KR101505052B1

KR101505052B1 - 내열성과 내마모성이 개선된 화력발전소용 바닥재 이송배관

Info

Publication number: KR101505052B1
Application number: KR1020130126737A
Authority: KR
Inventors: 충 락 최; 김성식
Original assignee: 보성포리테크 주식회사; 충 락 최
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-03-26

Abstract

본 발명은 화력 발전소의 바닥재 이송배관으로 사용될 수 있는 내열성과 내마모성이 개선된 발전소용 바닥재 이송배관에 관한 것으로, 화력발전소용 바닥재 이송배관으로 내부층(내층)에는 내마모성 및 내열성이 우수한 폴리케톤, 폴리부텐-1, 초고분자량 폴리에틸렌등의 소재로 형성하고, 바깥층(외층)은 고밀도 폴리에틸렌으로 형성하며, 그 중간에 폴리케톤(에틸렌, 프로필렌, 일산화탄소 공중합체) 또는 폴리부텐-1(부텐-1 및 에틸렌 공중합체)에 대한 접착력이 우수한 무수말레이산(Maleic Anhydride) 개질 폴리올레핀수지(MA-PO)에 아민(Amine) 성분을 반응시켜 접착력을 향상시킨 마인화 무수말레인산 개질수지를 접착층으로 사용하여 다층관(2층 또는 3층관)구조의 합성수지제 합성수지 배관을 제조하여 화력발전소용 바닥재 합성수지 배관의 교체시기를 연장하고, 이송배관의 두께를 줄영 배관 설치시 시공성을 개선하여 화력발전 비용절감과 화력발전소 가동률을 향상시키기 위한 화력발전소용 바닥재 이송배관에 관한 것이다.

Description

내열성과 내마모성이 개선된 화력발전소용 바닥재 이송배관{A HEAT AND WEAR RESISTANCE IMPROVED PIPE FOR THERMOELECTRIC POWER PLANT BOTTOM ASH TRANSPORTATION}

본 발명은 내열성과 내마모성이 개선된 화력발전소용 바닥재 이송배관에 관한 것으로 더욱 상세하게는 화력발전소 바닥재 이송용으로 내부층(내층)에는 내마모성 및 내열성이 우수한 폴리케톤, 폴리부텐-1, 초고분자량 폴리에틸렌 등의 소재로 형성하고, 바깥층(외층)은 고밀도폴리에틸렌으로 형성하며, 그 중간에 폴리케톤(에틸렌, 프로필렌, 일산화탄소 공중합체) 또는 폴리부텐-1(부텐-1 및 에틸렌 공중합체)에 대한 접착력이 우수한 무수말레이산(Maleic Anhydride) 개질 폴리올레핀수지(MA-PO)에 아민(Amine) 성분을 반응시켜 접착력을 향상시킨 아민화 무수말레인산 개질수지를 접착층으로 하여 다층관(2층 또는 3층관)구조의 합성수지제 합성수지 배관을 형성하여 합성수지 배관의 교체시기를 연장하고, 바닥재 이송용 합성수지 배관의 두께를 줄여 시공성을 개선하여 화력발전비용과 화력발전소 가동률을 향상시키기 위한 화력발전소용 바닥재 이송배관에 관한 것임.

국내산업의 특성과 국민의 생활수준 향상으로 인해 전기수요가 지속적으로 증가할 추세이나 최근 원자력 발전소의 안전문제로 화력발전소의 중요성이 가중되고 있으며 전세계적인 친환경 신재생에너지는 효율문제로 전력충당량이 부족한 실정이므로 현실적으로 화력발전소의 중요성은 더욱 커지고 있다.

화력발전소에서는 도면 1에 도시된 구조로 이루어 지며 보통 가격이 저렴한 석탄을 연소시켜 보일러의 물을 끓여 수증기를 만들고, 그 수증기를 이용하여 발전을 하는데, 석탄의 연소 후 발생하는 대부분의 석탄재는 집진설비 내에서 포집되거나 보일러 저부에 있는 호퍼에서 채취되며, 발생량은 전체 미분탄의 15-45%정도이고, 전체 석탄재 중 집진설비에 포집되는 비산재(fly ash)의 양은 약 60-80% 정도이며, 나머지 20-40% 정도가 보일러 저부에서 채취되는 바닥재(bottom ash)이다.

바닥재는 보일러의 벽면이나 예열기, 절단기 등에 부착되어 있다가 자중이나 부하변동 제진장치 등에 의하여 보일러 저부로 떨어져 호퍼(hopper) 내에 집적된 후 분쇄기에 의해 분쇄된다.

일반적으로 보일러의 바닥재 호퍼 내부에는 60℃ 정도의 물을 채워 놓는다. 이 물은 고온(760 이상)의 바닥재를 열충격(thermal shock)을 주어 파괴시키고, 호퍼가 가열되어 내부의 바닥재가 용융 결합하는 것을 방지하며, 바닥재 배출시 호퍼 벽면과의 마찰저항을 감소시키는 등의 역할을 한다. 바닥재는 짙은 회색의 거친 입자로, 입자표면은 다공질의 표면을 이며, 모래와 비슷하게 보이고, 직경 5mm 이상의 크기를 가지는 입자도 갖는 불규칙한 형태의 입자다. 바닥재의 주된 화학성분은 SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O 및 K2O 등으로 구성된다. 이중 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(Fe2O3)의 성분비가 각각 70.0 ~ 45.4중량%, 28.3 ~ 15.9중량%, 14.3 ~ 2.0중량%의 순으로 바닥재의 화학성분들 중 가장 많은 양을 차지하고 있다.

상기와 같이 호퍼에서 물과 섞인 바닥재는 높은 온도상태로 바닥재 이송배관을 통하여 바닥재 이송탱크로 옮겨지고 최종적으로 발전소 주변에 있는 외곽 처리장으로 옮겨지게 된다.

발전소용 바닥재 이송배관으로 주철용 배관류를 사용할 경우에는 바닥재에 포함된 알카리성의 잿물에 의하여 주철의 부식이 촉진되어 내구성에 문제가 있으므로 주로 내화학성이 우수한 합성수지 배관으로 주철관을 대신하여 사용하고 있다.

바닥재 이송배관용 합성수지관 중에서도 고밀도폴리에틸렌 배관을 많이 사용하고 있으나 화력발전소의 바닥재 이송에 사용되는 합성수지 배관의 특성상 내열, 내마모성 및 내화학성이 요구되나, 현재 사용중인 고밀도폴리에틸렌 이송배관은 내화학성은 우수하나 내열성이 미흡하고, 내마모성에 취약하므로 이를 보완하기 위하여 배관의 두께를 두껍게 형성하여 사용하고 있는 실정이다.

그러나 바닥재에 포함된 벌크 덩어리 등이 뜨거운 물과 함께 바닥재 이송탱크와 외곽 처리장으로 이송되면서 소용돌이가 형성되어 뜨거운 물로 약해진 이송배관의 내부를 긁어 처음에는 이송배관의 내면에 곰보형태의 자국이 형성되며, 일정기간이 지나다 보면 엘보나 곡관부분이 먼저 닳아 누수가 발생하여 이를 교체하게 되고, 이후 몇 차례의 엘보나 곡관부분을 교체한 후 약 3~4년 주기로 합성수지 배관 전체를 교체하여야 하며, 교체할 경우 장시간 동안 발전을 중단하면서, 땅속에 매설된 합성수지 배관을 발굴하여 철거하고 새로운 이송배관을 설치하면서 운전중단비용, 시공비용 등의 바닥재 이송배관의 교체비용이 과다하게 발생하게 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 바닥재 이송배관의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 내열에도 강하고, 화학적으로 안정되며, 내마모성이 우수한 바닥재 이송배관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 성형이 용이하여 대구경의 배관도 쉽게 제작할 수 있으며, 배관의 두께를 얇게 할 수 있어 가공 및 설치작업이 용이하고, 장시간 사용할 수 있는 바닥재 이송배관을 제공하여, 시공시 운전중단비용, 시공비용 등의 배관 교체비용을 줄여 발전단가를 낮출 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 폴리케톤(Polyketone), 폴리부텐-1(Polybutene-1) 또는 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 중 어느 하나의 합성수지를 10~90wt% 로 하여 내층이 형성되고, 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 색상 마스터배치(Masterbatch) 또는 흑색 고밀도폴리에틸렌 컴파운드(Compound)를 10~90wt%로 하여 외층이 형성되며, 상기 내층과 외층 사이에 무수말레이산(Maleic Anhydride)과 아민(Amine)성분의 개질(graft)된 합성수지로 구성된 접착성수지를 주입시켜 내열성, 내마모성이 개선되고, 두께를 줄여 시공성이 향상된 바닥재 이송배관을 형성하고자 한다.

본원발명에 따른 발전소용 바닥재 이송배관을 사용하면, 바닥재 이송배관의 내열성과 내마모성이 우수하여 높은 온도의 바닥재를 이송하더라도 배관의 기계적 강도가 떨어지지 않고, 쉽게 닳지 않아 장시간 사용이 가능하므로 바닥재 이송배관의 교체주기를 연장시킬 수 있으며, 배관비용과 교체공사비용을 포함한 교체비용을 낮추고, 화력발전소의 가동률을 향상시킬 수 있다. 아울러, 본원발명에 따른 이송배관은 내부압력에도 잘 견디므로 이송배관의 두께를 얇게 하여 이송배관의 재료가 절약되고, 배관설치공사의 시공성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 화력발전소의 개념도
도 2는 다층압출성형기에 대한 개념도.
도 3은 다층압출기 다이의 합류부의 형상도.
도 4는 바닥재 이송배관의 단면도.

이하, 본 발명에 따른 폴리케톤, 폴리부텐-1 또는 초고분자량 폴리에틸렌 등의 내화학성과 내마모성이 우수한 합성수지를 원재료를 사용하여 다층으로 형성된 바닥재 이송배관의 실시 예를 상세히 설명하며, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기술 등은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 폴리케톤(Polyketone), 폴리부텐-1(Polybutene-1) 또는 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 중 어느 하나의 합성수지를 10~90wt% 로 하여 내층을 형성하고, 밀도가 0.940g/㎤이상인 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 기능성 마스터배치 (Functional Masterbatch) 또는 흑색 고밀도폴리에틸렌 컴파운드(Compound)를 10~90wt%로 하여 외층이 형성한 것을 특징으로 하는 바닥재 이송배관에 관한 것이다.

본 발명은 내열성, 내마모성, 내화학성 및 내구성이 우수한 바닥재 이송배관의 소재를 탐색 발굴해 이를 바닥재 이송배관에 적용하여 이송배관의 교체시기를 연장하고, 교체비용을 줄이기 위한 목적으로 개발되었다.

발전소의 바닥재 이송배관은 높은 온도와 알카리성 성분을 가진 바닥재에 의한 부식문제 및 물과 혼합시 케이크와 같은 덩어리가 생성되고, 이송과정에서 와류현상이 발생하여 파이프 내면에 바닥재 혼합물이 부딪혀 마찰이 발생하고, 특히 바닥재 흐름의 방향이 틀어지는 엘보 부분에서 급격한 마모현상이 발생되어 바닥재 이송배관의 수명이 단축되는데, 본원 발명은 이렇게 고온의 부식성이 높고, 불규칙한 입자의 통과에도 견딜 수 있는 이송배관의 소재를 찾다가 폴리케톤, 폴리부텐-1과 초고분자량 폴리에틸렌이 내열성, 내화학성과 내마모성이 우수하여 바닥재 이송배관의 소재로 적합하다는 것을 발견하였다. 그러나 상기 소재들은 내열성, 내화학성과 내마모성은 우수하나 배관의 성형성과 가공성에는 고밀도폴리에틸렌(HDPE)에 이르지 못하므로, 내층에는 폴리케톤, 폴리부텐-1과 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 10~90wt%을 사용하여 내마모성과 내열성을 향상시키고, 외층에는 배관의 성형성을 개선하고 내구성을 높이기 위해 고밀도폴리에틸렌과 기능성 마스터배치(Functional Masterbatch) 또는 흑색 고밀도폴리에틸렌 컴파운드(Black HDPE Compound)를 10~90wt%를 사용하고, 내층과 외층 사이에 무수말레인산(Maleic Anhydride) 개질 폴리올레핀수지(MA-PO)에 아민(Amine)성분을 반응시켜 접착력을 향상시킨 아민화 무수말레인산 개질수지로 접착성 수지층을 형성하여 내층과 외층이 화학적으로 강력히 접합된 다층배관을 제작하여, 내열성, 내화학성, 내마모성과 아울러 성형과 가공에도 우수하며, 재료비 측면에서도 저렴한 발전소용 바닥재 이송배관을 완성하였다.

폴리케톤은 반복단위 (-CH₂CH₂-CO-)를 가진 에틸렌 분자구조에 일산화탄소를 결합한 고분자 화합물로 탄소와 산소, 수소만의 단순한 구조인데다 용해 성형이 가능한 결정성 수지로서, 녹는점이 220℃ 이상이고, 연속 사용 온도 105℃에 이르는 자연친화적 내열폴리머로서 내화학성이 우수하고 내압특성이 우수하며 부식성 가스의 발생이 없다. 폴리케톤은 제조원가에 있어서 내열폴리머인 나일론과 동등하나 내마모성과 내열성이 절대적으로 우수한 특징을 가지고 있으며, 고무와 접착력이 우수해 타이어코드, 자동차용 벨트, 로프, 보호용구 등을 비롯 정보통신, 토목건축, 스포츠 용도로 폭넓은 사용이 기대되는 소재이다.

폴리부텐-1(polybutene-l, PB-1)은 CH₂CH-CH₂- CH₃의 분자구조를 가지며, 지글러-나타촉매를 사용 중합하여 얻는다. 폴리부텐-1(PB-1)은 녹는점이 125℃이나 계속사용온도가 95℃로 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)보다 높고, 분자량이 커서 용융점도가 높아 배관의 생산시 성형성이 우수하며, 강인성, 내응력완화성(creep resistance), 내마모성이 뛰어나고, 특히 젖은 상태에서의 내마모성이 우수한 특징을 가지고 있다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)에 비교하여 비중이 낮으나 내압성이 우수한 특징이 있고, 폴리프로필렌(PP)에 비교하여 결정화도가 낮고 더구나 비결정부에서의 분자쇄간의 거리가 크기 때문에 다른 폴리올레핀과의 상용성이 우수하고, 무기 충전제(filler)를 대량으로 충진할 수 있는 것도 이 수지의 특징이다. 폴리부텐-1(PB-1)을 원료로 한 제품은 파이프가 주류이고, 특히 난방, 급탕용 등 내열파이프의 주류를 이루고 있다.

폴리에틸렌은 밀도에 따라서 종류가 다양하게 나누어지는데, 밀도가 낮은 것은 저밀도 폴리에틸렌이라고 해서 LDPE라고 하고, 밀도가 높은 것은 HDPE로 구분하며, 분자량에 따라 분자량이 100만 이하인 고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)과 분자량이 100만 이상인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 구분한다.

초고분자량 폴리에틸렌(Ultra high molecular weight poly ethylene, UHMWPE)은 특별히 제작된 촉매 4세대 혹은 5세대 ZN 촉매 혹은 메탈로센 촉매에 의하여 합성된 에틸렌 공중합체로서 녹는점이 135℃로 통상의 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)와 동일하나 분자량이 최소 200만 이상인 제품이 주로 사용되며, 내마모성이 우수한 특징을 가진 폴리머이다. 초고분자량 폴리에틸렌은 기존의 폴리에틸렌들에 비해서 분자량이 커서 충격에 아주 강하며, 스틸와이어보다 15배 높은 강성을 가지고 있어서 방탄복 섬유의 소재와 인공관절로도 사용된다. 인공관절은 관절의 회전체 역할을 하는 메탈재질과 접촉하기 때문에 마모입자가 극히 적은 소재가 요구되고 있는데 이러한 소재로 초고분자량폴리에틸렌이 적합하며, 인공관절은 인체 내에 사용되므로 반드시 멸균이 필요로 한데, 멸균수단으로 사용하는 감마선 조사방법은 초고분자폴리에틸렌에 가교작용을 일으켜 기계적 특성을 향상시키는 것으로 알려졌다.

이외에도, 초고분자량 폴리에틸렌은 자외선차단과 저항성이 우수해 해양용 로프, 고강도 낚시줄 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

폴리케톤, 폴리부텐-1과 초고분자량 폴리에틸렌을 바닥재 이송배관 내층의 소재로 적용하는 이유는 이들이 내열성, 내마모성 및 내화학성이 우수하여 고온에서도 기계적 물성의 변화가 적으며, 고온의 바닥재를 이송하더라도 쉽게 닳지 않아 장시간 사용할 수 있는 특성을 가지고 있기 때문이다.

바닥재 이송배관의 내층을 감싸고 있는 외층은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 기능성 마스터배치로 이루어 지며 고밀도 폴리에틸렌은 기계적 성질, 내열성, 가공성과 성형성이 우수하며, 재료의 단가가 비교적 저렴한 합성수지로 내층의 표면을 감싸 내층을 보호하고 내층의 내열성과 내마모성에 더하여 재료의 가공성, 성형의 용이성을 보완하고, 바닥재 이송배관의 단가를 낮출 수 있다.

플라스틱은 성형과정에서 제품의 특성 구현을 목적으로 착색제, 충진제, 난연제, 열안정제, 발포제, 대전방지제, 자외선 흡수제, 탈취제 등의 기능성 첨가제를 넣게 되는데, 이런 첨가제들은 대부분 분말상태인 경우가 많다. 분말상태인 기능성 첨가제를 사용시 미분산과 작업 중의 분말의 흩날림으로 작업장 오염문제가 초래되므로 이를 개선하기 위해 기능성 첨가제를 고농도로 농축시킨 기능성 마스터배치(Functional Masterbatch)를 사용한다. 이럴 경우 각 첨가제의 투입량을 정확하게 계량할 수 있고, 첨가제의 분산을 좋게 하여 최종 제품의 기계적 물성 저하를 최소화 할 수 있다.

본 발명의 기능성 마스터배치는 합성수지 배관의 노화방지나 장기적으로 내구성을 유지할 수 있도록 하는 착색안료로 카본블랙을 사용하며, 유색안료를 사용하거나 필요시에는 자외선흡수제를 첨가한다. 이에 더하여 외층에 1줄 또는 2줄 이상의 띄줄 모양으로 색상을 표시하여 바닥재 이송배관의 용도와 특성을 색으로 확인할 수 있도록 할 수 있다.

이때, 카본블랙은 마스터배치 총 중량에 30~40중량%가 되도록, 본 발명의 이송배관 총 중량에는 2~3중량% 정도가 되도록 포함시킨다.

또한, 외층으로 고밀도 폴리에틸렌과 기능성 마스터배치 혼합물을 써도 되지만 고밀도 폴리에틸렌과 카본블랙이 미리 포함된 흑색 고밀도 폴리에틸렌 컴파운드(Black HDPE Compound)를 바로 사용해도 된다.

발전소용 바닥재 이송배관은 고열 상태에서 사용되고, 합성수지 배관 내에 통과되는 입자의 형태가 불규칙하여 합성수지 배관 내의 마찰이 심한 관계로 장기간 사용하면 고열과 입자와의 충돌이 누적되어 내층과 외층 사이에 크랙이 발생하여 내외층이 분리될 수 있고, 분리된 틈 사이로 이물질이 끼어들면 수명이 급격히 줄어드는 경향이 있다. 이러한 층분리를 막기 위해 내층과 외층을 긴밀하게 결합하기 위한 접착성 수지층을 형성해야 한다.

본원 발명의 접착성수지는 다음과 같은 반응을 거쳐 생산된다

폴리올레핀(Polyolefin, PO)에 중량기준 1~3wt%의 무수말레인산(Maleic Anhydride Acid, MA)과 유기과산화물(Peroxide, 예컨데, 과산화벤조일) 0.1wt%를 혼합하여 혼합기에 넣어 잘 섞고, 고루 섞인 혼합물을 압출기에 투입하면, 압출과정에서의 열에 의해 퍼록사이드 분해되고 이때 발생하는 라디칼(Radical)이 폴리올레핀 분자를 분해하며, 분해된 자리에 무수말레인산기가 개질(Graft)되어 무수말레인산 개질 폴리올레핀(MA-PO)이 생성된다. 생성된 MA-PO에 디아민을 3~5wt% 혼합시켜 압출기에 투입하면, 압출과정에서 무수말레인산과 디아민이 반응하여 접착력이 우수한 아민화 무수말레인산 개질수지(Aminated MA-PO)를 얻는다. 아민화 무수말레인산 개질수지는 폴리케톤 등과 화학적으로 반응하여 강한 접착력을 가지며 이 과정에서 미량의 물이 생성된다

상기와 같이 제작된 무수말레이산(Maleic Anhydride)과 아민(Amine)성분의 개질(graft)된 합성수지 1-5wt%를 압출성형 시 내외층 사이에 주입하면 접촉된 고밀도 폴리에틸렌이 개질되어 내층과 긴밀히 결합되어 장시간 사용하여도 바닥재 이송배관의 내층과 외층이 분리되는 현상을 막을 수 있다.

본원발명의 바닥재 이송배관은 도 2와 같은 공정을 갖춘 압출성형기에 의해 제작되며, 압출기는 성형재료를 가열용융하여 균일한 유동상태로 만들면서 이를 가압하여 연속적으로 압출시키는 역할을 하며, 압출된 폴리머 성분은 다이블럭(200)에 의해 소정의 형태가 만들어지고, 진공성형기(300)에 의해 형태가 보정되며, 냉각탱크(400)에 의해 온도가 내려가 소성된 이송배관이 인취기(500)에 의해 인출되어, 인출된 성형품의 형상이나 치수를 절단기(600)에 의해 필요한 길이로 절단하고, 적재기(700)를 통해 적재하는 과정을 거쳐 화력발전소용 바닥재 이송배관이 제작된다.

본원발명의 바닥재 이송배관은 내열성, 내마모성과 가공성과 성형의 용이성 및 경제성을 만족시키기 위해 다층관으로 제작되며, 다층관을 제작하기 위한 성형 압출기의 상기 다이블럭(200)은 도 3에 도시된 것과 같은 동시압출타입(210)과 축차합류타입(220)이 있는데 본원발명의 실시 예에서는 축차압출타입을 사용해 제작하였다.

첨부된 도면 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥재 이송배관(800)의 단면도이다. 내층(810)은 폴리케톤(Polyketone), 폴리부텐-1(Polybutene-1) 또는 초고분자량폴리에틸렌(UHMWPE) 중 어느 하나의 합성수지를 10~90wt% 로 하여 형성되고, 외층(830)은 밀도가 0.940g/㎤이상인 고밀도폴리에틸렌(HDPE)과 기능성 마스터배치(Functional Masterbatch) 또는 흑색 고밀도폴리에틸렌 컴파운드(Black HDPE Compound)를 10~90wt%로 하여 형성되었으며, 상기 내층(810)과 외층(830) 사이에 무수말레이산(Maleic Anhydride) 개질 폴리올레핀수지(MA-PO)에 아민(Amine)성분을 반응시켜 접착력을 향상시킨 아민화 무수말레인산 개질수지로 접착성 수지층(820)을 형성하여 다층관을 구성한다. 물론 접착성 수지층(820)을 얇게 하여 외관상 내층과 외층으로만 구성된 것과 같이 제작할 수도 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 바닥재 이송배관을 상기와 같은 방법으로 폴리케톤 30wt% 와 폴리부텐 수지 30wt%를 사용하여 제작하여 각각 그 물성을 측정하였다.

실시예 1

폴리케톤 수지 30wt% 중량부 및 흑색 고밀도 폴리에틸렌 컴파운드(Black HDPE Compound) 70wt% 를 2기의 압출기를 통하여 압출시키며 이 과정에서 층간의 접착을 강화시키기 위하여 접착성 수지인 아민화 무수말레인산 개질수지를 제3 압출기를 통하여 층 사이로 주입시켜 압출시킴으로서 원하는 내마모성의 SDR 13.6 공정치수 200mm, 두께 15mm(규격14.7~16.3)용 다층관을 생산하였으며 다층관의 두께는 내층이 5~7mm 외층이 8~10mm로 하여 규격 제품을 생산하였다.

실시예 2

폴리부텐-1 수지 30wt% 중량부 및 흑색 고밀도 폴리에틸렌 컴파운드(Black HDPE Compound) 70wt% 를 2기의 압출기를 통하여 압출시키며 이 과정에서 층간의 접착을 강화시키기 위하여 접착성 수지인 아민화 무수말레인산 개질수지를 제3 압출기를 통하여 층 사이로 주입시켜 압출시킴으로서 원하는 내마모성의 SDR 13.6 공정치수 200mm, 두께 15mm(규격14.7~16.3)용 다층관을 생산하였으며 다층관의 두께는 내층이 5~7mm 외층이 8~10mm로 하여 규격 제품을 생산하였다.

상기 실시예 1 및 실시예 2 의 물성을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

구 분	단 위	실시예 1 폴리케톤내층	실시예 2 폴리부텐내층	폴리케톤	폴리부텐-1	고밀도폴리 에틸렌(HDPE)
밀도	g/㎠	1.100	0.950	1.240	0.937	0.953
용융지수(MI)	g/min			6.0	0.4	0.1
열변형 온도	℃	90	85	100	95	-
인장강도	Kg/㎠	490	280	670	350	230
파단신율	%	300	320	390	300	500
충격강도	kj/㎡	NB	NB	12	40	NB
마모량	㎣/kgf/km	0.4	0.4	0.4	0.4	2.3
내압시험 @20℃,100hr	KS M ISO 1167 (파괴가없을것)	파괴 안 됨	파괴 안 됨
내압시험 @80,165hr	KS M ISO 1167 (파괴가없을것)	파괴안됨	파괴안됨
합성수지 배관생산 규격	KS 규격	KS M 3408-2 호칭 : 200mm	KS M 3408-2 호칭 : 200mm

상기 표 1에서 나타낸 바와 같이, 열변형 온도가 실시예 1에서는 90℃이고 실시예 2에서는 85℃에 이르고 있다. 일반적인 단층 폴리에틸렌관의 열변형 온도가 40℃~60℃이어서 화력발전소 보일러 하부에 있는 호퍼에 모인 바닥재에 60℃의 물을 채워 혼합하면 60℃-70℃ 정도가 된다고 할 때, 단층 폴리에틸렌관은 열변형이 일어날 수 있으나, 실시예 1과 실시예 2의 다층합성수지 이송배관은 모두 열변형 온도가 85℃ 이상이어서 열변형이 발생되지 않으므로, 바닥재 이송배관으로 적합하다고 할 수 있으며, 다음 조건으로, 바닥재 이송배관의 수명을 연장하기 위해서는 합성수지 배관의 마모성이 작아야 하는데, 일반적으로 많이 사용하는 폴리에틸렌 합성수지 배관은 ㎣/kgf/km당 3.0.보다 크며, 고밀도 폴리에틸렌 배관이 2.3 이상인데, 본원발명의 바닥재 이송배관으로 사용되는 폴리케톤과 폴리부텐-1은 각각 0.4로서 마모량이 기존 폴리에틸렌 합성수지 배관에 비해 1/5 이하가 된다는 것을 알 수 있다. 따라서 본원발명의 내층(810)은 폴리케톤, 폴리부텐-1 또는 초고밀도 폴리에틸렌으로 형성되고, 외층(830)으로 고밀도 폴리에틸렌으로 형성된 이송배관은 최소 4배 정도 수명이 길어, 현재 발전소용 바닥재 이송배관의 교체주기가 3년 안밖이란 것을 고려할 때 본원 발명을 발전소용 바닥재 이송배관으로 사용한다면 그 교체주기가 10년 이상으로 늘어날 것으로 보이며, 단지, 발전소용 바닥재 이송배관뿐만 아니라 고온의 액체와 고체 혼합물을 이송하는 합성수지 배관이라면 본원 발명에 의한 합성수지 배관을 사용하여 그 수명을 크게 연장시킬 수 있을 것이라고 판단되며, 아울러 현재 사용중인 고밀도 폴리에틸렌 이송배관은 내마모성이 취약하여 배관의 두께를 두껍게 형성하여 사용하던 것을 개선하여 배관의 두께를 얇게하여 재료비를 절감하고 시공을 용이하게 하는 효과도 예상된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 다층 압출성형기 110 : 메인 압출기
120 : 보조 압출기 130 : 가교제용 압출기
200 : 다이블록 210 : 동시합류타입 다이
220 : 축차합류타입 다이 300 : 진공성형기
400 : 냉각탱크 500 : 인취기
600 : 절단기 700 : 적재기
800 : 바닥재 이송배관 810 : 내층
820 : 접착성 수지층 830 : 외층

Claims

폴리케톤(Polyketone), 폴리부텐-1(Polybutene-1) 또는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 중 어느 하나의 합성수지를 10~90wt% 로 하여 내층이 형성되고, 밀도가 0.94g/cm³이상인 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 기능성 마스터배치(Functional Masterbatch) 또는 흑색 고밀도 폴리에틸렌 컴파운드(Black HDPE Compound)를 10~90wt%로 하여 외층이 형성되고,
상기 내층과 외층 사이에 무수말레인산(Maleic Anhydride) 개질 폴리올레핀수지(MA-PO)에 아민(Amine)성분을 반응시켜 접착력을 향상시킨 아민화 무수말레인산 개질수지로 이루어진 접착성 수지층이 형성되며,
상기 아민화 무수말레인산 개질수지는 폴리올레핀(Polyolefin, PO)에 중량기준 1~3wt%의 무수말레인산(Maleic Anhydride Acid, MA)과 유기과산화물(Peroxide) 0.1wt%를 혼합하여 혼합물이 형성되고, 상기 혼합물을 압출기에 투입하여 압출과정의 열에 의해 상기 혼합물이 퍼록사이드 분해되고, 이때 발생하는 라디칼(Radical)이 폴리올레핀분자를 분해하고, 분해된 자리에 무수말레인산기가 개질(Graft)되어 형성되는 것을 특징으로 하는 화력발전소용 바닥재 이송배관.
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제1항에 있어서,
상기 바닥재 이송배관은 평관, 엘보우관, 지름다른 엘보우관, 티형관, 지름다른 티형관, 또는 플랜지를 포함한 것을 특징으로 하는 화력발전소용 바닥재 이송배관.