스케일과 보일러세관, 보일러 사용기술 규격(KBO)

보일러의 가장 큰 관리 포인트인 수질관리에 대하여 정리해 보는 시간을 갖고자 합니다. 일반적으로 보일러수중의 용해 고형물로부터 생성되어 관벽, 드럼 기타 전열면에 부착해서 굳어지는 것을 스케일(Scale)이라고 하는데요.

 

여기서 부착되지 않고 드럼, 헤더 등의 밑바닥에 침적되어 있는 연질의 침전물을 슬러지라고 부릅니다. 또, 보일러수중에 부유되어 있는 불용물을 부유물(현탁물)이라 합니다.

 

침전물이나 부유물은 분출(Blow down)을 통해 해결이 가능한 부분이며, 가장 우리에게 문제가 되는 부분이 바로 스케일입니다. 고착된 스케일은 보일러의 부식 발생으로 보일러의 수명을 단축시키며, 열효율 저하로 인해 에너지 낭비의 요소로 작용합니다.

 

그래서 법적으로 1년에 1회 계속사용안전검사를 실시하도록 하고 있으며, 보일러 세관을 통해 스케일 제거를 진행합니다.  우리는 스케일과의 전쟁을 통해 보일러 관리자의 직무를 수행하고 있으나 적을 알고 나를 알면 백전백승이라는 말과 같이 스케일에 대해서 정확히 알아야 대처를 하고 승리할 수 있을것이라 사료됩니다.

 

 

 

스케일과 보일러세관, 보일러 사용기술 규격(KBO)

보일러 사용기술 규격(KBO)에서 보일러 수질관리 특히 스케일에 관한 내용이 잘 정리되어 있으므로 살펴 보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

 

 

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KBO-3600 스케일

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KBO-3610 스케일 개요

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1. 스케일 일반사항

 

가. 원수는 여러가지 불순물을 함유하고잇으며, 그 원수의 성상, 보일러 외처리의 유무와 그 처리 방법 등에 의해서, 급수중의 불순물의 종류와 양은 다르다.

 

나. 이들 불순물은 보일러 내처리를 하기위해 첨가하는 내처리제(흔히 청관제라고 부름)와 더불어, 보일러수중에 농축 축적되고, 또 일부는 여러 가지 화학적, 물리적 작용을 받아서 보일러 내명이 결정을 석축하여 존재하기도 하고, 침전물을 생성하여 존재하기도 하고, 보일러수중에 부유되어 존재하기도 한다.

 

다. 일반적으로 보일러수중의 용해 고형물로부터 생성되어 관벽, 드럼 기타 전열면에 부착해서 굳어지는 것을 스케일(관석), 부착되지 않고 드럼, 헤더 등의 밑바닥에 침적되어 있는 연질의 침전물을 슬러지, 보일러수중에 부유되어 있는 불용물을 부유물(현탁물)이라 한다.

 

 

 

 

2. 스케일의 종류

 

가. 황산칼슘을 주성분으로 하는 황산염계 스케일은 급수의 비탄산염 경도가 크고, 보일러 내처리를 행하지 않은 경우, 혹은 행하더라도 pH 조정제의 투입이 불충분하여 보일러수의 pH가 상승되지 않는 경우에 생성된다.

 

나. 규산칼슘을 주성분으로 하는 규산염계 스케일은 실리카가 많은 급수 혹은 보일러수의 경도 성분(주로 칼슘)의 제거가 불완전한 경우에 생성된다.

 

다. 탄산칼슘을 주성분으로 하는 탄산염계 스케일은 경도성분중 탄산염경도 성분의 제거가 불충분한 급수의 보일러에 생성된다.

 

 

 

 

 

3. 슬러지의 성분

 

가. 급수중의 탄산염 겸도성분，주로 칼슘，마그네슘의 중탄산염으로부터 생성되는 탄산칼슘

 

나. 수산화마그네슘, 인산염을 내처리제로 하여 첨가한 경우에 생성되는 인산칼슘 또는 인산마그네슘

 

다. 급수로부터 운반되거나， 부식에 의해 생성된 철，알루미늄, 수산화울 등의 연질침전물로 구성된다.

 

 

 

 
4. 부유물질
부유물은，인산칼슐 등의 불용물질, 먼지, 현탁화된 광유물 등이다

 

 

 

 

 

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KBO-3620 스케일의 생성 원인

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1. 스케일 생성의 주요원인

가. 스케일은 급수중에 함유되어 있는 용해고형물 성분중에 보일러수의 온도가 상승할수록, 용해도가 감소하여 석출되는 성분이 함유되어 있는 경우

나. 보일러수가 농축될 때 전열면에 접하고 있는 보일러수에서 국부농축이 발생되어, 스케일 생성성분의 농도가 용해도를 초과하는 경우에 생성된다.

 

 

 

2. 스케일 생성의 기구

가. 보일러수는 증발됨에 따라 농축이 되고 수중의 각 성분 농도는, 대부분 증가하여, 용해도 이상의 농도에 도달한 성분으로부터 불용성의 고형물이 생성된다.

 

나. 보일려의 전열변에 직접 접하고 있는 보일러수의 앓은 층은 전열면에 반쯤 점착된 상태로 되어 있으므로, 전열면으로부터 떨어져 있는 보일러수보다 이통성이 적다. 따라서 전열면에 접하고 있는 보일러수는 온도가 높게 되고 증발이 활발해져 용해도를 초과하여, 점착 불용 고형물을 생성하여 전열면에 부착하게 된다.

 
다. 용해도가 적고 온도의 상승에 따라 용해도가 감소하는 성분일수록 보일러수로부터 불용고형물을 생성하기 쉽다.

 

라. 볼용고형물은, 급수로부터 공급된 성분 그대로 뿐만이 아니라 공존하는 용해고형물, 불용화된 고형물, 기타 수산화철과 같은 부식생성물, 유지, 실리카 등과의 상호작용에 의해 생성되는 수가 많다.

 

 

 

3. 스케일 생성성분의 용해도

가. <표 KBO-3623>는 스케일 생성성분올 각각 증류수에 용해한 경우의 용해도를 나타내고 있다.

나. 이들 물질의 용해도는 공존하는 다른 물질의 농도와 종류에 의해서 영향을 받기 때문에, 보일러수와 같이 각종 성분이 공존하는 경우의 용해도와는 약간 다르지만, 스케일 생성성분의 용해도와 그 온도에 의한 변화의 영향은 참고로 할 수 있다.

 

 

<표 KBO-3623> 물에 대한 스케일 생성 성분의 용해도

<표 KBO-3623> 물에 대한 스케일 생성 성분의 용해도

 

 

 

 

 

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KBO-3630 스케일의 종류와 성질

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1. 중탄산칼슘(탄산수소칼슘, Ca(HCO3)2)

 

가. 급수에 용존되어 었는 염류 중에, 슬러지를 생성하는 성분으로서 가장 일반적인 것은 중탄산칼슘이다.

나. 중탄산칼슘은 보일러, 급수예열기, 급수가열기 등에서 열분해하여 용해도가 적은 탄산칼슘을 생성하고 연질 슬러지로 되어 급수가열기, 드럼의 급수 입구부 등에 부착한다.

다. 탄산칼슘의 용해도는 온도가 올라갈수록 증가하기 때문에 온도가 낮은 부분에서 석출되며, 중탄산염의 형태로 용해되어 있는 것이 보통이다.
Ca(HCO3)2 + 열 = CaCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑

 

 

 
2. 황산칼슘(CaSO4)

 

가. 황산칼슘은 온도가 상승할수록 용해도가 감소되기 때문에 주로 높은 온도에서 석출한다.

 

나. 보일러에서는 주로 증발관에서 스케일화 되기 쉬우며, 이 스케일은 보일러 내처리가 불충분한 경우에 생성되기 쉬운 대단히 악성의 스케일로, 내처리제를 사용해서 황산칼슘 이외의 염의 형으로 하여 침전시킨다.

3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 ↓ + 3Na2SO4

 

 

 

3. 중탄산마그네슘(탄산수소마그네슘, Mg(HCO3)2)

 

가. 중탄산마그네슘은 보일러 수중에서 열분해하여, 탄산마그네슘(MgCO3.)으로 된다.

Mg(HCO3)2 + 열 = MgCO3 ↓ + H2O + CO2 ↑

 

나. 탄산마그네슘은 가수분해에 의해 용해도가 작은 수산화마그네슘의 슬러지로 되어 보일러 밑부분에 침전한다.

MgCO3 + H2O = Mg(OH)2 ↓ + CO2 ↑

 

"가수분해(hydrolysis)란 이러한 거대분자를 물 분자를 이용하여 분해하는 과정을 말한다. 이 과정에서 첨가되어진 물 분자의 수소(-H)와 수산기(-OH)는 각각 중합체를 이루고 있는 인접한 두 개의 단위체와 결합을 이루게 되는데 이 과정에서 단위체들은 기존의 결합을 끊고 물 분자와 결합을 이루면서 중합체의 분리가 일어나게 된다."

 

 

다. 염화마그네슘

업화마그녀1 슐 (MgCb) 은 보일려수까 적당한 pH로유치되어지논 경우에는, 가수분해 및 다른 성분과의 치환반응에 의해 수산화마그네슘의 슬러지로 되어서 블로우다운에 의해 배출될 수 있다.

 

라. 황산마그네슘

1) 황산마그네슘(MgSO4)은 용해도가 크기 때문에, 그 자체만으로는 스케일 생성이 잘 안되지만, 탄산칼슘과 작용하여, 황산칼슘과 수산화마그네슘으로 되는 경질의 스케일을 생성한다.

2) 염화나트륨과 작용하여, 염화마그네슘과 황산나트륨을 생성한다. 고온·고압보일러에서는 여러 가지 장해를 발생한다.

마. 실리카

1) 실리카(SiO2)는 보일러 급수중의 칼슘성분과 결합하여 규산칼슘을 생성한다. 또 알루미늄이온과 결합해서 여러 가지 형의 스케일을 생성하며, 급수중에 잔류경도가 없는 경우에서도, 실리카 단독으로 석출하는 수도 있다.

2) 실리카 함유량이 많은 스케일은 대단히 경질이기 때문에 기계적 및 화학적 방법으로 제거하기가 곤란하다.

3) 저압보일러와 같이 알칼리도를 높게 유지시키는 보일러에는 스케일화를 방지할 수 있지만 고아봅일러에는 알칼리도의 제한치가 엄격하므로, 보일러 수중에 실리키가 다량으로 용해되어 있는 경우는, 선택적 캐리오버(selective carry over) 에 의해서 터빈 날개 등에 부착하여 터빈성능 등을 저하시키는 수가 있으므로 주의하여야 한다.

 

바. 유지

1) 유지분은 정상적인 상태에서는 급수중에 함유되지 않지만, 연료가열기 및 윤활유가열기 등의 튜브에 과열사고가 일어나면 증기 응축수 계통에 유지분이 혼입될 수 있다.

2)유지분은 포밍(foaming)발생원인이 될 뿐만 아니라 부유물, 탄소 등과 결합하여 슬러지 및 스케일을 생성한다.

 

 

스케일과 보일러세관, 보일러 사용기술 규격(KBO)

 

지금까지 보일러 세관을 하면서 제거하는 스케일 생성 원인과 스케일의 종류와 성질까지 정리해 보았습니다. 이제 스케일의 장해와 방지하기위한 내용이 정리해볼까 합니다. 한 페이지에 담기에는 너무 방대한 양이라서 아마도 조금씩 덜어서 정리가 필요할것 같습니다.

 

 

보일러세관, 우신기업

 

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