KR20110122797A - 연안용 강 구조물을 위한 부식 방지 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수 형태의 전해질(4)의 작용 영역에 배치된 금속 부품(3)용 커버링(8)으로서의 부식 방지 장치(7)에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 커버링(8)은 박판(9, 9a-9d)으로 형성되고, 상기 박판은 상기 금속 부품과 전기 전도 결합되고, 상기 박판(9, 9a-9d)은 상기 금속 부품(3)보다 더 귀해서 더 높은 전위를 가진 금속으로 이루어진다. 따라서, 상기 금속 부품(3)의 커버링으로서 박판은 강 구조물(1b)의 부분의 폐쇄된, 원주 측 피복이다.

Description

연안용 강 구조물을 위한 부식 방지 장치 및 그 제조 방법{CORROSION PROTECTION ARRANGEMENT FOR OFFSHORE STEEL STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING IT}

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 부식 방지 장치 및 청구항 제 11항에 따른 그 제조 방법에 관한 것이다.

연안 영역에 배치된 강 구조물들은 극도의 부식에 노출된다. 지지 구조물로서 상기 강 구조물은 물 위 및 물 아래에 놓이며, 이 상황에 맞는 부식 방지를 필요로 한다.

선행 기술에서는 이를 위해 갈바닉 또는 기계적으로 제공된 코팅이 공지되어 있으며, 상기 코팅은 사용된 강 재료를 적어도 부분적으로 커버한다. 특히, 물속에 놓이지 않거나 또는 드물게만 그리고 간헐적으로 물속에 놓이는 영역들에는 바람직하게 합성 수지 베이스의 코팅이 제공된다. 이에 반해, 물속에 영구적으로 있는 영역들에는 전기 방식(cathodic protection)을 갖추기 위한 모든 전제 조건이 주어진다. 이를 위해, 공지된 전기 방식용 희생 애노드(sacrificial anode) 및 캐소드 패시베이션 방법이 적합하다. 특히, 비접근성 및 종종 나타나는 연안의 거친 조건은 이러한 부식 방지 조치의 교체를 어렵게 하며, 심지어는 불가능하게 한다. 특히, 사용된 보호 코팅은 마모 및 부식이 주어질 때 그것의 낮은 기계적 저항력에 의해 짧은 수명만을 갖는다. 최근까지, 필요한 개선을 위해 실행 가능한 해결책이 없다.

연안 영역은 특히 회생 에너지(regenerative energy)의 관점에서 점점 더 중요성을 갖는다. 예컨대, 풍력 발전 설비와 관련해서, 사용된 재료의 매우 긴 수명을 전제로 하는 이용 기간(utilization time)이 계획된다. 이러한 구조물에 대한 안전성 요구를 충족시키기 위해, 25년까지 지속되는 이용 기간에 대해 재료 두께의 20 밀리미터까지의 부식 허용량(corrosion allowance)이 요구된다. 훨씬 더 긴 기간에 대한 설비 플랜은 상응하게 더 큰 허용량을 요구한다.

DE 26 52 242 A1은 물속에 있는 구조물 부재의 부식 방지 장치를 개시한다. 구조물 부재의 때때로 불규칙적인 횡단면을 정정하는 또는 기하학적으로 단순화하는 충전 블록들과 더불어, 이 해결책의 핵심은 구조물 부재를 방사방향으로 둘러싸는 폐쇄된 피복 박막에 있다. 바람직하게 충전 블록들은 수밀 및 기밀 접착제에 의해 구조물 부재와 결합된다. 환형 피복 박막 자체는 그 길이 방향 에지에 있는, 길이 방향으로 배치된 로드 부재에 의해 방사 방향으로 고정된다. 로드 부재들 및 피복 박막의 상부 및 하부 에지 영역들과 충전 블록들 사이에 예컨대 탄성 네오프렌 시일이 삽입된다. 이로 인해, 구조물 부재를 부분적으로 보호하는 부식 방지 피복이 주어진다. 따라서, 저렴하며 물 위 및 물속 영역에서 사용 가능한, 구조물 부재의 부식 방지 장치가 형성된다.

UV-작용에 의해 에이징되며 기계적으로, 예컨대 표류물에 의해 신속히 손상되는 플라스틱 박막 형태의 피복 박막은 개선할 여지가 있다.

본 발명의 과제는 선행 기술을 기초로, 사용되는 커버링이 에이징 및 기계적 영향에 대해 큰 내성을 갖도록, 연안 영역에 있는 강 구조물용 부식 방지 장치를 개선하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제 1항의 특징을 갖는 강 구조물용 연안 부식 방지 장치 및 청구항 제 11항에 따른 부식 방지 장치의 제조 방법에 의해 해결된다.

본 발명에 따라 부식 방지 장치는 전해질의 작용 영역에 배치된 금속 부품용 커버링으로서 형성된다. 연안의 개방된 바다 내에 있는 연안 구조물에 금속 부품이 사용되는 경우, 전해질은 해수이며, 해수는 담수보다 높은 전기 전도성을 갖는다. 사용된 금속 재료에 따라, 전해질 내에서 용해되는 그 성향도 상이하다. 금속 부품이 전해질에 의해 완전히 둘러싸이는지 또는 부분적으로만 습윤되는지의 여부와는 관계없이, 그 안에 용해된 산소는 산화제로서 사용되고, 상기 산화제는 물 및 금속 재료와 함께 산화물을 형성한다. 본 발명에 따라, 금속 부품의 커버링은 박판으로 형성되고, 상기 박판은 금속 부품과 전기 전도 결합된다. 금속으로 이루어진 박판은 금속 부품보다 더 귀하기(noble) 때문에 더 높은 전위(potential)를 갖는다. 금속 부품은 높은 농도의 산화제를 갖는 영역에서 박판에 의해 커버링된다. 전해질의 작용 영역 내에서 전해질은 해수면의 최고 레벨의 영역에 있는 비말 구역에 그리고 최저 레벨과 수중 영역 사이의 영역에 있는 이행 영역에 주어진다. 금속 부품보다 더 높은 박판의 전위에 의해, 전해질 내에서 용해되려는 그 성향이 작아진다. 이로 인해, 금속 부품보다 더 큰 내식성이 주어진다.

본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항 제 2항 내지 제 10항에 제시된다.

이에 따라, 박판의 합금은 5% 이상의 니켈을 포함함으로써 귀금속화된다. 전위 서열 내에서, 니켈은 강으로 이루어진 금속 재료에 비해 음 방향 끝에 훨씬 더 가깝게 놓이므로, 내식성이 커진다.

금속 부품의 커버링인 박판용 내식성 합금을 얻기 위해, 합금은 박판이 9 내지 30 퍼센트의 니켈 함량을 갖도록 귀금속화 된다. 니켈 함량의 증가에 따라, 사용되는 박판의 내식성이 높아진다.

본 발명에 따라, 커버링을 위해 사용되는 박판이 용접 시임에 의해, 부식으로부터 보호될 금속 부품과 결합된다. 용접 시임에 의해 전기 전도 결합이 이루어진다.

특히 용접 시임이 부식으로부터 보호되기 위해서는, 용접 시임이 25 내지 95 퍼센트의 니켈 함량을 갖는다.

커버링을 위해 사용되는 박판은 바람직하게 2 내지 6 밀리미터의 두께를 갖는다. 특히 횡단면이 불규칙적인 금속 부품의 경우, 더 큰 영역이 박판으로 커버되어야 한다. 상응하는 기계적 저항력을 얻기 위해, 여기에 더 두꺼운 영역이 사용되는 한편, 금속 부품 상에 평면으로 놓이는 영역에는 더 얇고, 따라서 저렴한 박판이 사용될 수 있다.

박판으로 이루어진 커버링은 금속 부품의 원추 측 폐쇄된 피복이다. 이를 위해, 예컨대 용접 시임은, 박판으로 이루어진 커버링이 금속 부품의 길이 방향으로 놓인 박판의 단부에서 방사방향으로 폐쇄되며 전해질에 대해 밀봉된 피복을 제공하도록 구현된다.

또한, 박판의 적합한 합금의 선택에 의해, 부식 방지 장치의 오염을 억제하는 작용이 얻어진다.

바람직하게는 사용된 박판이 하기 조성을 갖는다.

니켈(Ni): 9 내지 11%

철(Fe): 1.0 내지 2.0%

망간(Mn): 0.5 내지 1.0%

탄소(C): 최대 0.05%

납(Pb): 0.01 내지 0.02%

황(S): 0.005 내지 0.02%

인(P): 최대 0.02%

아연(Zn): 0.05 내지 0.5%

나머지는 용융에 기인한 오염물을 포함하는 구리(Cu).

이로 인해, 내식성에 유리한 박판 특성이 최적화된다.

본 발명에 따라, 금속 부품은 275 내지 550 MPa의 강도를 가진 하기 세립 강들 중 하나로 형성된다. 예컨대 하기 종류의 강이 사용된다: S275N, S355N, S420N, S460N, S500Q 각각 (DIN EN 10025).

전해질의 작용 영역에 배치된 금속 부품용 커버링으로서 부식 방지 장치의 제조를 위해, 본 발명에서는 박판으로 이루어진 커버링이 금속 부품과 재료 결합 방식으로 결합된다. 박판과 금속 부품 사이의 전기 전도 결합과 더불어, 전해질에 대한 커버링과 커버링된 금속 부품 사이의 환형 밀봉 결합이 이루어진다. 이로 인해, 기계적 부하에 대해서도 내구성을 가지며 유지 관리가 쉬운 결합이 달성된다.

커버링의 제조시, 박판은 상응하는 보호 가스 분위기 하에서 금속 부품과 용접된다. 상기 보호 가스 분위기는 ISO14175-13-ArHe-50에 따라 설정된다. 이렇게 형성된 용접 시임은 높은 내식성을 갖는데, 그 이유는 불활성 가스에 의해 변위된 산소가 포함되지 않기 때문이다.

이렇게 형성된 부식 방지 장치는 기계적 하중시 매우 높은 내성을 가지며, 특히 충돌하는 표류물에 대해 민감하지 않다. 높은 함량의 구리 및 니켈을 포함하는 합금으로 이루어진 박판의 선택은 높은 내식성을 특징으로 한다. 사용된 커버링은 통상의 보호 코팅 또는 피복 박막과는 달리, 예컨대 해수 중에 있는 침전물 및 용해된 부유 물질에 의해 생길 수 있는 마모에 의한 계속 지속되는 기계적 부하에 대한 내성과 관련해서 큰 장점을 갖는다. 사용된 커버링은 또한 환경 중립적이고 완전히 재활용될 수 있다.

사용된 재료 특성과 관련해서 전위 차를 갖는, 박판과 금속 부품 사이의 전기 전도 결합은 국부적으로 산화제로서 산소 및 물과 결합해서 갈바니 전지를 형성하지 않는 영역에서 선택된다. 따라서, 여기서는 전기 방식용 애노드의 사용시 바람직한 산화 환원 반응이 나타나지 않는다. 즉, 금속 부품이 커버링을 갖지 않는, 박판의 상단부는 갈바니 전지가 형성될 수 없는 비말 구역의 상부에 놓인다. 용해된 산소 형태의 산화제를 많이 제공하는 이행 구역 내에서, 금속 부품은 애노드로서 폐쇄된 커버링에 의해 접촉 부식으로부터 보호된다. 수중 구역을 향해 줄어드는 산소 제공은, 이행 구역과 비말 구역의 영역이 수중 구역에 비해 더 애노드화됨으로써 상기 영역의 전기 화학적 전위가 수중 영역 내의 동일한 재료보다 낮아지게 한다. 용접 시임에 의한 금속 박판과의 전기 전도 결합과 조합해서 커버링에 사용된 박판의 높은 전위에 의해, 상기 효과는 박판으로 커버링된 이행 구역과 금속 박판이 커버링을 갖지 않는 수중 영역 사이의 전기 화학적 전위를 보상한다. 이로 인해, 갈바니 전지의 형성이 불가능하거나 또는 매우 어렵게만 가능하므로, 갈바닉 부식이 거의 불가능하다.

통상의 장치에 비해 보수 빈도가 훨씬 줄어든 부식 방지 장치는 통상의 부식 여유를 갖지 않아도 되므로, 전체적으로 유지 관리가 쉽고 경제적으로 제조되는 시스템이 형성된다.

이하, 본 발명이 첨부한 도면에 개략적으로 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다.

본 발명에 의해, 사용되는 커버링이 에이징 및 기계적 영향에 대한 큰 내성을 갖도록, 연안 영역에 있는 강 구조물용 부식 방지 장치가 개선된다.

도 1은 해저에 고정된 그리고 최고 수위 위로 돌출한 보호되지 않은 강 구조물을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 부식 방지 장치를 구비한 도 1에 도시된 강 구조물의 변형예.
도 3은 결합 영역에서 본 발명에 따른 부식 방지 장치의 일부를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 변형예로서 결합 장치를 나타낸 도면.
도 5는 도 3 및 도 4의 결합 장치의 다른 변형예.

도 1에는 해저(2)의 영역에 고정된 보호되지 않은 강 구조물(1)이 도시된다. 강 구조물(1)은 다수의 지지대 및 이 지지대를 연결하는 수평의 및 대각선의 부재들을 포함하고, 이 부재들은 각각 금속 부품(3)으로 형성된다. 강 구조물(1)은 해수 형태의 전해질(4)의 최고 레벨을 지나 공기로 채워진 대기(A) 내로 돌출하며, 상세히 구체화되지 않은 설비(5)용 지지 구조물로서 사용된다. 해수 형태의 전해질(4)의 층은 대기(A)로부터 해저(2)의 방향으로 비말 구역(B), 조수 구역(C), 이행 구역(D) 및 침수 구역(E)으로 나뉜다. 이행 구역(D)은 침수 구역(E)과 함께 공통의 수중 구역(F)을 형성한다.

도 1에는 또한 좌표계 내부에서 강 구조물(1)에 대해 평행하게 배치된 그래프(6)가 도시된다. 횡축은 금속 부품(3)의 두께 손실(X)을 나타내기 위해 사용되고, 종축은 해수 형태의 전해질(4) 내의 금속 부품(3)의 깊이(Y)를 나타내기 위해 사용된다. 그래프(6)는 보호되지 않은 구조물에서 시간이 지남에 따라 생기는 금속 부품(3)의 부식을 질적으로 나타내며, 개별 구역(B) 내지 (E)에 걸쳐 상이하게 연장한다. 금속 부품(3)의 두께(X)의 최대 손실은 비말 구역(B) 및 이행 구역(D)에서 주어진다. 조수 구역(C)은 중간에서 침수 구역(E)과 함께 금속 부품(3)의 두께(X)의 최소 손실을 갖는다.

도 2에는 도 1에 도시된 강 구조물(1)의 변형예가 도시된다. 마찬가지로 해저(2)에 고정된 강 구조물(1b)은 이 경우 컬럼형 지지대로 형성된 컴팩트한 금속 부품(3)으로 형성된다. 비말 구역(B)과 이행 구역(D) 사이의 영역에서, 금속 부품(3)은 원주 측에서 폐쇄된 커버링(8) 형태의 본 발명에 따른 부식 방지 장치(7)로 둘러싸인다. 커버링(8)은 이 경우 상부 및 하부로 상기 영역을 지나 대기(A) 및 침수 구역(E)으로 돌출한다.

도 3에는 박판(9) 형태의 커버링(8)으로부터 금속 부품(3) 상에 놓인 본 발명에 따른 부식 방지 장치(7)가 도시된다. 커버링(8)이 시임을 갖지 않을 수 있기 때문에, 특히 박판(9)과 다른 박판(9a)의 결합이 이루어진다. 박판들(9, 9a) 사이의 맞댐 영역에서 박판(9)이 휘어짐을 가지므로, 박판(9)의 부분 영역이 중첩부로서 박판(9a) 상에 평행하게 놓인다. 2개의 박판들(9, 9a)은 용접 시임(10)을 통해 서로 재료 결합 방식으로 결합된다. 이 경우, 용접 시임(10)은 보호 가스 분위기(11) 하에서 박판들(9, 9a) 사이의 결합부로서 형성되었다. 이 경우, 박판들(9, 9a)은 각각 동일한 두께(Z)를 갖는다.

도 4에는 금속 부품(3)의 부식 방지 장치(7)로서 도 3에 이미 도시된 커버링(8)의 박판들(9, 9a)의 결합의 변형예가 도시된다. 여기서, 박판(9b)은 금속 부품(3) 상에 놓이는 한편, 다른 박판(9c)도 금속 부품(3) 상에 놓이고 박판(9b)에 대해 이격된다. 따라서 하나의 평면에서 서로 마주 놓인, 박판(9b, 9c)의 단부들은 각각 하나의 챔퍼(12)를 가지므로, 박판들(9b, 9c) 사이의 이격이 금속 부품(3)으로부터 먼 측면을 향해 V-형으로 개방된다. 도 4의 도면에서, 박판들(9b, 9c)은 금속 부품(3)과 함께 결합된다. 이를 위해, 박판(9b, 9c)의 각각의 챔퍼(12)는 먼저 보호 가스 분위기(11) 하에서 형성된 용접 시임(10a)을 통해 금속 부품(3)과 재료 결합 방식으로 결합된다. 박판들(9b, 9c) 사이에 남은 공간은 다음 단계에서 보호 가스 분위기(11) 내에서 다른 용접 시임(10b)으로 채워진다.

도 5에는 금속 부품(3) 상에 평면으로 배치된 박판(9d)의 간단한 결합이 도시된다. 금속 부품(3) 상에 박판(9d)의 평면 배치 후, 박판(9d)의 단부가 보호 가스 분위기(11) 하에서 용접 시임(10c)에 의해 금속 부품(3)과 재료 결합 방식으로 결합된다.

실제로, 해저(2)의 영역에서 해수 형태의 전해질(4) 내에 고정된, 연안 영역에 배치된 강 구조물(1)은 본 발명에 따른 부식 방지 장치(7)에 의해 보호된다. 강 구조물(1)의 개별 부재들은 각각 보호될 금속 부품(3)으로 형성된다. 특히 비말 구역(B) 및 전해질(4)의 이행 구역(D) 내에 용해된 산소 형태의 산화제가 많이 제공됨으로써, 거기에 있는 금속 부품이 특히 부식에 의한 영향을 받는다.

특히, 이 영역들은 부식 방지 장치(7)에 의해 보호되고, 금속 부품(3)은 폐쇄된 환형의 커버링(8)에 의해 둘러싸인다. 커버링(8)은 용접 시임(10a, 10c)을 통해 금속 부품(3)과 전기 전도 결합된 박판(9, 9a 내지 9d)으로 이루어진다. 박판들(9, 9a 내지 9c)은 이 경우 용접 시임(10, 10b)을 통해 서로 결합된다.

커버링(8)의 재료가 금속 부품(3)의 재료보다 귀하기 때문에, 커버링(8)이 더 높은 전위를 갖는다. 커버링(8)의 합금은 해수 형태의 전해질(4)의 작용 영역 내에서 높은 내식성을 갖는다. 이 경우, 전해질(4) 내의 커버링(8)의 깊이(Y)는 박판(9, 9a 내지 9d)과 금속 부품(3) 사이에 물 및 전해질(4)의 산소와 결합해서 갈바니 전지가 생기지 않도록 선택된다.

전체적으로, 금속 재료 선택에 의해 마모, 충격, 및 예컨대 UV-선에 의한 에이징에 대한 높은 기계적 부하 능력을 갖는, 강 구조물(10)의 금속 부품(3)의 높은 내식성 커버링(8)이 주어진다. 이렇게 형성된 부식 방지 장치(7)는 특히 긴 수명 및 점점 더 길어지는 수명의 관점에서 연안 설비의 경제적이며 유지 관리가 쉬운 작동을 가능하게 한다.

1, 1b : 강 구조물
2 : 해저
3 : 금속 부품
4 : 전해질
5 : 설비
6 : 그래프
7 : 부식 방지 장치
8 : 커버링
9, 9a, 9b, 9c, 9d : 박판
10, 10a, 10b, 10c : 용접 시임
11 : 보호 가스 분위기
12 : 챔퍼
A : 대기
B : 비말 구역
C : 조수 구역
D : 이행 구역
E : 침수 구역
F : 수중 구역
X : 보호되지 않은 구조물에서 3의 두께 손실
Y : 3의 깊이
Z : 3의 두께

Claims (12)

1. 전해질(4)의 작용 영역에 배치된 금속 부품(3)용 커버링(8)으로서의 부식 방지 장치에 있어서,
   상기 커버링(8)은 박판(9, 9a-9d)으로 형성되고, 상기 박판은 상기 금속 부품(3)과 전기 전도 결합되며, 상기 박판(9, 9a-9d)은 상기 금속 부품(3)보다 더 귀한 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 박판(9, 9a-9d)은 구리 및 5 중량% 이상의 니켈을 포함하는 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 박판(9, 9a-9d)은 9 중량% 내지 30 중량%의 니켈 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박판(9, 9a-9d)은 용접 시임(10a, 10c)에 의해 상기 금속 부품(3)과 결합되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 용접 시임(10, 10a-10c)은 25 내지 95 중량%의 니켈 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박판(3)은 2 내지 6 밀리미터의 두께(Z)를 갖는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 박판(9, 9a-9d)으로 이루어진 상기 커버링(8)은 상기 금속 부품(3)의 폐쇄된, 원주 측 피복인 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박판(9, 9a-9d)은 다음의 조성, 즉
   니켈(Ni): 9 내지 11%
   철(Fe): 1.0 내지 2.0%
   망간(Mn): 0.5 내지 1.0%
   탄소(C): 최대 0.05%
   납(Pb): 0.01 내지 0.02%
   황(S): 0.005 내지 0.02%
   인(P): 최대 0.02%
   아연(Zn): 0.05% 내지 0.5%
   나머지는 용융에 기인한 오염물을 포함하는 구리(Cu)의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 부품(3)은 275 내지 550 MPa의 강도를 가진 세립 강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 커버링(8)은 오염을 억제하는 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항의 특징을 가진 부식 방지 장치의 제조 방법으로서, 커버링(8)이 금속 부품(3)과 재료 결합 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치의 제조 방법.
12. 제 11항에 있어서, 박판(9b-d)은 보호 가스 분위기(11) 하에서 상기 금속 부품(3)과 용접되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 장치의 제조 방법.
    

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