안녕하세요?
저는 건설사에서 최근 Material업무를 시작하여 테크노넷에서 도움 많이 받고 있습니다.
최근 Project에서 Material Spec작성을하며 궁금한 것이 생겨 아래와 같이 질문 드립니다.
1. NACE MR0103을 적용하는 EFW Pipe(Plate)재질이 선정이 A515-60 (A672-B60)와 A516-60(A672-C60) 둘 중 Normal하게 적용하는 것이 어느 것인지요?
기존 Project를 살펴보니 대체적으로 A516-60으로 제작한 A672-C60 CL.22을 NACE Plate(EFW Pipe) 자재로 사용하고 있는 것은 확인했지만 둘의 차이는 고온용서비스/저온용서비스 결정립의 차이 정도로 생각되는데 왜 A515-60(A672-B60)으로는 사용하지 않는지가 궁금합니다.
Sour환경이 고온이 아닌 저온에서 일어나기 때문일까요? 사실 잘 모르겠습니다. 사실 사업주 ITB에는 A515-60을 사용한 A672-B60에 NACE가 추가되어 스펙을 만들던 중 대부분의 NACE적용 EFW는 A672-C60(A516-60)을 사용하고 있어 궁금증이 들었습니다.
*참고로, NACE MR0175에 A516-60/70을 사용하기를 권장한다는 답변을 다른 분의 질문에서 본 것 같은데 정확히 어디에 나오는지 찾지 못했습니다. 같이 알려주시면 감사하겠습니다.
2. NACE 적용 라인에 사용되는 CS Valve trim이 SS316으로 보통 적용되는데 13cr(410)으로 할 경우 NACE MR 0103의 low carbon martensitic stinless steels처럼 Quenched and double tempered 열처리가 들어가 Cost의 문제로 SS316( Solution annealed)로 사용되는지요? Boney forged 및 기타 Valve사에서도 NACE Valve는 SS316 Trim으로 사용하는데 13cr 은 사용될 수 는 있지만 열처리등의 문제로 SS316으로 적용이 되는지, 그렇다면 SS304로도 가능한지 질의 드립니다.
NACE MR0103/0175는 전반적으로 훑어 보았지만 Material별로 Hardness Limit이나 열처리에 관한 규정이 있는 것은 알고 있습니다.(좀 더 공부해야겠지만..) 하지만 꼭 이자재를 써야하며, 이 머터리얼은 되지 않는다 이런 것이 없어 답답하기도 합니다. 여러 프로젝트나 케이스를 경험하지 않다보니 보는 시각이 짧아 스펙 하나하나 만들때마다 정확한 근거로 만들고 싶은데 너무 어려워 질의 드렸습니다.
전문가님들의 고귀한 답변 기다리겠습니다.
A1.
잘 아시다시피 Wet Sour Corrosion은 Liquid Water가 존재해야 하기 때문에 대개 300-350F(150-177C) 이하의 온도에서 발생합니다. 아울러 입자 미세화는 SSC나 HIC의 저항성도 다소 향상 시키게 됩니다. 따라서 A516의 사용이 가장 보편적입니다. 다만, Normal Operating Temperature가 Creep Zone에 들어갈 경우 더 우수한 Creep Strength 를 가지는 입자 조대화가 추천됩니다. 이 경우에는 A515가 우선 선택되는데 이 경우라도 Startup and Shut down 중에 Sour Corrosion (SSC나 HIC)에 노출될 경우는 Hardness 와 Chemical control을 함께 요구하게 합니다.
한편, SMTS (specified minimum tensile strength) 의 규정도 일부 Licensor 회사들 위주로 max. 60ksi 또는 max. 65 ksi를 요구하고 있습니다. 이는 거의 모든 Licensor Companies들이 경제적인 재료의 선택보다는 Premature Failure가 전혀 없는 Performance Guarantee 에 촛점을 맞추는 회사의 운영방침 때문에 재료를 지나치게 안전한 것으로 선정하고 있기 때문입니다. 특히, UOP & Axens 가 가장 Conservative한 기준을 유지하고 있지요. 그럼에도 불구하고 NACE (AMPP) Standards는 이런 Conservative한 값의 등재를 허용하지 않고 있습니다. (NACE Publ. 8X194에서는 Industrial Data Survey로서 60Ksi 또는 65 ksi가 적용되는 곳도 있다고 보고하고 있음) 더불어 대부분의 End-Users들은 carbon equivalent control과 함께 max. 70ksi of SMTS 를 사용하고 있으며 이 때 일부 회사는 Actual TS (on MTR) 가 80 ksi 또는 85ksi를 초과하지 못하도록 하기도 합니다.
A2.
근래의 Project 수행 경험에 기초하여 정리를 해봅니다.
API Standards의 Valves에 대한 추천 재료 (Body & Trim)로 Solid 304 SS의 사용은 점점 사라지고 있는 상황입니다 (단, Cryogenic Service는 제외). 이는 304 SS가 Crevice Corrosion에 너무 취약하고 가격도 316 SS와 차이가 더 많이 줄어든 상태이므로 필요성을 느끼지 못해 왔기 때문입니다. Existing이 문제가 없다면 그냥 쓸 수 있겠지만 New Construction의 경우 여러 Company Standards는 더욱 엄하게 사용을 제한하고 있는 상황이기에 보편적으로 316 SS가 추천됩니다.
한편, Wet Sour Service의 CS Piping에서 Valve Trim으로 13Cr과 316 SS와의 비교에서는 Company의 경험에 따라 한쪽을 선택합니다.
[For New Construction in Wet Sour Service] 316 SS Trim은 Toughness 와 일반적인 Corrosion Resistance (wet sour corrosion 포함) 가 우수하여 New Construction에서 선호되기도 합니다. 그러나 Chloride 농도가 높고 운전 온도가 다소 높으면 (대개 >60C), 그리고 Galvanic Corrosion이 예상되는 곳에서는 316 SS의 사용이 Risk가 높아 사용을 피해야 합니다. 이 경우 아직도 13Cr이 New Construction 에서 많이 사용되고 있습니다.
[For Revamping in Wet Sour Service] Valve Trim을 기존의 13Cr에서 316 SS로 Upgrading하는 경우는 회사별 운전 경험 (leak)에 따라 실시되는데 Revamping Project에서 이런 경우는 그다지 많지가 않습니다. 즉, 13Cr Trim에서 문제가 없었던 Plant는 Piping Materials Class변경없이 적용하고 있는 경우가 많습니다.
쉽지 않은 질문을 하셨군요.
A515와 A516의 차이는 이미 알고 계신 것처럼 고온과 저온의 차이로 실제로는 입자 사이즈가 달라집니다. 부식 관점에서 어느 것이 더 유리하다고 단정적으로 얘기할 수는 없으나, 주로 A516쪽을 더 선호합니다.
Grade 60과 Grade 70을 구분하는 것은, 70으로 가면 고강도로서 표면 경도도 더 높고 용접부의 경화도도 더 커지기에 그만큼 응력부시균열에 상대적으로 더 취약합니다. 그래서 많은 Basic Design Spec.에서 60까지만 사용하고 있으며, UOP만이 65까지를 추천합니다.
13Cr을 사용안하는 것은 아닙니다. KOC의 경우에는 아직도 13Cr으로된 trim을 쓰고 있으나 상대적으로 경화도가 크고 경도를 맞추기위한 열처리등의 노력도 필요해서 주로 316으로 대체하는 추세입니다. UOP의 Aromatic Unit에서는 아예 316도 아닌 Monel을 명기합니다
결국 제가 이해하는 trim선정은 재질별로 scc가 발생하지 않도록 경도를 제한하고 안정적인 내식성을 확보하는 차원에서 결정됩니다.
304를 쓸수도 있으나, 냉간가공 이후의 경화도 증가와 상대적인 내식성 저하로 인해 다들 316을 선정합니다.
간단하게 설명드리긴 했으나, 재질 선정은 내식성, 기계적 성능과 내구성, 시장의 가격과 구매용이성 등 다양한 측면에서 종합적으로 고려되어야 합니다.
그래서 Basic material engineer는 늘 현재 design의 헛점을 찾아내고 그걸 기준으로 cost & reliabilty관점에서 value engineering을 고민해야 합니다.