KR900004879B1 - 히이트 파이프의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

히이트 파이프의 제조방법

제1도는 콘테이너에 사용되는 파이프의 종단면도.

제2도는 콘테이너의 종단면도.

본 발명은 강철 콘테이너내에 작동액이 밀봉된 히이트 파이프의 제조방법에 관한 것이다.

강철 콘테이너내에 물이 밀봉된 히이트 파이프는 콘테이너의 높은 강도와 물의 작동액으로서의 높은 성능 때문에 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 이러한 히이트 파이프에 있어서는 철과 물이 반응하여 수소가스가 발생하므로 단시간으로 히이트 파이프의 성능을 열화시키는 문제가 있다.

즉, 발생된 수소가스는 원자상태로 강철 콘테이너의 벽내에 확산되어 일부는 일정속도로 콘테이너 밖으로 방출되나 대부분은 콘테이너내의 응축부에 모여 히이트 파이프의 성능을 저하시킨다. 또한 강철 콘테이너의 외면을 내부식성 부여 및 브레징 층을 가지는 알루미늄제 휜(fin)의 진공 납땜을 하기 위하여 알루미나화 처리를 하는 일이 있다. 이 경우 콘테이너의 벽 내부에 확산된 수소가스는 형성된 알루미나화 피막에 의하여 콘테이너 밖으로의 방출이 방해를 받는다.

그러므로, 종래 상기와 같은 수소가스의 발생과 수소가스 발생에 의한 히이트 파이프의 성능 열화를 방지하기 위하여 다음과 같은 방법이 취해지고 있었다.

(1) 작동액인 물에 억제제를 첨가해서 물과 철과의 반응을 억제하는 일.

(2) 강철 콘테이너 내면에 동을 도금하는 일.

(3) 콘테이너 내에 수소 흡착제를 설치하는 일.

(4) 콘테이너의 안과 밖이 연통되도록 p d등으로 된 선형의 수소 투과부재를 설치하는 일. 그러나 상기의 방법으로도 수소가스의 발생과 발생된 수소가스에 의한 히이트 파이프의 성능열화를 장기간 억제할 수가 없었다.

본 발명의 목적은 상기의 문제를 해결하고 장시간 성능열화를 일으키는 일이 없는 히이트 파이프를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 히이트 파이프의 제조방법은 강철 콘테이너의 내면을 바나딘산염의 수용액으로 가열 처리하여 콘테이너 내면에 방부식층을 형성시키는 것과, 또 방부식층을 형성한 후 순수한 물에 알칼리화 pH조절제를 첨가하여 pH를 8-12로 조절한 작동액을 콘테이너내에 밀봉하는 것으로 구성된다.

본 발명의 히이트 파이프의 제조방법에 의하면 바나딘산염의 수용액으로 가열 처리하여 콘테이너 내면에 방부식층을 형성하는 것이므로 이 방부식층은 화학적으로 안정된 VO₂, V₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄등 중 적어도 하나이상으로 구성되고, 또한 치밀한 것이도어 우수한 방부식 효과를 얻을 수 있다. 따라서 Fe와 물이 반응하므로써 수소가스의 발생 및 발생한 수소가스에 의한 히이트 파이프의 성능열화가 억제된다. 또 방부식층을 형성한 후 콘테이너 내에 순수한 물이 알칼리화 pH조정제를 첨가하여 pH를 8-12로 조정한 작동액을 밀봉하므로 Fe 및 V가 부동태가 되는 동시에 VO₂, V₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄등이 안정상태가 되어 수소가스의 발생 미치 부식이 장기간 억제된다. 따라서 장기간 선능열화가 없는 히이트 파이프를 얻을 수 있다.

본 발명의 방법에 있어서, 바나딘산염으로서는 메타바나딘산 암모늄, 메타바나딘산 나트륨, 메타바나딘산 칼륨등이 잘 사용되나 이들에 한정되는 것은 아니다.

또 이들의 바나딘산염 중에서는 알칼리 금속을 함유하지 않는 메타바나딘산 암모늄을 사용하는 것이 좋다. 바나딘산의 수용액에 있어서의 바나딘산염의 농도는 바람직하기로는 0.1-중량%, 바람직하게는 0.3-0.7중량%이다. 0.1중량% 미만에서는 충분한 두께의 방부식층이 형성되지 않고, 또 5중량%를 초과해도 특별히 현저한 효과는 없고, 오히려 단가가 높아질 뿐이다. 바나딘산염의 수용액은 미리 바나딘산염을 이온교환수 등의 순수한 물에 용해하여 조제한 것도, 또 히이트 파이프용 콘테이너내에 우선 바나딘산 염을 투입한뒤 이온교환수 등의 순수한 물을 주입하여 콘테이너 내에서 조제한 것도 관계가 없다. 또 콘테이너내에 있어서의 바나딘산염의 수용액의 양은 가열시에 그 수용액이 팽창하여 콘테이너내에 충만되는 양으로 하는 것이 바람직하다.

이렇게 하면 콘테이너의 내면전체에 균일한 방부식층을 형성할 수가 있다. 형성된 방부식층은 V₂O₃, VO₂, Fe₂O₃, Fe₃O₄등 중 적어도 하나 이상으로 되는 것으로 생각된다.

가열처리시의 가열온도는 160℃이상, 바람직하기로는 히이트 파이프의 사용시에 방부식층에 균열이 발생하지 않는 정도의 온도이다. 160℃미만으로는 방부식층의 형성이 불충분하다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 가열처리 온도 및 시간은 바나딘산염의 종류, 농도, 제조된 히이트 파이프의 사용온도 구역등을 고려하여 적절히 결정된다.

작동액으로는 순수한 물에 알칼리화 pH조정제를 첨가하여 pH를 8-12의 범위내로 조정한 것을 사용하는 것은 이 범위내가 Fe와 V의 부동태 구역이고, 또한 VO₂, V₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄등의 안정화 구역으로서 장기간의 사용에 의해서도 Fe와 물의 반응이 발생되고, 상기 방부식층이 불안정한 상태가 되지 않기 때문이다. 특히 pH를 8.5-10.5의 범위내로 조정한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

또, 작동액의 밀봉량은 콘테이너의 내용적의 20-30%정도로 하는 것이 좋다. 알칼리화 pH조정제로서는 알칼리 금속 및 알칼리 토류금속을 함유하지 않는 것을 사용하는 것이 좋으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 알카리금속 및 알칼리토류 금속을 함유하지 않는 것을 사용하는 것은 다음의 이유에 의한다. 즉, 알칼리금속이나 알칼리토류 금속을 함유하는 알칼리화 pH조정제, 예를들면 NaVO₃를 사용하면 이것이 Fe와 반응해서 Fe와 V와 O와의 혼합물의 피막이 형성되어 그 결과 V₃ ^-가 소비되고 Na가 남아서 pH가 높아져서 방부식층이 용해되어 반응이 진행되어 수소가스가 발생되기 때문이다. 알칼리화 pH조정제의 예로는 히드라진, 몰포린, 트리에타놀아민등의 아민화합물이나 암모니아를 사용하는 것이 좋다. 이 중에서도 히드라진(N₂H₄)을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 히드라진을 사용하면 순수한 물중의 O₂가 적어져서 콘테이너 내면의 방부식층이 더욱 안정화되기 때문이다.

방부식층을 형성한 후 작동액을 밀봉하기전에 다시 콘테이너의 내면을 과산화수소수로 가열하여 방부식 처리하는 것이 좋다. 이와같이하면 바나딘산염의 수용액으로 가열하여 처리하므로써 형성한 방부식층에 의한 방부식 효과가 더욱 향상된다.

그 이유는 명확하지 아니하나 다음과 같다고 생각되고 있다.

즉, 상기 방부식층을 형성한 후 과산화수소수를 사용해서 방부식 처리를 하면 상기 방부식층을 구성하고 있는 화학적으로 안정된 VO₂, V₂O₃, Fe₂O₃또는 Fe₃O₄가 성장하여, 또 새로이 Fe₂O₃또는 Fe₃O₄가 생성하고, 그 결과 상기 방부식층에 의한 방부식 효과가 더욱 향상되기 때문으로 생각되고 있다. 과산화수소수의 농도는 0.1-34중량%, 바람직하기로는 1-5중량%가 좋다. 0.1중량%미만으로는 충분한 효과를 얻을 수가 없고, 또 34중량%를 초과해도 별다른 효과는 없고 오히려 원가고를 초래한다. 가열온도는 160℃이상, 바람직하기로는 히이트 파이프의 사용시에 방부식층에 균열이 발생하지 않는 온도이다. 160℃미만으로는 충분한 효과를 얻을 수 없다.

처리시간은 방부식 형성시에 사용하는 바나딘산염의 종류, 농도, 제조된 히이트 파이프의 사용온도 구역, 형성되는 방부식층의 두께등을 고려하여 적절히 결정할 수 있다. 또 과산화수소수의 양은 가열시에 그 과산화수소수가 팽창해서 콘테이너내에 충만되는 정도의 양이 좋다. 이와같이하면 바나딘산염의 수용액을 사용하여 형성한 방부식층 전체에 균일하게 방부식 처리를 실시할 수가 있다.

다음에 본 발명의 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 제1도의 도시와 같은 강철 파이프(11)를 준비하여, 그 일단에 엔드캡(12)을 용접하여 일단 개구를 폐색한다. 이어서 파이프(11)내를 충분히 세정하여 스케일을 제거한다. 그후 파이프(11)의 타단에 노즐(14)이 달린 엔드캡(13)을 용접하므로써 제2도의 도시와 같은 히이트 파이프용 콘테이너(10)를 제작한다.

이어서 콘테이너(10)의 내면을 바나딘산염의 수용액으로 가열하여 처리한다. 그리고 노즐(14)로부터 콘테이너(10)내의 순수한 물에 알칼리화 pH조정제를 첨가하여 pH를 8-12로 조정한 작동액을 주입한 후 노즐을 닫는다. 상기와 같이하여 히이트 파이프를 제조한다.

[실시예 1]

길이 3000mm, 직경 31.8mm, 두께 4.5mm의 JIS(일본 공업규격)G 3461에 규정되는 STB35제의 파이프를 준비하여 그 일단에 엔드캡을 용접한뒤 폐색했다. 이어서 파이프 내면을 농도 5중량%구연산 모노암모늄 수용액으로 세정하여 스케일을 제거하도록 충분히 세정했다. 그후 파이프의 타단에 노즐이 부착된 엔드캡을 용접하고, 히이트 파이프용 콘테이너를 제작했다. 그리고 노즐로부터 콘테이너내에 농도 0.5중량% 메타바나딘산 암모늄 수용액을 콘테이너 내용적 전체의 70%를 충족하도록 주입한 후 노즐에 밸브를 장치했다. 이어서 콘테이너를 가열하여 증기 추출법에 의하여 탈기한 후 밸브를 닫았다. 그후 콘테이너 전체를 균일하게 가열하여 300℃로 4시간 유지하고, 방부식층을 형성했다. 이어서 밸브를 열어 메타바나딘산 암모늄 수용액을 전부 배출하고, 냉각후, 순수한 물에 N₂H₄를 첨가하여 pH를 9.5로 조정한 작동액을 콘테이너 내용적 전체의 20%를 충족하도록 콘테이너 내에 주입했다.

그리고, 증기 추출방법에 의하여 탈기처리를 한후 밸브를 닫았다. 이와같이 하여 히이트 파이프를 제조했다. 이 히이트 파이프의 성능을 조사하기 위하여 그 증발부를 전기히이터로 280℃로 가열하여 응축부를 유수로 냉각하면서 증발부와 응측부와의 온도차(ΔT)를 측정했다. 그 결과 2000시간 경과후의 그 온도차(ΔT)는 거의 0℃이었다.

[실시예 2]

메타바나딘산 암모늄 수용액을 배출한 후 작동액을 주입하기전에 콘테이너를 냉각하고 이어서 농도 3중량%의 과산화수소수를 콘테이너의 내용적 전체의 70%를 충족하도록 주입한 뒤 콘테이너를 가열하여 증기추출법으로 탈기한 후 밸브를 닫은 후 콘테이너 전체를 균일하게 가열하여 300℃에서 2시간 유지하고 밸브를 열어서 과산화수소수를 전부 배출시켜 냉각한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 히이트 파이프를 제조했다. 그리고 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 이 히이트 파이프의 성능을 조사했다. 그 결과 2000시간 경과후의 그 온도차(ΔT)는 거의 0℃이었다.

[실시예 3]

작동액으로서 순수한 물에 메타바나딘산 암모늄을 첨가하여 pH를 8로 조정한 것을 사용한 이외는 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 히이트 파이프를 제조했다. 그리고 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 이 히이트 파이프의 성능을 조사했다. 그 결과 2000시간 경과후의 그 온도차(ΔT)는 거의 0℃이었다.

[비교예]

상기 실시예 1과 동일하게 하여 히이트 파이프용 콘테이너를 제작했다. 이어서 노즐로부터 콘테이너내에 농도 0.5중량%의 메타바나딘산 나트륨 수용액을 콘테이너 내용적의 25%를 충족하도록 주입한 후 노즐에 밸브를 장치했다. 그리고 콘테이너를 가열하여 증기 추출법으로 탈기한 후 밸브를 닫았다. 그후 콘테이너 전체를 균일하게 가열하여 300℃에서 1시간 유지했다. 이어서 밸브를 열고 메타바나딘산 나트륨 수용액의 일부를 배출하고, 또 콘테이너 내용적 전체의 14%를 충족하는 정도의 양을 남기로 작동액으로 했다. 이 작업액의 pH는 7.8이다. 이와같이 히이트 파이프를 제조했다. 그리고 상기 실시예 1과 동일하게하여 히이트 파이프의 성능을 조사했다. 그 결과 2000시간 경과후의 그 온도차(ΔT)는 거의 100-200℃이었다.

Claims (9)

1. 강철 콘테이너의 내면을 바나딘산염의 수용액으로 가열 처리하여 콘테이너 내면을 바나딘산염의 수용액으로 가열 처리하여 콘테이너 내면에 방부식층을 형성시키고 상기 바나딘산염의 수용액을 콘테이너 밖으로 배출시킨후 순수한 물에 알칼리금속이나 알칼리토류 금속을 함유하지 않는 알칼리화 pH조정제를 첨가하여 pH를 8-12로 조정한 작동액을 콘테이너 내에 밀봉하는 것으로 구성된 것을 특징으로 하는 히이트 파이프의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 알칼리화 pH조정제가, 히드라진, 암모니아 및 아민 화합물로 구성되는 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 히이트 파이프의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 알칼리화 pH로 조정제가 히드라진인 것을 특징으로 하는 히이트 파이프의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 작동액의 pH가 8.5-10.5인 것을 특징으로 하는 히이트 파이프의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 방부식층을 형성하고 상기 바나딘산염의 수용액을 콘테이너 밖으로 배출시킨후 작동액을 밀봉하기 전에 다시 콘테이너의 내면을 과산화수소수로 가열하여 방부식처리 하는 것을 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 히이트 파이프의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 과산화수소수의 농도가 0.1-34중량%인 것을 특징으로 하는 히이트 파이프의 제조방법.
7. 제1항의 방법으로 제조된 히이트 파이프.
8. 제5항의 방법으로 제조된 히이트 파이프.
9. 제2항에 있어서, 상기 아민 화합물은 몰포린이나 트리에타놀 아민인 것을 특징으로 하는 히이트 파이프의 제조방법.

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