산업설비 부식공학

Steel-Cased Pipeline에서 Cathodic Protection Current Shielding이 발생하는 원리 “배관에 CP를 충분히 공급하고 있는데 왜 Casing 내부는 보호되지 않을까?” 도로, 철도, 하천 등을 횡단하는 매설배관에서는 Steel Casing 을 사용하는 경우가 있다. 구조는 비교적 단순하다. 외부의 큰 강관 = Casing 내부의 운송배관 = Carrier Pipe 즉, 말 그대로 “Pipe inside a Pipe” 구조다. PHMSA도 Cased Crossing을 이러한 이중관 구조로 설명하며, 중앙정렬을 위해 Centralizer를 사용하는 것이 일반적이라고 설명한다. 그런데 이 구조에는 일반적인 매설배관에서는 잘 나타나지 않는 중요한 문제가 있다. 바로 Cathodic Protection Current Shielding 이다. CP 시스템이 정상적으로 작동하고 있어도 Casing이 Carrier Pipe 주변에서 전기적인 장벽처럼 작용하면 CP 전류가 배관 표면까지 충분히 도달하지 못할 수 있다. 특히 Carrier Pipe와 Steel Casing이 전기적으로 접촉(Short)된 경우 문제가 더욱 심각해질 수 있다. PHMSA는 Casing이 Carrier Pipe와 전기적으로 단락되면 Casing이 CP 전류를 소비하면서 Carrier Pipe 내부 구간에 대한 CP 효과를 떨어뜨릴 수 있다고 설명한다. 1. 먼저 Steel-Cased Pipeline의 구조부터 이해하기 일반적인 Cased Pipeline은 다음과 같은 구조다. 토양 ↓ Steel Casing ↓ Annular Space ↓ Carrier Pipe ↓ 운송 유체 여기서 중요한 것은 Casing과 Carrier Pipe가 직접 접촉하지 않아야 한다는 것 이다. 그래서 일반적으로 두 배관 사이에 Electrical Isolation 을 확보하기 위한 비금속성 Centralizer 또는 Space...

Pipeline Coating과 Cathodic Protection을 함께 사용하는 이유 “배관에 코팅까지 했는데 왜 Cathodic Protection이 또 필요할까?” 매설 배관의 외부부식을 공부하다 보면 한 가지 의문이 생긴다. 배관 표면에 Protective Coating(방식 코팅) 을 적용하면 물과 산소가 금속에 접근하는 것을 막을 수 있다. 그렇다면 굳이 추가로 Cathodic Protection(CP, 음극방식) 까지 설치해야 할까? 반대로 CP가 금속의 부식을 억제한다면 코팅 없이 CP만 적용해도 되는 것은 아닐까? 결론부터 말하면, Coating과 Cathodic Protection은 서로 경쟁하는 기술이 아니라 서로의 약점을 보완하는 기술이다. AMPP도 매설·수중 금속배관의 외부부식 관리에서 코팅과 CP를 함께 사용하는 것이 일반적이며, 코팅은 1차적인 부식방지 역할을 하고 CP가 코팅의 결함이나 열화가 발생한 부분을 보완하는 상호보완적(Synergistic) 관계 를 갖는다고 설명한다. 1. Pipeline Coating은 무엇을 하는가? Pipeline Coating의 가장 기본적인 역할은 금속과 부식환경을 분리하는 것 이다. 탄소강 배관이 토양 속에 묻히면 주변에는 수분 산소 염화물 황산염 다양한 이온 미생물 등이 존재할 수 있다. 이러한 환경은 금속의 전기화학적 부식을 일으킬 수 있다. 코팅은 금속 표면에 전기적으로 절연된 장벽 을 형성하여 금속과 토양의 직접적인 접촉을 줄인다. 쉽게 표현하면, 토양 + 물 + 산소 ↓ 코팅 ↓ 탄소강 배관 이라는 구조를 만드는 것이다. 즉 코팅의 첫 번째 목표는 “부식이 시작될 기회 자체를 줄이는 것” 이다. AMPP 역시 보호 코팅을 금속과 환경 사이에 장벽을 형성해 부식을 일으키는 전기화학적 반응을 늦추는 기술로 설명한다. 2. 그렇다면 코팅만 사용하면 되지 않을까? 이론적으로 코팅이 완벽하다면 부식성 환경과 금속의 ...