외부전원식 음극방식을 이용한 해수 배관 내면의 방식 효과에 관한 실험적 연구

Abstract

An experimental study on the effect of the inner surface of seawater pipe using impressed current cathodic protection

Lee, Du Hyeong

Department of Marine System Engineering

Graduate School of Korea Maritime and Ocean University

Abstract

In these days with the development of science and technology, shipbuilding and marine industries are growing rapidly. Ships, offshore plants, and nuclear power plants use seawater as cooling water for operation. However, there are two problems of using seawater as cooling water, corrosion of cooling water pipes and inhabitation of marine organism. Many problems and accidents have been reported related to the attachment of marine organism and corrosion of the inner surface of cooling water pipes of ships and offshore structures. In recent years, the inside of the seawater pipe is treated with polyethylene. But the price is expensive so that it is not yet commercialized on a general ship.

The inner surface of the seawater pipe is subjected to rapid scale deposition and corrosion. The corrosion caused seawater leaking from each part of the pipe. Without anti corrosion technique are applied for the sea water pipe, continuous repairs and exchanges are necessary. Therefore, it is necessary to prevent the corrosion of the inner surface of the pipe and to control the adhesion of the marine organism by an environmentally friendly method.

This study investigated the corrosion in sea water environment and conducted electrochemical polarization experiment to analyze corrosion characteristics according to environment. And also investigate the optimal conditions for the internal piping system by applying the impressed current cathodic protection to the inside of the piping.

The results of these experiments obtained were as follows;

1. As a result of the anodic polarization test, the protection current was increased by salinity, flow rate and the temperature of the exposure environment increased. And the optimum protection potential measured from -1200 to –1400 mV/SSCE.

2. As a result of the using the rod-type anode, it was confirmed that as the protection current increases, the reaching distance of the protection current increases and the protection potential decreases. In case of Ribbon-type anode, it was confirmed that the protection current reaches only the section where the anode is installed.

3. When different metals such as copper alloy or STS304 are connected, a galvanic current is generated and galvanic corrosion occurs. However, galvanic corrosion could be prevented by setting the protection potential below –900 mV/SSCE of ICCP. In order to protect the inner surface of the sea water pipe, the potentiostatic method rather than the galvanostatic method is suitable, and it is effective to adjust the potential to –1200 mV/SSCE.

4. It is considered that further experiments are required for optimum conditions depending on the environment, because the protection conditions vary depending on the diameter, shape, and flow rate of the pipe.

|외부전원식 음극방식을 이용한 해수 배관 내면의

방식 효과에 관한 실험적 연구

이두형

한국해양대학교 대학원 기관시스템공학부

초록

최근 과학과 기술의 발달로 조선 및 해양 관련 산업은 급속한 성장을 거듭하고 있다. 이에 따라 선박, 해양구조물을 포함한 해양 관련 시설물 등은 점점 대형화, 고부가가치화 되고 있을 뿐만 아니라 장 수명화가 요구되고 있다. 선박, 해양플랜트, 원자력 발전소 등의 설비는 운항 및 가동을 하기 위해 해수를 냉각수로 사용하고 있다. 바다라는 무한한 자원을 냉각수로 활용함에 있어 냉각수 배관의 부식과 해양생물의 서식이라는 두 가지 문제점이 동반된다. 선박 및 해양 구조물에서 냉각수 배관 내면의 부식 및 해양 생성물의 부착과 관련되어 많은 문제점 및 사고들이 보고되고 있다. 최근에는 해수배관 내부를 폴리에틸렌(polyethylene)으로 표면처리를 하는 경우도 있지만, 치수가 커지고 가격이 고가이므로 일반 선박에서는 아직 상용화되지 못하고 있는 것이 현실이다.

해수 배관의 내면은 스케일(scale)의 침착과 부식이 급격히 진행된다. 부식으로 인하여 파이프의 각 부에서 해수가 누수 되기도 한다. 선박 내 해수 배관의 근본적인 방식조치를 취하지 않는 이상, 이러한 배관의 부식파공 문제는 반복적으로 발생하게 된다. 따라서 배관 내면의 부식을 예방함과 동시에 친환경적인 방법으로 해양 생성물의 부착을 억제하기 위한 연구개발이 필요한 상황이다.

본 연구에서는 해수 환경에서 배관 금속의 부식 및 방식특성을 확인하기 위하여, 부식 환경에 따른 전기화학적 분극 실험을 수행하였다. 또한 외부전원식 음극방식 방법을 배관 내면에 적용하여 배관 내부의 방식을 위한 최적의 조건에 대하여 고찰하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

1. 양극분극실험결과 청수보다는 해수환경에서 부식전류밀도가 100배이상 높게 증가되었고, 유속이 빠를수록 부식전위가 높아지는 경향을 확인할 수 있었다. 음극분극실험결과 청수보다 해수환경에서 부식전위가 약 100 mV 낮았으며, 음극전류밀도가 100배이상 높게 측정되었다. 또한 유속이 빠를수록 전류밀도가 약 3배 이상 높게 측정되었다. 용존산소에의한 한계확산전류밀도에 해당하는 최적 방식전위구간은 -1200 ~ -1400 mV로 측정되었다.

2. 정전류음극분극실험결과 공급전류량이 증가할수록 방식전위가 낮아지는 경향을 확인하였고, 최적방식전위구간까지 방식하기 위해서는 약 2~5 mA/cm2 의 전류밀도가 필요한 것을 확인하였다. 또한 유속이 증가 할 경우 방식전위가 높아지는 것을 확인할수 있었다. 정전위음극분극실험결과 염도 및 유속이 증가할수록, 노출환경의 온도가 높아질수록 방식전류가 증가하였다.

3. Rod-type 양극에 의해 방식한 결과 방식전류가 증가할수록 방식전류의 도달거리가 증가하고, 방식전위가 낮아지는 경향을 확인할 수 있었다. Ribbon-type 양극의 경우에도 양극이 설치된 구간까지만 방식 전류가 도달되는 것을 확인 할 수 있었다.

4. 동(Copper alloy) 및 스테인리스 스틸(STS304) 등 이종금속이 연결된 경우에는 갈바닉전류가 발생하여 활성금속에서 부식이 촉진되는 갈바닉부식이 발생하였다. 그러나 –900mV/SSCE 이하로 방식함으로써 갈바닉부식 문제를 해결할 수 있었다. 해수 배관을 방식하기 위해서는 정전류 방식보다는 정전위 방식 방법이 적합하며, 방식전위를 –1200mV/SSCE 이하로 조절하는 것이 방식에 효과적이다.

5. 해수 배관 내면을 방식하는 경우에는 배관의 직경, 형상, 유속 등에 따라 방식 조건이 달라지기 때문에, 각 환경에 따라 최적의 방식 조건을 위한 추가 실험이 필요하다고 사료된다.