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계인 독고
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1 활성탄여과용존가스에의한부식고형물질에의한스케일형성양이온연수처리 열사협기술자문위원보일러명장우장균

3 보일러용수최소관리기준 구 최고사용 kg / cm2 10 이하 10~20 20~30 30~50 50~75 75~ ~ ~ ~200 분 압력 Mpa 1 이하 1~2 2~3 3~5 5~ ~10 10~ ~15 15~20 PH 25 7~9 7~9 7~9 8~ ~ ~ ~ ~ ~9.5 급 경도 mgcaco3/l 1 이하 유지류 mg /l 0에가깝게 0에가깝게 0에가깝게 0에가깝게 0에가깝게 0에가깝게 0에가깝게 0에가깝게 0에가깝게 용존산소 mgo/l 낮게유지 0.5 이하 0.1 이하 0.03 이하 이하 0.007이하 0.007이하 이하 이하 수 전철 mgfe/l 낮게유지 이하 0.05 이하 0.03 이하 0.03이하 0.02이하 0.02 이하 전동 mgcu/l 낮게유지 이하 0.03 이하 0.02 이하 0.01 이하 0.01 이하 이하 전기전도율 μ s / cm 낮게유지 이하 0.3이하 PH 25 11~ ~ ~11 9.4~11 9.2~ ~ ~ ~ ~9.5 관 M알카리도 mgcaco3/l 100~ 이하 150이하 P알카리도 mgcaco3/l 80~ 이하 120이하 증발잔유물 mg /l 2500이하 2000이하 700이하 500이하 300이하 100 이하 30이하 20이하 10 이하 전기전도율 μ s / cm 수 염소이온 mgcl/l 이하 80이하 50 이하 10 이하 아황산이온 mgso4/l 10~20 5~10 5~ 시리카 mgslo2/l 이하 20이하 5이하 2이하 0.5 이하 0.3 이하 0.2 이하

4 공장용수공급 System 정호 ( 복류수 ) 오염물유입확인 여과 Sand 여과 Carbon 시상수사용 보일러용수처리 염소주입 급수 Tank 가압 활성탄여과 이온교환 보일러 세정주기관리철저 활성탄여과 M, Filter 지하능력저하시교체암반수 150m 저장Tank 제품용수 Filter 교체 공정에사용

5 물 ( 지하수, 담수, 하천복류수, 상수도 ) { 무기물성분 : 실리카 (Si), 철분 (Fe++), 칼슘 (Ca++), 마그네슘 (Mg++) 등물유기물성분 : 세균. 이물질, 진흙, 탁도, 유지분, 경도성분등 보일러에가장좋은용수는사람이먹는물의기준과는전혀다르게위의무기물, 유기물, 용존가스등이함유되지않은순수가가장좋은용수임 원수 (Raw Water) 의공통적인불순물형태및장애 1. 부유성고형물 (SS)( 총부유성고형물 (TSS) 1) 주성분 : 0.1mm크기, 수중에떠있는유기질또는고체광물질미립자로서슬러지를형성하는물질. 2) 장애 : 슬러지가배관내부에부착하여관로를막으며, 세균등의오염물번식과 2차적인물질인자 (Fe++) 에의한부식이진행함. 3) 처리방법 : Sand 여과, 활성탄여과. 마이크로필터여과등으로처리함

6 활성탄여과처리 관리사항 원수입구 Air Vent 급수중의불순물, 유기물, 부유물질, Fe, Mn, 탁도염소성분등을잡아주고있으나일정주기마다세정 ( 주1회 ) 을하지않으면유기물질등에의하여상층이고착되어처리효율이낮아지며, 년 /1회정도활성탄을 검사하여성능이저하된경우교체하여야함 카본 (2.5~3mm) 활성탄여과기세정방법 모래자갈 마이크 정상운전 1 번 5 번밸브열림, 2번3번4번밸브막힘. 역세작업 1 번 5 번밸브막고 2 번 3 번열어 10 분간역세정세작업 2 번 3 번밸브막고 1 번 4 번열어 5 분간정세 정상운전 4 번막고 5 번밸브열어정상사용 활성탄여과기 여과기상부 Air 밸브열어공기배출

7 배관내부슬러지퇴적및부식 세균번식처 활성탄여과시설관리 주 1 회세정실시 ( 역세, 정세 )

2. 용존가스 ( 부식성 ) 1) 주성분 : 물에의해쉽게용해되는산소 (O 2 ),

8 2. 용존가스 ( 부식성 ) 1) 주성분 : 물에의해쉽게용해되는산소 (O 2 ), 탄산가스 (CO 2 ), 염소가스 (Cl 2 ) 2) 장애 : 배관설비의부식 3) 처리방법 : 탈기및청관제등약품처리 부식진행과정 스케일부착과캐리오버발생은보일러설비를운전하는동안열효율및터빈효율저하등의현상에의하여어느정도감지할수있으나부식은보일러운전중에는발생을감지하기가곤란하기때문에부식의예방에주의하여야한다. 보일러및열사용설비의부식인자는 ph, 용존산소, 탄산가스, 용존염류, 온도, 유속등이며특히저압보일러의경우부식반응에가장큰영향을주는것은 ph 와용존산소임

9 부식인자 부식의형태보일러및열사용설비에발생하는부식의종류는크게일반부식, 알칼리부식, 점식등으로나눌수있으며각특성은다음과같다. 1) 일반부식금속면에일정한양식으로발생되는부식으로서부식생성물의성상과환경조건에따라부식생성물질이발생면에부착하거나부착하지않고흘러지나가면서금속면을노출시키는경우가있다. 이런부식은일반적으로강하게발생하지는않으나부식생성물로인하여 2차부식의원인을제공한다. 2) 알카리부식고온수에서알칼리농도가높아 ph가 12 이상의강알칼리성으로될경우철의산화물을용해하는경향이강하기때문에알칼리부식을발생시키게된다. 이부식은주로보일러내부나과열관, 열사용설비등의내면에발생하게된다. Fe(OH)2 + 2 NaOH Na2FeO2 + 2 H2O Fe + 2 NaOH Na2FeO2 + H2 철수산화물 (Fe(OH)2) 은국부적으로집중된수산화나트륨과반응하여가용성의 Na2FeO2(Sodium Ferrite) 를생성하여알칼리부식이진행됨.

10 대부식PH 변화에따른부식량 ~6 7 8~ 온도 25 기준 ,650 상4, , ,000 HCl ppm NaOH ppm 3) 점식 ( 용존산소 ) 국부적으로깊이발생하는부식으로일정범위에약간만발생하더라도부식이깊어지기때문에기계적강도를직접저하시킬위험성이큰부식이다. 보일러재질인강재의표면에는보일러수와반응하여수산화제1철의얇은피막이형성된다.

11 보호피막이형성이되어도물속에용존산소가존재하게될경우수산화제1철의보호피막이파괴되어다공질인적정수산화제2철을생성하여부식을진행시킨다. 즉, 물이전해액이되고한정된면적의강면이양극, 양극주변의강면이음극으로되어서국부전지가구성된다. 여기서강면으로부터철의용출이양극에서집중적으로발생하게되며, 용존산소가존재하게되면국부전지가계속유지되어심하면응력균열이나구멍이발생하기도한다이런점식은강면의상태, 강면에접촉하는물의성상, 강면에서발생되는응력의 유무등여러조건과 결부되어발생하지만용존산소에의한영향이크기때문에 용존산소제거를위한탈기또는약품처리를해야한다. Fe + H2O + ½ O2 Fe(OH)2 Fe(OH)2 + ½ H2O + ¼ O2 Fe(OH)3 또는 Fe2O3 위반응은온도가높을수록촉진되어다공질인적정수산화제 2 철을생성해서부식을더빨리진행시킨다

12 보호피막 음극 Fe2 Fe2 음극 보호피막 2e Fe 양극 2e Fe 수산화제 1 철의보호피막이파괴되어되는과정 강철표면으로부터철의용출이양극에서집중적으로발생하게되며, 용존산소가존재하게되면국부전지가계속유지되어심하면응력균열이나구멍이발생하기도한다 보호피막 음극 Fe3O4 녹외부에있는물의용존산소높음 음극 보호피막 2e Fe2 양극 2e Fe2 제 1 철의보호피막이파괴되어형성된국부전지 수산화제 2 철의생성되면서국부전지유지 산소농담전지에의한국부전지의구성

13 부식율4 2 4) Steam 복수계부식 ( 탄산가스 ) 급 복수계통의부식인자중하나인탄산가스 (CO2) 는급수중의 M-알칼리성분이보일러내에서열분해하여발생되며이렇게발생된탄산가스는증기와함께이동하여응축시다시물속에녹아들어와탄산 (H2CO3) 을형성하여 ph를저하시키며, 응축수에녹아들어온탄산은강재에작용하여철을부식또는용해시킨다. 2 HCO-3 + 열 CO-23 + CO2 + H2O CO-23 + H2O + 열 2 OH- + CO2 CO3 + H2O H2CO3 Fe + 2 H2CO3 Fe(HCO3)2 + H2 4 Fe(HCO3)2 + O2 2 Fe2O3 + 8 CO2 + 4 H2O CO3 HCl 탄산가스에의한부식속도상태변화 PH 복수계내에용존산소가존재하면철산화물과함께다시탄산가스가발생하게되어부식이가속화된다

14 PH 의변화 열사용설비 PH 6 ~6.5 보일러 Header PH11.4 이상연속 Blower T 응축수회수 PH 6.9 ~7 PH 6 ~5.5 원수 Press Filter 활성탄여과 급수 Tank 80 Pump PH 6.4~6.6 보일러에서증발된 Steam 이열사용설비를거쳐응축되면서 PH 가낮아짐

15 부식방지대책방안 1. 용존산소제거 1) 물리적제거탈기기를설치하여급수중의용존산소를제거하는방법으로진공식및가열방법으로제거한다. 그러나탈기기가설치되어있어도급수중의용존산소를완벽하게제거하기어렵기때문에별도의화학적처리를병행해야한다 2) 화학적처리용존산소제거를위한약품을일반적으로탈산소제라고하며탈산소제로사용되는약품은다음과같다. 일반공업용일경우 N2H4(Hydrazine) or Na2SO3( 아황산소다 ) N2H4 + O2 N2 + 2 H2O 2Na2SO3 + O2 2 Na2SO4

16 2. 탄산가스제거 1) 기계적처리 탈알카리연화및순수처리에의하여 M- 알카리제거 --> 음이온처리 2) 화학적처리탄산가스는급수중의 M-알칼리성분이고온고압의보일러내에서열분해하여발생되는바, 급수중의 M-알칼리성분을제거하기위한물리적방법으로탈알칼리 ( 음이온처리 ) 연화장치나순수장치등이있으며화학적처리로는휘발성 PH 조정제로탄산가스를중화하는방법과피막성아민에의한복수계통의부식을방지하는방법이있다. 탄산가스를제거하는휘발성 ph 조정제의대표적인것은아민류가사용되며탄산가스와함께증기중으로휘발하여응축수중에녹아있는탄산을중화시킨다. H2CO3+R-NH2 R-NH+3-+HCO -3 H2O+R-NH2 R-NH+3+OH CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 응축수계 피막성아민 금속 (Metal)

17 3. 용존고형물 (DS)( 총용존고형물 (TDS) 용존고형물 (DS) : 수중에녹아있는칼슘과마그네슘의탄산화물과황산화물, 시리카이온등의고형물질로서주로스케일형성하는물질. TDS는물의전기전도도값에기초를둔다. 순수한물은실제로전도도값이 0이된다전열면의열전도율저하로보일러효율감소수수* 연강의전도율 : 40 ~ 60 Kcal/m h 관관총용존고형물스케일 * 실리카염주성분의스케일 : 0.2 ~ 0.4 Kcal/m h (TDS) TDS란물속에녹아있는광물, 염, 금속, 양이온혹은음이온등을말한다. 순수한물이외의모든물질, 예를들면부유물질도포함이된다. 일반적으로 TDS는물속에녹아있는양이온과음이온의합을나타낸다. * 탄산염주성분의스케일 : 0.4 ~ 0.6 Kcal/m h * 황산염주성분의스케일 : 0.5 ~ 2.0 Kcal/m h 국부과열로팽출, 파열현상발생 * 반응식 ) Ca(HCO 3 ) 열 > CaCO 3 + H 2 O + CO 2 MgCl 2 + H 2 O 열 > Mg(OH) 2 + 2HCl SiO 2 + Ca 열 > CaSiO 3 ( 규산칼슘 )

( 보일러관수 석출 석출농도 온도가상승할수록용존고형물의용해도가감소하여석출되어전열면에부착 ) 0 이온상태 온도 용존농도 스케일 :

18 보일러에스케일생성과정 1) 스케일형성 : 보일러관수중의용존 농도 ( mg l) CaCO3 용해도 고형물로부터생성되어전열면에부착 보일러수농도 해서굳어지는것으로주로 Ca, Mg, SiO 2 에의해형성된다.( 보일러관수 석출 석출농도 온도가상승할수록용존고형물의용해도가감소하여석출되어전열면에부착 ) 0 이온상태 온도 용존농도 스케일 : 열전도를방해하므로에너지손실 악성스케일 ( 수처리불량 ) 2) 장애 : 스케일이형성되어보일러전열면이과열되어폭발의위험이있으며연소열전도를방해하여에너지손실이됨 3) 처리방법 : 양이온, 음이온순수처리 ( 처리비용이많이발생 )

19 월별증발배수감소확인 세관작업후변화 세관작업시점 9 월 10 월 11 월 12 월 1 월 2 월 3 월 4 월 5 월 6 월 7 월 10 톤 20 톤 25 톤 증발배수 : 연료 1 m3당증발량kg

20 일러세관작업 분해검사스케일분석탈청및방청 수세작업폐수위탁처리연소실청소 부속장치보전부속장치조립검사및시운전

21 에너지손실량계산 세관후증발배수 : 세관전증발배수 : 효율저하 = x 100 = 4.04% / 2 = 2.02 % 손실 1mm 의스케일이형성될경우 약 6 천만원의연료손실 (2005 년기준 ) 스케일이전혀없음 ( 남양보일러의수관 ) B 사수관보일러 ( 압력 :14 bar, 2001 년설치 ) L 사수관보일러 ( 압력 : 8 bar, 1999 년설치 ) 스케일두께 (mm) 연료손실 (%)

22 양이온연수처리 a++ Mg++ a++ acl 재생 NaCl NaCl 배수 R- Na R- Na 양이온수지 Sand Ca+Ca+ Na+Na+ Ca+ Na+ Ca+Na+ Na+Na+ Ca+ Na+ Ca+Ca+ Na+Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Ca+ Ca+ Ca+ Na+ Na+ Na+ Na+ Ca+Ca+ Ca+Ca+ Ca+ Ca+ Na+Na+ Ca+ Na+Na+ Na+ Na+ Na+ Ca+Ca+ Na+Na+ Ca+Ca+ Ca+ Ca+Ca+ Na+Na+ Na+ Na+Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+Ca+Ca+Ca+ Na+Na+Na+Na+ Ca² + 2CL Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+ Na+ Ca+Ca+ Na+Na+ Ca+ Na+ 2Na + Ca²+ + 2HCO3 R R Ca++, Mg++ Na+ Na+ Na+ Na+ 2Na Ca++, Mg++ Ca++ Ca++ Mg++ Ca++ 경수 연수 ( 단물 ) 연수 -> 보일러 Ca++, Mg++ 관리사항 Ca + 2Na + 2HCO3 이온교환수지는지름 1mm정도의작은입자로서외부표면에양이온성분인나트륨 (Na+) 이 20~30개정도부착되어있어 Ca+,Mg+ 이온이통과시 20~30개정도를자기자리에잡아두고나트륨은빠져나간다 수지재생이온교환수지 1개당제거할수있는 량이한정되어있어일정사용후 Nacl ( 소금 ) 을물에녹여통과시키면음이온 인 Cl- 과 Ca++, Mg++ 은결합하여떨어져 나가고그자리에 Na+ 가붙어계속반복 연수를만든다 이온교환 (NaCL)2 재생 R R Ca + 2Na + 2CL R- R- Na Na + Ca² + 2CL

23 연화장치유지관리 연화장치관리는수지재생 Cycle 주기를정확하게결정하여재생하여야하며재생주기는이론적인계산으로 정할수있으나경도를측정하여주기를설정하는게효과적이다. 수지재생불량시체크사항재생Cycle불규칙으로성능저하. 수지용량부족 ( 깨져서빠져나감통상년10% 정도보충해야함 ) 활성탄여과불량으로 Fe또는유지분, 시리카등에의한코팅 NaCl용해수불량 (10~15%NaCl) 5~6년마다수지교체 ( 수지재생Cycle첵크 ) 수지량계산 수지량 l =[{ 원수경도 (mg/l) x 처리량 ( m3 / Cycle) x 1( m3 /hr)}/ 관류교환용량 (53)]x 안전율 (1.25) 처리량계산 처리량m3 /Cycle { 수지량 (l) x 관류용량 (53)}/{ 원수총경도 ( mg /l) x 안전율 (1.25)}

24 재생제사용량확인 연화 R- R- Na Na + Ca²+ + 2HCO3 R R Ca + 2Na + 2HCO3 (NaCL)2 재생 R R Ca + 2Na + 2CL R- R- Na Na + Ca² + 2CL 수지재생용소금은천일염보다정재염이좋으며이온교환수지는위와같이반응함으로 소금량계산방법은?

25 재생제사용량확인

26 재생제사용량확인

자체수질분석관리 Ca 경도측정방법시료 50ml를 플라스크에취하고수산화칼륨용액 4ml를가하여

1g을가하여잘흔든다음 EDTA표준액으로적정함적자색------> 청색변환점 보일러관수 처리가잘됨

시료량ml * Ca 경도 5 ppm 이하가되어야한다 기본적인수질분석은관리자가직접해야한다 경향변화 1.

27 자체수질분석관리 Ca 경도측정방법시료 50ml를 플라스크에취하고수산화칼륨용액 4ml를가하여 3~4분경과후시안화칼륨용액 (10%) 을 0.3ml, 염산히드록신아민용액 0.3ml를가한후칼슘지시약 0.1g을가하여잘흔든다음 EDTA표준액으로적정함적자색------> 청색변환점 보일러관수 처리가잘됨 보일러관수 적정치 x 1000 Ca 경도 : x 1 = ppm 시료량ml * Ca 경도 5 ppm 이하가되어야한다 기본적인수질분석은관리자가직접해야한다 경향변화 1. PH PH 측정기, 리머스트페퍼 2. 전기전도도 전도도테스터기 3. Ca 경도또는총경도 플라스크, 피펫, 휠러및시약 처리가잘못됨

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<C1A4C3A5BAB8B0EDBCAD2E687770> Korea Environment Institute 공업용수 Chelate Resin Exchanger 생산공장 Micro Filter