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Sour 오일 및 가스 현장에서 재질을 선택하는 4가지 방법

스웨즈락 오일 및 가스에 따른 재질 선택

Sour 오일 및 가스 현장에서 재질을 선택하는 4가지 방법

피팅 프로덕트 매니저, Natalie Hagan

오일 및 가스 생산자들이 세계적인 에너지 수요에 부응하고 수입원을 넓혀나감에 따라, 해양에서 더 멀고 깊으며 특수한 곳에 매장된 자원을 활용하려는 움직임이 활발해지고 있습니다. Sour 가스 혹은 기타 심각한 시스템 고장으로 인해 누설이 발생하면 비용적 손실을 야기할 수 있습니다. Sour 산업의 공정 유체는 부식성, 가연성, 유독성의 성질을 가진 황화수소(H2S)를 함유하고 있습니다. 이런 부식성의 성질을 합금이 견디지 못할 수 있고, 고강도의 탄소강(carbon steel)과 저 합금강(low-alloy steel)에서 황화물 응력 균열(SSC: sulfide stress cracking)이 발생할 수 있습니다. 황화물 응력 균열로 인해 일반적으로 연성인 금속 합금 재질에서 재료가 깨지거나 및 갑작스러운 고장이 발생할 수 있습니다.

스웨즈락의 재질 선택 가이드에서 황화물 응력 균열 자세히 알아보기

오일 및 가스 산업이 황화수소(H2S)를 함유한 매장 자원을 더 많이 활용함에 따라, 재질이 극한의 조건을 견딜 수 있도록 반드시 NACE 규격을 잘 이해해야 합니다. Sour 가스 애플리케이션에서 합금을 선택할 때 따라야 할 규격 중 하나는 MR0175/ISO 15156입니다. 업스트림(upstream) Sour 가스 애플리케이션에서 사용하는 재질의 요건과 환경 제약이 표로 나타나 있습니다.

이 요건을 이해하고 현재 선택 가능한 재질 옵션이 무엇인지 알게 되면, 가장 일반적인 Sour 유전을 포함하여 다양한 부식 유형을 제어할 수 있을 것입니다. 더 안전하고 효율적으로 유체 시스템 부품을 선택할 수 있도록, Sour 가스 애플리케이션의 재질을 선택할 때 일반적으로 갖는 4가지 질문에 대한 답을 다음과 같이 정리하였습니다.

질문 #1: 어떤 재질이 Sour 가스 애플리케이션에 적합합니까?

NACE MR0175/ISO 15156 규격은 316 스텐레스강, 6 Moly alloys, 2507, 825, 625, C-276 및 Alloy 400을 포함하여 오일 및 가스 생산의 Sour한 환경에 적합한 재질을 명시합니다. 이런 재질에는 이 규격에 나열된 특정 애플리케이션 및 환경 제약이 존재합니다.

염화 이온으로 인한 황화물 응력 균열의 영향을 절대 받지 않는 스텐레스강은 없습니다. 316 스텐레스강으로 제작된 튜브 피팅을 선택하는 경우, ASTM의 최소 요건인 니켈 10%와 크롬 16%보다 더 많은 니켈과 크롬을 함유하였는지 확인해야 합니다. 최소한의 니켈과 크롬이 함유된 316/316L 스텐레스강 규격품을 사용하여 제조한 튜브 피팅은 염화물로 인한 응력 균열에 더 민감한 것으로 나타났습니다. 니켈 함유량이 많을수록 전반적인 내식성 및 마텐자이트(martensite) 형성에 대한 오스테나이트(austenite) 안정성이 향상되며 수소 취성에 대한 저항성이 높아집니다. 재질에 마텐자이트 함유량이 많은 경우, 수소 취성으로 인해 재질은 잘 부서지고 쉽게 금이 갈 것입니다. 크롬 함유량이 많을수록 피팅 부식에 더 높은 저항성을 갖습니다.

부식을 제어하려면 현재 선택 가능한 재질이 무엇인지 이해해야 합니다.

질문 #2: 올바른 재질을 선택하면 어떤 잠재적인 위험이나 손상을 줄일 수 있습니까?

Sour 가스 애플리케이션에서 올바른 재질을 사용한다면 실제 및 잠재적인 황화물 응력 균열을 줄일 수 있습니다. 재질이 부식되면 재질 열화가 잠재적으로 갑작스런 고장을 일으켜 환경과 인력, 안전에 영향을 미치고 예상치 못한 생산비를 야기할 수 있습니다. 이런 위험성 때문에 제품이 사용될 환경 조건에 기반한 NACE 충족 규격 및 사양을 반드시 이해해야 합니다.

질문 #3: 최적의 내식성 재질을 선택할 때 고려해야 할 주요 요인은 무엇입니까?

작동 조건(운전 개시 및 중지)에 의한 부식 위험과 이런 위험에 대한 예비 재질의 부식 저항성, 유지보수 및 수리의 접근성을 고려해야 합니다. 더불어 애플리케이션의 압력, 온도, 염화물 농도, pH, H2S 분압을 알면 재질 선택에 도움이 될 것입니다. 또한, 올바른 재료과학 교육을 통해 압력, 온도 등급, 부식 위험, 규격 충족에 기반하여 최적의 재질을 선택하는 방법을 배울 수 있습니다.

질문 #4: 인증된 NACE 재질이 어떻게 작업의 안전과 성능을 개선할 수 있습니까?

재질 열화는 부품의 조기 고장을 일으켜 인원과 장비에 해를 가할 수 있고, 제품이 오염돼 생산비 손실 및 높은 유지보수 비용을 초래할 수 있습니다. 애플리케이션 환경 및 공정 조건에 따른 올바른 재질을 선택해야 자산의 수명을 연장하고, 성능 안전을 강화하며, 시스템을 개선할 수 있습니다. 그러나 충족하지 않는 재질을 사용하면 향후 애플리케이션을 다시 설치해야 할 수 있으므로, 처음부터 규격에 충족하는 재질을 사용하면 좋습니다.

NACE 요건의 개요

오일 및 가스 산업에서 Sour 가스 매장량을 지속적으로 활용하는 상황에서 재질의 신뢰성이 주요 요소가 되었습니다. 밸브, 피팅, 계장(instrumentation)과 같은 부식에 민감한 장비의 재질을 특히 주의하여 선택해야 합니다. NACE MR0175/ISO 15156 권장 사항을 따르고 합금 제한에 관해 명확히 이해하는 것이 Sour 가스 환경에 필요한 안전하고 수명이 긴 장비를 확보하는 길입니다.

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