热有两种形式：

(1）蒸汽在金属表面凝结形成水膜，而后蒸汽凝结时放出的汽化潜热通 过水膜传给金属表面，这种方式叫膜状凝结。冷态启动初始阶段蒸汽对汽缸 内表面的放热就是这种方式，其放热系数在4652~17445W/(m²?K）之间。

(2）蒸汽在金属表面凝结放热时不形成水膜的凝结方式叫珠状凝结。冷 态启动初始阶段，由于转子旋转的离心力，蒸汽对转子表面的放热属于珠状 凝结。珠状凝结放热系数相当大，一般为膜状凝结放热系数的15~20倍。

4-39 蒸汽与金属表面间的对流放热有何特点？

答：金属的表面温度达到加热蒸汽压力下的饱和温度以上时，蒸汽与金 属表面的热传递以对流放热方式进行，蒸汽的对流放热系数要比凝结放热系 数小得多。

蒸汽对金属的放热系数不是一个常数，它与蒸汽的状态有很大的关系， 高压过热蒸汽和湿蒸汽的放热系数较大，低微过热蒸汽的放热系数较小。 

4-40 什么叫热疲劳？

答：金属零部件被反复加热和冷却时，其内部产生交变热应力，在此交 变热应力反复作用下零部件遭到破坏的现象叫热疲劳。

4-41 什么叫应力松弛？

答：金属零件在高温和某一初始应力作用下，若维持总变形不变，则随 时间的增加，零件的应力逐渐地降低，这种现象叫应力松弛，简称松弛。

4-42 何谓脆性转变温度？发生低温脆性断裂事故的必要和充分条件是 什么？

答：脆性转变温度是指在不同的温度下对金属材料进行冲击试验，脆性 断口占试验断口5％时的温度，用FATT 表示。含有缺陷的转子如果工作在 脆性转变温度以下，其冲击韧性显著下降，就容易发生脆性破坏。

据有关资料介绍CrMoV钢的FATT为80~130℃。并因热处理工艺不 同致使FATT有所不同，且随高温运行时间的增长，FATT有逐渐升高的 现象。

低压转子的脆性转变温度一般都在0~100℃以下，发生低温脆性断裂 事故的必要和充分条件是：

(1）金属材料在低于脆性转变温度的条件下工作。

(2）具有临界应力或临界裂纹，这是指材料已有一定尺寸的裂纹且应力 很大。