KR100510427B1

KR100510427B1 - 금속산화물 제거용 세정제

Info

Publication number: KR100510427B1
Application number: KR10-2003-0069328A
Authority: KR
Inventors: 임한귀; 최미화; 이승민; 민병연; 송혜란
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2005-08-26
Also published as: KR20050033336A

Abstract

본 발명은 복잡한 구조물 표면에 부착된 산화구리 스케일을 제거하기 위한 세정제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 산업용 발전설비에 부착된 구리 또는 구리산화물 스케일을 제거하기 위한 세정제는 1 내지 15중량%의 탄산암모늄 또는 탄산나트륨이 포함된 탄산염 용액을 주제로 하고, 0.1 내지 2.0중량%의 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃)을 보조 첨가제로 하며, 나머지는 물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세정제는 기존의 세정제 보다 용해도가 월등하여 세정제 용해도 저하에 의한 슬러지의 생성을 방지하고, 발전설비에 잔류시 발생할 수 있는 이종 금속에 의한 갈바닉 부식도 방지할 뿐 아니라, 화학세정시간을 단축할 수 있으며, 기존의 세정제가 가지는 독특한 취기가 없어 세정공정시간 동안 작업자의 인체에 미치는 영향이 없고, 암모니아 세정시 세정공정이 진행되는 동안 취기로 인한 발전소 인근 주민들의 민원에 대한 염려도 없는 장점이 있다.

Description

금속산화물 제거용 세정제{Cleaning agent for removing metal oxides}

본 발명은 탄산염을 주제로 하는 복잡한 설비의 표면에 부착된 금속산화물을 제거하기 위한 세정제에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 산업용 발전 터빈과 같이 복잡한 설비에 부착되어 있는 금속산화물에 대해 용해도가 탁월하고, 취급이 용이하여 세정 시간을 단축할 수 있으며, 작업자의 인체에도 취기에 의한 영향을 주지 않는 금속산화물 제거용 세정제에 관한 것이다.

산업용 발전 터빈과 같이 구조가 복잡한 설비는 증기와 장시간 접촉함으로써 증기 중에 포함된 미량의 불순물과 발전설비의 부식으로 생성된 금속산화물(스케일)이 설비의 여러 곳에 부착된다. 스케일이 과다하게 부착되면 증기의 흐름을 방해하여 발전출력을 감소시키는 등 발전효율에 나쁜 영향을 미치게 되는데, 터빈 부착물(deposit)이 터빈 효율에 미치는 영향은 부착물이 발생된 위치와 표면의 거칠기에 따라 달라지며, 특히 고압부의 표면이 거친 경우에는 많은 손실을 입게 된다. 예를 들면 터빈 1단 노즐의 면적이 10% 감소하면 터빈의 최대 용량을 3% 감소시키게 된다. 따라서 부착물의 과다 축적으로 인하여 발생되는 효율저하를 방지하고, 유체흐름의 장애를 방지하기 위하여 국내에서는 물리적 방법으로 그릿 블라스팅(grit-blasting)을 실시함으로써 스케일을 제거하고 있다.

산업용 발전 보일러의 튜브내면에 부착된 스케일은 마그네타이트(Fe₃O₄)와 헤마타이트(Fe₂O₃)가 혼합된 산화철이 주성분(80∼98%)이며, 주성분 이외에 구리, 아연, 니켈, 칼슘, 인 등 20여종의 산화물로 구성되어 있다. 튜브의 재질이 탄소강인 경우에는 스케일을 제거하기 위하여 염산, 인산염 등의 무기산과 구연산, 글리콜산, 개미산 등의 유기산 또는 EDTA염을 화학세정제의 주제(主劑)로 사용한다. 그러나 Al-Brass 또는 Cu-Ni을 복수기 재료로 사용하는 보일러튜브 내면에는 심할 경우 50% 이상의 구리성분이 검출되고 있으며, 고압과 중압 터빈 부착물은 구리산화물을 다량 함유하고 있다.

이렇게 구리성분이 다량 함유될 경우에는 산으로 구성된 세정제로는 구리 또는 구리산화물 스케일을 제거하기 곤란하므로 별도의 세정약품을 사용하여야 한다. 그런데 기존의 구리산화물 제거방법을 보면 암모니아수를 주제로 하여 용해하는 방법이 주류인데 이 방법은 암모니아의 특이한 냄새 때문에 현장적용 시 작업에 상당한 어려움이 있다.

이에 본 발명자들은 종래의 이와 같은 문제를 해소하기 위하여 예의연구를 거듭한 결과 탄산염을 세정제로 선택할 경우 용해력이 뛰어나고, 현장에 적용하기에도 용이하다는 것을 알게 되어 본 발명에 이르게 되었다.

즉, 본 발명은 화학세정방법에 의하여 세정을 실시할 때 주제로서 탄산염을, 세정하고자 하는 장치의 부착물의 양과 조성에 따라서 보조제를 일정농도로 용해하여 첨가한 복잡한 산업용 발전 장치중의 금속산화물, 특히 구리산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 세정제를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 산업용 발전설비에 부착된 금속산화물을 제거하기 위한 세정제로서, 1 내지 15중량%의 탄산암모늄 또는 탄산나트륨이 포함된 탄산염 용액을 주제로 하고, 0.1 내지 2.0중량%의 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃)을 보조 첨가제로 하며, 나머지는 물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 주제와 보조 첨가제의 함량은 금속산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 범위로 설정한 것으로, 상기 범위 보다 높게 할 경우에는 그 용해도가 낮아 침전물이 생기기 쉽거나 또는 증가된 함량에 비하여 금속산화물의 용해 증가율이 낮아 경제성이 없어지게 된다. 따라서 세정제의 용해도와 경제성을 고려하여 상기 함량의 범위를 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 세정제 조성물은 금속성분, 특히 구리성분을 다량 포함한 터빈 블레이드 부착물 및 보일러튜브 내면 스케일에 대한 용해력이 기존에 사용하고 있는 암모니아수를 주제로 한 경우 보다 훨씬 탁월하고, 용해도의 향상에 의하여 슬러지 생성도 방지할 뿐만 아니라 세정시 취급이 용이하고, 모재의 부식에도 영향을 주지 않는다는 장점이 있다.

이것은 물에 용해된 탄산암모늄 중의 암모늄 이온이 구리산화물을 용해시키고 용해될 때 발생되는 탄산가스는 암모늄이온에 의해 용해되어 다공성을 갖는 구리산화물의 조직에 침투하여 더욱더 용해를 촉진시키기 때문이다.

보조제로 사용하는 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃)은 구리산화물의 조직에 암모늄이온의 침투를 더욱더 촉진하여 구리산화물의 용해를 촉진시키게 된다.

이상과 같은 작용으로 본 발명이 암모니아수와 탄산수소암모늄에서의 작용보다 탁월한 효과를 낸다고 할 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

실시예

구리산화물에 대한 용해력 그리고 저합금강(1CrMoV) 재질에 대한 부식정도를 알아보기 위하여 영동화력 발전소 2호기의 터빈블레이드의 외면을 가공하여 시편의 크기가 2.0㎝ㅧ1.3㎝ㅧ0.3㎝인 사각시편을 제작하였다. 각 시편은 사포(400번 ~ 2,000번)로 단계적으로 연마하여 물과 아세톤으로 세척하고 건조한 다음, 데시케이터에서 항량이 될 때까지 방냉하여 무게를 측정하였다.

600㎖ 비이커를 6개 준비한 다음, 1 내지 15중량％의 탄산암모늄, 0.1 내지 2.0중량％의 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃) 및 나머지는 물로 이루어진 세정액 400㎖를 비이커에 취하고 산화구리분말을 구리의 농도가 10,000ppm이 되도록 주입한 다음, 가공한 부식시편을 함께 매달아 부식영향을 함께 관찰하였다. 온도를 일정하게 유지하면서 4시간 동안 용해되는 구리이온을 분석하였다. 용해 및 부식 실험은 55℃와 70℃에서 각각 수행하였고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

비교예

600㎖ 비이커를 6개 준비한 다음, 0.7 내지 17.9중량％의 암모니아수, 0.1 내지 2.0중량％의 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃), 나머지는 물로 이루어진 세정액 400㎖를 비이커에 취하고 산화구리분말을 구리의 농도가 10,000ppm이 되도록 주입한 다음, 가공한 부식시편을 함께 매달아 부식영향을 함께 관찰하였다. 온도를 일정하게 유지하면서 4시간 동안 용해되는 구리이온을 분석하였다. 용해 및 부식 실험은 55℃와 70℃에서 각각 수행하였고 그 결과를 표 2에 나타내었다.

반응 온도와 탄산염의 농도에 따른 용해력 시험결과

세정제 종류 및 함량					반응온도에 따른 실험 결과
탄산암모늄함량		탄산수소암모늄 주입량(중량%)	물의 함량(중량%)	산화구리주입량(ppm as Cu)	용해 Cu 농도(ppm)		부식속도(mg/㎠ㆍhr)
as NH₃	상품함량(중량%)	탄산수소암모늄 주입량(중량%)	물의 함량(중량%)	산화구리주입량(ppm as Cu)	55℃	70℃	55℃	70℃
0.2%	1%	0.1	98.9	10,000	142	226	0.005	0.006
		1.0	98.0	10,000	252	330	0.005	0.007
		2.0	97.0	10,000	260	265	0.007	0.007
1.0%	5%	0.1	94.9	10,000	712	1.255	0.005	0.007
		1.0	94.0	10,000	1.190	2.645	0.005	0.007
		2.0	93.0	10,000	1.225	2.745	0.006	0.007
3.0%	15%	0.1	94.9	10,000	998	1.635	0.006	0.007
		1.0	84.0	10,000	1.642	3.335	0.007	0.007
		2.0	83.0	10,000	1.723	3.575	0.007	0.008

※ 탄산수소암모늄 상품농도 100%중에는 NH₃가 20% 포함되어 있음.

반응 온도와 암모니아수의 농도에 따른 용해력 시험결과

세정제 종류 및 함량					반응온도에 따른 실험 결과
암모니아수함량		탄산수소암모늄 주입량(중량%)	물의 함량(중량%)	산화구리주입량(ppm as Cu)	용해 Cu 농도(ppm)		부식속도(mg/㎠ㆍhr)
as NH₃	상품함량(중량%)	탄산수소암모늄 주입량(중량%)	물의 함량(중량%)	산화구리주입량(ppm as Cu)	55℃	70℃	55℃	70℃
0.2%	0.7	0.1	99.2	10,000	13	15	0.005	0.006
		1.0	98.3	10,000	150	186	0.005	0.006
		2.0	97.3	10,000	193	201	0.006	0.007
1.0%	3.6	0.1	96.3	10,000	45	52	0.005	0.007
		1.0	95.4	10,000	810	1,290	0.006	0.007
		2.0	94.4	10,000	942	1,375	0.007	0.007
5.0%	17.9	0.1	82.0	10,000	105	137	0.006	0.007
		1.0	81.1	10,000	886	977	0.006	0.007
		2.0	80.1	10,000	1,023	1,475	0.006	0.008

※ 암모니아수 상품농도 100% 중에는 NH₃가 28% 포함되어 있음.

표 2(비교예)에 의하면, 55℃에서 1% 탄산수소암모늄을 첨가한 1% 암모니아수(as NH₃)의 구리용해도는 810ppm인 반면에 표 1(실시예)에 의하면 1% 탄산수소암모늄을 첨가한 1% 탄산암모늄(as NH₃)의 구리용해도는 1,190ppm으로 본 발명의 경우 탄산염의 구리 용해력이 47% 정도 향상되는 것으로 나타났으며, 부식속도는 0.005㎎/㎠·hr로 부식은 거의 발생하지 않았음을 알 수 있다.

또한, 표 2(비교예)에 의하면, 70℃에서 1% 탄산수소암모늄을 첨가한 1% 암모니아수(as NH₃)의 구리용해도는 1,290ppm인 반면에 표 1(실시예)에 의하면, 1% 탄산수소암모늄을 첨가한 1% 탄산암모늄(as NH₃)의 구리용해도는 2,645ppm으로 본 발명의 경우 탄산염의 구리 용해력이 2배 이상 향상되는 것으로 나타났으며, 부식속도는 0.007㎎/㎠·hr로 부식에는 별 영향이 없음을 알 수 있다.

본 발명의 구리산화물 제거용 세정제는 탄산염에 의해 상온에서 물에 대한 용해도가 커서 세정시 용해작업이 용이하고, 수용액상에서 구리의 용해력이 우수하여 세정제 용해도 저하에 의한 슬러지의 생성을 방지함으로써 발전설비에 잔류시 발생할 수 있는 이종금속에 의한 갈바닉 부식을 방지할 수 있으며, 구리산화물의 용해도 향상에 의하여 화학세정시간을 단축할 수 있어 산화구리가 30% 이상 함유되어 있는 산업용 발전설비의 스케일 및 열교환기 튜브 스케일의 제거가 용이하고, 특히 복잡한 장치인 터빈 블레이드 등의 스케일 제거에 유리하다.

또한, 본 발명은 기존의 세정제가 가지는 독특한 취기가 없어 세정공정시간 동안 작업자의 인체에 미치는 영향이 없으며, 암모니아 세정시 세정공정이 진행되는 동안 취기로 인한 발전소 인근 주민들의 민원에 대한 염려가 없을 뿐 아니라 취급하기에도 용이한 장점이 있다.

Claims

산업용 발전설비에 부착된 구리 또는 구리산화물 스케일을 제거하기 위한 세정제로서, 1 내지 15중량%의 탄산암모늄 또는 탄산나트륨이 포함된 탄산염 용액을 주제로 하고, 0.1 내지 2.0중량%의 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃)을 보조 첨가제로 하며, 나머지는 물로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속산화물 제거용 세정제.