부식 모니터링의 개요와 방법

석유 및 가스 또는 석유 화학과 같이 휘발성 물질을 사용하는 모든 공정 집약적 산업에서 부식은 자산의 수명에 대한 가장 큰 위협 중 하나가 될 수 있습니다. 적절한 모니터링이 없으면 보일러나 압력 용기와 같은 대형 산업용 용기가 부식으로 인해 서서히 마모되어 누출 또는 고장을 일으키고 성능과 신뢰성이 저하될 수 있습니다.

극단적인 경우, 부식을 모니터링하지 않고 방치하면 자산의 전면적인 고장과 폭발로 이어질 수 있으며, 이로 인해 인명 안전 위험, 막대한 장비 비용 및 그에 따른 환경 피해가 발생할 수 있습니다.

 

미국에서만 탄소강 부식으로 인한 연간 총 비용이 2,760억 달러에 달하는 것으로 추산됩니다. 이것이 바로 부식 모니터링 및 녹 감지가 중요한 이유이며, 시간이 지남에 따라 자산의 성능 저하를 방지하여 문제가 임계점에 도달하기 전에 해결할 수 있도록 함으로써 이러한 비용을 완화하는 데 도움이 되기 때문입니다.

 

 

 

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1. 부식 모니터링(Corrosion Monitoring)이란?

부식은 화학 물질, 전기 화학 반응, 마찰 또는 기타 환경 요인과의 상호 작용으로 인해 발생하는 재료(일반적으로 금속)의 점진적인 파괴입니다. 모니터링은 일정 기간 동안 무언가의 진행 상황이나 품질을 관찰하고 확인하는 것입니다.

간단히 말해서 부식 모니터링은 시간이 지남에 따라 재료가 점진적으로 파괴되는 것을 추적하는 것입니다.

 

부식은 종종 변색 또는 외관의 다른 변화와 같은 재료의 불연속성으로 처음 나타납니다.

즉, 부식을 찾기 시작할 때 찾고 있는 것은 부식의 존재를 드러낼 수 있는 벽이나 기타 표면의 불규칙성입니다.

벽이나 바닥과 같은 자산의 일부가 부식된 것으로 확인되면 시간이 지남에 따라 자산이 어떻게 변하는지 이해하고 손상을 완화하기 위해 적절한 유지 관리 작업을 권장하는 데 필요한 데이터를 확보할 수 있도록 성장을 모니터링하기 시작하는 것이 중요합니다.

 

 

 

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1) 모니터링과 검사의 차이점

모니터링은 검사와 동시에 발생할 수 있지만 두 활동은 다릅니다.

• 모니터링은 자산의 특정 영역에 초점을 맞추며 일반적으로 검사보다 더 자주 발생합니다
• 검사는 전체 자산에 초점을 맞추며 일반적으로 모니터링보다 덜 자주 발생합니다

 

보일러 또는 압력 용기와 같은 산업 자산의 유지 관리에 대해 이야기하는 맥락에서 모니터링이라는 단어가 사용되는 경우 시간이 지남에 따라 자산의 특정 영역 또는 영역의 변경 사항을 추적하기 위한 정기적인 데이터 수집을 의미합니다.

이에 비해 검사는 특정 영역을 염두에 두지 않고 전체 자산을 완전히 검토하는 것을 의미합니다. 검사를 통해 부식이 드러날 수 있으며, 이는 부식된 영역을 모니터링하도록 권장됩니다.

 

전체 자산이 아닌 특정 영역에 초점을 맞추는 것 외에도 모니터링은 일반적으로 검사보다 더 정기적으로 발생합니다.

대부분의 국가에서는 법률이 3-5년마다(자산 유형에 따라 다름) 검사만 요구하지만, 자산의 특정 영역이 점점 더 빠른 속도로 저하되는 것으로 보이는 경우 분기에 한 번씩 모니터링이 이루어질 수 있습니다. 예를 들어, 보일러 벽의 특정 부분에서 부식이 빠르게 증가하는 것처럼 보이는 경우 부식을 주의 깊게 추적하고 있는지 확인하기 위해 분기별 모니터링을 월별 모니터링으로 변경할 수 있습니다.

 

부식이 계속되면 모니터링을 통해 결국 성능 저하를 수정하기 위한 작업을 수행하도록 권장할 수 있습니다.

 

2) 부식 모니터링 대상

부식 모니터링을 수행할 때 고려해야 할 것은 이전에 식별된 부식의 성장을 추적하는 것입니다.

부식 성장을 추적하려면 측정 도구를 사용하거나, 사진을 찍거나, 해당 지역의 정확한 3D 지도를 만들거나, 이 세 가지를 혼합하여 수행할 수 있습니다

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다음은 부식 모니터링 시스템이 일반적으로 사용되는 자산 목록입니다.

• 선박
• 보일 러
• 원유 시스템
• 운송 파이프라인
• 급수 시스템
• 플로우라인
• 진공 타워
• 냉각 시스템

 

 

 

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2. 부식 모니터링의 중요성

부식 모니터링 시스템을 사용하는 것이 중요한 세 가지 주요 이유는 다음과 같습니다.

• 안전
• 비용 절감
• 효율성 향상

 

1) 안전

부식 모니터링은 시간이 지남에 따라 성능이 저하될 수 있는 자산을 사용하는 모든 산업에서 중요하지만, 제대로 보관하지 않으면 폭발할 수 있는 휘발성 물질을 다루는 산업에서 특히 중요합니다.

장비가 노후화됨에 따라 부식에 점점 더 취약해지고 고압 및 온도와 같은 가혹한 조건에 대한 저항력이 떨어질 수 있습니다.

부식 모니터링의 목표는 장비의 잠재적인 문제 영역을 추적하여 사고를 피하고 직원을 안전하게 보호하는 것입니다.

 

2) 비용 절감

보일러와 같은 자산이 부식으로 인해 조기에 고장나면 교체 비용이 엄청나게 많이 들 수 있습니다. 화학 산업과 같은 공정 집약적 산업에서 잠재적으로 휘발성 물질을 보관하기 위해 대형 저장 용기를 사용해야 하는 정유 공장이나 공장에서 작업이 수행되는 경우 부식으로 인해 손상된 장비 측면에서 막대한 연간 비용이 발생할 수 있습니다.

부식 모니터링 시스템은 기업이 장비 및 자산의 수명에 기여하여 이러한 비용을 피하는 데 도움이 될 수 있습니다.

 

3) 효율성 향상

부식 모니터링은 사고를 예방하고 비용을 절감하는 것 외에도 다음을 통해 산업 운영의 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

• 기존 자산 및 관련 운영 장비의 수명 연장
• 향후 자산 구매를 위해 부식될 가능성이 적은 재료 종류에 대한 통찰력 제공
• 부식 성장 및 관련 문제를 해결하기 위한 비용 효율적인 방법을 식별하는 데 기여
• 작동 환경에서 부식과 관련된 조건(부식에 기여하거나 부식을 완화하는 것으로 보이는 조건)을 식별한 다음 구매 및 유지 관리 결정을 알리는 데 사용할 수 있습니다.
• 시설 가동 중단 시간 단축 지원

 

 

 

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3. 부식 모니터링 방법

부식 모니터링 중에 수집해야 할 가장 중요한 정보는 다음과 같습니다.

• 부식의 위치와 범위
• 부식 속도(즉, 시간이 지남에 따라 부식이 퍼지는 속도)
• 부식의 근본적인 원인

 

대부분의 검사관이 이 정보를 수집하기 위해 취하는 첫 번째 단계는 육안 검사로 시작한 다음 필요에 따라 초음파 테스터를 사용하여 벽 두께를 측정하는 것과 같은 보다 정교한 기기로 진행하는 것입니다.

 

1) 육안 검사

부식을 모니터링하기 위해 자산에 대한 육안 검사를 수행하기 위해 검사관은 바닥, 측벽 또는 기타 모니터링 영역을 눈으로 스캔하여 다음 사항을 확인하려고 합니다.

1. 기존 부식(즉, 모니터링 중인 부식)이 증가 여부
2. 벽, 바닥 또는 천장 표면의 불연속성으로 표시되는 것처럼 새로운 부식의 발생여부

육안 검사에서 부식이 증가하고 있거나 새로운 부식이 존재하는 것으로 나타나는 경우 검사자는 다양한 종류의 비파괴 검사(NDT) 도구를 사용하여 불연속 영역에 대한 추가 검토를 수행하여 존재하는 부식의 양을 정량화할 수 있습니다.

 

2) 초음파 검사

육안 검사가 완료된 후 부식 모니터링에 사용되는 가장 일반적인 유형의 NDT 도구 중 하나는 초음파 테스터입니다. 이 테스터는 짧은 초음파 펄스파를 사용하여 검사자가 부식된 벽의 두께를 측정하여 주변의 부식되지 않은 영역에 비해 얼마나 많은 금속 또는 기타 재료가 손실되었을 수 있는지 정량화할 수 있도록 합니다.

 

초음파 검사는 강철 및 기타 금속에 가장 일반적으로 사용되지만 목재, 콘크리트 및 기타 복합 재료에도 사용할 수 있습니다.

대부분의 경우 시각 및 초음파 데이터만 있으면 신뢰할 수 있는 부식 모니터링 시스템을 유지할 수 있습니다. 이러한 데이터가 발견된 부식이 현장 사양에 따라 허용 가능한 양임을 나타내는 경우 검사관은 부식의 성장과 두께를 계속 모니터링하기 위해 메모를 남기고 그 시점에 유지 관리를 수행하지 않도록 권장합니다.

 

 

 

 

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3) 부식 모니터링에 사용되는 기타 NDT 검사 방법

육안 및 초음파 데이터 외에도 검사자는 부식을 모니터링하기 위해 다른 NDT 도구를 사용할 수 있습니다.

 

테스트 방법 중 일부는 다음과 같습니다.

• 방사선 검사 - 전자기 방사선을 사용하여 재료의 내부 구조를 검사합니다. 
• 유도파 테스트 - 음파를 사용하여 부식을 감지합니다. 이 방법은 단일 위치에서 매우 먼 거리(경우에 따라 수백 미터)에 걸쳐 부식을 측정할 수 있기 때문에 파이프라인 및 유사한 구조물에 이상적입니다. 
• 자속 누설 - 강력한 자석을 사용하여 강철 또는 기타 금속을 자화한 다음 자기장에서 "누출"이 있는 위치를 측정하여 금속의 부식, 구멍 또는 기타 손상을 나타냅니다. 

 

"부식 모니터링 및 녹 감지에 사용할 테스트 방법, 기술 또는 도구를 결정할 때 가장 중요하게 고려해야 할 것은 작업 자체와 필요한 것이 무엇인지입니다. NDT 도구 및 모니터링 기법에 대해 더 많이 알수록 모니터링을 담당하는 자산의 수명을 보존할 수 있는 선택을 더 잘 할 수 있습니다."

 

 

 

 

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4) 부식 모니터링 시스템 및 기법

부식 모니터링 및 녹 감지를 위해 이러한 다양한 NDT 도구를 사용할 때 검사자가 사용할 수 있는 여러 가지 기술이 있습니다. 이러한 기술 중 일부는 모니터링 중인 용기의 재료 조각을 부식된 재료와 동일한 환경에 배치하여 어떻게 변하는지 관찰하는 것을 포함하며, 다른 기술은 다른 재료로 만든 프로브를 해당 환경에 보내 해당 조건을 판독하는 것과 관련이 있습니다.

 

두 경우 모두 이 기술에는 한 단위(하루, 일주일 또는 한 달)에서 다음 시간까지 부식이 어떻게 발생할 수 있는지 이해하기 위해 시간 경과에 따른 변화를 기록하는 것이 포함됩니다.

 

다음은 가장 일반적인 부식 모니터링 기술 중 일부입니다.

• 부식 성장을 추적하기 위한 시각적 기록 생성 : 부식 여부를 발견하고 청사진에 정보를 매핑할 수 있으며, 이를 미래의 시각적 기록과 비교하여 시간 경과에 따른 부식 증가를 추적할 수 있습니다.
• 초음파 두께 모니터링 : 두께를 측정하기 위해 초음파 테스터를 사용하여 벽을 스캔하는 일반적인 기술입니다.
• 프로브를 사용하여 전기 저항을 측정 : 프로브는 전기 저항의 변화를 추적하여 시간 경과에 따른 금속 손실을 추적하는 데 사용할 수 있습니다. 프로브는 부식 속도에 대한 정기적인 데이터(월별, 주별, 일별, 심지어 시간별)를 제공할 수 있습니다.

 

다음은 부식 모니터링 시스템에 사용되는 몇 가지 덜 일반적인 기술입니다.

• 생물학적 성장 모니터링 : 이 기술은 황산염을 먹고 사는 자산 내의 박테리아를 식별합니다. 이 박테리아는 부식성이 매우 강한 황산(H2SO4)을 생성하므로 자산에 존재한다는 것은 어느 정도의 부식 가능성이 높다는 것을 의미합니다.
• 수소 침투 모니터링 :  프로브를 사용하여 강철에 용해되는 수소의 양을 측정할 수 있습니다. 오일 & 가스에서 수소는 종종 오일 & 가스에서 일어나는 많은 반응의 부산물이며, 수소의 존재는 감지되지 않고 모니터링되지 않은 상태로 방치될 경우 결국 강철이 부서지기 쉽고 균열이 생기는 결과를 초래할 수 있습니다.

 

 

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