		Boiler 관리 (지 침 서) (주) 영가 케미컬

Boiler의 관리

․ 목적

오랫동안 보일러를 사용하게 되면 여러 가지 고장이나 손상이 생기기 쉽다. 이런 것들을 미연에 방지하거나 또는 고장이나 손상이 확대되기 전에 신속히 보수하여 항상 보일러를 정상상태로 유지시키는 것을 Boiler관리의 목적이라고 한다.

1) 보일러의 급수 관리

(1) 급수의 성질

① 경도 : 수중에 녹아있는 칼슘염과 마그네슘의 비율을 표시한 것으로 총 경도, 칼슘경도, 마그네슘                 경도, 탄산염 경도 등으로 분류하는데 총 경도란 물중의 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 양을                 그와 대등한 탄산칼슘(CaCO3)의 ppm으로 표시한 것이다.

* ppm : 물 1ℓ중에 함유되어 있는 불순물의 양을 ㎎으로 나타낸 것.

② pH(수소이온 농도)

물의 액성(산성, 중성, 알카리성)을 판별하는 척도로서 용액 중의 수소이온(H+)의 농도를 나타낸 수         치로 pH 7을 기준으로 수치가 작으면 산성, 크면 알카리성으로 구분한다.

pH=-log[H+]

③ 알카리도

물에 녹아있는 중탄산염, 탄산염 등 알카리성염을 중화시키는데 필요한 산의 당량을 EPM이나 산소         에 대응하는 탄산칼슘의 ppm으로 표시한 값을 말한다.(M-알카리도, P-알카리도)

* EPM : 물 1ℓ중에 용해되어있는 물질의 ㎎당량수로 표시한 값.

④ 전기전도도

용액의 단면 1㎤, 길이 ㎝의 액체가 25℃에서 가지는 전기저항을 그 용액의 비저항(Ωm)이라하며,         그 역수가 전기전도도인데 순수한 물은 전기전도도가 극히 적어 (약 6×10-8Ω/㎝)

간접적으로 물에 녹아있는 고형물의 양을 나타내는데 쓰인다.

⑤ 기타(유지)

유지류는 전열면에 부착하여 열전달을 방해하며, 용존 산소는 부식을 일으키고 규소, 황산염, 구리         염 등은 scale을 생성한다.

(2) 불순물에 의한 장애

① Scale(관석)에 의한 장애

전열을 나쁘게 하고 그 부분을 과열시켜 보일러의 수명을 단축시키며, 특히 전열면 부하가 큰 방사         boiler등에는 위험하다.

* Scale의 두께와 연료손실(스템퍼의 실험치)

Scale의 두께(㎜)	CaCO3를 주성분으로 한 보일러 scale(연질)	CaCO3를 주성분으로 한 보일러 scale(경질)	CaSO4를 주성분으로 한 보일러 scale(연질)
0.5	3.5%	5.2%	3.0%
0.8	7.0%	8.3%	6.0%
1.0	8.0%	9.9%	9.0%
1.25	10.0%	11.2%	11.0%
1.5	12.5%	12.6%	12.6%
2.2	15%	14.3%	14.3%

* Scale의 생성

Boiler에서 scale성분은 실리카 및 경도성분이며, 급수 중의 Ca, Mg(경도성분)과 실리카 성분은 Boiler    전열면에 부착되어 scale이 생성되며 특히 실리카 및 Ca, Mg 성분의 scale은 열전도율이 낮은 관계로     전열면에 많은 양이 고착되면 국부가열을 유발할 수도 있으므로 주의해야 한다.

A : Scale의 화학적 mechanism

B : 열전도율

종류	열전도율 K ㎉/mh℃	종류	열전도율 K ㎉/mh℃
규산염 scale	40~60	그을음	0.6~2.0
탄산염 scale	0.2~0.4	유지	0.06~0.1
황산염 scale	0.4~0.6	연강	0.1

② 부식에 의한 장애

Boiler 부식의 주요인자는 pH, 용존산소, 용존고형물, 관수온도, 탄산가스, 유속 등 많은 인자가 있         지만, 그 중에서도 pH와 용존산소가 부식에 악영향을 미치는 주요인자이다.

* 일반부식

pH가 낮거나 용존산소가 많이 포함되어 있을 때 금속표면에서 일어나는 부식(화학적                     mechanism)

* 점식(Pitting corrosion)

보호피막을 이루었던 산화철이 파괴되면서 수산화제일철(Fe(OH)2)이 침전되어 부식생성물 주위           의 산소 농도화에 의해 전기를 형성하여 전기 화학적으로 일어나는 부식

* 가성취화

보일러수 중의 알카리용액(NaOH등)에 의해 응력이 큰 금속표면에 생기는 미세한 균열을 말한다.

* 캐리 오버(Carry over)

보일러에서 물이 끓어 증발할 때 보일러수가 물방울과 거품으로 증기에 섞여서 관 밖으로 운반되           는 현상을 말한다.

A : 프라이밍(Priming; 기수증발)

기포가 수면에서 파괴될 때 물방울이 날려서 증기와 함께 배출되는 현상

B : 포밍(Foaming)

생성된 기포가 그대로 증기와 함께 배출되는 현상

C : 규산 캐리 오버

수증기에 의해 규산이 운반되는 것으로 수증기 압력이 높아질수록 규산의 양이 증가한다.

* 수격 작용(Water hammering)

캐리 오버에 의해 증기관으로 배출된 물방울이 관벽에 충돌하는 현상을 말한다.

2) 급수 처리방법

(1) 보일러의 외부처리

고형물을 침전법, 여과법, 가열법으로 제거하거나 석회 소다법, 비석(zeolite)처리, 페록스(ferox, 기        폭)처리, 이온 교환수지 처리, 탈기처리 등에 의해 용존물을 제거할 수 있다.

(2) 보일러의 내부처리

각각 사용목적에 따라 약제를 투입하여 처리한다.

* 청관제의 효과와 약품

종류	약 품	작용
pH조절	가성소다, 1인산소다, 3인산소다, 암모니아, 하이드라진	pH 조절
연화제	탄산소다, 인산소다, 종합인산소다	급수의 연화
슬러지조정제	전분, 텍스트린, 탄닌, 리그닌	결정성장 방지 스케일 생성 방지
탈산소제	탄닌, 아유산소다, 하이드라진	부식방지
가성취화 방지	아질산소다, 탄닌, 리그닌	가성취화 방지
기포방지제	고급지방산의 에스테르, 폴리아미드	거품의 안정화

* 복합 청관제 효과

청관제는 수중의 금속이온과 결합하여 착염을 만들어 탄산염, 황산염, 규산염 등의 침전을 방지하여 관석    을 예방한다. 또한 이미 스케일이 형성되어 있는 표면에 서서히 반응하여 가용성 물질로 변화시켜 외부    로 배출 함으로써 관벽을 청결하게 유지시켜 준다.

보일러 내부의 슬러지는 청관제에 의해 소형입자가 되어 배수 될 때 쉽게 제거 된다.

Blow는 가능한 자주하는 것이 좋으며 1회 blow는 2~3초가 좋다. 수처리를 위한 특별한 시설이 없는 경    우라도 청관제를 사용하면 스케일 및 방식 작용에 큰 효과가 있다. 연수장치가 없는 급수도 방청과 스케    일생성을 최소한 줄이며 각종 성분을 미립자 형태로 분산, 차단하는 역할을 하고 수중의 CaO, MgO,       Fe2O3, Al2O3, SiO2, SO3, CO2, Cl 등 각종 스케일성 성분을 봉쇄하며 방청에도 탁월한 효과가 있다.

A : 인산염에 의한 칼슘염 스케일 방지

B : p-알카리도에 의한 실리카 스케일 방지

C : 고분자 인산염에 의한 스케일 방지

D : 탈산소에 의한 부식방지

E : Boiler 내부의 pH 조절에 의한 부식방지

(3) 기타 급수 처리

① 물리적 처리방법

A : 여과법

B : 탈기법-산소등과 같은 용해 가스를 제거하는 탈기기를 통과시킨다. 탈기기 종류에는 급수가열              기, 탈기 가열기, 진공탈기기가 있다.

C : 증류법-증발기를 사용하여 물을 증류하는 것으로 용해 광물질은 비 휘발성이므로 극히 양질의              급수를 얻게 된다.

② 화학적 처리법

A : 석회소다법-급수에 석회(Ca(OH)2)와 탄산나트륨(Na2(CO)3)을 가하여 연화시키는 방법이다.

B : 이온교환법-물속의 Ca이온, Mg이온을 교환체의 양이온과 교환시켜 물을 연화시키는 방법으로             양이온 교환체에는 제올라이트-그린샌드(Zeolite green sand), 합성 제올라이트-퍼뮤티드 등의             규산계와 앰브라이트(Ambrite)등의 수지계가 있다.

3) 보일러의 정비

Boiler를 오래 사용하면 내․외부에 스케일, 슬러지, 재 또는 끄으름 부착 및 연소장치 이상유무, 벽돌의      파손 등 여러 가지 문제가 있다. 이런 문제점들을 해결하기 위해서는 정비 계획을 수립한 후 1년에 2      회 이상 Boiler의 운전을 정지 후 내․외부를 깨끗이 정비해야 한다.

일반적으로 보일러의 내부 정비주기는 스케일의 두께가 1~1.5㎜이상 부착되기 전에 또는 운전시간이      1,000~2,000시간 정도에서 노통연관식은 3~6개월마다 수관식은 3개월마다 완전히 정비해 주어야 한      다.

(1) 보일러 정비 시 주의 사항

A : 작업 전 boiler의 전원 확인 및 충분한 냉각 후 작업실시.

B : 타 boiler와 증기관 및 급수관이 연결되었을 때 하단 밸브를 close 및 blinder를 설치하여 증기           및 급수가 유입되지 않게 한다.

C : 보일러 내 충분히 환기시킨 후 틀어가며 이때 손전등을 사용하며 일반전기등 사용시 감전사고에           특별히 유의한다.

D : 보일러 내에 들어갈 때는 2인 1조를 실시하며 항상 바깥에서 한 사람이 감시하도록 한다.

(2) 정비요령

작업 착수전에 보일러 취급책임자가 내부에 들어가 스케일 및 슬러지의 상태, 급수내관이나 기수분리       기등 내부구성부속물의 상황이나 동, 드럼, 연관, 스테이 같은 각부의 상황을 잘 점검해서 이를 기록       여 다음 번의 정비시 참고하도록 하여야 한다. (현재는 일부에서 시공업자에게 맞기고 관심을 두지        않는 경향이 많음)

그리고 동내부의 비수방지판이나 기수분리기, 급수내관, 안전장치나 수면계등을 본체에서 분리하여 정       비하도록 한다.

물때만 낀 것은 굳이 화학세관을 하지 않고, 고압세정기로 불어낼 수 있으나 스케일부착이 심하고 단       단한 것은 기계세관이나 화학세관으로 처리하여야 한다.

스케일제거를 쉽게 하려면 보일러를 정비하기 전 2~3일전에 가성소다와 같은 약제를 투입 보일러를       가동하여 부착된 스케일을 미리 부드럽게 해준다.

부착된 끄으름은 와이어브러쉬나 스크레퍼등을 사용하여 제거하고, 연도내에 쌓여있는 끄으름과 재        등을 제거한다.

(3) 보일러의 화학세관

스케일을 제거하기 위한 화학세정법의 일종으로 염산 등 산류와 그 억제제를 혼합한 화학약품을 따뜻       하게 데워서 보일러내를 순환시킴으로써 스케일과 화학적인 반응을 일으켜 제거시키는 방법이다.

화학세정은 1950년부터 본격적으로 사용되었고, 복잡한 구조의 보일러는 이 방법으로 대부분이 스케       일을 제거하고 있는 추세이다.

① 장점

* 스케일을 단시간 내에 제거할 수 있어 보일러의 정지시간을 줄일 수 있다.

* 아무리 복잡한 구조의 보일러도 작업이 가능하다.

* 산에 의한 보일러재의 용해는 거의 없고, 있다 해도 미량으로 고려할 필요 없다.

* 스케일제거로 손상된 부위 확인으로 수리 및 조치를 확실히 할 수 있다.

* 산세정후에 보일러 효율이 향상된다.

② 단점

* 산 세정을 하기 전에 스케일을 샘플링하여 분석이나 시험하는 등 예비진단이 필요하다.

* 예비진단결과에 따라 가장 적합한 약액투입 및 작업방법 등 철저한 준비와 계획이 필요하다.

* 산 세정의 조합액은 보일러내를 만수로 해서 공간부가 없도록 하고, 산의 증기로 인한 부식되지            않도록 주의가 필요하다.

* 산세 중에는 탄산가스, 수소가스, 불산가스 등 유해가스가 발생하므로 화기에 주의하고, 적절히            배출시켜야 한다.

* 산 세정 후에 폐수처리를 철저히 하여야 한다.

③ 산 및 억제제

산 세정에 사용되는 산으로는 염산(HCl)과 황산(H2SO4)이 사용되는데 특히 스케일이 많은 곳은           염산이 널리 사용된다. 이것은 대부분의 스케일은 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3)등 탄          산염류에 속하여 염류에 잘 녹기 때문이다.

스케일과 염산의 화학반응식은 다음과 같다.

또한 산화제2철(쇠녹)도 마찬가지로 용해된다.

이상과 같이 대부분의 스케일은 염산에 의해 잘 용해되지만, 규산염류(SiO2)등에 의한 스케일과           같이 산에 잘 안녹는 것도 있으므로 이것들은 불화소다를 촉진제로 하여 작업을 할 필요가 있다.

염류등 산류는 철을 심하게 부식시키므로 이것을 방지하기 위해서는 부식억제제인 히비터를 적정          량 산 세정시 혼합하여야 한다.

(4) 산세정의 방법

① 산세정시에 염산의 농도는 5~10%, 부식억제제의 농도는 산액량의 0.3~0.5%, 세정액의 온도는 상          온~60±5℃로 하여 보일러 내를 순환시키면서 순환액의 농도 측정을 하고 미리 조사해 둔 스케일          용해 시간과 대조하면서 액의 농도저하가 정지하면 산처리가 정지, 즉 스케일이 모두 용해되었음          을 의미한다.

② 산처리가 정지되면 액의 순환을 중지하고 탱크의 액을 빼낸 후에 보일러를 청수로 2회가량 만수로          해서 물로 세정한다.

③ 그리고 다시 농도가 1~1.5%정도의 가성소다 또는 탄산소다 용액으로 보일러 내를 만수한 후 가          열하여 보일러 내의 잔유산분의 중화방청처리를 한다. 이때 액을 수환은 시킬 필요가 없으나 저연          소로 3㎏/㎠정도까지 압력을 높여 이 상태를 2시간 가량 유지하여 잔유산분을 충분히 중화시키며          이때 중화수의 pH 농도는 8~10을 유지시킨다.

④ 알카리 용액은 중화가 끝나면 냉각시켜 배출하고 그 후에 필요에 따라 물세정을 하면 산세정은 끝          나며, 일반적으로 산세정시간은 대형 보일러의 경우 30~40시간이면 완료된다.

특히, 주의할 사항은 산세정 후 취출해 놓은 세정액은 반드시 후처리를 철저히 하여야 하며 이로          인한 환경문제를 유발시켜서는 안된다.

(5) 끄으름 제거

보일러에 부착된 끄으름 제거 주기는 정해진 것은 없으나 일반적으로 유류보일러는 6개월에 1회, 가       스보일러는 년 1회 해주어야 하며 상황에 따라 주기는 임의로 할 수 있다.

끄으름이 1㎜부착시에 12%의 열손실을 초래하므로 에너지 절약과 안전측면에서 제거를 정기적으로       하여야 한다. 끄으름 제거 방법은 증기나 압축공기 이용, 샌드브라스트법, 수세법, 수작업에 의한 방       법 등이 있다.

끄으름 제거 작업 시 주의할 사항은 다음과 같다.

* 노내나 연도내를 충분히 환기시킬 것.

* 작업시에는 안전화, 방진마스크 등 보호장구를 철저히 해야 한다.

* 관리자는 작업전에 상황을 점검하고 안전관리에 충분한 교육을 시킨 후에 작업을 하도록 한다.

* 작업시는 2인 1조가 되어 하도록 하고, 특히 전등사용시는 전등기구가 감전될 요소가 있는지 확인         해야 한다.(작업중 감전사례가 있었음)

4) 보일러의 휴지시 보존방법

보일러는 휴지하고 있는 경우라도 무위무책으로 막연하게 휴지시키고 있으면 내외면이 부식하거나 벽      돌면이 변질 파손되는 일이 있다.

어떤 경우는 사용치 아니하는 기기가 사용중인 기기보다 더 부식이 되거나 하여 수명을 단축시키는        경우가 있어, 휴지한 보일러를 사용코자 할 때 뜻밖의 장애에 부딪히는 경우가 흔히 있다.

보일러를 부식시키는 요인은 물과 산소이므로 보일러를 휴지시키고 보존하는 방법에 대하여 기술하면      보일러내에 물이 전혀 없는 상태로 하던지, 아니면 만수상태로 한 후 산소를 전혀 함유하지 않도록        하는 것이다.

보일러의 휴지보존법은 장기보존법(건조보존법, 만수보존법), 단기보존법, 응급조치법으로 구분할 수       있다.

(1) 장기보존법

정지기간이 2~3개월 이상일 때 사용하는 방법으로 건조보존과 만수보존이 있으며, 건조보존으로는        석회밀폐와 질소봉입의 2가지가 있는데 이중 석회밀폐법을 많이 사용하고, 만수보존은 만수 후 소다       를 넣어 보존하는 방법이다.

① 석회밀폐 보존법에 대해 기술하면 먼저 보일러 내외부를 깨끗이 정비한 후 외부에서 습기가 스며          들지 않게 조치한 후, 노 내에 장작불등을 피워 충분히 건조시킨 후 생석회나 실리카겔 등을 보일          러 내에 집어 넣는다.

건조제를 넣는 양은 보일러 내용적 1㎥당 0.25㎏, 실리카겔이나 염화칼슘 또는 활성알루미나의 경          우에는 1~1.3㎏/㎥의 비율로 적당한 그릇에 담아 분산 배치한다. 이때 추가로 목탄을 넣고 태우면          더 효과가 좋으며 이후에 맨홀등을 덮어서 밀폐시킨다. 그리고 2주 후에 건조제의 상태를 확인하          고 건조제가 풍화되었을 때 교환을 해주고 그 후 3개월내지 6개월마다 정기적으로 점검을 실시한          다.

② 질소가스 봉입법

질소가스를 보일러 내에 주입하여 압력을 0.6㎏/㎠유지하는 것으로서 효과는 좋으나 작업기법이나          압력유지등 기술적인 요소가 필요하여 전문가에게 의뢰해야 하고 일반적으로 이 방법은 잘 사용치          않고 있다.

③ 만수보존법

보일러 내에 물을 만수시킨 후에 소다 등의 약제를 투입하여 일정이상의 농도를 유지시키는 방법          으로 때와 장소에 따라 언제라도 사용에 응해야 할 사정이 있는 보일러인 경우에 사용하는 방법이          며 동절기에는 동파가 될 수가 있으므로 이 방법을 사용해서는 안된다.

보전법 시행시는 보일러를 깨끗이 정비한 후에 약제를 투입하는 것으로 약제 투입량은 물 1톤에           대해 가성소다(pH 상승제)는 0.3㎏정도 또는 탄산소다 0.7㎏, 인산소다는 0.8~1㎏비율로 그리고          아황산소다(부식방지제)는 100~120ppm 정도 유지한다.

작업방법은 약 액수를 보일러에 만수시키고 약간 압력이 올라갈 정도로 가열하여 공기를 완전히           배출 후 냉각시킨 다음 수압을 0.15~0.3㎏/㎠정도 되도록 한 다음 밸브를 닫아 밀폐시킨다. 만수          조치 후 3~4일 후 그리고 그 후 상황에 따라 2~3주 마다 상태를 점검하고 물이 감소되었을 때는          보충을 하도록 한다.

철은 60~80℃일 때 가장 잘 부식되므로 지 정도의 온도가 되지 않도록 할 것.

(2) 단기보존법

휴지기간이 3주에서 1개월 이내일 때 실시하는 보존법으로 건조법과 만수법이 있다.

건조법 및 만수법은 상기에 기술한 장기보존법과 유사하나 보일러를 깨끗이 정비하지 않은 상태에서       시행한다.

(3) 응급보존법

휴지기간이 길지 않고 언제든지 사용할 수 있도록 준비해 놓은 상태로서 보일러 내의 pH를               10.5~11.0정도로 유지시키고, 4~5일 마다 보일러를 배수하여 수위를 조절하여 오랫동안 일정수위가       되지 않도록 한다.