냉각탑 부식 방지

냉각탑은 효과적인 열 제거 방법을 제공하며 공간 조절, 냉동 및 산업용 냉각 응용 분야에 널리 사용됩니다. 냉각수 시스템의 부식 제어는 전 세계의 많은 산업에서 주요 과제입니다.

냉각수 회로에서 부식 및 스케일링 문제는 새로운 것이 아니지만 환경 법규의 지속적인 경향으로 인해 증발 정도가 더 커지고 결과적으로 다양한 종의 잔류 농도가 매우 높아집니다. 따라서 사용된 물이 초기에는 깨끗하고 비부식성이더라도 이러한 농도 효과로 인해 부식성이 되어 스케일링 및 바이오 파울링을 유발하는 경향이 증가합니다.

이 기사에서는 냉각탑, 냉각탑에서 가장 일반적으로 직면하는 부식 문제 및 이를 방지하는 방법을 살펴보겠습니다.

냉각탑 회로 유형

폐쇄 회로에서 모든 냉각수는 폐쇄 루프에 제한됩니다. 대기와의 접촉이 없으므로 후자에 의한 오염 위험이 없습니다. 열은 1차 순환수의 증발에 의해 직접적으로가 아니라 2차 순환을 통한 전도 및 대류에 의해 제거됩니다. 폐쇄 회로는 소규모 공장, 고유량 시스템 또는 냉동 장치(얼음 물 탱크)가 있는 시스템에서만 사용할 수 있습니다.

그림 1:순환 냉각 시스템 닫기
출처:냉각수의 부식 제어, J.D. Harston 및 F. Ropital 편집

그림 2와 같이 개방형 재순환 냉각 시스템이 가장 널리 사용됩니다. 반 폐쇄 회로는 급수 공급 장치에 의해 공급됩니다. 순환수 유량은 펌프에 의해 일정하게 유지됩니다. 물은 열교환기의 뜨거운 공정 유체에 의해 가열됩니다. 뜨거운 물은 냉각탑의 공기와 직접 접촉하고 이 접촉과 증발 잠열 손실에 의해 냉각됩니다.

그림 2:개방형 재순환 냉각 시스템
출처:냉각수의 부식 제어, J.D. Harston 및 F. Ropital 편집

미처리 물 사용으로 인한 문제

냉각수 회로의 세 가지 주요 문제 유형은 스케일링, 부식 및 오염입니다. 이러한 문제는 밀접하게 연관되어 있으며 그 중 하나를 치료하기 위해 취한 시정 조치는 종종 다른 문제에 영향을 미칩니다.

크기 조정

스케일링은 금속 또는 기타 표면이 부착된 광물 퇴적물로 덮일 때 발생하는 것으로 간주됩니다. 액체에서 고체 입자가 침전되어 생성되는 침전물과 비교하여 구별되는 특징은 스케일이 표면에 부착된다는 점입니다. 스케일 침전물은 부유 물질의 포획을 향상시킬 수 있습니다.

물 공급 냉각 회로에서 스케일링은 본질적으로 탄산칼슘 형성으로 인한 것입니다. 스케일은 이후에 점토, 조류 잔류물 또는 황산칼슘과 같은 다른 물질을 포함할 수 있지만 용해도가 더 낮기 때문에 항상 먼저 침전되는 것은 탄산칼슘입니다.

부식

금속의 수성 부식은 본질적으로 전기화학적이며 두 가지 독립적인 반응을 포함합니다. 첫 번째 반응은 금속의 산화에 해당합니다. 두 번째 반응은 부식성 매질에서 일부 종의 감소입니다. 금속 산화 반응은 양극이며 아래 공식과 같이 양전하를 띤 금속 이온을 용액으로 방출하고 전자를 금속으로 방출합니다.

(M)_금속 --> (M ⁿ⁺ )_해결책 + 네 ^-

그 후 금속에서 방출된 전자는 아래에 설명된 음극 반응에서 부식성 매질의 산화제를 환원시킵니다.

(Ox ^+q )_솔루션 + (네 ^- )_금속 --> (빨간색 ^q-n ) _해결책

매체 및 관련 재료에 따라 다양한 부식 모드가 발생할 수 있습니다. 강철 합금의 경우 가장 일반적인 부식 모드는 균일 부식, 공식 부식, 틈새 부식 및 입계 부식입니다. 구리 합금의 경우 부식 모드에는 탈아연 및 Al 또는 Ni 고갈이 포함될 수 있습니다.

미생물에 의한 부식 오염

미생물은 모든 물에 자연적으로 존재합니다. 너무 빠르게 증식하면 수로에 두 가지 유형의 문제가 발생할 수 있습니다.

• 생물 오염 , 장비 표면에 미생물 군집이 축적되어 생물막이 형성되는 것과 관련이 있습니다.
• 생체부식, 이것은 미생물에 의한 화학적 공격과 관련이 있습니다. 금속의 경우 부식은 일반적으로 박테리아에 의한 것입니다.

두 경우 모두, 열교환기의 효율성 손실, 배관 막힘, 배압 증가 및 파과 부식으로 인한 누출과 같은 미생물 증식의 결과가 중요할 수 있습니다.

수도 순환로의 처리

상류 급수 처리의 목적은 관련 회로의 요구 사항을 충족하도록 원수의 특성을 수정하는 것입니다. 급수 처리에 관계없이 냉각 회로의 물에 화학 물질을 추가해야 합니다. 채택된 치료 철학의 성공을 보장하기 위해서는 특정 부위 조절이 필요하기 때문입니다. 일반적인 화학 제품은 스케일 억제제 및 분산제, 부식 억제제 및 살생물제입니다.

비늘 억제 및/또는 분산제 처리 – 안정화

이 과정에서 특히 고온 지점에서 탄산칼슘의 침전을 방지하기 위해 첨가제가 회로에 주입됩니다. 이러한 제품은 용해도 한계를 증가시키거나 물을 과포화 상태로 유지합니다. 따라서 회로가 더 높은 농도 비율로 작동할 수 있습니다.

관련된 주요 메커니즘은 다음과 같습니다.

• 칼슘 및 마그네슘 이온으로 안정한 분자를 형성하기 위한 격리/착화
• 결정핵 중독
• 결정 성장 억제
• 핵 생성 입자를 용해도 한계에 가까운 분산 상태로 유지하는 분산 효과입니다.

안정화 처리는 "자유 pH"에서 작동할 수 있기 때문에 매우 인기가 있습니다.

그런 다음 pH는 CO에 의해 제어되고 물과 대기 사이의 용해도 평형은 M-알칼리도 수준(MA)의 단순한 함수가 됩니다.

pH 제어

CaCO3의 용해도 한계는 탄산염 이온의 농도에 직접적인 영향을 미치는 pH에 민감합니다. CaCO3 침전을 방지하기 위해 회로에 산을 주입하여 pH를 낮춥니다. 황산은 일반적으로 이러한 목적으로 선택됩니다.

사실, 산을 추가하면 두 가지 효과가 있습니다. HCO3- 이온을 중화시켜 CO2를 형성함으로써 MA 수준을 감소시킵니다. 또한 CO2가 가스 제거에 의해 회로에서 제거되는 것보다 더 빠르게 생성되는 경우 pH를 낮춥니다.

부식 방지 처리

부식 방지제가 회로에 추가되면 제품은 열 전달을 방해하지 않는 얇은 흡착 필름을 형성합니다. 양극 및 음극 부식 반응을 모두 방해하기 위해 두 가지 활성제가 포함되어 있습니다.

양극 억제제

양극 억제제는 양극 분극을 증가시키고 부식 전위를 음극 방향으로 이동시킵니다. 이러한 물질은 금속 부식 생성물과 결합하여 완전히 불용성인 염을 형성합니다. 억제가 순전히 양극인 경우 많은 양의 억제제가 필요합니다. 억제제 결핍은 국부 공격을 가속화할 수 있기 때문에 이것은 매우 작은 볼륨 회로에서만 실용적일 수 있습니다.

음극 억제제

음극 억제제는 전기화학적 부식 셀의 환원 반응 속도를 늦춤으로써 부식을 줄입니다. 이러한 물질은 음극 부식 반응의 생성물과 결합하여 다시 불용성 화합물을 형성합니다. 음극 억제제는 농도 감소로 인해 국부 부식이 유발되지 않기 때문에 양극 억제제보다 위험이 낮습니다.

유기 억제제

유기 억제제의 효과는 노출된 표면에서 전기화학 반응을 방해하는 연속적인 흡착 필름의 형성과 관련이 있습니다. 필름은 금속 표면에 극성 유기 분자의 물리적 또는 화학적 흡착에 의해 형성되므로 분자의 선택은 해당 금속에 따라 달라집니다.

치료 시행

컨디셔닝 처리가 정의된 후 사이트의 특정 기능에 따라 구현됩니다. 폐쇄 회로의 경우 시작 시 컨디셔닝 제품이 주입됩니다. 실수로 배수되는 경우를 제외하고는 추가로 추가할 필요가 없습니다.

개방형 재순환 용수 시스템에서 비산화성 살생물제를 제외한 시약은 공급 저장소의 펌프를 통해 주기적으로 주입됩니다. 드문 경우지만 중력 주입이 사용됩니다. 특정 중요 열교환기에서는 추가 포인트 처리가 필요할 수 있습니다.

보다 최근에는 실시간 부식 모니터링 시스템을 사용하여 일반적인 부식 속도를 평가하고 국부적인 부식 가능성을 평가합니다. 이러한 시스템은 전기화학적 잡음(ECN), 저주파 임피던스(LFI) 및 고조파 왜곡 분석(HDA)을 포함한 기술의 조합을 사용합니다.