KR20070111505A - 기체 산소를 이송하기 위해 사용되는 파이프의 요소 또는기구를 코팅하는 방법 - Google Patents

기체 산소를 이송하기 위해 사용되는 파이프의 요소 또는기구를 코팅하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 설비의 부품에 속하는 기구 또는 요소를 생산하는 방법에 관한 것으로, 상기 기구 또는 요소는 강철 또는 합금강으로 제조되며 사용되는 동안 가압된 산소와 접촉한다. 본 발명의 방법은 니켈 그리고 구리 및 니켈 합금으로부터 선택된 분사용 재료를 상기 기구 또는 요소 표면의 적어도 일부에 열 분사함으로써 상기 표면에 5 ㎜ 이하의 두께를 갖는 적어도 하나의 코팅층을 얻도록 코팅을 생성하는 단계를 포함한다.
분사용 재료, 열 분사, 코팅층

Description

기체 산소를 이송하기 위해 사용되는 파이프의 요소 또는 기구를 코팅하는 방법 {METHOD OF COATING A PIPE ELEMENT OR DEVICE USED TO CONVEY GASEOUS OXYGEN}
본 발명은 기체 산소용 파이프라인 설비의 아이템에 적용 가능한, 두꺼운 층으로 코팅하기 위한 방법에 관한 것이다.
밸브, 탭, 비복귀 밸브, 필터, 튜브, 플랜지 등과 같은 기체 산소용 파이프라인 설비 및 부속 장치의 아이템들은 현재 통상적으로 합금되거나, 라이트하게(lightly) 합금되거나, 합금되지 않은 강철 타입의 재료로 제조된다.
가장 널리 이용되는 재료는 "탄소강" 또는 스테인레스 강이라 불리는 강철이다.
이들 재료는 설비의 이들 아이템의 대형 구성요소, 예를 들면 이런 설비의 본체 또는 엔벌로프(envelope), 또는 이런 설비를 이루고 있는 다른 구성요소의 조성에 유입된다.
모넬(monel) 또는 백동 타입의 니켈 및/또는 구리 고함량 합금은 이들의 높은 가격 및 이들 고유의 특성인 적용의 난이성으로 인해 거의 사용되지 않는다.
압력하에서 엔벌로프를 구성하는 구성요소, 즉 기체 산소용 파이프라인 설비 의 각각의 아이템인 주로 본체, 캡, 플랜지 등은 일반적으로 하나 이상의 동질의 단일 재료로 이루어진다.
현재, 이들 대형 구성요소들의 조성으로 유입되는 탄소강 또는 스테인레스 강은, 사용시 안전성과 관련하여 산소의 존재 및 압력의 함수로서 연소를 유지하고 전달하는 성능에 상당한 단점이 있다. 배제 압력(exemption pressure)의 개념은 CGA 4.4 및 IGC 13/02의 의미 내의 기준치를 의미하고, 품질 및 두께에 따라 강철의 경우 0.2×106 Pa 내지 2.6×106 Pa (= 2 내지 26 barg = 29 내지 375 Psig) 사이에 위치하게 된다.
반면에, 니켈, 구리, 그리고 니켈 또는 구리를 통상적으로 적어도 60 중량% 함유하는 니켈 구리 고함량 합금은, 대략 200 bar의 배제 압력을 가지거나, 재료의 조성에 따라 일부의 경우 그 이상의 배제 압력을 가지며, 연소를 유지 또는 전달하지 않는 특성이 있다.
이런 이유로, 위험성을 억제하고 최소화하기 위해서는, 산업 분야에서 강철로 제조된 설비의 아이템이 산소용 파이프라인에 조립되어, 최대 제공 압력을 배제 압력 이하의 수준으로 제한하거나, 주변 사람 및 시설에 대한 차폐부 또는 다른 보호 수단의 후방에 설비를 설치하거나, 또는 전술한 적절한 배제 재료를 사용하는 것이 유용하다.
그러나, 이들 해결책은 만족스럽지 못하며, 무엇보다 강철의 사용은 특히 보호 챔버 내에서 "플래시 백(flash back)" 타입의 문제와, 상당한 손상을 야기할 수 있고, 두 번째로 강철이 아닌 다른 재료의 사용은 강철의 사용보다 어렵기 때문에 높은 제조 비용을 수반하고 설비의 아이템의 실질적인 제조를 종종 복잡하게 한다.
이하의 문헌에는 다양한 코팅의 생성을 설명하는 내용이 추가로 공지되어 있다.
- 미국공개특허공보 제6,089,828호에는 알루미늄 합금 및 청동으로 형성된 내마모성 코팅을 가스 터빈 요소에 형성하는 과정이 개시되어 있다.
- 일본공개특허공보 제57070306호 및 미국공개특허공보 제2,300,400호에는 니켈/크롬 타입의 합금으로 형성된 코팅이 설명되어 있다.
- 유럽공개특허공보 제825272호에는 열 분사 기법에 의해 구리, 납 및 청동의 코팅을 생성하는 과정이 개시되어 있다.
- 일본공개특허공보 제2001-323361호에는 니켈/알루미늄 합금에 기초한 코팅에 대해 개시되어 있다.
그러나, 이들 해결책은 전술된 문제들을 해소하기에는 불충분하다.
본 발명의 목적은 전술된 위험성 및 종래 기술의 설비의 단점들을 배제하면서, 압력하에서 산소를 이송하는 파이프라인에 배열되도록 설계된 설비의 아이템 또는 설비의 이런 아이템의 요소를 제공하는 것이다.
본 발명은 사용되는 동안 압력하에서 산소와 접촉될 수 있는, 강철 또는 합금강으로 제조되는 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법으로서, 상기 설비의 요소 또는 아이템의 표면의 적어도 일부에 분사용 재료를 열 분사하여 코팅을 생성함으로써, 상기 표면에 5 ㎜ 이하의 두께를 갖는 적어도 하나의 코팅층을 얻는 방법에 있어서, 상기 분사용 재료는 니켈 그리고 니켈 및 구리 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
환언하면, 본 발명의 방법에 따르면, 니켈 또는 니켈/구리 합금으로 형성된 적어도 하나의 보호층은 강철 또는 합금강으로 제조되는 설비의 아이템의 표면 또는 설비의 아이템의 요소의 표면에 증착되고, 이 표면은 사용되는 동안 압력하에서 산소와 접촉될 수 있고, 하나 이상의 보호층에 의해 이 표면이 보호되며, 이런 방식으로 전술된 문제들을 방지한다.
이런 경우에 따르면, 본 발명의 방법은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
- 코팅은 0.1 ㎜ 내지 5 ㎜의 두께로 생성된다.
- 상기 설비의 요소 또는 아이템은 강철, 주철, 또는 스테인레스 강으로 제조된다.
- 상기 설비의 요소 또는 아이템은 공동 또는 내부 통로를 가지며, 상기 코팅은 상기 공동 또는 상기 내부 통로의 내부 벽의 적어도 일부에서 실행된다.
- 분사용 재료는 니켈, 또는 주로 니켈 및 구리로 이루어진 합금이며, 크롬 또는 코발트와 같은 임의의 합금용 요소를 더 포함할 수 있다.
- 분사용 재료는 순니켈(pure nickel), 또는 구리를 60 중량%까지 포함하고 나머지는 니켈을 포함하는 니켈/구리 합금(NiCu)이다.
- 코팅은 "블로운 플라즈마"("blown plasma"), APS(에어 플라즈마 스프레이), 또는 HVOF(고속 옥시 연료) 타입의 기법이라 불리는 열 플라즈마 분사 기법에 의해 생성된다.
- 코팅은 아르곤, 수소, 헬륨 및 질소로부터 선택된 가스를 캐리어 가스로서 이용하는 블로운 플라즈마에 의해 생성된다.
- 코팅은 바람직하게는 세라믹 타입의 총 산화 제2 재료인 추가의 보호층이 생성된다. 사실상, 3개의 요소, 즉 산화제, 연료 및 에너지가 연소를 발생시키기 위해 요구된다. 이런 이유로, 열 차폐를 생성하여 마찰 또는 마모 (에너지)에 의한 가열을 감소시킴으로써 안전성을 향상시키는 제2 산화 층을 중요 위치에 부가할 필요가 있다.
- 상기 설비의 신규 또는 종래의 아이템은 기체 산소용 파이프라인 설비의 밸브의 본체, 회전 부품 또는 임의의 다른 아이템으로부터 선택된다.
또한, 본 발명은 예를 들면 사용되는 동안 압력하에서 산소와 접촉되도록 설계된 플랜지, 스트레이트 섹션, 사이드 브랜치, 엘보, T, 축소 파이프 등과 같은 파이프 구조의 단일 요소이며 강철 또는 합금강으로 제조되는 설비의 아이템 또는 설비의 요소에 관한 것으로, 상기 본체의 표면 중 적어도 일부에 걸쳐 니켈 그리고 니켈 및 구리의 합금으로부터 선택된 재료로 이루어진 적어도 하나의 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층은 5 ㎜ 이하의 두께를 가진다.
또한, 본 발명은 압력하에서 산소가 이송되는 적어도 하나의 산소용 파이프라인을 사용하여 압력하에서 산소를 이송하는 방법에 관한 것이며, 설비의 아이템 또는 설비의 요소, 예를 들면 본 발명에 따른 또는 본 발명의 따른 생산 방법에 의해 얻어진 파이프 구조의 요소는 상기 파이프라인에 배열되어 상기 파이프라인에서 순환 압력하에 산소와 접촉한다.
환언하면, 본 발명은 산소와 접촉되어 사용되도록 설계된 강철 또는 합금강으로 제조된 설비의 아이템의 안전성을 향상시키는 단계와, 니켈 또는 니켈/구리 및/또는 산화제 타입의 배제 재료를 열 분사하여, 산소 압력 상태에 있는 설비의 임의 아이템 또는 설비의 요소, 특히 산소가 제공되도록 설계된 파이프 구조의 내부벽 또는 외부벽 상에 통상적으로 1 ㎜ 내지 5 ㎜인 하나 이상의 코팅층을 생성하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 설비의 기계적 경계부는 향상되어야할 마모된 아이템이든 설비의 신규 아이템이든 코팅된다.
본 발명에 따른 이하의 코팅 공정에서, 이런 방식으로 처리된 설비의 장치 또는 아이템은 이하의 조건하에서 산소를 제공하도록 사용될 수 있다.
- 제공시 장치에 함유된 산소 함량은 100% 이하일 수 있다.
- 제공시 장치에 제공되는 압력은 최대 50 × 106 Pa (500 bara)이고, 통상적으로는 적어도 25 × 106 Pa (250 bara)이다.
- 장치에 제공되는 온도는 -40 ℃ 내지 +200 ℃ 사이에 있다.
따라서, 이런 방식으로 처리된 설비의 장치 또는 아이템은 고형의 배제 재료로 제조된 동일한 장치와 같이 동일한 조건의 안전성 및 신뢰성을 가진다.
도1은 본 발명의 실시예를 도시하는 도면이다.
본 발명의 실시예의 예는 (도면에서 폐쇄 위치에 놓여있는) 제어 로드(10)를 구비한 "게이트(gate)" 타입의 최대 출력 밸브(1: full-bore valve)를 나타내는 첨부된 도면에 도시되어 있으며, 상기 제어 로드는 본 발명의 방법에 의해 향상된 안전성을 가진 산소용 파이프라인(2)에 공통으로 사용된다.
보다 구체적으로, 니켈의 코팅은 밸브(1)의 내부면(4, 5, 6), 밸브(1)를 사용하는 동안 산소(3)와 직접 접촉되는 표면(4, 5, 6)과, 코팅될 기계적 연결부의 경계부(7, 8, 9)에 생성된다.
이런 니켈 코팅은 전술된 "블로운 플라즈마" 타입의 열 분사에 의한 증착법을 통해 형성된다. 또한, 이런 코팅은 기저 부재의 임의의 구멍을 수리하는 것을 가능토록 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 밸브의 코팅에 제한되지 않으며, 고압력하에서 산소를 이송하기 위해 제공되는 설비의 임의 요소 또는 아이템에 적용된다.

Claims (11)

  1. 사용되는 동안 압력하에서 산소와 접촉될 수 있는, 강철 또는 합금강으로 제조되는 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법으로서, 상기 설비의 요소 또는 아이템의 표면의 적어도 일부에 분사용 재료를 열 분사하여 코팅을 생성함으로써, 상기 표면에 5 ㎜ 이하의 두께를 갖는 적어도 하나의 코팅층을 얻는 방법에 있어서,
    상기 분사용 재료는 니켈 그리고 니켈 및 구리의 합금으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 코팅은 0.1 ㎜ 내지 5 ㎜ 두께로 생성되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 설비의 요소 또는 아이템은 강철, 주철 또는 스테인레스 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설비의 요소 또는 아이템은 공동 또는 내부 통로를 가지며, 상기 코팅은 상기 공동 또는 상기 내부 통로의 내부벽의 적어도 일부에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 분사용 재료는 니켈, 또는 구리를 60 중량%까지 포함하고 나머지는 니켈로 이루어지는 니켈/구리 합금인 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅은 블로운 플라즈마, APS 또는 HVOF에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅은 아르곤, 수소, 헬륨 및 질소로부터 선택된 가스를 캐리어 가스로서 이용하는 블로운 플라즈마에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅은 전부가 제2 산화 재료인 추가의 보호층, 바람직하게는 추가의 세라믹층으로 생성되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설비 또는 설비의 아이템은 기체 산소용 파이프라인인 파이프 구조의 요소를 포함하는, 밸브의 본체와 회전 부품 또는 설비의 다른 아이템으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소를 생산하는 방법.
  10. 강철 또는 합금강으로 제조된 본체를 포함하며, 사용되는 동안 압력하에서 산소와 접촉되도록 설계된, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소, 특히 파이프 구조의 요소에 있어서,
    상기 본체 표면의 적어도 일부에 걸쳐, 니켈 또는 니켈 및 구리의 합금으로부터 선택된 재료로 이루어진 적어도 하나의 코팅층을 포함하고,
    상기 코팅층은 5 ㎜ 이하의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소.
  11. 압력하에서 산소가 이송되는 적어도 하나의 산소용 파이프라인을 사용하여 압력하에서 산소를 이송하기 위한 방법에 있어서,
    제10항에 따른 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소, 또는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생산된 설비의 아이템 또는 설비의 아이템의 요소가 상기 파이프라인에 제공되어 상기 파이프라인에서 순환 압력하에 산소와 접촉하는 것을 특징으로 하는 산소 이송 방법.
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