[논문]온라인 부식속도 측정 시스템을 이용한 아질산 나트륨의 금속 부식억제 특성 연구

박말용; 문전수; 강대진

doi:10.14773/cst.2015.14.2.85

온라인 부식속도 측정 시스템을 이용한 아질산 나트륨의 금속 부식억제 특성 연구
The Corrosion Inhibition Characteristics of Sodium Nitrite Using an On-line Corrosion Rate Measurement System 원문보기

Corrosion science and technology, v.14 no.2, 2015년, pp.85 - 92

박말용 (한국산업기술대학교 메카트로닉스 공학과) , 문전수 (한전 전력연구원 미래기술연구소) , 강대진 (한국산업기술대학교 메카트로닉스 공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

An on-line corrosion rate measurement system was developed using a personal computer, a data acquisition board and program, and a 2-electrode corrosion probe. Reliability of the developed system was confirmed with through comparison test. With this system, the effect of sodium nitrite ($NaNO_2$) as a corrosion inhibitor were studied on iron and aluminum brass that were immersed in sodium chloride (NaCl) solution. Corrosion rate was measured based on the linear polarization resistance method. The corrosion rates of aluminum brass and iron in 1% NaCl solutions were measured to be 0.290 mm per year (mmpy) and 0.2134 mmpy, respectively. With the addition of 200 ppm of $NO{_2}^-$, the corrosion rates decreased to 0.0470 mmpy and 0.0254 mmpy. The addition of $NO{_2}^-$ caused a decrease in corrosion rates of both aluminum brass and iron, yet the $NO{_2}^-$ acted as a more effective corrosion inhibitor for iron. than aluminum brass.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

발전소 또는 산업체 밀폐순환 냉각설비의 부식관리 지침에 따르면 철과 동합금의 부식 속도가 각각 0.0254 mm per year (mmpy) 미만과 0.00254 mmpy 미만으로 유지 되는 것을 목표로 한다.
산업체 증기발생기, 냉각설비 등 용수계통에서 부식 관리를 위해 부식시편 또는 분극저항에 의한 온라인 부식감시기술이 자주 이용된다. 본 연구는 현장이나 실험실에서 쉽게 구할 수 있는 자료취득 보드와 PC를 이용하여 2채널 부식속도 측정 이 가능한 온라인 부식속도 측정 시스템을 개발하고, Meta Probe를 이용하여 측정 시스템의 정확도를 검증 하였다. 검증 결과, 부식속도 측정 범위 0.
본 연구에서 개발한 부식속도 시스템을 이용하여 부식성이온 농도가 금속의 부식속도에 미치는 영향을 조사하였다. Fig.
본 연구에서는 이전 연구자들의 부식 측정기술³⁾을 개선하여 2 채널 동시 측정이 가능하고 측정시 부식 전극 상수입력 및 측정 범위 자동설정 (auto range) 등의 기능이 있는 온라인 부식속도 측정 시스템을 개발하여 아질산나트륨의 부식억제 효과 평가에 사용함으로써 개발한 부식속도 측정 시스템의 효용성을 확인하고자 한다.

제안 방법

Fig. 1에 표시된 부식 측정 시스템의 정확도와 정밀도를 검증하기 위해 저항과 콘덴서 소자로 구성된 0.0025 ~ 0.54 mmpy 범위의 표준 부식율 (Meta Probe) 6종을 제작하여 측정 시스템의 정확도를 검증하였다. 본 연구에 사용한 Meta Probe의 제작 사양은 Table 1과 같다.
개선된 부식 측정 시스템의 정확도와 정밀도 검증을 위하여 6가지 Meta Probe에 대해 부식 속도를 측정하였다. Table 2는 각각의 Meta Probe에 대한 채널별 부식 속도 측정 결과를 나타낸 것이다.
54 mmpy 이내에서 오차 한도가 측정값의 1% 이내임을 확인되었다. 또한, 실험실에 설치한 부식속도 측정시스템을 이용하여 철과 알루미늄 황동에 대한 아질산나트륨의 부식억제 특성을 조사 하였다. NaCl 수용액에서 알루미늄 황동의 부식속도는 철에서 보다 더 높았을 뿐만 아니라 NaCl 농도의 증가에 따라 철에 비해 더욱 더 증가하였다.
회로 출력단에 직류 전압과 고주파 교류 전압을 교대로 인가하여 전기적 신호를 측정하면 부식 속도(부식 전류밀도) 연산에 필요한 정확한 분극저항 정보를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 회로의 출력단에 20 mV의 직류 전압을 인가하여 총 저항을 측정하였고, 진폭이 20 mV이고 주파수가 1 kHz인 정현파 교류 전압을 인가하여 용액 저항의 측정을 통하여 보정된 분극저항(R_p)을 계산하여 사용하였다.
0%, 100 ml)을 준비하고 여기에 탄소강 또는 알루미늄 황동 부식전극(표면적: 5 cm²)이 장착된 부식센서 (7022 LPR Probe, Rohrbach Cosasco Systems사)를 담근다. 부식억제 효과를 평가하기 위하여 아질산나트늄이 첨가되지 않은 수용액과, 200 ppm 또는 500 ppm의 아질산나트륨이 첨가된 수용액에서 부식속도를 상온에서 측정하였다. 출력 채널의 분해능 (resolution)이 16비트 (analog output full range인±10 V의 1/2¹⁶ )이고 자료 처리속도가 300 kS/sec인 자료취득보드 (PCI-6052, National Instruments사)를 personal computer (PC)의 PCI 슬롯에 장착하여 부식 신호 측정에 사용하였다.
0 V로 설정하였다. 분극저항 측정시 +20 mV와 -20 mV를 두 전극에 보내어 입력 채널의 측정값들의 절대 평균을 취하여 사용하였고, 용액 저항 측정시는 진폭이 20 mV 이고 주파수가 1 kHz인 정현파를 출력채널에 보내어 입력 채널에서 진폭을 측정하여 사용하였다. Fig.
출력 채널의 분해능 (resolution)이 16비트 (analog output full range인±10 V의 1/2¹⁶ )이고 자료 처리속도가 300 kS/sec인 자료취득보드 (PCI-6052, National Instruments사)를 personal computer (PC)의 PCI 슬롯에 장착하여 부식 신호 측정에 사용하였다. 자료취득보드의 출력 채널 2개와 입력 채널 2개를 Fig. 1과 같이 연결하고, 아나로그 출력 채널을 통해 교류 또는 직류 전압 등을 PC와 자료취득 프로그램 (LabView 8.2, National Instruments사)을 이용하여 부식속도 측정 회로에 인가한다. 회로에 흐르는 부식전류는 저항 (500 Ω)을 연결하여 전류를 전압으로 변환시켜 자료 취득 보드의 입력 채널로 측정한다.
출력 채널의 분해능 (resolution)이 16비트 (analog output full range인±10 V의 1/216 )이고 자료 처리속도가 300 kS/sec인 자료취득보드 (PCI-6052, National Instruments사)를 personal computer (PC)의 PCI 슬롯에 장착하여 부식 신호 측정에 사용하였다.

대상 데이터

1에 나타내었다. 이 그림은 1개 채널을 나타낸 것으로 실험에서는 1개 채널을 추가하여 2개 채널을 구성하여 사용하였다. 부식 가속 시험을 위해 비이커(폴리 에틸렌, 100 ml)에 NaCl 수용액(0.

이론/모형

겉보기 전위변화(Δε)가 20 mV를 초과하지 않는 범위에서 상기 Stearn-Geary식을 적용할 수 있다.

성능/효과

철에서와 같이 아질산나트륨의 농도가 200 ppm에서 보다 500 ppm일 때 부식억제 효과가 더 높았지만, 염소이온 농도가 증가할수록 부식억제제 처리 농도에 관계없이 부식 속도는 증가하였다. 1% NaCl 수용액에서 Al-Brass의 부식 속도는 0.290 mmpy로 매우 높았지만 200 ppm 아질산나트륨을 첨가한 경우 0.0470 mmpy로 감소되었으며 500 ppm 으로 아질산나트륨의 첨가량을 증가시킨 경우 0.0391 mmpy로 더욱 감소되었다. 아질산나트륨 첨가에 따른 알루 미늄 황동의 부식 속도 감소가 철에 비해 미비하다는 사실로부터 아질산나트륨이 Al-Brass보다는 철에 대해 보다 효과적인 부식억제제임을 알 수 있었다.
부식억제제의 농도가 200 ppm에서 보다 500 ppm일 때 철의 부식 억제 효과가 더 높았지만, 염소이온 농도가 증가할수록 부식 억제제 처리 농도에 관계없이 철의 부식 속도는 증가하는 경향을 보여 주었다. 1.0% NaCl 수용액에서 철의 부식 속도는 0.2134 mmpy로 매우 높지만 아질산나트륨을 200 ppm 이상으로 첨가할 경우 0.0254 mmpy 미만으로 유지될 수 있었다. 일반적으로 철의 부식 속도가 0.
6은 NaCl 농도에 따른 철과 Al-Brass의 부식 속도 측정 결과이다. Al-Brass이 철보다 부식 속도가 높았을 뿐만 아니라 염소 이온의 농도가 증가할수록 부식 속도는 더욱 더 증가하였다. 그러나 NaCl의 농도가 3% 이상인 수용액에서 철과 Al-Brass의 부식 속도가 모두 급격하게 증가하였다.
Table 2에서와 같이 부식 측정시스템이 0.0269 mmpy 이하에서는 Meta Probe 부식 속도와 동일하게 측정되었으나 0.0889 mmpy이상에서는 오차가 관찰되었지만 그 크기가 1% 미만이어서 본 연구에서 제시된 부식 측정 시스템의 정확도가 매우 높음을 알 수 있었다.
아질산나트륨이 철에는 효과적인 부식억제제로 작용하지만, Al-Brass에 대해서는 미흡하여 보다 효과적인 부식억제제의 선정과 처리가 요구된다. 개발한 온라인 부식속도 측정 시스템을 본 연구에 이용함으로써 아질산나트륨의 부식억제 특성 평가를 단기간에 수행할 수 있었다. 범용 자료취득보드를 사용하여 저렴한 비용과 짧은 측정 시간(설정 범위: 0.
본 연구는 현장이나 실험실에서 쉽게 구할 수 있는 자료취득 보드와 PC를 이용하여 2채널 부식속도 측정 이 가능한 온라인 부식속도 측정 시스템을 개발하고, Meta Probe를 이용하여 측정 시스템의 정확도를 검증 하였다. 검증 결과, 부식속도 측정 범위 0.54 mmpy 이내에서 오차 한도가 측정값의 1% 이내임을 확인되었다. 또한, 실험실에 설치한 부식속도 측정시스템을 이용하여 철과 알루미늄 황동에 대한 아질산나트륨의 부식억제 특성을 조사 하였다.
. 부식 속도를 정확하게 측정하기 위해서는 자료취득 보드의 정밀도와 측정 환경 설정을 적절 하게 유지하여야 하는 것으로 확인되었다.
9는 NaCl의 농도 변화에 따른 철의 부식에 대한 아질산나트륨의 농도 영향을 조사한 결과이다. 부식억제제의 농도가 200 ppm에서 보다 500 ppm일 때 철의 부식 억제 효과가 더 높았지만, 염소이온 농도가 증가할수록 부식 억제제 처리 농도에 관계없이 철의 부식 속도는 증가하는 경향을 보여 주었다. 1.
0391 mmpy로 더욱 감소되었다. 아질산나트륨 첨가에 따른 알루 미늄 황동의 부식 속도 감소가 철에 비해 미비하다는 사실로부터 아질산나트륨이 Al-Brass보다는 철에 대해 보다 효과적인 부식억제제임을 알 수 있었다. 또한 산업체에서 Al-Brass의 부식 속도를 0.
자료취득보드의 출력 채널로 부터 미소 직류 전압 (10~20 mV)을 부식속도 측정 회로에 가하면 분극저항 (Rp)와 용액저항 (Rs)에 의한 전류 흐름을 방해하는 효과가 나타나고, 자료 취득 보드의 출력 채널로 부터 고주파 교류(정현파) 전압을 부식속도 측정 회로에 가하면 전기이중층에 의한 저항이 “0”이 되면서 용액저항에 의해서만 전류 흐름 방해 효과가 나타난다.
11은 NaCl의 농도 변화 따른 Al-Brass에 대한 아질산나트륨 부식억제제 처리농도의 영향을 나타내었다. 철에서와 같이 아질산나트륨의 농도가 200 ppm에서 보다 500 ppm일 때 부식억제 효과가 더 높았지만, 염소이온 농도가 증가할수록 부식억제제 처리 농도에 관계없이 부식 속도는 증가하였다. 1% NaCl 수용액에서 Al-Brass의 부식 속도는 0.

후속연구

개발한 온라인 부식속도 측정 시스템을 본 연구에 이용함으로써 아질산나트륨의 부식억제 특성 평가를 단기간에 수행할 수 있었다. 범용 자료취득보드를 사용하여 저렴한 비용과 짧은 측정 시간(설정 범위: 0.5 ~ 30 min)으로 인해, 산업체 활용시설비의 부식방지와 수명관리 업무를 보다 효율적으로 수행할 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	용수 순환계통에서 부식 억제제 주입과 수질관리를 수행하는 이유는 무엇인가?	산업체 보일러, 냉각설비 등 용수 순환계통에서 금속의 부식은 안전운전과 설비수명에 영향을 미치기 때문에 부식 억제제 주입과 수질관리를 수행하여 예방하고 있다. 고전적인 부식 확인 방법은 설비 정지 후 금속표면 육안관찰, 시편 질량감소 측정, 금속이온 농도 분석법 등이 있으나 이러한 방법들은 결과 확인에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.
	고전적인 부식 확인 방법에는 어떤 방법이 있는가?	산업체 보일러, 냉각설비 등 용수 순환계통에서 금속의 부식은 안전운전과 설비수명에 영향을 미치기 때문에 부식 억제제 주입과 수질관리를 수행하여 예방하고 있다. 고전적인 부식 확인 방법은 설비 정지 후 금속표면 육안관찰, 시편 질량감소 측정, 금속이온 농도 분석법 등이 있으나 이러한 방법들은 결과 확인에 장시간이 소요되는 문제점이 있다. 설비를 정지하지 않고 가동중 부식속도 확인이 가능한 온라인 방법으로는 전기저항 측정법, 분극저항 측정법이 있다1) .
	가동중 부식 확인 방법에는 어떤 방법이 있는가?	고전적인 부식 확인 방법은 설비 정지 후 금속표면 육안관찰, 시편 질량감소 측정, 금속이온 농도 분석법 등이 있으나 이러한 방법들은 결과 확인에 장시간이 소요되는 문제점이 있다. 설비를 정지하지 않고 가동중 부식속도 확인이 가능한 온라인 방법으로는 전기저항 측정법, 분극저항 측정법이 있다1) . 분극저항 측정법이 간단하고 신속하여 용수계통에서 부식 관리를 위해 자주 이용된다.

참고문헌 (10)

TR-112024, Reference Manual for On-line Monitoring of Water Chemistry And Corrosion, EPRI, Palo Alto, CA, April (1999).
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J. S. Moon, J. K. Lee, J. B. Lee and P. Y. Park, Corros. Sci. Tech., 11, 135 (2012).

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TR-1007820, Closed Cooling Water Chemistry Guideline (Revision 1), EPRI, Palo Alto, CA, April (2004).
E. I. Simmons, Corrosion, 11, 255t (1955).
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N. G. Thompson, J. H. Payer, DC Electrochemical Test Methods, p. 64, NACE International, Houston (1998).
D. A. Jones, Principals And Prevention of Corrosion, 2nd ed. p. 157, Prentice Hall, New Jersey (1992).

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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