Control of Corrosion and Biofouling in Seawater Pipe

Abstract

In the present-day society, with the emergence of sophisticated technologies, shipbuilding and marine industries have been developed in a rapid and broad manner. This requires that ships and marine structures, such as offshore plants and power plants have not only high value, but also a long life-expectancy. In the case of the marine infrastructures including vessels, their system should be obligatorily cooled to navigate vessels and operate facilities in order to avoid system being overheated. Therefore, most facilities have used seawater as coolant. However, along with the advantages of using seawater as coolant, such as cost-efficiency and resource abundance, there are also disadvantages, including corrosion and biofouling. Thus, in the field of vessels and energy plants, a disaster-defined as the inability to navigate, stop of generating power, and malfunction of plant facility-could occur either due to poor cooling or pitting caused by corrosion.

Nevertheless, what aggravates the situation is that an effective and efficient technique that would enable control of corrosion and biofouling in seawater pipes is still lacking. Among relevant pipeline corrosion protection technologies, there is the method that is the inner surface coating of the pipe. However, the shortcoming of this method is that it is no longer effective when the coated surface is cracked. In addition, in thermal power and nuclear plants, a widely used technique that enables restricting the growth of marine organisms is electrochlorination. However, the limitation of this technique is that it is manually operated and adjusted by non-experts. Depending on the amount of current, marine organisms would evolve too much in the pipe or HClO produced by electrochlorination devastates ecosystem. In this context, it is obvious that a thorough investigation of effective ways to control corrosion and biofouling in seawater pipes is urgently needed.

In the present study, cathodic protection and electrochlorination were experimentally tested for their effectiveness in the control of corrosion and biofouling.

As a result of the cathodic protection in the pipes, when inspecting the surface of specimen and pipe, we observed that the studied specimens were properly protected. Furthermore, as shown by the results of measuring hypochlorous acid produced by electrochlorination, the lower cathodic protection potential was maintained, the higher increase of the HClO concentration was observed. In addition, when adjusting additional current in the electrochlorination facilitiy, we were also able to adjust the total HClO concentration, which could decimate marine organisms. From these results, we observe that the control of corrosion and biofouling would be possible by using cathodic protection and electrochlorination.|최근 기술의 발달로 해양 관련 산업은 급속한 성장을 거듭하고 있다. 이에 따라 선박, 해양플랜트 및 발전소와 같은 설비는 고부가가치화, 장수명화가 요구되고 있다. 이러한 설비들은 운항 및 시스템 가동을 위해서 해수를 냉각수로 사용하고 있기 때문에 배관 내부에 부식문제와 해양생물의 번식에 의한 냉각 불량 문제가 생긴다. 부식과 해양생물의 번식이 냉각계통에 영향을 미치면 결과적으로 선박의 운항 불능, 플랜트 설비의 시스템 중단과 같은 사태가 발생한다. 그럼에도 불구하고, 해수 배관 내면에서의 방식 및 방오 기술과 관련된 연구개발은 미비한 상태이다. 배관 내면의 부식방지 기술에는 코팅하는 방법이 사용되고 있으나, 이는 결함이 생기면 부식이 진행되는 것을 막을 수 없다. 또한 해양생물의 번식 억제 기술로 해수 전해설비를 사용하고 있으나 비전문가에 의해 운용되어 전류량에 따라 해양생물의 번식을 억제하지 못해 냉각관이 막히거나 고농도의 배출수에 의해 배수구 주변 생태계가 파괴되는 문제가 발생하고 있다. 따라서 배관 내면의 부식을 예방함과 동시에 해양생물의 부착을 억제하기 위한 연구개발이 필요한 상황이다.

본 연구에서는 음극 방식과 해수 전해를 배관 내면에 적용하여 배관 내부에서 발생하는 부식을 막고, 동시에 해양생물을 사멸하는 산화제인 차아염소산의 농도를 조절하는 실험을 수행하였다.

배관 내면의 음극 방식 실험결과 청수보다 해수에서, 정지중인 환경보다 유속이 존재하는 환경에서 높은 방식 전류가 공급되었고 탄소강 시험편과 배관의 표면 확인 시, 방식을 시행한 시험편은 표면의 보호가 이루어짐을 확인하였다. 음극방식을 하면서 만들어지는 차아염소산 농도의 측정 결과, 낮은 방식전위를 유지할 수록 방식전류에 의해 생성되는 차아염소산 농도가 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 해수전해설비에서 전류를 추가적으로 제어할 경우 해양생물을 사멸시킬 수 있는 차아염소산 농도범위로 조절이 가능함을 확인하였다.