高温空气预热器可以提高能源利用率、减少污染物排放,在节能减排中发挥重要作用。如何提高高温空气预热器的安全性和使用寿命至关重要。高温空气预热器的结构和受热情况比较复杂,工作环境温度高,壳体间内外壁存在较大温度差值,在停开车过程中产生较大的热应力和残余应力。现有的高温空气预热器在焊缝等不连续区域存在较大的应力集中,且焊缝区力学特性比较薄弱,较大的热应力会导致焊缝区承载能力降低。目前国内外对高温空气预热器的整体性温度场和热应力场研究较多,但对于焊接等不连续区域温度场和热应力场的研究比较少。分析高温预热器在高温工作状态和在空气中冷却时壳体与管板间焊缝区域的温度场和热应力场变化情况,保证高温预热器的本质安全性,增加高温预热器的使用寿命具有较强的实际工程意义。本课题以900℃单管膨胀式空气预热器为研究对象,其整体材料为304不锈钢。按照GB/T 228.2-2015的要求,用MTS 647 Hydraulic Wedge Grip高温拉伸材料试验机对304不锈钢和带有焊缝的304不锈钢材料圆棒状试样进行了高温拉伸试验。测试两种不同试样分别在500℃、600℃和700℃的试验环境温度下的屈服强度、拉伸强度和应力-应变曲线等高温力学性能。同时,基于热塑性理论和等效传热理论,采用有限元分析软件ABAQUS求解其工作状态和在空气中冷却时的温度场,将求解的温度场作为初始条件在有限元分析软件ABAQUS中计算壳体与管板焊缝区域的热应力。对比角焊接和全焊透两种焊接方法下的壳体与管板焊缝区的热应力,发现角焊接处焊缝区域整体应力值要高于全焊透区域,且在高温工作时的结点应力值大于高温拉伸试验测得的304带焊缝试样的屈服强度应力值,全焊透处焊缝区域应力值偏小,应力场分布均匀,为壳体与管板间采用全焊透的焊接方式提供了理论依据。通过等效对流换热系数代替壳体外壁保温层的简化方法,计算不同保温层厚度条件下焊缝区的温度场和热应力场的分布规律,随着保温层厚度的增加,保温效果越来越小,焊缝处热应力值减少的幅度也越来越小。