고급 냉각수 처리 개념(2부)

이번 회에서는 많은 응용 분야에서 효과가 입증된 인산염 대체 기술의 일반 화학을 조사합니다.

편집자 주: 이 글은 Buecker & Associates, LLC의 사장인 Brad Buecker가 작성한 여러 부분으로 구성된 시리즈 중 첫 번째입니다.

여기에서 1부를 읽어보세요.

이 시리즈의 1부에서는 지난 세기 중반 이후 가장 두드러진 냉각수 스케일/부식 억제제 처리 프로그램에 대한 개요를 제공했습니다. 처리는 매우 효과적이지만 궁극적으로 위험한 산/크로메이트 화학에서 "제어된" 침전 반응과 약염기성 pH를 활용하여 냉각수의 부식 및 스케일링 가능성을 줄이는 인산염/포스폰산염/아연 처리로 발전했습니다. 후자의 프로그램은 제어하기가 복잡할 수 있으며 때로는 부식과 스케일링 조건 사이에 미세한 경계가 있을 수 있습니다. 아래의 2패스 열교환기 사진은 극적인 예를 보여줍니다.

입구 끝(이 교환기의 하부 튜브)에서 부식이 뚜렷이 나타났습니다. 따뜻한 배출구 쪽(상부 절반)에서는 명확하게 볼 수 있듯이 증착이 문제가 되었습니다. 인산염/포스포산염 프로그램은 열 교환기 내의 위치와 온도에 따른 부식이나 스케일링을 완화하는 데 특별히 효과적이지 않았습니다.

이번 회에서 우리는 많은 응용 분야에서 효과가 입증된 인산염 대체 기술의 일반 화학을 조사할 것입니다. 인산염/포스폰산염 처리보다 불확실성이 적고 방전 화학으로 인한 환경 영향이 줄어듭니다.

독자가 1부에서 언급했듯이 부식 제어 관점에서 인산염/포스폰산염 프로그램은 양극 및 음극 반응을 억제하기 위해 반응 생성물의 증착에 크게 의존합니다. 폭기수의 일반적인 부식 셀은 다음과 같습니다.

탄소강 산소 부식이 아마도 가장 일반적인 메커니즘이지만 다른 많은 부식 메커니즘도 가능합니다. 공간 제한으로 인해 이 기사에서 대부분의 메커니즘을 자세히 논의할 수는 없지만 향후 전력 엔지니어링 기사에서 가장 중요한 몇 가지 메커니즘을 개략적으로 설명하겠습니다. 주요 주제를 계속해서; 양극 및 음극 반응을 탈분극하기 위해 침전 화학에 의존하는 것은 종종 매우 어려울 수 있으며, 다양한 조건으로 인해 그림 1에 표시된 스케일 형성과 같은 다른 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 금속 표면에 직접 보호막을 구축하기 위한 최신 프로그램이 등장했습니다. 많은 제제에서 유기 분자의 중요한 특징은 소수성 유기 사슬이 바깥쪽으로 뻗어 있는 금속 표면에 직접 부착되는 활성 부위입니다.

저자가 잘 알고 있는 화합물 중 하나는 반응성 폴리히드록시 전분 억제제(RPSI)라는 일반 화학명으로 불리며, (1) 분자의 활성 산소 함유 그룹이 금속을 보호하는 유기 부분과 함께 금속 표면에 부착됩니다. 이 화학 및 유사 기술은 지난 10년 동안 인기와 사용이 크게 증가하여 현재 수천 개 이상의 응용 분야가 있습니다. 결과에 따르면 고농도가 필요하지 않은 화학 물질을 적절하게 적용하면 탄소강 부식 속도를 연간 1mil(mpy, 여기서 1mil은 0.001인치) 미만으로 낮출 수 있는 경우가 많습니다. 이는 일반적인 탄소강 부품의 예상 수명 내에 있습니다.

참고문헌 1의 데이터는 또한 염화물 구멍 및 균열로부터 300 시리즈 스테인리스강 금속의 우수한 부식 보호를 나타냅니다. 이는 이 저자가 다루려고 계획한 주제를 불러일으킵니다. 수년 동안 저는 새로운 복합화력 발전소의 수처리 설계 사양을 검토하는 데 깊이 관여했습니다. 많은 경우에 설계 엔지니어링 회사는 냉각수의 화학적 성질과 불순물로 인한 잠재적인 문제를 전혀 고려하지 않고 증기 표면 응축기 튜브에 304 또는 316 스테인리스강을 지정합니다.

가장 중요한 사례는 스테인리스강이 모재 금속을 보호하는 산화물 층을 형성하지만, 충분한 농도의 염화물이 산화물 층에 침투하여 구멍이 생기기 시작한다는 것입니다. 수년 동안 이들 강철에 권장되는 최대 염화물 한도는 주변 온도에서 304 SS의 경우 500ppm부터 316L(L은 저탄소 함량을 나타냄) SS의 경우 3,000ppm 범위였습니다. 이후 연구 결과에 따르면 이러한 한계는 너무 높았으며 한 저명한 재료 전문가는 깨끗한 튜브에 대해 각각 100ppm과 400ppm을 제안했습니다. (2) 침전물은 부식 가능성을 증가시킵니다. 일부 보충수에는 냉각탑에서 순환되기 전에도 이러한 지침을 초과하는 염화물 수준이 있습니다. (3) 구멍은 교활한 부식 메커니즘으로 수십 년 동안 지속되어야 하는 재료의 파손을 몇 달, 때로는 몇 주 이내에 발생시키는 것으로 알려져 있습니다. 심각한 스테인리스강 부식을 일으킬 수 있는 또 다른 요소는 망간입니다. 우리는 앞으로 나올 기사에서 그 문제를 살펴볼 것입니다.