공식(Pitting corrosion) 및 틈새 부식(Crevice corrosion)의 차이점

공식(Pitting corrosion) 및 틈새 부식(Crevice corrosion)의 차이점

부식, 즉 환경과 화학적인 상호 작용에 의한 엔지니어링 재질의 열화 현상을 처리하는 비용은 매우 많이 소요됩니다. 특히, 미확인된 튜빙 시스템의 부식으로 근해 및 외해 애플리케이션에서 발생하는 처리 비용은 매년 수십억 달러에 달합니다. 따라서 너무 늦기 전에 점검해야할 부분을 파악하고 예방 조치를 취함으로써 부식 가능성을 최소화해야 합니다.

대부분의 금속은 환경의 영향을 받아 부식이 발생합니다. 오일 및 가스가 사용되는 환경(특히, 외해)에서 부식을 방지하려면 몇 가지 단계의 조치를 취해야 합니다. 그리고 적절한 조치를 취하기 위해서는 부식의 유형과 원인을 잘 이해하는 것이 필요합니다. 부식이 어디에서 발생하는지 알고 있는 것만으로도 오일 굴착 및 정제 과정에서 위험을 최소화할 수 있고, 이는 곧 상당한 시간과 비용의 절감과 직결됩니다.

근해와 외해(offshore and nearshore) 환경에 적합한 재질은 스웨즈락 재질 선택 가이드(Swagelok's Material Selection Guide)에서 확인하실 수 있으며, 이를 통해 부식 관리 대책을 마련하시기 바랍니다. 

재질 선택 가이드 보기

부식 발생 이해

금속 원자가 유체에 의해 산화될 때 부식이 발생하며, 이 때 금속 표면의 재질이 손실됩니다. 재질의 손실이란, 일반 부식의 영향을 받는 탄소강 및 저합금강으로 만들어진 부품의 벽두께가 감소하는 것을 의미하며, 이로 인해 기계적인 강도가 약해집니다.

금속 튜빙 시스템(Metal tubing systems)은 분석 및 공정 계장, 유압 라인, 제어 및 유틸리티용으로 가장 흔히 사용됩니다. 오일 및 가스 환경에서 사용되는 많은 가공 금속(Engineered metals)은 크롬 함유 비율이 10%를 초과하는 스텐레스강으로 만들어집니다. 크롬은 금속의 부식을 방지하는 산화막(oxide layer)을 형성하는데 유용합니다. 환경 조건으로 인해 스텐레스강의 산화막이 손상될 때, 우리는 이를 스텐레스강이 부식한다고 말합니다. 

대부분의 금속은 특정한 환경에서 부식됩니다. 예컨대, 녹(rust)은 탄소강이 부식되면 일반적으로 생기는 부산물로, 철이 부식되어 산화철이 형성될 때 생깁니다. 이외에도 부식의 유형은 매우 다양합니다. 사용자 환경에 맞춰 최적의 재질을 선택하기 위해서는 부식의 유형별로 적합한 재질이 어떤 것인지 반드시 이해하고 있어야 합니다.

일반적인 부식의 유형

오일 및 가스 시설물에 피해를 주는 부식의 유형에는 여러가지가 있습니다. 이 중 대다수는 금속의 화학적 조성과 환경 조건에 따라 발생합니다. 앞서 서술한 바와 같이, 여기에서는 스텐레스강 부식에서 흔히 확인할 수 있는 2가지 유형, 공식 및 틈색 부식(Pitting and Crevice corrosion)에 대해 다루겠습니다.

공식(Pitting Corrosion)

스텐레스강의 표면을 보호하는 산화막이 손상될 때 공식(Pitting corrosion)이 발생하며, 이 때 금속의 전자(electrons)가 쉽게 손실됩니다.  이러한 전기 화학적 반응에 의해 작은 구멍 즉, “피트(pit)”가 형성되기 시작합니다. 

피트는 대개 육안 검사를 통해 확인할 수 있지만 튜브 벽에 깊은 구멍을 낼 수 있을 정도로 깊어지는 경우도 있습니다. 공식이 발생하면, 인장 하중을 받는 부품(tensile stressed component)에 쉽게 균열(crack)이 생길 수 있습니다. 소금 물방울이 침전되어 생긴 고농축 염화물이 있는 곳(특히, 고온 환경)에서는 공식이 발생하기 쉽습니다. 

금속 튜빙의 공식 여부를 확인할 때, 금속 표면의 구멍(피트) 뿐만 아니라 붉은 갈색 산화철 침전물이 있는지 확인하십시오. 

틈새 부식

공식과 마찬가지로, 스텐레스강의 보호기능을 하는 산화막이 손상되면 틈새 부식이 시작되고, 얕은 깊이의 구멍이 계속 생기게 됩니다. 하지만 틈새 부식(명칭에서 암시되는 바와 같이)은 평탄한 표면보다는 틈새에서 발생합니다.

일반적인 유체 시스템에서 튜빙과 튜브 지지대 또는 클램프 사이, 인접한 튜빙 런(tubing runs) 사이 그리고 표면에 축적되는 오물 및 침전물 아래에 틈새가 존재합니다. 튜빙 설치 시에 틈새를 피하는 것은 현실적으로 어려우며, 촘촘한 틈새는 스텐레스강 성능에 부정적인 영향을 끼칠 수 있습니다. 해수가 틈새 안으로 들어오면 부식을 유발하는 이온(ion)이 틈새 밖으로 쉽게 빠져나갈 수 없게 되면서, 화학적 반응이 일어나기 쉬운 환경이 되고, 이는 곧 틈새 부식을 일으킵니다. 이 경우, 틈새 안쪽 표면은 빠른 속도로 부식될 수 있습니다. 

그리고 설치된 튜빙에서 튜브 클램프를 치워야만, 틈새 부식을 육안으로 확인할 수 있습니다. 또한, 틈새 부식은 공식보다 낮은 온도에서 발생될 수 있다는 점을 유의하시기 바랍니다. 

부식을 예방하는 방법

재질에 대한 기본적인 지식을 갖춘 숙련된 전문가(upskilling workforces)가 있으면 환경 조건과 상관없이 부식을 최소화할 수 있습니다. 

• 재질 선택: 먼저, 튜빙, 튜브 지지대, 클램프 등 튜빙용 재질을 선정을 선정할 때 재질과 환경의 특성을 신중하게 검토해야 합니다. 316 스텐레스강 튜빙은 청결하고 온도가 아주 높지 않은 곳에 적합합니다. 기후가 더운 지역, 특히 소금이 쌓이기 쉬운 장소나 탄소강 구조 보(carbon steel structural beams)와 바닥에서 나온 녹(rust)이 스텐레스강 표면에 쌓이는 곳에서 316 스텐레스 튜빙 부식은 더욱 쉽게 발생합니다. 
  
  이러한 환경에서는 내부식성이 강한 슈퍼오스테나이트(superaustenitic) 또는 슈퍼듀플렉스(superduplex) 스텐레스강 소재의 튜빙이 적합합니다. 슈퍼듀플렉스 스텐레스강은 항복 강도 및 인장 강도가 높아, 최대 허용 사용 압력(MAWP)까지 시스템을 구축할 수 있습니다. 스웨즈락 판매 및 서비스 센터에서는 사용 환경에 적합한 재질을 선정하여 추후 발생할 수 있는 불필요한 비용을 최소화할 수 있도록 최적의 제품 및 재질 선정 지원(guidance selecting the right products and materials) 서비스를 제공합니다.
• 배치 및 설계: 틈새 부식이 생길 수 있는 장소를 최소화할 수 있도록, 부식 예방 대책이 반영된 시스템이 필요합니다. 튜브 시스템에서 틈새를 줄이는 한 가지 방법은 튜빙이 직접 벽을 향하거나 상호간에 마주하지 않도록 배치하는 것입니다. 316 스텐레스강 튜빙에 틈새 부식이 발견되면, 316 튜빙을 부식 저항성이 더 우수한 튜빙으로 교체하는 것을 권장합니다. 또한 가성비 높은 316 튜브 피팅으로 설치하는 것도 가능합니다. 스웨즈락에서는 각종 부식 특성에 대응할 수 있도록 가공된 316 스텐레스강 튜브 피팅을 다양하게 제공합니다.  

부식 및 재질 교육(Corrosion and Materials Science Training)

근본적으로 부식을 방지하기 위해서는 재질에 대한 심화 교육이나 효과적인 부식 모니터링 프로그램을 정기적으로 실행하는 것도 필요합니다. 스웨즈락에서는  재질 교육(materials science training)을 통해 엔지니어나 기술 담당자뿐 아니라, 재질 선정 과정에 연관된 모든 사람들이 유체 시스템에 적합한 최적의 합금 재질을 선정할 수 있도록 지원합니다. 매일 튜빙 시스템으로 작업하는 사람들이 부식에 관한 기본적인 지식(부식의 형태, 발생 지점 및 발생 원인)을 갖추면, 부적합 재질로 인한 결함이나 고장을 예방하여 많은 비용을 절감할 수 있습니다. 재질 교육 프로그램에 대한 상세 내용은 각 지역의 스웨즈락 판매 및 서비스 센터를 통해 확인하실 수 있습니다.

SWAGELOK 재질 교육에 대한 상세 정보