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:

Corrosione selettiva

Poiché il tubo di rame del condensatore è composto per lo più da una lega di rame e zinco, il potenziale dello zinco è inferiore a quello del rame, per cui lo zinco è facile che diventi l'anodo della batteria che si corrode, in modo che lo zinco si dissolva selettivamente per corrodere il tubo di rame. La teoria e la pratica dimostrano che il processo di corrosione del tubo di rame è strettamente legato alle prestazioni del film protettivo sulla superficie del tubo di rame. Se non si forma un film protettivo iniziale denso, è più probabile che si verifichi la corrosione del tubo di rame. Se non c'è un trattamento iniziale di rivestimento con FeSO4 sul tubo di rame del condensatore, è anche facile che si verifichi una corrosione locale da dezincatura.

Corrosione delle elettrocoppie

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.

Corrosione da vaiolatura

Questa corrosione è incline a verificarsi sulla superficie della pellicola protettiva del tubo di rame. Poiché l'acqua di raffreddamento contiene Cl e l'ossidazione di Cu generata da Cu+ per generare CuCl instabile, può essere idrolizzata in Cu2O stabile e rendere la soluzione di acidificazione locale la corrosione delle apparecchiature termiche. Se il tubo di rame del condensatore non viene pulito nei tempi previsti, i depositi superficiali irregolari favoriscono la corrosione e alla fine portano alla perforazione per corrosione. Nel funzionamento del tubo di rame del condensatore in frequenti start-stop, il cambiamento di carico è maggiore, l'impatto del vapore di scarico della turbina ad alta velocità, il ruolo del tubo di rame da stress alternato, facile da rendere la membrana superficiale di ottone rottura, produrre corrosione locale, la formazione di buche di corrosione pitting, ridurre il limite di fatica del materiale, e perché la concentrazione di stress alla corrosione, pitting fondo è facile da rompere, sotto l'erosione di NH3, O2 e CO2 in acqua, la frattura è gradualmente ampliato.

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.

Corrosione da NH3

L'NH3 in eccesso entra nel condensatore con il vapore e si concentra localmente nel condensatore. Se contemporaneamente è presente O2, in quest'area si verifica l'erosione di NH3 sul lato vapore del tubo di rame. La sua caratteristica è l'assottigliamento uniforme della parete del tubo e l'erosione dell'NH3 si verifica facilmente quando il contenuto di ammoniaca nell'acqua raggiunge i 300 mg/l. La condensa nel foro del deflettore è troppo fredda e la concentrazione di ammoniaca disciolta aumenta, causando anche l'erosione della striscia anulare di ammoniaca nel tubo di rame.

Cricca da corrosione sotto sforzo

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.

Corrosione microbica

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.

La cricca caustica, nota anche come infragilimento caustico, è la cricca dei metalli in soluzioni alcaline dovuta all'azione combinata di sforzi di trazione e mezzi corrosivi, è un tipo di SCC. La causa della criccatura delle caldaie a pressione si verifica principalmente nelle parti in cui il vapore viene ripetutamente evaporato e condensato o a contatto con la soda caustica, che possono essere in acciaio al carbonio, acciaio basso legato, acciaio ferritico e acciaio inossidabile austenitico. Gli incidenti causati dall'esplosione del cracking si verificano spesso nel sistema delle caldaie, ma la concentrazione di Na+ può verificarsi anche nelle autoclavi, nei sistemi di recupero del calore di scarto e negli evaporatori di Al2O3 delle imprese di alluminio elettrolitico negli impianti chimici cloro-alcali, nelle cartiere e nelle industrie di energia nucleare.

Quando la concentrazione di idrossido di sodio è superiore a 5%, l'acciaio al carbonio e le condutture a vapore in acciaio basso legato hanno quasi la probabilità di produrre cricche caustiche, la corrosione da stress alcalino si verifica generalmente a più di 50~80℃, soprattutto in prossimità del punto di ebollizione della zona ad alta temperatura, con una concentrazione di alcali di 40% ~ 50%. Secondo la teoria, quando la frazione di massa di NaOH locale è superiore a 10%, il film di ossido protettivo del metallo viene dissolto e il metallo della matrice reagisce ulteriormente con l'alcali per formare ossidi corrosivi magnetici sciolti e porosi e la soluzione acquosa è alcalina. Finché 10~20mg-L-1 NaOH è contenuto nell'acqua della caldaia o dello scambiatore di calore, l'evaporazione locale ripetuta può portare alla concentrazione di alcali sotto il sedimento o nelle fessure, causando la corrosione alcalina locale.

I fattori che influenzano la sensibilità del cracking caustico

La cricca caustica è facile che si verifichi nelle parti concentrate di liquido contenente alcali con elevate tensioni residue, come le parti dei giunti di saldatura; questo tipo di SCC si sviluppa solitamente in modo intergranulare e le fratture sono piene di ossidi.

Le cricche alcalino-fragili nell'acciaio al carbonio conduttura del vapore appaiono come sottili cricche intergranulari con ossidi. Ci sono diversi fattori principali che determinano la fragilità degli alcali: la concentrazione di alcali, la temperatura del metallo e la tensione di trazione. Gli esperimenti dimostrano che alcune cricche caustiche si verificano entro pochi giorni, mentre la maggior parte si verifica quando l'esposizione supera 1 anno. Aumentando la concentrazione di alcali e la temperatura si può migliorare il tasso di criccatura.

Medio 

La cricca caustica è la corrosione che si verifica ad alte temperature nella soda concentrata. Quando la frazione di massa di NaOH è inferiore a 5%, non si verifica il cracking caustico. Questa soda concentrata può essere il mezzo di lavoro o essere raccolta durante la lavorazione. Più alta è la concentrazione di soda caustica, maggiore è la sensibilità del cracking caustico, che non è solo legato alla concentrazione dell'alcali ma dipende anche dalla temperatura della soluzione.

La temperatura

Il tempo di frattura da cricca degli acciai per condotte a vapore a basso tenore di carbonio aumenta con la diminuzione della sollecitazione. Si è riscontrato che il metallo nella zona termicamente interessata con la maggiore deformazione plastica residua, cioè il metallo riscaldato a 500~850℃ nel processo di saldatura, ha la maggiore tendenza alla SCC. Nella manutenzione delle apparecchiature alcaline è stato riscontrato che i metalli riscaldati a temperature superiori a 550℃ e leggermente inferiori alla zona di ricristallizzazione durante la saldatura presentano la maggiore tendenza alla cricca in soluzione alcalina, dove lo stress residuo di saldatura e lo stress della microstruttura sono maggiori.

Elementi metallici

Poiché la cricca caustica e la fragilità da nitrati dell'acciaio a basso tenore di carbonio si fratturano lungo la grana, si ipotizza che la sensibilità di tale fragilità sia causata dalla segregazione di C, N e altri elementi al confine della grana. Gli elementi chimici che causano la criccatura caustica dell'acciaio per condotte a vapore a basso tenore di carbonio sono i seguenti:

La segregazione di C e N ai confini dei grani aumenta la sensibilità alla cricca caustica;

L'effetto degli oligoelementi, dovuto alla segregazione di S, P, As e altre impurità ai confini del grano, aumenta la sensibilità alla fragilità da alcali. Tuttavia, una piccola quantità di La, Al, Ti e V può essere dovuta alla riduzione della segregazione di impurità dannose nei confini del grano, riducendo la sensibilità alla fragilità alcalina.

Il cracking caustico aumenta con l'aumentare della dimensione dei grani;

Trattamento termico. La sensibilità alla cricca caustica dell'acciaio dopo la sferoidizzazione è maggiore di quella dello stato normalizzato, il che può essere dovuto all'aumento della segregazione dei confini del grano durante la sferoidizzazione dei carburi.

Potenziale 

Il potenziale sensibile di criccatura caustica dell'acciaio per condotte a vapore a basso tenore di carbonio in una soluzione bollente di NaOH 35%~40% è di -1150~800mV (SCE), e il potenziale di criccatura caustica si verifica nell'intervallo di -700mV (SCE) al punto di ebollizione (120℃). Al potenziale critico, il ritiro di sezione del campione diminuisce notevolmente. L'analisi della struttura a raggi X mostra che sulla superficie del campione si forma un film protettivo di Fe3O4.

API 5A J55 è un materiale comunemente usato per il casing. Il corpo del tubo è filettato al giunto e deve essere saldato per rafforzare la resistenza della connessione filettata. Un ambiente di lavoro difficile richiede una qualità elevata per il corpo del tubo e per la qualità della saldatura. Analizziamo la sua saldabilità calcolando il carbonio equivalente. La composizione chimica del casing J55 è riportata nella tabella seguente:

CE＝C＋Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

CE＝0,69＞0,4

La saldabilità del materiale è scarsa quando il carbonio equivalente supera lo 0,4; per ottenere una qualità di saldatura qualificata sono necessari un'elevata temperatura di preriscaldamento e un processo rigoroso. Il contenuto di carbonio di 0,34%~0,39% fa sì che la curva di transizione dell'austenite superraffreddata si sposti verso destra e che la stabilità dell'austenite superraffreddata aumenti. L'aggiunta di elementi di lega, come Cr, Mn, Ni e Cu, fa spostare verso destra la curva di transizione dell'austenite superraffreddata e ne aumenta la stabilità e il punto MS (il punto di inizio della formazione della martensite). Tutti questi effetti aumentano la tendenza all'estinzione del J55, che si incrina facilmente durante la saldatura.

La tendenza alla fessurazione a freddo di Involucro J55 è dovuto principalmente alla grande cricca da infragilimento da tempra. Il valore massimo di durezza della zona termicamente interessata dalla saldatura è elevato e il rapido raffreddamento facilita la formazione di martensite a causa dell'elevata resistenza. Per ridurre la velocità di raffreddamento, prolungare il tempo di raffreddamento del giunto saldato da 800 ℃ a 500℃, migliorare la microstruttura del metallo saldato e ridurre la durezza massima della zona termicamente alterata, è necessario un preriscaldamento prima della saldatura e un rinvenimento dopo la saldatura. L'involucro J55 ha una piccola tendenza alla cricca a caldo perché non contiene carburo forte e ha una bassa conducibilità termica, che è difficile da generare a bassa fusione eutettica. La resistenza alla trazione del J55 è maggiore o uguale a 517 MPa e la resistenza allo snervamento è di 379-522 MPa. Il filo di saldatura ha un elevato contenuto di Ni, una forte resistenza alla criccatura a freddo ed eccellenti proprietà meccaniche complessive del metallo depositato. I nostri ingegneri hanno elaborato i due piani seguenti:

Metodo di saldatura 1: saldatura a gas 80%Ar+20%CO2. Filo di saldatura ER55-G con diametro di 3,2 mm. Parametri di saldatura: corrente 250~320A, tensione 26~30V; velocità di saldatura 35~50cm/min; la temperatura di preriscaldamento è di 100℃ e la temperatura inter-strato non è inferiore alla temperatura di preriscaldamento, ma non può essere superiore alla temperatura di preriscaldamento di 30℃. Trattamento post-saldatura: raffreddamento ad aria senza alcun trattamento termico.

Metodo di saldatura 2: gli stessi materiali di saldatura e gli stessi parametri di saldatura del metodo uno, solo la modifica del trattamento termico post-saldatura: trattamento di rinvenimento, temperatura 600±20℃, tempo di mantenimento per 4h; velocità di riscaldamento 50℃/h, velocità di raffreddamento 50℃/h.

I risultati delle due prove di saldatura sono i seguenti:

La prova di trazione del primo schema è qualificata. I valori di impatto dei tre campioni nella zona termicamente alterata sono 26,47,23, non qualificati. I quattro campioni di flessione laterale presentavano cricche rispettivamente di 3,75 mm, 4 mm, 1,38 mm e 0,89 mm, non qualificate. Il test dimostra che questo schema di saldatura non è ragionevole.

Il secondo schema è qualificato dalla prova di trazione; i valori di impatto dei tre campioni nella zona termicamente alterata sono 51,40,40, che sono qualificati. Tutti e quattro i campioni di piegatura laterale sono integri e qualificati; l'esperimento dimostra che questo schema di saldatura è ragionevole. Il trattamento termico post-saldatura può migliorare la microstruttura e le proprietà della saldatura, uno dei fattori importanti per ottenere giunti saldati che soddisfino i requisiti tecnici della saldatura dell'involucro J55.