보일러 부식 예방: 우수한 급수 품질을 위한 검증된 전략

보일러 고장은 난방 및 발전소의 주요 관심사이며, 보일러 수질과 관련된 부식이 주요 원인으로 알려져 있습니다. 발전소 보일러 튜브 고장의 총 비용은 연간 약 50억 달러로 추정됩니다(이 수치는 2009년 기준이므로 현재는 훨씬 더 높을 가능성이 큽니다). 보일러의 장기적인 안전 운전을 보장하기 위해서는 물의 품질이 보일러의 허용 요구 사항 내에서 지속적으로 유지되어야 합니다.

보일러 급수 불순물

수원에는 특정 수준에서 매우 해로울 수 있는 불순물이 포함되어 있습니다. 고온에서는 미량의 특정 물질이라도 짧은 시간 내에 장비와 배관에 심각한 손상을 줄 수 있습니다. 문제가 되는 용존 고형물 또는 부유 고형물, 산소, 이산화탄소, 유기물은 스케일링, 파울링, 부식을 유발할 수 있습니다. 예를 들어:

• 철은 내부 보일러 부품과 튜브에 퇴적되어 하류 장비를 손상시키고 특정 제조 공정의 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 구리는 고압 터빈에 퇴적되어 효율을 감소시키고 값비싼 세척이나 장비 교체를 요구할 수 있습니다.
• 실리카는 특히 고압 보일러에서 극도로 단단한 스케일링을 유발할 수 있습니다.
• 칼슘은 보일러 급수 화학에 따라 여러 형태로 스케일링을 유발할 수 있습니다.
• 마그네슘은 보일러 내벽과 코팅 튜브에 달라붙어 더 많은 고형물을 끌어당기고, 특히 인산염과 결합하면 스케일에 기여할 수 있습니다.
• 알루미늄은 보일러 내부에 스케일로 퇴적될 수 있으며 실리카와 반응하여 스케일링 가능성을 더욱 높일 수 있습니다.
• 경도는 보일러 부품과 배관에 퇴적물과 스케일을 유발합니다.
• 산소와 이산화탄소 같은 용존 가스는 보일러 배관과 부품에 심각한 부식을 유발할 수 있습니다.

가장 흔한 부식 유형은 용존 산소로 인한 점식 공격입니다. 이는 튜브 벽을 관통하는 작지만 깊은 구멍이 특징이며 결국 고장을 초래합니다. 심각도에 영향을 미치는 요인에는 용존 산소 농도, pH, 온도가 포함됩니다. (관련 자료: 점식 부식을 효과적으로 인식, 예방, 처리하는 방법.)

부식을 방지하기 위해 보일러 물은 산성이 아닌 약알칼리성이어야 합니다. 부적절한 산성과 약알칼리성 물은 금속과 금속 표면의 보호 피막을 용해시킬 수 있습니다.

pH가 8.5 미만으로 떨어지면 산성 공격이 발생합니다. 이 조건에서 물질은 식각에 의한 표면 얇아짐에 취약합니다. 응력이 가해진 영역이 이 유형의 공격에 가장 취약합니다.

pH가 12.9 이상이면 가성 공격이 발생하며, 인산염 처리 보일러에서 고온과 관련하여 자주 발생합니다. 고열 전달 영역의 퇴적물은 기재에서 마그네타이트 피막을 벗겨낼 수 있습니다.

포밍 캐리 오버

포밍 캐리 오버는 정상적인 보일러 불순물이 너무 농축되거나, 화학 약품 과다 처리, 또는 유기물(그리스 또는 오일)이 보일러 급수나 응축수 회수에 우발적으로 유입될 때 발생합니다. 보일러 내부의 거품은 보일러 증기 출구를 통해 쉽게 강제로 배출되어 큰 손상을 초래할 수 있습니다. 증기 라인의 워터 해머, 증기 배관의 침식, 보일러 저수위 사고는 그 예입니다.

그림 1. 보일러 작동 설명 비디오.

보일러 급수 처리 시스템

보일러 급수 처리 시스템은 특정 보일러의 요구 사항을 충족하기 위해 급수 조건을 처리하는 여러 개별 기술로 구성됩니다. 처리 시스템은 수원에 관계없이 항상 존재하는 불순물을 제거하는 데 필요한 구성 요소로 구성됩니다. 기본적인 보일러 급수 처리 시스템에는 일반적으로 응집, 여과, 이온 교환, 탈알칼리화, 탈기, 역삼투압과 같은 막 공정이 포함됩니다. 이 구성 요소들은 다음 섹션에서 설명합니다. (관련 자료: 보일러 수관에서 킬레이트 기반 부식을 피하는 방법.)

응집 및 화학적 침전

원수원에서 모든 큰 물체를 제거한 후, 다양한 화학 약품을 반응 탱크에 첨가하여 부유 고형물과 기타 다양한 오염 물질을 제거합니다. 이 공정은 일반적으로 1~2개의 반응기로 구성된 다양한 혼합 반응기로 시작되며, 응집을 통해 물 속의 더 미세한 입자들을 더 무거운 입자로 결합시켜 최종적으로 침전시키고 침전시킵니다.

여과 및 초여과

다음 단계는 일반적으로 퇴적물, 탁도, 특정 유형의 유기물과 같은 부유 입자를 제거하기 위해 여과를 통해 물을 통과시키는 것입니다. 이 과정을 공정 초기에 수행하는 것이 종종 유용합니다. 상류에서 부유 고형물을 제거하면 나중에 전처리 공정에서 막과 이온 교환 수지가 파울링되는 것을 방지할 수 있기 때문입니다.

이온 교환 연화

연화 수지는 탄산염, 황산염, 염화물, 질산염을 포함하는 높은 경도를 처리하는 데 사용될 수 있습니다. 이 절차는 강한 산 양이온 교환 공정을 사용하며, 수지는 나트륨 이온으로 충전됩니다. 경수가 연화제를 통과하면 칼슘과 마그네슘이 나트륨 이온과 자리를 바꿉니다. 나트륨 이온은 느슨하게 유지되어 칼슘과 마그네슘 이온에 의해 쉽게 대체됩니다. 이 과정에서 "자유" 나트륨 이온이 물로 방출됩니다.

탈알칼리화

탈알칼리화는 알칼리도 또는 pH를 낮출 수 있으며, 이는 거품, 부식, 취성을 유발할 수 있는 불순물입니다. 염화나트륨 탈알칼리화는 강한 음이온 교환 수지를 사용하여 탄산염, 황산염, 질산염을 염화물 음이온으로 대체합니다.

역삼투압 및 나노여과

역삼투압(RO)과 나노여과(NF)는 가압된 물을 반투막을 통해 강제로 통과시켜 박테리아, 염분, 유기물, 실리카, 경도와 같은 오염 물질을 가두고 농축된 정제수를 통과시킵니다. 이러한 여과 장치는 극도로 낮은 부유 및 용존 고형물 농도를 유지해야 하는 고압 보일러에서 주로 사용됩니다.

탈기 또는 탈가스화

반환되는 응축수는 처리된 보충수와 혼합되어 탈기 또는 탈가스 공정에 들어갑니다. 미량의 산소와 이산화탄소는 보일러 장비와 배관에 극도로 부식될 수 있습니다. 따라서 보일러 시스템의 수명과 안전을 극대화하기 위해 이 가스들을 허용 가능한 수준으로 제거하는 것이 필수적입니다. 다양한 구성으로 여러 유형의 탈기 장치가 있지만, 트레이 또는 스프레이 타입 탈기기와 산소 제거제가 가장 일반적인 유형입니다.

고압 및 저압 보일러

급수의 품질 요구 사항은 압력과 유량에 따라 달라집니다. 특정 압력에 대해 최대 오염 물질 수준이 있으며, 압력이 증가함에 따라 더 높은 품질의 물을 산출하는 철저한 수처리가 더 중요해집니다.

저압 보일러(600 PSI 이하)와 총 용존 고형물(TDS)이 적은 물은 일반적으로 간단한 여과와 연화만 필요합니다. 수질 화학이 요구하거나 압력이 증가함에 따라 탈알칼리화 장치가 필요할 수 있습니다.

고압 보일러(600 PSI 이상)는 일반적으로 어떤 형태의 탈광물화, 이온 교환, 수지 기반 샌드위치 또는 혼합층 연마 장치를 필요로 합니다. 매우 높은 순도의 물이 필요한 곳에서는 연마 기술과 결합된 역삼투압이 매우 인기가 있습니다.

급수 시험 및 품질 관리

보일러에서 부식 공정을 예방하고 최소화하는 것은 열전력 산업에서 매우 중요합니다. 급수 품질은 설계 기준에 해당하는 수준으로 유지되어야 하며, 측정된 매개변수의 변동을 기록해야 합니다. 보일러 안전과 성능에 중요한 핵심 진단 매개변수를 측정하는 데 사용할 수 있는 민감한 온라인 및 오프라인 분석 기기가 있습니다.

특정 보일러에 필요한 수질과 관련하여 급수원 품질이 어디에 있는지 아는 것은 필수적입니다. 부적절한 수처리는 보일러와 하류 장비의 스케일링, 부식, 파울링을 초래할 수 있기 때문입니다.