안녕하세요.
Wet Sour Service 재질 선정 관련하여 질문드립니다.
Wet Sour Service는 규격을 통해 혼자 살펴보기만 하여 손상기구 또는 규격에 대한 이해가 부족하였는데, 관련 강의를 진행해주셔서 많은 도움을 받았습니다. 감사합니다.
지난 온라인 수강 이후에도 질문을 드렸던 내용인데, 제가 질문 내용을 제대로 전달 드리지 못한 것 같아 다시 한 번 글을 남기게 되었습니다.
여러 업무로 바쁘시겠지만 간단하게라도 박사님의 고견 나누어주시면 감사드리겠습니다.
검토상황
- hydrocarbon gas를 압축하는 compressor의 재질을 stainless steel 316L로 선정하고자 함.
- compressor는 임펠러로 물을 회전시켜 원심력으로 liquid ring을 형성하고 그 공간으로 gas를 압축하는 원리를 가짐.
- compressor 구동을 위해 물이 투입되며, hydrocarbon gas와 물이 접촉이 발생함.
- 물속에 녹아있는 산소의 양은 30ppm정도이며, hydrocarbon gas와 반응하여 약 11시간 이내 소모될 것으로 예상됨.
참고한 NACE 규격 내용
- NACE MR 0175 part 3(2009)의 ch.5 (11/80page)를 보면, H2S포함 환경에서 CRA합금의 cracking저항성에 산소가 영향을 주는것으로 나와있음.
- Annex A를 보면(17/80page), 재질선정 테이블은 사용환경에 산소가 없다는 가정하에서 작성되었다 라는 내용이 있음.
문의내용
- H2S 포함 환경에서 Table A.2의 모든 조건을 만족하고 산소가 존재하는 환경에서 CRA 합금의 사용 가능여부
- 산소가 포함되는 경우 산소가 stainless steel 316L 재질 손상에 주는 영향
- 산소가 있는 경우에서 재질 사용 적합성을 검증하기 위한 방법 (lab scale)
감사합니다.
바쁘신 와중에 답변주셔서 감사합니다.
제가 문의드린 compressor 재질 관련은 프로세스 분야 담당자와 조금 더 얘기하여 구조를 파악해봐야할 것 같습니다.
재료 부식 뿐 아니라 프로세스에 대한 이해 높여야 한다는 말씀 새겨듣겠습니다. 특강 일정 공유해주셔서 감사드립니다!
NACE MR0175/ISO 15156은 원칙적으로 Well Production 을 위한 Wet Sour Standard입니다.
이곳의 ASS는 Table A.xx 에서 제한되지 않는 한 Wet Sour Service 에서 유용하게 사용됩니다. 이곳에서 사용되는 Compressor는 Gas phase (or including tiny water) 라서 ASS의 경우 pH나 Cl-SCC는 무시할 수 있기에 특별한 제약을 두지 않고 있습니다. 그러나 NACE MR0175/ISO 15156를 함께 적용하는 Midstream (including liquefaction or separation process) 에서는 Condensed Water 에 더 많이 노출될 수 있기에 Company Specification에서는 Materials Selection and/or Hardness Control 등의 제약을 두기도 합니다. NACE MR0175/ISO 15156 나 NACE MR0103/ISO17945 등은 Bottom Line Requirements만 제시한 것이기에 많은 company 들이 더 구체적인 Specifications & Manuals 을 유지 적용하고 있습니다.
그리고 MR0175, Table A.xx 의 이용시 다음의 조건들은 ASS 사용 전 반드시 확인이 요구됩니다.
- No elementary sulfur contains
- Impeller 재질이 ASS가 아니면 해당 Table A.xx 를 만족해야 함.
- No condensation during start-up or shutdown, and normal operation (만약, condensation이 예상되면 max. 10 ppb로 control 요구)
한편, Oxygen은 일반적으로 Condensed Water내에서 Cathodic Reaction 을 촉진하는 역할을 하므로 부식 속도를 증가시키게 됩니다. 특히, Salt Water (Brine)내에서는 그 속도가 더욱 증가하게 됩니다. 이 현상은 CS에서는 General Corrosion (시작은 pitting의 mesa attack 으로 부터) 형태로, ASS는 Pitting (주로 crevice 에서) 형태로 나타납니다. Wet H2S service 에서는 O2 와 만나 SO2를 생성하기에 CS & ASS 의 부식은 더욱 가속하게 됩니다.
API RP581의 Acid Sour Water (mainly severe general corrosion pattern)에서 CS의 경우 Oxygen이 50 ppb (이전 version에서는 8ppm) 를 초과하면 그 이하에 비해 2배의 부식 속도를 예상하고 있습니다. NACE TM0177 (SSC Test) 은 CRA의 Wet H2S Corrosion Standard Testing을 위해 Test Solution 내의 oxygen을 10 ppb이하로 유지하도록 되어 있습니다. 현재 제시된 운전 조건이 장 시간 Oxygen (xx ppm)에 노출되는 것은 아니지만 NACE TM0177 의 Specific Application (oxygen 30 ppm) 을 적용하여 Test 해 보시기를 추천드립니다 (Lab에서 허용할지는 의문이지만). 만약 Fail이 된다면 Deaeration 을 하여 oxygen 10 ppb 이하로 Control하든지 Materials Upgrading이 추천됩니다.
질문이 좀 애매하기는 합니다.
Steam Driven Gas Compressor를 언급하는 것으로 이해합니다. O&G Plant에서 물로 Compressor를 돌리지는 않습니다.
Gas를 압축하기 위한 Compressor에서 물이 들어가 있으면 아주 작은 양은 문제가 없겠으나, 일정 양 이상이 되면 작동에 문제가 생깁니다.
그런데 Compressor를 구동하기 위한 Motive Steam이 Compressor 내부로 들어가서 HC와 합해지는 일은 불가능합니다.
비슷한 이유로 배관을 통해 공급된 HC Gas는 외부 공기와 차단된 상태가 됩니다. 즉 이론적으로는 산소가 없지요.
언급하신 해당 내용의 Table A6를 보면 Compressor인 경우에 걱정 말고 쓰라고 규정하고 있습니다.
산소의 역할은 용접을 공부하는 분들에게는 조연제라고 설명을 드립니다.
즉, 내가 직접 타지는 않지만, 남이 잘타도록 만들어서 좀더 높은 열량을 내도록 도와주는 역할을 합니다.
부식에서도 같은 영향을 미칩니다. 산소가 아예 없다면, 대표적으로 우주 대기에서는 우리가 흔히 얘기하는 일반적인 부식은 일어나지 않습니다.
부식을 위해서는 산소가 필요한 것이라고 이해하시면 됩니다.
EPC에서 재료를 공부하고 부식을 담당하는 사람들이 첫번째 갖추어야 할 지식은 당연히 재료와 부식에 대한 기본기 이겠으나, 그에 못지 않게 중요한 것은 주요 기기의 구성과 기능 그리고 O&G Process의 기본을 이해하는 것입니다.
Process를 이해하지 못하면 더 나아가질 못합니다.
10월 24일 현대건설에서 'EPC Material Engineer의 역할과 기여'를 주제로 특강이 에정되어 있습니다. 기회가 되시면 오셔서 함께 하시죠.