오늘 은 부식 의 악영향 으로부터 사람 , 자산 및 환경 을 보호 하 기 위해 국제 적 으로 활동 하 는 부식 방지 산업 의 전문 조직 인 NACE International ( 국제 부식 엔지니어 협회 ) 에서 연구 한 자료 를 같이 살펴 보 도록 할께요 ! ​ NACE 에서 연구 한 부식 관련 자료 는 엄청날 정도 로 방대 한데 그 중 FPSO 란 선박 에 설치 된 316 L 스테인리스강 튜브 ( 관 ) 및 튜브 피팅 ( 관이음 쇠 ) 의 부식 으로 인해 선주 ( Shell International ) 측 에서 부식 문제 해결 을 위한 대안 을 연구 한 자료 에 대해 같이 볼 께요 ! ​' 해상 환경 에서 316 L 스테인리스강 튜브 의 외면 공식 및 틈새 부식 문제 와 해결책 제시 ' 라는 제목 의 자료 는 저작 권 문제 로 일부 의 내용 만 상업 적 인 목적 은 전혀 없이 순수 지식 을 공유 하 는 차원 에서 참고 하 도록 하 겠 습니다 . ​​ 먼저 도입부 에 보 면 ' 기니 아만 해양 에 계류 된 지 1 년 도 채 되 지 않 은 FPSO 선박 이 공사 및 사전 시운전 중 소구경 316 L 스테인리스강 튜브 에 심각 한 부식 이 발견 되 어 대략 8 , 000 미터 에 이르 는 316 스테인리스강 튜브 가 시운전 및 작업 시작 하 기 도 전 에 교체 되 어야 하 는 상황 이 발생 했 고 교체 비용 이 5 백만불 ( 한화 로 약 60 억 이상 ) 넘 게 소요 됬 다 . ' 고 시작 합니다 . ​' 철저 한 튜브 부식 의 원인 분석 을 했 고 그 결과 응력 부식 균열 은 없 었 고 공식 및 틈새 부식 이 원인 이 었 다 . 자재 부식 팀 이 PVC 피복 을 입힌 316 L Tube , TPU 피복 을 입힌 316 L Tube , 고압 용 철 보강 호스 및 부식 에 강한 다양 한 합금강 등 의 매우 다양 한 교체 옵션 들 을 평가 했으며 수명 비용 분석 및 자재 가 요구 납기 에 필요 한 적합 한 제조 시간 등 을 선별 사항 의 기본 으로 고려 하 여 난연성 ( 플라스틱 재질 인 TPU 가 불연성 재질 이 라는 부분 은 표기 상 의 오류 로 보임 ! ) 이 며 UV 에 저항력 이 있 는 TPU 피복 을 입힌 316 L 계장 용 튜브 가 선택 되 었 고 설치 되 었 다 . 현재 거의 2 년 간 성공 적 인 결과 를 보여 주 고 있 다 . '​ 도입부 내용 에서 도 볼 수 있 듯이 부식 으로 인해 60 억 이 넘 는 어마 어마 한 교체 비용 을 선박 시운전 도 하 기 전 에 지불 했어야 할 만큼 엄청난 대형 사고 가 발생 했 고 선주 가 전 세계 International Oil & Gas Company 중 가장 유명 한 회사 중 하나 인 SHELL 이 였으니 본 내용 은 제 가 여태껏 봐온 316 / 316 L 튜브 부식 자료 중 가장 내용 분석 및 해결책 제시 가 논리 적 으로 잘 만들 어 진 자료 입니다 . ​​​' 316 L 튜브 의 외면 공식 및 틈새 부식 은 유전 에서 는 꽤 일상 적 이 며 염화물 이 있 거나 고온 에서 는 강력 한 영향 을 받 는 것 으로 잘 알려져 있 다 . 하 지만 지난 10 년 간 316 L 튜브 의 품질 이 나빠졌 다는 명백 한 흔적 이 있 다 . 이 는 튜브 제조사 들 이 ASTM 스펙 의 화학 성분 기준 을 만족 시키 면서 재료 의 합금 성분 함량 을 최소 화 시킬 수 있 다고 지속 적 으로 시사 해 왔 다 . 특히 몰리브데넘 ( 값비싼 금속 성분 ) 함량 이 2 % 최저 함량 치 에 매우 근접 하 게 포함 되 어 있 음 이 관찰 되 었 다 . 몰리브데넘 은 국소 부위 부식 에 저항력 을 제공 하 는 중요 한 역할 을 하 는 것 으로 잘 알려져 있 다 . 하단 의 TABLE 1 은 AISI 스펙 의 316 L 합금 성분 원소 기준치 를 보여 주 며 설치 된 4 개 의 다른 튜브 에 대한 화학 분석 결과 치 를 같이 보여준다 . ' Analyzed tubing 에 보 면 FPSO 선박 에 이미 설치 된 튜브 의 화학 분석 을 했 고 MO ( 몰리브데넘 ) 함량 이 AISI 316 L 기준 스펙 을 MO 함량 범위 Min . 2 ~ Max . 3 에 만족 하 지만 최소 함량 수준 인 2 . 00 ~ 2 . 08 정도 가 실제 함량 수치 임 이 분석 되 었 죠 . ​ ​​​ 처음 에 는 압력 테스트 중 핀홀 유압 오 일 누출 이 었 고 Figure 2 번 사진 이 실제 상황 을 잘 보여 줍니다 . Figure 2 번 사진 은 공식 의 형태 에 대한 단면 을 보여 주 며 염화물 에 의한 공식 은 일반 적 인 스테인리스강 의 부식 형태 입니다 . ​​​ 처음 공식 이 발생 한 이후 매우 짧 은 시간 내 에 부식 이 재빨리 전파 되 었 고 관 및 관이음 쇠 가 설치 된 다양 한 위치 에 따라 부식 의 정도 차이 가 매우 다르 게 나타 났 습니다 . Figure 4 번 은 선박 의 우현 에 있 는 튜브 선반 에 설치 된 튜브 들 의 부식 상태 를 보여 주 며 유압 오일 이 새 어 나오 는 모습 이 보입니다 . ​​​ Figure 5 및 Figure 6 부식 의 원인 에 대해 분석 한 결과 원인 은 역시 공식 및 틈새 부식 이 었 고 크랙 은 발견 되 지 않 았 습니다 . 튜브 ( 관 ) 및 튜브 피팅 ( 관이음 쇠 ) 에 모두 부식 이 심하 게 진행 됐 구요 . 316 L Stainless Steel Tube 는 조선 / 해양 환경 에서 사용 하 기 어렵 하 고 결론 이 났 고 최종 적 으로 선박 의 우현 에 설치 된 모든 316 L Tubing 은 즉시 대체 제품 으로 교체 되 었 으며 1 년 이내 에 좌현 쪽 에 설치 된 튜브 들 도 모두 교체 할 것 을 추천 했 습니다 . ​​​ 이제 부터 는 어떤 대체 제품 을 선택 할 것 인가라는 매우 어려운 질문 에 대한 해답 을 찾 는 과정 입니다 . 우선 소재 선택 에 대한 기본 전제 로 수명 비용 분석 및 자재 납기 시간 을 두 었 고 하단 의 내용 이 각 옵션 에 대한 찬반 및 제약 사항 이 에요 . ​ 하단 의 TABLE 2 와 TABLE 3 은 동시 에 내용 을 봐야 하 는데 이유 는 튜브 소재 선택 에 가장 기본 이 되 는 사항 이 PREN 이 기 때문 입니다 . TABLE 3 의 Pitting Resistance Equivalent Numbers ( PREN ) 은 PRE 라고 도 불리 며 공식 ( 국소 부위 부식 ) 에 대한 저항력 을 수치 화 시킨 수학 공식 과 같 은 개념 으로 보 면 됩니다 . PREN =% Cr ( 크로뮴 ) + 3 . 3 % Mo ( 몰리브데넘 ) + 1 . 65 % W ( 텅스텐 ) + 16 % N ( 질소 ) 을 AISI 316 L 에 대입 하 면 Eg 1 ) AISI 316 L Min . PREN = 16 + ( 3 . 3 x 2 ) + ( 1 . 65 x 0 ) + ( 16 x 0 ) = 22 . 6 Eg 2 ) AISI 316 L Max . PREN = 18 + ( 3 . 3 x 3 ) + ( 1 . 65 x 0 ) + ( 16 x 0 ) = 27 . 9 최종 AISI 316 L PREN = 22 . 6 ~ 27 . 9 로 계산 되 죠 . ​ 일반 적 인 Seawater Injection System ( 소금물 주입 시스템 ) PREN 기준 값 은 40 이고 Umbilical Tube PREN 기준 값 은 42 . 5 입니다 . 그럼 Min . PREN 값 이 40 ~ 42 . 5 가 넘 는 재질 과 넘 지 않 는 재질 이 구별 되 는 데 하단 에 Main Limitations 쪽 에 PREN Value 라고 표기 된 강종 들 은 모두 기준치 미달 로 보 시 면 되 고 Super Duplex 계열 쪽 인 22 Cr Duplex 는 37 . 7 ~ 47 . 6 사이 라서 PREN 값 이 41 . 5 를 초과 해야 한다고 언급 해 둔 것 이 눈 에 띕니다 . ​ 일반 적 으로 가장 쉽 게 접근 할 수 있 는 엔지니어링 방식 이 더 좋 은 강종 을 사용 해서 부식 저항 율 을 높이 는 것 이 죠 . 하단 의 TABLE 2 에 보 면 부식 뿐 만 아니 라 기대 수명 까지 모두 + 로 표기 된 강종 이 625 , C 276 , Titanium 이 보 입니다 . 그러면 최종 선택 된 교체 용 튜브 및 피팅 의 재질 이 이 세 가지 중 하나 일 까요 ? 결론 부터 먼저 얘기 하 자면 아닙니다 . ㅎㅎㅎ 우선 나라 마다 메이커 마다 가격 차이 가 커서 정답 은 없 지만 수입 제품 의 경우 제 가 직접 경험 한 결과 316 L 튜브 대비 Titan 튜브 는 가격 이 6 배 에서 8 배 까지 차이 가 난 걸 봤었 고 625 튜브 는 11 배 에서 13 배 까지 도 가격 차 가 나 더라구요 . 또한 , 316 L 튜브 대비 C 276 튜브 는 12 배 에서 14 배 까지 가격 차이 가 나 는 걸 경험 해 보 니 튜브 외 에 피팅 , 밸브 까지 고려 하 면 , 단순 한 결정 을 할 수 가 없 는 게 현실 입니다 . 그 외 에 도 납기 문제 나 액세서리 등 도 총괄 적 으로 묶 어서 같이 고민 해야 합니다 . 하단 에 빨간색 네모 박스 로 표기 된 PVC 피복 을 입힌 316 L / 317 L Tubing 이 최종 선택 된 대체 제품 입니다 . ​​​ 하단 의 Figure 7 은 최초 설치 비용 및 미래 의 재 설치 비용 을 모두 고려 하 여 Outside Diameter ( OD 1 / 2 " = OD 12 . 7 mm ) 튜브 사이즈 를 20 년 수명 을 기준 으로 1 Feet = 0 . 3048 Meter 당 USD 튜브 가격 을 산출 했 습니다 . ​ 일단 자재 설치 비용 은 각 강종 의 현장 작업 성 및 어떤 국가 의 회사 에서 설치 하 는가 등 등 매우 변수 가 많 아 설치 비 비교 는 논외 로 하 겠 습니다 . 그렇 다면 설치 비용 을 제외 하 고 튜브 의 자재 가격 만 단순히 비교 할 때 316 L Tube 보다 S 32205 ( Duplex ) , 317 L , S 32750 ( Super Duplex ) , Inconel 625 , Hastelloy C 276 등 이 점점 금액 이 비싸 지 는 순서 로 보 시 면 됩니다 . ​ 그런데 하단 의 그래프 에 는 316 L Tube 값 이 약 US $ 38 / Ft 로 보이 고 가장 비싼 소재 인 C 276 도 약 US $ 47 / Ft 로 표기 되 어 있 죠 . 그럼 C 276 튜브 가격 이 316 L 튜브 단가 보 다 대략 24 % 정도 더 비싼 수준 이 니 그렇게 많 은 차이 가 없 어 보이 죠 ? 하지만 316 L Tube 가격 이 US $ 3 / Ft 라고 가정 한다면 실제 C 276 Tube 는 US $ 36 / Ft 이상 입니다 . 더 이해 가 가 지 않 는 부분 은 316 L Tube 값 약 US $ 38 / Ft 가 PVC 피복 을 입힌 316 L Tube 가격 약 US $ 25 / Ft 보다 더 비싸 죠 . 상식 적 으로 생각 해도 PVC 피복 을 입히 는 재료비 , 인건비 등 의 비용 이 있 는데 어떻게 피복 도 없 는 튜브 가격 이 더 비쌀 수 가 있 을까요 ? 정답 은 초기 설치 이후 튜브 의 부식 으로 인한 튜브 재 설치 비용 및 튜브 재 구매 비용 때문 입니다 . 20 년 동안 316 L Tube 를 부식 문제 로 인해 3 ~ 4 번 교체 를 하 는 데 비해 C 276 Tube 는 부식 문제 가 없 어 처음 설치 이후 극히 일부 라인 의 수리 를 제외 하 고 튜브 를 재 설치 할 필요 가 없 으니 20 년 수명 기준 단가 가 큰 차이 없 어 보이 는 거 죠 . 실제로 는 316 L Tube 가격 대비 317 L Tube 가격 도 317 L 이 3 ~ 4 배 정도 더 비쌉니다 . Shell 에서 는 최종 분석 시 에 MO 2 . 5 % 이상 함유 된 PVC 피복 을 입힌 316 L Tube 를 권장 했 고 , 최종 PVC 피복 을 입힌 Min . MO 2 . 5 % 316 L Tube 가 표 에서 보 듯이 20 년 수명 을 기준 으로 가장 경제 적 인 선택 으로 보입니다 . ​( 참고 로 , 조선 / 해양 의 선 주사 들 은 선박 의 수명 을 대략 20 년 으로 여기 고 약 10 년 을 주 기 로 멀쩡 한 라인 이 라도 아주 비싼 제품 이 아니 면 , 왠만해서 향후 관리 를 목적 으로 라인 철거 후 재 설치 공사 를 합니다 . C 276 Tube 는 워낙 부식 에 강하 고 매우 고가 이 다 보 니 극히 일부 라인 의 수리 를 제외 하 고 한 번 설치 를 전제 로 했으나 PVC 피복 을 입힌 316 L Tube 는 한 번 은 재 설치 공사 를 한다는 전제 가 깔려 있 음 이 짐작 됩니다 . ) ​​​ Figure 8 은 ASTM G 150 을 테스트 기준 으로 염화물 에 의해 공식 이 발생 할 수 있 는 강종 별 위태 로운 온도 를 보여 줍니다 . S 32205 ( Duplex ) 재질 은 48 도씨 에서 염화물 공식 이 발생 할 수 있 다고 되 있 지만 316 L 재질 은 16 도씨 에서 공식 이 시작 됩니다 . ​​​ Figure 9 는 ASTM G 48 B 를 테스트 기준 으로 염화물 에 의해 틈새 부식 이 발생 할 수 있 는 강종 별 위태 로운 온도 를 보여 줍니다 . S 32205 ( Duplex ) 재질 은 20 도씨 에서 염화물 에 의한 틈새 부식 이 발생 할 수 있 다고 되 있 지만 316 L 재질 은 - 2 도씨 에서 틈새 부식 이 시작 됩니다 . ​​​ Figure 8 및 Figure 9 에서 살펴보 았 듯이 S 32205 ( Duplex ) 재질 이 316 L 재질 보다 공식 및 틈새 부식 에 더 강한 저항력 을 보여 주 지만 , 2205 재질 은 틈새 부식 에 매우 취약 하 여 공기 가 섞인 바닷물 의 환경 에 는 적합 하 지 않 다고 알려져 있 습니다 . 특히 1 년 내내 무더운 열대 지역 에 는 틈새 부식 문제 로 인하 여 사용 하 지 말 라고 합니다 . ​ Shell 에서 는 다양 한 다른 강종 에 대해서 도 검토 했 는데요 , S 32750 ( Super Duplex ) 이 PREN 42 . 5 를 넘 는다고 가정 할 경우 선택 을 고려 했으나 너무 단단 해서 설치 가 힘들 어 배제 했 구요 , A 1 6 XN 이랑 254 SMO ( 6 MO ) 라는 강종 도 선택지 에 두 었 으나 결론 적 으로 초기 구매 비용 이 비싸 서 선택 하 지 않 았 습니다 . 왜냐하면 6 MO Tube 는 316 L Tube 보다 일반 적 으로 4 ~ 5 배 는 더 비싸 요 . 그 외 에 625 , C 276 , Titanium 등 의 재질 들 도 적합 한 대체 튜브 로 고려 했으나 앞서 언급 한 데 로 초기 구매 비용 이 너무 비싸 고 , 제조 시간 이 오래 걸려 선택 되 지 않 았 습니다 . ​ 또 다른 옵션 들 로 구매 비용 을 줄이 면서 생각 해 낼 수 있 는 많 은 방안 들 이 있 었 는데 , 튜브 에 그리스 를 칠 해 일시 적 으로 부식 을 멈추 는 방법 , 튜브 에 페인트 칠 을 하 는 방법 등 이 있 었 으나 모두 임시 방편 으로 취할 수 있 는 내구 성 이 없 는 조취 라서 선택지 에서 사라졌 습니다 . Shell 사 에서 는 PVC 또는 PU 피복 이 UV 저항력 이 있 다면 적합 하 다고 판단 했으며 , 튜브 에 페인트 칠 을 하 더라도 운송 중 에 페이트 가 손상 될 것 을 염려 했 고 , 피복 은 꽤 단단 해서 괜찮 다고 합니다 . 이 부분 은 우리 가 일상 생활 중 에 자주 보 게 되 는 전신주 에 걸려 있 는 전선 케이블 을 생각 하 면 이해 가 쉽 습니다 . 전신주 의 전선 피복 도 PVC 가 일반 적 인데 비 가 오 나 , 눈 이 오 나 , 바람 이 부나 , 큰 자연 재해 가 없 는 이상 잘 걸려 있 죠 . ​​​ Shell 사 의 최종 권고 안 이 하단 과 같 은데요 . 자기 들 은 난연 성 의 UV 저항력 이 있 는 TPU 피복 을 입힌 316 L Tube 를 권고 했 고 현재 까지 거의 2 년 간 설치 된 상태 인데 전혀 문제 없이 잘 사용 하 고 있 다고 합니다 . ​ 모두 들 이해 가 되 셨 나요 ? 튜브 부식 문제 로 인해 해결책 을 찾 으시 는 많 은 분 들 에게 도움 이 되 었 으면 좋 겠 습니다 . ​ 감사 합니다 . ^^ ​