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1汽包应力分析
汽包主要有压力引起的机械应力和温度变化引起的热应力。压力产生的机械应力有切向、轴向和径向应力三种，计算公式如下：
由(1)、(2)、(3)式可知，机械应力与其工作压力成正比，因此在设计中通过强度计算来确定汽包的壁厚、直径和选材等，运行中只要控制不超压运行，机械应力的最大值是稳定的。
2汽包热应力的产生
锅炉在启动和停炉过程中，汽包壁内的温度场和传热条件不断变化。当温度变化时，汽包筒体存在着3种温差：内外壁温差(沿壁厚方向存在温度梯度)、上下壁温差(圆周方向的温度不均匀)、纵向温差(长度方向的温度不均匀)。因汽包可自由膨胀，故略去纵向温差的影响。
2.1上下壁温差的产生
升压过程。在升压过程中，汽包内壁温度表现为上部温度高下部温度低。原因分析如下：
a)汽包下部为水空间，上部为汽空间。在锅炉启动过程中，汽侧介质的温度为饱和温度，而水侧介质的温度则低于饱和温度。而且在升温过程中，汽包壁金属温度低于介质温度，形成介质对汽包壁加热。汽包下部为汽水混合物对汽包壁对流放热，因为凝结放热系数比对流传热的放热系数要大3～4倍，所以汽包上半部温升比下半部温升快，形成上下壁温差。
b)锅炉启动初期，水循环微弱，汽包内水流缓慢，在炉膛受热较弱的局部甚至出现循环停滞区，使水温明显偏低，而蒸汽在汽包内的蒸汽空间传热相对较均匀，使汽包上下壁温差进一步增大。
c)在升压过程中，汽包上部饱和蒸汽温度与压力是单一关系，压力上升时，温度跟着上升。蒸汽空间的蒸汽只能过热不会欠焓。下部水温的上升需要靠介质流动传热，水温上升缓慢。升压速度越快，汽包上下部介质温差越大。
停炉降压冷却过程。在停炉降压冷却过程中，也有很多因素使汽包上部壁温高、下部壁温低。
a)在停炉过程中，水侧介质温度接近于饱和温度，而汽侧介质过热而使温度高于饱和温度。而且汽包壁厚较大，加上表面有良好的保温层，汽包具有较大的蓄热能力。由于汽包向周围介质散热很少，所以停炉过程中汽包的冷却主要依靠水循环。当汽包内介质的压力及相应的饱和温度逐渐降低时，汽包金属对工质放热，由于上部金属对蒸汽的放热系数小于下部金属对水的放热系数，从而使上部温度高于下部温度。降压速度越快，汽包下部温度下降越快，而上部壁温相对下降较慢，造成上下壁温差大。
b)在停炉过程中没控制好汽包水位，频繁地向汽包补入温度较低的水，使上下壁温差进一步增大。
c)在“四管”爆漏的事故处理中，由于降压速度快，同时又不断地大量补水维持汽包水位，造成上下壁温差严重超标。
2.2上下壁温差产生的热应力
汽包热应力计算表明，汽包上下壁温差引起的热应力主要是轴向应力，切向和径向应力与之相比约低一个数量级，故可忽略不计。汽包上部壁温高，金属膨胀量大 ；下部壁温低，金属膨胀量相对较小。这样就造成上部金属膨胀受到限制，上部产生压缩应力，下部产生拉伸应力。热应力与温差成正比，汽包上下壁温差越大，产生的热应力越大。
2.3内外壁温差产生的热应力
汽包内外壁温差的形成主要是在升温过程，介质不断地对汽包内壁加热，内壁温升快 ，外壁温升慢，造成内外壁存在温差，使内壁产生压缩应力，外壁产生拉伸应力。应力计算指出，内外壁温差产生的热应力主要是轴向和切向热应力，而且轴向与切向热应力大小相当，控制汽包内外壁热应力的关键是控制升温速度。
3 汽包热应力的控制措施
汽包热应力的控制实质上就是对汽包上下壁、内壁温差进行控制。
在启、停炉过程中，严格控制升温或降温速度，一般规定升温(降温)速度ω值不得超过(1.5-2.0)℃/min，或100℃/h。由于水和蒸汽在饱和状态下温度和压力之间存在一定的对应关系，所以锅炉启动的升压过程也就是升温过程，通常锅炉在启动时以升压速度来控制其温升速度的大小。但在锅炉启动初期应采用更小的升压速度，因为升压初期汽水饱和温度随压力的变化较大(见表1)，此期间更容易产生较大的壁温差。
图1所示为某台HG-220/100-YM10型锅炉在母管制系统中的冷态启动曲线。从曲线上可以看出：在升压的初始阶段，升压速度很低，在100min内汽压升高仅为0.25MPa。随后锅炉的升压速度逐步有所提高。从图上还可以看出，该锅炉从点火开始直至并汽，总共需要约4.25h。
在升压或降压过程中，若发现汽包上下壁温差超过规定值(50℃)，应减慢升(降)压速度。控制升压速度的主要手段是控制燃料耗量，此外还可以加大旁路阀门的开度进行升压速度控制。启炉时，加强水冷壁下联箱的放水，通过适当放水，用热水替换受热较少的水冷壁及不受热的联箱等部件内的冷水，促使各部位温升均匀，有利于建立正常的水循环，减小汽包壁温差。维持炉膛燃烧稳定，热负荷均匀，并且有一定水平。采用对称投油枪定期切换，或采用多油枪少油量等方法使炉膛热负荷均匀，确保水循环正常。尽量维持较高的给水温度。因为温度低的给水进入汽包，会使下壁温度低，造成上下壁温差大。向汽包补给水时须严密关闭省煤器再循环门，否则，水短路进入汽包造成上下壁温差增大。在有条件的情况下，尽量采用蒸汽加热水冷壁下联箱方法，能加快建立正常水循环。HG-220/100-YM10型锅炉水冷壁下联箱装有加热蒸汽引入管，借助临机抽汽加热锅水，将锅水加热到100℃左右再进行锅炉点火。这样，在锅炉点火以后，水冷壁可以立即开始产汽，大大加快了水循环的建立和稳定。停炉后要避免大量排汽造成降压速度太快，应使汽包缓慢均匀冷却，同时尽量保持汽包高水位。降压后期及停炉后要特别注意控制好汽包水位，尽量避免大量放水、补水使汽包下壁急剧冷却，汽包上下壁温差增大。
在处理“四管”爆漏事故中，尽可能稳定地控制补水量。水冷壁、省煤器爆漏，水位难维持时宜尽快停炉，停炉后可不再向汽包进水。同时停炉后要避免长时间开启烟道挡板造成炉内急剧冷却。
提高设备的检修质量，确保阀门严密。给水门不严密，启、停炉过程中不补水时 ，给水可能直接经省煤器进入汽包；省煤器再循环门不严密，给水会直接漏入汽包 ，使汽包壁局部温度下降；定期排污门不严密，会破坏水循环，同时停炉中漏流，需要补充更多的给水，造成上下壁温差增大；对空排汽门、事故放水门的严密性差也会造成不良影响。
结束语。汽包在长期运行中受交变应力的作用是必然的，在运行中应力对汽包的损害也是长期存在的。因此，除做好预控措施外，还应结合机组的大、小修及临检等工作认真做好检查维护工作，及时发现缺陷、隐患并加以消除。