□ 매립환경 배관의 설정요인 분석
1. 매립지 환경
염분에 의한 PH가 높은 산성토양
- 토양지반 지속적 침하를 통한 안정화를 기하는 구간(연약지반)
2. HDPE 파이프
- 전식, 부식요인 인자인 전위 자체를 띄고 있지 않으므로 전·부식이 발생하지 않는다.
- 연성관 재질의 연약지반 및 부등침하 지반에 대처가 우수하다.
<표1>고베 지진 시 상수도관의 피해 현황
구분 |
피해율(발생건수/km) |
철관(Steel Pipe) |
0.44 |
주철관(Cast Iron Pipe) |
1.51 |
염화비닐관(PVC Pipe) |
1.43 |
PE관 |
0 |
○ 일반 금속의 부식
철을 포함한 금속은 산화물 혹은 황화물로서 자연계에 존재하고 있었던 광석을 채광해 고온에서 화학적으로 환원하거나 전기분해하여 정련한 것으로, 정련 시에는 큰 에너지가 필요하며 원래의 안정된 광석을 정련한 금속은 불안정한 상태가 된단. 부식이란 가해진 에너지를 서서히 방출시킴 으로써 원래의 화합물로 돌아가려는 현상을 말한다.
(가) 금속전위
금 금속의 녹이 발생하는 정도는 금속 자체의 변화 용이성에 따라 크게 변한다. 예를 들면 철은 공기 중에서 녹이 발생하지만, 금과 같은 귀금속은 일반 환경에서는 거의 녹이 발생하지 않는다. 수중에서 Fe 금속과의 산화반응은 주기율표에 제시된 그룹별로 구별할 수 있다. 이 경향을 이온화 경향이라고 하는데, 이는 이온으로 되어 용해하려는 에너지차에 의한 것이다.
이 에너지를 전기의 화학적 포텐셜로 바꾸어 나타낸 것을 전위라고 하며, 에너지가 큰 금속일수록 낮은 값을 나타내는데 전위가 낮은 금속 일 수록 이온화되기 쉽기 때문에 용해되기 쉽다는, 즉 부식되기 쉽다는 것을 의미한다. 금속이 주어진 환경에서 나타내는 전위를 자연전위 라고하며, 크기 순서대로 나열한 자연 전위열을 아래 표에 나타냈다. 전위가 낮은 금속은 부식되기 쉽지만 전위가 높은 금속은 쉽게 부식되지 않는다.
금 속 |
포화황산동 전극전위(V) |
탄소,흑연 |
0.3 |
noble |
금 |
0.1 |
|
스테인레스강(18% Cr-8% Ni) |
-0.2 |
|
동(청동) |
-0.2 |
|
콘크리트 내의 연강 |
-0.2 |
|
납 |
-0.5 |
|
주철 |
-0.5 |
|
연강(녹 발생) |
-0.2 ~-0.5 |
|
연강(청결 광택) |
-0.5 ~-0.8 |
|
순 알루미늄 |
-0.8 |
|
아연 |
-1.1 |
|
마그네슘 합금(6% Al, 3%Zn, 0.15% Mn) |
-1.6 |
less |
(나) 환경과 전위
금 금속의 전위는 금속이 놓여 있는 환경을 바꾸어도 변하는데, 가령 같은 철이더라도 콘크리트 중에 있으면 높은 전위를 나타내고 점토질 토양에 있으면 낮은 전위값을 보인다. 외부환경의 차이에 의한 철의 자연전위 개략 아래와 같다.
|
외부환경 |
자연전위(mV, CuSO4 전극) |
|
점토질 |
-700 ~ -800 |
|
모래 |
-400 ~ -600 |
|
콘크리트 |
-200 ~ -300 |
이와 같이 같은 금속일지라도 외부환경이 다른 곳에 설치하고 도선으로 연결하며 양극과 음극이 만들어지고 양극 부분이 부식한다. 이외에도 전위에 영향을 주는 요인으로는 전해질 용액의 종류, 전해질 용액의 농도, 온도, 산소농도 등의 것들이 있다.
(다.) 부식의 종류
① Micro cell부식
금속에서 부분적인 전위차에 의한 국부전지가 형성되고 그 부분에 부식이 발생.
② Macro cell부식
동 금속의 다른 부분에서 액 중의 염류 농도나 용존가스(산소 등)량이 다른 경우 금속 표면에 양극과 음극 부분을 형성하고 이로 인해 양극부분에 부식이 촉진된다. 가장 중요한 것은 공기가 통하는 차이에 기인하여 형성되는 산소농담 전지이다. 항상 동일부분이 양극으로 부식하므로 孔蝕을 발생하기 쉽다 . 특히 바닷물 속에서의 부식은 부식에 연관된 인자 (온도, pH, 염수 농도, 용존 산소 등)가 많아 자연수와 비교가 안될 정도로 부식의 진행속도가 빠르다. 즉 저항율이 작기 때문에 자연부식이라도 1[M]이상에 걸쳐 부식 범위가 형성된다.
③ 다른 금속끼리의 접촉부식(갈바닉 부식)
이 이종금속이 결합하여 부식하는 것으로 고전위 금속과 저전위 금속이 접촉할 경우 후자가 부식을 받게되는 경우를 말한다. 토양에서 부식이 많이 일어나는 사례로는 황동밸브와 직결된 철관 동체 접지체와 연결된 철 구조물등이 있다.(도시 가스, 송유관, 수도관 매설 시) 통상적으로 모든 금속은 자연저위를 갖고 있다. 이는 금속을 수용액에 침전시키면 금속 고유의 자연전위를 나타내며 금속끼리 접촉된 부위에서는 자연전위가 높은 것에서 낮은 것으로 전류가 흐르는 전지가 형성되어 자연전위가 낮은 금속이 용해 된다. 이와 같이 토양중에 이종금속과의 접촉으로 인해 발생하는 부식을 이종금속 부식이라 한다.
④ 전식(電飾)
매 금속체에 어떤 원인으로 외부에서 전류가 흘러 도시의 지하와 같이 여러 종류의 매설물이 혼합되어 있을 때 전류가 저항이 작은쪽으로 흘러 유출점에 전식 피해가 발생하는 경향이 있다. 그러므로 도심지에서의 접지는 단독보다는 통합(병렬접지)형태가 낮다고 볼 수 있으며 전기관련 건물(송, 배전소 등)과는 충분한 이격 거리를 두어야 한다. (즉 자연부식은 표면을 골고루 부식시키나 전식은 국부적으로 부식시키는 특징이 있다.)
일
해수 부식(SJ산업).pdf
일반적으로 대지고유 저항률은 부식에 직접적인 영향을 미치지 못하지만 대지 저항률이 낮으면 낮은 대지 저항률로 인해 접지전극에 많은 전류가 흐르게 되고 토양 내에 존재하는 여러 화학성분과 전기화학반응이 빠르게 촉진되어 접지전극은 더 빨리 부식하게 된다. 이로 인해 대지저항률이 낮은 곳의 접지체는 더 빨리 손상을 입어 성능이 악화 된다.
NBS ( National Bureau of Standards )의 실험 데이타
7이하 |
아주 심한 부식성 |
7~20 |
심한 부식성 |
20~50 |
중간정도의 부식성 |
50이상 |
가벼운 부식성 | |
토양의 저항율과 부식성의관계
토양의 저항율과 부식성의관계
* 해안관련 매립지의 경우 대지저항율은 낮으나 부식의 위험성이 높다.
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