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보일러재열기 TUBE 부식사고재발방지실증시험
작 성 일 2000-08-25 수 정 일 2002-12-06
【내용】
1. 목적 : 당진화력 500Mw 보일러 재열기 TUBE 부식으로 인한 WATER LEAK 사고가
발생된바 있어, 향후 동일 사례가 발생될수 있는 가능성이 있기에 금회 문제의
해결 과정과 시험 결과를 공개함으로서 관련 담당자가 본건을 인지함으로서 동
일문제를 예방하는데 목적이 있음.
2. 주요내용
● 당진 1호기 BLR FINAL R/H TUBE(재질 : X20CrMoV12.1)가 건설현장에서 부식
발생됨
● 보일러 설치후 수압시험 완료하고(’97.10.08)장기간 건공기 보존중 약 11개
월후화학세정준비를위해 FLUSHING WATER를 FILLING시 CONNECTION TUBE의
현장용접부에서 WATER LEAK 발생되어,
● LEAK부위 및 취약부위에 대해 NDE(RT) 및 시편채취 분석결과 부식(PITTING)
이발견됨(부식집중개소: 현장용접부와용접열영향부(HAZ)에집중, 또한
TUBE 수평 불량으로 인해 장기간 배수가 되지 않은 부위에 집중적으로 발생
됨)
● 부식 개소의 1차 원인 분석 결과 염소 성분이 원인이 된것으로 파악 하였으
나 부식 원인이로 추정하는 염소 유입 경로를 분석 조사 하였으나, 유입 경
로 확인 불가하여,
●염소농도와온도가 FINAL R/H TUBE(재질 : X20CrMoV12.1)부식에미치는
영향에대한참고문헌이없어명확한원인규명불가하여, 기술연구소에
분석 시험을 의뢰하여 부식 발생과정과 미치는 영향을 실증시험에 의해 명확
히 규명하고 발주처에 제출하여 기술력과 신뢰성을 향상 시킴.
【향후개선방향】
1.기대 효과
당진 1호기 BLR FINAL R/H TUBE(재질 : X20CrMoV12.1)부식 발생후 이와 관련된
업무현황을 발생일자 별로 요약 정리,공개.
●본자료의공개로인하여관련기술자는상기재질의부식경로를명확히
이해 할수 있으며,
● 또한 주요 요인을 관련 기술자가 공사 수행 과정에서 관리함으로서 동일 사고
를 사전에 예방.
●보고서결론
1) 본 강종의 부식에는 용존산소의 효과가 가장 크게 지배하며 용존산소의
농도가낮을경우 10000 ppm에달하는고농도의염소용액에서최장 1년
까지 거의 부식이 발생하지 않음을 알 수 있다. 이는 부식 발생의 정도는
침적부 < 습윤공기 중 < Water Line 부의 순으로 나타나 산소가 원할히 공급
되는 부위의 순으로 부식발생이 빨라지는 실험 결과와도 잘 일치한다.
2) 제작사에 따른 소재 자체의 Pitting Corrosion 저항성의 차이는 SUMITOMO금
속의 소재가 창원특수강 소재에 비해 다소 우수하게 나타났으나 이의 원인으
로생각되는야금학적인자로는 SUMITOMO금속 Tube의 Inside Surface의
Scale이 창원특수강 소재에 비해 다소 균질하고 치밀하여 Pitting 발생저항
성을증가시키는효과를나타낸것으로생각된다. 이는 Tube 표면부위를
기계가공에 의해 제거하고 시험한 결과에서 두 소재간의 차이가 나타나지 않
은 점과도 결과가 일치한다.
3) Tube Inner Surface의 산화 Scale은 Boiler 운전 수명과는 무관하나 건설
중 부적절하게 장시간 수분과 접촉할 경우 관 내부 부식과는 다소의 관련이
있으므로 가능한 한 부식에 Protection역할을 할 수 있는 치밀한 산화 Scale
을 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 양사 Tube제조공정의 차이에 대
한 현장 조사 후 이에 대한 적절한 보완이 요망된다. 한 예로 Extrusion 후 고
온에서의 고농도 산소에 의한 인위적 산화피막의 도입 등의 방법도 적용되고있
는 것으로 알려져 있다.
1. 개요
● 당진 1호기 BLR FINAL R/H TUBE(재질 : X20CrMoV12.1)가 건설현장에서 부식 발생됨
● 보일러 설치후 수압시험 완료하고(’97.10.08)장기간 건공기 보존중 약 11개월 후 화학세정 준비를 위해 FLUSHING WATER를 FILLING시 CONNECTION TUBE의 현장용접부에서 WATER LEAK 발생되어,
● LEAK부위 및 취약부위에 대해 NDE(RT) 및 시편채취 분석결과 부식(PITTING)이 발견됨.
● 부식은 현장용접부와 용접 열영향부(HAZ)에 집중적으로 발생되었으며, 염소성분이 원인이 된 부식발생과 TUBE 수평 불량으로 인해 장기간 배수가 되지 않은 부위에 집중적으로 발생됨.
● 이와 관련된 업무현황을 발생일자 별로 요약 정리함.
● 여기에 소개하는 내용은 지면 관계상 전부를 기록하지 못하였으므로 더욱 구체 적인 내용을 필요로 하시는 분은 영흥/당진PM 황 점성 과장(T 5960) 에게 문의 바랍니다.
● 아울러 붙임 자료는 기술연구소 소재개발연구소에 시험 및 분석 의뢰하여 지 병하 선임 연구원 과 그의 팀에 의해 실증 실험에 의해 분석 된 결과이며,
● 본건의 문제 해결을 원만히 해결하기 까지 물심 양면으로 고생하신 기술연구원, 당진건설사무소, 보일러 품질관리부, 보일러생산관리부, 보일러 공장 관련 부서장 이하 관련 직원 여러분께 감사의 뜻을 전하며, 이후 동일 사례의 문제예방에 약간의 도움이 될 수 있다면 장문의 보고서 작성에 대한 시간할애를 귀찮음 보다는 기쁘게 생각할 것이다.
2. 추진 내용
일 정 | 추 진 내 용 | 비 고 |
’98.09.01 | 1. 초초 결함 발견 ● 손상 저압부 화학 세정 준비차 저압부 배관 LINE과 보일러 TUBE속에 FLUSHING WATER 를 FILLING 하는 과정에서 BOTTDM ASH HOPPER 하부로 물이 낙하됨을 발견 ● 누수 위치 : HDR 와 보일러 내부의 HEATER TUBE BUNDLE을 연결하는 CONNECTION TUBE의 현장 용접 부위에서 CRACK 발생. ● 작업사항 : 현장용접(’98.06.04), 후열처리(’97.08.27), R/T 검사(’97.06.10)수압 시험(’97.10.08) | |
’98.09.04 | 2. 결함 원인1차 분석 의견 ● 용착 금속 및 HAZ(열영향부)부에 집중적 발생 깊이 2mm정도로 상당히 깊은개소 있음. ● 건전 용접부에는 Chloride(Cl) 미검출. ● 결함 부위에서는 Chloride(Cl) 검출 되었으며, 이러한 Chloride는 재료의 부식 저항에 치명적 원소로서 극소량의 첨가 만으로 심각한 부식현상을 초래할 수 있음. ● TUBE내부의 시편(모재 및 용접부)에 많은 결함들이 존재 확인, 일부는 용접 금속 내부로 상당 진전되어 있음. ● 이러한 결함들은 기점으로 한 균열(CRACK)의 존재는 확인할 수 없었음. ● 따라서 시편에 나타난 결함들은 초기 용접에 의한 결함으로 볼 수는 없으며, 또한 SCC(Stress Corrosion Cracking)일 가능성 보다는 부식에 의한 Pit로 봄이 타당함. ● PIT의 발생원인은 수압 시험 시 또는 이물질의 삽입으로 부식 성장을 촉진 예측, 확실한 발생 원인은 별도 추가 검토 필요. | |
’98.09.11 | 3. 보수용 자재 의 결함 ● 보수를 위해 본사 공장에서 재공급한 단관 : 종 방향 절단, 점검 결과 이미 Cl의 ATTACK을 받은 흔적 발견. 제작사 창원 특수강. | |
’98.09.10 ~ 09.12 | 4. 손상 원인조사 관련 회의(한전/한기/한중) : 당진건설 ● 튜브 손상원인은 염소성분의 유입으로 추정 ● 재열기 튜브내에서 배수되지 않고 40~50% 정도 습한 분위기임 ● 손상 튜브의 시험결과 보고서와 손상원인, 재발방지대책제출 ● 복구를 위한 교체 범위 확정, 제작 및 시공 일정 계획 수립 추진. ● 현장 R/H 부 RT 검사 결과 1615POINT중 용접부 295, 모재 25POINT 결함 발견됨. | |
’98.09.11 | 5. BLR R/H TUBE BUNDLE 손상사고 처리계획(당진건설) ● 사고내용 : TUBE BUNDLE LEVEL 불균일 ● 복구일정 : ’98.09.01~’98.10.31 복구비용 : 조립보험에 의한 보험구상 처리 | |
‘98.09.11 | 6. 당진 1~4호기 BLR R/H TIBE 제작과정 검토 ● TUBE 원자재 제작과정 확인(창원 특수강) ● TUBE BUNDLE 제작과정 확인(한국중공업) ● 원자재 보관상태 확인(한국중공업) | |
‘98.09.10 ~ 09.12 | 7. 당진 1호기 BLR FINAL R/H INLET TUBE 결함원인 분석(한중) ● 결함부에서는 건전부에 비해 염소성분이 다량 검출됨(부식원인) [관련공문 : 한중 REPORT NO.WT98-016(98.09.11)] | |
‘98.09.15 | 8. 공장 수압시험 용수 관리 철저 요청 ● 지하수를 수압시험 용수로 사용금지 ● 수압시험 용수의 성분검사 및 성적서 제출 [관련공문 : 한전건단일(계)614.03-9755(’98.09.15)] | |
’98.09.17 | 9. 공장 수압시험 용수관리 철저요청 ● 수압시험 용수에 대한 성분검사의 철저 시행 및 검사결과를 문서화하여 문제점 발생시 관련 업체와의 분쟁에 대비 [관련공문: 한전건단일(계)614.03-1054(’98.09.17)] | |
’98.09.17 | 10. 신규화력 보일러 TUBE 침식사고 재발방지대책 검토 요청(한전☞한중) ● 당진1호기 보일러 재열기 침식사고 원인분석 ● 튜브생산, 보일러제작,공장저장,운송,현장저장,수압시험 및 보일러 보존 등 각 단계별 염소이온 유입방지대책 ● 보일러 BUNDLE류 수평유지 불균일 사례분석 및 배수불량 방지대책을 기자재 설계,제작,시공 단계별로 수립 ● 수압시험이후 보일러 장기보존(1년 이상)지침서 작성 ● 수압시험이후 보일러 장기보존시 수압시험 및 화학세정시기 ● 영흥1,2호기는 배수가 불가능한 구조임을 감안 장기보존 절차서 별도 제출 요구 [관련공문:한전건단일(계)614.03-9821(’98.09.17)] | |
’98.09.19 | 11. 원자재 생산 및 기자재 제작사 지하수 성분분석 요청 ● 한중,창원특수강,삼성의 지하수를 sampling하여 전력연구원에 성분분석을 의뢰 [관련공문: ] | |
‘98.09.22 | 12. 염소 성분분석 요청(주재원실☞한중) ● 용수계통도 ● 용수 성분분석 결과(’년도 이후분) ● 지하수 사용여부(지하수 사용시는 SAMPLE 포함) [관련공문:한전창원(수1)643.01-96,97(’98.09.22)] | |
’98.09.24 | 13. 당진1호기 BLR TUBE 부식 원인분석 제충(한중☞한전) ● 튜브 생산과정과 한중의 제작과정에서 이물질의 유입현상 미발견 ● BLR FINAL R/H NLET TUBE 결함 원인분석 및 제조,제작공정 점검 제출 ● BLR TUBE 배수불량 방지 대책 제출 [ 관련공문:한중발전]화력2PM 98-026(’98.09.24)] | |
’98.09.25 ~ 09.26 | 14. 용수 성분분석에 대한 회신(한중/창원특수강 ☞주재원실) ● 용수계통도,용수 성분분석 결과 등 관련자료 제출 ● 지하수 사용여부 확인: 사용실적 없음 ● 사용중인 용수에 대한 시료를 채취하여 제출 [관련공문:한중발전]품보-98-059(’98.09.26)] | |
’98.09.25 | 15. 당진 1호기 R/H 침식원인 및 예방대책회의(한전/한기/한중) ● 공장잔재로 공급된 보수용 단관(200mm)에서 염소 및 칼슘성분 검출됨 ● 염소성분은 고농도로 직접 유입되었거나 저농도가 증발과정에서 고농도화된 것으로 추정됨 ● 수분이 없을 경우 염소성분 만으로는 침식발생이 안됨 ● 설계,제작,수압시험 및 BLR 보존 등 단계별 향후 대책,추진 일정을 제출(한 ’98.10.10) | |
’98..9.29 | 16. R/H 교체요 자재 제작후 공급 | |
’98.09.28 | 17. 공장수압시험 용수 등의 지하수 이용조사 요청(한전☞한중) ● 지하수법과 관련, 창원시에 튜브 생산업체(창원특수강)의 지하수 설비 보유 여부 조사 요청(한98.10.15) [관련공문: 한전건단일(계)614.03-10260(98.09.28)] | |
’98.10.01 | 18. 창원시청에서 지하수 등록여부 확인(주재원실/한중) ● 한중 : 지하수 3개공 등록 ● 창원특수강 : 지하수 1개공 등록(삼미특수강으로 등록됨) | |
’98.10.08 | 19. 지하수 설비 보유여부 현황조사 결과 알림(한중☞한전) ● 창원특수강의 지하수 설비 보유여부 확인 (지하수 설비 미보유, 튜브제직 공정중에도 지하수 불사용) [관련공문:한중 발전품보 98-061(’98.10.08)] | |
’98.10.10 | 20. 당진#1 재열기 부식 원인규명 및 대책제출(한전☞한중) ● 튜브 생산업체만 다르고 운송(Barge선, 시공업체 및 보존방법 및 보존방법이 동일한 과열기(재열기와 같이 불량함)에는 부식현상이 발견안됨. 따라서 운송 및 설치과정에서 다량의 염소이온이 유입된 것으로 판단하기가 곤란함 ● ’98.9월 공금한 보수용 단관에서 바닷가 지하수에서나 검출되는 칼슘 및 염소성분이 검출됨 ● 제작과정에 문제가 없었다면 시공과정중 문제가 있었는지 규명요청 ● 창원시에서 확인된 한중 및 삼미특수강의 지하수설비에 대해 한전직원 입회하에 지하수 성분 분석 및 지하수와 공업용수 계통도 검토 ● 유사사례 방지를 위해 튜브생산,보일러 설계,제작,운송,설치 및 보존 등 전과정에 대한 개선대책 수립 [관련공문:한전건단일(계)614.03-10715(’98.10.10)] | |
’98.10.10 | 21. 당진#1 재열기 침식사고 관련자료 제출일정 알림(한중☞한전) ● BUNDLE TUBE 수평도 확보(한’98.12.15) ● 완벽한 배수를 위해 ABB-CE와 협의한 진공배수방법(한’98.12.15) ● 당진#1 건전성 입증을 위한 비파괴검사(RT)추가실시 [관련공문:한전건단일(계)614.03-10715(’98.10.10)] | |
’98.10.26 | 22. 당진#1 재열기 부식원인규명(한중☞한전) ● 한중과 창원특수강의 지하수 및 용수설비에 대하여 주재원실과 합동으로 조사된 지하수 및 용수계통 보고서 제출 ● 튜브의 제조과정과 당사의 제작 및 납품과정에서는 어떠한 이물질이 유입될 수 없었음을 통보 [관련공문:한중 발전]화력2PM 98-055(’98.10.26)] | |
’98.10.30 | 23. 당진#1 재열기 사고원인 구명 및 대책제출 재촉구(한중☞한전) ● 사고원인에 대한 설계시점부터 소재제작, 공장가공,저장,운송 및 시공과정 등을 면밀히 분석, 조사하여 제출 재촉구 ● 보일러 장기보존(1년이상)지침서, 수압시험 및 화학세정 시기, 진공배수방법 검토 [관련공문:한전건단일(계)614.03-11579(’98.10.30)] | |
’98.11.17 | 24. 당진#1 재열기 부식 원인분석/재발방지 제출(한중☞한전) ● 당진#1 보일러 재열기 부식 발생과 관련하여 염소성분 유입 추정경로 및 향후 재발방지 대책 강구 [관련공문: 한중 발전]화력2PM 98-089(’98.11.17)] | |
‘98.11.25 | 25. 당진#2 재열기 화학세정 시기 및 보존방법 제출(한중☞한전) ● 당진#2 재열기 화학세정,보존방법 및 수압시험시 염소농도 증가에 대한 검토의견 제출 ● 당진#2 재열기 수압시험시 채취한 수압시험 용수분석은 전력연구원에서 분석중으로 결과제출 예정 [관련공문:한중 수화력]당진PM98-101(’98.11.25)] | |
’98.12.05 | 26. 당진#2 보일러 보존방법 등 재검토(한전☞한중) ● 염소농도 2.8PPM이 부식에 영향이 없다는 근거 제출 ● 수압시험 용수 분석결과 제출(+/- 이온 및 TDS분석) ● 수압시험 용수 분석결과를 참조하여 1차보다 2차의 염소성분이 증가한 원인 ● 불완전한 배수를 고려한 보일러 보존 대책 재검토 ● 화학세정후 습기를 제거하고 질소를 충전하는 보일러 보존방법은 현실적으로 시행 곤란함. [관련공문 : 한전 건단일(계)614.03-13054(98.12.05)] | |
’98.12.09 | 27. 당진#3,4 보일러 ITP 검사항목 추가, 반영하여 재제출 통보(한전☞한중) ● 당진#1 보일러 재열기 튜브 부식발생과 관련 품질관리 능력 및 예방대책이 미흡하므로 튜브 제작의 품질검사 강화 ● S/H,R/H ITP 검사항목 추가, 반영하여 재제출 승인요망 가. 재료검사 : 한중(R),한전(R),→한중(H)한전(R)반영 - DESCALING(PICKLING)후 산농도 측정 - 수압시험 용수 분석 - 튜브내부 상태(건조후)점검 나. 수압시험 :한중(H),한전(W)→한중(H),한전(H) 반영 - 수압시험 용수 분석 - 튜브내브 상태(건조후)점검 다. ㅍ장검사 : 한중(W),한전(-)→한중(H),한전(W)반영 - 캠핑상태확인 [관련공문:한전 건단일(품)643.01-13085(’98.12.09)] | |
’98.12.23 | 28. 당진#2 재열기 수압시험 용수 수질분석 결과 알림(한전☞한중) ● 2호기 R/H 용수 분석결과 알림 ● 2호기 보일러 보존방법 등 재검토 공문 조속 회신 요망 [관련공문 : 한전 수단건(기1)14.03-13828(’98.12.23)] | |
’98.12.30 | 29. 당진 2호기 보일러 보존방법 등 검토(한전☞한중) ● 보일러 보존방법은 기제출[한중발전]화력2PM-089(’98.11.17)]한 방법과 별다른 의견이 없음 ● 2호기는 정상적인 건설 공정이 정상적인 건설 공정이 진행중이므로 후속 공정 진행가능(수압시험,화학세정시기) ● 공장 수압시험 염소농도 기준치 250PPM 적용기준 : 계약서 APPENDIX P1 13항 ● 염소농도 2.8PPM이 부식에 영향이 없다는 근거 : 문헌상 정확한 근거는 확인 불가하며 DEMI,WATER 염소농도기준1 PPM시 기준수치를 초과하여 당사 표현 부적절 ● 수압시험 용수분석 결과 1차보다 2차 염소 성분 증가원인 : 신뢰성 희박 ● 수압시험 용수 분석결과 제출 [관련공문:한중 수화력]당진PM98-148(’98.12.30)] | |
’99.10.27 | 30. 부식시험 결과 제출 ● 부식공 내부에서 염소 화합물 검출되어 염소가 직, 간접적으로 관련이 있을것 으로 잠정 결론을 내렸으나, 사고 환경의 정확한 염소 농도 및 유입 경로가 밝혀지지 않아 이에 대한 보완 및 향후 재발 방지 를 위한 실증 시험요구에 의거 실시. ● 현장과 유사한 조건하에서 용접부에 대해 염소 농도, 시공시 열처리 조건의 영향을 조사할 목적으로 최장 1년간의 시험을 추진함. ● 결론 : 1) 부식에 의한 무게 감량 시험 결과 전면 부식에 의한 CORROSION RATE 는 70℃, 10000ppm의 극단적인 조건에서도 액 0.12mm/year에 불과해 사실상 거의 문제가 없음을 확인. | |
’99.10.27 | 2) 소재 제작사(창원특수, 일본 스미토모금속)간의 부식 특성의 차이는 전면 부식, Pitting Corrosion 모두 차이를 거의 관찰 할수 없음. | |
’00.07.20 | 31. 부식시험 최종 결과 제출 ● 사업)당진PM 2000-289(’00.07.20) 붙임 X20CrMo12.1 소재 Tube 의 부식 특성 참조(작성 한중 기술연구원 소재 개발 연구실) ● 요약 및 결론 - 광학 현미경 조직관찰, 결정입경, 경도, 화학조성, 개재물 관찰, Sulfur Print 등의 다양한 야금학적 인자의 조사결과 부식저항성 차이를 나타낼만한 야금학적 인자의 차이는 발견할 수 없었다. - 용접부의 부식저항성에 미치는 용접후열처리 조건의 영향을 조사한 결과 모든 시편에서 Pitting이 관찰되지 않아 후열처리 부족에 의한 용접잔류응력이 부식에 미치는 영향에 관한 有意한 결과는 얻어지지 않았다. 이는 밀폐 Shell에서 시험을 수행한 결과 부식 진행에 따른 용존산소 농도의 저하에 기인한 것으로 생각된다. 그러나 일반적으로 용접 HAZ부의 경우 잔류응력이 크고 조직이 불안정하므로 모재나 용접금속에 비해 부식에 대한 저항성은 부족할 것으로 생각된다. - 본 강종의 부식에는 용존산소의 효과가 가장 크게 지배하며 용존산소의 농도가 낮을 경우 10000 ppm에 달하는 고농도의 염소용액에서 최장 1년 까지 거의 부식이 발생하지 않음을 알 수 있다. 이는 부식 발생의 정도는 침적부 < 습윤공기 중 < Water Line 부의 순으로 나타나 산소가 원할히 공급되는 부위의 순으로 부식발생이 빨라지는 실험 결과와도 잘 일치한다. - 제작사에 따른 소재 자체의 Pitting Corrosion 저항성의 차이는 SUMITOMO금속의 소재가 창원특수강 소재에 비해 다소 우수하게 나타났으나 이의 원인으로 생각되는 야금학적 인자로는 SUMITOMO금속 Tube의 Inside Surface의 Scale이 창원특수강 소재에 비해 다소 균질하고 치밀하여 Pitting 발생저항성을 증가 시키는 효과를 나타낸 것으로 생각된다. 이는 Tube 표면부위를 기계가공에 의해 제거하고 시험한 6장의 시험결과에서 두 소재간의 차이가 나타나지 않은 점과도 결과가 일치한다. - Tube Inner Surface의 산화 Scale은 Boiler 운전 수명과는 무관하나 건설 중 부적절하게 장시간 수분과 접촉할 경우 관 내부 부식과는 다소의 관련이 있으므로 가능한 한 부식에 Protection역할을 할 수 있는 치밀한 산화 Scale을 형성하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 양사 Tube제조공정의 차이에 대한 현장 조사 후 이에 대한 적절한 보완이 요망된다. 한 예로 Extrusion 후 고온에서의 고농도 산소에 의한 인위적 산화피막의 도입 등의 방법도 적용되고있는 것으로 알려져 있다. |
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