KR101826043B1 - 양극 부식억제제를 사용하는 배관의 부식억제제 투입시기 및 방식상태 측정장치 - Google Patents

양극 부식억제제를 사용하는 배관의 부식억제제 투입시기 및 방식상태 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부식억제제를 사용하는 배관에서의 적정한 부식억제제의 농도와 투입시기를 측정하기 위한 측정장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 배관의 부식방지를 위하여 투입되는 양극 부식억제제에 따른 배관의 전위를 측정함으로써 배관물의 방식 및 부식상태를 판단한 후 이에 따른 부식억제제의 투입 시기를 결정할 수 있는 부식억제제 투입시기 및 방식상태를 판단하는 양극 부식억제제를 사용하는 배관의 부식억제제 투입시기 및 방식상태 측정장치에 관한 것이다.

Description

양극 부식억제제를 사용하는 배관의 부식억제제 투입시기 및 방식상태 측정장치{The detecting apparatus to determine the substitution period and the protected state by anodic corrosion inhibitor}
본 발명은 부식억제제를 사용하는 배관에서 부식억제제의 투입시기와 방식상태를 판단하는 측정장치에 관한 것이다.
부식억제제란 부식전해액에 첨가되어짐으로써 양극반응 또는 음극반응을 억제하여 부식속도를 감소시키는 물질을 말한다. 도 1은 억제제와 전위의 관계를 나타낸 억제제와 전위의 상관관계를 나타내는 도표이다. 도 1의 (a)인 양극억제제는 양극분극을 증가시킴으로써 부식전위를 귀방향으로 상승시킨다. 반면 도 1의 (b)인 음극억제제는 음극분극을 증가시킴으로써 부식전위를 활성방향으로 이동시킨다. 도 1의 (c)인 혼합억제제의 경우에는 전위의 변화가 적으며 양극분극 및 음극분극의 상대적인 크기에 따라 달라진다.
양극억제제는 양극 표면으로 이동해가서 양극반응을 억제 또는 부동태화 시키는 음이온으로서 용해된 산소와 작용하는 경우가 많다. 양극억제제로는 정인산염, 규산염, 아질산염, 크롬산염, 안식향산염 등이 있다.
양극억제제는 효과적이며 또한 널리 사용되고 있지만 사용에 신중을 기해야 한다. 억제제의 양이 부족할 경우, 양극의 전체 표면을 덮을 수가 없게 되며 따라서 소양극-대음극의 위험한 현상이 발생하여 심한 부식을 일으킬 수 있다. 이럴 경우 억제제는 제 역할을 못할 뿐만 아니라 오히려 부식을 촉진시키는 결과가 된다.
도 2와 도 3은 부식억제제 농도와 부식속도에 대한 상관관계를 나타내는 그래프로서 양극부식억제제의 양이 부족할 경우 및 과다할 경우에 부식속도가 더 크게 증가하는 현상을 보여주고 있다.
도 2와 도 3에서 양극 부식억제제를 농도 1에서 농도 7까지 투입하게 될 경우, 그 기능이 산화제이므로 금속구조물인 배관의 전위를 전위 A에서 전위 J로 양의 방향으로 상승시키게 된다.
상기 도 2와 도 3을 살펴보면, 부식억제제의 농도가 1 내지 4까지는 부식억제제의 농도를 증가시키면 부식속도도 비례해서 증가한다. 부식억제제의 농도를 4 이상 5 이하인 경우에는 부식속도가 증가되지 않고 안정적이다. 또한 부식억제제의 농도가 5 이상인 경우에도 부식억제제의 농도가 증가하면 농도증가에 비례해서 부식속도가 증가된다.
이와 같은 현상으로부터 부식억제제를 사용하는 배관에서의 적정한 부식억제제의 농도를 파악하여 부식억제제의 투입시기를 측정하고 부식상태를 측정하는 것이 바람직하다.
한편 배관이나 용기 내의 금속구조물의 부식 방지를 위하여 투입되는 양극억제제의 경우, 그 양이 적절하게 유지되지 못할 경우 심각한 부식을 초래할 수 있기 때문에 여러 관리 방안이 제안되어 사용하고 있다. 대표적인 사례를 보면 종래기술 1(대한민국특허 등록번호 10-0193590, 수계내 부식억제제 적용량의 모니터링 및 조절방법)은 수계로부터 샘플인 물을 형광처리하여 샘플의 형광 세기를 측정하여 용액의 형광 세기에 대하여 수용액 중의 방향족 아졸의 공지된 농도와 비교하여 부식억제제의 농도를 모니터링 하는 방법이 사용되고 있다.
다른 기술로는 종래기술 2(대한민국 특허 등록번호 10-0310923, 수처리제의 시스템 내 농도 모니터링 및 투여량 조절방법)인 수처리제의 농도-소비 반응적 공급조절이 초기 시약을 샘플에 가하여 농도 지시제를 형성함으로써 이러한 농도 지시제는 초기 시약과 사실상 비형광성 수처리제와의 배합믈을 포함하게 되어 농도 지시제를 모니터링하여 수처리제의 시스템 내 농도와 연관시켜 투여량을 조절하는 방법이다.
또한 일정 기준을 정해 놓고 그 기준에 맞게 경험적 데이터를 토대로 주기적으로 자동 주입이 되도록 관리 지침을 정해서 사용하는 경우도 있다(환경부, 옥내급수관의 부식억제제 사용 매뉴얼, 2009. 1).
상기와 같은 방법은 부식억제제가 배관 등 금속구조물 내를 유동하는 부식성 환경과 지속적으로 반응하고 있기 때문에 부식억제제를 투입하고 일정 기간마다 샘플을 채취하여 기기분석을 행하여 적정 농도로 부식억제제가 유지되고 있는 지를 확인하거나 일정 기간마다 정해진 농도의 부식억제제를 투입하는 방식이다.
그러나 투입된 부식억제제는 금속 표면과의 반응에 의해서 소모되기 때문에 그 농도가 부족한 부위에서는 부식이 발생될 수 있고 심한 경우에는 국부부식으로 인하여 금속구조물이 파손되기도 한다.
그러므로 앞에서 기술한 바와 같은 주기적 샘플링에 의한 부식억제제 농도 관리나 주기적 일정 농도 투입은 상시 관리가 되지 않는 문제점이 있거나 단순 주기에 의한 관리의 차원에 머무르기 때문에 부식의 위험성도 내포하고 있다.
한편 방식되고 있는 금속구조물의 전위를 측정하기 위하여 사용하는 전극이 기준전극이다. 이러한 기준전극은 도 4에 나타난 구조로 이루어져 있다.
도 4의 (a)는 표준수소전극의 경우로, 모든 기준전극의 기준이 되나 전극 설치가 까다롭고 불편하기 때문에 잘 사용하지 않는다. 도 4의 (b)는 감홍전극이고, 도 4의 (c)는 염화은 전극의 경우인데 (b)와 (c)는 실험실이나 수용액 중에서 많이 사용하고 있으나 그 구조를 보면 전극 팁이 다공성 글래스로 이루어져 있으며 전극 내에 포화 염화칼륨(KCl) 용액이 들어가 있어 장기간 수용액 중에 노출 시 전해질이 오염되므로 장기간 사용하는데 문제가 발생한다. 이 오염문제를 해결할 수 있는 방법 중의 하나는 해당 부식환경 중에서 반응을 일으키지 않는 불용성 전극을 사용하는 방법이다. 예를 들면, 강알칼리 용액 중에서 사용하는 기준전극은 Ni-전극을 사용하며, 해수 등 일반적인 부식환경 중에서는 Pt-전극이 대표적인 금속전극이다.
그러나 본 발명에서 이루고자 하는 기술은 부식 유체 중에 부식억제제를 포함하고 있는 환경 중에서 실시간으로 장기간 안정적으로 금속구조물의 전위를 측정하고자 하는 것이다. 따라서 필요한 기능을 위해서는 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 불용성 전극을 반드시 사용하여야 하지만, 금속의 특성 상 부식억제제가 존재하는 환경에서 불용성 전극은 역시 부식억제제에 의하여 부동태화가 되는 문제점이 발생하는 것이다.
한국특허등록번호 10-0193590호(1999.02.04 등록) 한국특허등록번호 10-0310923호(2001.09.21 등록)
본 발명은 종래기술에서의 문제점인 부식 유체 중에 부식억제제를 포함하고 있는 환경 중에서 실시간으로 금속구조물의 전위를 측정하고자 할 때 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 불용성 전극을 반드시 사용하여야 하지만, 금속의 특성 상 부식억제제가 존재하는 환경에서 불용성 전극은 역시 부식억제제에 의하여 부동태화가 되는 문제점을 해결하여 안정적으로 배관의 부식억제제 농도를 측정하여 부식억제제 투입시기와 배관의 부식상태를 측정하는 것이다. 더욱 상세하게는 배관의 부식방지를 위하여 투입되는 양극 부식억제제에 따른 배관의 전위를 측정함으로써 배관의 방식 및 부식상태를 판단한 후 양극 부식억제제를 사용하는 배관의 부식억제제 투입시기 및 방식상태를 측정하고자 하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 방식대상구조물인 배관부식을 억제시키기 위하여 공급되는 양극 부식억제제의 투입시기와 방식상태를 측정하기 위한 부식 측정장치에 있어서, 유체가 흐르는 배관을 관통하여 유체에 노출되는 불용성 전극 1과 불용성 전극 2; 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2에 전류를 공급하는 DC정류기; 배관에 접속된 단자; 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하는 전위측정장치; 상기 전위측정장치로부터 측정된 전위값과 기준전위값을 비교하여 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 판단하는 판단부; 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 통전 및 단락시키고, 상기 단락후 상기 전위측정장치에 의해 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하도록 제어하는 제어부;로 이루어진 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 측정하기 위한 측정장치에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이에 소정시간 동안 통전하여 상기 불용성 전극 1의 부동태 피막을 제거하도록 제어하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이에 소정시간 동안 통전후, 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 단락시키도록 제어하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 통전시간은 5 내지 20분 동안 통전시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 통전 전위는 - 0.3V ~ - 1V 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 단락시키고, 소정시간이 경과한 후에 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하도록 제어하는 것이다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 단락시키고, 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하기 위한 소정시간은 0.3 내지 1초 경과 후 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 하나의 구현예에 따른 양상은 상기 전위측정장치로부터 측정한 전위값을 저장하는 전위값 저장부; 상기 전위측정장치로부터 측정된 측정값과 기준전위값을 비교하여 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 판단하는 판단부의 판단값 저장부; 상기 판단값을 유무선 통신망을 통해서 실시간으로 관리자에게 송신하는 송신부를 더 포함하는 것이다.
본 발명의 부식 유체 중에 부식억제제를 포함하고 있는 환경 중에서 실시간으로 장기간 안정적으로 금속구조물인 배관의 전위를 측정하기 위한 불용성 전극이 부동태화되나 이를 주기적으로 탈 부동태화시켜 양극억제제와 배관사이의 전위를 측정할 수 있다.
본 발명은 배관의 부식방지를 위하여 투입되어야 할 부식억제제의 투입 시기를 결정할 수 있다.
또한 본 발명은 양극억제제와 배관사이의 전위를 측정로 인하여 배관의 방식상태를 측정할 수 있다.
도 1은 부식억제제의 종류중 (a) 양극억제제, (b) 음극억제제, (c) 혼합억제제의 특징을 나타낸 것이다.
도 2는 부식억제제 농도와 부식속도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은 부식억제제의 투입량에 따른 전위의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 기준전극의 종류 및 구조를 나타낸 개략도이다.
도 5는 부식억제제(100,000 ppm Nitrite + 수도수) 중에 침지된 구상흑연주철의 시간에 따른 전위측정그래프이다.
도 6은 본 발명의 측정장치를 나타내는 구성도이다.
도 7a 내지 도 7c는 부식억제제가 포함된 시험용액 중에서 불용성 전극(Pt)의 표면에 생성된 부동태 산화피막을 제거하기 위하여 불용성 전극(Pt)이 음극이 되도록 소정시간 통전시켜 단락시킨 후, 시간에 따른 불용성 전극(Pt)의 전위변화를 나타낸 그래프이다. 단, (a) 인가전압 0.3V, (b) 인가전압 0.5V, (c) 인가전압 0.7V, 통전시간: 0분, 5분, 10분, 20분
도 8a 및 도 8b는 부식억제제가 포함된 시험용액 중에서 통전되는 전압을 달리한 'Passivation-off 전극'으로 측정한 구상흑연주철의 전위값이다. 불용성 전극(Pt)의 표면에 생성된 부동태 산화피막을 제거하기 위하여 불용성 전극(Pt)이 음극이 되도록 소정시간 통전시켜 단락시킨 후, 시간에 따른 불용성 전극(Pt)의 전위변화를 나타낸 그래프이다. 단, (a) 통전시간:5분, (b) 통전시간:10분
유체가 흐르는 배관내의 유체에 부식억제제를 포함하고 있는 환경 중에서 실시간으로 금속구조물인 배관의 전위를 측정하고자 할 때에는 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 불용성 전극을 반드시 사용하여야 하지만, 금속의 특성 상 부식억제제가 존재하는 환경에서 불용성 전극은 부식억제제에 의하여 부동태화된다.
본 발명에 적용되는 부식억제제는 양극억제제로서 금속표면에 산화피막을 생성하여 부식을 억제하도록 역할한다. 양극억제제는 양극 표면으로 이동해가서 양극반응을 억제 또는 부동태화시키는 음 이온으로서 용해된 산소와 작용하고, 철계의 경우 양극에서는 Fe → Fe2+ + 2e- 의 반응이 일어나게 되며 부식억제제가 양극표면으로 이동하여 표면을 산화시켜 Fe2O3의 산화피막을 형성하여 양극분극을 증가시키고 부식전위를 귀방향으로 증가시켜 부식을 억제한다. 아래의 반응식은 반응과정을 나타낸 것이다.
1단계(금속의 부식) : Fe → Fe++ + 2e-
2단계(부식억제제에 의한 산화피막의 생성) : 2Fe++ + 2O2 + 2H2O + 4e- → 2Fe2O3 + 2H2 ↑
전극이 부동태화되는 이유는 양극억제제는 강력한 산화제로 자기자신은 환원되며 전극표면을 산화시켜 부식을 억제한다. 예를 들어, 양극 부식억제제가 첨가된 용액 중에 불용성 전극(Pt)을 노출시키면 불용성 전극(Pt)표면에 PtO2라는 산화피막을 형성하게 되어 기준값이 변화되므로 도 5의 Re-1 전극과 같이 높은 전위값으로 잘못 측정하게 된다. 따라서 불용성 전극(Pt)의 표면을 탈 부동태화시키지 못 하면 불용성 전극(Pt)의 표면에 생성된 부동태 피막으로 인하여 정상적인 전위측정을 할 수 없다.
배관내에 노출된 불용성 전극(Pt)은 부식억제제에 의해 불용성 전극(Pt)의 전위가 상승함에 따라서 산화물인 PtO2가 안정한 상태에 도달하여 표면에 부동태피막이 생성된다. 이를 제거해주기 위해 - 전위를 인가하게 되면 부동태 피막인 PtO2에서 산소(O2)가 부식억제제와 결합하는 반응을 하면서 불용성 전극(Pt)에서 제거되어 불용성 전극(Pt)의 금속(Pt)으로 환원되어 안정한 상태로 변화되므로, 불용성 전극(Pt) 표면에 생성된 부동태피막이 제거된다. 따라서 표면에 생성된 산화물을 제거하기 위해서는 불용성 전극(Pt)에 - 전압을 가해준다.
이때 인가해주는 - 전압이 낮으면 산화피막의 제거가 불충분하게 되고 인가해 주는 - 전압이 지나치게 크면 수소취성 등의 부작용이 나타나게 된다. 따라서 인가해 주는 - 전압은 - 0.3V ~ - 1V의 인가전압범위가 적절하다. 바람직하기로는 - 0.5V ~ - 0.7V이 적합하다.
그러나 다른 불용성 전극에서의 부동태 피막을 제거하는데는 사용하는 금속의 종류에 따라 최적의 - 전압범위를 선정할 수 있다.
도 5는 부식억제제(100,000 ppm Nitrite + 수도수) 중에 침지된 구상흑연주철의 시간에 따른 전위측정그래프이다.
이때 불용성 전극(Re-1)은 용액 중에 계속 침지노출된 상태에서 측정한 전위값이고, 불용성 전극(Re-2)은 주기적으로 새로운 불용성 전극(Re-2)을 사용하여 측정한 전위값이다. 다시 말하면 불용성 전극(Re-2)은 부동태 피막이 없는 불용성 전극을 의미한다.
도 5에서 불용성 전극 1(Re-1)인 불용성 불용성 전극(Pt)은 + 전위이고, 시험용액 중에 지속적으로 노출 침지되어 구상흑연주철재 배관은 - 전위인 상태에서 구상흑연주철재 배관의 전위를 측정한 결과이고, 불용성 전극 2(Re-2)인 불용성 전극(Pt)또한 + 전위이고 시험 용액 중에 불용성 전극(Pt)을 사용하여 간헐적으로 침지하고, 구상흑연주철재 배관은 - 전위인 상태에서 구상흑연주철재 배관의 전위를 측정한 결과이다. 간헐적으로 불용성 전극 2(Re-2)를 시험용액에 침지하여 측정한 주철의 전위는 비교적 일정한 값을 보이고 있는 반면, 지속적으로 침지된 불용성 전극 1(Re-1)을 사용하여 측정한 주철의 전위는 계속 상승하는 값을 보이고 있다. 부식억제제가 포함된 용액에서의 주철의 전위는 부식억제제의 농도가 일정하게 유지될 경우, 불용성 전극 2(Re-2)를 사용하여 측정한 것과 같이 일정한 전위를 보여야 하는데, 불용성 전극 1(Re-1)로 측정한 전위처럼 시간에 따라서 지속적으로 전위 값이 상승하는 것은 불용성 전극(Pt)도 부식 환경 중에서 부동태 산화피막이 만들어지기 때문이다. 따라서 불용성 전극으로 사용하기 위해서는 부식 환경 중에서 일정한 값을 보이는 불용성 전극이 필요하다.
그러므로 부식억제제가 첨가된 용액 중에 불용성 전극(Pt)을 지속적으로 침지하여 전위를 측정할 경우에는 배관재의 전위를 측정하기 전에 불용성 전극(Pt)에 - 전위를 인가하여 불용성 전극(Pt)의 표면에 생성된 부동태피막을 제거하여야 한다.
본 발명의 측정장치는 도 6과 같이 배관내에 양극억제제를 사용하여 방식을 행하는 방식대상물인 배관에 불용성 전극들을 부식억제제에 노출되도록 설치하여 불용성 전극 1에 음극 전위를 통전시켜 용액 중의 양극억제제에 의한 부동태 피막이 형성되지 않도록 환원반응을 시키고, 불용성 전극 2는 상대전극인 양극이 되어 불용성 전극 1에 음극 전위를 인가할 수 있도록 양극의 역할을 담당한다. 이러한 상태에서 불용성 전극 1에 인가하던 음극전위를 순간적으로 중단하여(이 때의 전극 1을 Passivation-off 전극이라 한다) 방식대상물인 배관의 부식전위를 측정하는 불용성 전극으로 작동하게 하는 장치로 구성되어 있다. 불용성 전극 1에 인가하는 음극전위의 크기 및 시간은 방식대상물인 배관의 재질에 맞게 조정할 수 있다.
배관의 재질은 철계 소재 뿐만 아니라, 동 또는 알루미늄계의 소재에도 적용할 수 있으며, 배관내에 양극 부식억제제를 사용하는 경우에는 소재의 재질과는 관계없이 본 발명의 측정장치가 적용될 수 있다.
본 발명의 측정장치는 지속적으로 배관의 전위를 측정하지 않고 일정 주기로 측정한다. 예를 들면 2 내지 4시간마다 측정할 수 있다. 상기 방식대상물인 배관에 불용성 전극들을 부식억제제에 노출된 불용성 전극 1과 불용성 전극 2는 부식억제제에 의하여 부동태 피막이 생성되어 있으므로, 배관의 전위를 측정하기 전에 소정시간 동안 불용성 전극 1에는 - 전위를 불용성 전극 2에는 + 전위를 인가시켜 - 전위의 불용성 전극 1의 표면에 생성된 부동태피막을 제거시킨다. 이 때 불용성 전극 1에 인가되는 전위는 - 0.3V ~ - 1V의 인가전위범위가 적절하다. 상기의 인가전위에서의 통전시간은 5분 내지 20분이면 부동태피막이 완전히 제거된다.
이후 인가전압을 단락시킨다. 이 때 불용성 전극 1과 불용성 전극 2를 단락시키면 순간적으로 역기전력이 작용하여 불용성 전극 1은 + 전위로 변화되고 불용성 전극 2는 - 전위로 변화되는데, 이 상태에서 소정시간 이후에 불용성 전극 1과 배관에 접속된 전위측정장치에 의해 전위를 측정하면 배관의 전위가 측정된다. 상기 소정시간은 약 0.3 내지 1초 사이에서 배관의 전위를 측정하는 것이 효과적이다. 이는 인가전압 단락이후 시간이 경과함에 따라 불용성 전극 1에 부동태피막이 생성되어 정확한 전압을 측정하기 어렵기 때문이다.
이와 같은 사례로 도 5의 불용성 전극(Pt) 1을 불용성 전극 2와 통전하지 않고 배관과의 전위차를 시간에 따라 측정한 전위값의 변화 그래프(파란실선)를 살펴보면, 배관의 전위를 측정하면 지속적으로 전위가 상승하는데 이는 전극(Pt) 1의 표면에 부동태피막이 조금씩 생성되어 증가하기 때문이다. 따라서 불용성 전극 1과 불용성 전극 2에 인가전압을 통전시킨 후 단락하여 소정시간이내에 배관의 전위값을 측정하여야만 정확한 배관의 전위를 측정할 수 있으며 정확한 배관의 전위를 측정하여야만 부식억제제의 투입시기와 방식상태를 판단할 수 있다.
상기 측정된 배관의 전위값을 기준전위값과 비교하면, 기준전위 범위값보다 낮으면, 부식억제제가 부족한 것이고, 기준전위 범위값보다 높으면 부식억제제가 과다한 것으로 판단한다.
다시 말하면 측정된 배관의 전위값이 기준전위 범위값에 비례하게 낮으면 부식억제제의 투입량을 증가시키고, 측정된 배관의 전위값이 기준전위 범위값에 비례하게 높으면 배관의 부식이 증가되어 있다는 것을 알 수 있다.
도 6에 나타나 있는 본 발명의 측정장치의 구성과 결합관계를 살펴보면,
배관의 2곳에 불용성 전극 1과 불용성 전극 2를 내관내 부식억제제 및 유체 중에 노출시켜 설치하기 위한 관통공을 2개 형성한다. 불용성 전극을 설치하기 위하여 플렌지 및 테프론 가스켓이 부가될 수 있는데 불용성 전극을 설치할 수 있는 것이라면 다른 구성도 가능하다.
불용성 전극 1과 불용성 전극 2와 DC정류기 사이에 녹색으로 표시된 연결선은 불용성 전극 1의 부동태 피막을 제거하기 위한 인가전위의 통전계통이고, 전극 1과 배관과 전위측정장치에 접속된 붉은색의 연결선은 배관의 전위를 측정하기 위한 검측계통이다.
본 발명에 따른 측정장치의 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 통전 및 단락시키고, 상기 단락후 상기 전위측정장치에 의해 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하도록 제어한다. 상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이에 소정시간 동안 통전하여 상기 불용성 전극 1의 부동태 피막을 제거하도록 제어하며, 상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이에 소정시간 동안 통전후, 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 단락시키도록 제어한다.
상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 단락시키고, 소정시간이 경과한 후에 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하도록 제어한다.
또한 상기 전위측정장치로부터 측정한 전위값을 저장하는 전위값 저장부와 상기 전위측정장치로부터 측정된 측정값과 기준전위 범위값을 비교하여 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 판단하는 판단부와 상기 판단부에서 판단한 판단값을 저장하는 판단값 저장부와 상기 판단값을 유무선 통신망을 통해서 실시간으로 관리자에게 송신하는 송신부를 더 포함한다.
[실시예]
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 배관내에 부식억제제(100,000 ppm Nitrite + 수도수)가 포함된 시험용액 중에서 불용성 전극(Pt)의 표면에 생성된 부동태 산화피막을 제거하기 위하여 불용성 전극(Pt)이 음극이 되도록 전압을 인가한 후 전압을 차단한 뒤 OFF 시간에 따른 불용성 전극(Pt)의 전위 변화를 보여주고 있다.
도 7a의 푸른색과 붉은색, 연록색 데이터는 -0.3V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 각각 5분, 10분, 20분씩 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7a의 푸른색데이터는 -0.3V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 각각 5분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7a의 붉은색데이터는 -0.3V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 각각 10분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7a의 연록색데이터는 -0.3V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 20분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7b의 푸른색과 붉은색, 연록색데이터는 -0.5V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 5분, 10분, 20분씩 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7b의 푸른색데이터는 -0.5V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 5분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7b의 붉은색데이터는 -0.5V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 10분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7b의 연록색데이터는 -0.5V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 20분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7c의 푸른색과 붉은색, 연록색데이터는 -0.7V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 5분, 10분, 20분씩 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7c의 푸른색데이터는 -0.7V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 5분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7c의 붉은색데이터는 -0.7V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 10분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
도 7c의 연록색데이터는 -0.7V의 전압을 불용성 전극(Pt)에 20분 인가한 후 전원(정류기)을 단락한 뒤 OFF시간에 따라 측정한 구상흑연주철의 전위를 측정한 데이터이다.
본 발명에서는, 전압 OFF시 나타나는 일정 전위상태의 불용성 전극을 'Passivation-off 전극'이라 하고, 이 'Passivation-off 전극'으로 측정된 전위값을 배관의 전위값이라 한다. 상기 도 8a 및 도 8b의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 인가전압 및 인가시간에 관계없이 불용성 전극(Pt)에 음극 전압을 가하면 전위가 큰 음의 값을 보이다가 인가전압을 차단(OFF)하면 약 0.1 ~ 0.5초 사이에서 일정한 전위를 보인 후 부식억제제에 의하여 산화피막이 생성되어 전위가 상승함을 알 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 부식억제제가 포함된 시험용액 중에서 통전되는 전압을 달리한 'Passivation-off 전극'으로 측정한 구상흑연주철의 전위값이다. 불용성 전극(Pt)의 표면에 생성된 부동태 산화피막을 제거하기 위하여 불용성 전극(Pt)이 음극이 되도록 소정시간 통전시켜 단락시킨 후, 시간에 따른 불용성 전극(Pt)의 전위변화를 나타낸 그래프이다. 단, (a)는 통전시간이 5분이고, (b)는 통전시간이 10분이다.
도 8a 및 도 8b는 부식억제제(100,000 ppm Nitrite + 수도수)가 포함된 시험용액 중에서 인가전압을 달리한 불용성 전극으로 측정한 구상흑연주철의 전위를 나타내고 있다.
도 8a는 부식억제제(100,000 ppm Nitrite + 수도수)가 포함된 시험용액 중에서 인가전압(인가시간 5분)을 달리한 불용성 전극으로 측정한 구상흑연주철의 전위를 나타내고 있다.
도 8b는 부식억제제(100,000 ppm Nitrite + 수도수)가 포함된 시험용액 중에서 인가전압(인가시간 10분)을 달리한 불용성 전극으로 측정한 구상흑연주철의 전위를 나타내고 있다.
도 8a에서 0.3V의 인가전압을 5분 동안 가하여 측정된 구상흑연주철의 전위는 앞의 도 5의 간헐적으로 측정된 전위와 차이가 많이 나지만, -0.5V 및 0.7V의 인가전압을 5분 동안 가하여 측정된 전위는 거의 유사하게 얻어졌다.
도 8b에서 -0.3V, -0.5V 및 0.7V의 인가전압을 10분 동안 가하여 측정된 구상흑연주철의 전위는 앞의 도 5의 간헐적으로 측정된 전위와 차이가 많이 나타났다.
따라서 본 실시예에서 나타난 최적의 조건은 - 0.5 ~ - 0.7V를 5분간 가하여 얻어진 불용성 전극을 사용하여 지속적으로 구상흑연주철의 전위를 측정할 수 있으며 설정된 최소값 또는 최대값의 범위를 벗어날 경우 부식억제제의 교체주기를 알려주는 것을 특징으로 한다. 그러나 이러한 최적 조건은 본 기술을 적용하는 소재마다 도출하여야 한다.
본 발명의 구현예들에 대해 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 방식대상구조물인 배관부식을 억제시키기 위하여 공급되는 양극 부식억제제의 투입시기와 방식상태를 판단하기 위한 부식 측정장치에 있어서,
    유체가 흐르는 배관을 관통하여 유체에 노출되는 불용성 전극 1과 불용성 전극 2;
    상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2에 전류를 공급하는 DC정류기;
    배관에 접속된 단자;
    상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하는 전위측정장치;
    상기 전위측정장치로부터 측정된 전위값과 기준전위값을 비교하여 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 판단하는 판단부;
    상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 통전 및 단락시키고, 상기 단락후 상기 전위측정장치에 의해 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하도록 제어하는 제어부;로 이루어지되;
    상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이에 소정시간 동안 통전하여 상기 불용성 전극 1의 부동태 피막을 제거하도록 제어하고,
    상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이에 소정시간 동안 통전후, 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 단락시키도록 제어하며,
    상기 제어부는 상기 불용성 전극 1과 불용성 전극 2 사이를 단락시키고, 소정시간이 경과한 후에 상기 불용성 전극 1과 배관에 접속된 단자 사이의 전위를 측정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 판단하기 위한 부식 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전위측정장치로부터 측정한 전위값을 저장하는 전위값 저장부;
    상기 전위측정장치로부터 측정된 측정값과 기준전위값을 비교하여 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 판단하는 판단부의 판단값 저장부;
    상기 판단값을 유무선 통신망을 통해서 실시간으로 관리자에게 송신하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 양극 부식억제제 투입시기와 방식상태를 판단하기 위한 부식 측정장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004101349A (ja) * 2002-09-09 2004-04-02 Kurita Water Ind Ltd 局部腐食のモニター装置、モニタリング方法、金属部材の防食装置及び防食剤の評価方法
JP2015078966A (ja) 2013-10-18 2015-04-23 株式会社島津製作所 水中電位測定装置

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