▲ 쉘 장치안전팀장 김동섭 박사
최근 10년 동안 연료용 에탄올 저장탱크, 압력용기나 파이프에서 균열 현상에 의한 누수가 발생하는 사고가 12차례나 보고됐다. 이 균열은 응력부식에 의한 균열(stress corrosion cracking)로 확인됐다. 하지만 아직도 그 보고 횟수가 적어 크게 관심을 갖지 않고 있지만 앞으로의 연료용 에탄올의 사용 증가를 감안한다면 이 분야 역시 반드시 연구되어야 될 부분라고 생각된다.

에탄올 저장탱크나 압력용기, 파이프에서 발생하는 균열은 아주 미세해서 보통 육안이나 자분 검사만으로는 발견하기가 어렵다. 때문에 이러한 균열현상은 형광 자기검사를 사용하는 것이 효과적인 검지방법이다.

현재까지 이 같은 사례는 미국과 캐나다에서만 보고되고 있다. 아직 유럽과 다른 지역에서는 이러한 연료용 에탄올에 대한 사고사례가 보고되고 있지 않아 기술적인 궁금증은 더해만 가는 상황이다.

에탄올 저장탱크, 압력용기, 파이프에 대한 균열에 대한 해석은 여러 가지가 있을 수 있으나 지금까지 이러한 상황이 공식 발표되지 않고 있기 때문에 유럽이나 타 지역은 이러한 부분을 자세히 검사한 경력도 없을 것이라고 생각된다. 또 하나의 의문점은 이러한 연료용 에탄올에 의한 균열이 저장 터미널에서나 에탄올 제조공장, 운반업계에서도 보고된 사례가 없다는 것이다.?

연료용 에탄올 사용증가로 관심 필요
가솔린과 혼합이전 과정서 집중 관측

앞에서 말한 12건의 균열 현상은 모두 정유공장에서 에탄올과 가솔린이 섞여지기 전 과정에서의 용기, 탱크, 파이프에서만 발생했다. 또 몇 건은 최근에 지어진 이중 바닥의 탱크에서 발생한 점도 유의해 보아야 할 점으로 판단된다. 그리고 어떤 경우는 운반용이나 저장용기가 에탄올 저장용으로 사용하기 이전에 다른 저장용기로 사용하다가 용도 변경된 것들도 있었다. 그러니 에탄올 그 자체가 균열을 일으킨다고는 말하기 힘들지만 과연 어떠한 요인이 이러한 균열이 발생 할 수 있을까하는 기술적인 배경이 관심사항이다. 아직 그 이유가 밝혀지지 않았고 이제야 연구가 막 시작되고 있는 단계에 있을 뿐이다.

이에 대해 흔히들 수분, 황화물과 염화물 정도, 산도 그리고 불필요한 유기물 등이 영향을 미치지 않을까라고 추측을 하고 있다.

대부분의 균열은 ASTM A36, A53, A516 등의 탄소강에서 발생했고 탱크의 지붕 스프링에서도 발생할 가능성이 있으나 현재까지 구체적인 사례가 보고된 바는 없다. 이러한 균열은 비단 탄소강 뿐만아니라 티타늄 강에도 보고되고 있다. 그리고 지르코늄 합금강이나 스테인레스강의 경우에서도 일어날 가능성이 있는 것으로 판단된다.

현재까지의 사례를 보면 몇 가지의 공통점이 나타나는데 이를 종합해보면 다음과 같다. △균열사고의 모두가 후열처리를 하지 않은 용접부나 랩 조인트의 필렛 용접부 등 응력이 집중된 곳, 지붕 스프링 등 큰 하중을 받는 부위 또는 탱크 바닥이나 지붕 스프링 등 유동 하중(flexural loading)을 받는 부분에서 발생했다. △연료용 에탄올 균열사고는 설치한지 1년도 채 되지 않아서 발생한 적도 있다. △실험실 테스트 결과로 균열 감수성은 에탄올에 수분 함량이 많을수록 그리고 PH가 낮을수록 커진다. △용접부 주위 및 열 영향부가 일반 모재보다 균열이 일어날 확률이 크다.

이러한 지엽적인 응력부식 균열현상은 정유공장의 스팀파이프 시스템에서 발생하는 caustic에 의한 응력 부식 균열 현상과 비슷하다. 다시 말해 어떤 지역 특히 미국 서부지방 정유 공장은 거의 대부분 이 코스틱에 의한 균열의 아픔을 맛보았지만 다른 지역에서는 이에 대한 사고 경험이 미약하다. 이 코스틱 균열현상 방지에는 아주 잘 조정된 후열처리가 효과적이다.

이와 마찬가지로 에탄올 부식 균열에 대한 대책으로는 용접보수, 적절한 잔류응력 제거 및 후열처리, 교체 그리고 탱크의 경우에는 밑바닥과 지붕부분에 에탄올을 잘 견디는 코팅이나 라이닝으로 균열을 방지해야 한다.

안전관리자를 위한 질문

연료용 에틸렌 저장탱크의 바닥부분, 지붕주위에 형광 자기탐상 방법으로 균열의 발생 여부를 검사해 본적이 있습니까?

저작권자 © 투데이에너지 무단전재 및 재배포 금지