이 글의 목적은 산업설비 배관의 부식 종류와 부식형태를 체계적으로 정리하고, 원인·진단·평가·대응 절차를 현장에서 바로 적용할 수 있도록 실무 지침을 제공하는 것이다.
1. 배관 부식의 기본 개념과 분류 체계
부식은 금속이 환경과 전기화학적 반응을 하여 점진적으로 열화되는 현상이다. 배관에서의 부식은 두께 손실, 천공, 균열, 기계적 성질 저하로 이어져 누출과 사고로 연결되기 때문에 체계적 분류와 관리가 필요하다.
분류 축 개요이다.
- 구동 원리 기준 분류: 전기화학적 부식, 화학적 부식, 기계적-부식 복합 작용이다.
- 형태학 기준 분류: 전면부식, 국부부식, 선택부식, 균열형 부식이다.
- 환경 기준 분류: 수성환경, 고온고압, 해수·염화물, 산성가스(H2S·CO2), 미생물, 전류 간섭 환경이다.
- 재료 기준 분류: 탄소강, 저합금강, 스테인리스강, 구리합금, 니켈합금, 듀플렉스 등이다.
| 분류 축 | 세부분류 | 핵심 특징 | 주요 발생 조건 |
|---|---|---|---|
| 형태학 | 전면부식 | 균일 두께 감소 | 중성·약산성 수용액, 탄소강 |
| 형태학 | 국부부식(피팅) | 점상 천공 | 염화물, 정체 유동, 스테인리스 |
| 형태학 | 틈새부식 | 갭 내부 산소 결핍 | 가스켓·클램프·침전물 아래 |
| 형태학 | 선택부식 | 합금 성분 선택 용출 | 황동의 탈아연, 주철의 흑연화 |
| 형태학 | 균열형 부식 | SCC·수소취성·SSC | 응력+특정 이온 또는 H2S |
| 구동 | 갈바닉 부식 | 이종금속 전위차 | 전기적 접촉+전해질 |
| 복합 | 침식-부식 | 고속 유동에 의한 보호막 파괴 | 엘보·오리피스 하류 |
| 복합 | 공동화-부식 | 기포 붕괴 충격 | 펌프 임펠러, 밸브 시트 |
| 환경 | 미생물 부식(MIC) | SRB 등 대사 산물 영향 | 저유속, 슬라임, 침전 |
| 환경 | 이류 전류 부식 | 외부 전류 유입·유출 | 철도·지중 배관 인접 |
2. 주요 부식 종류별 메커니즘과 징후
2.1 전면부식(Uniform Corrosion)
금속 표면 전반에 균등하게 진행되는 두께 감소 형태이다. 탄소강이 중성 내지 약산성 수용액에 노출될 때 흔하다. 외관상 녹과 스케일이 균일하게 관찰되며, 초음파 두께측정으로 손실률을 평가한다.
2.2 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)
전위가 다른 이종 금속이 전해질을介해 접촉할 때 전위가 낮은 금속에서 우선적으로 용출이 일어나는 현상이다. 예시로 스테인리스-탄소강 플랜지 접합부에서 탄소강 측 국부 손상이 집중된다. 면적비가 크고 전도성 전해질이 있을수록 심화된다.
2.3 피팅 부식(Pitting)
염화물이 존재하는 환경에서 수동피막이 국부적으로 파괴되어 미세한 구멍 형태로 성장하는 부식이다. 스테인리스강의 가열 영향부, 정체 유동 구간, 증발이 일어나는 상부 헤드에서 빈발한다. 피트 깊이는 평균 손실 대비 과도하게 커서 조기 천공의 주요 원인이다.
2.4 틈새부식(Crevice)
패드·가스켓·클램프·침전물 아래의 미세 틈에서 산소 공급 제한으로 음극 반응이 지연되어 산성화가 진행되는 국부부식이다. 세척 불량과 장시간 정지 시 위험하다.
2.5 선택부식(Selective Leaching)
황동에서 아연이 선택적으로 용출되는 탈아연화, 회주철에서 페라이트가 용출되고 흑연만 잔류하는 흑연화가 대표적이다. 경도 저하, 표면 분가루화, 색 변화가 징후이다.
2.6 응력부식균열(SCC)
인장 응력과 특정 부식 환경이 동시에 작용할 때 발생하는 균열형 파손이다. 염화물 환경의 오스테나이트계 스테인리스, 알카리 환경의 탄소강, 아세테이트 환경의 특정 합금이 취약하다. 균열은 주로 입내 또는 입계로 진행한다.
2.7 황화수소 환경 취성(SSC)·수소 유도 균열(HIC)·블리스터
H2S 존재 환경에서 수소 원자가 금속 내부로 확산하여 집적될 때 취성 파괴가 발생한다. 용접부와 고강도 강재가 위험하며, 평판형 박리와 스텝와이즈 균열이 관찰된다.
2.8 미생물 영향 부식(MIC)
황산염환원균, 철산화균 등의 대사 산물과 국부 전위 차가 작용하여 진행하는 부식이다. 점액성 바이오필름, 검은 침전, 황화물 냄새가 징후이다.
2.9 침식-부식(Erosion-Corrosion)
고속 유체와 고형물이 보호막을 지속적으로 제거하여 신선 금속면이 노출되며 가속되는 형태이다. 엘보 내부 곡률 외측, 티 분기부, 컨트롤 밸브 하류에서 초승달형 혹은 말발굽형 패턴이 나타난다.
2.10 공동화-부식(Cavitation)
저압 구간에서 기포가 형성되었다가 고압 영역에서 붕괴하는 충격으로 표면이 미세 망상 파손을 보인다. 펌프 임펠러, 밸브 시트, 프로펠러에서 관찰된다.
2.11 고온 건식 부식과 스케일링
고온에서 산소·황·염소가스와 반응하여 산화·황화·염화물이 형성되는 현상이다. 고온 산화 스케일 박리 후 급격한 손실이 반복된다. 고온 황화는 탄소강에서 가속적이다.
2.12 응력부식 외 균열 모드
- 입계부식(IGC): 저탄소화 불충분, 감열 등으로 입계에 크롬 고갈이 생길 때 발생한다.
- 입내부식(TGC): 특정 환경에서 결정 내부로 균일 진행한다.
- 피로-부식: 반복 응력과 부식이 중첩될 때 균열 개시 수명이 단축된다.
- 마모-부식(Fretting): 진동으로 미세 접촉면 마모와 산화물이 누적된다.
3. 부식 형태별 전형적 위치와 재료 민감도
| 부식 형태 | 전형적 위치 | 재료 민감도 | 가속 요인 |
|---|---|---|---|
| 전면부식 | 탄소강 배관 전역 | 탄소강>저합금강 | pH 저하, 온도 상승 |
| 갈바닉 | 이종금속 플랜지, 보강패드 경계 | 음극 금속 면적 작을수록 위험 | 고전도 전해질, 면적비 불리 |
| 피팅 | 탑 상부, 드레인 라인, 정체 구간 | 오스테나이트계 스테인리스 | Cl-, 고온, 건습 반복 |
| 틈새 | 가스켓 아래, 밴드클램프, 침적물 하부 | 수동피막 재료 전반 | 산소 결핍, 퇴적물 |
| MIC | 저유속 지관, 지중배관, 냉각수 | 탄소강, 스테인리스 모두 | 슬라임, 영양염, 무세척 |
| 침식-부식 | 엘보, 티, 컨트롤 밸브 하류 | 탄소강>경질 합금강 | 고속, 입자 함유, 난류 |
| SSC/HIC | 산성가스 배관, 압력용기 | 고강도 강재, 용접열영향부 | H2S, 잔류응력 |
| 선택부식 | 황동 밸브, 회주철 피팅 | 황동, 회주철 | 탈아연 환경, 산성수 |
4. 부식 속도 평가와 데이터 해석
대표 계산식이다.
- 질량감량 기반 속도식(밀스 퍼 이어, mpy)이다:
Corrosion Rate(mpy) = 534 × W / (D × A × T)이다. 여기서 W=g, D=g/cm³, A=in², T=hour이다. - 두께감소 기반 속도식이다:
CR = (t0 − tn)/Δt이다. - 잔여수명이다:
RUL = (t − tmin)/CR이다.
부식률은 계절성과 공정부하에 의존하므로 단일 지점 값에 과신하지 말아야 한다. 추세선, 분산, 상하위 10% 구간을 함께 본다.
5. 진단·검사 기법 선택 가이드
| 부식 형태 | 1차 진단 | 보조 기법 | 현장 팁 |
|---|---|---|---|
| 전면부식 | UT 두께측정 | ER 탐침, 시험편 쿠폰 | 그리드 매핑과 최소두께 기록이 중요하다 |
| 피팅 | 시각검사+피트게이지 | PAUT, MFL 튜브 검사 | 건습 반복 구간을 우선 시료 채취한다 |
| 틈새 | 분해검사 | 복합전위 측정, 염화물 분석 | 가스켓 교체 시 표면 처리 상태를 기록한다 |
| 갈바닉 | 전위측정 | IR 드롭 보정, 전기연속성 시험 | 절연키트 상태 확인이 핵심이다 |
| MIC | 바이오필름 스와브 | ATP 측정, 배양, DNA 기반 동정 | 샘플은 무산소 조건으로 운반한다 |
| 침식-부식 | 초음파 스캔 | 유동해석, 입도 분석 | 엘보 외측 고손실 영역을 밀집 측정한다 |
| SSC/HIC | MPI, UT-SWUT | 폭발음향, 전자현미경 | 잔류응력 제거 이력과 함께 해석한다 |
6. 예방·완화 전략 체크리스트
- 재료선정이다: 염화물 환경은 몰리브덴 강화 스테인리스 또는 듀플렉스 선택을 검토한다.
- 설계·배치이다: 배수·배기 경사 확보, 데드레그 최소화, 틈새 발생 구조 지양한다.
- 수질·유체관리이다: 염화물, 황화물, 산소, 영양염 관리 목표를 설정한다.
- 속도관리이다: 침식 우려가 있는 구간은 설계 유속을 낮추고 엘보 R을 키운다.
- 피막화·도장이다: 표면 전처리(솔트 테스트 포함)와 규격 적합 도막 두께를 확보한다.
- 음극방식·갈바닉 차단이다: 절연 조인트, 절연 키트, 희생양극, 외부전원 방식 적용을 검토한다.
- 화학적 억제제이다: 필름형·산소흡수형·pH 조절제 적용과 주입 지점 최적화를 수행한다.
- 용접·열처리이다: 저탄소·안정화 강재, 용접 후 용체화·응력제거 열처리를 검토한다.
- 세척·블로우다운이다: 침적물과 바이오필름을 정기적으로 제거한다.
- 감시체계이다: 부식쿠폰, LPR, ER, 전위, CP 전류, 수질 온라인 모니터링을 병행한다.
7. 유형별 실무 사례와 판단 로직
사례 1: 스테인리스 드레인 라인 반복 천공이다.
징후는 피팅 천공, 건습 반복 구간 갈색 얼룩이다. 판단은 염화물 농도 상승과 농축부위 피막 파괴이다. 조치는 합금 상향, 단열재 교체, 드레인 경사 개선, 표면 피막화이다.
사례 2: 탄소강 냉각수 배관의 국부 손상과 황 냄새이다.
징후는 슬라임, 검은 침전이다. 판단은 MIC 가능성이다. 조치는 바이오사이드 교번 주입, 슬러지 퍼지, 금속 이온 억제제 병용이다.
사례 3: 컨트롤 밸브 하류 엘보 두께 급감이다.
징후는 말발굽형 패턴과 방향성 손실이다. 판단은 침식-부식이다. 조치는 유속 저감, 스풀이재 적용, 입자 제거이다.
8. 현장 점검 포인트 목록
- 단열재 하부 CUI 위험 구간을 도면에 레이어로 표시한다.
- 엘보 외측, 티 분기, 드레인 하류, 가스켓 접촉부를 집중 점검한다.
- 배관 경사, 배수성, 고임 발생 여부를 확인한다.
- 이종금속 접촉부 절연 상태를 멀티미터로 확인한다.
- 유체 분석 결과와 부식쿠폰 결과를 동일 기간으로 정렬하여 해석한다.
9. 관리 프로그램 설계 절차
- 위험식별이다: 유체, 온도, 압력, 재료, 용접, 단열, 이류전류, 외부환경을 도출한다.
- 위험랭킹이다: 발생확률×영향도 기준으로 부식 메커니즘별 점수화를 수행한다.
- 검사전략이다: DM별 NDE 기법, 주기, 샘플링 비율을 결정한다.
- 완화전략이다: 재료·설계·억제제·방식·세척 조합을 선정한다.
- 모니터링이다: 온라인·오프라인 지표와 경보 한계를 설정한다.
- 피드백이다: 사고·결함·개선조치 이력을 반영해 주기와 범위를 수정한다.
10. CUI(단열 하부 부식)와 특수 환경
CUI는 단열재 흡수수의 염 농축과 건습 반복이 결합하여 발생한다. 탄소강은 10~120°C, 스테인리스는 50~175°C에서 위험도가 높다. 단열재 절단면 밀봉, 배수 설계, 표면 코팅, 정기적 샘플 개방이 필요하다.
11. 소재별 부식 민감성 한눈에 보기
| 재료 | 강점 | 주의 환경 | 주요 리스크 |
|---|---|---|---|
| 탄소강 | 비용 효율, 용접 용이 | 저pH, O2, H2S, CO2 | 전면부식, SSC/HIC |
| 304/316 | 수동피막, 내식성 우수 | Cl- 고농도, 고온 | 피팅, 틈새, SCC |
| 듀플렉스 | 고강도, Cl 환경 강함 | 고온 감열 | IGC, 용접 관리 |
| 구리합금 | 해수 내식, 항균성 | 암모니아, 황 | 탈아연, 침식-부식 |
| 니켈합금 | 강한 환원·산화 환경 | 비용, 용접 변수 | 설계·시공 관리 필요 |
12. 부식 데이터 관리와 보고
- 포맷 일관성이다: 위치, 고도, 방향, 두께, 환경지표를 표준 템플릿으로 기록한다.
- 지도화이다: P&ID에 손상 메커니즘별 컬러레이어를 만든다.
- KPI이다: 평균부식률, 최댓값, 90백분위, 천공 건수를 관리한다.
- 의사결정이다: RUL 하한 도달 시 감육보강, 교체, 재질 상향 중 최적안을 선택한다.
FAQ
피팅과 틈새부식의 현장 구분 방법은 무엇인가?
피팅은 개별 깊은 구멍이 산발적으로 나타나며 평탄부와 급경계가 형성된다. 틈새부식은 가스켓 등 갭 내부에서 길이 방향으로 퍼지며 분해 시 갭 안쪽에 집중된 변색과 면상 손실이 나타난다.
갈바닉 부식을 줄이기 위한 최우선 조치는 무엇인가?
전기적 절연과 면적비 개선이다. 절연 가스켓·슬리브를 적용하고, 음극 금속 면적을 충분히 크게 하여 전류 밀도를 낮춘다.
MIC가 의심될 때 첫 조치는 무엇인가?
바이오필름과 슬러지를 물리적으로 제거하고, 샘플을 무산소 상태로 수집하여 분석한다. 동시에 바이오사이드 주입을 교번 방식으로 전환한다.
부식 억제제 주입 효과 검증은 어떻게 하나?
주입 전후 동일 지점의 부식쿠폰·LPR·수질 데이터를 동기간으로 비교한다. 최소 2회 교차 검증하여 지속 효과를 판단한다.
두께가 기준 이하로 감소했을 때 교체와 보강 중 무엇을 선택해야 하나?
압력, 온도, 손상 범위, 접근성, 정지 가능 시간을 평가한다. 국부 손상은 스루자켓·클램프 보강이 유효하나 광범위 감육은 교체가 안전하다.