KR100315497B1 - 보일러응축시스템의초기응축지역의부식억제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러 응축시스템 부식방지제용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 보일러 응축시스템의 부식억제방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 휘발성과 염기도(Basicity), 중화능력(Neutralizing Capacity)이 각각 다른 휘발성 아민들의 혼합물로 이루어져 응축시스템의 초기 응축부의 pH를 효과적으로 조절함으로써 초기응축지역 부식방지에 효과적인 수처리제 조성물 및 이를 이용한 보일러 응축시스템의 부식억제방법에 관한 것이다.

Description

보일러 응축시스템의 초기응축지역의 부식억제방법{Method for Inhibiting Corrosion of an Initial Condensation Region of Boiler Condensation System}

본 발명은 보일러 응축시스템 부식방지제용 수처리제 조성물 및 이를 이용한 보일러 응축시스템의 부식억제방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 휘발성과 염기도(Basicity), 중화능력(Neutralizing Capacity)이 각각 다른 휘발성 아민들의 혼합물로 이루어져 응축시스템의 초기 응축부의 pH를 효과적으로 조절함으로써 초기응축지역 부식방지에 효과적인 수처리제 조성물 및 이를 이용한 보일러 응축시스템의 부식억제방법에 관한 것이다.

공정열교환 및 발전용으로 사용되는 각종 산업용 보일러에서 발생하는 스팀은 이용된 후 응축되어 다시 보일러의 급수로 회수되는 것이 에너지와 물 소비량의 절약 측면에서 일반적이다. 따라서 보일러를 보유하고 있는 현장에서는 가능하면 응축수의 회수율을 높이고자 노력한다.

그런데 이러한 응축수가 발생하는 열 교환기 및 응축라인에서는 보일러의 보급수속에 포함되어 있는 M-알칼리도(탄산나트륨, 중탄산나트륨)의 열분해로 인해 발생하는 이산화탄소가 스팀과 함께 이동하여 응축수에 용존되면서 응축수의 전체적인 pH를 떨어뜨리게 된다.

이와 같은 현상에 의해서 발생하는 응축시스템의 부식을 일반적으로 이산화탄소부식이라고 하는데 이러한 부식은 금속표면의 좁은 부위가 집중적으로 녹아나가는 점식(Pitting)과는 달리, 금속표면이 전체적으로 얇아지는 특징을 지니고 있다.

스팀중에 발생하는 이산화탄소의 양은 급수의 M-알칼리도와 보일러의 운전압력, 보일러의 농축도에 따라 변화하며 일반적으로 급수를 연수(양이온제거)로 사용하고 응축수를 처리하지 않을 경우 응축수의 pH는 5.5∼6.5 정도로 유지되어 이산화탄소 부식의 위험에 노출된다. 특히, 이산화탄소 부식에 장기간 노출된 열교환기는 강철재질 뿐만 아니라 동합금재질에서도 매우 위협적이며 심할 경우는 열교환기 파열에까지 이르게 된다.

이와같은 응축수처리제는 스팀과 이산화탄소가 도달하는 모든 지역에 도달할 수 있을 정도의 충분한 휘발성을 지녀야하고, 응축수가 발생되는 모든 지역에서 함께 응축되어 반응할 수 있어야 한다.

종래에는 이러한 부식을 방지하는 수처리제로써 암모니아를 많이 사용하였으나 그 후 기술이 개발되어 최근에는 휘발성 아민혼합물들이 많이 사용된다(CORROSION/80 Paper No. 41, "Condensate Corrosion Inhibition - A Novel Approach").

그러나 상기와 같은 종래의 수처리제 조성물들은 그 방식효과에 있어서 다소 차이가 있기는 하지만 만족할만한 효과를 기대할 수 없었으며, 특히 암모니아는 이산화탄소의 중화능력은 좋으나 휘발성이 높은 화합물이 단일 성분으로 사용됨으로 인해서 초기 응축부의 pH조절에는 많은 문제가 있었다.

또한 최근에 개발된 휘발성 아민화합물들은 기체/액체 분배계수(V/L Ratio)가 다른 아민화합물로 이루어져 있으나 초기에 응축되는 아민성분의 염기도 및 중화능력이 특별히 고려되어 설계되지 않았기 때문에 공정상의 이유로 초기 응축지역의 부식이 심한 보일러에 적용하면 원하는 pH 범위내로 초기 응축수의 pH를 올리는데 많은 어려움이 있는 것으로 알려져 있다.

따라서 본 발명은 이러한 종래의 응축수처리제 조성물들의 제 결점을 완전히 개선시키기 위하여 초기에 응축되는 아민성분의 염기도 및 중화능력을 고려하여 초기응축부 방식제와 중기응축부 방식제를 효과적으로 구성시켜 보일러의 초기 응축부위에서 효과적인 방식기능을 수행할 수 있는 수처리제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 보일러수계에 적절한 농도로 적용시켜 보일러 응축시스템의 부식을 억제시키는 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 조성물은 응축시스템의 초기 응축지역 부식방지용 조성물에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 모폴린 0.1 내지 30 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 메톡시프로필아민 0.1 내지 50중량% 및 나머지는 물로 이루어진다.

CH₃OCH₂CH₂NH₂

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 부식억제방법은 상기 조성물을 보일러 응축시스템의 수처리 프로그램 적용시 하기 화학식 1로 표시되는 모폴린이 2 내지 20ppm으로 유지되고, 하기 화학식 2로 표시되는 메톡시프로필아민이 3 내지 20ppm으로 유지되도록 첨가시키는 것으로 이루어진다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 보일러의 초기에 응축되는 아민성분의 염기도 및 중화능력을 고려하여, 물과 함께 초기응축부 방식제로 하기 화학식 1로 표시되는 모폴린 0.1 내지 30중량%, 바람직하게는 10 내지 15중량%를 사용하고, 중기응축부 방식제로 화학식 2로 표시되는 메톡시프로필아민 0.1 내지 50중량%, 바람직하게는 25 내지 30중량%를 사용하였다. 이때 상기 모폴린의 사용량이 0.1중량% 미만이면 초기 방식 억제효과가 미비하고, 30중량%를 초과하면 비경제적이며, 상기 메톡시프로필아민의 사용량이 0.1중량% 미만이면 중기 방식 억제효과가 미비하고, 50중량%를 초과하면 비경제적인 단점이 있다. 특히, 상기 모폴린이 10내지 15중량%이고, 상기 메톡시프로필아민 25 내지 30중량%인 경우, 부식억제효과 측면에서 더욱 바람직하다.

화학식 1

화학식 2

CH₃OCH₂CH₂CH₂NH₂

상기와 같은 응축수처리제 조성물을 보일러의 응축시스템에 적용시 응축시스템의 모든 영역에서 pH가 8.5∼9.0으로 유지되도록 조정하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 따른 수처리제 조성물을 보일러수계에 적용함에 있어서는 상기 화학식 1로 표시되는 모폴린은 수처리프로그램 적용시 2 내지 20ppm, 바람직하게는 1 내지 5ppm으로 유지되도록 하고, 상기 화학식 2로 표현되는 메톡시프로필아민은 3 내지 20ppm, 바람직하게는 3 내지 6ppm으로 유지되도록 한다. 이때, 보일러의 응축수계에서 휘발성 아민화합물의 함량이 너무 작으면 부식방지를 하기에 충분한 pH의 상승이 이루어지지 않으며 너무 많으면 비경제적이다. 또한 구성 아민들의 조성비가 효과적으로 설계되어 있지 않으면 충분한 농도의 아민 혼합물들이 유지되어도 초기 응축부의 방식이 이루어지지 않는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼3

보일러 드럼 압력이 10kgf/cm²이고 용량은 250톤/hr 이며 급수로는 칼슘경도가 제거된 연수를 사용하는 수관형 보일러 시스템을 이용하여 농축배수는 20이면서 응축수회수율은 48% 가 되도록 조정하면서 30일동안 운전하였다.

이때 하기 표 1과 같은 급수수질에 하기 표 2와 같은 조성으로 이루어진 수처리제 조성물을 제조하여 상기 스팀발생량 1kg당 15mg의 비율로 첨가하고 응축시스템의 초기응축부와 말기응축부의 pH 및 철농도를 하기 표 4에 나타내었다.

항목	내용
pH	7.6
전도도 (μS/cm)	80
칼슘경도 (ppm)	0
철 농 도 (ppm)	0.15
총알칼리도 (ppm)	20

상기 각 항목에 대한 측정은 통상적인 방법으로 측정하였음.

성 분	함량( 중량%)
	실시예 1	실시예 2
물	60	60
모폴린	15	10
메톡시프로필아민	25	30

비교예 1∼4

하기 표 3에 기재된 조성으로 이루어진 수처리제 조성물을 제조하고, 역시 상기 실시예 1∼2와 동일한 방법으로 테스트하여 그때의 pH, 철 농도를 하기 표 4에 비교하여 나타내었다.

성분	함량 (중량%)
	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
물	60	60	60	65
모폴린	10	15	20	0
디에틸에탄올아민	8	5	0	0
시클로헥실아민	22	20	20	0
암모니아	0	0	0	35

구 분	초기응축부1)	말기응축부2)
	pH	전철, ppm	pH	전철, ppm
실시예 1	8∼8.5	0.1이하	8.5∼9.0	0.1이하
실시예 2	8∼8.5	0.1이하	8.5∼9.0	0.1이하
비교예 1	5.5∼6.5	1.0이하	8.5∼9.0	0.5이하
비교예 2	5.5∼6.5	1.0이하	8.5∼9.0	0.5이하
비교예 3	5.5∼6.5	1.0이하	8.5∼9.0	0.5이하
비교예 4	5.5∼6.5	1.0이하	8.5∼9.0	0.5이하

1) 열교환기 출구

2) 응축수 탱크

상기 표 4에 의하면 상기 표 1의 수질에 대한 본 발명에 따른 실시예 1∼2의 초기응축부 pH가 8∼8.5로 유지됨에 따라 부식정도를 나타내는 전철의 농도가 0.1ppm이하로 낮게 유지된 반면에 기존에 응축수처리제로 사용되어 왔던 비교예 1∼4는 초기응축부 pH가 5.5∼6.0으로 낮게 유지되었고 이에따라 전철의 농도가 최고 1ppm까지 검출된 것을 볼 수 있다.

이러한 초기응축부의 pH저하는 응축시스템의 초기부식을 가속화시켜 말기응축부의 pH가 정상적으로 유지됨에도 불구하고 전철의 농도가 최고 0.5ppm까지 검출된 결과를 나타내었다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 조성물은 초기응축부 방식제인 모폴린과 중기응축부 방식제인 메톡시프로필아민이 효과적인 구성으로 제조되어 응축시스템의 초기응축부 방식기능이 뛰어나다.

Claims (3)

1. 보일러 응축시스템의 부식억제방법에 있어서, 하기 화학식 1로 표시되는 모폴린 0.1∼30 중량%, 하기 화학식 2로 표시되는 메톡시프로필아민 0.1∼50 중량% 및 나머지는 물로 이루어지는 조성물을 상기 보일러 응축시스템의 수처리 프로그램에 적용 시 모폴린이 2∼20ppm으로 유지되고, 메톡시프로필아민이 3∼20ppm으로 유지되도록 보일러 수계에 첨가하는 것을 특징으로 하는 보일러 응축시스템의 초기응축지역의 부식억제방법:

   화학식 1

   

   화학식 2

   
2. 제1항에 있어서, 상기 조성물 내의 모폴린의 함량이 10∼15 중량%이고, 메톡시프로필아민의 함량이 25∼30 중량%인 것을 특징으로 하는 보일러 응축시스템의 초기응축지역의 부식억제방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 보일러 응축시스템의 수처리 프로그램 적용시 모폴린이 2∼5ppm으로 유지되고, 메톡시프로필아민이 3∼6ppm으로 유지되는 것을 특징으로 하는 보일러 응축시스템의 초기응축지역의 부식억제방법.