응축수 수처리

산업 현장에서 응축수의 현열을 최대한 활용하여 에너지를 절감하고, 회수한 응축수를 용수나 급수로 재사용하여 에너지 비용을 절감하고 있는데, 이 때 응축수의 수질이 적합하지 않으면 부식을 일으켜 오히려 에너지와 비용이 손실되기 때문에 반드시 적합한 응축수의 수질을 위한 응축수 수처리가 필요하다. 

 

 

 

응축수 수처리

응축수는 스팀이 냉각(방열)되어 물로 상변화를 일으킨 것으로 캐리오버의 발생이나 공정 물질의 유입이 없다면 이물질이 거의 없는 순수한 물이다.

응축수 수처리에 실패한 경우 주로 부식이 발생하는데 응축수 시스템에서 부식은 다음과 같은 문제를 일으킨다.

● 응축수 배관 및 설비의 피해

● 배관 부식으로 인한 열교환 효율 저하

● 부식에 의한 배관 파열로 공정 물질 누설

● 급수로 회수할 경우 급수 수질 악화로 보일러 계통 전체의 부식, 스케일, 캐리오버 유발

● 보일러 시스템의 신뢰성 저하, 운전·유지 보수 비용 증가

 

 

응축수 부식 원인

응축수는 스팀이 응축된 순수한 물로 미세한 외부 자극에 의해서도 성질이 민감하게 변화하기 때문에 부식을 일으키기 쉽다.

응축수 수질 문제로 부식이 발생하는 대표적인 원인 3가지는 다음과 같다.

1. 낮은 pH

부식은 전자를 주고 받는 전기 화학 반응에 의해 발생하는데, 물의 pH가 7보다 낮으면 수중의 H+ 해리도가 높아져 전자를 이동시키는 매개체가 많아지므로 전자의 흐름이 빨라져 부식의 속도가 증가한다.

응축수의 pH가 낮아지는 주요 원인은 스팀에 이산화탄소가 섞여 있는 경우로, 물로 응축될 때 이산화탄소가 물에 녹아 탄산(H2CO3)을 형성하고 이것이 중탄산염 (HCO3 - ), 탄산이온(CO3 2-) 으로 해리되면서 수소이온(H+ ) 농도를 증가시켜 응축수의 pH를 떨어뜨린다.

이산화탄소는 주로 보일러에서 스팀 생성 시 급수 중의 알칼리도 성분이 분해되어 스팀에 유입되거나 응축기로 누설되는 공기와 함께 시스템으로 유입된다. 이로 인해 pH가 낮아진 응축수는 물이 닿는 접촉면 전체에 배관이 균일하게 얇아지는 형태의 부식을 일으킨다.

스팀 생성 시 수중 알칼리 성분의 분해로 이산화탄소 발생	스팀 응축 시 pH 저하 및 부식 발생

 

 

2. 용존 산소

용존 산소는 주로 응축기로 누설되는 공기와 함께 시스템에 유입되는데 이산화탄소와 달리 물에 녹아 부식을 일으키지는 않지만 활성기체 상태로 배관을 공격하여 부식을 일으킨다.

 

용존산소의 세부적인 내용은 기 포스팅한 다음 링크 자료 참조

https://sec-9070.tistory.com/1555

보일러 수처리(용존산소 관리)

 

 

3. 염소 이온

염소이온(Cl- )은 주기율표에서 할로겐족에 속하는 공격성이 매우 강한 물질로써 일반 철 재질은 물론 내식성이 강한 SUS 304, 316에도 균열(Crack)을 일으킨다. 응축수에 염소이온이 존재하는 경우는 주로 캐리오버에 의해 스팀에 유입되거나 간혹 공정 물질이 유입될 수 있다. 일반적으로 응축수에 염소이온의 농도가 8ppm 이상 존재하면 SUS 배관에 균열을 일으킬 가능성이 높다.

 

 

응축수 수처리 방법

상기와 같이 응축수 수질로 인한 문제를 방지하기 위해서는 현재의 응축수 상태를 정확히 체크하고 그에 맞는 수처리를 실시해야 한다.

1. 중화 아민(Neutralizing Amine) 사용

낮은 pH에 의한 부식을 최소화 하기 위해 중화아민 (Neutralizing Amine)을 주입하여 탄산(H2CO3)을 중화하고 pH를 상승시킨다.

 

 

2. 방식피막형성 복합아민 (Filming Polyamine) 사용

단순히 응축수의 pH가 낮은 문제뿐 아니라 산소나 염소에 의한 부식이나 실리카와 같은 이물질이 응축수 배관에 부착하여 스케일을 형성하는 것을 방지하기 위해서는 금속의 표면에 피막을 형성하는 방식피막형성 복합아민 (Filming Polyamine)을 사용한다. 금속 표면에 형성된 방식피막은 금속과 물 또는 이물질의 접촉을 차단하므로 부식을 방지하고 피막에 이물질이 부착하지 못하므로 스케일의 형성도 방지한다.

 

 

3. 응축수에서 이물질 제거

응축수에 존재하는 대표적인 이물질은 부식 생성물과 이산화탄소이다. 이 두 가지가 포함된 응축수를 보일러 급수로 회수할 경우 철 산화물이 수관 전열면에 부착되어 스케일이 발생하는 동시에 Under deposit corrosion*을 유발하고, 이산화탄소가 증발되어 다시 스팀에 유입되는 악순환을 거듭하게 되어 에너지 효율이 떨어진다.

*Under deposit corrosion : 철 산화물 등 스케일이 금속과 부착되는 틈새에서 발생하는 또 다른 부식

 

부식 생성물과 이산화탄소 이외에도 공정 물질의 유입이나 캐리오버에 의해 여러 가지 이물질이 응축수에 존재할 수 있으므로 응축수를 회수하여 보일러 급수 또는 다른 용수로 활용하기 위해서는 각 이물질의 특징에 맞게 이물질을 제거한 후 사용해야 2차, 3차의 문제를 예방할 수 있다.

 

Reference : 한국스파이렉스사코(주), Steam People Vol. 113 (May 2017)