원자력 발전 설비 - HDT(Hydrogen Damage Test) 시리즈

 

원자력 발전 설비 - HDT(Hydrogen Damage Test) 시리즈

 

 

응력 부식 균열(SCC: Stress Corrosion Cracking)의 경우는 일반적으로 발생 초기에 피팅(pitting)이라고 하는 쌀알이나 좁쌀만한 크기의 손상이 국부적으로 깊숙히 박히는 현상들을 감지할 수 있습니다. 하지만 수소 손상(Hydrogen damage)과 같은 경우는 피팅(pitting) 현상을 거의 감지할 수 없고, 응력 부식 균열에 비교하여 훨씬 짧은 시간에 크렉까지 확대됩니다. 이런 사례는 상대적으로 적지만 가장 위험한 부식 중의 하나로 간주하여 수소 손상(Hydrogen damage)을 최소화하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있습니다.

 

수소 손상(Hydrogen damage)은 H₂S, H₂, HF acid의 영향에 의해서 발생하며, 수소 손상(Hydrogen damage)의 방법에는 낮은 응력이 적용될 때 강의 연성을 잃게되는 수소 취성(Hydrogen Embrittlement), 강의 내부에 기공을 형성하는 수소 공격(Hydrogen Attack, Blistering & Stepwise Cracking), 높은 강도를 가진 강에서 많이 발생하는 자발적 크렉인 수소유도부식(Hydrogen Induced Crossion) 등에 의해 이루어지며, 이러한 현상은 수소 원료를 사용 및 발생, 혹은 탈황, 중질유 분해 등과 같은 고온·고압의 수소 분위기에 많이 노출되는 원자력 발전, 정유공장, 석유화학공장 등과 같은 산업체에서 많이 발생합니다.

일신오토클레이브에서 제작하는 HDT(Hydrogen Damage Test) 시리즈는 가연성 가스인 수소를 통하여 다양한 환경을 만들 수 있는 반응기로 미국기계학회(ASME) 규정에 맞춰 설계 및 제작을 진행하여 안전성과 기밀성을 확보한 설비를 제작하며, 대형 설비의 개폐를 용이하게 하기 위해 나사 타입의 밀폐 방법을 사용합니다. 부식에 대한 환경을 만들기 위한 펌프와 다양한 센서류 및 조절기 등의 구성품을 결합하여 최적의 조건으로 공정을 수행할 수 있습니다.

 

 

 

 

수소손상((Hydrogen Damage)의 타입 
1. 수소 취성(HE : Hydrogen Embrittlement)
• 부식반응이나 음극 분극에 의해서 생산된 수소 원자가 재료의 표면에 결합되어 결정입계를 따라 확산되고, 이는 내부응력이나 잔류응력이 높은 금속 내부에 침투하게 된다.
• 저온에서 이루어지는 현상으로 강재 내에 수소가 존재하고, 이 수소 원자가 강재 내부에서 변형율이나 연성을 감소시키는 현상을 말한다.
• 예를 들면, 수소 원자로 전이된 탄소강의 경우는 연성이 42%에서 7%로 급격히 떨어지게 된다.
• 이러한 수소 취성은 순간적으로 일어나며, 수소 취성이 일어난 상태에서 강재에 하중이 가해지면 정적 피로(Static Fatigue)에 의해 파괴가 일어난다. 이를 방지하기 위해서는 열을 가하여 내부에 침투한 수소 원자를 방출하여 주면 된다. 하지만 일반적으로 315℃ 이상의 가열은 고온 수소 공격(High temperature Hydrogen Attack)의 가능성이 있으므로 피하여야 한다. 

 

 

2. 수소 공격(HA : Hydrogen Attack) 
• 고온, 고압하에서 수소 가스가 존재하는 분위기에서는 강재의 기계적인 성질이 나빠지는 현상이다.
• 수소 가스가 강재의 표면에서 수소 원자로 햬리하여 쉽게 강재 내로 확산되고, 이러 환산은 수소 원자가 탄소 원자와 용해로 메탄(CH4)을 발생시킨다.
• 내부에서 발생한 메탄은 강재 내부에 압력을 만들어 Blistering(화상처럼 생기는 표면 손상)이나 Fissuring(평행 균열) 현상을 일으키게 된다.
• 탄소와의 용해는 강재 내의 탈탄 현상을 초래하게 되고, 이는 강재 내부의 균열에도 영향을 미친다.
• 수소 공격을 방지하기 위해서는 많은 연구를 통하여 산업체 분위기 내에서 견딜 수 있는 강재를 선정하는 것이다. 

 

 
3. 수소유도크랙(HIC : Hydrogen Induced Cracking)
• HF나 H2S와 같은 용재를 정장하면서 발생하는 자발적인 크랙을 말하며, 수소에 의한 블러스트링(표면 손상)은 가장자리로 확산되면서 Step-Wise Cracking으로 나타나기도 하고, 수소취성을 수반하기도 한다.
• 이러한 수소 응력 크랙(Hydrogen Stress Cracking)의 경우는 수소 취성을 일으키는 분위기와 같은 부식 환경에서 발생한다.
• 수소를 포함하는 분위기에서 용접할 경우, 용접된 금속을 냉각하면서 용접 경계부에 과포화 및 수소 확산이 일어나게 되면서 용접부의 박리와 같은 부식이 일어나게 된다.
• 가장 효과적인 방지법은 강이 적당한 야금 상태를 유지하는 것으로 용접시에 강도를 제한하여 수축 응력에 의한 부식을 예방한다.  
 

HDT 시리즈 특징 
설비의 안전성
• ASME U1, U2 압력용기 규정 설계
• KGS, KOSHA의 고압 압력용기 인증
• 다중 압력관리를 통한 단계별 안전성 확보
• 알람 리스트 등을 통한 지속적 장비 이력 
사용의 편리성
• 다양한 설치 환경에 적합하도록 외관 크기를 최소화하여 사용자의 공간 활용에 용이
• 원료 투입후 모든 조작과 작동 상태는 제어시스템에서 관리가 이루어지므로 편리
• 조립 및 분해가 용이하므로 분리 청소가 편리 
제어시스템
• 터치스크린을 활용한 전장 구성
• 실험 데이터 기록을 통한 정밀한 실험 및 자동 시스템 구현 가능  
 

* 압력용기 규정에 맞춰 한국가스안전공사나 산업안전관리공단의 안전 인증 취득
* SUS304/316 소재 이외에도 HC-276, Nickel 200, Inconel 625 등 다양하게 제작 가능
* 측정 센서류(Ph/DO/CON./DH 등)는 공정에 맞게 변경 가능
* 커버 하중을 고려하여 커버 개폐 방식은 수동/자동 모두 구현 가능

 

 

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