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원유 증류 공정 탑 상부의 부식 예측 모델 개발
Development of a Forecasting Model for Refinery Crude Column Overhead Corrosion Control 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.35 no.2, 2011년, pp.143 - 148  

김승남 (연세대학교 화공생명공학과) ,  김정환 (연세대학교 화공생명공학과) ,  문일 (연세대학교 화공생명공학과)

초록
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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 현상반응 공학의 관점으로 접근하여 모델을 개발 하였다. 또한 실제 정유공장에서 측정된 데이터들을 토대로 그 신뢰성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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...

주제어

AI 본문요약
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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.
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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.
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참고문헌 (10)

  1. 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. 

  2. 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. 

  3. 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. 

  4. 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. 

  5. 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. 

  6. 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. 

  7. 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 

  8. 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. 

  9. Hoffmeister, H., 2006, “Modeling of Hydrogen Sulfide Corrosion by Coupling of Phase and Polarization Behavior,” Corrosion, Vol. 62, No. 12, pp. 1092-1099. 

  10. 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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