답변: 발두유에 함유된 고농도 황화수소를 ZARE를 사용해 처리하면 안전한 사용 기준을 충족할 수 있나요?

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1. 밧두유 공급탱크의 부식성 평가 및 판단은 귀사에서 제공한 2016년 3월 23일자 밧두유 화학 분석(성질) 결과에 따르면, 주성분은 C3-C5이며 황화수소 함량은 400-500mg/kg 사이입니다. 우리는 먼저 해당 공급탱크에 존재하는 부식성을 평가해야 합니다.중국석유천연가스주식회사 정유 및 화학부문이 2011년 11월에 발표한 『정유화학기업 설비관리제도 모음집』과 『압력용기 안전기술 감독 규정』의 정의를 비교함으로써, 육문정유화학공장의 오일이 전형적인 습식 황화수소 부식 환경에 속하는지 판단할 수 있다.첫째, 《석유화학 기업의 설비 관리 제도 모음》에 나와 있는 “습식 황화수소 부식 환경의 정의와 분류”에 따르면, 액상 상태에서 자유 수분이 존재하며 다음 조건 중 하나가 충족될 때 이를 습식 황화수소 부식 환경이라고 합니다: (1) 액상 물속의 총 황화물 함량이 50ppmw를 초과할 경우；또는 (2) 액상 수의 pH가 4 미만이고 총 황화물 함량이 1ppmw 이상인 경우；또는 (3) 액상 수의 pH가 7.6보다 크고, 수소시안화물(HCN) 농도가 20ppmw 이상이며, 총 황화물 함량이 1ppmw 이상인 경우；또는 (4) 기상의 황화수소 분압이 0.0003MPa(0.05psia)보다 큰 경우. 제2조 《압력용기 안전기술 감독 규정》에 따르면, (1) 온도 ≤ (60 + 2P) – 여기서 P는 압력을 Mpa(게이지 압력)로 나타낸 값이며, 이는 물에 용해된 H2S의 농도가 ≥10×10-6에 해당하는 경우입니다；(2) H2S 분압 ≥ 0.00035Mpa
(3) 매체에 액상 수가 포함되어 있거나 이슬점 온도 이하인 경우； (4) pH 값이 9 미만이거나 HCN이 존재함. 귀사의 2016년 3월 23일 발표된 탈두유 화학 분석(성질) 보고서의 3번 항목에 따르면, 황화수소 함량은 400-500mg/kg이며, 거의 전부가 황화수소이고 다른 형태의 황화수소는 극히 적습니다；제4조: 상온에서의 증기압이 60-80kpa 이상인 경우, 유문화공총공장에 있는 볼탱크는 전형적인 습식 황화수소 부식 환경에 있다고 판단할 수 있다. 二、방식 처리 방안
중국 석유천연가스주식회사의 정유 및 화학사업부는 2011년 11월에 발표한 『정유화학기업 설비관리제도 모음』과 『보일러·압력용기·압력관 관리규정』에서, 제3장 ‘설계, 제조, 설치’의 12조에 다음과 같이 명시하고 있습니다. 액화석유가스를 저장하는 압력용기나 고강도 강철로 만들어진 압력용기(표준 인장강도 하한값 σb≥ 540 MPa인 재료로 제작된 압력용기)의 경우, 스트레스 부식이 발생할 가능성이 있는 부식성 물질의 함량을 제한하거나, 추가적인 방식 처리 조치를 취해야 합니다.《습식 황화수소 환경에서의 부식 및 방지에 관한 지침》 제1장 총칙: 1.11: 각 석유화학 기업들은 이 지침을 준수하는 바탕 위에서, 다양한 코팅이나 도금 기술과 같은 습식 황화수소 환경에서의 부식 방지를 위한 신기술의 도입과 보급을 강화해야 한다. 강제 저장탱크, 특히 저합금 고강도 강철로 제작된 구형 탱크는 황이온이 존재할 경우 황화수소, 티올, 티오에터, 이산화황, Cl-에 가장 민감하게 반응하여 다음과 같은 반응이 일어납니다:
H2S → H+ + HS-
양극 반응: Fe + HS- → FeS + H+ + 2e-
음극 반응: 2H+ + 2e- → 2H2 ↓
2H+는 금속 내부로 침투합니다；Had——수소 흡착；Hab——수소 흡입.전체 반응: Fe + H2S → FeS↓ + H2↑
↓ 2H (금속 내부로 침투)
황화수소에 의한 응력부식파괴는, 금속의 양극적 용해로 인한 균열과 음극적 수소크리프가 함께 작용하는 결과입니다. 여기서는 수소에 의한 크리프 현상이 주된 원인이 됩니다. 넷째, ZARE와 Zn, Al 및 Al(알루미늄 도금)의 전기화학적 특성 비교
2010년 9월, 다롄이공대학교에서 전통적인 아연 및 알루미늄 코팅과의 성능 비교 실험이 진행되었습니다. 그 결과, ZARE 합금층의 전기화학적 특성은 아연 코팅과 알루미늄 코팅 사이에 있으며, 아연 코팅에 가까운 것으로 나타났습니다. 따라서 ZARE는 강철을 음극 보호하는 역할을 합니다.그 역학적 특성은 아연 코팅과 알루미늄 코팅의 중간 정도이며, 알루미늄 코팅에 가까워서 높은 경도와 충격 저항성을 가집니다. 육、ZARE 기술을 활용한 탈두유 액체 탄화수소 저장탱크의 내식성 평가 6.1 이 기술을 적용하면 **SSCC가 발생할 위험을 줄일 수 있으며, 설비의 본질적 안전성도 향상된다**；6.2 원통형 탱크의 부식 현상은 다양하게 나타납니다. SCCC 문제를 해결하는 데 있어서 ZARE는 국내에서 선도적인 수준을 자랑합니다. 원통형 탱크의 안전성은 탱크 본체의 열처리 품질, S와 P의 함량이 기준에 부합하는지 여부와도 관련이 있습니다. 또한, 탱크 내부에 결함이나 불순물이 존재하는지도 중요한 요소입니다. 하지만 ZARE 기술을 활용하면 ‘포획 효과’, ‘차폐 효과’, ‘고정층 효과’라는 세 가지 효과를 통해 원통형 탱크의 균일한 부식이나 SCCC 부식을 방지할 수 있습니다.6.3 만약 저장탱크의 부식 상태가 매우 심각하거나 자주 부식이 발생했다면, ZARE 기술을 적용한 후에도 1년에 한 번씩은 반드시 정기 점검을 실시하는 것이 좋습니다.ZARE 희토류 합금층의 부식 상태를 점검해야 합니다. 만약 ZARE 희토류 합금층에 “희생 양극”으로 인한 손상이 발생한다면, 그때는 “희생 양극 막”의 역할이 제대로 작동하여, 저장탱크 본체의 Hab이 저장탱크의 금속 구조로 침투하는 것을 억제합니다. 이를 통해 수소에 의한 취성 현상, 즉 SSCC가 발생하는 것을 줄이거나 방지할 수 있습니다.H2O, H2S와 같은 물질에 대한 분석 횟수를 늘리고, 실린더형 탱크의 검사 주기를 단축해야 합니다. 그래야만 문제점과 그 원인을 파악하여, 신속하게 ZARE 희토류 합금 층을 이용해 탱크에 방식 처리를 할 수 있습니다. 그림 1: 포화된 H2S 수용액에서의 ZARE와 알루미늄 희생양극의 방전 성능 비교. 방전 데이터 그래프를 보면, ZARE 희토류 합금의 방전 효과가 알루미늄 희생양극에 비해 훨씬 우수하며, 그 방전 효율은 알루미늄 양극보다 3~5배 이상 높은 것으로 나타납니다.