압력용기의 대표적인 부식 메커니즘

압력용기 부식은 유체 조성, 온도, 압력, 재질, 용접과 유동이 결합해 내·외면에 여러 형태로 나타납니다. 같은 용기 안에서도 기상부, 액상부, 기액계면, 노즐, 데드존과 지지부의 환경이 달라 손상 위치와 형태가 서로 다를 수 있습니다.

대표 손상은 단순한 균일감육만이 아닙니다. 피팅, 침전물 하부 부식, 응력부식균열, 수소손상과 고온 열화는 평균두께 측정만으로 놓칠 수 있습니다. 운전환경에서 가능한 손상기구를 먼저 식별하고 각각에 맞는 검사방법을 연결해야 합니다.

1. 일반부식과 국부 감육

수분과 산성 성분, 산소 또는 염이 금속 표면과 접촉하면 전기화학적 부식이 진행됩니다. 환경이 비교적 균일하면 넓은 면적의 감육으로 나타나지만 유동, 온도, 침전과 농도 차이가 있으면 국부 피팅이나 홈 형태로 집중될 수 있습니다.

환경·위치	대표 손상	관찰 포인트
용기 저점	물 고임·침전물 하부 부식	드레인, 섬프와 최저부
기액계면	농도·산소차에 따른 국부부식	정상·변동 액위 구간
입구 노즐 맞은편	침식부식	고속 충돌과 방향 전환
데드존	정체·MIC·침전 부식	내부 구조물 뒤쪽
증기 응축부	응축수 부식	상부 헤드와 차가운 표면

2. 이산화탄소와 황화수소 환경

물과 이산화탄소가 함께 존재하면 탄산계 환경에서 탄소강 부식이 발생할 수 있습니다. 황화수소가 포함된 습윤 환경에서는 황화철 스케일과 일반·국부부식이 나타나며, 재질 강도·경도와 인장응력이 적합하면 황화물응력균열, 수소유기균열 또는 SOHIC 같은 수소 관련 손상이 문제가 됩니다.

이 환경에서는 두께감소와 균열을 별개로 평가합니다. 모재 두께가 충분해도 용접 열영향부나 고경도 부위에 균열이 생길 수 있고, HIC는 판재 내부의 개재물 부근에서 층상 지시로 나타날 수 있습니다.

3. 염화물 응력부식균열

오스테나이트계 스테인리스강은 염화물, 인장응력과 충분한 온도가 결합하면 응력부식균열에 민감해질 수 있습니다. 용기 내부의 염화물 농축부뿐 아니라 외부 보온재 아래로 물이 침투하는 구역도 위험합니다. 균열은 용접 잔류응력이 큰 노즐·용접부와 증발로 염이 농축되는 위치에 집중될 수 있습니다.

• 운전·정지 중 염화물 함유수 접촉
• 보온재와 클래딩 손상부의 외부 수분 침투
• 용접부와 냉간가공부의 높은 잔류응력
• 젖음·건조 반복에 의한 염 농축
• 부적절한 세척수와 수압시험수 잔류

4. 가성응력부식균열과 알칼리 손상

고농도 가성소다와 인장응력이 특정 온도 조건에서 결합하면 탄소강이나 일부 합금에 가성응력부식균열이 발생할 수 있습니다. 증발, 누설과 열전달면에서 국부 농축이 일어나면 벌크 농도가 낮아도 위험할 수 있으며 용접부 응력제거 여부가 중요합니다.

5. 습식 황화수소 손상

손상 형태	발생 특징	취약부
SSC	수소와 인장응력에 의한 균열	고강도·고경도 용접부
HIC	판재 내부 수소기포의 층상 균열	개재물이 많은 탄소강
SOHIC	응력 방향으로 배열된 HIC 연결	용접 열영향부 주변
수소 블리스터	표면 아래 수소 압력으로 부풀음	내면 인접 판재

6. 고온 황화·나프텐산 부식

정유 공정의 고온 황화 환경에서는 황 화합물과 재질 조성에 따라 탄소강·저합금강이 감육할 수 있습니다. 특정 고온 원유계에서는 나프텐산 부식이 유속과 난류가 큰 노즐, 엘보와 충돌부에 집중될 수 있습니다. 벌크 황 함량이나 산가 하나만으로 속도를 확정하지 않고 실제 온도, 유체상, 유속과 합금 성분을 함께 봅니다.

7. 수소 고온 손상과 탈탄

고온·고압 수소 환경에서는 수소가 강재 내부로 확산해 탄화물과 반응하고 메탄을 형성하면서 미세공동, 균열과 탈탄을 일으킬 수 있습니다. 이 고온수소공격은 가역적인 수소취성과 다르며 진행되면 재료 강도와 인성이 영구적으로 저하됩니다. 재질별 운전 한계와 실제 온도·수소분압 이력을 관리해야 합니다.

8. 크리프와 고온 열화

고온에서 장기간 운전하는 압력용기는 시간 의존 변형인 크리프, 미세조직 열화와 용접부 손상을 겪을 수 있습니다. 국부 과열, 두께감소와 응력집중이 수명을 줄이며 단순 운전시간보다 실제 금속온도 이력이 중요합니다. 표면복제, 경도, 치수와 체적검사를 적절히 결합합니다.

9. 부식피로와 열피로

압력·온도·액위가 반복해서 변하면 노즐, 스커트 접합부, 내부 구조물 용접부와 혼합점에 반복응력이 생깁니다. 부식환경은 균열 개시를 빠르게 하고 보호막 파괴를 반복시킬 수 있습니다. 운전 사이클 수와 진폭, 비정상 과도상태를 검사계획에 반영합니다.

10. 외면 부식과 보온재 하부 부식

클래딩 이음부, 노즐 관통부와 지지부로 빗물이나 세척수가 침투하면 보온재 아래에 수분이 머뭅니다. 온도 변화로 젖음과 건조가 반복되고 염이 농축되면 탄소강 감육이나 스테인리스강의 염화물 SCC가 발생할 수 있습니다. 스커트 내부, 지지링과 사각지대도 함께 조사합니다.

손상기구와 검사방법 연결

손상	주요 검사 접근
일반·국부 감육	육안, UT 두께·매핑, 프로파일 방사선
표면 균열	MT 또는 PT와 적합한 표면준비
HIC·SOHIC	UT 전수·위상배열 등 체적검사
용접부 체적균열	UT·PAUT·TOFD 또는 적합한 RT
고온 열화	복제, 경도, UT와 금속조직 평가
CUI	보온재 제거 육안·UT와 선별기법

손상 원인 평가 순서

1. 실제 재질과 용접·열처리 상태를 확인합니다.
2. 정상·비정상 운전의 온도와 유체 조성을 정리합니다.
3. 손상 위치와 형태를 내부 구조·유동과 대조합니다.
4. 가능한 감육·균열·고온 기구를 구분합니다.
5. 각 기구를 검출할 수 있는 검사를 선택합니다.
6. 최저두께, 결함 크기와 성장 가능성을 평가합니다.

핵심 정리

• 압력용기 안에서도 기상·액상·계면과 노즐 환경이 서로 다릅니다.
• 감육뿐 아니라 SCC, 수소손상, 피로와 고온 열화를 고려합니다.
• 용접부 경도, 잔류응력과 열처리 상태가 균열 민감도를 바꿉니다.
• 검사방법은 예상 결함의 위치와 방향에 맞춰 선택합니다.
• 운전·공정 변경과 비정상 온도 이력을 손상평가에 반영합니다.

자주 묻는 질문

평균두께가 충분하면 압력용기는 안전한가요?

국부 피팅, 균열과 수소손상은 평균두께로 판단할 수 없어 손상기구별 검사가 필요합니다.

운전 유체가 같으면 용기 전체의 부식속도도 같은가요?

액위, 온도, 유동, 침전과 응축 차이 때문에 위치별 부식형태와 속도가 다를 수 있습니다.

외부 전기방식으로 용기 내부 부식을 막을 수 있나요?

일반적인 외부 방식은 내부 공정측 손상을 보호하지 않으므로 재질·코팅·약품과 공정관리가 필요합니다.

균열은 두께측정기로 찾을 수 있나요?

일반 두께측정만으로 신뢰성 있게 찾기 어렵습니다. 균열 방향과 위치에 맞는 표면·체적검사를 적용합니다.