정유 석유화학 플랜트에서 탑 상부의 부식은 현장에서 자주 발생되는 심각한 문제이다. 특히 정유 공정 탑 상부에는 황화수소, 염소 등의 부식 물질들로 인하여 그 피해 정도가 심각하다. 따라서 본 연구에서는 정유 공정 탑 상부의 부식 메커니즘을 분석하고, 부식률을 예측하는 모델을 개발하였다. 정유 공정 탑 상부의 부식 메커니즘을 분석한 결과, 부식에 가장 큰 영향을 미치는 네 가지 성분인 $H_2S$, $CO_2$, $H^+$, $Cl^-$을 고려하여 예측 모델을 개발하였다. 부식 메커니즘을 해석하는 데에 이동 현상 및 반응 공학의 관점으로 접근하여 모델을 개발 하였다. 또한 실제 정유공장에서 측정된 데이터들을 토대로 그 신뢰성을 검증하였다.
정유 석유화학 플랜트에서 탑 상부의 부식은 현장에서 자주 발생되는 심각한 문제이다. 특히 정유 공정 탑 상부에는 황화수소, 염소 등의 부식 물질들로 인하여 그 피해 정도가 심각하다. 따라서 본 연구에서는 정유 공정 탑 상부의 부식 메커니즘을 분석하고, 부식률을 예측하는 모델을 개발하였다. 정유 공정 탑 상부의 부식 메커니즘을 분석한 결과, 부식에 가장 큰 영향을 미치는 네 가지 성분인 $H_2S$, $CO_2$, $H^+$, $Cl^-$을 고려하여 예측 모델을 개발하였다. 부식 메커니즘을 해석하는 데에 이동 현상 및 반응 공학의 관점으로 접근하여 모델을 개발 하였다. 또한 실제 정유공장에서 측정된 데이터들을 토대로 그 신뢰성을 검증하였다.
Corrosion at the top of a distillation column is a common problem in refineries and chemical plants. In particular, severe damage has been inflicted in refineries by corrosive materials such as hydrogen sulfide and chlorine. Therefore, the mechanism of the corrosion occurring at the top of a distill...
Corrosion at the top of a distillation column is a common problem in refineries and chemical plants. In particular, severe damage has been inflicted in refineries by corrosive materials such as hydrogen sulfide and chlorine. Therefore, the mechanism of the corrosion occurring at the top of a distillation column has been analyzed, and a model for forecasting the corrosion rate has been developed. Four major materials were selected for modeling: $H_2S$, $CO_2$, $H^+$ and $Cl^-$. These were selected by taking into consideration their effect on the corrosion rate. Studies on the transport phenomenon and reaction engineering for this model were carried out, and the reliability of the model was verified on the basis of the data measured at a real refinery.
Corrosion at the top of a distillation column is a common problem in refineries and chemical plants. In particular, severe damage has been inflicted in refineries by corrosive materials such as hydrogen sulfide and chlorine. Therefore, the mechanism of the corrosion occurring at the top of a distillation column has been analyzed, and a model for forecasting the corrosion rate has been developed. Four major materials were selected for modeling: $H_2S$, $CO_2$, $H^+$ and $Cl^-$. These were selected by taking into consideration their effect on the corrosion rate. Studies on the transport phenomenon and reaction engineering for this model were carried out, and the reliability of the model was verified on the basis of the data measured at a real refinery.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 위에서 언급한 부식 요인들뿐만 아니라 염소 이온의 영향을 포함하여 부식 현상을 해석하였고 예측 모델을 개발하였다.
특히 원유 증류탑 상부에서는 부식으로 인한 피해가 빈번하게 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 정유공정 탑 상부에 초점을 맞추어 부식 속도를 예측하는 모델을 개발하였다.
각 물질들은 서로 다른 반응으로 부식에 영향을 미치며, 실제 정유 공정에서는 본 연구에서 거론 될 네 가지 물질 외에도 많은 물질들이 부식에 참여하고 있다. 본 연구에서는 가장 주요한 원인이 되는 부식 물질 네 가지를 선정하여 예측 모델을 개발하였다.
본 연구에서는 정유 공정 탑 상부의 부식 속도를 예측 할 수 있는 모델을 개발하였다. 황화수소 환경에서 부식 발생 물질인 황화수소, 이산화탄소, 염소, 수소 이온의 부식 메커니즘을 해석하여 모델을 개발하였으며, 각각의 메커니즘은 이동 현상 및 반응 공학의 관점에서 접근하였다.
본 연구에서는 황화수소가 존재하는 탑 상부의 부식 현상을 다음과 같은 가정들을 통해 이동 현상 및 반응 공학의 관점에서 해석하였다.(4)
가설 설정
- 수용액에 포함되어 있는 모든 부식 발생 물질은 확산 속도에 있어 서로 독립적이다.
- 수용액은 매우 빠른 속도로 흐르기 때문에 수용액 속의 물질들의 농도는 일정하다.
온도와 압력은 일정하다고 가정하였고, 유속은 매우 빠른 속도이며 그 변화가 작기 때문에 평균 값으로 일정하다고 가정하였다.
제안 방법
(1) 본 연구에서 개발한 모델을 통해 실제 부식 속도와 모델을 통해 예측한 부식 속도 사이의 경향성의 일치를 확인하였다.
(3) 염소 이온의 부식 속도 결정에 대한 영향성을 확인하였다.(염소 이온에 의한 부식률은 전체 부식률의 약 5% 가량을 차지하고 있다.
개발된 모델을 정유 공장에서 측정한 탑 상부의 부식 속도와, 탑 상부를 흐르는 원유의 성분들을 통해 결과를 비교, 검증하였다.
정유 공장에서 측정된 부식 속도 측정값과 본 연구에서 개발한 탑 상부의 부식 예측 모델을 비교, 검증하였다. 모델의 입력 값은 실제 탑 상부에서 측정된 데이터들을 기준으로 하였다.
본 연구에서는 정유 공정 탑 상부의 부식 속도를 예측 할 수 있는 모델을 개발하였다. 황화수소 환경에서 부식 발생 물질인 황화수소, 이산화탄소, 염소, 수소 이온의 부식 메커니즘을 해석하여 모델을 개발하였으며, 각각의 메커니즘은 이동 현상 및 반응 공학의 관점에서 접근하였다.
황화수소 환경에서 황화수소, 이산화탄소, 염산, 수소이온에 의한 부식 메커니즘을 고려하였으며, 각각의 물질들의 부식 영향력을 판단하였다. 각 물질들은 서로 다른 반응으로 부식에 영향을 미치며, 실제 정유 공정에서는 본 연구에서 거론 될 네 가지 물질 외에도 많은 물질들이 부식에 참여하고 있다.
대상 데이터
부식 속도를 예측 하는 데에는 많은 변수와 상수가 필요하다. 변수의 경우는 정유 공정에서 수집한 현장 데이터를 사용하였고, 필요한 상수는 문헌들을 참고하였다.
이론/모형
(9) 플럭스 식은 대수적인 비선형 방정식으로, 명백한 해를 구할 수 없다. 따라서 bi-section method(7)를 사용하여 그 해를 구하였다. 또한 식에 포함되어 있는 외부 mackinawite 층의 두께는 황화수소에 의한 부식을 동시에 계산하며 반복계산을 통해 매 계산마다 적용을 시켰다.
성능/효과
(2) 부식 속도 결정에는 pH가 가장 큰 영향력을 가지고 있다.(pH에 의한 부식률은 전체 부식률의 약 80%정도를 차지하고 있다.
그 이유로는 산화물 내와 비교해 황화물 내에서의 높은 확산속도 그리고 황화물의 낮은 융점과 낮은 분해 부분압 등이 제시 되고 있다.(3) 따라서 부식 속도는 황화철로 이루어진 mackinawite 막과 층이 존재함으로 인하여 화학적 물질 이동 속도에 의해 결정된다고 할 수 있다.
(9) 플럭스 식은 대수적인 비선형 방정식으로, 명백한 해를 구할 수 없다. 따라서 bi-section method(7)를 사용하여 그 해를 구하였다.
비교 결과 부식 속도 측정값과 예측 모델을 통하여 계산된 부식 속도는 서로 비슷한 경향을 나타내었다. Fig. 3에서 나타난 결과들은 두 데이터를 비교한 결과 경향성은 같지만 실제 값에 약간의 오차가 있다는 것을 보여주며, 실제 플랜트에서 사용되고 있는 중화제와 저해제가 그 원인인 것으로 분석하였다.
각각의 모델에서 나온 결과 값과 플랜트에서 측정된 실제 부식 속도 데이터와의 오차를 나타내었다. 염산에 의한 부식이 포함되지 않은 모델의 경우 부식 속도가 측정값보다 작게 도출되었으며 본 연구에서 개발한 모델보다 오차가 크게 도출되었다.
후속연구
본 연구에서 개발한 부식 예측 모델은 정유·석유 화학 플랜트 현장에서 부식률 예측을 가능하게 하여 부식으로 인한 문제를 최소화 할 수 있을 것이다. 또한 본 연구에서 개발된 모델을 기초로 하여 정유 공정 탑 상부에만 국한 되지 않고, 공정 별로 일반화된 모델을 개발한다면, 정유 및 석유화학 산업 전반의 안전성을 높이고, 높은 신뢰도를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서 개발한 부식 예측 모델은 정유·석유 화학 플랜트 현장에서 부식률 예측을 가능하게 하여 부식으로 인한 문제를 최소화 할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
정유 석유화학 플랜트 현장에서 자주 발생되는 심각한 문제는?
정유 석유화학 플랜트에서 탑 상부의 부식은 현장에서 자주 발생되는 심각한 문제이다. 특히 정유 공정 탑 상부에는 황화수소, 염소 등의 부식 물질들로 인하여 그 피해 정도가 심각하다.
정유 공정 탑 상부에서 피해를 일으키는 부식 물질에는 어떤 것이 있는가?
정유 석유화학 플랜트에서 탑 상부의 부식은 현장에서 자주 발생되는 심각한 문제이다. 특히 정유 공정 탑 상부에는 황화수소, 염소 등의 부식 물질들로 인하여 그 피해 정도가 심각하다. 따라서 본 연구에서는 정유 공정 탑 상부의 부식 메커니즘을 분석하고, 부식률을 예측하는 모델을 개발하였다.
철에 대한 산화반응과 황화반응의 속도 비교 시, 황화반응 속도가 상대적으로 빠른 이유는?
철에 대한 산화반응과 황화반응의 속도를 비교했을 때 황화반응의 속도가 상대적으로 빠르다. 그 이유로는 산화물 내와 비교해 황화물 내에서의 높은 확산속도 그리고 황화물의 낮은 융점과 낮은 분해 부분압 등이 제시 되고 있다. (3) 따라서 부식 속도는 황화철로 이루어진 mackinawite 막과 층이 존재함으로 인하여 화학적 물질 이동 속도에 의해 결정된다고 할 수 있다.
참고문헌 (10)
Koch, G. H., Brongers, M. P. H., Thompson, N. G., Virmani, Y. P. and Payer, J. H., 2003, “Corrosion Costs and Preventive Strategies in the United States,” FSP & SFPE.
Kim, J. H., Kim, J. Y., Lee, Y. H., Park, S. R., Seo, S. K., Lee, Y. H. and Moon, I., 2008, “Development of CCD(Corrosion Control Document) in Refinery Process,” Journal of the KOSOS, Vol. 24, No. 1, pp. 31-36.
Kim, D. S., Yang, K. M. and Kim, G. M., 2000, “High Temperature Sulfidation Behavior of IN738 and IN738LC for Gas Turbine Materials in 5% SO2 Atmosphere,” J. Corros. Sci. Soc. of Korea, Vol. 29, No. 336.
Lee, H., Jung, J. and Kim, E., 2009, “High Temperature Corrosion Properies of Heat Resistant Chrome Steels in SO2 Atmosphere,” J. Kor. Inst. Met. & Mater., Vol. 47, No. 2, pp. 99-106.
Sun, W. and Nesic, S., 2009, “A Mechanistic Model of Uniform Hydrogen Sulfide/Carbon Dioxide Corrosion of Mild Steel,” Corrosion, Vol. 65, No. 5, pp. 291-307.
Noor, E. A. and Al-Moubaraki, A. H., 2008, “Corrosion Behavior of Mild Steel in Hydrochloric Acid Solutions,” Int. J. Electrochem. Sci., Vol. 3, pp. 806-808.
Eiger, A., Sikorski, K. and Stenger, F., 1984, "A Bisection Method for Systems of Nonlinear Equations," ACM Transactions on Mathematical software, Vol. 10, No. 4, pp. 367-377
Cypriano, D. L. N., Ponciano, J. A. C. and Jambo, H. C. M., 2009, “Crude Unit Overhead Corrosion - pH Profile and Corrosion Rate of Carbon Steel Under Controlled Condensation,” Materials and Corrosion, Vol. 60, No. 9999, pp. 1-6.
Hoffmeister, H., 2006, “Modeling of Hydrogen Sulfide Corrosion by Coupling of Phase and Polarization Behavior,” Corrosion, Vol. 62, No. 12, pp. 1092-1099.
Song, F. M., 2010, “A Comprehensive Model for Predicting CO2 Corrosion Rate in Oil and Gas Production and Transportation Systems,” Electrohimica Acta, Vol. 55, pp. 689-700.
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