| 1. 배관 부식 |
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1.1 배관의 부식원인과 방지대책 |
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1) 개요
부식이란 어떤 금속이 주위환경과 반응하여 화합물로 변화(산화반응)되면서 금속자체가 소모되어 가는현상
2) 부식의 종류
(1) 습식과 건식
① 습식부식 - 금속표면이 접하는 환경중에 습기의 작용에 의한 부식현상
② 건식부식 - 습기가 없는 환경중에서 200O℃이상 가열된 상태에서 발생하는 부식
(2) 전면부식과 국부부식
① 전면부식 - 동일한 환경중에서 어떤금속의 표면이 균일하게 부식이 발생하는 현상. 방지책으로 재료의 부식여유 두께를 계산하여 설계
② 국부부식 - 금속의 재료 자체의 조직, 잔류응력의 여부, 접하고 있는 주위환경중의 부식물질의 농도 온도와 유체의 성분, 유속및 용존산소의 농도 등에 의하여 금속표면에 국부적 부식이 발생하는 현상
㉠ 이종금속접촉 : 재료가 각각 전극, 전위차에 의하여 전지를 형성하고 그 양극이 되는 금속이 국부적으로
부식하는 일종의 전식 현상이다.
㉡ 전식 : 외부전원에서 누설된 전류에 의해서 전위차가 발생. 전지를 형성하여 부식 되는 현상
㉢ 틈새부식 : 재료사이의 틈새에서 전해질의 수용액이 침투하여 전위차를 구성하고 틈새에서 급격히
부식이 일어난다.
㉣ 입계부식 : 금속의 결정입자 경계에서 선택적으로 부식이 발생.
㉤ 선택부식 : 재료의 합금성분중 일부성분은 용해하고 부식이 힘든성분은 남아서 강도가 약한 다공상의
재질을 형성하는 부식이다.
3) 부식의 원인
(1) 내적원인
① 금속의 조직영향 : 금속을 형성하는 결정상태면에 따라 다르다.
② 가공의 영향 : 냉간가공은 금속의 결정구조를 변형
③ 열처리 영향 : 잔류응력을 제거하여 안정시켜 내식성을 향상시킨다.
(2) 외적요인
① PH의 영향 : PH4 이하에서는 피막이 용해되므로 부식
② 용해성분영향 : 가수분해하여 산성이 되는 염기류에 의하여 부식
③ 온도의 영향 : 약 80℃까지는 부식의 속도가 증가
(3) 기타원인
① 아연에 의한 철부식 : 50 - 95℃의 온수중에서 아연은 급격히 용해한다.
② 동이온에 의한 부식 : 동이온이 용출하여 이온화 현상에 의하여 부식
③ 이종금속 접촉부식 : 용존가스, 염소이온이 함유된 온수의 활성화로 국부전지를 형 성하여 부식
④ 용존산소에 의한 부식 : 물속에 함유된 산소가 분리되어 부식
⑤ 탈아연 현상에 의한 부식 : 밸브의 STEM과 DISC의 접촉부분에서 부식
⑥ 응력에 의한 부식 : 내부응력에 의하여 갈라짐 현상으로 발생
⑦ 온도차에 의한 부식 : 국부적 온도차에 의하여 고온측이 부식
⑧ 유속의 영향
4) 부식의 방지대책
(1) 배관재의 선정 : 가급적 동일계의 배관재 선정
(2) 라이닝재의 사용 : 열팽창에 의한 재료의 박리에 주의
(3) 온수의 온도조절 : 50℃ 이상에서 부식이 촉진된다.
(4) 유속의 제어 : 1.5 M/S 이하로 제어
(5) 용존산소제어 : 약제투입 용존산소제어
(6) 희생양극제 : 지하매설의 경우 Mg등을 배관에 설치
(7) 방식재 투입 : 규산인산계 방식제 이용
(8) 급수의 수처리 : 물리적 방법과 화학적 방법
5) 결론 배관의 부식은 관의 재질, 흐르는 유체의 온도 및 화학적 성질에 따라 다르나 일반적으로 금속의 이온화, 이종금속의 접촉, 전식, 온수온도 및 용존산소에 의한 부식이 주로 일어나 므로 여기에 대한 대책이 강구 되어야 한다. |
| 1. 배관 부식 |
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1.2 배관의 SCALE 생성원인과 방지대책 |
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1) 개요
(1) 물에는 광물질 및 금속의 이온등이 녹아있다. 이 이온 등의 화학적 결합물(CaCo3)이 침전하여 배관이나 장비의 벽에 부착하는데 이를 SCALE이라고 한다.
(2) SCALE의 대부분은 CaCo3 이다.
2) SCALE의 생성과 종류
(1) 생성화학식
(2) SCALE의 종류
① CaCo3 : 탄산염계 SCALE
② CaSo4 : 황산염계 SCALE
③ CaSiO4 : 규산염계 SCALE
3) SCALE 생성원인
(1) 온도
① 온도가 높으면 SCALE 촉진
② 급수관보다 급탕관 SCALE이 많다.
(2) Ca이온 농도
① Ca이온 농도가 많으면 SCALE 생성 촉진
② 경수가 SCALE 생성이 많다.
(3) CO3이온 농도
4) SCALE에 의한 피해 관, 장비류의 벽에 붙어서 단열기능을 한다.
(1) 열전달율 감소 에너지 소비 증가, 열효율 저하
(2) BOILER 노내 온도 상승
① 과열로 인한 사고
② 가열면 온도 증가 → 고온 부식 초래
(3) 냉각 SYSTEM의 냉각 효율 저하
(4) 배관의 단면적 축소 마찰손실 증가 → 반송동력 증가
(5) 각종 V/V 및 자동제어기기 작동 불량
① SCALE등의 이물질 영향
② 고장의 원인 제공
5) SCALE 생성 방지 대책
(1) 화학적 방법
① 인산염 이용법
㉮ 인산염은 CaCo3 침전물 생성을 억제하며 원리는 Ca++ 이온을 중화시킨다.
② 경수연화장치(합성수지이용법)
㉮ Ca++, Mg++ 이온을 용해성이 강한 Na+ 이온으로 교환하여 SCALE생성원인인 Ca 이온 자체를 제거
㉯ 완전반응후 Ca, Mg 화합물이 잔류하지 않도록 물로 세척
③ 순수장치
㉮ 모든 전해질을 제거하는 장치
㉯ 부식도 감소
(2) 물리적 방법 물리적인 에너지를 공급하여 SCALE 생성을 촉진시켜 SCALE이 벽면에 부착하지 못하 고
흘러나오게 하는 방법
① 전류이용법
② 라디오파 이용법
③ 자장이용법
㉮ 시중에서 판매하는 SCALE 방지기의 원리
㉯ 영구자석을 관외벽에 부착하여 자장생성
④ 전기장 이용법
6) 스케일 방지장치의 선정시 고려사항
(1) 적용하는곳의 수질을 분석해야 한다.
(2) 사용유량을 검토한다.
(3) 스케일방지장치 설치위치 결정
(4) 처리강도의 조정
7) 결론 SCALE의 생성을 방지하기 위하여 물속의 Ca++이온을 제거하여야 하며 가장 널리 사용 되는 방법은 경수 연화법이다. |
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| 1. 배관 부식 |
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1.3 부식 및 Scale이 설비에 미치는 영향 |
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열손실 : Scale은 단열재 역할. scale두께에 따라 큰 차이가 남. 냉난방 효율 저하 - 냉난방 비용 부담 심각 |
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미생물의 서식처:(박테리아, 사상균 등)
·식수 위생 위협
·냉방 설비의 세균 문제 박테리아 증식 과정 - 열발생 ...냉방 효율 저하시킴 레지오넬라균 증식 - 전염병 ...
보사부 관심사 ... 소독약 문제
장비 기능장애 :
·배관 및 장비 수명 단축, 잦은 수리 유지 보수 관리가 요구됨
(인건비, 설비 교체 비용, 조업 정지)
※ 예를 들면, 법적으로 내용 연수 20년인 백관의 경우, 전문가들 의견에 따르면 관 리를 잘할 경우
12 ∼13년, 보통의 경우 8∼10년 밖에 쓰지 못함
유량, 유속 저하 및 수압 상승( 유체의 난류화, 전체 열 전도 효율 저하) ←펌프 압력을 추가로 요구
(과부하 및 과중한 전기료) - 기기 down → 교체 | |
| 1. 개요 |
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공동주택에서 기계설비분야의 민원발생중 가장 큰문제의 하나는 배관과 물탱크의 부식으로 인한 수질오염이라 할수 있다. 과거 공동주택의 음용수 배관재는 주로 백강관을 사용하여 왔으며 설비의 노후화와 수질환경 악화에 따라 세대내 수도꼭지의 녹물발생이 사회문제로 대두되고 있다. 이에 대한 해결책으로 보완공사, 교체공사를 시행하고 있지만 이로인한 경제적 손실은 초기에 부식을 대비하여 내식성 자재선정, 방식설비를 갖추는 것보다 많은 비용이 소요된다. |
| 2. 부식에 영향을 미치는 요소 |
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(1) 금속부식의 영향인자 |
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① |
금속내적인자 : 금속의 조성, 금속의 조직, 열처리, 표면상태 |
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② |
주위환경인자 : PH, 용존산소, 수온, 유속, 수중용해 성분등 실제의 금속부식은 이들 영향인자외에도 |
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여러가지 인자가 서로 복잡하게 작용하여 발생된다. | |
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(2) PH의 영향 |
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PH4 ~ PH10의 범위는 철표면이 산화피막으로 덮여지기 때문에 부식속도는 PH와 무관하나 |
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수중용존 산소량의 증가에 따라 부식속도는 증가한다. | |
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(3) 수온의 영향 |
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밀폐계에서 금속부식은 수온의 중가에 따라 직선적으로 증가하나 개방계에서는 80℃부근에서 |
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최대가 되고 그 이상의 온도에서는 수중용존 산소량의 감소와 함께 부식속도는 감소된다. | |
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(4) 유속의 영향 |
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유속의 증가에 따라 용존산소의 확산이 가속되어 부식속도가 증가하나 일정유속 이상이 되면 |
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금속 표면에 보호피막이 형성되므로 부식속도는 다시 감소된다. | |
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(5) 용존산소의 영향 |
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철의 부식속도는 수중용존 산소량에 비례하여 증가하나 어느 한계를 넘으면 부식 속도는 감소한다. |
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즉 부식반응에 소모되고 남은 여분의 산소가 보호피막을 형성하기 때문 | |
| 3. 부식사례 |
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(1) 난방입상관의 최하단 관내부 부식 |
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입상관 최하단에 산화철, 부식 생성물, 슬러지, 각종 이물질이 퇴적되어 있어 이로 인하여 관 내부에 |
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균일 부식이 발생. | |
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(2) 파이프 덕트내 배관 연결부위 부식 |
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아연도 강관의 경우 관내부 용접부위에 특히 부식이 심하게 발생되어 있었으며 강관의 seam부위를 |
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따라 부식 진행 | |
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(3) 매립용 스리브관의 부식 |
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결로와 콘크리트에 흡수된 수분의 영향으로 배관 외면에 부식이 진행, 세대내 배관의 강관 스리브 관통 |
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부위에는 결로 현상과 이종금속접촉의 영향으로 또다른 형태의 부식이 진행된다. | |
| 4. 설비 및 배관의 부식 방지 계획 |
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(1) 기본적 고려사항 |
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① |
수질 |
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관수의 탁도, 경도, PH, 용존산소, 수중용해 성분등이 영향인자이다. 설비계획시 해당지역의 수질특성 |
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을 파악하고 이에대한 적절한 자재선정방식과 설비의 검토가 요구된다. |
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② |
수온 |
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부식속도는 온도상승에 따라 증가하는 경향이 있으며 금속의 부식속도에 큰영향을 미치는 것은 금속과 |
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접해 있는 수중용존산소의 확산과 용존산소의 확산에 의해 생성된 산화피막의 온도에 의한 영향이다. |
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③ |
유속 |
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관내 유속이 증가하면 처음에는 부식이 유속에 비례하여 증가되나 일정유속 이상이 되면 산소확산에 |
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의해 보호막이 형성되어 부식은 감소된다. | |
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(2) 설비배관의 부식방지 대책 |
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① |
배관용 탄소강관 |
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공기빼기로 적극적으로 용존산소를 제거 밀폐배관계에서는 가능한 물을 바꿔 놓지 않는다. |
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개방계이고 새로운 물이 공급되는 시스템은 탈기장치, Air vent에 의한 공기빼기는 부식방지 효과가 |
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적으며 방청제의 투입량도 허용치 이내로 제한하여야 하므로 충분한 효과를 기대할 수 없다. |
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② |
동관 |
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강관에 비해 내식성이 우수하며 수질, 유속, 용접방법에 따라 공식, 응력부식균열, 마모부식등의 |
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국부부식이 발생되고 수질의 부식성 증가에 따라 보호피막이 형성되지 못하고 동이온이 과다응축되어 |
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청수 발생이 문제가 된다. |
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③ |
스테인레스관 |
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내식성이 우수하나 관내 수질에 따라 공식, 응력부식 균열등의 국부부식 발생이 문제가 된다. |
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④ |
강판제 저탕조 |
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수중용존산소와 용존염류에 의해 급속히 부식된다. 공기가 모이기 쉬운 탱크상부, 용존 염류가 퇴적 |
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되기 쉬운 탱크바닥, Heating Coil의 틈새에 부식이 일어나기 쉽다. |
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⑤ |
스테인레스 저탕조 |
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내식성이 우수한 재료이나 용접이음 부위에 응력 부식 균열이 발생되기 쉽고 맨올과 헤더의 플렌지 |
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결합부위에 틈새 부식이 발생하기 쉬우며 부식을 방지하기 위해서는 음극방식법, 고순도 마르텐사이트 |
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계 스텐레스강을 사용하는 것이 좋다. | |
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(3) 현행 설게에서 개선이 요구되는 사항 |
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① |
약품 투입 장치의 자동화 |
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② |
탈기 설비의 개선 |
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③ |
보일러 관수 관리 방법 개선 |
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④ |
급수본관에 여과장치 설치 |
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⑤ |
동관의 용접방법 개선 |
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⑥ |
저탕조의 부식방지용 희생 양극설치 | |
| 5. 결론 |
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배관계에서 부식인자는 다양하며 실제의 부식은 이들 인자가 서로 복잡하게 작용하여 발생되므로 부식을 방지하기 위해서는 어떤 한가지 방법보다는 여러가지 방법을 서로 보완하거나 병행하여야 효과적이다. 부식방지를 위한 기본적인 요건으로 ①내식성자재의 사용 ②부식환경의 제거 ③적정한 수처리순이라고 생각되며 사용자재의 선정, 부식환경의 조건, 방식피막, 수처리등의 부식방지를 위한 종합적인 설계상의 고려가 필요하다. | |
