제8장 배관의 부식과 방식 (부식의 원리 및 종류)

 안녕하세요. 여러분, 미루고 미뤄왔던 가스기사에 대한 포스팅을 시작하려고 합니다. 이제 긴 호흡으로 주욱 달려볼 텐데요. 가스기사를 공부하며 수험서만 가지고는 부족함을 느꼈습니다. 그래서 수험서에  고법, 도법, 액법의 3가지 법령과 특히, KGS Code를 곁들이는 방법을 추천드립니다.

 먼저, 가스기사 필기 5과목 중 '가스설비'  과목을 알아보겠는데요.  '가스설비'는 실기시험에서도 그 출제 비중이 높아 60점만 넘는다는 생각은 지양하고, 가능한 최고 득점을 목표로 공부하는 것을 추천드립니다.

 아울러 가스기사 시험 자체가 암기량이 아주 많은 시험이라 자주 보고 또 보고 해야하는데, 대중교통을 이용할 때 등 잠깐 잠깐 시간이 되실 때 가볍게 활용하기 좋은 포스팅으로 생각해주시면 감사하겠습니다. 꼭 암기해야 하는 부분과 제가 만든 암기법이나 재야에 떠돌고 있는 필살 암기법을 종종 넣을 예정이니, 합격하시는데 조금이나마 보탬이 되었으면 좋겠습니다. 자! 시작하겠습니다.

 

 

1. 부식의 원리 및 종류

(1) 부식(Corrosion)

• 부식의 정의: 금속이 전해질 속에 있을 때 「양극(Anode) → 전해질 → 음극(Cathode)」이란 전류가 형성되어 양극부위에서 금속이온이 용출되는 현상으로서 일종의 전기화학적인 반응이다. 즉 금속이 전해질과 접하여 금속표면에서 전해질 중으로 전류가 유출하는 양극반응이다. 양극반응이 진행되는 것이 부식이 발생되는 것이다.

부식 전해질이란???

 ▶ 부식 전해질: 금속 부식을 유발하는 물질로, 전도성을 가진 액체 또는 습기를 의미한다. 이러한 전해질은 금속과 반응하여 전기 화학적 부식을 일으키는 매개체 역할을 합니다. 부식 전해질은 단순히 소금물과 같은 액체 뿐만 아니라 토양 대기 중의 습기 등 다양한 형태를 띨 수 있습니다

• 부식의 원리: 전위차가 다른 두 금속을 전해질 속에 넣어 두 금속을 전선으로 연결하면 전류가 형성되며 전위가 낮은 금속(비금속: Mean metal)이 양극(Anode), 전위가 높은 금속(귀금속: Noble metal)이 음극(Cathode)이 되어 부식이 촉진되며 갈바닉(Galvanic) 부식이라 한다.
  • 전식: 흙(전해질) 속에 매설한 금속에 전류가 흐르는 경우 금속에 일부 전류가 유입되고 그것이 유출되는 부위에서 부식이 발생하는 현상이다.

구분	귀금속 ←    (고전위, 음극, 이온화경향 ↓  )                                         (저전위, 양극, 이온화경향 ↑ )   비금속 →
금속명	Au	Pt	Cu	Pb	Ni	Fe	Zn	Al	Mg

(2) 부식의 종류

• 습식: 철이 수분의 존재 하에 일어나는 것으로 국부전지에 의한 것이다.
  • 부식의 원인(출제빈도 ★★★)
    1. 이종 금속의 접촉
    2. 금속재료의 조성·조직의 불균일
    3. 금속재료의 표면 상태의 불균일
    4. 금속재료의 응력 상태, 표면온도의 불균일
    5. 부식액의 조성, 유동 상태의 불균일

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2. 방식 및 전기 방식의 기본원리

(1) 부식을 억제하는 방법

• 부식환경의 처리에 의한 방식법
• 부식 억제제(Inhibiter)에 의한 방식법
• 피복에 의한 방식법
• 전기 방식법

(2) 전기방식법(출제빈도 ★★★ 실기에도 출제되니 전부 암기할 것!)

• 전기방식의 원리: 매설배관의 부식을 억제 또는 방지하기 위하여 배관에 직류전기를 공급해 주거나 배관보다 저전위 금속(배관보다 쉽게 부식되는 금속)을 배관에 연결하여 철의 전기 화학적인 양극반응을 억제시켜 매설배관을 음극화 시켜주는 방법이다.
• 전기방식의 종류
  • 유전 양극법(희생 양극법): 양극(Anode)과 매설배관(Cathode: 음극)을 전선으로 접속하고 양극 금속과 배관 사이의 전지작용(고유 전위차)에 의해서 방식전류를 얻는 방법이다. 양극 재료로는 마그네슘(Mg), 아연(Zn)이 사용되며 토양 중에 매설되는 배관에는 마그네슘이 사용되고 있다.
    1. 장점: ① 시공이 간편하다. ② 단거리 배관에는 경제적이다. ③ 다른 매설 금속체로의 장해가 없다. ④ 과방식의 우려가 없다.
    2. 단점: ① 효과 범위가 비교적 좁다. ② 장거리 배관에는 비용이 많다. ③ 전류 조절이 어렵다. ④ 관리장소가 많게 된다. ⑤ 강한 전식에는 효과가 없다. ⑥ 양극은 소모되므로 보충하여야 한다.
  • 외부 전원법: 외부의 직류전원장치(정류기)로부터 양극(+)은 매설배관이 설치되어 있는 토양에 설치된 외부 전원용 전극(불용성 양극)에 접속하고, 음극(-)은 매설배관에 접속시켜 부식을 방지하는 방법으로 직류전원장치(정류기), 양극, 부속배선으로 구성된다.
    1. 장점: ① 효과 범위가 넓다. ② 평상시의 관리가 용이하다. ③ 전압·전류의 조성이 일정하다. ④ 전식에 대해서도 방식이 가능하다. ⑤ 장거리 배관에는 전원장치가 적어도 된다.
    2. 단점: ① 초기 설치비가 많이 소요된다. ② 다른 매설 금속체로의 장해에 대해 검토할 필요가 있다. ③ 전원을 필요로 한다. ④ 과방식의 우려가 있다. 
  • 배류법: 직류 전기철도의 레일에서 유입된 누설전류를 전기적인 경로를 따라 철도레일로 되돌려 보내서 부식을 방지하는 방법으로 전철이 가까이 있는 곳에 설치하며 배류기를 설치하여야 한다.
    1. 장점: ① 유지 관리비가 적게 소요된다. ② 전철과의 관계위치에 따라 효과적이다. ③ 설치비가 저렴하다. ④ 전철 운행 시에는 자연부식의 방지효과도 있다.
    2. 단점:  ① 다른 매설 금속체로의 장해에 대해 검토가 있어야 한다. ② 전철과의 관계위치에 따라 효과가 제한된다. ③ 전철 휴지기간 때는 전기방식의 역할을 못한다. ④ 과 방식의 우려가 있다.
  • 강제 배류법: 외부 전원법과 배루법의 혼합형이다.
    1. 장점: ① 효과범위가 넓다. ② 전압·전류의 조정이 용이하다. ③ 전식에 대해서도 방식이 가능하다. ④ 외부 전원법에 비해 경제적이다. ⑤ 전철의 휴지기간에도 방식이 가능하다. ⑥ 양극효과에 의한 간섭이 없다.
    2. 단점: ① 다른 매설금속체로의 장해에 대해 검토가 있어야 한다. ② 전철에의 신호장해에 대해 검토가 있어야 한다. ③ 전원을 필요로 한다. 

 

3. 전기방식의 유지관리 및 측정

(1) 전기방식 유지관리 기준

• 전기방식 전류가 흐르는 상태에서 토양 중에 있는 배관 등의 방식전위는 포화황상동 기준 전극으로 -0.85V 이하(황산염환원 박테리아가 번식하는 토양에서는 -0.95V 이하)이어야 하고, 방식 전위 하한값은 전기철도 등의 간섭영향을 받는 곳을 제외하고는 포화황산동 기준 전극으로 -2.5V 이상이 되도록 노력한다.
• 전기방식 전류가 흐르는 상태에서 자연전위와의 전위변화가 최소한 -300mV 이하일 것
• 배관에 대한 전위측정은 간으한 가까운 위치에서 기준 전극으로 실시한다.
• 전위 측정용 터미널(TB) 설치 기준
  • 설치간격
    1. 희생 양극법, 배류법: 300m
    2. 외부전원법: 500m
  • 설치장소
    1. 직류전철 횡단부 주위
    2. 지중에 매설되어 있는 배관 절연부의 양측
    3. 강재보호관 부분의 배관과 강배보호관
    4. 타 금속 구조물과 근접 교차부분
    5. 도시가스 도매사업자시설의 밸브기지 및 정압기지
    6. 교량 및 횡단배관의 양단부