냉각 루프의 부식 방지

Rich Roser, Laird Engineered Thermal Systems 관리자 | 2017년 11월 21일

많은 냉각 응용 분야에서는 공정 냉각 유체에 높은 순도가 필요합니다. 부식은 유체를 오염시키며, 이러한 유체에 대한 순도 요구 사항은 10억분의 1로 계산될 수 있습니다. 대부분의 응용 분야에서 적절한 재료와 예방 기술을 사용하여 금속 부식을 관리하거나, 속도를 늦추거나, 심지어는 중지할 수도 있습니다.

액체 냉각 루프의 부식은 젖은 표면의 열 전달 유체에 의한 화학적, 전기 화학적 또는 마모 작용으로 인해 발생할 수 있습니다. 부식에 의해 형성된 화학 제품 층은 액체와 젖은 금속 표면 사이의 적절한 열 전달을 방해할 수 있습니다. 부식성 제품은 유체 시스템에 잔해물을 유입시켜 유체 흐름에 영향을 미치고, 필터와 엄격한 제한을 막거나 심지어 펌프 구성 요소를 손상시킬 수도 있습니다. 극단적인 상황에서는 누출이 발생할 수 있습니다.

올바른 재료 선택

스테인레스강, 특히 300 시리즈(오스테나이트) 스테인레스강은 강철 표면을 덮고 있는 크롬(III) 산화물 부동태화층의 특성으로 인해 거의 모든 열 전달 유체에 대해 불활성입니다. 탈이온수를 사용할 때 젖은 표면에는 스테인리스강과 니켈이 적합한 것으로 간주됩니다. 스테인레스 스틸은 대부분의 경우 부식 방지에 탁월하지만 상당한 단점이 있습니다. 스테인레스 스틸은 특히 알루미늄이나 구리와 같은 다른 금속과 비교할 때 열전도율이 다소 낮습니다. 그러나 높은 염화물 농도는 스테인리스강의 저항성을 극복할 수 있습니다.

알루미늄은 정제되지 않은 물의 불순물로 인해 부식되거나 구멍이 생기기 쉬운 경향이 있습니다. 증류수에 글리콜 용액을 넣어도 에틸렌 글리콜과 프로필렌 글리콜은 산화 과정에서 산성 화합물을 형성합니다. 이는 젖은 표면에서 부식성이 생기고 유기산 부산물을 형성합니다. 이를 방지하기 위해 일반적으로 글리콜에 부식 억제제를 첨가하는데, 이 경우 부식 지연제로서의 성능이 일반 물보다 크게 향상됩니다.

젖은 알루미늄 표면의 양극산화는 산화알루미늄(III)(Al2O3)의 부동태화된 층을 형성하는 것입니다. 이는 노출된 알루미늄 위에 형성되는 얇은 천연 부동태화 층보다 수십 배 더 두꺼운 층을 형성합니다. 자연층은 부식에 대한 효과적인 장벽이 아니지만 양극산화층은 적절한 pH 수준이 유지되고 할로겐화물 이온 농도가 낮게 유지된다면 가능합니다. 다른 금속은 페인트나 전기 도금과 같은 코팅을 사용하여 보호할 수 있습니다. 부식 방지 페인트 및 코팅은 일반적으로 습기, 습도, 염수 분무, 산화 또는 다양한 환경 조건이나 산업 화학 물질에 대한 노출로 인해 금속이 열화되지 않도록 보호하는 데 사용됩니다. 이러한 부식 방지 페인트 및 코팅은 금속 표면을 추가적으로 보호해 줍니다. 부식을 방지하기 위해 금속 코팅 또는 도금을 적용할 수도 있습니다.

구리 및 구리 니켈 합금은 부식에 대한 저항성이 우수하고 생물학적 성장에 대한 자연적인 저항성을 가지고 있습니다. 그러나 알루미늄과 마찬가지로 산성 부식을 방지하려면 부식 억제제를 사용해야 합니다.

구덩이 부식 문제 해결

피팅은 냉각 루프에서도 문제가 됩니다. 저속 영역에서는 할로겐화물 이온과 같은 부식제의 국부적인 고농도로 인해 피트가 형성될 수 있습니다. 일단 형성되면 피트 내부의 부피가 나머지 유체 부피와 유체를 교환하지 않기 때문에 피트의 부식 속도가 가속화되어 부식성 이온 농도가 계속 증가하고 피트가 확장됩니다.

이러한 유형의 부식으로 인한 손상은 외관이나 성능에 거의 눈에 띄는 영향 없이 발생하고 부식이 표면의 작은 부분에만 영향을 미치기 때문에 특히 위험합니다. 그러나 부식은 금속 깊숙이 퍼져 경고 없이 누출이 발생할 수 있습니다.

다른 부식 형태와 마찬가지로 높은 할로겐화물 농도, 특히 산소가 존재하고 pH 수준이 높거나 낮은 경우 알루미늄이나 강철에서 공식이 발생하기 위한 이상적인 조건이 만들어집니다. 흐름이 정체되는 위치는 피해야 하며, 산소 제거를 위한 부식 억제제를 추가할 수 있습니다.