탄소강에 대한 전기화학적 및 건조 모래 영향 침식 연구

May 08, 2023

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 16583(2015) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 전기화학 및 건식 모래 충격 기술을 사용하여 연강의 건식 및 수성 침식을 조사했습니다. 건식 모래 충격 실험에서 연강은 45μm 및 150μm 모래 입자로 침식되었습니다. 침식된 샘플의 표면 형태를 정교화하기 위해 주사 전자 현미경(SEM), 에너지 분산 X선 분광법(EDX) 및 미세 경도 기술을 사용했습니다. 결과는 침식된 샘플의 형태에 상당한 변화가 있음을 보여주었습니다. 심층 분석에 따르면 더 큰 입자로 인한 금속 침식은 상당히 높았지만 미세 입자도 금속 표면을 눈에 띄게 손상시키는 것으로 나타났습니다. 가속된 입자의 충격 각도가 감소함에 따라 표면 손상이 눈에 띄게 감소했습니다. 최대 손상은 충격 각도 90°에서 관찰되었습니다. 45μm와 150μm 모래로 처리한 시료의 경도는 각각 88.34~102.31VHN, 87.7~97.55VHN 범위를 유지했다. 전기화학적 실험에서는 금속처리 공정에 삼중전극 탐침을 추가했다. 선형 편광 저항(LPR) 측정은 모래 입자가 5%(중량 기준)인 슬러리에서 수행되었습니다. 45 μm 및 150 μm 모래 슬러리로 처리한 시료의 LPR은 각각 약 949 Ω.cm2 및 809 Ω.cm2로 계산되었습니다.

침식은 일반적으로 일련의 기계적 작용을 통해 작은 고체 입자를 운반하는 흐르는 유체의 영향을 받는 금속 표면의 재료 손실로 정의됩니다. 침식에 대한 다양한 정의 간의 관계는 실제로 다양한 손상 메커니즘에 의한 금속 침식을 나타냅니다. 석유 및 가스 산업에서는 거친 모래와 미세먼지로 인한 금속 침식으로 인해 누출 사고가 발생하는 경우가 많습니다2,3. 일부 사례에서는 생산 흐름 라인에서 고압의 천연가스 누출로 인해 사망에 이르는 경우도 있으며, 이는 그림 1에서와 같이 폭발을 일으킬 수 있습니다.

연강의 모래 충격 침식으로 인한 파손.

유정에서 추출된 석유와 가스는 필연적으로 모래와 기타 고체 입자로 오염됩니다. 원치 않는 잔해물은 석유 및 가스 산업에서 여러 가지 유동 보험 문제의 주요 원인입니다. 피팅과 파이프라인의 손상은 모래 충격 침식의 결과이기도 합니다. 침식을 적절하게 예측, 모니터링 및 제어하지 않으면 전체 생산 공정이 방해를 받을 수 있습니다. 어떤 경우에는 장기간 프로세스가 종료될 수 있습니다. 따라서 잠재적인 위험으로부터 파이프라인과 장비를 적절하게 보호하기 위해서는 모래 충격 침식을 이해하고 예측하는 것이 중요합니다3.

침식 과정은 다시 침식과 수성 침식으로 분류됩니다. 이 연구는 건식 및 수성 침식 과정을 모두 다루고 있습니다. 수성 침식에는 기포 붕괴 또는 액체/고체 입자 충돌에 의한 물질 제거가 포함됩니다. 본 사례에서는 5중량% 모래 슬러리와 건조 모래 충격 환경에서 연강의 침식을 두 가지 입자 크기로 수행했습니다. 일반적으로 유체에 모래가 있을 때 침식이 극심해진다는 점을 언급하는 것이 중요합니다. 슬러리 또는 수성 침식은 유체에 동반된 침식성 고체 입자가 금속 표면에 충돌하여 성능 저하를 일으키는 수력 터빈 및 기타 유체 기계에서도 주요 문제입니다3,4.

전기화학적 반응은 침식과 부식을 통해 재료의 표면을 열화시키는 반면, 고체 입자의 기계적 힘은 침식을 통해 표면을 손상시킵니다. 수성 매질 또는 슬러리에서 수동 물질의 전기화학 반응 속도는 고체 입자를 운반하는 흐름 흐름보다 상대적으로 낮습니다5. 흐르는 유체는 수동층을 완전히 또는 부분적으로 악화시킬 수 있습니다. 그러나 표면 침식은 본질적으로 공정에 포함된 고체 입자의 속도, 충격 각도, 기계적 강도 및 입자의 선명도에 따라 달라집니다. 부동태막의 파괴는 표면 부동태화를 유발하고 결과적으로 재부동태화 및 금속 용해로 인해 전기화학적 반응 속도가 증가합니다. 그러나 매우 짧은 충격 기간과 고도로 국지적인 변형으로 인해 복잡한 충격 현상이 발생할 수 있습니다3,4,5.