1汽包應力分析
汽包主要有壓力引起的機械應力和溫度變化引起的熱應力。壓力產生的機械應力有切向、軸向和徑向應力三種，計算公式如下：
由(1)、(2)、(3)式可知，機械應力與其工作壓力成正比，因此在設計中通過強度計算來確定汽包的壁厚、直徑和選材等，運行中只要控制不超壓運行，機械應力的最大值是穩定的。
2汽包熱應力的產生
鍋爐在啟動和停爐過程中，汽包壁內的溫度場和傳熱條件不斷變化。當溫度變化時，汽包筒體存在著3種溫差：內外壁溫差(沿壁厚方向存在溫度梯度)、上下壁溫差(圓周方向的溫度不均勻)、縱向溫差(長度方向的溫度不均勻)。因汽包可自由膨脹，故略往縱向溫差的影響。
2.1上下壁溫差的產生
升壓過程。在升壓過程中，汽包內壁溫度表現為上部溫度高下部溫度低。原因分析如下：
a)汽包下部為水空間，上部為汽空間。在鍋爐啟動過程中，汽側介質的溫度為飽和溫度，而水側介質的溫度則低于飽和溫度。而且在升溫過程中，汽包壁金屬溫度低于介質溫度，形成介質對汽包壁加熱。汽包下部為汽水混合物對汽包壁對放逐熱，由于凝聚放熱系數比對流傳熱的放熱系數要大3～4倍，所以汽包上半部溫升比下半部溫升快，形成上下壁溫差。
b)鍋爐啟動初期，水循環微弱，汽包內水流緩慢，在爐膛受熱較弱的局部甚至出現循環停滯區，使水溫明顯偏低，而蒸汽在汽包內的蒸汽空間傳熱相對較均勻，使汽包上下壁溫差進一步增大。
c)在升壓過程中，汽包上部飽和蒸汽溫度與壓力是單一關系，壓力上升時，溫度隨著上升。蒸汽空間的蒸汽只能過熱不會欠焓。下部水溫的上升需要靠介質活動傳熱，水溫上升緩慢。升壓速度越快，汽包上下部介質溫差越大。
停爐降壓冷卻過程。在停爐降壓冷卻過程中，也有很多因素使汽包上部壁溫高、下部壁溫低。
a)在停爐過程中，水側介質溫度接近于飽和溫度，而汽側介質過熱而使溫度高于飽和溫度。而且汽包壁厚較大，加上表面有良好的保溫層，汽包具有較大的蓄熱能力。由于汽包向四周介質散熱很少，所以停爐過程中汽包的冷卻主要依靠水循環。當汽包內介質的壓力及相應的飽和溫度逐漸降低時，汽包金屬對工質放熱，由于上部金屬對蒸汽的放熱系數小于下部金屬對水的放熱系數，從而使上部溫度高于下部溫度。降壓速度越快，汽包下部溫度下降越快，而上部壁溫相對下降較慢，造成上下壁溫差大。
b)在停爐過程中沒控制好汽包水位，頻繁地向汽包補進溫度較低的水，使上下壁溫差進一步增大。
c)在“四管”爆漏的事故處理中，由于降壓速度快，同時又不斷地大量補水維持汽包水位，造成上下壁溫差嚴重超標。
2.2上下壁溫差產生的熱應力
汽包熱應力計算表明，汽包上下壁溫差引起的熱應力主要是軸向應力，切向和徑向應力與之相比約低一個數目級，故可忽略不計。汽包上部壁溫高，金屬膨脹量大;下部壁溫低，金屬膨脹量相對較小。這樣就造成上部金屬膨脹受到限制，上部產生壓縮應力，下部產生拉伸應力。熱應力與溫差成正比，汽包上下壁溫差越大，產生的熱應力越大。
2.3內外壁溫差產生的熱應力
汽包內外壁溫差的形成主要是在升溫過程，介質不斷地對汽包內壁加熱，內壁溫升快，外壁溫升慢，造成內外壁存在溫差，使內壁產生壓縮應力，外壁產生拉伸應力。應力計算指出，內外壁溫差產生的熱應力主要是軸向和切向熱應力，而且軸向與切向熱應力大小相當，控制汽包內外壁熱應力的關鍵是控制升溫速度。
3 汽包熱應力的控制措施
汽包熱應力的控制實質上就是對汽包上下壁、內壁溫差進行控制。
在啟、停爐過程中，嚴格控制升溫或降溫速度，一般規定升溫(降溫)速度ω值不得超過(1.5-2.0)℃/min，或100℃/h。由于水和蒸汽在飽和狀態下溫度和壓力之間存在一定的對應關系，所以鍋爐啟動的升壓過程也就是升溫過程，通常鍋爐在啟動時以升壓速度來控制其溫升速度的大小。但在鍋爐啟動初期應采用更小的升壓速度，由于升壓初期汽水飽和溫度隨壓力的變化較大(見表1)，此期間更輕易產生較大的壁溫差。
圖1所示為某臺HG-220/100-YM10型鍋爐在母管制系統中的冷態啟動曲線。從曲線上可以看出：在升壓的初始階段，升壓速度很低，在100min內汽壓升高僅為0.25MPa。隨后鍋爐的升壓速度逐步有所進步。從圖上還可以看出，該鍋爐從點火開始直至并汽，總共需要約4.25h。
在升壓或降壓過程中，若發現汽包上下壁溫差超過規定值(50℃)，應減慢升(降)壓速度?？刂粕龎核俣鹊闹饕侄问强刂迫剂虾牧浚送膺€可以加大旁路閥門的開度進行升壓速度控制。啟爐時，加強水冷壁下聯箱的放水，通過適當放水，用熱水替換受熱較少的水冷壁及不受熱的聯箱等部件內的冷水，促使各部位溫升均勻，有利于建立正常的水循環，減小汽包壁溫差。維持爐膛燃燒穩定，熱負荷均勻，并且有一定水平。采用對稱投油槍定期切換，或采用多油槍少油量等方法使爐膛熱負荷均勻，確保水循環正常。盡量維持較高的給水溫度。由于溫度低的給水進進汽包，會使下壁溫度低，造成上下壁溫差大。向汽包補給水時須嚴密封閉省煤器再循環門，否則，水短路進進汽包造成上下壁溫差增大。在有條件的情況下，盡量采用蒸汽加熱水冷壁下聯箱方法，能加快建立正常水循環。HG-220/100-YM10型鍋爐水冷壁下聯箱裝有加熱蒸汽引進管，借助臨機抽汽加熱鍋水，將鍋水加熱到100℃左右再進行鍋爐點火。這樣，在鍋爐點火以后，水冷壁可以立即開始產汽，大大加快了水循環的建立和穩定。停爐后要避免大量排汽造成降壓速度太快，應使汽包緩慢均勻冷卻，同時盡量保持汽包高水位。降壓后期及停爐后要特別留意控制好汽包水位，盡量避免大量放水、補水使汽包下壁急劇冷卻，汽包上下壁溫差增大。
在處理“四管”爆漏事故中，盡可能穩定地控制補水量。水冷壁、省煤器爆漏，水位難維持時宜盡快停爐，停爐后可不再向汽包進水。同時停爐后要避免長時間開啟煙道擋板造成爐內急劇冷卻。
進步設備的檢驗質量，確保閥門嚴密。給水門不嚴密，啟、停爐過程中不補水時，給水可能直接經省煤器進進汽包;省煤器再循環門不嚴密，給水會直接漏進汽包 ，使汽包壁局部溫度下降;定期排污門不嚴密，會破壞水循環，同時停爐中漏流，需要補充更多的給水，造成上下壁溫差增大;對空排汽門、事故放水門的嚴密性差也會造成不良影響。