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　　在大容量電站鍋爐高溫受熱面出口的爐外管段上，一般均裝有許多管壁溫度測點(diǎn)，這些測點(diǎn)的檢測值對分析和查找受熱面在設(shè)計(jì)、制造、安裝和長期運(yùn)行過程中產(chǎn)生的缺陷和問題，確保其長期安全可靠的工作具有十分重要的意義。然而，在與電廠有關(guān)專業(yè)人員的長期接觸中，發(fā)現(xiàn)不少人員對爐外管壁溫度檢測的有關(guān)知識缺乏正確和全面的理解，主要表現(xiàn)為:爐外管壁溫度測點(diǎn)的基本安裝方式和工藝要求;這些溫度測量值究竟代表什么，如何利用這些溫度檢測值來初步分析受熱面的熱偏差情況;如何利用這些檢測值來初步判斷爐內(nèi)受熱面的管壁溫度、安全性狀態(tài)及主要檢驗(yàn)檢修部位;如何初步分析該檢測系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性等。長期以來，缺乏專門書籍和專題資料來論述這方面的問題。
　　
　　一、高溫受熱面爐外管壁溫度測點(diǎn)的基本安裝方式和工藝要求
　　
　　1.1安裝方式
　　
　　通常爐外壁溫測點(diǎn)的基本安裝方式有2種:
　　
　　（1）用緊固件將熱電偶壓接在管壁上，這種方式具有施工和維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是易發(fā)生熱接點(diǎn)與管壁接觸不良;
　　
　　（2）采用特殊焊接工藝將熱接點(diǎn)熔接在管壁上。
　　
　　上述工序完成后，將熱接點(diǎn)和管子一同進(jìn)行絕熱保溫。
　　
　　1.2工藝要求
　　
　　（1）安裝熱接點(diǎn)的壁面部位應(yīng)嚴(yán)格除銹及雜物，熱接點(diǎn)要牢固地壓接或熔接在已除銹的壁面上，防止松動(dòng)或脫落。
　　
　　（2）測點(diǎn)保溫層要密實(shí)、貼牢、無裂紋，且具有足夠的厚度，以盡可能減少管子向環(huán)境的散熱。
　　
　?。?）熱電偶引出線應(yīng)盡可能沿管壁敷設(shè)一小段，并用不銹鋼絲箍緊，這樣既可使測點(diǎn)牢固不松，又減少測點(diǎn)沿?zé)犭娕挤较虻膫鲗?dǎo)散熱。
　　
　?。?）按照測點(diǎn)溫度的范圍選擇合適的熱電偶型式，安裝前逐一對熱電偶進(jìn)行校驗(yàn)和選優(yōu)。
　　
　　二、爐外壁溫測量值的真正含義
　　
　　壁溫測點(diǎn)雖然是直接測量爐外管壁金屬溫度，但它并不是設(shè)計(jì)者的真正意圖，更不能把它當(dāng)作爐內(nèi)管壁金屬溫度。實(shí)際上這些測點(diǎn)測值被用以代表過熱器或再熱器相應(yīng)管圈內(nèi)的蒸汽溫度。
　　
　　2.1管內(nèi)截面蒸汽溫度分布的均勻性
　　
　　一般來說，當(dāng)管內(nèi)蒸汽的雷諾數(shù)較低時(shí)，蒸汽的流動(dòng)狀態(tài)屬層流，同一截面處的各層溫度不同。當(dāng)雷諾數(shù)大于界限雷諾數(shù)時(shí)（式中，dn為管道內(nèi)徑，mm;△為管子內(nèi)壁粗糙度，mm），流動(dòng)進(jìn)入紊流狀態(tài)，管內(nèi)流體溫度趨于均勻。
　　
　　根據(jù)計(jì)算，過熱器和再熱器管中的雷諾數(shù)都比界限雷諾數(shù)高出數(shù)倍，因此可以認(rèn)為管內(nèi)截面的汽溫分布非常均勻一致[1]。
　　
　　2.2管子外壁與管內(nèi)蒸汽之間的溫差
　　
　　分析爐外管段的傳熱狀況見圖1，由于沿管子軸線方向溫降很小，軸向傳熱可忽略不計(jì)。　　
　　管子外壁與管內(nèi)蒸汽之間的溫差，來源于管內(nèi)蒸汽向管外環(huán)境沿徑向的散熱。為簡化計(jì)算，此處不考慮管子內(nèi)壁氧化層對傳熱的影響，其數(shù)值可按式（1）計(jì)算[2]：　　
　　式（1）單位長度管子的散熱量q可按式（2）計(jì)算：　　
　　式（1）（2）中：tzq,tnb,twb,twb,tjr,th分別為管內(nèi)蒸汽溫度、受熱面管內(nèi)壁溫度、外壁溫度、絕熱層外壁溫度、環(huán)境溫度，℃；q為每米長度管子的散熱量，W/m;dn,dw,dj分別為管子內(nèi)徑、外徑及保溫層的外徑，m；λb,λj分別為管壁和保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m2.℃）；α2為蒸汽對管子內(nèi)壁的放熱系數(shù)，W/（m2.℃）；α1為保溫層外壁對周圍環(huán)境的散熱系數(shù)，W/（m2.℃）。
　　
　　以超高壓鍋爐的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，考慮50mm的保溫層厚度（實(shí)際上更厚），計(jì)算結(jié)果表明散熱量q非常小，僅為250W/m。將q值代入（1）式，可算出過熱器管子外壁與管內(nèi)蒸汽之間的溫差，其值也是非常微小的，僅為1.5℃左右。隨蒸汽壓力的變化，放熱系數(shù)α2稍有變化。如再熱器中，α2相對較低，管子外壁與管內(nèi)蒸汽之間的溫差略大一些，但數(shù)值也在3℃以內(nèi)。管者曾參與過專門的試驗(yàn)測量，即同時(shí)分別測量了爐外管段的管內(nèi)蒸汽和管子外壁金屬溫度，結(jié)果表明二者溫差為2℃左右，且管壁溫度總是低于蒸汽溫度。這與上述分析計(jì)算結(jié)果*一致。因此，在工程應(yīng)用中，*可以將爐外管子的外壁溫度視作為管子出口處的管內(nèi)蒸汽溫度。
　　
　　三、利用爐外管壁溫度值對受熱面?zhèn)鳠峁r和安全性狀態(tài)進(jìn)行評估
　　
　　3.1判斷并聯(lián)管圈之間的熱偏差
　　
　　在現(xiàn)代大容量電站鍋爐高溫過熱器和再熱器的設(shè)計(jì)中，為了充分利用金屬材料提高循環(huán)效率，已使?fàn)t內(nèi)受熱面的設(shè)計(jì)計(jì)算壁溫非常接近其金屬的許用溫度限值，受熱面又處于很高的煙溫區(qū)，因此能夠容忍的并聯(lián)管圈間的熱偏差在鍋爐各受熱面中是zui小的。高溫受熱面是按持久強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的，鋼材持久強(qiáng)度及其蠕變壽命的降低不是與其工作溫度的升高呈簡單的線性關(guān)系，當(dāng)金屬材料在接近其許用溫度限區(qū)域時(shí)工作溫度的小幅度上升，將會導(dǎo)致其許用應(yīng)力及蠕變壽命的大幅下降。當(dāng)12CrlMoV管材的工作溫度分別為560,570,580℃時(shí)，其基本許用應(yīng)力分別為65,57,5OMPa[2];又如，當(dāng)12Cr2MoWVTiB（l02）管材的工作溫度分別為600,610,620℃時(shí)，其基本許用應(yīng)力分別為59,52,43MPa[3]。
　　
　　從管材的使用壽命分析，使用壽命與其工作溫度的關(guān)系滿足拉森-米勒方程[4]:
　　
　　T（C＋1gτ）=LMP（3）
　　
　　式中，T為以溫度表示的金屬溫度;C為與材料有關(guān)的常數(shù);τ為管子使用壽命，h;LMP為與應(yīng)力相關(guān)的Larson-Miller參數(shù)。如12CrlMoV鋼在540℃時(shí)的設(shè)計(jì)壽命為1.75×1O5h，在600℃時(shí)只能運(yùn)行4.39×lO3h。
　　
　　因此，受熱面管材的工作溫度必須滿足持久強(qiáng)度的要求。此外，還必須受限于管子內(nèi)外壁氧化溫度的要求。這些是評估受熱面安全可靠性的重要指標(biāo)。
　　
　　一系列爐外管壁溫度監(jiān)測值將并聯(lián)管圈的熱偏差十分清楚地顯示出來，如果熱偏差超常，有可能導(dǎo)致爐內(nèi)受熱面局部超溫，使其基本許用應(yīng)力和蠕變壽命大幅度降低。此時(shí)，應(yīng)首先對高溫度值的爐內(nèi)管材超溫可能性進(jìn)行初步評估，分析原因并研究采取的初步應(yīng)對措施。
　　
　　由此可見，利用爐外溫度測點(diǎn)監(jiān)視、分析和控制熱偏差，對于保證高溫受熱面安全可靠的工作，延長其使用壽命十分必要。
　　
　　3.2初步判斷爐內(nèi)受熱面管是否超溫
　　
　　在現(xiàn)場，常聽到運(yùn)行專業(yè)人員說管壁溫度（指爐外）還未達(dá)到金屬許用溫度，受熱面是安全的。實(shí)際上這種說法是錯(cuò)誤的。爐內(nèi)管處于高溫?zé)煔庀蚬軆?nèi)蒸汽強(qiáng)烈傳熱的狀態(tài)下，管子外壁溫度明顯高于管內(nèi)蒸汽溫度。因此，爐內(nèi)管壁溫度才是判斷受熱面是否安全可靠的zui直接的依據(jù)。
　　
　　科學(xué)的檢測手段應(yīng)是在爐內(nèi)受熱管壁上安裝溫度測點(diǎn)直接測量溫度值，但由于爐內(nèi)壁溫測點(diǎn)的安裝技術(shù)復(fù)雜、工藝?yán)щy、誤差難以控制，且使用壽命很短，因此通常是利用爐外測點(diǎn)間接檢測爐內(nèi)壁溫。這是因?yàn)闋t外單管汽溫與該管位于爐內(nèi)部分的管壁溫度之間有一定的關(guān)系，即可以利用爐外管內(nèi)汽溫（壁溫）來初步近似推算相應(yīng)的爐內(nèi)出口部位管壁溫度水平。
　　
　　接近出口部位的爐內(nèi)受熱管壁溫度總是高于相應(yīng)管子的爐外汽溫，兩者之間的差值受多種因素影響，其中zui主要的影響因素是受熱面管處的熱負(fù)荷。熱負(fù)荷越高，其對應(yīng)的溫度差值越高。通常，在煙氣溫度場和流速場高、煙氣與管內(nèi)蒸汽溫差大、附近有高溫?zé)煔廨椛淇臻g、能夠直接受到爐膛高溫輻射的部位，熱負(fù)荷就相對較高，其對應(yīng)的溫度差值也大。的溫差值應(yīng)通過專門測試或單獨(dú)計(jì)算獲得，但通常難以做到。對于常規(guī)的監(jiān)視判斷，可參照經(jīng)驗(yàn)值估算。對流過熱器和再熱器（不包括輻射過熱器和屏式過熱器的外二圈管及夾管，此二部分的差值較大）的差值為20～40℃，即爐內(nèi)出口部位的管壁zui高溫度為相應(yīng)的爐外管內(nèi)汽溫值加上20～40℃。對位于熱負(fù)荷較高處的管子計(jì)算點(diǎn)，取上限。
　　
　　3.3及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并指導(dǎo)運(yùn)行調(diào)整、檢驗(yàn)和檢修
　　
　　鍋爐受熱面管在熱態(tài)運(yùn)行和啟停過程中經(jīng)常會發(fā)生各種異常情況，通過爐外管壁溫度測值能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)部分情況，如針對異常熱偏差分析和查找初步原因類別，諸如設(shè)計(jì)不當(dāng)、制造缺陷、安裝隱患、運(yùn)行調(diào)整不合理等，從而逐步找出問題的實(shí)質(zhì)所在，直至制定出針對性措施進(jìn)行解決。如我省一臺亞臨界大型鍋爐曾多次發(fā)生高溫過熱器爐內(nèi)管短期超溫爆破，一時(shí)原因不明。不久同類爆管又發(fā)生在一根裝有壁溫測點(diǎn)的爐管上，該點(diǎn)壁溫較其他并列管圈高出數(shù)十度，說明該管爐內(nèi)部分己經(jīng)超溫。經(jīng)對此管割管檢查，發(fā)現(xiàn)彎頭部位存有大量異物，也為前面多次爆管確定了原因。
　　
　　此外，統(tǒng)計(jì)和分析爐外壁溫分布和變化趨勢還可以幫助鍋爐檢驗(yàn)、檢修人員掌握整個(gè)受熱面的總體狀況，確定爐管危險(xiǎn)范圍以加強(qiáng)監(jiān)督檢查，必要時(shí)作為對受熱面進(jìn)行技術(shù)改造的依據(jù)。
　　
　　四、正確分析爐外管壁溫度測點(diǎn)的可靠性和測量誤差
　　
　　確保爐外壁溫測點(diǎn)能夠長期準(zhǔn)確可靠地工作，以防止引起誤導(dǎo)、誤判造成損失是非常必要的。目前，爐外管壁溫度測量容易出現(xiàn)的問題主要有以下幾類。
　　
　?。?）熱電偶的熱接點(diǎn)與管壁接觸不良。其原因有的屬安裝工藝問題，有的是因?yàn)殚L期運(yùn)行造成的振動(dòng)松脫，也有的是因?yàn)榻狱c(diǎn)處銹蝕或夾雜異物。其結(jié)果導(dǎo)致熱電偶測量值嚴(yán)重偏低。
　　
　?。?）經(jīng)長期運(yùn)行，測點(diǎn)處保溫層可能發(fā)生脫落、開裂、破損、疏松或減薄等問題。導(dǎo)致測量值嚴(yán)重偏低。
　　
　　（3）煙氣沖刷引起的測量值偏高。有些爐外測點(diǎn)安裝位置離頂棚太近，保溫工藝又不好，當(dāng)測點(diǎn)處爐頂密封損壞時(shí)，漏出的高溫?zé)煔庥锌赡苤苯記_刷熱接點(diǎn)，造成測量值大大偏高。但此情況不多見。
　　
　?。?）熱電偶損壞。由于長期運(yùn)行或檢修不慎有可能引起熱電偶及其測量系統(tǒng)損壞，對此應(yīng)及時(shí)更換和修復(fù)。
　　
　　由以上論述可見，確保爐外壁溫測點(diǎn)的準(zhǔn)確性和可靠性，關(guān)鍵在于要有正確的安裝工藝設(shè)計(jì)，嚴(yán)密的施工管理和平時(shí)的精心維護(hù)。同時(shí)在分析管壁溫度測點(diǎn)的工作狀況、查找存在的問題、進(jìn)行修復(fù)施工及施工驗(yàn)收時(shí)，單靠熱工人員是不夠的，鍋爐專業(yè)人員必須全過程介入其中。