증기터빈 실린더의 고온 누출 밀봉 복구 기술

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1. 증기터빈 개요 증기터빈(증기터빈이라고도 함)은 증기의 에너지를 기계적 일로 변환하는 회전식 동력 기계입니다.주로 발전용 원동기로 사용되며, 각종 펌프, 송풍기, 압축기 및 선박의 프로펠러 등을 직접 구동할 수도 있습니다. 또한 증기터빈에서 나오는 배기증기나 중간급증기를 활용하여 생산 및 생활에 필요한 난방 수요를 충족시킬 수 있습니다. 증기 터빈이 작동하는 동안, 증기 누출과 실린더의 변형은 가장 흔하게 발생하는 장비 문제입니다. 실린더의 접합면의 밀폐성은 발전기의 안전하고 효율적인 운영에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 실린더의 접합면을 철저히 점검하여 밀폐 상태를 유지하는 것은 실린더 점검에서 매우 중요한 작업입니다. 접합면에서 증기가 누출되는 문제를 해결할 때는 그 원인을 면밀히 분석해야 하며, 변형의 정도와 간극의 크기에 따라 다양한 방법을 종합적으로 활용하여 접합면이 밀폐되도록 해야 합니다. 2. 증기터빈 실린더에서 공기가 새는 원인
1. 실린더는 주조로 만들어지는데, 제작된 후에는 반드시 시효 처리를 거쳐야 합니다. 즉, 일정 기간 동안 보관함으로써 주조 과정에서 발생한 내부 응력을 완전히 제거하는 것입니다.만약 시간이 짧다면, 가공된 실린더는 향후 작동 중에도 변형될 수 있습니다. 이것이 바로 일부 실린더들이 처음 누수 문제가 발생한 후에도 계속해서 누수가 발생하는 이유입니다.왜냐하면 실린더가 계속 변형되고 있기 때문입니다. 2. 실린더는 작동할 때 여러 가지 힘을 받습니다. 실린더 내외부의 기체 압력 차이나, 실린더 내에 있는 각 부품들의 무게와 같은 정적 하중 외에도, 증기가 정지된 부분에서 빠져나갈 때 생기는 반작용력, 그리고 다양한 연결 파이프들이 냉난방 상태에 있을 때 실린더에 가하는 힘도 있습니다. 이러한 힘들이 서로 작용하면서 실린더가 소성 변형을 일으켜 누출이 발생합니다. 3. 실린더에 가해지는 부하가 너무 빠르게 증감하는 경우, 특히 급속한 기동·정지 및 작동 조건의 변화로 인해 온도 변화가 크고, 실린더 예열 방식이 부적절하며, 정지 후 점검 시 단열층을 너무 일찍 제거하는 등의 상황에서는 실린더와 플랜지에 매우 큰 열응력과 열변형이 발생한다. 4. 실린더는 가공 과정이나 용접 후에 응력이 발생했으나, 이를 제거하기 위한 템퍼링 처리를 하지 않았습니다. 그 결과 실린더에 상당한 잔류응력이 남게 되어, 운전 중에 영구적인 변형이 발생하게 됩니다. 5. 설치 또는 점검 과정에서, 점검 공법 및 기술상의 이유로 내통, 실린더 격판, 격판 케이싱 및 증기밀 케이싱의 팽창 간격이 적절하지 않거나, 걸이 플레이트의 팽창 간격이 적절하지 않아 운전 후 막대한 팽창력이 발생하여 실린더가 변형된다. 6. 사용한 실린더 밀폐제의 품질이 좋지 않거나, 불순물이 너무 많거나, 모델이 맞지 않음；실린더 밀폐제 내에 단단한 불순물 입자가 있으면 밀폐면이 단단히 결합하기 어려워집니다.보코스 고온 실란트는 최신 증기터빈 실린더 밀봉 재료로, 고압·중압·저압 실린더에 모두 사용할 수 있어, 모델 선택 오류로 인한 실린더 누출을 방지합니다. 7. 실린더 볼트의 체결력이 부족하거나 볼트의 재질이 불합격입니다.실린더 결합면의 밀폐성은 주로 볼트의 체결력에 의해 확보됩니다.기기의 기동/정지 또는 부하 증감 시 발생하는 열응력과 고온으로 인해 볼트의 응력 이완이 일어나며, 응력이 부족할 경우 볼트의 예압력이 점차 감소하게 됩니다.만약 실린더의 볼트 재질이 좋지 않다면, 오랜 시간 동안 사용되는 과정에서 열응력과 실린더의 팽창력에 의해 볼트가 늘어나게 되고, 소성변형이나 파손이 일어납니다. 그 결과 체결력이 부족해져서 실린더에서 누출 현상이 발생하게 됩니다. 8. 실린더 볼트를 조이는 순서가 올바르지 않음.일반적인 실린더 볼트는 조일 때 중앙에서 양쪽으로 동시에 조여집니다. 즉, 처짐이 가장 크거나 하중에 의한 변형이 가장 심한 부위부터 조이는 것입니다. 이렇게 하면 변형이 가장 심한 부위의 틈새가 실린더의 앞뒤 자유단 쪽으로 이동하게 되고, 결국 그 틈새는 점차 사라지게 됩니다.양쪽에서 가운데로 조이게 되면 틈새가 중앙에 집중되고, 실린더 결합면에 활 모양의 틈새가 생겨 증기가 새게 됩니다. 3. 증기터빈 실린더 누출 처리 방법
실린더 결합면에서 변형과 누출이 발생하는 원인은 각기 다르며, 발생 위치와 변형·누출의 정도도 상이합니다. 먼저 긴 평척과 갭게이지를 사용하여 실린더 결합면의 변형 상태를 확인해야 합니다. 정비 시에는 누출의 원인과 변형 정도에 따라 적절한 조치를 취해야 합니다.구체적인 방법은 다음과 같습니다: 1. 실린더의 변형이 심하거나 누수가 심한 접합면의 경우, 접합면을 연마하여 처리합니다. 만약 상부 실린더의 접합면 변형이 0.05mm 이내라면, 상부 실린더의 접합면을 기준면으로 삼아 하부 실린더의 접합면에 붉은색 안료를 바르거나 파란색 종이를 눌러서 흔적을 남깁니다. 그 흔적을 따라 하부 실린더의 접합면을 연마합니다.상부 실린더의 결합면 변형량이 크다면, 상부 실린더에 홍단을 바르고 큰 평척으로 흔적을 내어 상부 실린더를 평평하게 다듬는다. 2. 적절한 실링 재료 사용 현재 증기터빈 실링제에 대해 통일된 **표준 및 업계 표준이 없으며, 제조 원료와 배합법도 각기 다르고 제품 품질도 천차만별입니다；터빈 실링제를 선택할 때는, 점검 및 수리 후에도 실링의 밀폐성을 보장할 수 있도록 제품 품질이 검증된 정식 제조업체의 제품을 선택해야 합니다.독일의 보코스 고온 실란트와 같이, 이 제품은 단일 성분으로 구성된 페이스트 형태의 실란트입니다. 산업용으로 사용되며, 우수한 밀폐 성능을 지닌 혼합물입니다. 매끄럽고 평평한 밀폐면(이음매 부위)에서 높은 온도와 압력 조건이 요구되는 환경에 적합합니다. 3. 국부적 용접 방법
실린더 결합면에 증기에 의해 홈이 생기거나 부식된 경우, 적절한 용접봉을 사용하여 그 홈을 메워줍니다. 그런 다음 평판이나 수평기를 이용해 용접부와 결합면이 같은 평면상에 있도록 다듬어줍니다.실린더 결합면의 변형이 심하거나 증기 누출이 심한 경우, 하부 실린더의 결합면에 10~20mm 폭의 밀폐용 용접선을 하나 또는 두 개 만들어 틈새를 메운 다음, 평척이나 상부 실린더를 덮어서 측정한 후 홍단을 발라가며 긁어내어 틈새가 사라질 때까지 처리한다.이 작업의 공정도 매우 간단합니다. 용접 전에 실린더를 150℃로 예열한 뒤, 상온에서 단계적으로 역용접하거나 건너뛰어 용접합니다.오스테나이트계 용접봉, 예를 들어 A407, A412를 사용하며, 용접 후에는 석면천으로 덮어 단열시키고 천천히 냉각시킨다.실온으로 식은 후 연마 및 다듬기를 진행한다. 4. 실린더 결합면의 도금 또는 스프레이 처리
실린더 결합면에서 대면적으로 증기가 새어나오고, 그 틈새가 약 0.50mm 정도일 경우, 연마 및 다듬기 작업량을 줄이기 위해 도금 공정을 사용할 수 있다.실린더를 양극으로, 도장기구를 음극으로 사용하여, 실린더의 결합면에 전해액을 반복적으로 도포합니다. 코팅층의 두께는 실린더 결합면의 틈새 크기에 따라 결정되며, 코팅의 종류는 실린더의 재질과 수리 공법에 따라 결정됩니다.분사란 전용 고온 화염 분사기를 사용하여 금속 분말을 용융되거나 소성 상태가 될 때까지 가열한 뒤, 처리된 실린더 표면에 분사함으로써 필요한 성능을 갖춘 코팅층을 형성하는 방법입니다.그 특징은 장비가 간단하고 조작이 용이하며, 코팅층이 견고하다는 것입니다. 분사 후 실린더의 온도는 70℃~80℃에 불과하여 실린더가 변형되는 일이 없습니다. 또한 내열성, 내마모성, 내부식성이 뛰어난 코팅층을 얻을 수 있습니다.주의할 점은 도금 및 분사 전에 탱크 표면을 연마하고 기름을 제거하며 거칠게 다듬어야 하며, 도금 및 분사 후에는 코팅층을 다듬어 결합면의 밀폐성을 확보해야 한다는 것입니다. 5. 접합면에 패드를 덧대는 방법: 만약 접합면의 부분적인 틈새로 인한 누출이 그다지 심하지 않다면, 80–100메시 크기의 구리망을 열처리하여 경도를 낮춘 다음, 적절한 형태로 잘라서 접합면의 누출 부위에 깔아주고, 그 위에 실린더 밀봉제를 발라줍니다.결합면의 틈새가 크고 누출이 심한 경우, 위아래 결합면에 너비 50mm, 깊이 5mm의 홈을 파고 그 안에 IGr18Ni9Ti로 만들어진 톱니형 가스켓을 끼워넣습니다. 이 톱니형 가스켓의 두께는 보통 홈의 깊이보다 0.05~0.08mm 정도 더 큽니다. 또한 같은 형태의 스테인리스강 가스켓을 사용하여 두께를 조절할 수도 있습니다. 6. 볼트 응력을 조절하는 방법
실린더의 접합면에 생기는 변형이 작고 균일한 경우, 틈이 있는 곳에 새로운 볼트를 설치하거나, 볼트의 예비 장력을 적절히 높여주는 방법이 있습니다.중앙에서 양쪽으로 동시에 조이는 방식, 즉 처짐각이 가장 크거나 하중으로 인한 변형이 가장 심한 부분부터 볼트를 조입니다.이론적으로는 볼트의 예압력을 d/L≤A라는 공식으로 계산할 수 있으나, 이 계산에 필요한 데이터와 측정 방법이 아직 연구 중이므로 현재로서는 널리 적용되지 못하고 있습니다. 대부분은 볼트가 견딜 수 있는 최대 응력 범위 내에서 경험에 의해 결정됩니다. 4. 미가화-비르코싯 고온 실란트의 사용 방법
1. 기술 개요
비르코싯 고온 실란트(BIRKOSIT Dichtungskitt)는 주로 증기터빈, 고온 플랜지, 밸브 등과 같이 고온 환경에서 평면 부위를 밀봉해야 하는 경우에 사용됩니다. 해외에서는 지멘스, 알스톰, GE와 같은 제조업체들로부터 인정과 인증을 받았습니다. 보코스 고온 실란트(BIRKOSIT Dichtungskitt)는 단일 성분으로 구성된 페이스트 형태의 실란트입니다. 산업용으로 사용되며, 우수한 밀폐 성능을 지닌 혼합물입니다. 매끄럽고 평평한 밀폐면(이음매 부위)에서 높은 온도와 압력 조건을 견뎌야 하는 환경에 적합합니다.몰딩 나이프나 고무 스크레이퍼를 사용하여 건조한 표면에 바릅니다.밀봉 제품은 경화되지 않지만 점도가 약간 변하여 유연성과 탄력성을 유지하므로, 사용 시 시간적 제약이 없으며 시공이 완료되면 즉시 가동에 투입할 수 있어 기다릴 필요가 없습니다.스크래치가 생긴 고온 밀봉 표면을 복구하려면, 보코스 고온 F 시리즈 복구 제품과 함께 사용해야 합니다. 2. 기술 데이터: (1) 내열성 – 최대 900℃의 고온 증기, 가스, 뜨거운 물과 찬물, 경유, 윤활제, 원유 및 천연가스를 견딜 수 있음. (2) 내압성 밀폐면 및 접합부의 탁월한 접착력으로 인해 최대 250바(255kg/cm2)까지의 내압이 가능하며, 씰 링이 없는 플랜지의 경우 최대 450바(459kg/cm2), 나사형 접합부의 경우 최대 550바(561kg/cm2)까지 내압이 가능합니다. (3) 소성 변형: 소성 능력에 제한이 없으므로, 가장 까다로운 조건에서도 밀봉막이 파손되지 않습니다. (4) 적용 분야: 증기터빈 및 가스터빈, 발전소(원자력발전소), 가스공장 및 수처리시설, 정유공장, 제련소, 조선소, 페인트 및 고무 제조업체 등 다양한 산업 분야의 기업들. 또한 발전소(원자력발전소 포함)에서 사용되는 증기터빈, 가스터빈, 배기가스 터빈의 실린더 접합면 밀봉, 산업용 터빈 기계 및 설비의 플랜지 부위에 대한 고온 밀봉, 그리고 고온 환경에서 사용되는 열관의 나사산 밀봉에도 활용됩니다.특히 밀폐형 금속 조인트에 적합합니다: 증기터빈 및 가스터빈, 압축기, 펌프, 케이싱, 플랜지 조인트 등. (5) 사용 수명: 고압 터빈의 경우, 당사는 제품이 최대 900℃의 온도와 250바까지의 압력을 견딜 수 있음을 보장합니다. 이러한 조건에는 고온 증기, 가스, 뜨거운 물과 찬물, 경유, 윤활제, 광유 및 천연가스도 포함됩니다.응용 지침에 따라 사용하고 정상적으로 작동할 경우, 증기터빈과 가스터빈에 대해 가공된 밀봉면(대향 접합부)의 수명을 10년으로 보장합니다. 5. 적용 사례 설명 알스톰 파워(스위스)사에서 메이자화-보코스 고온 실란트를 사용하여 증기터빈과 가스터빈의 접합부에 대한 현장 시험을 수행한 사례를 소개합니다. 1. 메이자화-보코스 실란트를 이용하여 다음 터빈들의 접합부에 대한 밀봉 시험을 실시함 (1) 고압 터빈 고압 터빈(HPT)의 접합부에는 내부 밀봉면과 외부 밀봉면, 두 개의 밀봉면이 존재합니다.내부 밀폐면은 하중을 받는 면입니다(내부 밀폐). (2) 중압 터빈과 저압 터빈의 경우, 중압 터빈(IPT)과 저압 터빈(LPT)의 접합부는 중앙에 구멍이 있는 연속적인 밀폐면입니다.내부 밀봉면은 하중을 받는 면으로, 중심 구멍까지 이어집니다.. 2. 맞대기 용접부의 밀봉면에 발생한 손상 처리 (1) 0.5~1.0mm 이상 크기의 손상 부위에는: 메이자화-보코스와 흑연을 혼합하여 점성이 높고 탄력성 및 내구성이 뛰어난 밀봉용 혼합물을 만들어내는데, 이를 사용하면 최대 1.0mm 크기의 손상 부위도 평탄하게 만들 수 있다. (2) 1.0~2.0밀리미터 이상의 손상 부위에는 세라믹-금속 밀봉 혼합물을 사용해야 하며, 이 혼합물은 경화된 후에 기계 가공(연마, 그라인딩, 스크레이핑 등)이 가능하다.
3. 적용 설명
곧 시작될 검사에서 중압 터빈의 내부 셸의 수평 이음매 부위에 부식이 나타나는 것을 확인할 수 있으며, 이 부식은 입구 부분에서 발생한다.고객 담당자는 보수 용접을 제안했으나, 당사의 증기터빈 부서에서는 메가바-보코스 고온 실란트를 사용할 것을 권장했습니다.처음에 고객들은 밀폐제가 씻겨나갈 것을 우려했으나, 약 25,000시간이 경과한 후 다음 검사에서 메이자화-보코스의 내구성과 신뢰성이 입증되었습니다. 사진을 통해 부식된 영역을 매우 명확하게 볼 수 있습니다. 4. 적용 범위
1. 증기터빈 및 가스터빈 분야의 적용
2. 압축기 분야의 적용
3. 팽창기 장비에서의 적용
4. 발전기 장비에서의 적용
5. 각종 고온고압 플랜지 및 씰링 링의 적용
6. 기타 각종 장비에서의 적용