저희는 사용자 경험 향상을 위해 쿠키를 사용합니다. 이 사이트를 계속 탐색하시면 쿠키 사용에 동의하시는 것으로 간주됩니다. 추가 정보.
순수 증기 또는 순수 증기 제약 시스템에는 발생기, 제어 밸브, 분배 파이프 또는 파이프라인, 열역학적 또는 평형 온도 조절 트랩, 압력계, 압력 조절기, 안전 밸브 및 용적식 축압기가 포함됩니다.
이러한 부품의 대부분은 316L 스테인리스강으로 만들어지며 불소수지 개스킷(일반적으로 폴리테트라플루오로에틸렌, 테플론 또는 PTFE라고도 함)과 반금속 또는 기타 탄성 중합체 재료를 포함합니다.
이러한 구성 요소는 사용 중에 부식이나 열화에 취약하며, 이는 최종 청정 증기(CS) 설비의 품질에 영향을 미칩니다. 본 기사에 자세히 설명된 프로젝트에서는 4개의 CS 시스템 사례 연구에서 얻은 스테인리스강 시편을 평가하고, 잠재적인 부식이 공정 및 핵심 엔지니어링 시스템에 미치는 영향을 분석했으며, 응축수 내 미립자 및 금속 함량을 검사했습니다.
부식된 배관 및 배수 시스템 구성 요소 샘플을 배치하여 부식 부산물을 조사합니다. 9 각 특정 사례에 대해 다양한 표면 조건을 평가했습니다. 예를 들어, 표준 블러시 및 부식 효과를 평가했습니다.
참조 시료 표면에서 블러시 침전물의 존재 여부는 육안 검사, 오제 전자 분광법(AES), 화학 분석용 전자 분광법(ESCA), 주사 전자 현미경(SEM) 및 X선 광전자 분광법(XPS)을 사용하여 평가했습니다.
이러한 방법들은 부식 및 침전물의 물리적, 원자적 특성을 밝혀낼 뿐만 아니라, 기술 유체 또는 최종 제품의 특성에 영향을 미치는 주요 요인을 파악할 수 있게 해준다.
스테인리스강의 부식 생성물은 산화철(검은색 또는 회색) 층 위 또는 아래에 카민색 산화철(갈색 또는 빨간색) 층이 형성되는 등 다양한 형태를 취할 수 있습니다.2 하류로 이동하는 능력.
산화철 층(검은색 반점)은 시간이 지남에 따라 두꺼워질 수 있으며, 이는 증기 멸균 후 멸균실 및 장비 또는 용기 표면에 보이는 입자나 침전물에서 알 수 있듯이 침전물이 더욱 두드러지게 나타나는 현상으로, 이동이 발생합니다. 응축수 샘플에 대한 실험실 분석 결과 슬러지가 분산되어 있으며 CS 유체에 용해성 금속이 상당량 함유되어 있음을 보여주었습니다.
이러한 현상에는 여러 가지 이유가 있지만, 일반적으로 CS 발생기가 주요 원인입니다. CS 분배 시스템을 통해 천천히 이동하는 표면의 적철산화물(갈색/붉은색)이나 통풍구 내부의 철산화물(검은색/회색)을 발견하는 것은 드문 일이 아닙니다. 6
CS 배전 시스템은 여러 사용 지점이 있는 분기형 구성으로, 원격 지역 또는 주 헤더와 다양한 분기 서브헤더의 끝단에서 종료됩니다. 이 시스템에는 잠재적인 부식 지점일 수 있는 특정 사용 지점에서 압력/온도 감소를 시작하는 데 도움이 되는 여러 개의 조절기가 포함될 수 있습니다.
부식은 시스템의 여러 지점에 설치되어 깨끗한 증기가 트랩, 하류 배관/배출 배관 또는 응축수 헤더를 통과할 때 응축수와 공기를 제거하는 위생 설계 트랩에서도 발생할 수 있습니다.
대부분의 경우, 역이동은 녹 침전물이 트랩에 쌓여 인접한 파이프라인이나 사용 지점 집진기 쪽으로 자라나 성장하는 현상으로, 트랩이나 기타 구성 요소에 형성된 녹은 발생원 상류에서 관찰되며 하류 및 상류로 지속적으로 이동하는 것을 볼 수 있습니다.
일부 스테인리스강 부품은 델타 페라이트를 포함한 다양한 중간에서 높은 수준의 야금학적 구조를 나타냅니다. 페라이트 결정은 1~5% 정도의 미량으로 존재할지라도 내식성을 저하시키는 것으로 알려져 있습니다.
페라이트는 오스테나이트 결정 구조만큼 부식에 강하지 않기 때문에 우선적으로 부식됩니다. 페라이트는 페라이트 프로브를 사용하면 정확하게, 자석을 사용하면 어느 정도 정확하게 검출할 수 있지만, 상당한 한계가 있습니다.
시스템 설치부터 초기 시운전, 그리고 새로운 CS 발전기 및 배전 배관 가동에 이르기까지 부식을 유발하는 여러 요인이 있습니다.
시간이 지남에 따라 이러한 부식성 물질들은 철과 철의 혼합물과 만나고, 결합하고, 겹치면서 부식 생성물을 만들어낼 수 있습니다. 검은 그을음은 일반적으로 발전기에서 먼저 발견된 후, 발전기 배출 배관에 나타나고 결국에는 CS 배전 시스템 전체로 퍼지게 됩니다.
주사전자현미경(SEM) 분석을 통해 표면 전체를 덮고 있는 결정 및 기타 입자들의 부식 부산물 미세구조를 관찰하였다. 입자들이 존재하는 바탕면은 다양한 등급의 철(그림 1-3)부터 일반적인 시료인 실리카/철, 모래질, 유리질, 균질 침전물(그림 4)까지 다양하였다. 스팀 트랩 벨로우즈도 분석하였다(그림 5-6).
AES(원자력분광법)는 스테인리스강의 표면 화학적 성질을 분석하고 내식성을 진단하는 데 사용되는 분석 방법입니다. 또한 부식으로 인해 표면이 열화됨에 따라 부동태 피막이 손상되고 피막 내 크롬 농도가 감소하는 것을 보여줍니다.
각 시료 표면의 원소 구성을 특성화하기 위해 AES 스캔(깊이에 따른 표면 원소 농도 프로파일)을 사용했습니다.
SEM 분석 및 증강에 사용된 각 부위는 대표적인 영역의 정보를 제공하도록 신중하게 선택되었습니다. 각 연구는 최상층 몇 개의 분자층(층당 약 10옹스트롬[Å]으로 추정)부터 금속 합금의 깊이(200~1000Å)까지의 정보를 제공했습니다.
루즈의 모든 지역에서 상당량의 철(Fe), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 산소(O) 및 탄소(C)가 검출되었습니다. AES 데이터 및 결과는 사례 연구 섹션에 자세히 설명되어 있습니다.
초기 조건에 대한 전반적인 AES 분석 결과는 표면의 Fe 및 O(산화철) 농도가 비정상적으로 높고 Cr 함량이 낮은 시료에서 강한 산화가 발생함을 보여줍니다. 이러한 붉은색 침전물은 제품과 제품과 접촉하는 표면을 오염시킬 수 있는 입자를 방출합니다.
표면의 붉은 기가 제거된 후, "부동태화된" 시료는 부동태 피막이 완전히 복원되었으며, Cr의 농도가 Fe보다 높았고, Cr:Fe 표면 비율은 1.0~2.0 범위였으며, 전체적으로 산화철이 존재하지 않는 것으로 나타났습니다.
XPS/ESCA를 사용하여 다양한 거친 표면을 분석하여 Fe, Cr, 황(S), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 인(P), 질소(N), 산소(O) 및 탄소(C)의 원소 농도와 스펙트럼 산화 상태를 비교했습니다(표 A).
크롬 함량은 부동태화층에 가까운 값부터 기본 합금에서 흔히 발견되는 낮은 값까지 뚜렷한 차이를 보입니다. 표면에서 발견된 철과 크롬의 양은 다양한 두께와 등급의 루즈 침전물을 나타냅니다. XPS 분석 결과, 거친 표면은 세척 및 부동태 처리된 표면에 비해 나트륨, 탄소 또는 칼슘 함량이 증가한 것으로 나타났습니다.
XPS 분석 결과, 철 적색(흑색)에서 높은 수준의 탄소(C)가 검출되었고, 적색에서는 Fe(x)O(y)(산화철)가 검출되었습니다. XPS 데이터는 적색 금속과 모재 금속 모두를 분석하기 때문에 부식 과정 중 표면 변화를 이해하는 데에는 적합하지 않습니다. 결과를 제대로 평가하기 위해서는 더 큰 시료를 사용한 추가적인 XPS 분석이 필요합니다.
이전 연구자들도 XPS 데이터 평가에 어려움을 겪었습니다. 10 제거 과정 중 현장 관찰 결과 탄소 함량이 높으며 일반적으로 처리 과정에서 여과를 통해 제거되는 것으로 나타났습니다. 주름 제거 처리 전후에 촬영한 SEM 미세 사진은 이러한 침전물로 인한 표면 손상, 특히 부식에 직접적인 영향을 미치는 피팅 및 다공성을 보여줍니다.
부동태화 처리 후 XPS 분석 결과, 부동태화막이 재형성되었을 때 표면의 Cr:Fe 함량 비율이 훨씬 높아져 부식 속도 및 표면에 미치는 기타 악영향이 감소한 것으로 나타났습니다.
시편을 분석한 결과, 처리 전 표면과 처리 후 표면 사이의 Cr:Fe 비율이 현저하게 증가한 것을 확인했습니다. 초기 Cr:Fe 비율은 0.6~1.0 범위였으며, 후처리 후 부동태화 처리된 표면의 Cr:Fe 비율은 1.0~2.5 범위였습니다. 전해연마 및 부동태화 처리된 스테인리스강의 Cr:Fe 비율은 1.5~2.5 사이였습니다.
후처리된 시료에서 Cr:Fe 비율의 최대 깊이(AES를 사용하여 측정)는 3~16Å 범위였습니다. 이는 Coleman2 및 Roll9이 발표한 이전 연구 데이터와 잘 일치합니다. 모든 시료의 표면은 표준 수준의 Fe, Ni, O, Cr 및 C를 함유하고 있었습니다. 또한 대부분의 시료에서 낮은 수준의 P, Cl, S, N, Ca 및 Na가 검출되었습니다.
이러한 잔류물은 화학 세척제, 정제수 또는 전해연마에서 흔히 나타나는 것입니다. 추가 분석 결과, 표면과 오스테나이트 결정 자체의 여러 부분에서 실리콘 오염이 발견되었습니다. 오염의 원인은 물/증기의 실리카 함량, 기계적 연마제, 또는 CS 생성 셀의 용해되거나 에칭된 시창 때문인 것으로 보입니다.
CS 시스템에서 발견되는 부식 생성물은 매우 다양한 것으로 알려져 있습니다. 이는 시스템의 다양한 환경 조건과 밸브, 트랩 및 기타 부속품과 같은 다양한 구성 요소의 배치로 인해 부식성 환경과 부식 생성물이 발생할 수 있기 때문입니다.
또한, 시스템에 도입되는 교체 부품들이 제대로 부동태화 처리되지 않은 경우가 많습니다. 부식 생성물은 CS 발생기의 설계와 수질에도 상당한 영향을 받습니다. 발생기 종류에는 리보일러 방식과 튜브형 플래셔 방식이 있습니다. CS 발생기는 일반적으로 최종 스크린을 사용하여 청정 증기에서 수분을 제거하는 반면, 다른 발생기는 배플이나 사이클론을 사용하기도 합니다.
일부 제품은 배관에 거의 단단한 철 녹청을 형성하고 그 위에 붉은 철층을 덮습니다. 칸막이가 있는 블록은 그 아래에 산화철 얼룩이 있는 검은색 철막을 형성하고, 표면 위쪽에는 닦아내기 쉬운 그을음 얼룩 형태의 두 번째 현상을 만들어냅니다.
일반적으로 이러한 철분이 함유된 그을음 같은 침전물은 철을 띤 붉은색 침전물보다 훨씬 더 뚜렷하고 이동성이 더 높습니다. 응축수 속 철의 산화 상태가 높아짐에 따라 배관 하단의 응축수 통로에서 생성되는 슬러지에는 철 슬러지 위에 산화철 슬러지가 형성됩니다.
산화철 얼룩은 응축수 집진기를 통과하여 배수구에서 눈에 띄게 나타나며, 최상층은 표면에서 쉽게 문질러 제거됩니다. 수질은 이러한 얼룩의 화학적 조성에 중요한 역할을 합니다.
탄화수소 함량이 높으면 립스틱에 그을음이 과도하게 발생하고, 실리카 함량이 높으면 립스틱 표면이 매끄럽거나 광택이 나게 됩니다. 앞서 언급했듯이 수위 표시창 또한 부식되기 쉬워 이물질과 실리카가 시스템 내부로 유입될 수 있습니다.
증기 시스템에서 총기류는 두꺼운 막을 형성하여 입자를 생성할 수 있으므로 문제가 될 수 있습니다. 이러한 입자는 증기 표면이나 증기 멸균 장비에 존재합니다. 다음 섹션에서는 약물의 가능한 영향에 대해 설명합니다.
그림 7과 8의 원본 상태 SEM 이미지는 사례 1에서 2등급 카민의 미세 결정 구조를 보여줍니다. 표면에는 미세한 입자의 잔류물 형태로 철 산화물 결정의 조밀한 매트릭스가 형성되어 있습니다. 오염 제거 및 부동태 처리된 표면은 그림 9와 10에서 볼 수 있듯이 부식 손상으로 인해 거칠고 약간 다공성인 표면 질감을 나타냅니다.
그림 11의 NPP 스캔은 표면에 두꺼운 산화철이 형성된 초기 표면 상태를 보여줍니다. 부동태화 및 녹 제거된 표면(그림 12)은 이제 부동태 피막의 Cr(빨간색 선) 함량이 Fe(검은색 선) 함량보다 1.0 Cr:Fe 비율 이상으로 높아졌음을 나타냅니다. 부동태화 및 녹 제거된 표면(그림 12)은 이제 부동태 피막의 Cr(빨간색 선) 함량이 Fe(검은색 선) 함량보다 1.0 Cr:Fe 비율 이상으로 높아졌음을 나타냅니다. Пассивированная и обесточенная поверхность (рис. 12) указывает на то, что пассивная пленка теперь имеет повышенное содержание Cr(красная линия) по сравненив с Fe(черная линия) при соотношении Cr:Fe > 1,0. 비활성화되고 에너지가 제거된 표면(그림 12)은 Cr:Fe 비율이 1.0보다 클 때 수동막의 Cr 함량(빨간색 선)이 Fe 함량(검은색 선)에 비해 증가했음을 나타냅니다.钝化와去皱表면(图12)表明，钝化膜现에서 Cr(红线)含weight 高于Fe(黑线)，Cr:Fe比率> 1.0。 Cr(红线)含weight 高于Fe(黑线)，Cr:Fe 比率> 1.0。 Пассивированная и морчинистая поверхность (рис. 12) показывает, что пассивированная пленка теперь имеет bolее высокое содержание Cr(красная линия), чем Fe(черная линия), при соотношении Cr:Fe > 1,0. 부동태화되고 주름진 표면(그림 12)은 Cr:Fe 비율이 1.0보다 클 때 부동태화된 막의 Cr 함량(빨간색 선)이 Fe 함량(검은색 선)보다 더 높다는 것을 보여줍니다.
두께가 80Å 미만인 크롬 산화물 보호막은 철 함량이 65% 이상인 기저 금속 및 스케일 층에 형성된 수백 옹스트롬 두께의 결정질 산화철 막보다 보호 효과가 더 뛰어납니다.
부동태화 처리되고 주름진 표면의 화학적 조성은 이제 부동태화 처리된 연마 재료와 유사합니다. 사례 1의 침전물은 현장에서 형성될 수 있는 2급 침전물이며, 축적됨에 따라 증기와 함께 이동하는 더 큰 입자가 형성됩니다.
이 경우, 나타난 부식은 심각한 결함이나 표면 품질 저하로 이어지지 않습니다. 정상적인 주름은 표면의 부식 효과를 줄이고, 눈에 띄게 나타날 수 있는 입자의 심한 이동 가능성을 없애줍니다.
그림 11에서 AES 분석 결과는 표면 근처의 두꺼운 층(산화철 500Å, 각각 연두색과 파란색 선)에 Fe와 O 함량이 높고, Fe, Ni, Cr, O가 도핑된 수준으로 전이됨을 보여줍니다. Fe 농도(파란색 선)는 다른 어떤 금속보다 훨씬 높으며, 표면의 35%에서 합금 내부에서는 65% 이상으로 증가합니다.
표면에서 산소 함량(연두색 선)은 합금 내 거의 50%에서 산화막 두께가 700Å 이상이 되면 거의 0%로 감소합니다. 표면에서 니켈(진한 녹색 선)과 크롬(빨간색 선) 함량은 극히 낮으며(< 4%), 합금 깊이로 갈수록 정상 수준(각각 11% 및 17%)까지 증가합니다. 표면에서 니켈(진한 녹색 선)과 크롬(빨간색 선) 함량은 극히 낮으며(< 4%), 합금 깊이로 갈수록 정상 수준(각각 11% 및 17%)까지 증가합니다. Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) чрезвычайно низки на поверхности (<4%) и увеличиваѕтся до нормального уровня (11% и 17% соответственно) в глубине сплава. 표면에서는 니켈(진한 녹색 선)과 크롬(빨간색 선) 함량이 극히 낮고(<4%), 합금 깊숙이 들어갈수록 정상 수준(각각 11% 및 17%)까지 증가합니다.표면의 Ni(深绿线) 및 Cr(红线) 平极低(< 4%), 而丸为 11% 와 17%).표면적 Ni(深绿线) 및 Cr(红线) 水平极低(< 4%), 而增加到歌常水平(分别咺11%) Уровни Ni (темно-зеленая линия) и Cr (красная линия) на поверхности чрезвычайно низки (<4%) и увеличиваятся до нормального уровня в глубине сплава (11% и 17% соответственно). 표면의 니켈(진한 녹색 선)과 크롬(빨간색 선) 함량은 극히 낮으며(<4%), 합금 깊숙이 들어갈수록 정상 수준(각각 11% 및 17%)으로 증가합니다.
그림 12의 AES 이미지는 산화철(rouge) 층이 제거되고 부동태 피막이 복원되었음을 보여줍니다. 15Å 두께의 1차 층에서 크롬(Cr) 함량(빨간색 선)은 철(Fe) 함량(검은색 선)보다 높으며, 이는 부동태 피막의 특징입니다. 초기 표면의 니켈(Ni) 함량은 9%였으며, 크롬 함량보다 60~70Å 높은 층(±16%)에서 증가한 후, 합금층인 200Å까지 증가했습니다.
2%에서 시작하여 탄소 함량(파란색 선)은 30Å에서 0으로 떨어집니다. Fe 함량은 초기에는 낮고(< 15%), 15Å에서는 Cr 함량과 같아지며, 150Å에서는 합금 함량인 65% 이상까지 계속 증가합니다. Fe 함량은 초기에는 낮고(< 15%), 15Å에서는 Cr 함량과 같아지며, 150Å에서는 합금 함량인 65% 이상까지 계속 증가합니다. Уровень Fe вначале низкий (< 15%), позже равен уровну Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до уровня сплава более 65% 150Å. 초기에는 Fe 함량이 낮지만(< 15%), 15Å 지점에서는 Cr 함량과 같아지고, 이후 150Å 지점에서는 합금 함량이 65%를 넘어설 때까지 계속 증가합니다. Fe 량은 15% 미만이며, 15 Å 의 Cr 량, 150 Å 의 합금량은 65%입니다. Fe 량은 15% 미만이며, 15 Å 의 Cr 량, 150 Å 의 합금량은 65%입니다. Содержание Fe изначально низкое (< 15%), позже оно равняется содержания Cr при 15 Å и продолжает увеличиваться до содержания сплава bolее 65% 150Å. 초기에는 철 함량이 낮고(< 15%), 이후 15Å에서 크롬 함량과 같아지며, 150Å에서 합금 함량이 65%를 초과할 때까지 계속 증가합니다.크롬 함량은 30Å에서 표면의 25%까지 증가했다가 합금에서는 17%로 감소합니다.
표면 근처의 높은 산소 농도(연두색 선)는 120Å 깊이 이후에는 0으로 감소합니다. 이러한 분석은 표면에 잘 발달된 부동태 피막이 형성되었음을 보여줍니다. 그림 13과 14의 SEM 사진은 표면의 1차 및 2차 산화철 층이 거칠고 다공성인 결정 구조를 가지고 있음을 보여줍니다. 주름진 표면은 부분적으로 부식되어 구멍이 생긴 거친 표면의 영향을 나타냅니다(그림 18-19).
그림 13과 14에 나타난 부동태화되고 주름진 표면은 심한 산화를 견디지 ​​못합니다. 그림 15와 16은 금속 표면에 복원된 부동태화막을 보여줍니다.