[기계안전기술사] 문제풀이 2021년 124-2-4 보온재 하 부식

문제
4. 보온재 하 부식(Corrosion Under Insulation, CUI)에 대하여 다음 사항을 설명하시오.
1) 정의
2) 보온재 부식에 취약한 재질
3) 손상 촉진 인자
4) 발생 주요 설비
5) 결함 형상
6) 예방 및 대책

정답
(참고서류 : M-116-2012 기기 및 배관의 부식관리 기술지침

M-116-2012 기기 및 배관의 부식관리 기술지침.pdf

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보온재 하부 부식 CUI (Corrosion Under Insulation)
1) 정의
“보온재하 부식(Corrosion under insulation)”이라 함은 보온재내에 물 또는 습기 등이 침투되거나 접촉하여 국부부식이나 응력부식 균열을 야기하는 현상을 말한다.
보온재 하부에 물과 산소로 인해 발생하는 부식으로 설비 표면에서 발생하는 부식이다.
특성상 손상범위 가 광범위하고 파열양상을 띠며 전체적인 검사가 어렵고 발생위치의 예측이 어렵우며
검사에 막대한 비용 소요

2) 보온재 부식에 취약한 재질
취약한 재질은 탄소강, 저합금강, 300계열 및 이상계(Duplex) 스테인레스강이다.
① 탄소강, 저합금강: 공식(Pitting) 및 두께 감소가 발생하기 쉽다.
②300계열 및 이상계(Duplex) 스테인레스강: 염화물이 존재시 응력부식균열 (SCC: Stress Corrosion Cracking)에 취약하며 이상계 스테인레스강은 상대적으로 그 민감도가 낮다.

3) 손상 촉진 인자
보온재 하부로 침투하는 침투수가 문제이데 가장 문제가 되는 것은 빗물이다.
해안가에 취치한 플랜트의 경 우 빗물속에는 대표적인 부식물질인 Chloride(염화물), SOx(황산화물)가 다량 포함되어 있다. Chloride 나 SOx가 함유된 빗물이 보온재 하부로 침투할 경우 일반 수용액 환경보다 높은 부식률을 보이게 된다.
부식속도는 물의 증발온도까지는 표면온도에 비례하여 상승한다.
물이 증발되지 않고 보온재가 오래 젖어 있 는 상태인 100~121℃일 경우 부식율이 높다.

4) 발생 주요 설비
냉각탑, 증기배기관, 침수설비, 산과 가스에 노출된 설비, 수냉 스프레이로 냉각되는 설비에서 주로 발생한다.
(탄소강 배관, 스테인리스강 배관, 진동배관 시스템 등)

5) 결함 형상
CUI가 발생한 금속표면은 푸석한 박편 산화피막(loose, flaky scale)으로 덮여 있으며,
국부부식은 옹이 (carbyncle)형태의 공식(Pitting)으로 나타난다.
칼슘 규산염을 함유한 보온재로 싸여 있는 STS는 국부적인 공식,염화물응력부식균열(CSCC,Chloride -induced Stress Corrosion Cracking)이 발생한다.

6) 예방 및 대책
  1. 증기유입을 막는 보온, 밀폐가 최선의 방법 (양질의 배관 도색과 코팅)
  2. 설계시 여건에 맞는 적합한 배관 재료 및 보온제 선정
     ex 300계열의 STS에서는 염화물이 적은 보온재를 사용해야 한다
  3. 주기적인 점검, 관리
      (열화상 카메라 온도차 측정, 빗물 유입 가능한 보온재 파손 관리)
  4. 열손실이 크지 않으면 보온재를 제거하는 것도 하나의 방법


추가정보
1. 부식에 영향을 미치는 인자
(1) 산소
(2) pH
(3) 수분
(4) 대기중 불순물
(5) 농도
(6) 온도

2. 부식으로 인한 손실
설비의 부식 또는 부식으로 인해 야기된 사고에 의한 직․간접손실은 다음과 같다.
(1) 조업정지
(2) 제품의 손실 및 공해유발
(3) 설비의 성능저하 및 효율감소
(4) 유지 보수비 과다
(5) 부식율에 관한 정보가 없는 경우 과다 설계

3. 부식진단방법

4. 부식방지대책
8.1 부식방지방법
금속의 부식방지를 위하여 다음과 같은 방법을 사용한다.
(1) 내식성 재료를 사용하는 방법
(2) 금속이나 비금속의 피복법
(3) 환경처리법
(4) 전기화학적 방식법
여러 가지의 부식방지방법 중에서 전기화학적 방식법은 고부식성의 환경에 있는 대형금속구조물의 수용액부식에 대해서 효과적이고 경제적인 방식법이므로 수중의 금속구조물, 땅속의 매설관 및 화학장치 등의 방식에 광범위하게 사용할 수 있다.

8.2 부식방지를 위해 고려할 조건
(1) 특정 물질에 대한 적절한 재질 선정
재질과 물질의 안전성 상관관계는 운전온도 및 압력 등 운전조건에 따라 차이가 날 수 있으므로 재질 선정 시 주의하여야 하며 기본적인 재질선정 기준은 다음과 같다.
(가) 스테인리스강 - 질산
(나) 니켈 및 니켈합금 - 염기성
(다) 모넬 - 플루오르화수소산
(라) 하스테로이 - 강염산
(마) 납 - 희석황산
(바) 알루미늄 - 오염되지 않는 대기조건
(사) 주석 - 증류수
(아) 티타늄 - 고온 강 산화용액

(2) 금속 순도 유지
(3) 비금속 재질 사용
(4) 환경의 개선
(가) 가급적 유체의 온도를 낮춘다.
(나) 유속을 낮춘다.
(다) 액체로부터 산소를 제거한다.
(라) 이온농도를 낮춘다.
(5) 부식억제 약제 주입
(6) 신뢰할 수 있는 부식 데이터를 적용한 살두께
(7) 설계기준 준수
(가) 두께를 고려 - 기계적 강도와 더불어 부식의 침투작용의 고려
(나) 균열부식을 줄이기 위하여 리벳보다는 용접시공
(다) 전기적 접촉의 방지 - 이종금속접촉 부식(Galvanic corrosion)
(라) 응력부식균열(Stress corrosion cracking)을 방지하기 위하여 과다한 응력 과 응력집중 방지
(마) 유체가 흐르는 곳에서 가급적 굽힘부의 곡률반경을 크게 할 것
(8) 전기방식
(9) 코팅(Coating)

5. 부식진단 측정방법의 분류

6. 부식해석 시 검토항목