KR20100073863A - 배관의 수명 예측 시험 장치 - Google Patents

배관의 수명 예측 시험 장치 Download PDF

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KR20100073863A
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corrosive gas
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김상원
이경황
박종원
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 배관 내의 실제 환경과 유사한 환경에서 배관의 수명을 시험할 수 있는 배관의 수명 예측 시험 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 배관의 수명 예측 시험 장치는, 내부 공간에 부식성 가스와 응축수가 수용되고, 부식성 가스와 응축수에 부식 시험편이 노출되도록 하여 상기 부식 시험편이 부식되도록 하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 부식성 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 챔버 내부에서 부식성 가스를 유동시키는 가스 유동부;를 포함한다.
배관, 수명 예측 시험

Description

배관의 수명 예측 시험 장치{APPARATUS FOR ESTIMATING DURIBILITY OF GAS PIPE}
본 발명의 배관의 수명 예측 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로 해양 구조물, 해양 플랜트, 중화학 플랜트 및 제철소 등에는 사용 연료를 운송 배관을 통해 대량으로 이송시킨다.
상기 운송 배관은 강재로 형성되어 가혹한 부식 환경에 놓이는 경우가 많다. 상기 운송 배관의 부식을 방지하기 위해 유기 도장 및 희생 양극 등의 방식이 적용된다. 여기서, 유기 도장은 운송 배관의 표면에 부식 방지용 코팅층을 형성하는 것을 의미한다. 또한, 희생 양극은 운송 배관의 외측에 강재보다 먼저 전자 방출을 하는 금속을 배치한다. 이러한 희생 양극 방식은 강재의 전자 방출 전에 상기 금속에서 전자가 미리 방출되도록 하여 강재의 부식을 방지하는 방식이다.
운송 배관의 사용 환경, 주위 환경 및 운송 물질 등에 따라 운송 배관의 부식 인자가 매우 다양하고 달라진다. 상기 운송 배관의 기대 수명은 운송 배관의 사용 환경, 주위 환경 및 운송 물질 등을 감안하여 설계될 필요가 있다. 따라서, 운송 배관에 관한 다양한 수명 예측 시험 내지 수명 가속 시험이 이루어지고 있다. 여기서, 수명 예측 시험 내지 수명 가속 시험은 강재의 부식 환경을 가속화시켜 강재의 수명을 단시간 동안에 예측 하는 수명 평가 방식을 말한다.
상기 수명 예측 평가 방식으로는 아래와 같이 다양한 방식이 있다.
내수성 평가 방식으로는 유기 도장 평가 방식, 유기 피막 내수성 평가법 등이 제안되어져 있다. 상기 유기 도장 평가 방식은 수분 투과에 의해 열화됨에 따라 기능을 잃어 버리게 하여 강재의 수명을 평가하는 방식이다. 유기 피막 내수성 평가 방식은 압축 증기 또는 건조/습윤 사이클을 통해 유기 피막의 내수성을 평가하는 방식이다.
또한, 내화학 특성 평가 방식으로는 산성 염수의 분무에 의한 유기 피막 수명 평가 방식과, Cu 초산 분무에 의한 내산성 평가 방식 등이 제안되어져 있다.
또한, 해양 환경에서의 부식 특성 평가 방식으로는 염수 분무에 의한 유기 피막 내식성 평가 방식과, 염수 및 아황산 용액 분무에 의한 유기 피막 수명 평가 방식 등이 제안되어져 있다.
그러나, 종래의 배관 수명 예측 평가 방식은 거의 하나 또는 두개의 부식 인자를 적용하여 배관의 수명을 평가하므로, 부식 인자가 매우 다양하고 복잡한 가스배관, 다시 말해 정유 플랜트나 제철소 등에 사용되는 부식성 가스를 운반하는 가스 배관의 경우 배관의 예측 수명과 실질적인 수명 사이에 현저한 차이가 발생될 수 있다.
또한, 종래의 배관 수명 예측 평가 방식은 액체나 기체 중 하나의 상(phase)의 부식 인자를 적용하여 배관의 수명을 평가하므로, 부식성 가스가 포함된 응축수 가 고여있는 가스 배관의 경우 예측 수명과 실질적인 수명 사이에 현저하 차이가 발생되었다.
상기와 같이 예측 수명과 실질적인 수명 사이에 현저한 차이가 발생되므로, 유지 보수 비용이 과다하게 지출되고 배관 관리가 정상적으로 이루어지기 곤란했다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 실제 부식 환경과 비슷한 부식 인자를 적용하여 실제 수명에 근접하도록 예측 수명을 평가할 수 있는 배관의 예측 수명 평가 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 배관의 유지 보수 비용을 감소시키고 배관 관리를 용이하게 할 수 있는 배관의 예측 수명 평가 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 배관의 예측 수명 평가 장치는, 내부 공간에 부식성 가스와 응축수가 수용되고, 부식성 가스와 응축수에 부식 시험편이 노출되도록 하여 상기 부식 시험편이 부식되도록 하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 부식성 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 챔버 내부에서 부식성 가스를 유동시키는 가스 유동부;를 포함한다.
상기 가스 공급부는 상기 챔버의 유로와 응축수에 독립적으로 부식성 가스를 공급하여 상기 챔버 내부의 부식성 가스의 농도와 응축수의 농도를 조절하도록 설치될 수 있다.
상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 온도 조절기가 더 포함될 수 있다.
상기 온도 조절기는 챔버의 외면을 감싸도록 설치될 수 있다.
상기 가스 유동부는, 상기 챔버 내부의 부식성 가스를 외부로 배출시키는 배기튜브; 상기 배기튜브에 설치되어 공기를 유동시키는 블로어; 및 상기 블로어에서 배출되는 부식성 가스를 중화하는 중화 장치;를 포함할 수 있다.
상기 챔버에는 부식성 가스의 성분별 농도와 유속을 측정할 수 있도록 가스 플로 메터가 설치될 수 있다.
상기 가스 공급부는, 다수의 가스 탱크가 수용되는 가스 저장실; 상기 각 가스 탱크의 부식성 가스를 상기 챔버의 유로와 응축수에 독립적으로 공급하는 제1,2가스 공급관; 및 상기 제1,2가스 공급관에 설치되는 가스량 측정부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실제 부식 환경과 비슷한 부식 인자를 적용하여 실제 수명에 근접하도록 예측 수명을 평가할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 배관의 유지 보수 비용을 감소시키고 배관 관리를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배관의 예측 수명 평가 장치에 관한 구체적인 실시예에 관해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배관의 수명 예측 검사 장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 배관의 수명 예측 검사 장치의 챔버를 도시한 구성도이며, 도 3은 챔버를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 배관의 예측 수명 평가 장치(100)는 챔버(110), 가스 공급부(120) 및 가스 유동부(130)를 포함한다.
상기 챔버(110)의 내부 공간에는 부식성 가스(13)와 응축수(15)가 수용된다. 상기 응축수(15)는 부식성 가스(13)보다 밀도가 크기 때문에 챔버(110)의 하측에 위치되고, 상기 부식성 가스(13)는 응축수(15)의 상측에 위치된다.
상기 부식성 가스(13)에는 황화수소(H2S), 시안화수소(HCN), 암모니아(NH3), 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) 등이 포함될 수 있다. 또한, 상기 응축수(15)에는 퇴적물과 상기한 다양한 성분의 부식성 가스(13)가 혼합될 수 있다. 상기 퇴적물에는 나프탈렌, 석탄, 코크스, 먼지 등이 있다. 여기서, 상기 부식성 가스(13) 중에서도 황화수소와 시안화수소는 금속의 부식을 매우 촉진시켜 배관의 수명을 단축시키는 주요 부식 인자에 속한다.
이와 같이, 상기 부식성 가스(13)와 응축수(15)가 챔버(110)에 수용됨에 의해 원료 가스가 운송 배관을 통해 이송될 때와 거의 유사한 환경을 형성한다. 여기서, 응축수(15)는 원료 가스에 포함된 습기가 응축됨에 의해 운송 배관의 아래에 쌓이는 물질을 의미한다.
상기 챔버(110)에는 부식성 가스(13)와 응축수(15)에 노출되도록 부식 시험편(11)이 배치된다. 상기 부식 시험편(11)으로는 예측 수명을 평가하기 위한 부재와 동일한 부재를 적용한다. 예를 들면, 상기 운송 배관이 강재인 경우 상기 부식 시험편(11)으로는 강재가 적용된다.
상기 챔버(110)에는 부식성 가스(13)의 각 성분별 농도와 유속을 측정할 수 있도록 가스 플로 미터(111)(gas flow meter)가 설치될 수 있다.
상기 수명 예측 검사 장치에는 챔버(110) 내부의 온도를 조절할 수 있도록 온도 조절기(140)가 더 포함될 수 있다. 상기 온도 조절기(140)는 챔버(110) 외면의 일부 또는 전부를 감싸도록 설치될 수 있다. 상기 챔버(110)의 온도에 따라 상기 응축수(15)에 포화될 수 있는 부식성 가스(13)의 용해도가 달라진다.
예를 들면, 황화수소 가스는 100ml의 물에 10℃에서 0.53g, 20℃에서 0.41g, 30℃에서 0.32g이 용해된다. 또한, 황화수소 가스는 100ml의 무수 에탄올에 20℃에서 1.31g이 용해되고, 100ml의 에틸 에테르에 20℃에서 2.89g이 용해된다.
상기 시안화수소 가스는 100ml의 물에 25℃에서 106mg이 용해되고, 100ml의 무수 에탄올에 20℃에서 2.85g이 용해되며, 100ml의 에틸 에테르에 20℃에서 4.64g이 용해된다.
이처럼 부식성 가스(13)가 온도에 따라 용해도가 달라지므로, 상기 챔버(110)의 온도가 온도 조절기(140)에 의해 조절됨에 따라 부식성 가스(13)의 용해도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 각 가스탱크의 밸브(122a,123a,124a,125a)와 온도 조절기(140)가 제어됨에 의해 가스 성분, 성분별 가스의 농도, 응축수(15)에서의 성분별 가스 포화 농도를 조절할 수 있다.
상기 가스 공급부(120)는 챔버(110)의 내부에 부식성 가스(13)를 공급한다. 이러한 가스 공급부(120)는 상기 챔버(110)의 유로와 응축수(15)에 독립적으로 부식성 가스(13)를 공급하여 상기 챔버(110) 내부의 부식성 가스(13)의 농도와 응축수(15)의 농도를 조절한다.
상기 가스 공급부(120)는 가스 저장실(121), 제1,2가스 공급관(127,128) 및 가스 측정부(129)를 포함할 수 있다.
상기 가스 저장실(121)에는 부식성 가스(13)가 성분별로 수용되는 다수의 가스 탱크(122,123,124,125)가 수용된다. 예를 들면, 상기 가스 저장실(121)에는 황화수소 탱크(122), 시안화수소 탱크(123), 일산화탄소 탱크(124), 이산화산소 탱크(125) 등이 수용될 수 있다.
상기 다수의 가스 탱크(122,123,124,125)에는 토출관(126)이 연결되고, 상기 각 가스 탱크(122,123,124,125)의 토출측에는 각 가스 탱크(122,123,124,125)를 개폐시킬 수 있도록 밸브(122a,123a,124a,125a)가 설치된다.
상기 토출관(126)에는 제1,2가스 공급관(127,128)이 연결된다. 이때, 상기 제1가스 공급관(127)의 끝단은 챔버(110)의 상측에 연결되고, 상기 제2가스 공급관(128)의 끝단은 챔버(110)의 하측에 배치되거나 응축수(15)에 잠기도록 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제1가스 공급관(127)은 주로 유동되는 부식성 가스(13)의 농도를 조절하고, 상기 제2가스 공급관(128)은 주로 응축수(15)에 함유된 부식성 가스(13)의 농도를 조절한다.
물론, 상기 응축수(15)가 포화되면 상기 응축수(15)에 공급되는 가스는 응축수(15)에 더이상 녹지 않고 유동 부식성 가스(13)와 혼합될 것이다. 또한, 상기 응축수(15)가 불포화되면 유동하는 부식성 가스(13)가 응축수(15)에 함유될 것이다.
상기 제1,2가스 공급관(127,128)의 분지부에는 가스 측정부(129)가 설치된다. 상기 가스 측정부(129)는 유동하는 부식성 가스(13)에 공급되는 가스량과, 상기 응축수(15)에 공급되는 가스량을 측정한다. 따라서, 상기 챔버(110)에서 유동되 는 부식성 가스(13)의 농도와 응축수(15)에 함유된 가스의 농도를 조절할 수 있게 된다.
상기 제1,2가스 공급관(127,128) 대신 하나의 가스 공급관을 적용할 수 있다. 이때, 상기 하나의 가스 공급관은 응축수(15)에 잠기도록 설치되어 응축수(15)에 부식성 가스(13)를 공급한다.
상기 챔버(110)에는 챔버(110) 내부의 부식성 가스(13)를 유동시키는 가스 유동부(130)가 연결된다.
상기 가스 유동부(130)는, 상기 챔버(110) 내부의 부식성 가스(13)를 외부로 배출시키는 배기튜브(131)와, 상기 배기튜브(131)에 설치되어 공기를 유동시키는 블로어(132)와, 상기 블로어(132)에서 배출되는 부식성 가스(13)를 중화하는 중화 장치(133)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 블로어(132)의 회전수를 조절함에 의해 상기 부식성 가스(13)의 유속 및 유량을 조절할 수 있다.
상기 중화 장치(133)는 부식성 가스(13)의 독성을 중화시킬 수 있도록 중화용액을 공급하는 중화용액 탱크(134)를 포함할 수 있다.
상기 중화 장치(133)에는 중화된 가스가 수거되는 저장탱크(135)가 연결될 수 있다.
또한, 상기 챔버(110)와 중화 장치(133)는 응축수 배출관(138)에 의해 연결될 수 있다. 상기 챔버(110)의 응축수(15)는 응축수 배출관(138)을 통해 중화 장치(133)에 배출될 수 있다. 상기 중화 장치(133)에 배출된 응축수(15)는 중화 장치(133)에서 중화액에 의해 중화될 수 있다.
상기 배관의 수명 예측 검사 장치에는 부식 가속 환경을 조절할 수 있도록 조작부(150)가 배치될 수 있다. 따라서, 운송 배관의 이송물질, 배관의 사용 환경 및 주위 환경을 감안하여, 가스 성분, 성분별 가스의 농도, 응축수(15)에서의 성분별 가스 포화 농도, 가스의 유속 및 유량, 챔버의 온도 등을 선택할 수 있다. 여기서, 배관의 사용 환경 및 주위 환경에는 운송 배관의 설치 장소(열대, 냉대, 지상, 지중 또는 해양), 온도나 압력, 강우량이나 강설량, 매설 여부 등이 있다.
또한, 상기 배관의 수명 예측 검사 장치를 제어할 수 있도록 제어부(160)가 설치된다. 상기 제어부(160)는 성분별 가스의 공급량, 온도 조절기(140), 블로어(132) 등을 제어함에 의해 부식 가속 환경을 제어한다. 즉, 상기 제어부(160)는 성분별 가스의 농도, 응축수(15)에서의 성분별 가스 포화 농도, 가스의 유속 및 유량, 챔버(110)의 온도를 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 배관의 수명 예측 검사 장치의 작용에 관해 설명하기로 한다.
먼저, 상기 조작부(150)를 통해 부식 가속 조건을 선택한다. 즉, 운송 배관을 통해 운송되는 원료 가스의 종류 및 성분, 운송 배관의 사용 환경 및 주위 환경, 원료 가스의 유속 및 유량, 부식 시험 시간 등을 설정한다.
상기 제어부(160)는 온도 조절기(140)를 가동하여 상기 챔버(110)의 온도를 설정된 온도로 가열 또는 냉각한다. 이때, 상기 온도 조절기(140)는 챔버(110)의 온도를 일정하게 유지하거나 또는 주기적으로 가열하거나 냉각할 수 있다. 이는 운 송 배관의 설정된 사용 환경 및 주위 환경에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 이렇게 수명 예측 검사를 위해 챔버(110) 내부의 온도가 조절될 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 검사 조건에 맞게 상기 각 탱크의 밸브(122a,123a,124a,125a)를 개폐시킴에 의해 상기 선택된 성분별 가스가 상기 운송 배관의 내부에 공급된다.
이때, 상기 제1가스 공급관(127)은 챔버(110)의 내부에 가스를 공급한다. 또한, 상기 제2가스 공급관(128)은 응축수(15)에 성분별 가스를 공급하여 상기 응축수(15)의 온도에 해당되는 용해도로 포화시킨다. 상기 가스 측정부(129)에서는 성분별 부식성 가스(13)의 유량을 측정하여 상기 챔버(110) 내부에 공급되는 가스량을 조절할 수 있다. 따라서, 상기 챔버(110) 내부에는 성분별 부식성 가스(13)의 농도와 응축수(15)의 가스 농도가 조절될 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 블로어(132)를 가동하여 사이 챔버(110)의 부식성 가스(13)를 선택된 유속으로 유동시킨다. 이렇게 상기 블로어(132)의 가동 속도를 제어함에 의해 상기 부식성 가스(13)의 유량과 유속을 조절할 수 있다.
이때, 상기 챔버(110)의 부식 시험편(11)은 유동되는 부식성 가스(13)와 응축수(15)에 노출된다. 상기 부식성 가스(13)가 유동됨에 따라 상기 부식 시험편(11)은 부식성 가스(13)와 응축수(15)에 의해 부식이 가속된다.
상기 챔버(110)의 부식성 가스(13)는 배기튜브(131)를 통해 중화 장치(133)에 유입된다. 이때, 상기 중화용액 탱크(134)에서는 중화 장치(133)에 중화용액을 공급한다. 따라서, 상기 중화 장치(133)에서 중화된 가스는 저장탱크(135)에 유입 되어 저장된다.
상기 제어부(160)에서 선택된 부식 시험 시간에 도달되었다고 판단되면, 부식성 가스(13)의 공급과 블로어(132)의 가동을 중단한다. 그리고, 선택된 부식 조건에서 부식 시험편(11)의 부식이 얼마나 진행되었는지를 판단하여 배관의 수명을 예측하게 된다.
다음으로, 상기 조작부(150)를 통해 부식 가속 조건을 바꾸어 가면서 상기와 같은 배관의 수명 예측 시험을 반복할 수 있다.
상기와 같이, 실제 부식 환경과 비슷한 다양한 부식 인자를 적용하여 실제 수명에 근접하도록 배관의 예측 수명을 평가할 수 있다. 또한, 배관의 예측 수명이 실제 수명에 근접해지도록 평가할 수 있으므로, 배관의 유지 보수 비용을 감소시키고 배관 관리를 용이하게 할 수 있다. 또한, 배관 내부에 2상(two phase) 상태의 부식 물질이 존재하더라도 이러한 부식 조건을 만족하여 배관의 예측 수명을 평가할 수 있다.
본 발명은 배관의 수명 예측을 실제 환경과 유사한 상태에서 시험하여 배관의 수명을 실제 수명에 가깝게 예측할 수 있으므로, 산업상으로 현저한 이용 가능성이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배관의 수명 예측 검사 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 배관의 수명 예측 검사 장치의 챔버를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1의 챔버를 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11: 부식 시험편 13: 부식성 가스
15: 응축수 110: 챔버
120: 가스 공급부 130: 가스 유동부
132: 블로어 133: 중화 장치
140: 온도 조절기 150: 조작부

Claims (7)

  1. 내부 공간에 부식성 가스와 응축수가수용되고, 부식성 가스와 응축수에 부식 시험편이 노출되도록 하여 상기 부식 시험편이 부식되도록 하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 부식성 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
    상기 챔버 내부에서 부식성 가스를 유동시키는 가스 유동부;를 포함하는 배관의 수명 예측 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는 상기 챔버의 유로와 응축수에 독립적으로 부식성 가스를 공급하여 상기 챔버 내부의 부식성 가스의 농도와 응축수의 농도를 조절하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배관의 수명 예측 검사 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 온도 조절기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배관의 수명 예측 검사 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 온도 조절기는 챔버의 외면을 감싸도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배관의 수명 예측 검사 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 유동부는:
    상기 챔버 내부의 부식성 가스를 외부로 배출시키는 배기튜브;
    상기 배기튜브에 설치되어 공기를 유동시키는 블로어; 및
    상기 블로어에서 배출되는 부식성 가스를 중화하는 중화 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 수명 예측 검사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버에는 부식성 가스의 성분별 농도와 유속을 측정할 수 있도록 가스 플로 메터가 설치되는 것을 특징으로 하는 배관의 수명 예측 검사 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급부는:
    다수의 가스 탱크가 수용되는 가스 저장실;
    상기 각 가스 탱크의 부식성 가스를 상기 챔버의 유로와 응축수에 독립적으로 공급하는 제1,2가스 공급관; 및
    상기 제1,2가스 공급관에 설치되는 가스량 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관의 수명 예측 검사 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102507428A (zh) * 2011-10-19 2012-06-20 上海大学 汽车排气系统冷凝液腐蚀的模拟试验装置
CN107832566A (zh) * 2017-12-11 2018-03-23 深圳市燃气集团股份有限公司 一种根据环境条件预测燃气管道使用寿命的方法及系统
KR20210051410A (ko) * 2019-10-30 2021-05-10 주식회사 포스코 시험 설비 및 시험 방법

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