화학설비의 부식 위험성평가에 관한 기술지침(KOSHA GUIDE P-168-2021) - 2장
[부록 1]
기타 손상메커니즘의 LOF 평가 가이드라인
외부부식과 내부부식을 제외한 기타 손상메커니즘의 LOF 평가 가이드라인은 다음과 같다.
1. SCC
API RP 581에서는 응력부식과 관련하여 9개의 손상메커니즘(가성소다 균열, 아민 균열, 황화물 응력 균열, HIC/SOHIC-H2S, 알칼리 탄산염 SCC, PTA SCC, 염화물 SCC, 수소 SCC-HF, HIC/SOHIC-HF)에 대한 민감도(Susceptibility) 판단기준을 제공 하고 있다.
(1) 가성소다 균열
가성소다 균열(Caustic cracking)은 탄소강(Carbon steel), 저합금강(Low alloy steel),
400계열 스테인리스강(400 series SS)에서 잔류응력을 제거하지 않은 경우 발생하는 것으로 알려져 있으며, 각 재질에 대하여 [그림 A1-1]의 NaOH 농도와 운전온도의 관 계곡선에서 해당지역이 어디인지를 확인한 후 [그림 A1-2]의 판단 로직에 근거하여 민 감도를 None(0), Low(1), Medium(2), High(3)로 결정한다. 이때, 민감도는 열전(Heat treated)의 유무, 스팀 배출(Steam out) 여부, 잔류응력 제거(Stress relief), NaOH 농도 등을 기준으로 판단하게 된다.
(2) 아민 균열 아민 균열(Amine cracking)은 일반적으로 탄소강 및 저합금강에서 아민류(MEA, DIPA, DEA)를 사용하는 서비스에서 잔류응력을 제거하지 않은 경우에 발생한다. 이 때, 아민 균열에 대한 민감도는 [그림 A1-3]의 판단 로직에 의해 결정하는데 고려되는 인자로는 아민의 종류, 운전온도, 열전 유무, 스팀 배출 여부, 그리고 잔류응력 제거, 재질 등이 있다.
(1) 황화물 응력 균열 황화물 응력 균열(Sulfide stress cracking, SSC)은 탄소강과 저합금강에서 상온 부 근에서 발생하며 SSC의 민감도를 결정하기 위해서는 <표 A1-1> 및 <표 A1-2>를 이 용하여 결정한다. 즉, H2S의 농도와 서비스 내 자유수의 pH 값으로부터 환경 심각도
(Environmental severity)를 <표 A1-1>의 기준으로 판단하고, 환경 심각도와 용접 후 열처리(As-welded or PWHT) 유무, 그리고 금속의 경도(Brinnell hardness)를 고려하 여 최종 민감도를 <표 3-3>에 의해 기준으로 결정한다.
<표 A1-1> SSC의 환경 심각도 결정
| 물의 pH | H2S 함량(ppm) | |||
| H2S<50 | 50≤H2S<1,000 | 1,000≤H2S≤10,000 | 10,000<H2S | |
| <5.5 | Low | Moderate | High | High |
| 5.5 ∼ 7.5 | Low | Low | Low | Moderate |
| 7.6 8.4 | ||||
a. 시안화물이 있는 경우 pH>8.3이고 1,000 ppm 이상의 H2S 농도에서 SSC의 민감도는 한 등급이 증가한다.
<표 A1-2> SSC의 민감도 결정
| 환경 심각도 |
열처리 | |||||
| 용접 후 최대 브리넬 경도 (As-welded Max Brinnell Hardness)a |
후열처리 후 최대 브리넬 경도 (PWHT Max Brinnell Hardness)a |
|||||
| <200 | 200∼237 | >237 | <200 | 200∼237 | >237 | |
| High | Low | Medium | High | Not | Low | Medium |
| Moderate | Low | Medium | High | Not | Not | Low |
| Low | Low | Low | Medium | Not | Not | Not |
a. Brinnell로 측정. 단, Vicker나 Knop 등의 기술은 적용이 안 됨.
(4) HIC/SOHIC-H2S
H2S가 포함된 서비스에서 탄소강 또는 저합금강의 재질에는 HIC/SOHIC- H2S의 SCC가 발생하며. HIC/SOHIC-H2S의 민감도는 <표 A1-3> 및 <표 A1-4>를 이용하 여 결정한다. 즉, H2S의 농도와 서비스 내 자유수의 pH 값으로부터 환경 심각도를 <표 A1-3>의 기준으로 판단하고, 환경 심각도, 강(steel)의 황(S) 함량, 용접 후 열처 리(as-welded or PWHT) 유무, 그리고 이음이 없는(Product form-seamless) 배관 등 을 고려하여 최종 민감도를 <표 A1-4>의 기준으로 결정한다.
<표 A1-3> HIC/SOHIC-H2S의 환경 심각도 결정
| 물의 pH | H2S 함량(ppm) | |||
| H2S<50 | 50≤H2S<1,000 | 1,000≤H2S≤10,000 | 10,000<H2S | |
| 5.5 | ||||
| 7.6∼8.3 | Low | Moderate | Moderate | Moderate |
| 8.4∼8.9 | Low | Moderate | Moderatea | Higha |
| >9.0 | Low | Moderate | Higha | Higha |
a. 시안화물이 있는 경우 pH>8.3이고 1,000 ppm 이상의 H2S 농도에서 HIC/SOHIC-H2S의 민감도는 한 등급이 증가한다.
<표 A1-4> HIC/SOHIC-H2S의 민감도 결정
| 환경 심각도 |
황 함량 | |||||
| 고 황함량 강a >0.01 % S |
저 황함량 강 ≤0.01 % S |
이음이 없는 배관/ 압출 배관 | ||||
| 용접 (as-welded) |
후열처리 (PWHT) |
용접 (as-welded) |
후열처리 (PWHT) |
용접 (as-welded) |
후열처리 (PWHT) |
|
| High | High | High | High | Medium | Medium | Low |
| Moderate | High | Medium | Medium | Low | Low | Low |
| Low | Medium | Low | Low | Low | Low | Low |
a. 일반적으로 약 1990년 이전에는 A70, A201, A212, A285, A515 및 대부분의 A516이 여기
에 포함된다.
(5) 알칼리 탄산염 SCC 알칼리 탄산염(Alkaline carbonate) SCC는 탄소강 및 저합금강에서 CO3의 존재로 인해 발생되는 손상메커니즘이다. 알칼리 탄산염 SCC의 민감도를 결정하기 위해서는 <표 A1-5>를 이용하여 결정한다. 이때, 민감도 결정을 위해 고려되는 인자는 pH, 후 열처리(PWHT) 여부, CO3 농도 등이다.
<표 A1-5> 알칼리 탄산염 SCC의 민감도 결정
| pH | 잔류응력(Residual stress) 및 CO2- 농도a | ||||
| 후열 처리 | 후열 처리 또는 냉간작업을 하지 않거나 모름 | ||||
| CO2-≤ 10,000 ppmb | CO2-< 10 ppm |
10≤CO2-< 100 ppm | 100≤CO2-< 1000 ppm | CO2-≥ 1,000 ppmb | |
| 7.6 8.1 8.6 |
|||||
| 9.1∼9.4 | None | Medium | High | High | High |
| ≥9.5 | None | High | High | High | High |
a. 기존의 알칼리도 적정법(PM 알칼리도)은 CO2- 산성수(Sour water) 측정에는 효과적이지 않다
b. 정유공정에서 CO2-농도는 일반적으로 10,000 ppm미만이다.
<주> 이러한 값은 탄산염 이온농도를 결정하는 표준화된 방법을 사용하지 않은 산업조사에 기초하여 개발되었으므로 소유자-사용자 및 부식 전문가는 이들 값을 선택할 때 주의 해야 한다.
(6) PTA SCC
PTA SCC는 오스테나이트계 스테인리스강(Austenitic stainless steel)과 니켈강 (Nickel steel)에서 PTA로 인해 발생되는 손상메커니즘으로 PTA SCC의 민감도는 <표 A1-6>을 이용하여 결정한다. 이때, PTA SCC의 민감도를 결정하기 위해 고려되 는 인자는 강에 대하여 용접 전·후에 대해 안정화 여부, 운전온도, 열처리 여부 등이다. <표 A1-6> PTA SCC의 민감도 결정
| 운전온도 <427 ℃ (800 ℉) | |||
| 재질 | 열처리 | ||
| 고용화 열처리 | 용접 전 안정화 | 용접 후 안정화 | |
| 모든 일반 300 시리즈 SS 및 합금 600, 800 |
Medium | - | - |
| H 등급 300 시리즈 SS | High | - | - |
| L 등급 300 시리즈 SS | Low | - | - |
| 321 SS | Medium | Medium | Low |
| 347 SS, 합금 20 합금 625, 모든 오스테나이트계 용접 오버레이(Overlay) | Low | Low | Low |
| 운전온도≥427 ℃ (800 ℉) | |||
| 재질 | 열처리 | ||
| 고용화 열처리 | 용접 전 안정화 | 용접 후 안정화 | |
| 모든 일반 300 시리즈 SS 및 합금 600, 800 |
High | - | - |
| H 등급 300 시리즈 SS | High | - | - |
| L 등급 300 시리즈 SS | Medium | - | - |
| 321 SS | High | High | Low |
| 347 SS, 합금 20 합금 625, 모든 오스테나이트계 용접 오버레이(Overlay) | Medium | Low | Low |
<주> 공정 운전온도가 427 ℃(800 ℉) 이하일 경우 용접상태에서만 민감도가 존재한다. 공 정 운전온도가 427 ℃(800 ℉) 이상일 경우 운전 중에 민감도가 발생할 수 있다.
(7) 염화물 SCC 염화물(Chloride) SCC는 오스테나이트계 스테인리스강에서 염소이온의 존재로 인해 발생되는 손상메커니즘으로 염화물 SCC의 민감도는 <표 A1-7>을 이용하여 결정한다. 이때, 염화물 SCC의 민감도 결정을 위해 고려되는 인자로는 운전온도, pH, Cl- 농도 등이 있다.
<표 A1-7> 염화물 SCC의 민감도 결정
| 온도 (℉) |
pH | ||||||||||||||||||||
| <2.5a | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 4.5 | 5.0 | 5.5 | 6.0 | 6.5 | ||||||||||||
| <30 | None | None | None | None | None | None | None | None | None | None | |||||||||||
| 30 ~ 52.5 |
None | None | None | None | None | None | None | None | None | None | |||||||||||
| 52.5 ~ 75 |
None | Low | Low | Low | Low | None | None | None | None | None | |||||||||||
| 75 ~ 97.5 |
None | Medium | Medium | Medium | Low | Low | Low | Low | Low | Low | |||||||||||
| 97.5 ~ 120 |
None | High | High | Medium | Medium | Medium | Medium | Medium | Medium | Medium | |||||||||||
| 120 ~ 142.5 |
None | High | High | High | High | High | High | High | Medium | Medium | |||||||||||
| 142.5 ~ 165 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | Medium | |||||||||||
| 165 ~ 187.5 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| 187.5 ~ 210 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| 210 ~ 232.5 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| 232.5 ~ 255 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| 255 ~ 277.5 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| 277.5 ~ 300 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| 300 ~ 322.5 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| 322.5 ~ 345 |
None | High | High | High | High | High | High | High | High | High | |||||||||||
| >345 | None | None | None | None | None | None | None | None | None | None | |||||||||||
| Temp. (℉) | pH | ||||||||||||||||||||
| 7.0 | 7.5 | 8.0 | 8.5 | 9.0 | 9.5 | 10.0 | 10.5 | ≥11.0 | |||||||||||||
| <30 | None | None | None | None | None | None | None | None | None | ||||||||||||
| 30 ~ 52.5 |
None | None | None | None | None | None | None | None | None | ||||||||||||
| 52.5 ~ 75 |
None | None | None | None | None | None | None | None | None | ||||||||||||
| 75 ~ 97.5 |
Low | Low | Low | Low | Low | None | None | None | None | ||||||||||||
| 97.5 ~ 120 |
Medium | Low | Low | Low | Low | Low | None | None | None | ||||||||||||
| 120 ~ 142.5 |
Medium | Medium | Low | Low | Low | Low | Low | Low | None | ||||||||||||
| 142.5 ~ 165 |
Medium | Medium | Medium | Medium | Medium | Medium | Low | Low | None | ||||||||||||
| 165 ~ 187.5 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| 187.5 ~ 210 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| 210 ~ 232.5 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| 232.5 ~ 255 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| 255 ~ 277.5 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| 277.5 ~ 300 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| 300 ~ 322.5 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| 322.5 ~ 345 |
High | High | High | High | High | High | Low | Low | None | ||||||||||||
| >345 | None | None | None | None | None | None | None | None | None | ||||||||||||
a. 균열 민담도가 없으며 부식율을 결정하기 위해서는 HCl 부식을 참조한다. <주1> 염화물 농도가 10 ppm 미만이면 민감도를 한 등급 낮춘다.
<주2> 염화물 농도가 90 ppn 미만이면 민감도를 한 등급 낮춘다.
<주3> 염화물 농도가 100 ppm 보다 높으면 민감도를 한 등급 높인다.
<주4> 염화물이 농축되어 있는 곳에 침점물이 있으면 민감도를 한 등급 높인다.
(8) 수소 SCC-HF 수소(Hydrogen) SCC-HF는 탄소강과 저합금강에서 수소와 불화수소가 함께 존재할 경우 발생되는 손상메커니즘이며 수소 SCC-HF의 민감도는 <표 A1-8>를 이용하여 결정한다. 이때, 수소 SCC-HF의 민감도를 결정하기 위해 고려되는 인자로는 HF의 농 도, Brinnell 경도, 후열처리 여부 등이다.
<표 A1-8> 수소 SCC-HF SCC의 민감도 결정
| 용접 후 최대 브리넬 경도 | 후열처리 후 최대 브리넬 경도 | ||||
| <200 | 200∼237 | >237 | <200 | 200∼237 | >237 |
| Low | Medium | High | None | Low | High |
(9) HIC/SOHIC-HF
HIC/SOHIC-HF는 탄소강과 저합금강에서 수소와 HF가 함께 존재할 경우에 발생하 는 손상메커니즘으로, 민감도는 <표 A1-9>를 이용하여 결정한다. 이때, HIC/SOHICHF의 민감도를 결정하기 위해 고려되는 인자로는 HF의 농도, 강의 황 함량, 후열처리 여부, 배관 이음의 유무 등이다.
<표 A1-9> HIC/SOHIC-HF SCC의 민감도 결정
| 용접조건 | 강의 황 함량 | ||
| 고 황 함량 강a >0.01% S |
저 황 함량 강 ≤0.01 % S |
이음이 없는 배관/ 압출 배관 |
|
| 후열처리 않음 | High | High | Low |
| 후열처리 | High | Medium | Low |
a. 일반적으로 약 1990년 이전에는 A70, A201, A212, A285, A515 및 대부분의 A516이 여기
에 포함된다.
2. 고온수소침식
고온수소침식(HTHA)의 민감도를 결정하기 위해서는 [그림 A1-4]와 같이 API RP 941의 Nelson 곡선을 이용하여 HTHA의 가능성을 확인하고, 운전온도가 Nelson 곡선 으로부터 온도 차이가 얼마인지를 기준으로 하여 민감도를 결정한다. 즉, Nelson 곡선 에서 HTHA가 발생하는 온도와 운전온도와의 차이를 비교하여 <표 A1-10>을 이용하 여 민감도를 결정한다.
<표 A1-10> 운전온도와 Nelson 곡선을 이용한 HTHA 민감도 결정
| 온도 | 민감도 |
| 곡선보다 운전온도가 높음 (곡선<운전온도) | High |
| 곡선보다 운전온도가 50 ℉ 낮음 (곡선 - 운전온도<50 ℉) | Medium |
| 곡선보다 운전온도가 50 ℉에서 100 ℉ 낮음 (50 ℉ <곡선 - 운전온도<100 ℉) | Low |
| 곡선보다 운전온도가 100 ℉ 이상 낮음 (곡선 - 운전온도>100 ℉) | None |
3. 취성
API RP 581에서는 4가지 종류(취성 파괴, 취성, 855°F 취성, 시그마 상 취성)로 구분 하여 제시하고 있다.
(1) 취성 파괴 취성 파괴(Brittle fracture)는 탄소강 또는 저합금강에서 발생하며, 민감도 값을 계산 하기 위해서는 API 579-1, Part 3(ASME FFS-1)으로부터 핵심 노출온도(Critical exposure temperature, CET)를 계산하고, 후열처리 여부를 고려하여 참고온도 (Reference temperature, Tref)를 결정한다. 이때, 참고온도는 API RP 581에서 제공되 는 값을 이용하게 된다. 그리고 결정된 CET와 Tref의 차이를 이용하여 <표 A1-11> 및 <A1-12>를 이용하여 손상메커니즘 상수를 산출하고, 손상인자 환산표로부터 결정 된 손상인자의 값을 기준으로 취성 파괴에 대한 민감도를 <표 A1-13>에 의해 결정하 게 된다.
<표 A1-11> 취성 파괴의 손상인자 환산 표(PWHT=None)
| CET-Tref (℃) | 성분 두께 (mm) | ||||||||
| 6.4 | 12.7 | 25.4 | 38.1 | 50.8 | 63.5 | 76.2 | 88.9 | 101.6 | |
| 56 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.9 | 1.1 | 1.2 |
| 44 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.8 | 1.1 | 2 | 3 | 4 | 6 |
| 33 | 0.0 | 0.0 | 1.0 | 2 | 4 | 9 | 19 | 36 | 60 |
| 22 | 0.0 | 0.7 | 2 | 9 | 29 | 69 | 133 | 224 | 338 |
| 11 | 0.1 | 1.3 | 10 | 49 | 143 | 296 | 500 | 741 | 1008 |
| -0 | 0.9 | 3 | 39 | 175 | 424 | 759 | 1142 | 1545 | 1950 |
| -11 | 1.2 | 7 | 109 | 405 | 850 | 1366 | 1897 | 2415 | 2903 |
| -22 | 2 | 16 | 220 | 697 | 1317 | 1969 | 2596 | 3176 | 3703 |
| -33 | 2 | 30 | 350 | 988 | 1740 | 2479 | 3160 | 3769 | 4310 |
| -44 | 3 | 46 | 474 | 1239 | 2080 | 2873 | 3581 | 4203 | 4746 |
| -56 | 4 | 61 | 579 | 1436 | 2336 | 3160 | 3883 | 4509 | 5000 |
<표 A1-12> 취성 파괴의 손상인자 환산 표 (PWHT=Yes)
| CET-Tref (℃) | 성분 두께 (mm) | ||||||||
| 6.4 | 12.7 | 25.4 | 38.1 | 50.8 | 63.5 | 76.2 | 88.9 | 101.6 | |
| 56 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 44 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.2 |
| 33 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.5 | 0.9 | 1.1 | 1.3 |
| 22 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.5 | 1.1 | 1.3 | 2 | 3 | 4 |
| 11 | 0.0 | 0.0 | 0.6 | 1.2 | 2 | 4 | 7 | 13 | 23 |
| -0 | 0.0 | 0.0 | 1.1 | 2 | 6 | 14 | 29 | 53 | 88 |
| -11 | 0.0 | 0.4 | 2 | 5 | 17 | 41 | 83 | 144 | 224 |
| -22 | 0.0 | 0.9 | 3 | 12 | 38 | 90 | 171 | 281 | 416 |
| -33 | 0.0 | 1.1 | 5 | 22 | 68 | 153 | 277 | 436 | 623 |
| -44 | 0.0 | 1.2 | 7 | 34 | 102 | 219 | 382 | 582 | 810 |
| -56 | 0.0 | 1.3 | 9 | 46 | 133 | 277 | 472 | 704 | 962 |
<표 3-14> 취성 파괴의 민감도 결정
| 손상인자(DF) | 민감도 | |||
| 부터 | 까지 | |||
| < 0 | None | |||
| 0< | <1.0 | Low | ||
| 1.0≦ | <5.0 | Medium | ||
| 10.0≦ | High | |||
(2) 취성 취성(Embrittlement)은 Cr-Mo계의 저합금강에서 주로 발생되며, 금속의 최저온도 (Minimum temperature)와 참고온도와의 차이를 이용하여 후열처리(PWHT) 여부를 고 려하여 <표 A1-11> 및 <표 A1-12>을 이용하여 손상메커니즘 상수를 산출하게 된다. 그리고 손상인자 환산표로부터 결정된 손상인자의 값을 기준으로 취성에 대한 민감도 도 <표 A1-13>에 따라 결정하게 된다.
(3) 855°F 취성
855°F 취성(Embrittlement)은 12%Cr 이상의 페라이트계에서 주로 발생되며, 금속의 최저온도와 참고온도와의 차이를 이용하여 <표 A1-14>를 이용하여 손상메커니즘 상 수를 산출하게 된다. 그리고 손상인자 환산표로부터 결정된 손상인자의 값을 기준으로 855°F 취성에 대한 민감도를 <표 A1-13>에 따라 결정한다.
<표 A1-14> 855℉ 취성의 손상인자 환산 표
| Tmin - Tref | 손상인자(DF) | |
| ℃ | ℉ | |
| >56 | >100 | 0 |
| 56 | 100 | 2 |
| 44 | 80 | 8 |
| 33 | 60 | 30 |
| 22 | 40 | 87 |
| 11 | 20 | 200 |
| -0 | 0 | 371 |
| -11 | -20 | 581 |
| -22 | -40 | 806 |
| -33 | -60 | 1022 |
| -44 | -80 | 1216 |
| -56 | -100 | 1381 |
(4) 시그마 상 취성 시그마 상 취성(Sigma phase embrittlement)은 오스테나이트계 스테인리스강에서 주 로 발생되며, 금속의 최저온도와 시그마 함량(Low, Medium, High)에 따라 <표 A1-15>를 이용하여 손상메커니즘 상수를 산출하게 된다. 그리고 손상인자 환산표로부 터 결정된 손상인자의 값을 기준으로 시그마 상 취성에 대한 민감도를 <표 A1-13>에 따라 결정한다.
<표 A1-15> 시그마 상 취성의 손상인자 환산 표
| Tmin 산출온도 | 시그마(Sigma) 함량 | |||
| (℃) | (℉) | 저 시그마 | 중간범위의 시그마 | 고 시그마 |
| 649 | 1200 | 0.0 | 0.0 | 18 |
| 538 | 1000 | 0.0 | 0.0 | 53 |
| 427 | 800 | 0.0 | 0.2 | 160 |
| 316 | 600 | 0.0 | 0.9 | 481 |
| 204 | 400 | 0.0 | 1.3 | 1333 |
| 93 | 200 | 0.1 | 3 | 3202 |
| 66 | 150 | 0.3 | 5 | 3871 |
| 38 | 100 | 0.6 | 7 | 4196 |
| 10 | 50 | 0.9 | 11 | 4196 |
| -18 | 0 | 1.0 | 20 | 4196 |
| -46 | -50 | 1.1 | 34 | 4196 |
4. 기계적 피로
API RP 581에서는 기계적 피로(Mechanical fatigue)의 원인(Source)으로 왕복기계 (Receipocating machinery), 안전밸브(PRV chatter), 고압력강하 밸브(High pressure drop valves)를 제시하고 있으며, 기계적 피로에 대한 민감도를 결정하기 위하여 <표 A1-16>의 기준을 따라 결정한다.
<표 A1-16> 기계적 피로의 민감도 결정
| 진동 | 민감도 |
| 눈에 보이는 흔들림이 없고 배관을 만졌을 때 진동이 거의 느껴지지 않 음 | Low |
| 흔들림이 조금 있거나 거의 없고 배관을 만졌을 때 진동이 조금 느껴짐 | Medium |
| 배관, 배관가지, 부착물 또는 지지대의 흔들림이 눈에 보이고 배관을 만 졌을 때 심한 진동을 느낌 | High |
5. 라이너
모재(Base metal)가 부식이 심각한 경우 이를 완화하기 위하여 1) 내부에 유기도장 과 같이 코팅을 하거나, 2) 금속재질로 라이너를 설치하는 방식을 사용하게 된다. 내부 에 유기도장과 같은 코팅이 된 경우는 내부부식에서 부식률을 산출한 후 LOF 등급을 한 등급 낮추도록 하고 있으며, 내부에 금속재질로 라이너를 설치할 경우는 내부부식 에 대한 부식률은 0으로 고려하고, 대신 라이너에 대한 부식률을 입력하여 등급을 산 출하도록 한다. 이때, 라이너에 대한 부식률 등급은 <표 A1-17>과 같이 결정한다.
<표 A1-17> 라이너 손상에 대한 LOF 등급
| 부식률(mm/yr) | LOF 등급 | |
| 부터 | 까지 | |
| <0.0508 | Low | |
| 0.0508≦ | <0.1270 | Medium |
| 0.1270≦ | <0.3810 | High |
| 0.3810≦ | Very High | |
6. 기타
API RP 581에서는 제공되는 손상메커니즘 이외의 손상메커니즘을 추가하고자 할 경 우 재질과 서비스를 고려하여 합리적으로 민감도를 결정하여야 한다. 부식 위험성평가 에서 적용하기 위해서는 <표 A1-18>과 같이 최종적으로 민감도는 Low, Medium, High와 같이 3개의 등급으로 결정되어야 한다.
<표 A1-18> 사용자 추가에 의한 민감도 결정
| 손상메커니즘 | 민감도 |
| 코드(Code)에 기초하여 심각도를 산출하고 민감도 를 결정하여야 한다. | Low |
| Medium | |
| High |
[부록 2]
화학설비의 부식 위험성평가 사례
탄화수소(Hydrocarbon)와 산성수(Sour water)를 분리하는 압력용기(드럼)에서 부식 성 물질인 H2S와 NH3를 포함하고 있는 산성수가 탄소강(Carbon steel)의 배관을 통해 흐를 때 배관에 대한 부식 위험성평가를 실시하였다.
1. 위험성평가 대상 및 잠재적 손상메커니즘
(1) 부식 위험성평가 대상은 산성수가 흐르는 탄소강 배관으로, 평가대상의 주요 조 건은 <A2-1>과 같다.
<표 A2-1> 부식 위험성평가 대상의 조건
| 구분 | 주요 조건 | 비고 |
| 배관 | Ÿ Seamless pipe Ÿ 직경 : 6 인치(inch) Ÿ 재질 : 탄소강(Carbon steel) Ÿ 측정된 강도(Brinnell hardness) : 200BHN Ÿ 잠재적 내부 부식률 : 5 mpy(0.127 mmpy) Ÿ 부식 허용여유 : 3 mm Ÿ 보온재 : 없음(외부 코팅) Ÿ PWHT(Post weld heat treatment) : 없음 |
|
| 부식성 물질 | Ÿ 서비스 : 산성수(Sour water) Ÿ 주성분 : 물(Water) Ÿ 부식성 물질 : H2S(300 ppm), NH3(600 ppm) |
|
| 공정조건 | Ÿ 운전온도 : 50 ℃ Ÿ 운전압력 : 1 bar Ÿ pH : 5.0 |
|
| 잠재적 손상메커니즘 | Ÿ 내부부식 : 산성수 부식 Ÿ 외부부식 : 대기부식(Atmospheric corrosion) Ÿ 응력부식 : 습식 H2S 손상(Wet H2S damage) - SSC, HIC/SOHIC-H2S |
(2) <표 A1-1>과 같은 조건에서 잠재적 손상메커니즘은 산성수 부식(Sour water corrosion)으로 인한 내부부식, 대기부식으로 인한 외부부식, 그리고 습식 H2S 손상으로 인한 응력부식(SCC)을 고려할 수 있다.
2. 위험도 평가
(1) LOF 평가
(가) 내부부식 평가 : 탄소강이고 부식률이 5 mpy(0.127 mmpy)이므로, <표 2>에서 “탄소강/저합금강”에 해당하고, 부식률은 “0.127mm/yr(5 mpy)≤부식률<0.381 mm/yr (15 mpy)”의 구간에 해당되어 내부부식 등급은 Medium (2)에 해당한 다.
(나) 외부부식 평가 : 보온재가 없고, 운전온도가 50 ℃이므로 <표 3>에서 “보온재 없음”에 해당하고, 운전온도가 “-12 ℃<운전온도≤4 ℃ 또는 30 ℃≤운전온도 ≤98 ℃”의 구간에 해당되어 외부부식 등급은 Low (1)에 해당한다.
(다) SCC 평가 : <표 4>에서와 같이 API RP 581에서 SCC의 민감도를 찾아 결정하 거나, 본 가이드 [부록 1]의 1. (3) SSC와 1. (4) HIC/SOHIC-H2S에 따라 결정 한다.
① SSC 평가 : H2S의 농도가 300 ppm이고, pH가 5.0이므로, <표 A1-1>에서 결 정된 환경 심각도는 Moderate이며, 용접 후 PWHT 없고 경도(Brinnell hardness)가 200 HBN이므로 <표 A1-2>에서 민감도는 Medium (2)이 된다.
② HIC/SOHIC-H2S 평가 : H2S의 농도가 300 ppm이고, pH가 5.0이므로, <표 A1-3>에서 결정된 환경 심각도는 Moderate이며, 용접 후 PWHT 없고 배관의 이음이 없으므로(Seamless) <표 A1-4>에서 민감도는 Low (2)이 된다.
③ SSC의 민감도와 HIC/SOHIC-H2S의 민감도 중 큰 SSC의 민감도를 Wet H2S 로 인한 SCC의 등급으로 결정한다. SSC의 민감도는 Medium (2)이 된다.
(라) 기타 부식 평가 : 없음.
(2) LOF 등급 결정
(가) 각 손상메커니즘의 평가된 인자의 합을 다음과 같이 산출한다.
Total DM Factor = 내부부식 인자 + 외부부식 인자 + SCC 인자
= 2 + 1 + 2 = 5
(나) (가)에서 총 손상메커니즘 인자의 합이 5이므로, <표 5>에서 LOF 등급은 5등 급(High)으로 결정된다.
(3) COF 평가
(가) 가연성 평가
① 인벤토리 크기 인자 평가 : 6인치 배관을 사용하는 경우에는 <표 6>에 의해 인벤토리 크기 인자는 1로 결정한다.
② 유체특성 인자 평가 : 산성수를 사용하는 경우 <표 7>에 의해 유체특성 인자 는 0으로 결정한다.
③ 휘발성 인자 평가 : 산성수는 비가연성이기 때문에 <표 8>에 의해 휘발 인자 는 0으로 결정한다.
④ 자연발화 인자 평가 : 산성수는 자연발화 온도 이하(비 가연성)이기 때문에 <표 9>에 의해 자연발화 인자는 0으로 결정한다.
⑤ 압력인자 평가 : 운전압력이 1 bar이기 때문에 <표 10>에 의해 압력인자는 0 으로 결정한다.
(나) 가연성 COF 등급 결정
① 모든 가연성 COF 인자를 합산하면 1이다.
② <표 11>에서 가연성 COF 등급은 A 등급(Low)으로 결정된다.
(다) 독성 평가
① 산성수에는 급성 독성을 고려할 물질이 포함되어 있지 않기 때문에 평가에서 제외한다.
(라) 환경영향 평가
① 산성수가 누출될 경우 적지만 보고해야 할 누출 또는 즉각적인 복원이 가능한 현장누출 정도의 수준으로 환경에 형향을 줄 수 있다.
② 따라서 환경영향 COF 등급은 B등급으로 결정한다.
(마) 조업중단 손실 평가
① 산성수 라인에서 누출이 발생될 경우 차단밸브를 닫은 후 교체가 가능하기 때 문에 짧은 기간 동안 처리량 감소 정도의 조업중단 손실이 가능하다.
② 따라서 조업중단 손실 COF 등급은 B등급으로 결정한다.
(4) COF 등급 결정
(가) 가연성 COF 등급은 A등급이고, 독성 COF 등급은 제외되며, 환경 영향 등급은 B등급, 그리고 조업중단 손실 등급은 B등급으로 결정된다.
(나) (가)에서 가장 큰 등급인 B등급을 COF 등급으로 결정한다.
(5) 위험등급 결정
(가) 앞에서 결정된 LOF 등급은 5등급이고, COF 등급은 B등급으로 결정되었다.
<그림 2>에 제시된 5X5의 위험도 행렬에 표시하면 위험도는 5B를 나타내어 평가대상의 부식 위험등급은 중상위험도(Medium high)로 결정된다.