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| 녹물스케일제거>녹,스케일,슬라임,부식 |
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| 모든 장치 설비의 경우 정도의 차이는 있으나 배관설비의 경우 여러가지 종류의 유체가 흐르고 있고
운전온도, 압력, 유속 및 배관재질 유체의 조성 등 배관 내외면의 여러가지 조건등에 의하여 여러가지 형태로 손상이 유발되고
있으며, 손상정도와 배관내의 유체 종류와 조성에 따라 다르나 부식, 또는 스케일이 발생 등으로 생산성 저하, 열효율저하,
폭발, 화재 등과 같은 대형사고가 유발됨으로써 인적, 경제적도의적 등 상회적으로 막대한 손실을 초래할 수 있다. |
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| 1. 녹 |
| 1) 녹이란 |
일반적으로 금속은 공기 중에 있는 산소 · 수분 · 이산화탄소
등의 작용에 의해서 그 금속의
산화물 · 수산화물 · 탄산염 등을 생성하여 피막(被膜)을 만들어 금속의 표면이 광택을
잃는데,
이들이 녹의 주성분이 되는 수가 많다.
그러나 가장 일반적으로 말하는 것은 산화물로 물속에 존재하는 철이 이온화 되면서 빠져나온
양극 또는 음극이라는 전자가 물속에서 존재하고 있다가 파이프내에 있는 물과 산소와 결합하여
수산화 이온(4OH-)를 발생시키고 다시 철이온(Fe++)과 결합하여 Fe(OH)2이 되고
Fe(OH)2가
다시 물속에 함유된 산소와 결합하여 붉은색 녹인(Fe₂O₃)가 된다.
이러한 과정으로 생성된 철 산화물을 바로 “녹”이라고 한다.
[참고]
철은 모든 지구상에서 가장 많이 사용되고 있는 금속으로서 천연에서 금속단체로 산출되는
것은
극히 드물며, 거의가 산소, 유황, 물, 탄산, 규산 등의 무엇인가와 결합되어 안정한
광물로서
존재하고 있다. 이러한 광물에서 금속과 화합하고 있는 원소를 정련이라는 작업의 통해
억지로
떼어내어 철을 만들어 내고 있는데, 따라서 철은 주위에 있는 산소, 수소 등과 반응하여
원래 자연의 광물상태로 돌아가려고 성질 때문에 녹이 발생하게 된다. |
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| 2) 녹청 |
녹의 한 종류로 구리는 공기 중에서 산화하여 먼저 검은색이 되지만, 습기와 이산화탄소에
의해서
염기성 탄산구리 CuCO₃ ·Cu(OH)2를 생성하여 녹색이나 청색이 되는데,
이것을 동록(銅綠) · 동청(銅靑) 또는 녹청이라 한다.
또, 구리를 식초나 아세트산의 증기와 접촉시키면 마찬가지로 염기성 아세트산구리가 생기는데
이것도 동록 또는 녹청이라 한다. |
| 3) 녹의 방지 |
철이 상온에서 녹슬기 위해서는 액체의 물과 산소의 두가지 물질이
절대적으로 필요하다.
이 중 어느 것이라도 철표면에 접근시키지 앟으면 녹을 막을 수 있다.
이 방법에는 환경차단, 전기방식, 환경처리 등 크게 3가지 방법을 사용하고 있다.. |
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2. 스케일 |
| 1) 스케일이란 |
물에는 광물질 및 금속의 이온등이 녹아있다. 이 이온 등의 화학적
결합물(CaCo3)이 침전하여
배관이나 장비의 벽에 부착하는데 이를 SCALE이라고 한다.
SCALE의 대부분은 CaCo₃이다. |
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| 2) SCALE의 생성과 종류 |
(1) 생성화학식
(2) SCALE의 종류
① CaCo₃ : 탄산염계 SCALE
② CaSo₄ : 황산염계 SCALE
③ CaSiO₄: 규산염계 SCALE |
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| 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 |
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| 그림 1 ] 확산이론 |
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| 그림 2 ] 흡착층 이론 |
| 그림2 ] 와 같이 (a)에서 (b)로 성장합니다. (b)와 같이 되어 활성점이 없어지면 최초에
집합결정상에 올랐던 결정이, 집합결정에 짜 넣어져 활성점이 발생하여 (a)→(b)와 같이 성장한다. |
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| ● 응집 |
| · 생성한 결정은 응집에 의해 더욱
커져서 스케일화를 촉진하게 된다. |
· 전기이중층
수중의 고체분자는 일반적으로 부전하를 가진다. 분자와 물과의 계면에는
분자의 부전하에
정이온이 강하게 견인당해 분자표면에 강고하게 부착한 고정층(스탠층이라함)이
형성되어,
그주변에는 정이온의 양이 점차 저하(低下) 하는 확산층(구이층이라함)이
형성된다.
이 두가지층을 전기이중층이라 한다.
분자간에는 상호 두 개의 힘이 움직인다. 하나는, 분자의 부전하에
의한 반발력이고,
또 하나는 Van der Waals력에 의한 흡인력입니다. 반발력의 포텐셜에너지(Va)와 흡인력의
코텐셜 에너지(VA)를 맞춘 것이 분자간의 포텐셜에너지(VT)이다.
분자간의 포텐셜 에너지가 높은 상태에서는 분상상태에 있고, 전해질(염류등)의
공존에 의해
낮은 상태에서는 인력이 이겨 응집하게 됩니다. 또 분자의 수가 많아지면, 분자의 충돌확률이
높아져 응집이 촉진된다. |
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| 그림 3] 분자계면부근에서의 전기적 구조 |
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| 3. 슬라임 |
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| 1) 슬라임이란 |
수중영양소(질소, 인, 탄산가스)와 일광, 적정온도라고 하는 좋은 조건이 갖춰진 냉각탑 내에서
발생하기 쉽고 세균에 의한 점직분비물이 장치내면에 부착한다고 하는 부적합상태를 나타낸다. |
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| 2) 슬라임 대책 |
일광차단, 냉각탑내의 청소, 물의 교환, 살균살조제의 토입이 필요하다.
최근에는 미국에서 재향군인병으로서 유명한 레지오넬라균(흙속에 생식)에 의한 사망률이 증가하고
있기 때문에, 냉각탑 내의 청소정화가 법적으로 의무화되는 경향이 있다
자기 처리된 물에는 박테리아의 번식이 저하되던지 억제되므로 여러 문헌이나 시험결과에 있어서
그것들의 결과가 발표되고 있다. 박테리아는 유기물이고, 여기까지 기술해온 무기질에 대한
기초지식만으로는 설명할 수없는 분야이다.
우리는 공조라인의 쿨링타워의 수초의 발생을 억제하거나, 냉각 시스템전체의 슬라임의 문제점을
해결한적도 있지만, 일부 해결할 수 없었던 것도 있다. 이것들은 발생원인과 발생균과의 관계에
있어서 일어나는 문제이다.
약품이용에 의해서도 해결하지 않았던 슬라임 트러블이 자기 처리수와의 병용에 의해 완전히
해결된 예는 의외로 많지만, 양측은 판매를 위해 자기상품의 효과라고 주장하면 고객에게 신뢰는
안갈 것이다. |
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| 4. 부식 |
1) 부식이란 |
부식이란 어떤 금속이 유리탄산(free CO₂), H₂S, 메탄류 및 용존산소 등에 의하여 화합물로
변화(산화반응)되면서 금속자체가 손상(소모)되는 것을 말한다.
① 수도관에 있어서 부식은 물 또는 대기중에 철강을 놓아두면 붉은 녹이 생기고,
구리 또는 구리 합금에는 푸르스름한 녹이 생긴다,
이와 같은 화학적 또는 전기 화학적인 작용에 의해서 비금속성 화합물을 만들어 차차
손실되어 가는 현상을 말한다 |
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| 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 균일부식(均一腐蝕,
Uniform corrosion) 또는 전면부식(General corrosion) |
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동일한 환경중에서 어떤금속의 표면 전체가 균일하게 부식이 발생하는 현상.
금속은 점점 두께가 감소하게 되고 마침내는 사용이 불가능해지게 된다.
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| ② 국부부식(局部腐蝕,
localized corrosion) 또는 점식(點蝕) |
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금속의 재료 자체 조직, 잔류응력 여부, 접하고 있는 주위환경 중 부식물질의 농도
온도와
유체의 성분, 유속및 용존산소의 농도 등에 의하여 금속표면에 국부적 부식이 발생하는 현상
이러한 국부부식은 다음과 같은 경우에 주로 발생한다. |
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㉠ 이종금속접촉(dissimilar
metal) |
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두 이종금속(dissimilar metal)이 용액 속에 담구어지게 되면 전위차가
존재하게 되고 따라서 이들 사이에 전자의 이동이 일어난다. 그리하여 귀전위를 가진 금속의 부식속도는 감소되고
활성전위를 가진 금속의 부식속도는 촉진된다.
즉 전자는 음극이 되고 후자는 양극이 된다. 이러한 형태의 부식을 이종금속접촉부식 또는 갈바닉 부식이라 한다. |
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㉡ 공식(pitting) |
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부식이 금속 표면의 국부에만 집중하고 이 부분에서의 부식 속도가 특히 빨라서 금속 내로 깊이 뚫고 들어가는
심한 국부부식의 형태를 이룰 때 이를 공식이라 한다. 공식은 그 진행속도가 대단히 빠르기 때문에 비교적
짧은 시간에 금속 내부로 뚫고 들어가 기계장 치를 못쓰게 한다. 공식은 스테인레스강이나 Al등과 같이 금속
표면 의 부동태피막에 의해서 내식성을 얻는 금속에서 흔히 볼 수있으며 균일부식을 일으키는 조건에서는 발생하지
않는다.
따라서, 공식된 표면을 관찰해 보면 핏트가 나타난 이외의 부분은 거의 또는 전연 부식을 일으키지 않았다는
사실을 알 수 있다. 핏트의 직경은 작을 수도 있고 클 수도 있다. 그러나 대부분의 경우 비교적 작다.
핏트 는 서로 떨어져 있기도 하고 또 때로는 함께 가까이 있어서 거친 표 면처럼 보이기도 한다. 공식은
가장 파괴적이고 무서운 부식이라고 할 수 있다. |
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㉢ 틈새(crevice) |
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구조적으로 틈을 형성하고 재료사이의 틈에 전해질의 수용액이
침투하여 전위차(산소결핍으로 산소농담전지의 양극이됨)를 구성하고 틈새에서 집중적으로 부식이 일어난다.
피복파손에 따른 틈새부식이 발생시 피막하 부식(皮膜下腐蝕, underfilm corrosion or filiform
corrosion)이라 부른다. |
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㉣ 입계부식(intergranular) |
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금속의 결정입자 경계에서 선택적으로 부식이 발생
입계부식은 입계에서의 불순물 또는 입계영역에서의 한 합금성분의 과다 또는 고갈등에 의해서 야기된다.
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㉤ 탈합금(脫合金, dealloying)
또는 선택부식 |
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재료의 합금성분중 일부성분 즉, 황동중의 아연, Al청동중의 알루미늄, 금합금중의
동이 선택적으로 부식되어 홈을 만드는 부식으로 부식이 힘든 성분은 남아서 강도가 약한 다공상의 재질을 형성하게된다.
일명 탈합금(脫合金, dealloying) 또는 분금(分金, parting)이라 한다.
특히 황동중의 아연부식을 탈아연 부식이라 한다. |
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| 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
형성하여 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
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| ※ 자기실수처리기술의 원리와 효과의 연구발표자 |
| NO |
소속 |
성명 |
| 1 |
노르웨이 국립수질연구소 |
H.크리스챤슨
이학박사 |
| 2 |
폴라사 |
F.엘링슨
이학박사 |
| 3 |
영국 그랜필드 대학 |
S.A파슨
이학박사 |
| 4 |
미국 베이라 대학 |
K.W.부시
공학박사 |
| 5 |
미국 공조학회(ASHRAE) |
Y.I.
장박사 외(드렉셀 대학) |
| 6 |
교토대학 대학원 |
히가시타니
코 공학박사 |
| 7 |
국립 요코하마 대학 |
치바
쥰 공학박사 |
| 8 |
아키타 대학 |
요시무라
노보루 공학박사,스즈키 마사시 공학박사 |
| 9 |
국제 기독 대학 |
이시카와
미츠오 이학박사 |
| 10 |
국립 신슈대학 |
마츠자키
마사요시 이학박사 |
| 11 |
제르디 연구소 |
사카모토
이학박사 |
| 12 |
고베 제강소 |
동관연구
그룹 |
| 13 |
(구)소비에트 |
V.E.
크라센 이학박사 |
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