[논문]지역난방 냉각수 배관의 용접부 파손 분석

정준철; 김우철; 김경민; 손홍균; 김정구; 이수열; 김희산

doi:10.14773/cst.2020.19.6.296

지역난방 냉각수 배관의 용접부 파손 분석
Failure Analysis of Welded type 304 in Cooling Water Pipeline of District Heating System 원문보기

Corrosion science and technology, v.19 no.6, 2020년, pp.296 - 301

정준철 (아주대학교 인공지능.데이터사이언스학과) , 김우철 (한국지역난방공사 미래개발원) , 김경민 (한국지역난방공사 미래개발원) , 손홍균 (한국부식방식학회) , 김정구 (성균관대학교 신소재공학부) , 이수열 (충남대학교 신소재공학과) , 김희산 (홍익대학교 재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Failure analysis on the welded type 304 pipe used for cooling water piping in the district heating primary side was conducted. Inorganic elements and bacteria in the cooling water and in corrosion products were analyzed, and the weldment was inspected by microscopy and a sensitization test. Corrosion damages were observed in the heat-affected zone, on weld defects such as incomplete fusion or excessive penetration caused by improper welding, or/and at the 6 o'clock position along the pipe axial direction. However, the level of concentration of chloride in the cooling water as low as 80 ppm has been reported to be not enough for even a sensitized type 304 steel, meaning that the additional corrosive factor was required for these corrosion damages. The factor leading to these corrosion damages was drawn to be the metabolisms of the types of bacteria, which is proved by the detection of proton, sulfur containing species, biofilms, and both bacteria and corrosion product analyses.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1 Schematic diagram of district heating system.
그림 Fig. 2 A OM image representing a damaged T-type connector.
그림 Fig. 3 OM images showing inner surface of weldment in No 2 of Fig. 2 (a) and (b), after descaling (c), and cross section (d).
그림 Fig. 4 OM images showing inner surface of weldment in No 3 of Fig. 2 (a) and after descaling (b).
그림 Fig. 5 SEM images of base metal (a) and heat affected zone (HAZ) of No 1 weldment (b) after etching in oxalic solution.
그림 Fig. 6 OM images of base metal (a) and heat affected zone (HAZ) of No 2 weldment (b) after etching in oxalic solution.
그림 Fig. 7 OM images of base metal (a) and heat affected zone (HAZ) of No 3 weldment (b) after etching in oxalic solution.
그림 Fig. 8 Cross sectional SEM image (a) of corrosion product and the results of EDS analysis (b) of point 1 and point 2 in (a).
그림 Fig. 9 OM images showing a typical defect formed during butt welding in No 1 weldment.
표 Table 1 Summaries on pH, electrical conductivity, and ion concentrations in cooling water
표 Table 2 Types of bacteria and their concentrations measured in sludge and cooling water

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 열공급 설비의 냉각을 위해 설치된 1차기 기 냉각수 배관재 (type 304)의 용접부에서 발생한 파손 현상을 분석하고 원인을 고찰하였다.

제안 방법

1차기기 냉각수 환경에서 2년간 운영 후 누수가 발생하여 보수 용접을 통해 수명을 연장시킨 직경이 약 140 mm인 type 304 스테인리스 강관의 보수 용접 전 누수에 대한 원인을 조사하고자 광학 및 전자 현미경(scanning electron microscopy, SEM)으로 표면을 분석하고 노출 환경인 냉각수의 무기물과 미생물 분석을 시행하였다.
또한, 냉각수의 부식도를 조사하고자 사용 전과 후 냉각 수의 pH, 전기 전도도 및 음이온들의 농도를 분석하였다. 여기서 음이온은 ion chromatography (IC)로 분석되었다.
여기서 음이온은 ion chromatography (IC)로 분석되었다. 마지막으로 미생물의 영향을 확인하고자 BTI prducts LLC사의 MICkitⓇ5를 이용하여 냉각수와 배관에 쌓여있는 슬러지에 존재하는 미생물을 분석하였다.
파손된 강관에 대해 부식생성물 전후의 표면 모양을 육안 으로 분석하였다. 부식생성물 제거를 위해 ASTM G1 표준 에 따라 질산 100 mL와 불산 20 mL에 증류수에 넣어 총 부피 1000 mL로 만든 상온의 용액에서 약 10분간 초음파 세척기를 사용하여 부식생성물을 제거하였다. 용접부 결함 과 용접부에서 예만화를 조사하고자 시편을 아래와 같이 준비한 후 광학현미경과 SEM으로 표면을 관찰하였다.
부식생성물 제거를 위해 ASTM G1 표준 에 따라 질산 100 mL와 불산 20 mL에 증류수에 넣어 총 부피 1000 mL로 만든 상온의 용액에서 약 10분간 초음파 세척기를 사용하여 부식생성물을 제거하였다. 용접부 결함 과 용접부에서 예만화를 조사하고자 시편을 아래와 같이 준비한 후 광학현미경과 SEM으로 표면을 관찰하였다. 절 단하고 마운팅 및 경면 연마된 시편을 ASTM A262에 따라 10% 옥살산 용액에서 1 A/cm2의 전류밀도로 90초간 전해 에칭을 시켰다.
절 단하고 마운팅 및 경면 연마된 시편을 ASTM A262에 따라 10% 옥살산 용액에서 1 A/cm2의 전류밀도로 90초간 전해 에칭을 시켰다. 이외에 부식생성물의 조성을 조사하고자 부 식생성물의 단면에 대해 energy dispersive spectroscopy (EDS)로 원소 분석을 실시하였다.
용접부 결함 과 용접부에서 예만화를 조사하고자 시편을 아래와 같이 준비한 후 광학현미경과 SEM으로 표면을 관찰하였다. 절 단하고 마운팅 및 경면 연마된 시편을 ASTM A262에 따라 10% 옥살산 용액에서 1 A/cm2의 전류밀도로 90초간 전해 에칭을 시켰다. 이외에 부식생성물의 조성을 조사하고자 부 식생성물의 단면에 대해 energy dispersive spectroscopy (EDS)로 원소 분석을 실시하였다.
파손된 강관에 대해 부식생성물 전후의 표면 모양을 육안 으로 분석하였다. 부식생성물 제거를 위해 ASTM G1 표준 에 따라 질산 100 mL와 불산 20 mL에 증류수에 넣어 총 부피 1000 mL로 만든 상온의 용액에서 약 10분간 초음파 세척기를 사용하여 부식생성물을 제거하였다.

참고문헌 (13)

B. Skagestad and P. Mildenstein, District Heating and Cooling Connection Handbook, IEA District Heating and Cooling (1999).
M. Hong, H. Chae, W. C. Kim, J. G. Kim, H. Kim, and S. Y. Lee, Met. Mater. Int., 25, 1191 (2019). https://doi.org/10.1007/s12540-019-00267-6

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Y. Kim, H. Chae, M. Hongm M. J. Song, J. Cho, W. C. Kim, T. B. Ha, and S. Y. Lee, Corros. Sci. Tech., 18, 55 (2019). https://doi.org/10.14773/cst.2019.18.2.55

원문보기 상세보기
K. Eliseev, District Heating System in Finland and Russia, Mikkeli University of Applied Sciences (2011). https://www.theseus.fi/handle/10024/25777
M. Hong, J. Cho, M. J. Song, W. C. Kim, T. B. Ha, and S. Y. Lee, Corros. Sci. Tech., 17, 287 (2018). https://doi.org/10.14773/cst.2018.17.6.287

원문보기 상세보기
N. R. Taylor and K. L Stierhoff, District Heating Handbook, 4th ed., International District Heating Association, Washington D. C. (1983).
C. K. Lee and J. W. Park, J. Weld. Join., 31, 49 (2013). https://doi.org/10.5781/KWJS.2013.31.2.49

원문보기 상세보기
E. J. Oh, J. H. Lee, S. W. Cho, W. G. Yi, and K. W. Nam, J. Weld. Join., 37, 6 (2019). https://doi.org/10.5781/JWJ.2019.37.4.6

상세보기
Duncan Munro et al., Operational Guidelines and Code of Practice (OGCP) for Stainless Steel Products in Drinking Water Supply, in OGCP for Stainless Steel Products - DWI Application 56.4.477, The Steel Construction Institute (SCI), Ascot, UK (2002).
C. P. Dilton, Corrosion resistance of stainless steels, Marcel Dekker, Inc., 96 (1995).
D. H. Pope and J. L. Lovell, Fundamentals of MIC in Water-Based Fire Protection Sprinkler Systems, Fire Protection Contractor magazine, 18, January (2014).
D. A. Jones, Principles and Prevention of Corrosion, 2nd ed., Prentice-Hall, Inc., 377 (1996).
M. G. Fontana, Corrosion Engineering, 3rd ed., McGraw-Hill, Inc., 394 (1986).

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