[연재] (9)석유에너지산업의 안전 및 건전성 확보 방안
[연재] (9)석유에너지산업의 안전 및 건전성 확보 방안
  • 승인 2007.03.24
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수소생산 가열로의 올바른 관리
▲ 쉘 장치안전팀장 김동섭 박사
정유공장에서 수소를 생산하는 한 방법으로 Steam Methane Reformer(SMR)이라는 것이 사용된다. 여기에 사용되는 리포머 튜브는 원심 주조된 HP 합급강을 사용하고 있으며 이 합금강에는 약 25~35% 가량의 크롬이 함량 돼있다. 또한 고온 강도를 높이기 위해 미세 합금제를 첨가한다. 이러한 리포머 튜브는 제품의 높은 가격과 대체할 경우 소요되는 경비 등을 이유로 쉽게 교체할 수 없다. 그러므로 고온 고압 튜브는 건전성과 수명을 정확하게 평가하는 것이 경제적이며 안정성측면을 고려할 때도 매우 중요하다.

많은 검사기관들이 자신들이 개발한 검사방법이 정량적인 수명평가가 가능하다고 선전하고 있으나 이러한 리포머 튜브는 사용방법에 따라서 튜브의 파손기구가 다른다는 점을 주지해야한다. 파손이 이뤄지는 원인은 대체적으로 국부 과열현상, 크립에 의한 피로(stress relaxation and ductility exhaustion), thermal fatigue 등이고 원인에 따라 판단하는 적절한 검사방법도 달라질 수 있다. 이중 국부 과열의 경우는 적절한 검사방법이 없다고 하지만 가동중 적외선 온도 검사 등을 주기적으로 실시해 검사하는 방법이 가장 적절하다 할 것이다. 그 나머지 파손원인에 대해서는 가동중 모니터링과 정수기간 중에 적절한 검사방법을 통해 비교적 신뢰성이 있는 수명 평가를 실시할 수 있다.

정수중에 행해지는 검사방법으로 가장 기본적인 방법은 육안 검사와 링 게이지 방식이 있다. 육안으로 크립이나 벌지 현상이 있는지를 살피고 특히 외벽에 반짝이는 부분이 있는가를 살펴서 flame impingement 여부를 체크할 수 있다. 하지만 육안 검사로는 정량적인 수명평가를 실시하기에는 부족한 점이 있다. 한 동안 초음파의 Attenuation을 이용해 A, B, C 등급을 매기는 방법을 많이 사용했으나 튜브 표면이 균일하지 못한 점, 그리고 주조로 된 강재임을 감안할 때 이러한 초음파 검사방식도 역시 오류가 발생할 소지가 많다.

건전성 평가 비용면에서도 중요
제품 국산화 중장기적으로 이익

따라서 이제는 초음파 및 Eddy Current를 조합한 신기술들이 적절하게 적용되고 있다. 이 방법도 검사 결과를 적용해 수명을 평가하는 데는 고도의 기술력이 필요하며 현재 알려지고 있는 방법들이 반드시 좋은 방법이라고 단정하기 힘든 부분이 많다.

그리고 레이저를 이용한 laser profiler도 많이 알려져 적용되고 있지만 이는 내부 레이저는 촉매제를 제거해야하는 어려움이 있고 또 파손기구의 relaxation이나 thermal fatigue 일 경우에는 부적절하다. 또 크립이라도 레이저 방법이 좋은 결과를 가져다준다고 말하기는 어려운 경우가 많이 있다. 표면 금속 조직 검사(surface replication)을 적용해 수명을 판단하는 방식이나 또는 링 게이지 등 직경을 검사 기준으로 수명평가를 판단하는 오류는 줄여야한다. 그러므로 적절한 검사와 수명을 평가하려면 검사를 수행하는 회사의 말보다는 전문가의 자문을 적극 권하고 싶다.

또 한 가지 반드시 명심해야 될 사항은 정확한 온도 측정이다. 이론적으로 15℃ 정도 차이에 수명이 반감하거나 배로 증가하는 튜브의 수명 평가는 온도에 민감하므로 Thermocouple 뿐만아니라 잘 교정된 적외선 측정법 등으로 정확한 온도를 측정하는 것이 매우 중요하다.

몇년전에 한국에서 이러한 리포머 튜브를 자체 생산해야 된다는 명분하에 몇몇 회사가 원심주조 공법을 개발한 적이 있다고 들었다. 그러나 국내 사용자들이 아무도 사용해주지 않았고 결과적으로 아직도 이 값비싼 튜브들을 일본, 미국, 영국, 스페인, 독일 등지에서 수입하고 있다. 본인은 이 튜브 품질 검사를 위해 미국, 프랑스, 스페인, 캐나다, 일본 등의 제조회사들을 직접 찾아가 품질관리 및 검사를 실시하고 각 사의 제품들의 등급을 매긴 바 있다. 하지만 이 제품들은 기술적으로 그다지 생산하기 어려운 제품이 아니므로 수요만 보장된다면 쉽게 국산화 할 수 있다고 생각된다. 같은 제품이 에틸렌 생산용 가열용 튜브에도 적용될 수 있다고 판단되므로 결과적으로 제품의 국산화는 국내 수요 충족과 함께 수출의 길도 열어 줄 것이라 본다.

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