KR20120082451A - 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 구조재(1), 및 고온도의 냉각수(4)를 통수(通水)하는 고온수계를 구성하는 구조재(1)의, 냉각수(4)와 접촉하는 측의 표면에, La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 물질로 이루어지는 부식방지막(3)을 포함하는 고온수계의 부식방지 구조를 제공한다. 상기 구성에 의해, 약품의 주입에 의한 냉각수의 수질 제어를 하지 않고 플랜트 운전을 가능하게 하는 부식방지 구조 및 부식방지 방법을 제공한다.

Description

고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법{CORROSION RESISTANT STRUCTURE AND CORROSION PROTECTION METHOD IN HIGH-TEMPERATURE WATER SYSTEM}
본 발명은, 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법에 관하며, 특히 가압수형 원자력 발전시설의 2차 냉각계를 구성하는 구조재의 부식을 효과적으로 방지할 수 있고 구조재로부터의 철 성분 등의 용출을 효과적으로 저감할 수 있는 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법에 관한 것이다.
가압수형 원자력 발전설비는, 핵분열 반응에 의해 생긴 열에너지로, 1차 냉각재인 가압수(압력이 높은 경수(輕水))를 300℃ 이상으로 가열하고, 증기 발생기에 의해 2차 냉각재의 경수를 비등시켜, 최종적으로 고온고압의 증기로 하여 그 증기로 터빈 발전기를 회전하여, 전력을 산출하는 원자로 설비이다. 이 가압수형 원자로는, 원자력 발전소 등의 대형 플랜트나, 원자력 함선 등의 소형 플랜트에 사용되고 있다.
상기 가압수형 원자력 발전설비를 비롯하여, 고온수가 유통하는 보일러나 증기 발생기, 열교환기 등을 갖는 각종 플랜트에서는, 구조재인 금속으로부터의 이온용출이나 구조재 자체의 부식이 큰 문제가 되고 있다. 이 금속이온의 용출은 고온수 중에서 발생하는 대표적인 현상이며, 구조재를 비롯하여, 배관이나 기기의 구성 부재의 부식을 일으켜, 운전상의 문제나 메인터넌스 빈도의 증가 등, 다양한 영향을 미치는 것이다.
또한, 구조재 등으로부터 용출한 금속이온은, 계통 내의 배관 표면이나 증기 발생기 등의 고온 부위에 산화물로서 부착 석출하여, 열교환기의 전열관과 지지판 사이의 크레비스부(crevice portion)와 같은 협애부(狹隘部)에서는, 불순물 농도가 매우 높은 상태가 될 가능성이 있고, 이 이온밸런스에 따라서는 강산성이나 강알칼리성의 이온 농축수가 생성되어, 부식이 더욱 현저하게 될 우려도 있다.
이와 같은 현상이나 표면에 부착하여 있는 산화물에 의한 전위상승으로부터, 구조재의 부식 갈라짐(corrosion cracking)의 현상도 확인되어 있다. 또한, 부착한 산화물에 의한 열전달의 저하가 일어나기 때문에, 구조재에 대해 고빈도로 정기적으로 화학세정 등에 의한 산화물의 제거가 필요로 되고 있다.
한편, 최근에는 탄소강 배관에 있어서의 감육(減肉) 현상에 의해, 배관 두께가 감소하여, 파열이 일어나는 사고도 발생할 우려가 높아지고 있다. 이와 같이, 금속의 용출이나 부식 현상 등은 장기간에 걸친 플랜트 운전으로 경시적(經時的)으로 축적되어, 내용한계(耐用限界)가 된 어느 시기에 돌연 재해로 발전할 가능성을 잠재하고 있다.
또한, 구조 부위의 형상에 따라서는, 상기 부식 속도가 가속되어, 예측하기 어려운 현상이 발생하는 경우도 있다. 예를 들면, 오리피스나 밸브 등의 기기가 다용되고 있는 배관계에서는, 냉각수와 같은 고온도의 유체가 고속도로 내부공간을 흐름으로써 에로전이나 코로전을 일으킨다. 이와 같은 문제를 회피하기 위해서, 각종 플랜트 계통 내에 대해서는 수질 제어를 비롯하여, 다양한 부식완화 대책이 종래로부터 실시되고 있다.
예를 들면, 화력 발전소나 가압수형 원자력 발전소의 2차 냉각계에 있어서는, 냉각수 중에 암모니아나 히드라진을 주입하여 pH컨트롤을 실시하여, 계통 내로부터의 철 용출을 저감하여, 증기 발생기에의 철 성분의 유입을 방지하는 대책을 강구하고 있다(특허문헌 1).
또한, 크레비스부의 알칼리 농축을 배제하기 위해서, Na/Cl비 관리나 염소이온의 부식 영향 저감을 위한 염화물이온 농도관리, 용존산소 농도제어(특허문헌 2) 등, 다양한 수질 제어가 실기 플랜트에서는 실시되고 있다. 최근에는, 에탄올아민이나 모르폴린 등의 개량약품을 사용한 수질 제어 방법도 채택되고 있다.
상기와 같이, 배관의 부식이나 산화물 등의 부착 석출, 크레비스부에서의 용출 성분의 농축저감 등, 실기 플랜트에서 이미 실시되고 있는 대책 이외에, 개량안으로서 많은 수질 제어기술이 제안되고 있다. 예를 들면, 주입약품의 개량으로는, 탈산소제로서 탄닌산이나 아스코르브산 등의 유기산을 이용한 방법(특허문헌 3)이 있다.
또한, 수질 제어 방법으로는, 전 양이온/SO4몰비를 제어하는 운전 방법(특허문헌 2)이나 원자로용 증기 발생기에의 급수 중에, 이온농도가 0.4?0.8ppb가 되도록 칼슘 화합물 및 마그네슘 화합물의 적어도 1종을 도입하는 방법(특허문헌 2) 등이 제안되고 있다.
이와 같이, 플랜트 구조재의 부식용출 방지대책으로서 약품을 사용한 수질 제어 등에 의한 부식용출 억제 등이 현상황에서 널리 실시되고 있지만, 운전관리의 번잡함, 운전비용이나 안전성의 관점에서 약액의 주입에 의한 냉각수의 수질 제어를 하지 않고 운전할 수 있는 기술이 요망되고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 제2848672호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 제3492144호 공보 특허문헌 3 : 일본 특개2004-12162호 공보
현상황의 가압수형 원자력 발전시설의 2차 냉각계에 있어서는, 부식억제를 위해서 히드라진이나 암모니아 등의 약제를 주입하며 운전을 실시하고 있다. 이 약품을 주입하지 않고 운전 가능하게 하기 위해서는 새로운 기술이 필요하다.
그래서, 본 발명에서는, 구조재 표면을 개질하는 기술을 제공함으로써 구조 내 약품의 주입에 의한 냉각수의 수질 제어를 하지 않고 효과적인 부식방지 효과를 얻으면서 플랜트 운전을 가능하게 하는 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 1실시형태에 따른 고온수계의 부식방지 구조는, 고온도의 냉각수를 통수(通水)하는 고온수계를 구성하는 구조재의, 냉각수와 접촉하는 측의 표면에, La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 물질로 이루어지는 부식방지막을 부착시킨 것을 특징으로 한다.
상기 La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 물질로 이루어지는 부식방지막을 부착시킴으로써, 구조재의 부식이 효과적으로 방지할 수 있고, 구조재의 접액면으로부터 철 등의 금속 성분의 용출을 대폭 저감할 수 있다.
또한, 상기 고온수계의 부식방지 구조에 있어서, 상기 고온도의 냉각수의 온도가, 20℃ 이상 350℃ 이하인 것이 바람직하다. 상기 부착한 부식방지막의 부식방지 효과는 상기 상온도(常溫度)로부터 가압수형 원자력 발전시설의 2차 냉각계의 운전 온도까지 넓은 온도 범위에 있어서 방식효과(anticorrosive effect)를 발휘한다.
또한, 상기 고온수계의 부식방지 구조에 있어서, 상기 La를 함유하는 물질이, La2O3, La(OH)3, La2(CO3)3, La(CH3COO)3 및 La2(C2O4)3에서 선택되는 적어도 1종의 La 화합물인 것이 바람직하다. 이들 La 화합물은 부식방지막에 함유되면, 모두 뛰어난 방식효과를 발휘한다.
또한, 상기 고온수계의 부식방지 구조에 있어서, 상기 Y를 함유하는 물질이, Y(OH)3, Y2(CO3)3, Y(CH3COO)3 및 Y2(C2O4)3에서 선택되는 적어도 1종의 La 화합물인 것이 바람직하다. 이들 Y 화합물은 부식방지막에 함유되면, 종류에 따라 약간의 차이는 있지만, 모두 뛰어난 방식효과를 발휘한다.
또한, 상기 고온수계의 부식방지 구조에 있어서, 상기 구조재가, 탄소강, 구리 합금 및 Ni기(基) 합금에서 선택되는 적어도 1종의 구조재인 것이 바람직하다. 상기 구조재가, 탄소강, 구리 합금, Ni기 합금 중 어느 경우이어도, 그 금속 성분의 용출을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 고온수계의 부식방지 구조에 있어서, 상기 La의 부착량이 1μg/cm2 이상 200μg/cm2 이하인 것이 바람직하다. La의 부착량이 상기 범위에 있어서 높은 부식방지 효과가 얻어지는 한편, 상기 범위의 상한을 초과해도 부식방지 효과는 포화해버린다.
또한, 상기 고온수계의 부식방지 구조에 있어서, 상기 Y의 부착량이 1μg/cm2 이상 200μg/cm2 이하인 것이 바람직하다. Y의 부착량이 상기 범위에 있어서 높은 부식방지 효과가 얻어지는 한편, 상기 범위의 상한을 초과해도, La 화합물과 같이, 부식방지 효과는 포화해버린다.
또한, 본 발명에 따른 고온수계의 부식방지 방법은, 고온도의 냉각수를 통수하는 고온수계를 구성하는 구조재의 부식을 방지하는 고온수계의 부식방지 방법에 있어서, La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 부식방지제를 제조하는 공정과, 제조한 부식방지제를 상기 구조재의 냉각수와 접촉하는 측의 표면에 부착시켜 부식방지막을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 부식방지막을 부착시키기 전에, 구조재가 냉각수와 접촉하는 측의 표면을, 미리 기계가공 처리, 고온수 중에의 침지 처리 및 화학세정 처리 중 어느 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 구조재의 접액 표면을, 미리 라이너 등으로 연삭하는 등의 기계가공을 실시하여 표면부의 산화피막이나 이물을 제거하여 신생면을 출현시킴으로써, 부식방지막의 부착강도를 높일 수 있다.
또한, 구조재를 200℃?350℃의 고온수 중에 침지하는 처리를 실시함으로써, 구조재(기재) 표면에 구조재의 산화피막을 형성하고, 이 산화피막의 표면에 상기 부식방지막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 산화피막이 La, Y를 함유하는 부식방지막의 작용을 보다 높여, 부식방지 효과를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.
또한, 구조재의 접액 표면을, 미리 산 등으로 세정하여 산화물이나 이물을 제거하여 신생면을 출현시키는 등의 화학세정 처리를 실시함으로써, 상기 기계가공을 실시한 경우와 같이 부식방지막의 부착강도를 높일 수 있다.
또한, 상기 고온수계의 부식방지 방법에 있어서, 상기 부식방지제를 구조재의 표면에 부착시키는 방법이, 스프레이법, CVD법, 용사법(thermal spray method), 부식방지제를 함유하는 고온수 중에의 침지법 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 스프레이법은 질소가스 등의 고압가스에 의해 부식방지제를 구조재 표면에 분사시키는 방법이며, CVD법은 부식방지제를 화학적으로 증기화시킨 후에 구조재 표면에 증착시키는 방법이며, 용사법은 구조재 표면에 용융한 부식방지제를 분사하여 피복하는 방법이며, 침지법은 부식방지제를 함유하는 고온수 중에 구조재를 침지하여 표면에 부식방지제를 부착시키는 방법이다. 어느 방법도 종래의 냉각재의 수질을 제어하는 조작과 비교하여 신속간단하게 시공할 수 있다.
본 발명에 따른 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법에 의하면, La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 물질로 이루어지는 부식방지막을 구조재 표면에 부착시켜 있기 때문에, 구조재의 부식을 효과적으로 방지할 수 있고, 구조재의 접액면으로부터 철 등의 금속 성분의 용출을 대폭 저감할 수 있다. 또한, 상기 부식방지막은, 부착량이 소량이어도 뛰어난 부식방지를 발휘하는 한편, 구조재와의 부착강도가 높으므로 부식방지 효과가 장기간에 걸쳐 유지된다.
[도 1] 본 발명에 따른 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법을 실시하기 위한 부식억제 구조의 1실시예를 나타내는 단면도이며, 도 1(a)은, 산화피막이 형성된 구조재(기재) 표면에, La를 함유하는 부식방지막을 형성한 실시예이며, 도 1(b)은, 산화피막이 제거된 구조재 표면에, La를 함유하는 부식방지막이 직접 형성된 실시예를 나타내는 단면도이다.
[도 2] 도 1(a), (b)에 나타내는 부식방지 구조에 있어서의 부식억제 효과와 부식방지 구조와의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 3] Y(OH)3으로 이루어지는 부식방지막을 형성한 부식방지 구조에 있어서의 부식억제 효과를 나타내는 그래프이다.
[도 4] Y(OH)3으로 이루어지는 부식방지막을 형성한 부식방지 구조에 있어서의 온도 변화의 영향을 나타내는 그래프이다.
[도 5] 부식방지막의 부착량과 구조 부재의 부식량(부식률)과의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 6] 부식방지막을 형성하는 방법과 구조 부재의 부식량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 7] 부식방지막에 함유되는 화합물(부식방지제)의 종류와 부식억제 효과와의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하에 본 발명에 따른 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법의 실시예에 대해, 첨부도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예1)
우선, 부식방지제로서의 La 화합물을 함유한 부식방지막을 형성한 본 발명의 실시예에 대해, 첨부한 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
본 실시예1에 따른 고온수계의 부식방지 구조는, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 2종의 구조를 함유한다. 즉, 도 1(a)은, 균일한 산화피막(2)이 형성된 구조재(기체, 기재)(1)로서의 탄소강 표면에, La2O3으로 이루어지는 부식방지막(3)을 형성한 실시예이며, 도 1(b)은, 불균일한 산화피막이 제거된 구조재(1)의 표면에, La2O3으로 이루어지는 부식방지막(3)을 직접 형성한 실시예(시험편)를 나타낸다.
또, 도 1(a)에 있어서의 산화피막(2)은 150℃의 대기 하에서 구조재(1)로서의 탄소강의 표면부를 산화시켜 형성했다. 또한, 도 1(b)에 있어서의 구조재로서의 탄소강(1)은 표면을 산세척하여 평활하고 균일한 표면조도(表面粗度)를 갖는 신생면을 노출시킨 것을 사용했다.
다음으로, 상기와 같이 탄소강에 La2O3을 부착시켜 제조한 2종류의 실시예에 더하여, 산화피막 및 부식방지막을 형성하지 않고 탄소강만으로 이루어지는 시험편을 비교예로서 준비했다. 그리고, 이들의 3종의 시험편의 표면부를, 4MPa의 압력 하에서 온도 185℃에서 용존산소 5ppb 미만이며 pH가 9.8의 열수 중에 500시간 침지하는 조건 하에서 부식 시험을 실시했다. 그리고 부식 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량 변화로부터 부식량(부식 속도)을 계산했다. 측정계산 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 탄소강만으로 이루어지는 시험편과 비교하여 La2O3으로 이루어지는 부식방지막(3)이 부착된 2종의 실시예의 시험편에서는, 부식 속도가 현저하게 억제되는 것이 판명되었다. 또한, 산화피막(2)이 존재하는 경우에는, 부식억제의 효과가 더욱 현저하게 되는 것도 확인할 수 있었다. 이와 같이, La2O3을 구조재의 표면에 부착시킴으로써, 탄소강의 부식억제 작용이 효과적으로 발휘되는 것이 판명되었다.
상술한 실험결과에 따라, 가압수형 원자력 발전설비의 2차 냉각계를 구성하는 탄소강재 표면에, La를 함유하는 화합물을 부착시킴으로써, 냉각수에 의한 전면 부식의 억제 효과, 유동가속 부식에 의한 감육억제 효과가 발현하는 것을 기대할 수 있다.
또, 상기 부식방지 효과는, 부식방지제로서 La2O3을 사용한 경우에 한하지 않고, 부착시키는 부식방지제로서, La(OH)3, La2(CO3)3, La(CH3COO)3, La2(C2O4)3을 사용한 경우에서도 같은 효과가 발현하는 것이 실험에 의해 확인되어 있다.
(실시예2)
다음으로, 부식방지제로서의 Y 화합물을 함유한 부식방지막을 형성한 본 발명의 실시예에 대해, 첨부 도 3을 참조하여 설명한다.
본 실시예에 따른 고온수계의 부식방지 구조는, 개략 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예의 시험편의 표면은, 산화피막을 약품에 의해 박리시켜, 신생면을 노출시킨 것이다. 부식방지제로서는 Y(OH)3을 사용했다.
그리고 질소가스에 의해 Y(OH)3을 함유한 약제를 탄소강의 접액 표면에 분사시켜 부착시키는 스프레이 도포법을 사용하여 부식방지막(3)을 형성했다. SEM 관찰에서 부식방지막(3)의 형성상황을 조사한 바, 미크론 오더의 Y(OH)3의 반점상의 덩어리가 탄소강 표면부에 형성되어 있는 것이 확인되었다. 이 관찰결과로부터 부식방지막(3)의 부착 균일성은 낮고, Y(OH)3의 부착량은 90μg/cm2이지만, 피막 두께는 탄소강의 부위에 따라 상당한 편차가 존재하는 것이 판명되었다.
다음으로, 상기와 같이 탄소강에 Y(OH)3을 부착시켜 제조한 실시예에 더하여, 산화피막 및 부식방지막을 형성하지 않고 탄소강만으로 이루어지는 시험편을 비교예로서 준비했다. 그리고, 이들의 2종의 시험편의 표면부를, 실시예1과 같이, 4MPa의 압력 하에서 온도 185℃에서 용존산소 5ppb 미만이며 pH가 9.8의 열수 중에 500시간 침지하는 조건 하에서 부식 시험을 실시했다. 그리고 부식 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량 변화로부터 부식량(부식 속도)을 계산했다. 측정계산 결과를 도 3에 나타낸다.
도 3에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 탄소강만으로 이루어지는 시험편과 비교하여 Y(OH)3으로 이루어지는 부식방지막이 부착된 실시예2의 시험편에서는, 부식 속도가 10분의 1 정도로까지 억제되어 뛰어난 부식방지 효과가 발휘되는 것이 판명되었다. 이와 같이, Y(OH)3을 구조재의 표면에 부착시킴으로써, 탄소강의 부식억제 작용이 효과적으로 발휘되는 것이 판명되었다.
상술한 실험결과에 의거하여, 가압수형 원자력 발전설비의 2차 냉각계를 구성하는 구조재 표면에 Y(OH)3을 부착시킨 경우에는, 구조재의 전면 부식의 억제 효과, 유동가속 부식에 의한 감육억제 효과가 발현하는 것을 기대할 수 있다.
또한, 상기 부식방지 효과는, 부식방지제로서 Y(OH)3을 사용한 경우에 한하지 않고, 구조재의 표면에 부착시키는 부식방지제로서, Y2(CO3)3, Y(CH3COO)3, Y2(C2O4)3을 사용한 경우에서도 같은 효과가 발현하는 것이 실험에 의해 확인되어 있다.
(실시예3)
다음으로 부식방지 구조가 운전 온도(냉각수 온도)의 차이에 의해 받는 영향을 하기 실시예3 및 도 4를 참조하여 설명한다.
본 실시예3에 따른 고온수계의 부식방지 구조는, 개략 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예의 시험편은, 부식방지막을 부착하기 전의 탄소강의 표면을, #600의 사포에 의해 표면을 연마하고 탈지하여 산화피막 및 이물을 제거한 상태로 한 것을 사용했다.
그리고, 이 탄소강의 표면(신생면)에 스프레이법에 의해 Y(OH)3을 부착시켜 실시예3에 따른 시험편을 제작했다. 이 시험편에 있어서의 Y(OH)3의 부착량은, 스프레이 시간을 조정하여 50μg/cm2으로 했다. 또, SEM 관찰에서 부식방지막(3)의 형성상황을 관찰한 바, 실시예2와 같이 균일성은 낮았다.
다음으로, 상기와 같이 탄소강에 Y(OH)3을 부착시켜 제조한 실시예에 더하여, 산화피막 및 부식방지막을 형성하지 않고 탄소강만으로 이루어지는 시험편을 비교예로서 준비했다.
그리고, 이들 2종의 시험편의 표면부를, 실시예1과 같이, 4MPa과 8MPa의 압력 하에서 온도가 150℃와 280℃와의 2종류로 용존산소 5ppb 이하이며 pH가 9.8의 열수 중에 500시간 침지하는 조건 하에서 부식 시험을 실시했다. 그리고 부식 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량 변화로부터 부식량(부식 속도)을 계산했다. 측정계산 결과를 도 4에 나타낸다.
도 4에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 온도가 280℃로 높은 조건에서는, 탄소강만으로 이루어진 시험편의 부식량도 저하한다. 이것은, 온도가 높음으로써 형성된 산화피막의 안정성이 높기 때문이라고 생각된다.
한편, 온도가 150℃에서는, 본 시험 조건에서 형성되는 산화피막의 용해도가 높으므로 부식 속도는 커지지만, Y(OH)3의 부착에 의해 부식억제 작용이 작용하는 것을 알 수 있다. 따라서, 부식방지 구조는 Y(OH)3의 내고온성의 관점에서, 가압수형 원자력 발전설비의 2차 냉각수 계통의 운전 온도인 20℃ 이상 350℃ 이하의 냉각수 환경에 있어서 적용이 가능하다.
또한, 도 4로부터 명백한 바와 같이, 가압수형 원자력 발전설비의 2차 냉각수 계통에서는, 탈기기 이후에서 운전 온도가 150℃ 이상이 되는 범위에 있어서 특히 본 실시예에 따른 부식방지 구조는 효과적이며, 계통 내에 Y를 함유하는 약제를 주입하여, 구조재 표면에 부착시킴으로써, 구조재의 전면 부식의 억제 효과, 유동가속 부식에 의한 감육억제 작용이 효과적으로 발현되는 것을 기대할 수 있다.
(실시예4)
다음으로, 구조재 표면에 부착시키는 부식방지제의 부착량의 다소가 부식량에 미치는 영향에 대해, 하기 실시예4 및 도 5를 참조하여 설명한다.
본 실시예4에 따른 고온수계의 부식방지 구조는, 개략 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예4의 시험편은, 부식방지막을 부착하기 전의 탄소강의 표면을, #600의 사포에 의해 표면을 연마하고 탈지하여 산화피막 및 이물을 제거한 상태로 한 것을 사용했다.
그리고, 이 탄소강의 표면(신생면)에 스프레이법에 의해 La2O3 또는 Y(OH)3을 부착시켜 실시예4에 따른 2종류의 시험편을 다수 제작했다. 또, La2O3 또는 Y(OH)3의 부착량은, 스프레이 시간을 조정하여 0?300μg/cm2까지의 범위에서 변화시켜 조정했다.
다음으로, 상기와 같이 탄소강 표면에 La2O3 또는 Y(OH)3을 부착시켜 제조한 실시예에 더하여, 산화피막 및 부식방지막을 형성하지 않고 탄소강만으로 이루어지는 시험편을 비교예로서 준비했다.
그리고, 이들 시험편의 표면부를, 실시예1과 같이, 4MPa의 압력 하에서 온도가 185℃에서 용존산소 5ppb 이하이며 pH가 9.8의 열수 중에 500시간 침지하는 조건 하에서 부식 시험을 실시했다. 그리고 부식 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량 변화로부터 부식량(부식 속도)을 계산했다. 측정계산 결과를 도 5에 나타낸다.
도 5에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 부식방지막의 부착량이 증가함에 따라, 부식량이 감소하여 부식억제 효과가 증가하는 경향을 확인할 수 있었다. 부착량이 20μg/cm2 이상이 되는 범위에서는, 부식억제 효과는 포화하여, 거의 동 정도의 부식 속도가 되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 부식방지막의 부착량은, 20?120μg/cm2의 범위에서 필요충분하다.
여기서, 부식 시험 전에 부착량이 약 50μg/cm2이었던 시험편에 대해, 부식 시험 후에 그 시험편 표면에 남은 부식방지제의 잔존부착량을 조사한 바, 1μg/cm2 이하인 것이 확인되었다.
이 결과, La 또는 Y를 함유하는 약제의 부착량은, 항상 일정하게 유지되어 있지 않아도, 혹은, 운전기간 도중에 부착된 약제가 박리하여 부착량이 저하해도, 시공된 초기의 단계에서, 일정한 부착량이 달성되어 있으면 부식방지 효과가 지속하는 것을 확인할 수 있었다.
가압수형 원자력 발전설비의 2차 계통의 구조재 표면에 균일한 부착량이 되도록 본 부식방지제를 균일하게 부착시키는 것은 기술적으로 곤란하며, 냉각수의 흐름의 영향이나 온도, 고온수계의 구조에 따라 부식방지제의 부착량은 크게 다른 것이 예상된다.
그러나 상기와 같이, 부식방지제의 부착량이 구조체의 부위에 따라 크게 다른 경우에 있어서도, 당초의 부식방지 효과가 발현된다는 기술적 지견은 중요한 전제기술이며, 실기적용시에 극히 유용하다.
(실시예5)
다음으로, 구조재 표면에 부식방지제를 부착시키는 방법의 차이가 미치는 영향에 대해, 하기 실시예5 및 도 6을 참조하여 설명한다.
본 실시예5에 따른 고온수계의 부식방지 구조는, 개략 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예5의 시험편은, 부식방지막을 부착하기 전의 탄소강의 표면을, #600의 사포에 의해 표면을 연마하고 탈지하여 산화피막 및 이물을 제거한 상태로 한 것을 사용했다.
그리고, 이 탄소강의 표면(신생면)에 스프레이법 또는 고온수 중에 약제를 주입하여 부착시키는 화학 부착 방법을 사용하여, La2O3을 부착시켜 실시예5에 따른 2종류의 시험편을 제작했다. 또, La2O3의 부착량은, 스프레이 시간 또는 고온수 중에의 약제의 주입량을 조정하여 50μg/cm2으로 조정했다.
여기서 상기 화학 부착 방법은, 부착시키려는 물질을 유체 중에 존재시켜두고, 유체의 흐름에 의해 물질을 구조재의 표면에 부착시키는 방법이다.
다음으로, 상기와 같이 탄소강 표면에 다른 방법으로 La2O3을 부착시켜 제조한 2종류의 시험편의 표면부를, 실시예1과 같이, 4MPa의 압력 하에서 온도가 185℃에서 용존산소 5ppb 이하이며 pH가 9.8의 열수 중에 500시간 침지하는 조건 하에서 부식 시험을 실시했다. 그리고 부식 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량 변화로부터 부식량(부식 속도)을 계산했다. 측정계산 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 화학 부착 방법에 의해 부착형성한 부식방지막은, 스프레이법으로 형성한 부식방지막과 달리, 보다 균일하게 부착할 수 있고, 화학 부착법에 의해 형성한 부식방지막 쪽이, 부식 속도억제 작용이 큰 것이 확인되었다.
가압수형 원자력 발전설비의 2차 냉각수 계통의 운전 중에 고온 냉각수에 La를 함유하는 물질을 주입하여, 구조재 표면에 상기 물질을 부착시킴으로써, 균일성이 높은 부식방지막의 부착을 실현할 수 있고, 전면 부식의 억제 효과, 유동가속 부식에 의한 감육억제 효과가 발휘되는 것을 기대할 수 있다. 같은 효과를, Y를 함유하는 물질을 상기 고온 냉각수에 주입한 경우에 있어서도 마찬가지로 발휘할 수 있다.
(실시예6)
다음으로, 구조재 표면에 다른 부식방지제로서 La(OH)3 또는 Y(CO3)3을 부착시킨 경우의 효과에 대해, 하기 실시예6 및 도 7을 참조하여 설명한다.
본 실시예6에 따른 고온수계의 부식방지 구조는, 개략 도 1(b)에 나타내는 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 본 실시예6의 시험편은, 부식방지막을 부착하기 전의 탄소강의 표면을, #600의 사포에 의해 표면을 연마하고 탈지하여 산화피막 및 이물을 제거한 상태로 한 것을 사용했다.
그리고, 이 탄소강의 표면(신생면)에 스프레이법을 사용하여, La(OH)3 또는 Y(CO3)3을 부착시켜 실시예6에 따른 2종류의 시험편을 제작했다. 또, La(OH)3 또는 Y(CO3)3의 부착량은, 스프레이 시간을 조정하여 50μg/cm2으로 조정했다.
다음으로, 상기와 같이 탄소강 표면에 La(OH)3 또는 Y(CO3)3을 부착시켜 제조한 2종류의 시험편의 표면부를, 실시예1과 같이, 4MPa의 압력 하에서 온도가 185℃에서 용존산소가 5ppb 이하이며 pH가 9.8의 열수 중에 500시간 침지하는 조건 하에서 부식 시험을 실시했다. 그리고 부식 시험 전후에 있어서의 각 시험편의 중량 변화로부터 부식량(부식 속도)을 계산했다. 측정계산 결과를 도 7에 나타낸다.
도 7에 나타내는 결과로부터 명백한 바와 같이, 탄소강 표면에 La(OH)3 또는 Y(CO3)3을 부착시켜 제조한 2종류의 시험편의 부식량을 비교하면, 부식량에 큰 차이는 없지만, 실시예1, 2에 나타낸 탄소강만으로 이루어지는 시험편과 비교하면 부식 속도가 대폭 억제된 것이 확인되었다.
상술한 실시예6과 같이 La의 수산화물 또는 Y의 탄산염을 구조재 표면에 부착형성시킴으로써 큰 부식방지 효과가 얻어지는 것을 실증할 수 있고, 마찬가지로 가압수형 원자력 발전설비의 2차 냉각수계의 구조재 표면에 부착시킨 경우에 있어서도, 구조재의 전면 부식의 억제 효과, 유동가속 부식에 의한 감육억제 효과가 발휘되는 것을 기대할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 고온수계의 부식방지 구조 및 부식방지 방법에 의하면, La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 물질로 이루어지는 부식방지막을 구조재의 표면에 부착시키고 있기 때문에, 구조재의 부식을 효과적으로 방지할 수 있고, 구조재의 접액면으로부터 철 등의 금속 성분의 용출을 대폭 저감할 수 있다. 또한, 상기 부식방지막은, 부착량이 소량이어도 뛰어난 부식방지를 발휘하는 한편, 구조재와의 부착강도가 높으므로, 부식방지 효과를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
1…구조재(탄소강)
2…산화피막(산화물층)
3…부식방지막(La2O3막, Y(OH)3막, La(OH)3막, Y(CO3)3막)
4…냉각수

Claims (9)

  1. 구조재, 및
    고온도의 냉각수를 통수(通水)하는 고온수계를 구성하는 구조재의, 냉각수와 접촉하는 측의 표면에, La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 물질로 이루어지는 부식방지막을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고온도의 냉각수의 온도가, 20℃ 이상 350℃ 이하인 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 La를 함유하는 물질이, La2O3, La(OH)3, La2(CO3)3, La(CH3COO)3 및 La2(C2O4)3에서 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 Y를 함유하는 물질이, Y(OH)3, Y2(CO3)3, Y(CH3COO)3 및 Y2(C2O4)3에서 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구조재가, 탄소강, 구리 합금 및 Ni기(基) 합금에서 선택되는 적어도 1종의 구조재인 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 물질의 부착량이 1μg/cm2 이상 200μg/cm2 이하인 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구조재 표면에 구조재의 산화피막이 형성되고, 이 산화피막의 표면에 상기 부식방지막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 구조.
  8. 고온도의 냉각수를 통수하는 고온수계를 구성하는 구조재의 부식을 방지하는 고온수계의 부식방지 방법에 있어서,
    La 및 Y의 적어도 한쪽을 함유하는 부식방지제를 제조하는 공정과,
    제조한 부식방지제를 상기 구조재의 냉각수와 접촉하는 측의 표면에 부착시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부식방지막을 부착시키기 전에, 구조재의 냉각수와 접촉하는 측의 표면을, 미리 기계가공 처리, 고온수 중에의 침지 처리 및 화학세정 처리 중 어느 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 고온수계의 부식방지 방법.
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