The condenser is important auxiliary equipment in the thermal generator set. The condenser is generally composed of neck, casing, water chamber, tube bundle, tube plate, support rod, steam baffle, air cooling area, hot well and other parts, which is the key equipment to determine and affect the load and thermal efficiency of a steam turbine. The heat exchange tube, as the main heat transfer component of the condenser, is the key component of the condenser. With the increase of suspended solids, chloride ions and sulfur ions in the cooling circulating water, there is a higher requirement for a condenser cooling pipe.

Condenser heat exchanger pipe should have excellent heat transfer performance, good corrosion resistance, erosion resistance and wear resistance, but also should have good strength and stiffness, as well as economic and good processing performance. The materials of condenser heat exchange pipe are mainly copper alloy pipe, Austenitic stainless steel pipe, Ferrite stainless steel pipe, Duplex stainless steel pipe, titanium and titanium alloy pipe. The copper alloy pipe mainly includes military brass pipe (C26800), tin-brass pipe, aluminum-brass pipe, nickel-copper pipe, etc. Stainless steel grades mainly include Austenitic stainless steel tube TP304, TP316L, TP317L and Ferrite stainless steel grades TP439, TP439L, and duplex stainless steel tube 2205, 2507, titanium and titanium alloy tube mainly includes GR1, GR2, GR5, etc..

Different materials of the heat exchange pipe because of its own characteristics and cost factors, its application scope and working conditions are not the same. The corrosion in the Condenser is always an important problem in boiler accidents in power plants. The condensers of power plants in offshore areas generally use Cu-Zn tubes and Cu-Ni alloy tubes. The corrosion resistance of the latter is better than that of the former, because the thermodynamic stability of Ni is close to that of Cu, and the nanoscale compact and stable surface film will be generated on the surface in water or air. Therefore, the Cu-Ni tube in high saltwater (or seawater) and dilute acid, alkali medium is not easy to corrosion. But once there is an attachment on the surface of the copper tube, pitting will occur. Pitting corrosion is autocatalytic and latent, which will bring great damage. The condenser tube blockage and leakage frequently occur in the offshore area due to seawater backfilling, corrosion, dirt and other reasons. Yongxiang operates the generator set. Why is the brass condenser tube so easy to corrode? It depends on the type of corrosion. The corrosion of copper alloy condenser tube is affected by many factors, and the corrosion types are various, mainly including the following items:

Corrosión selectiva

Debido a que el tubo de cobre del condensador se compone principalmente de aleación de cobre y zinc, el potencial del zinc es inferior al del cobre, por lo que el zinc es fácil de convertirse en el ánodo de la batería de corrosión, de modo que el zinc se disuelve selectivamente para corroer el tubo de cobre. La teoría y la práctica demuestran que el proceso de corrosión del tubo de cobre está estrechamente relacionado con el rendimiento de la película protectora en la superficie del tubo de cobre. Si no se forma una película protectora densa inicial, es más probable que se produzca la corrosión del tubo de cobre. Si no hay un tratamiento inicial de recubrimiento de FeSO4 en el tubo de cobre del condensador, también es fácil que se produzca corrosión local por desgalvanización.

Corrosión del electrodo

Coupling corrosion may occur when two different metal materials come into direct contact in a corrosive medium. In the condenser, the copper alloy condenser tube material is different from the carbon steel tube sheet material in the cooling water potential, there is the possibility of galvanic corrosion between them. The potential of the condenser copper tube is higher than that of the tube plate, which will accelerate the corrosion of the tube plate. But because the thickness of the carbon steel tube plate is larger, generally 25~40mm, the galvanic corrosion won’t affect the safe use in clean freshwater, but in the environment with a high salt concentration of water galvanic corrosion is more likely to occur.

Corrosión por picaduras

Esta corrosión es propensa a ocurrir en la superficie de la ruptura de la película protectora del tubo de cobre. Debido a que el agua de refrigeración contiene Cl y Cu oxidación generada por Cu + para generar CuCl inestable, puede ser hidrolizado en Cu2O estable, y hacer que la solución de acidificación local corrosión de los equipos térmicos. Si el tubo de cobre del condensador no se limpia a tiempo, los depósitos superficiales desiguales promueven la corrosión y eventualmente conducen a la perforación por corrosión puntiforme. En el funcionamiento de la tubería de cobre del condensador en frecuente arranque-parada, el cambio de carga es mayor, el impacto de la turbina de alta velocidad de vapor de escape, el papel de tubo de cobre por la alternancia de estrés, fácil de hacer la superficie de latón ruptura de la membrana, producir la corrosión local, la formación de hoyos de corrosión por picaduras, reducir el límite de fatiga del material, y porque la concentración de estrés en la corrosión, picaduras de fondo es fácil de crack, Bajo la erosión de NH3, O2 y CO2 en el agua, la fractura se expande gradualmente.

Erosion corrosion

This type of corrosion can occur on both the waterside and the steam side, mainly in the waterside. Suspended solids, sand and other solid granular hard objects in circulating cooling water impact and friction on the copper tube at the inlet end of the condenser. After a long time of operation, the inner wall of the front section of the copper tube at the inlet end is rough. Although there is no obvious corrosion pit, the surface is rough, the brass matrix is exposed and the copper tube wall becomes thin. The anodic process of erosion and corrosion can be said to be the dissolution of copper, and the cathodic process is the reduction of O2. The high flow rate will hinder the formation of stable protective film, is also the cause of erosion-corrosion, the general flow rate is not more than 2m/s.

Corrosión por NH3

El exceso de NH3 entra en el condensador con el vapor y se concentra localmente en el condensador. Si el O2 está presente al mismo tiempo, la erosión del NH3 se producirá en el lado del vapor del tubo de cobre en esta zona. Su característica es el adelgazamiento uniforme de la pared del tubo, y la erosión por NH3 es fácil que se produzca cuando el contenido de amoníaco en el agua alcanza los 300mg/L. El condensado en el orificio del deflector está demasiado frío y aumenta la concentración de amoníaco disuelto, lo que también provocará la erosión por amoníaco de la banda anular en el tubo de cobre.

Agrietamiento por corrosión bajo tensión

When the condenser copper tube is not installed properly, vibration and alternating stress will occur in the operation of the copper tube surface to destroy the protective film and corrosion, finally, produce transverse crack to break the copper tube. This is mainly due to the relative displacement of grains inside the copper tube under the action of alternating stress, and the formation of anodic dissolution in the corrosive medium, mostly occurring in the middle of the copper tube.

Corrosión microbiana

Microorganisms can change the medium environment in local areas of the condenser wall and cause local corrosion. The electrochemical corrosion process of metal in cooling water is promoted by the biological activity of microorganisms, which generally occurs on the carbon steel tube plate at the inlet side of the condenser. Cooling water often contains bacteria that thrive on Fe2+ and O2, called iron bacteria, which form brown slime. The anoxic conditions at the bottom of the slime provided a suitable environment for the survival of anaerobic sulfate-reducing bacteria. The combined action of iron bacteria and sulfate-reducing bacteria promotes metal corrosion. Operating temperature on the high side, the corrosion scale inhibitor and water quality and operating temperature are not appropriate, inadequate dosage or concentration fluctuations in the scale, will cause the condenser tube wall local Cl – easy through scale layer, caused the corrosion of the metal matrix, and the corrosion of metal ion hydrolysis, leading to higher medium H + concentration of algae and microbial activities also cause increased acidity of medium, The passivation film on the metal surface is destroyed and the metal matrix is further corroded.

El agrietamiento cáustico, también conocido como fragilización cáustica, es el agrietamiento de metales en soluciones alcalinas debido a la acción combinada de la tensión de tracción y los medios corrosivos, es un tipo de SCC. La causa agrietamiento de la caldera de presión se produce principalmente en las partes donde el vapor se evapora y condensa repetidamente o en contacto con sosa cáustica, que puede ser de acero al carbono, acero de baja aleación, acero de ferrita y equipos de acero inoxidable austenítico. Los accidentes de explosión por agrietamiento suelen producirse en el sistema de calderas, y también pueden producirse por concentración de Na+ en autoclaves, sistemas de recuperación de calor residual y evaporadores de Al2O3 de empresas de aluminio electrolítico en plantas químicas de cloro-álcali, fábricas de papel e industrias de energía nuclear.

Cuando la concentración de hidróxido de sodio es superior a 5%, las tuberías de vapor de acero al carbono y acero de baja aleación son casi propensas a producir grietas cáusticas, la corrosión bajo tensión alcalina se produce generalmente a más de 50~80℃, especialmente cerca del punto de ebullición de la zona de alta temperatura, la concentración alcalina de 40% ~ 50%. Según la teoría, cuando la fracción de masa de NaOH local es superior a 10%, la película de óxido protectora del metal se disolverá, y el metal matriz reaccionará con el álcali más para formar óxidos corrosivos magnéticos sueltos y porosos, y la solución acuosa es alcalina. Mientras 10~20mg-L-1 NaOH esté contenido en el agua de la caldera o intercambiador de calor, la evaporación local repetida puede llevar a la concentración de álcali bajo el sedimento o en las grietas, causando corrosión alcalina local.

Los factores que afectan a la sensibilidad del craqueo cáustico

El agrietamiento cáustico es fácil que se produzca en las partes concentradas de líquido que contiene álcali con alta tensión residual, como las partes de juntas de soldadura, este tipo de SCC suele desarrollar intergranular y las fracturas están llenas de óxidos.

Las grietas de fragilidad alcalina en el acero al carbono tubería de vapor aparecen como finas grietas intergranulares con óxidos. Hay varios factores principales que determinan la fragilidad del álcali: la concentración de álcali, la temperatura del metal y la tensión de tracción. Los experimentos demuestran que algunas grietas por álcali se producen en pocos días, mientras que la mayoría se producen cuando se expone a más de 1 año. Aumentar la concentración de álcali y la temperatura puede mejorar la tasa de agrietamiento.

Medio 

El craqueo cáustico es la corrosión que se produce a altas temperaturas en la lejía concentrada. Cuando la fracción másica de NaOH es inferior a 5%, no se producirá craqueo cáustico. Esta lejía concentrada puede ser el medio de trabajo o puede recogerse durante. Cuanto mayor sea la concentración de sosa cáustica, mayor será la sensibilidad del craqueo cáustico, que no sólo está relacionado con la concentración del álcali, sino que también depende de la temperatura de la solución.

La temperatura

El tiempo de fractura por agrietamiento de los aceros para tuberías de vapor con bajo contenido en carbono aumenta con la disminución de la tensión. Se constata que el metal de la zona afectada por el calor con mayor deformación plástica residual, es decir, el metal calentado a 500~850℃ en el proceso de soldadura, tiene la mayor tendencia a la SCC. En el mantenimiento de equipos alcalinos se comprobó que los metales calentados a temperaturas superiores a 550℃ y ligeramente inferiores a la zona de recristalización durante la soldadura tenían la mayor tendencia al agrietamiento en solución alcalina, donde la tensión residual de soldadura y la tensión de microestructura son las mayores.

Elementos metálicos

Dado que el agrietamiento cáustico y la fragilidad por nitratos del acero de bajo contenido en carbono se fracturan a lo largo del grano, se teoriza que la sensibilidad de dicha fragilidad está causada por la segregación de C, N y otros elementos en el límite del grano. Los elementos químicos que causan el agrietamiento cáustico del acero bajo en carbono para tuberías de vapor son los siguientes:

▪ La segregación de C y N en los límites de grano aumenta la sensibilidad a la fisuración cáustica;

El efecto de los oligoelementos, debido a la segregación de S, P, As y otras impurezas en los límites de grano, aumenta la sensibilidad a la fragilización por álcali. Sin embargo, una pequeña cantidad de La, Al, Ti y V puede deberse a la reducción de la segregación de impurezas nocivas en el límite de grano reduciendo la sensibilidad a la fragilización alcalina.

▪ El craqueo cáustico aumenta a medida que aumenta el tamaño del grano,;

▪ Tratamiento térmico. La sensibilidad a la fisuración cáustica del acero tras la esferoidización es mayor que la del estado normalizado, lo que puede deberse al aumento de la segregación de los límites de grano durante la esferoidización de los carburos.

Posible 

El potencial sensible de agrietamiento cáustico del acero para tuberías de vapor de bajo contenido en carbono en solución de NaOH 35%~40% en ebullición es de -1150~800mV (SCE), y el potencial de agrietamiento cáustico se produce en el intervalo de -700mV (SCE) en el punto de ebullición (120℃). En el potencial crítico, la contracción de sección de la muestra disminuye en gran medida. El análisis de la estructura de rayos X muestra que en la superficie de la muestra se forma la película protectora Fe3O4.

API 5A J55 es un material de revestimiento de uso común. El cuerpo de la tubería se rosca al acoplamiento y debe soldarse para reforzar la resistencia de la conexión roscada. Un entorno de trabajo duro exige una alta calidad para el cuerpo del tubo y la calidad de la soldadura. Analizamos su soldabilidad calculando el carbono equivalente. La composición química de la tubería de revestimiento J55 se muestra en la siguiente tabla:

CE＝C＋Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

CE＝0,69＞0,4

La soldabilidad del material es deficiente cuando el carbono equivalente supera 0,4, se necesitan una temperatura de precalentamiento elevada y un proceso estricto para obtener una calidad de soldadura cualificada. El contenido de carbono de 0,34%~0,39% hace que la curva de transición de la austenita sobreenfriada se desplace hacia la derecha, y aumenta la estabilidad de la austenita sobreenfriada. La adición de elementos de aleación, como Cr, Mn, Ni y Cu, hace que la curva de transición de la austenita sobreenfriada se desplace hacia la derecha, y aumenta su estabilidad y su punto MS (punto de inicio de la formación de Mmartensita). Todos estos efectos aumentan la tendencia al enfriamiento del J55, y es fácil que se agriete durante la soldadura.

La tendencia a la fisuración en frío de Carcasa J55 se debe principalmente a la gran grieta de fragilización por enfriamiento. El mayor valor de dureza de la zona afectada por el calor de soldadura es alta y el enfriamiento rápido es fácil de formar martensita debido a la alta resistencia. Para reducir la velocidad de enfriamiento, prolongar el tiempo de enfriamiento de la unión soldada de 800 ℃ a 500℃, mejorar la microestructura del metal de soldadura y reducir la dureza máxima de la zona afectada por el calor, es necesario precalentar antes de soldar y templar después de soldar. La carcasa J55 tiene una pequeña tendencia a la fisuración en caliente porque no contiene carburo fuerte y tiene una baja conductividad térmica, lo que dificulta la generación de un eutéctico de baja fusión. La resistencia a la tracción de J55 es mayor o igual a 517 MPa, y el límite elástico es 379-522MPa. debemos utilizar alambre de soldadura ER55-G que tiene una resistencia similar. El alambre de soldadura tiene un alto contenido de Ni de soldadura, fuerte resistencia al agrietamiento en frío, y excelentes propiedades mecánicas integrales del metal depositado. Nuestros ingenieros hacen los dos planes siguientes:

Método de soldadura 1: soldadura con gas 80%Ar+20%CO2. Alambre de soldadura ER55-G con un diámetro de 3,2 mm. Parámetros de soldadura: corriente 250~320A, voltaje 26 ~30V; Velocidad de soldadura 35~50cm/min; La temperatura de precalentamiento es de 100℃, y la temperatura entre capas no es inferior a la temperatura de precalentamiento, pero no se permite que sea superior a la temperatura de precalentamiento de 30℃. Tratamiento posterior a la soldadura: enfriamiento por aire sin ningún tratamiento térmico.

Método de soldadura 2: Los mismos materiales de soldadura y parámetros de soldadura que el método uno, sólo el cambio de tratamiento térmico posterior a la soldadura: tratamiento de revenido, temperatura 600±20℃, tiempo de mantenimiento durante 4h; Velocidad de calentamiento 50℃/h, velocidad de enfriamiento 50℃/h.

Los resultados de las dos pruebas de soldadura son los siguientes:

El ensayo de tracción del primer esquema es cualificado. Los valores de impacto de las tres muestras en la zona afectada por el calor son 26,47,23, no cualificados. Las cuatro muestras de flexión lateral tenían grietas de 3,75 mm, 4 mm, 1,38 mm y 0,89 mm, respectivamente, que no estaban cualificadas. La prueba demuestra que este esquema de soldadura no es razonable.

Los valores de impacto de las tres muestras en la zona afectada por el calor son 51,40,40, que están cualificados. El experimento demuestra que este esquema de soldadura es razonable. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar la microestructura y las propiedades de la soldadura, que es uno de los factores importantes para obtener las uniones soldadas que cumplen los requisitos técnicos de la soldadura de la carcasa J55.