KR101064953B1 - 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관 및 그 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관 및 그 코팅방법에 관한 것으로, 가스 보일러용 열교환기의 배관외벽에 세라믹 도료가 도포된 코팅층이 형성되어 저품질의 가스를 원료로 사용하여도 배관 외벽의 침식현상을 방지할 수 있는 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관 및 그 코팅방법에 관한 것이다.

보일러, 열교환기 배관, 세라믹 도료, 코팅층

Description

침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관 및 그 코팅방법{A pipe of boiler heat exchanger coated for erosion prevention and coating method thereof}

본 발명은 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관 및 그 코팅방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 가스 보일러용 열교환기의 배관 외벽에 세라믹 도료를 코팅하여 저품질의 가스를 원료로 사용하여도 배관 외벽의 침식현상을 방지할 수 있는 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관 및 그 코팅방법에 관한 것이다.

일반적으로 보일러는 난방과 온수의 공급을 위하여 설치되는 장치로서, 각종 연료를 연소시키면서 발생하는 열을 이용하여 물을 데우고, 데워진 물을 직접 이용하거나, 가정 또는 각종 건물들의 난방에 이용되도록 하는 것으로서, 그 크기에 따라 가정용으로 이용되는 소형 보일러부터 산업용으로 이용되는 대형 보일러까지 널리 개발되고 사용되고 있다.

또한, 이러한 보일러는 사용되는 연료에 따라 기름보일러와 가스보일러로 나뉘어지며, 최근에는 최소한의 연료 소모로 열효율을 극대화할 수 있도록 현열 열교 환부와 잠열 열교환부로 구성된 열교환기를 구비한 콘덴싱 방식의 가스보일러가 대중화되고 있는 실정이다.

한편, 가스 보일러의 경우 그 원료가 되는 가스를 연소장치에 공급하여 연소시킨 후 발생된 배기가스는 연소실을 통해 외부로 배출시키게 되는데, 이 때 상기 열교환기의 배관은 연소실의 내부온도가 대략 400~500℃인 점을 감안하여 내열성을 갖는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸 등의 금속 재질로 이루어지는 것이 보통으로써, 이러한 금속 재질의 배관의 경우 원료로 사용되는 가스의 품질에 따라 배기가스에 의한 침식현상이 발생될 수 있다

즉, 품질이 낮은 가스의 원료로 사용할 경우 연소과정에서 불순물로 포함된 황(S) 성분이 공기 중 산소 또는 수소와 결합하여 황산 등으로 산성화됨에 따라, 비교적 내산성이 낮은 금속재질의 배관은 상기 산성화된 배기가스에 의해 그 관외벽이 침식되는 현상이 발생되며, 이러한 침식현상은 배관의 내구성 및 기밀성을 저하시키는 주요한 원인이 되고 있다.

따라서, 최근 보일러 등에 사용되는 배관재로서 내열성 및 내산성을 갖는 금속 배관에 대한 연구가 이루어지고 있으나, 지금까지의 연구는 내산성 금속들을 혼합시켜 특성을 변화시키는 합금재의 개발로 방향이 이루어지고 있으며, 이러한 합금재의 경우 우선적으로 기존 금속 배관보다 원가비용을 상승시키는 요인이 될 뿐만 아니라, 배관의 침식현상은 원료인 가스의 품질에 의해 좌우되는 문제점이므로 이를 근본적으로 해결할 수 있는 바람직한 연구방향은 아니다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존의 금속배관의 교체없이 배관의 외벽을 산성화 물질로부터 보호함으로써, 저품질의 가스를 원료로 사용함에 따라 발생되는 배관 외벽의 침식현상을 방지할 수 있는 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 보일러 열교환기 배관에 침식을 방지할 수 있는 코팅층을 형성하기 위한 코팅방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

가스를 원료로 하는 보일러의 열교환기에 사용되는 배관에 있어서, 상기 배관의 외벽에 세라믹 도료가 도포된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관을 제공함으로써 달성된다.

또한, 본 발명은 배관의 외벽을 샌딩(sanding)처리를 통해 균일한 표면조도를 확보한 다음, 상기 배관의 외벽의 이물질을 제거하고 35~40℃까지 예열처리한 후, 세라믹 도료를 분체 도장 방법으로 도포하고, 건조로에서 200~250℃의 온도로 30~60분간 건조하는 것을 특징으로 하는 보일러 열교환기 배관에 침식방지 처리를 위한 코팅방법을 제공한다

상술한 바와 같이 본 발명의 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관은 기존의 금속배관의 외벽을 세라믹 도료로 코팅하여 저품질의 가스를 원료로 사용함에 따라 발생되는 배관의 침식현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인한 배관의 내구성 및 기밀성을 향상시킬 수 있고, 상기 코팅처리는 원료로 사용되는 가스의 품질에 따라 선택적으로 처리할 수 있어 경제적이라는 효과를 가져온다.

이하에서는 본 발명에 대하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 가스 보일러의 열교환기에 사용되는 배관이 저품질의 가스를 원료로 사용함에 따라 발생되는 침식현상을 방지할 수 있는 구조를 제시하고자 하는 것으로, 이를 위하여 상기 열교환기 배관의 외벽에 세라믹 도료가 도포된 코팅층을 형성시킨다.

상기와 같이 사용되는 세라믹 도료는 실리콘 알콕사이드를 졸겔법으로 무기질 도막을 형성하는 2액형 도료로서, 물과 알콜을 용제로 하여 친환경적이며 높은 경도를 가지며, 내용제성, 내약품성, 내염수성, 내산성, 내열성, 내열성이 우수한 것으로 알려져 있다.

따라서, 상기와 같이 내산성 및 내약품성 등을 갖는 세라믹 도료를 배관의 외벽에 코팅함으로써, 품질이 낮은 가스의 원료로 사용할 경우 황(S) 성분에 의한 산성화 물질이 상기 세라믹 도료의 코팅층에 의해 배관까지 침투되지 못하므로 종 래 저품질 가스를 사용함에 따라 발생되던 침식현상을 방지할 수 있다.

상기 세라믹 도료를 도포하여 형성된 코팅층은 그 두께가 20 ~ 30㎛가 되는 것이 바람직하며, 이는 그 두께가 20㎛ 이하가 되면 세라믹 도료가 골고루 분포되지 못하고 부분적인 침적현상이 발생될 수 있으며, 그 두께가 30㎛ 이상이 되면 더 이상의 증진된 효과는 나타나지 않고 오히려 배기흐름에 저항을 줄 수 있기 때문에, 전술한 범위의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 사용될 수 있는 세라믹 도료로는 공지된 것이 모두 사용가능하나. 본 발명에서는 주바인더인 실리콘 알콕 사이드 20~ 30중량%와, 콜로이날실리카 20~30중량%, 무기안료나 무기필럿에서 선택되는 하나 또는 둘의 혼합물로된 첨가제 20~25중량%, 나머지는 용제(알코올)로 구성된 세라믹 도료를 사용하는 것이 바람직하다.

이때 상기 무기안료로는 탄화물 안료가 사용되며, 상기 무기필럿으로는 실리카 또는 알루미나가 사용된다.

한편, 상기와 같은 세라믹 도료를 보일러 열교환기 배관에 코팅하는 방법을 살펴보면, 먼저 피도장체인 배관 외벽이 균일한 표면조도를 확보할 수 있도록 샌딩(sanding) 공정을 거치게 되며, 그 표면조도는 15±5㎛이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 샌딩 공정을 통하여 배관 외벽에 고른 도포와 균일한 코팅층의 형성이 가능하도록 함으로써 도료의 표면 접착강도를 강화시킴과 동시에 금속 배관이 코일 형태로 존재함에 따라 인장응력에 의한 응력부식균열이(stress corrosion crack)발생되는 것을 최소화하기 위함이다.

이와 같이 샌딩처리된 배관의 외벽에 이물질을 깨끗이 제거한 다음, 세라믹 도료를 분체도장 방법으로 도포하게 되는데, 이 때 상기 세라믹 도료를 도포하기 전에 배관의 외벽을 35~40℃까지 미리 예열처리하는 것이 바람직하다. 이는 금속 표면이 차가운 상태에서는 도료의 표면 접착이 잘 이루어지지 않아 금속 표면을 타고 흘러내리는 현상이 나타나는데, 따라서 상기와 같이 배관을 예열처리함으로써 도료의 접착력을 높일 수 있다.

상기와 같이 배관의 외벽에 세라믹 도료를 도포한 다음, 건조로에서 200~250℃의 온도로 30~60분간 건조하여 세라믹 도료가 완전히 경화되어 코팅층이 형성됨을 확인함으로써 그 코팅이 완료된다.

이상과 같이 배관의 외벽을 내산성 및 내약품성을 갖는 세라믹 도료로 코팅함으로써, 저품질의 가스를 원료로 사용함에 따라 발생되는 배관의 침식현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인한 배관의 내구성 및 기밀성을 향상시킬 수 있고, 상기 코팅처리는 원료로 사용되는 가스의 품질에 따라 선택적으로 처리할 수 있어 무분별한 사용을 억제하여 경제적이다.

이하 본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

가스 보일러에 사용되는 열교환기 배관의 외벽을 샌딩 블라스트로 샌딩 처리 하고 이물질을 제거한 후, 상기 배관 외벽을 38℃까지 예열처리하고 실리콘 알콕 사이드 25중량%, 콜로이날실리카 25중량%, 탄화물 안료 및 무기필럿의 혼합물 첨가제 25중량%(탄화물안료 12중량%, 무기필럿 13중량%), 용제(알코올) 25중량%이 혼합된 세라믹 도료를 분체도장방법으로 30㎛의 두께까지 도포한 다음, 건조로에서 220℃의 온도로 60분 동안 건조하여 코팅층을 형성하였다.

이와 같이 외벽이 코팅 처리된 열교환기 배관을 10%의 묽은 황산 용액에 96시간 동안 담근 후 꺼내어 배관 외벽의 침식현상을 관찰하였으며, 그 결과를 촬영하여 첨부된 도 1에 나타내었다.

도 1의 (a)는 외벽이 코팅 처리된 열교환기 배관이고, (b)는 도 1(a)의 열교환기 배관을 묽은 황산 용액에 담그기 전의 배관 외벽을 확대한 것이며, (c)는 도 1(a)의 열교환기 배관을 묽은 황산 용액에 담그고 난 후의 배관외벽을 확대한 것으로, 도면에 나타난 바와 같이 코팅처리된 배관 외벽은 묽은 황산에 장시간 담겨있었음에도 불구하고, 묽은 황산의 처리 전과 후의 상태변화가 없는 것을 확인할 수 있으며, 이는 배관 외벽에 도포된 세라믹 도료의 코팅층에의해 관외벽에 산성화 물질에 의한 침식현상이 발생되지 않은 것을 알 수 있었다.

<비교예 1>

상기 실시예 1과 동일한 구조를 갖되, 배관 외벽에 세라믹 도료가 코팅되지 않은 일반 가스 보일러에 사용되는 열교환기 배관을 대상으로 동일한 실험을 시행한 후, 배관 외벽의 침식현상을 관찰하였으며, 그 결과를 촬영하여 첨부된 도 2에 나타내었다.

도 2의 (a)는 외벽이 코팅되지 않은 열교환기 배관이고, (b)는 도 2(a)의 열교환기 배관을 묽은 황산 용액에 담그기 전의 배관외벽을 확대한 것이며, (c)는 도 2(a)의 열교환기 배관을 묽은 황산 용액에 담그고 난 후의 배관외벽을 확대한 것으로, 도면에 나타난 바와 같이 묽은 황산 용액에 장시간 담긴 경우 배관 외벽이 황산에 의해 침식된 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통해 가스 보일러의 원료로 저품질 가스를 사용할 경우 저품질 가스로 인하여 발생되는 산성화된 배기가스에 의해 그 관외벽이 침식되는 현상이 발생됨을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실험결과를 나타낸 사진

도 2는 본 발명의 비교예에 따른 실험결과를 나타낸 사진

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 가스를 원료로 하는 보일러의 열교환기에 사용되는 배관에 있어서,

   상기 배관의 외벽에 그 두께가 20 ~ 30㎛가 되도록 세라믹 도료가 도포된 코팅층이 형성되되,

   상기 세라믹 도료는,

   주바인더인 실리콘 알콕 사이드 25중량%와, 콜로이날실리카 25중량%, 무기안료나 무기필럿에서 선택되는 하나 또는 둘의 혼합물로된 첨가제 25중량%, 나머지는 용제(알코올)로 구성된 것을 특징으로 하는 침식방지용 코팅처리된 보일러 열교환기 배관.
4. 삭제
5. 배관의 외벽을 샌딩(sanding)처리를 통해 균일한 표면조도를 확보한 다음, 상기 배관의 외벽의 이물질을 제거하고 35~40℃까지 예열처리한 후, 세라믹 도료를 분체 도장 방법으로 도포하고, 건조로에서 200~250℃의 온도로 30~60분간 건조하되,

   상기 세라믹 도료는 주바인더인 실리콘 알콕 사이드 25중량%와, 콜로이날실리카 25중량%, 무기안료나 무기필럿에서 선택되는 하나 또는 둘의 혼합물로된 첨가제 25중량%, 나머지는 용제(알코올)로 구성된 것을 특징으로 하는 침식방지용 보일러 열교환기 배관에 침식방지 처리를 위한 코팅방법.

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