보일러 손상 및 이상현상

(1) 보일러 손상 

a) 과열

원인

이상 감수 현상이 발생하였을 원인이 된다.

동 내면에 스케일이  생성되어 전열이 불량한 경우에 과열의 원인이 된다.

보일러 수가 농축되어 순환이 불량할 때 원인이 된다.

전열면에 국부적으로 심한 열을 받았을 때 원인이 된다

연소실 열부하가 지나치게 큰 경우 과열의 원인이 된다.

방지대책

적정 보일러 수위를 유지한다.

동 내면에 스케일 생성을 방지하고 고착되지 않도록 한다.

보일러 수가 농축되지 않도록 하고, 순환을 교란시키지 않도록 한다.

전열면에 국부적인 과열을 방지한다.

연소실 열부하가 너무 높지 않도록 한다.

팽출 및 압궤

370℃ 이상 과열이 되었을 때 강도가 약해져 발행하는 현상이다.

팽출(bulge): 동체, 수관, 겔로웨이관 등과 같이 인장응력을 받는 부분이 압력에 견디지 못하고 바깥쪽으로 부풀어 나오는 현상이다.

압궤(collapse): 노통, 연소실, 연관, 관 판 등과 같이 압축응력을 받는 부분이 압력에 견디지 못하고 안쪽을 들어가는 현상이다.

b) 보일러 판의 손상

균열(crack) : 보일러는 증기압력과 온도에 의하여 수축과 팽창이 반복적으로 일어나며, 이와 같은 부분에는 반복응력이 지속적으로 발생하여 금이 발생하거나 갈라지는 현상을 말한다.

균열이 발생하기 쉬운 부분은 이음 부분, 리벳의 구멍 부분, 스테이를 갖고 있는 부분이다.

심 립스(seam lips) : 리벳이음에서 리벳 구멍에서 다음 리벳 구멍으로 연속해서 균열이 생기는 현상이다.

라미네이션(lamination) 및 블라스터(blister) : 압연 강판이나 관의 두께 내부에 가스가 존재한 상태로 가공을 하였을 때 판이나 관이 2장의 층을 형성하며 분리되는 현상을 라미네이션(lamination)이라 하며 이 부분이 가열로 인하여 부풀어 오르는 현상을 블라스터(blister)라 한다.

가성취하 : 보일러 수중에서 분해되어 생긴 가성소다가 과도하게 농축되면 수산이온이 많아져서 알칼리도가 높아진다. 이것이 강재와 작용해서 생기는 나트륨이 강재의 결정입계를 침해하여 재질을 열화, 취하시키는 것으로 보일러판의 국부 리벳 연결부 등에서 발생하며, 균열이 발생하는 것으로 알 수 있다.

c) 부식

<외부 부식>

고온부식: 중유를 연소하는 보일러에서 중유 중에 포함되어 있는 바나듐이 연소용 공기 중의 산소와 반응하여 오산화바나듐을 생성하고, 이것이 고온의 전열면에 부착하여 부식작용을 일으키는 현상이다.

저온부식: 황성분이 많은 연료가 연소되어 아황산가스가 되고, 일부는 과잉공기와 반응하여 무수황산으로 된다. 이 무수황산은 다시 연소가스 중의 수증기와 반응하여 황산이 되어 저온의 전열면 등에 응축되어 심한 부식을 일으키는 현상이다.

산화부식 : 보일러를 구성하는 금속재료와 연소가스가 반응하여 표면에 산화피막을 형성하는 것으로 금속재료의 표면온도가 높을수록, 금속재료의 표면이 거칠수록 크게 나타난다.

<내부 부식>

부식이 발생하기 쉬운 장소는 아래와 같다.

- 물에 접촉하는 수면 및 수면 이하의 곳에서 발생한다.

- 침전물이 퇴적하기 쉬운 곳에서 발생한다.

- 과열이 발생하기 쉬운 곳에서 발생한다.

- 점검 및 청소가 곤란한 곳에서 발생한다.

- 반복 응력을 많이 받는 곳에서 발생한다.

- 산화피막이 파괴된 곳에서 발생한다.

- 강재표면이 불균일한 곳에서 발생한다.

부식의 형태

점식(pitting) : 보일러 수가 접하는 내면에 좁쌀알, 쌀알, 콩알 크기의 점 상태로 생기는 부식으로 공식 또는 점형부식이라 한다.

국부부식 : 내면이나 외면에 얼룩 모양으로 생기는 국부적인 부식을 말한다.

전면부식 : 표면적이 넓은 부분 전체에 같은 모양으로 발생하는 부식을 말한다.

구상부식 : 단면의 형상이 U자형, V자형으로 홈이 깊게 파인 것과 같이 선형으로 부식되는 현상을 말한다. 노통의 애덤슨 조인트의 플랜지 부분이나 평경판의 가셋트 스테이(gusset stay) 부분에 많이 발생한다.

알칼리 부식 : 보일러 급수 중에 알칼리의 농도가 너무 높아지면 Fe(OH) 2 가 용해되고 강은 알칼리에 의해서 부식되는 현상이다.

(2) 보일러 운전 중 이상 현상

a) 기수공발 (carry over) 

프라이밍, 포밍에 의하여 발생된 물방울이 증기 속에 섞여 관내를 흐르는 현상으로 비수현상이라 한다.

프라이밍(priming) 현상: 급격한 증발현상으로 동수면에서 작은 입자의 물방울이 증기와 혼입 하여 튀어 오르는 현상이다.

포밍(foaming) 현상 : 동저부에서 작은 기포들이 수면상으로 오르면서 물거품이 발생하여 수면에 달걀 모양의 기포가 덮이는 현상이다.

원인

보일러 관수의 농축으로 발생한다.

주증기 밸브의 급격한 개방으로 발생한다.

유지분, 알칼리분, 부유물 함유로 인해 원인이 된다.

보일러 관수 수위가 높아지면 발생한다.

증기발생 속도가 빠를 때 발생한다.

부하의 급격한 변화가 원인이 된다.

청관제 사용이 부적합할 때 발생한다.

b) 수격작용(water hammer)

배관 내부에 체류하는 응축수가 송기시에 고온 고압의 증기에 의해 배관을 심하게 타격하여 소음을 발생하는 현상으로 배관 및 밸브류가 파손될 수 있다.

원인

기수공발(carry over) 현상 발생 시 , 주증기 밸브를 급한 개방 할 경우, 배관에서의 손실열량이 과대할 경우, 배관 구배(기울기) 선정이 잘못한 경우, 부하 변동이 심할 때 발생한다.

c) 이상감수

급수장치의 능력 및 기능 저하, 급수탱크 수량 부족, 수면계 기능 불량, 수위제어장치의 기능 불량, 분출장치에서의 누설로 인해 발생한다.

d) 이상증발

주증기 밸브를 급격할 때, 고수위 운전 시, 증기 부하가 과대할 때, 보일러수에 불순물 다량 함유 시, 보일러수의 농축 시, 증기압력을 급격히 강하시킨 경우에 발생한다.