KR20090111484A - 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식방지방법 - Google Patents

음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식방지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래에 부식에 강한 것으로 인정되어 온 스테인레스강제 저수탱크의 내부에서 발생할 수 있는 부식을 방지하기 위한 것으로,
전자를 발생시키는 방식용 양극을 준비하고, 상기 방식용 양극을 리드도선을 통하여 스테인레스강제 저수탱크의 수중부에 설치하여 상기 방식용 양극에서 발생하는 전자가 스테인레스강제 저수탱크의 표면을 음분극시켜서 음극방식하는 것을 특징으로 하는 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법에 관한 것이다.
스테인레스강제, 음극방식법, 외부전원법, 희생양극

Description

음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법{Corrosion protection method of stainless steel water tank structure by cathodic protection mathod}
지금까지 국내에서는 스테인레스강제 저수탱크는 음극방식 기술뿐만 아니고 기타 부식방지 기술도 적용되지 않고 있는 실정이다. 그러나 스테인레스강제 저수탱크에서도 응력 등에 의한 전위차가 발생하여 부식이 발생할 수 있다는 것을 알게 되었다. 따라서 본 발명은 스테인레스강제로 만든 저수탱크 내부에서 발생하는 부식을 음극방식법으로 방지하는 방법에 관한 것이다.
기존의 철근콘크리트 물탱크는 건설 후 3 ~ 5년 정도가 경과하면 철근의 부식으로 콘크리트가 파손되어 문제화 되었다. 따라서 기존의 철근콘크리트 물탱크에 대한 보수기술에 대하여 여러가지 방안이 제시되었다. 대표적인 것으로 파손부를 고강도 몰탈로 보수하고 표면을 방수하는 것인데, 이러한 보수부와 비보수부간의 내부철근에서 전위차가 발생하여 짧은 기간에 보수부 주변의 철근에서 전지부식이 발생하는 문제가 발생하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 스테인레스강제 저수탱크가 등장하게 되 었다. 스테인레스강제 앵글로서 프레임을 만들고 스테인레스 철판을 용접으로 덮어 만든 물탱크이다. 그러나 이러한 스테인레스강제 저수탱크에서 물속에 함유된 염소에 의해서 표면 특히, 용접부 중심으로 부식이 진행되거나, 구조적으로 응력이 발생하고, 이로 인해서 전위차가 생겨 부식전지(galvanic cell)가 형성된다. 이러한 전위차로 인하여 스테인레스강제 저수탱크에서 부식이 발생하게 되었고, 또한 용접부에서 예외없이 용접열에 의한 합금성분인 크롬이 탄화크롬으로 석출되므로 발생되는 부식문제가 나타나게 되었다.
그러나 기존의 스테인레스강제 저수탱크에서는 부식이 일어나지 않는 것으로 인식되어 스테인레스강제 저수탱크의 내부면의 부식을 방지하기 위한 비교대상이 되는 기존 기술은 존재하지 않는다.
이에 본 출원인은 깊이 연구한 결과, 스테인레스강제 저수탱크의 전지부식을 방지하기 위해서 음극방식법을 이용하여 부식을 방지하는 기술을 발명하게 되었다.
일반적으로 스테인레스강은 부식에 강한 것으로 인식되어 왔고, 이로 인하여 식수용 저수탱크에 많이 이용되고 있다.
그러나 부식이 발생하지 않으리라 여겨졌던 스테인레스강제 저수탱크에서도 응력등의 이유로 전위차가 생기게 되고 이러한 전위차로 인해서 부식전지(galvanic cell)가 형성되어 부식이 발생하게 되었다.
본 발명은 스테인레스강제 저수탱크의 내부에서 발생하는 부식을 음극방식법을 이용하여 방지하고자 하는데 그 목적이 있다.
본 출원인은 상기 문제에 대해서 연구한 결과, 스테인레스강제 저수탱크의 내부에 리드도선을 통해서 부식 방지용 양극을 설치하여 상기 부식 방지용 양극에서 발생한 전자에 의해 스테인레스강제 저수탱크 내부 표면을 음분극시켜서 음극방식하는 것을 특징으로 스테인레스강제 저수탱크의 내부면의 부식을 방지하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 현 시점에 국내에서 전국적으로 설치된 기존의 스테인레스강제 저수탱크의 내부에서 발생할 수 있는 부식문제를 경제적으로 방지하여 수명연장, 환경오염방지 및 녹물방지를 하고, 또한 신설 탱크에 대해서는 처음부터 부식을 방지하여 수명연장에 따른 경제성을 향상시킬 수 있다.
일반적으로 수분과 철이 접촉하게 되면 수분이 회로가 되어 작은 부식전지(micro cell)가 형성된다. 따라서 전위가 낮은 쪽에서 이온화에 의해 발생하는 전자는 빠른 속도로 전위가 높은 쪽으로 이동하게 된다. 아래의 식(1) 내지 (4)에서와 같은 철은 산화반응(금속에서 금속이온이 떨어져 나가는 이온화 반응)을 하게 되어 전자를 잃게 되고, 금속이온은 수중의 OH-와 반응하여 Fe(OH)3을 형성하게 된다. 결국 철은 전자를 잃는 양극반응으로 그 표면에서 부식이 발생하게 된다.
양극반응 : Fe → Fe++ + 2e- -----------------------------식(1)
음극반응 : O2 + H2O + 4e-→ 4OH- -------------------------식(2)
음양극반응 : Fe + 2H2O + O2 → 2Fe++ + 4OH- → 2Fe(OH)2-------식(3)
2Fe(OH)2 + 2H2O + ½O2 → 2Fe(OH)3-------------식(4)
상기와 같은 부식을 방지하기 위해서 본 발명에서 적용되는 음극방식은 다음과 같다.
본 발명은 스테인레스강제 저수탱크의 내부에 방식용 양극을 설치함으로써, 상기 방식용 양극이 전자를 공급해 주게 된다. 따라서 스테인레스강 표면에서 상대적으로 전위가 높은 부분에 집중적으로 전자가 공급되어 스테인레스강 표면의 전위 를 낮추어 준다. 결국 스테인레스강 표면을 음분극시켜서 전위차를 없애는 과정을 통해 부식을 방지하는 스테인레스강제 저수탱크의 방식방법에 관한 것이다.
이하, 외부의 전원을 이용하는 음극방식방법(이하, '외부전원법'이라 한다)에 대하여 도2를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 외부전원법은 먼저 방식용 불용성 양극(22)을 준비하고, 상기 불용성 양극을 리드도선(21)의 한쪽의 한 갈래 끝에 연결하여 스테인레스강제 저수탱크의 수중부에 설치한다. 상기 불용성 양극은 저수탱크에 접촉하지 않게 한다. 이때에 불용성 양극이 접촉하게 되면 방식 회로가 구성되지 않기 때문에 전자가 이동하지 않아 방식이 되지 않기 때문이다.
상기 리드도선은 절연 물질로 피복된 도선을 사용한다.
또한 저수탱크의 수면 상부에 알루미늄 양극(24)을 설치하고 알루미늄 양극을 상기 리드도선의 한쪽의 나머지 갈래 끝에 연결한다. 상기 알루미늄 양극은 저수탱크면 사이에 절연접착제(25)에 의해 고정시킨다. 상기 알루미늄 양극은 물과 접촉하지 않는 저수탱크 내부면, 즉 수상부의 방식을 위한 것으로 수면 상부에 설치된다.
상기 방식용 불용성 양극과 알루미늄 양극을 설치하고 외부 전원(23)을 설치한다. 외부 전원이 교류전원인 경우에 정류기를 통하여 교류전원을 직류전원으로 바꾼다.
상기 불용성 양극과 알루미늄 양극이 설치된 리드도선의 나머지 한쪽 끝을 외부 직류전원의 (+)극에 연결하고, 스테인레스강제 저수탱크에는 상기 외부 직류전원의 (-)극을 연결하고 방식전류를 공급하여 전자를 공급시켜서 음분극시켜 음극방식을 한다.
상기 방법에 의하면 (+)극이 연결된 불용성 양극은 공급되는 전류에 의해 소모되며 (-)극을 통해 전자(음전기)가 리드도선을 타고 방식 대상물인 스테인레스강제 저수탱크에 공급되어 전위를 방식전위로 음분극시키기 때문에 저수탱크 내부의 부식이 방지된다.
여기서 사용되는 상기 불용성 양극에는 소모율이 낮은 백금양극, 티타늄양극 , 티타늄 바탕의 백금도금양극 중에서 선택하여 사용한다.
이하, 희생양극을 이용하여 음극방식하는 방법(이하, '희생양극법'이라 한다)에 대하여 도3을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 희생양극법은 먼저 희생양극(32)을 준비하고 리드도선(31)의 한쪽 끝을 상기 희생양극에 연결하여 스테인레스강제 저수탱크의 수중부에 잠길 수 있도록 희생양극(32)을 설치하고 이를 고정한다. 이 때에 희생양극은 저수탱크와 접촉하지 않도록 설치한다. 이는 물이 회로 역활을 하여 이온화된 전자가 저수탱크 표면에 공급될 수 있게 하기 위한 것이다.
상기 희생양극법에 적용될 수 있는 희생양극은 다음과 같다.
상기 희생양극은 고순도 아연양극(Zn:99.99%이상, 표면전위 -1050mV), 합금아연양극(Zn-Al-Si계가 적용, 표면전위 -1000~1050mV), 합금알루미늄양극(Al-Zn-In 계, Al-Zn-In-Si계, Al-Zn-In-Mg-Ca계가 적용, 표면전위 -1100~1200mV), 합금마그네슘양극(Mg-Al-Zn-Mn계가 적용, 표면전위 -1400~1600mV) 등이 이용될 수 있다.
상기 희생양극은 철(자연표면전위 -0.65V)보다 표면전위가 낮아서 이온화경향이 강한 물질이기 때문에 이온화 경향이 강한 희생양극에서 전자가 나와서 리드도선을 통해 철로 전달되어 음분극이 이루어지기 때문이다.
희생양극은 철금속 자체와의 전위차이를 이용한 것으로 철과 희생양극간에 물이 접하여 회로가 구성될 때 이온화 경향이 상대적으로 큰 희생양극이 우선적으로 이온화하여 물속으로 녹아서 들어갈 때 발생하는 전자가 철로 공급되어 철의 전위를 방식전위로 음분극시켜 철표면에서의 이온화를 방지한다.
상기 희생양극은 구멍 뚫린 플라스틱 홀더(41)에 넣어서 설치하고, 상기 플라스틱 홀더는 내수성 및 친환경성 부직포(42)로 라이닝한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 부직포는 전자의 소통에는 영향을 주지 않으면서 희생양극의 적용시에 발생할 수 있는 금속염이 물에 들어가지 않게 하여 수질을 보호하도록 하기 위함이다.
또한 저수탱크의 수면 상부면에 알루미늄 양극(33)을 설치한다. 상기 알루미늄 양극은 탱크면과의 사이에 절연체(34)가 설치되며, 볼트(35), 너트(36) 및 와셔(37)로 고정된다. 상기 알루미늄 양극은 결로 등에 의해 수분이 표면에 형성되어 회로를 구성하게 되면 알루미늄 양극이 이온화 하면서 발생하는 전자가 볼트를 통해 스테인레스강제 저수탱크의 표면으로 공급되어, 수면 상부의 스테인레스강제를 음분극시켜서 부식을 방지하기 위함이다.
제1도는 일반적인 스테인레스 저수탱크의 단면도이다.
제2도는 외부의 전원을 이용하여 음극방식하는 방법의 외형을 보여주는 단면도이다.
제3도는 희생양극이 설치되어 음극방식하는 방법의 외형을 보여주는 단면도이다.
제4도는 제3도에서 부직포가 라이닝된 플라스틱 홀더 내부에 희생양극이 설치된 것을 개략적으로 보여주는 단면이다.
도면의 주요부분에 대한 설명
10, 20, 30 : 스테인레스강제 저수탱크
21, 31 : 리드도선
22 : 불용성 양극
23 : 외부 전원
24, 33 : 알루미늄양극
25 : 절연접착제
32 : 희생양극
34 : 절연체
41 : 플라스틱 홀더
42 : 부직포

Claims (6)

  1. 스테인레스강제 저수탱크 내부의 부식을 방지하기 위한 부식 방지 방법으로서,
    전자를 발생시키는 방식용 양극을 준비하고, 상기 방식용 양극을 리드도선을 통하여 스테인레스강제 저수탱크의 수중부에 설치하여 상기 방식용 양극에서 발생하는 전자가 스테인레스강제 저수탱크의 표면을 음분극시켜서 음극방식하는 것을 특징으로 하는 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방식용 양극은 불용성 양극을 사용하고, 저수시 물과 접촉하지 않는 스테인레스강제 저수탱크의 내부 상면에 알루미늄 양극을 절연접착제를 이용하여 설치하고, 상기 불용성 양극 및 알루미늄 양극은 외부가 절연 물질로 피복된 리드도선을 통해 외부 전원의 (+)극에 연결하고, 상기 외부 전원의 (-)극은 스테인레스강제 저수탱크에 연결하며 상기 외부 전원에 의해 방식전류를 공급하여 전자를 발생시키고 이 전자가 스테인레스강제 저수탱크의 표면을 음분극시켜서 음극방식하는 것을 특징으로 하는 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 불용성 양극은 백금양극, 티타늄양극 및 티타늄 바탕의 백금도금양극 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 방식용 양극은 희생양극을 사용하고, 저수시 물과 접촉하지 않는 스테인레스강제 저수탱크의 내부 상면에 알루미늄 양극을 절연체, 볼트, 너트 및 와셔를 이용하여 설치하여, 상기 희생양극 및 알루미늄 양극이 이온화되어 발생되는 전자가 스테인레스강제 저수탱크 표면을 음분극시켜 음극방식하는 것을 특징으로 하는 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 희생양극은 내부에 부직포가 라이닝되고 구멍뚫린 플라스틱 홀더로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 희생양극은 고순도 아연양극, 합금아연양극, 합금알루미늄양극, 합금마그네슘양극 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 음극방식법을 이용한 스테인레스강제 저수탱크의 부식 방지방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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