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부식이 잘 일어나는 환경에서의 이종 재질 |파카하니핀 코리아

Mixing Materials in Corrosive Environments, Parker Hannifin, Instrumentation Products Division Europe, corrosive instrumentation components

안전하고 비용 효율적인 시스템을 구축하기 위해서는 설치 단계에서 무엇보다 애플리케이션에 적합한 자재를 선택하는 일이 중요한데요, 하지만 경제적이지 않다는 이유로 종종 간과되기도 합니다.

그렇다면 제품의 안전을 보장하고 온전하게 유지하려면 어떻게 해야 할까요?

바로 최적의 합금(the best candidate alloys)을 선택하여 부식을 관리하는 것입니다.

이를 통하여 유지 보수 비용과 셧다운 시간을 최소화할 수 있으며, 시스템의 수명이 늘어날 뿐만 아니라 궁극적으로 비용 절감 효과까지 함께 누릴 수 있습니다.

 

  • Higher alloy는 중요 부품에만 사용합니다.

이종 재질(Mixing dissimilar material)을 믹싱하는 것은 매우 일반적인 일이며, 특히 비용과 리드 타임을 기준으로 합금(alloy)을 선택할 시에 더욱 빈번한 일입니다.

이종 재질을 믹싱하는 것이 단순히 선택 사항이 아니라 최상이거나 유일한 솔루션인 수많은 엔지니어링 적용 사례가 있는 반면, 피해야 하는 경우도 많습니다.

파카는 기기 시장에서 부식 문제를 겪고 있는 고객을 많이 만나면서, 이러한 사례에서 가장 흔한 솔루션은 내부식성이 더 뛰어난 자재로 만든 새 장비를 선택하여 특정 부식이 일어나는 고장 메커니즘을 방지하는 것임을 알고 있습니다. 이 새 합금 비용을 투자하여 교체를 정당화해야 하기 때문에 일찌감치 많은 고객이 이 고급 합금을 중요 부품에만 사용하여 비용을 줄이려고 노력합니다.

 

  • 중요한 부품과 중요하지 않은 부품을 어떻게 구분할 수 있을까요?

그 예로 instrumentation tube와 피팅/밸브 시스템을 살펴보겠습니다.

오일 및 가스 업계에서는 전통적으로 수백만 개의 인스트루멘테이션 제품에 300 시리즈 스테인리스 스틸 재질을 사용해왔습니다. 하지만, 기후 및 작동 조건뿐만 아니라 지리적 위치도 평소 사용 조건보다 더 열악했으며 마찬가지로 설계 기준과 안전 규정, 예상 수명 또한 미흡한 상태였습니다.

스테인리스 스틸은 20년 전부터 사용되었기 때문에 현재로서는 이렇게 부식이 잘 일어나는 환경에서 사용하기에 적합하지 않습니다. 내식합금(Corrosion resistant alloys)은 성능이 뛰어나며 전에 비해 더 쉽게 구할 수 있지만 무거울수록 비싸진다는 단점이 있습니다.

일반적으로 부피가 클수록 내구성이 좋고 튼튼하다고 여겨지는데, 튜브는 제한된 두께 때문에 중요 부품으로 간주되며 그에 비해 피팅이나 밸브는 ‘덜 중요한’ 부품으로 간주되는 경우가 많기 때문입니다. 따라서 튜브에는 고급 합금을 선택하고 피팅이나 밸브에는 저급 합금을 선택하는 경향이 있습니다. 하지만 이것이 적절한 선택일까요?

 

  • 정말 크기가 문제일까요?

제품이 단지 일반적인 부식으로 인해 손상되고 부식이 일정한 속도로 진행되어 쉽게 관리가 가능하다면 위 선택을 받아들일 수 있습니다. 하지만, 보통 인스트루멘테이션 제품은 제품 고유의 작동 조건으로 인한 국소적 부식과 기계적 문제에 직면하는 것이 현실입니다. 오일 및 가스 업계에서 고장 메커니즘의 일반적인 원인은 구멍 부식이나 틈새 부식과 같은 국소적인 부식 작용입니다.

부식이 일어나는 환경에서 진동과 같은 인장 응력이 가해지면 응력 부식 균열이 발생하여 순식간에 장비에 치명적인 결함을 일으킬 수 있습니다.

Offshore 애플리케이션의 대표적인 고장 유형은 염화물에 의한 부식 균열입니다. 인장 응력과 염화물에 의해 발생하는 자재 결함 균열로 인해 발생되는데 재질에 길게 갈라진 틈이 있고 인장 응력이 적절한 경우엔 두께가 있더라도 결정 입계 전체에서 진행되는 균열을 막지 못합니다. 단지 얇은 단면보다 시간이 조금 더 걸릴 뿐입니다. 따라서 이런 경우 크기는 문제가 되지 않습니다.

 

Mixing Materials in Corrosive Environment, Parker Hannifin, Instrumentation Products Division Europe, corrosive fitting

그림 1.  인스트루멘테이션 피팅의 재질과 튜브의 재질이 서로 다른 상태에서 발생한 부식

튜브에 맞지 않는 자재 = 피팅에 맞지 않는 자재

안전하고 비용 효율적인 운영을 위해서는 올바른 재질을 선택하고 불필요한 하중을 최소화하도록 설계해야 합니다. 재질이 튜브에 적합하지 않다면 다른 부품에도 적용해서는 안 되는데, 두 부품 모두 동일한 작동 및 환경 조건에 노출된다면 동일한 고장 메커니즘을 일으킬 수 있기 때문입니다.

NORSOK M-001: 재질 선택 표준과 같은 산업 표준을 따릅니다. "배관 시스템에서 이종 금속을 결합할 때마다 부식성 평가를 시행해야 합니다. 전기 화학적 부식이 발생할 가능성이 있는 경우 경감 조치를 사용해야 합니다."  또한 "절연/거리 스풀 없이 이종 재질 사이를 갈바닉 연결하면 인터페이스 간 국소적 부식 속도가 평균 부식 속도보다 약 3배 더 빨라질 수 있습니다."라고 설명합니다. 기기 시스템의 전기 방식은 비용 측면에서 효율적이지 않는 경향이 있고 튜브 및 밸브 또는 피팅 간 절연이나 거리 스풀은 실행이 불가능한 경우도 있습니다.

Parker의 NORSOK M-650 표준 사양을 준수하는 부식 환경용 기기 제품을 확인해보시기 바랍니다.

이종 재질을 가볍게 여기지 말고 신중히 평가해야 합니다. 추후 비용 효율적인 시스템을 개발하고, 불필요한 위험을 피하려면 재질 선택이 매우 중요합니다. 애플리케이션에 맞는 재질을 선택하고 안전한 설치를 보장하는 것은 문제없는 시스템을 만들기 위한 공통적인 솔루션으로 파카는 성공을 설계하도록 전문 지식과 기술을 제공합니다. 

 

 

이번 블로그 기사 작성에 박상훈 과장(Instrumentation Process 세일즈 엔지니어, 파카코리아)이 도움을 주셨습니다. 

이메일 : sanghoon.park@parker.com

파카코리아 제품 보기 : http://ph.parker.com/kr/ko/products

파카코리아 문의처 : parkerkr@parker.com

 

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