부식이 무엇이며 그 원인은 무엇입니까?

BETH NIESER:
안녕하세요. Ask Swagelok에 오신 여러분들을 환영합니다. 저는 Beth Nieser이며, 오늘은 Swagelok 선임 금속공학 과학자인 Buddy Damm이 함께 자리했습니다. 오늘은 해양 오일 및 가스 애플리케이션의 부식에 대해 이야기하고자 합니다.

Buddy씨, 부식이 무엇인지와 그 원인을 설명해주실 수 있겠습니까?

BUDDY DAMM:
부식은 금속에서 전자가 빠져나오고, 금속 자체가 화학적으로 반응하는 전기화학 반응이라는 현상의 결과로 발생합니다. 부식 과학자들은 이를 두 가지 다른 반쪽 반응(half cell reaction)이라는 용어로 설명합니다. 금속이 환경, 즉 부식성 환경으로 인해 전자를 일부 상실하는 것을 산화(oxidation)라고 부릅니다. 그다음, 이 전자들이 금속을 통해 근처의 일부 국소 환경으로 이동하며 환원 반응이라고 부르는 반응을 합니다. 그리고, 이 두 가지의 조합을 산화환원 반응(reduction oxidation reaction, 줄여서 redox)이라고 부릅니다.

부식의 최종 결과는 금속이 소모되는 것입니다.

BETH NIESER:
금속이 소모되는 것이군요.

BUDDY DAMM:
그에 따라, 금속이 감육(thinning)되어 압력 밀폐 기능이 상실되거나, 공식 또는 균열 또는 틈새 부식이 발생할 수 있으며, 이는 모두 기계적 성능 저하로 이어질 수 있는 손상입니다.

BETH NIESER:
그러면, 해양 플랫폼 환경에서 흔히 발생하는 부식 문제가 무엇인지 설명해주실 수 있겠습니까?

BUDDY DAMM:
해양 환경에서는 부식의 종류를 분류할 수 있습니다. 부식을 두 가지 다른 종류로 구분하는 것이 편리합니다. 외인성 부식(Externally Influenced Corrosion)과 내인성 부식(Internally Influenced Corrosion)이 있습니다.

외인성 부식은 부품이 해양 환경에 있기 때문에 발생합니다. 즉, 바닷물과 바다 비말(sea spray)이 있기 때문입니다. 또한, 플랫폼 위의 실제 생산 공정에 사용되는 부식성일 수 있는 성분과 화합물도 있습니다. 이 환경에서는 습윤 사이클과 건조 사이클이 있을 수 있습니다. 따라서, 어떤 성분이 젖으면 상대적으로 희석될 수 있습니다. 그다음, 수분이 증발해서 날아가면 액체 내 부식성 성분과 화합물 또는 이온의 농도가 진해지고, 환경이 더욱 가혹해집니다.

일어날 수 있는 다른 두어 가지 현상으로는, 서로 마찰되는 두 부품이 있고 마찰되는 부분에서 마모가 생길 때 일어나는 프레팅 부식(fretting corrosion)이 있습니다. 하지만, 부식성 환경이 이 프로세스를 가속합니다.

그다음으로, 플랫폼 자체의 진동 또는 동요로 인해 부품에 주기 하중이 발생할 수 있으며, 주기 하중은 피로(fatigue)로 이어집니다. 또한, 부식성 환경이라면 부식으로 인해 피로가 가속될 수 있으며, 이를 부식 보조 피로(corrosion-assisted fatigue)라고 부릅니다.

BETH NIESER:
그렇군요. 그다음에는 내인성 부식이 있습니다.

BUDDY DAMM:
내부적으로, 유정에서는 탄화수소를 지면 밖으로 끌어올립니다. 유정에는 서로 다를 수 있는 매우 광범위한 화학적 화합물이 존재할 수 있습니다. 또한, 화합물에 황화 수소 또는 이산화 탄소가 있을 경우, 강산성을 띨 수 있습니다. 유정이 깊을수록 온도와 압력도 높아지며, 더 부식성 높은 환경이 됩니다. 유정에서는 깊은 지층으로부터 원료를 끌어올리므로, 압력을 밀폐해야 합니다. 따라서, 이 복잡한 환경에서 압력 밀폐로 인한 응력의 조합은 환경 보조 균열을 일으킵니다.

BETH NIESER:
아, 알겠습니다. 지금까지 자세히 설명해주셔서 감사합니다. Ask Swagelok과 함께해주신 여러분께도 감사드립니다.