KR100549298B1

KR100549298B1 - 냉각수 시스템의 탄소강 부식 방지제와 그의 투입방법

Info

Publication number: KR100549298B1
Application number: KR1020010006493A
Authority: KR
Inventors: 심상희; 김청수; 남원석; 조수일
Original assignee: 애큐랩주식회사
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2006-02-03
Also published as: KR20020066275A

Abstract

본 발명은 각종 냉각수 시스템의 탄소강 부식 방지제와 그의 투입방법에 관한 것으로서, 이는 산업용 냉각수 시스템의 배관 및 열 교환기 등에 발생하는 부식을 방지하기 위한 방지제를 조성하고, 그 조성된 방지제를 냉각수 시스템의 수중에 적정 농도를 갖도록 투입하여 상기 냉각수 시스템의 탄소강 부식을 방지함으로서 그의 사용수명을 연장하고, 열전도율을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 하이드록시 카복실산 5% - 30%, 몰리브데이트 2% - 20%, 유기인산염 1% - 10%, 분산제 1% - 10%, 나머지는 물로 이루어진 냉각수 시스템 탄소강 부식 방지제와 그 방지제를 냉각수 시스템에 수중 농도 50∼500ppm이 되도록 투입함을 요지로 한다.

부식 방지제

Description

냉각수 시스템의 탄소강 부식 방지제와 그의 투입방법{Corrosion inhibitor and its feeding method in cooling system}

도 1은 본 발명의 냉각수 시스템 탄소강 부식 방지제 성능을 시험하기 위한 실험장치의 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 가열 바

2 : 시편

3 : 아이 글래스

냉각수 시스템의 금속 재질의 수관 또는 열교환기등에 발생하는 부식은 장비의 수명 단축은 물론 열교환 효과를 저하시키어 문제를 유발한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 방법이 사용되고 있다.

이러한 방법 중의 하나로 사용되는 금속 재료를 부식에 대한 저항이 우수한 재료 즉 스테인레스강, 동합금 등으로 교체하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 지나치게 큰 경비부담을 초래한다. 이보다 경제적이며 널리 사용되는 방법으로는 수 중에 화학 약품을 투여하여 금속의 부식을 최소화 하는 것이다. 이러한 방법은 대부분의 산업용 냉각수 시스템에 적용되고 있으며 대체적으로 만족할 만한 결과를 얻고 있다.

현재 사용되는 냉각수 부식 방지용 제품은 일반적으로 정인산염 중합인산염 등의 무기인산염과 아연이온등이 함유되어 있으므로 하천의 부영양화와 어독성 효과에 의한 환경오염 문제가 대두된다.

이에 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 보다 개선된 냉각수 시스템의 탄소강부식방지제 및 그 투입방법을 제공하는데 있다.

산업용 냉각수 시스템에서 특히 문제가 되는 금속 부식은 탄소강의 부식으로서 하기와 같은 전기 화학적인 반응에 의해서 일어난다.

Fe → Fe²⁺ + 2e^- (양극반응)

H₂O + ½O₂+ 2e^- → 2OH^- (음극반응)

탄소강의 부식 방지는 상기의 양극 반응 또는 음극 반응을 억제함으로써 성취되어진다. 양극반응을 억제하는 화학 물질은 양극 부식 방지제, 음극 반응을 억 제하는 것은 음극 부식 방지제라 불리운다. 현재 산업체에서 사용되는 냉각수 탄소강 부식 방지제에 함유된 정인산염은 양극 부식 방지제로 그리고 중합인산염과 아연 이온은 음극 부식 방지제로 작용한다.

본 발명은 환경에 악영향을 미치는 무기 인산염과 아연 이온이 함유되지 않은 냉각수용 탄소강 부식 방지제로서 하이드록시카복실산(hydroxycarboxylic acid), 몰리브데이트, 유기인산염, 분산제, 물로 이루어진 탄소강 부식 방지제를 조성하고 그 조성된 부식 방지제를 냉각수 시스템의 수중에 적정 농도를 갖도록 투입하여 냉각수 시스템의 부식을 방지함으로서 그의 수명을 연장하고, 열교환기의 열전도율을 향상시키도록 한 냉각수 시스템의 탄소강 부식 및 스케일 방지제와 그의 투입방법에 관한 것이다.

상기 하이드록시카복실산은 글루코닉산, 타타릭산, 뮤식산, 글라이코릭산,사카릭산, 시트릭산 또는 다른 천연 가공 생산되는 폴리카복실산 이거나 그의 수용성 염들 중 1종을 사용하며 상기 몰리브데이트는 몰리브덴나트륨(Na₂MoO₄), 몰리브덴칼륨(K₂MoO₄) 중 선택된 1종을 사용하고, 상기 유기인산염은 아미노트리스메틸렌포스포닉산, 1-하이드록시에틸리덴-1,1-디포스포닉산, 2-포스포노부탄-1,2,4-트리카복실산 중 선택된 1종을 사용하고, 상기 분산제는 중합체 또는 공중합체인 폴리머로 이루어짐을 특징으로한다.

또한 본 발명의 냉각수 시스템 탄소강 부식 방지제 투입 방법은 중량%로 하이드록시카복실산 5% - 30%, 몰리브데이트 2% - 20%, 유기인산염 1% - 10%, 분산제 1% - 10%, 나머지는 물로 이루어진 방지제를 냉각수 시스템 내부의 수중농도 50∼500ppm이 되도록 투입함을 특징으로 한다.

그리고 상기 50ppm - 500ppm의 방지제 농도를 갖는 수중에는 하이드록시카복실산의 농도가 5ppm - 100ppm이 유지되도록 하고, 몰리브데이트의 농도는 1ppm - 50ppm이 유지되도록 하며, 유기인산염의 농도는 0.5ppm - 20ppm이 유지되도록 하고, 분산제의 농도는 0.5ppm - 20ppm이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구체적인 구성과 그 실시예를 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용되는 하이드록시카복실산, 몰리브데이트, 유기인산염, 분산제의 작용과 효능에 대하여 설명한다.

첫 번째로 하이드록시카복실산은 글루코닉산, 타타릭산, 뮤식산, 글라이코릭산,사카릭산, 시트릭산 등을 예로 들수 있으며, 이는 탄소강 표면에 부동태화된 산화피막을 형성시켜 부식을 방지하는 역할을 한다.

두 번째로 몰리브데이트는 몰리브덴나트륨(Na₂MoO₄), 몰리브덴칼륨(K₂MoO₄) 등을 예로 들 수 있으며, 이는 가격이 고가이며 단독으로 사용될 경우 효과적인 탄소강 부식 억제효과를 얻기 위해서는 냉각수 내에 고농도로 사용되어야 하므로 경제성이 낮다. 그러나 하이드록시카복실산과 같이 사용될 경우에는 시너지 효과에 의하여 그 사용농도를 획기적으로 낮출 수 있다.

세 번째로 유기인산염은 아미노트리스메틸렌포스포닉산(aminotrismethylene phosphonic acid : AMP), 1-하이드록시에틸리덴-1,1-디포스포닉산(1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid : HEDP), 2- 포스포노부탄-1,2,4-트리카복실산(2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid :PBTC) 등을 예로 들을 수 있으며, 이는 경도 성분 스케일의 생성 및 부착을 방지하기 위하여 탄산칼슘 방지제인 유기인산염을 사용하는데, 이는 탄산칼슘의 생성을 방지할 뿐만 아니라 하이드록시카복실산에 의하여 생성되는 금속의 부식방지 피막형성을 보장하는 역할을 한다.

또한 탄산칼슘 입자에 화학 흡착되어 스케일의 결정 구조를 변화시켜 스케일의 생성 및 성장되는 것을 방지한다.

네 번째로 분산제는 다양한 중합체 또는 공중합체(co, ter-polymer)인 폴리머로 이루어지며, 냉각수에서 생성되어지는 철 산화물 또는 탄산칼슘 등의 입자가 열 교환기 등의 표면에 부착되는 것을 방지해 주는 역할을 한다.

이와 같은 역할을 하는 상기 각각의 화학 성분을 이용하여 냉각수 부식 방지제를 조성하는 방법은 글루코닉산, 타타릭산, 뮤식산, 글라이코릭산, 사카릭산 시트릭산 중 어느 하나로 이루어진 하이드록시카복실산 5% -30%와; 몰리브덴나트륨, 몰리브덴칼륨 중 어느 하나로 이루어진 몰리브데이트 2% - 20%와; 아미노트리스메틸렌포스포닉산, 1-하이드록시에틸렌-1,1-디포스포닉산, 2-포스노부탄-1,2,4-트리카복실산 중 어느 하나로 이루어진 유기인산염 1% - 10%와; 중합체 또는 공중합체인 폴리머로 이루어진 분산제 1% - 10%와; 나머지 물을 사용하여 만든다.

이하에서는 상기 화학성분들의 사용범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다.

하이드록시카복실산을 5%이하로 사용하는 경우 탄소강 표면에 부동태화된 산화 피막을 형성시키지 못해 부식방지 효과가 미약하고, 30%이상 사용할 경우 그 투입량의 일부가 석출될 수 있다.

몰리브데이트는 2%이하로 사용할 경우 하이드록시카복실산과의 시너지 효과를 발휘하지 못해 금속 부식방지 효과가 미약하고, 20%이상 사용할 경우 그 투입량의 일부가 석출될 수 있다.

유기인산염은 1%이하로 사용할 경우 탄산칼슘의 생성을 방지할 수 없을 뿐만 아니라 하이드록시카복실산에 의하여 생성되는 금속의 부식방지 피막형성이 미약하고, 10%이상 사용할 경우 수중의 칼슘이온과 결합하여 스케일을 생성시킬 수 있으며 투입량의 증가에 따른 비용만 증대된다.

분산제는 1%이하로 사용할 경우 냉각수에서 생성되어지는 철 산화물 또는 탄산칼슘 등의 입자가 열 교환기 표면에 부착되는 것을 방지할 수 없고, 10%이상 사용할 경우 투입량의 증가에 따른 효과의 상승 없이 비용만 증대된다.

이와 같은 작용을 하는 각 화학성분들의 조성에 의해 만들어진 방지제를 냉각수 시스템의 수중에 투입할 때에는 상기 냉각수 시스템의 수중에 방지제의 농도가 50ppm - 500ppm이 되도록 투입한다.

상기와 같이하여 투입된 냉각수 시스템의 수중에는 하이드록시카복실산의 농도가 5ppm - 100ppm, 몰리브데이트의 농도는 1ppm - 50ppm, 유기인산염의 농도는 0.5 - 20ppm, 분산제의 농도는 0.5 - 20ppm이 유지되도록 한다.

상기 냉각수 시스템의 수중에 방지제의 농도가 정해진 양만큼 존재해야 되는 이유와 그의 작용 및 효능은 상기 화학 약품들의 사용범위와 그 한정 이유에 대하여 설명한 바와 동일하기 때문에 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.

이하에서는 본 발명의 냉각수 시스템 탄소강 부식 방지제 효과를 실시 예를 들어 설명한다.

도 1은 본 발명을 실험하기 위하여 만든 장치로서, 이 장치는 열 교환이 일어나는 금속 표면의 부식을 실제 냉각수 상황과 근사한 조건에서 관찰할 수 있도록 제조하였다.

열전도 표면을 가지는 탄소강 시편은 외부 직경이 1/2in의 튜브이었다.

[실시예1]

하기 표 1은 칼슘과 마그네슘 이온의 농도를 각각 200ppm, 그리고 탄산염의 농도를 200ppm으로 제조한 인조 냉각수 조건에서 이루어진 탄소강 부식의 측정 결과를 나타내었고, 측정기간은 7일동안 이었다. 표에 나타난 화학 약품의 농도는 상기의 부식 방지제를 제시된 투입 농도 범위에서 냉각수 내에 투여되었을 때 나타나는 두가지 경우를 예로 한 것이다.

하이드록시카복실산		몰리브데이트 (ppm)	PBTC (ppm)	분산제 (ppm)	부식율 (mpy)	비 고
글루코닉산 (ppm)	사카릭산 (ppm)	몰리브데이트 (ppm)	PBTC (ppm)	분산제 (ppm)	부식율 (mpy)	비 고
0	0	0	0	0	14.5	무처리
30	0	10	5	10	0.7	본 발명품
0	30	10	5	10	1.2	본 발명품

상기 표 1에서와 같이 본 발명의 약품이 사용되지 않은 경우는 탄소강의 부식율은 높게 나타났으며 시편 표면 전면에 붉은 색의 부식 생성물이 도포 되었으며 순환수의 색도 붉은 색으로 변하였다.

이에 반하여 본 발명의 약품을 사용하였을 경우에는 시편은 본래의 표면 색을 유지하였으며 부식율이 낮게 나타났고, 순환수도 맑은 상태를 계속 유지하였다.

이상과 같이 냉각수 시스템의 탄소강 부식을 방지하는 하이드록시카복실산, 몰리브데이트, 유기인산염, 분산제, 물, 등으로 이루어진 방지제를 냉각수 시스템의 수중에 적정 농도를 갖도록 투입하면 상기 냉각수 시스템의 부식을 방지하여 사용수명을 연장하고, 열전도율을 향상시켜 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.

Claims

냉각수 시스템의 탄소강 부식 방지제를 형성함에 있어서, 중량%로 글루코닉산, 타타릭산, 뮤식산, 글라이코릭산, 사카릭산, 시트릭산 중 선택된 1종인 하이드록시카복실산을 5% - 30%, 몰리브데이트 2% - 20%, 아미노트리스메틸렌포스포닉산, 1-하이드록시에틸렌-1,1-디포스포닉산, 2-포스포노부탄-1,2,4,-트리카복실산 중 선택된 1종인 유기인산염 1% - 10%, 중합체 또는 공중합체인 폴리머로 이루어지는 분산제 1% - 10%, 나머지는 물로 이루어짐을 특징으로 하는 냉각수 시스템의 탄소강부식 방지제.
삭제
제1항에 있어서, 상기 몰리브데이트는 몰리브덴 나트륨, 몰리브덴 칼륨 중 선택된 1종임을 특징으로 하는 냉각수 시스템의 탄소강부식 방지제.
삭제
삭제
중량%로 하이드록시카복실산 5% - 30%, 몰리브데이트 2% - 20%, 유기인산염 1% - 10%, 분산제 1% - 10%, 나머지는 물로 이루어진 방지제를 냉각수 시스템의 수중 농도 50ppm - 500ppm이 되도록 투입하여 됨을 특징으로 하는 냉각수 시스템의 탄소강 부식 방지제 투입방법.
제 6항에 있어서, 상기 50ppm - 500ppm의 방지제 농도를 갖는 냉각수 시스템의 수중에 하이드록시카복실산의 농도가 5ppm - 100ppm이 됨을 특징으로 하는 냉각수 시스템의 탄소강 부식 방지제 투입방법.
제 6항에 있어서, 상기 50ppm - 500ppm의 방지제 농도를 갖는 냉각수 시스템의 수중에 몰리브데이트의 농도가 1ppm - 50ppm이 됨을 특징으로 하는 냉각수 시스템의 탄소강 부식 방지제 투입방법.
제 6항에 있어서, 상기 50ppm - 500ppm의 방지제 농도를 갖는 냉각수 시스템의 수중에 유기인산염의 농도가 0.5ppm - 20ppm이 됨을 특징으로 하는 냉각수 시스템의 탄소강 부식 및 스케일 방지제 투입방법.
제 6항에 있어서, 상기 50ppm - 500ppm의 방지제 농도를 갖는 냉각수 시스템의 수중에 분산제의 농도가 0.5ppm - 20ppm이 됨을 특징으로 하는 냉각수 시스템 탄소강 부식 방지제 투입방법.