Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제26권1호
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pp.99-107
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2002
Recently all kinds of structural materials are subjected to the severe corrosive environment. Especially corrosion problems of heat exchanger such as galvanic corrosion, erosion and cavitation raised by both contaminated solution and high velocity of fluid to increase cooling effect of heat exchanger have been frequently reported in these days. In this study two kinds of sheet materials and five kinds of tube materials are used for galvanic corrosion characteristics and their corrosion current density calculation. The tube materials having the most galvanic corrosion resistance between tube and sheet of heat exchanger were Al Brass(68700) and Al Brass(C6872TS) and although Ti tube predominantly indicated the highest individual corrosion resistance among those five tube materials. it appeared that Ti tube can be allowed as sheet materials to get galvanic corrosion easily. However it is considered that Cu-Ni tube materials is not only easy to produce galvanic corrosion significantly between tube and sheet regardless of kinds of sheet materials but also is appeared considerably its own high corrosion current density
Wall thinning of pipeline in power plants occurs mainly by flow acceleration corrosion (FAC), cavitation erosion (C/E), liquid droplet impingement erosion (LDIE). Wall thinning by FAC and C/E has been well investigated; however, LDIE in plant industries has rarely been studied due to the experimental difficulty of setting up a long injection of highly-pressurized air. In this study, we designed a long-term experimental system for LDIE and investigate the behavior of LDIE for three kinds of materials (A106B, SS400, A6061). The main control parameter was the air-water ratio (${\alpha}$), which was defined as the volumetric ratio of water to air (0.79, 1.00, 1.72). In order to clearly understand LDIE, the spraying velocity (${\nu}$) of liquid droplets was controled larger then 160 m/s and the experiments were performed for 15 days. Therefore, this research focuses relation between erosion rate and air-water ratio on the various pipe-flow materials. NPP(nuclear power plant)'s LDIE prediction theory and management technique were drawn from the obtained data.
Ships and offshore structures are exposed to harsh marine environments, and maintenance and repair are becoming increasingly important to the industry and the economy. The major corrosion phenomenons of metals and alloys in marine environment are pitting corrosion, stress corrosion cracking, crevice corrosion, fatigue corrosion, cavitation-erosion and etc. due to the effect of chloride ions and is quite serious. Methods of protection against corrosion can generally be divided into two groups: anodic protection and cathodic protection. Anodic protection is limited to the passivity characteristics of a material in its environment, while cathodic protection can apply methods such as sacrificial anode cathodic protection and impressed current cathodic protection. Sacrificial anode methods using Al and Zn alloys are widely used for marine structures and vessels intended for use in seawater. Impressed current cathodic protection methods are also widely used in marine environments, but tend to generate problems related to hydrogen embrittlement caused by hydrogen gas generation. Therefore, it is important to the proper maintenance and operation of the various corrosion protection systems for ship in the harsh marine environment.
A number of piping components in the secondary system of nuclear power plants (NPPs) are exposed to aging mechanisms, such as flow-accelerated corrosion (FAC), cavitation, flashing, solid particle erosion, and liquid droplet impingement erosion. Those mechanisms may lead to thinning, leaking, or rupture of the components. Due to the pipe ruptures caused by wall thinning in Surry unit 2 in the USA in 1986 and Mihama unit 3 in Japan in 1994, pipe wall thinning management has emerged as one of the most important issues in the nuclear industry. To manage pipe wall thinning, a foreign program has been utilized for NPPs in Korea since 1996. As our experience and knowledge of pipe wall thinning management have accumulated, our program needs to reflect our experience, requests from users, and the result of recent experiments using Flow Accelerated Corrosion Testing System (FACTS). FACTS is the empirical experimental facility developed by Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) for tests. Accordingly, KEPCO-E&C developed a 3D-based pipe wall thinning management program called ToSPACE in 2016. This paper describes a comparison between the FAC analysis results using ToSPACE and the experimental results using FACTS to verify their applicability to pipe wall thinning management in NPPs.
In the case of casting materials or ductile materials for marine equipment, it is common to employ a surface modification for achieving cost reduction and improvement in strength. In particular, aluminium bronze ALBC3 exhibits excellent corrosion resistance, and thus widely used for marine application. However, application of the material under high-velocity seawater flow may induce electrochemical corrosion damage and physical damage such as cavitation erosion, leading to shorter service life of equipment. In this study, surface modification was carried out on ALBC3 alloy for different shot peening stand-off distances, and the physical hardness and electrochemical characteristics before and after modification were investigated. The results in each case showed the hardness increase in comparison with non-peened specimen, and the maximum hardness improvement(50 %) was found in 10 cm of shot-peening stand-off distance. It is observed that the electrochemical characteristics were irrelevant to application of shot peening.
유동가속부식(FAC)은 가장 잘 알려진 탄소강 배관 손상 메커니즘으로 현재 국내 전 원전에서는 유동가속부식으로 인한 감육현상을 관리할 수 있는 체계적인 방안이 수립되어 있다. 그러나, 발전소 배관은 다양한 침식손상 메커니즘에 의해 여전히 손상을 받고 있다. 대표적인 침식 메커니즘은 캐비테이션, 액적충돌침식(LDIE), 플래싱, 고체입자침식(SPE)이다. 본 논문에서 기술하는 액적충돌침식 은 손상예측이 어렵고, 관리를 위한 체계적인 방안도 수립되어 있지 않다. 본 논문에서는 실제 발전소 현장에서 발생한 사례를 바탕으로 기존에 개발된 예측 모델과 실험을 통해 얻어진 상관식을 비교하여 액적충돌침식으로 인한 손상을 평가할 수 있는 방법을 제시하였다.
A huge number of carbon steel piping components installed in the secondary system of nuclear power plants are exposed to aging mechanisms such as FAC (Flow-Accelerated Corrosion), Cavitation, Flashing, and LDIE (Liquid Droplet Impingement Erosion). Those aging mechanisms can lead to thinning of the piping components. To manage the wall thinning degradation, most of utilities in the world predict the wall thinning rate based on the computational program such as CHECWORKS, COMSY, and BRT-CICERO, evaluate the UT (Ultrasonic Test) data, and determine next inspection timing, repair or replacement, if needed. There are several evaluation methods, such as band, blanket, and strip methods, commonly used for determining the wear of piping components from single UT inspection data. It has been identified that those single UT evaluation methods not only do not consider the manufacturing features of pipes, but also may exclude the data of the most thinned point when determining the representative wear rate of piping components. This paper describes a newly developed single UT evaluation method, E-Cross method, for solving above problems and introduces application examples for several pipes and elbows. It was identified that the E-Cross method using the length and width of UT data excluded the most thinned points appropriate as the single UT evaluation method for thinned piping components.
Flow-accelerated corrosion (FAC), liquid droplet impingement erosion (LDIE), cavitation and flashing can cause continuous wall-thinning in nuclear secondary pipes. In order to prevent pipe rupture events resulting from the wall-thinning, most NPPs (nuclear power plants) implement their management programs, which include periodic thickness inspection using UT (ultrasonic test). Meanwhile, it is well known in field experiences that the thickness measurement errors (or deviations) are often comparable with the amount of thickness reduction. Because of these errors, it is difficult to estimate wall-thinning exactly whether the significant thinning has occurred in the inspected components or not. In the previous study, the authors presented an approximate estimation procedure as the first step for thickness measurement deviations at each inspected component and the statistical & quantitative characteristics of the measurement deviations using plant experience data. In this study, statistical significance was quantified for the current methods used for wall-thinning determination. Also, the authors proposed new estimation procedures for determining local wall-thinning to overcome the weakness of the current methods, in which the proposed procedure is based on analysis of variance (ANOVA) method using subgrouping of measured thinning values at all measurement grids. The new procedures were also quantified for their statistical significance. As the results, it is confirmed that the new methods have better estimation confidence than the methods having used until now.
무전해 니켈도금 층은 마모, 마찰, 스크래치, tribology 등에 대한 내구성뿐만 아니라 내식성도 우수하여 산업현장에서 널리 적용되고 있다. 일반적으로 무전해 니켈도금 층의 내구성은 경도 값과 직접적인 상관관계를 가지며, 그 값은 약 $400-500H_V$ 정도이다. 이러한 무전해 도금 층에 대하여 약 $400^{\circ}C$에서 1시간 정도 열처리를 실시하면 경도 값은 약 $800-1000H_V$ 정도로 현저히 증가되고 내구성 역시 크게 향상시킬 수 있다. 그러나 해양환경에서 발생되는 캐비테이션 침식 부식에 대한 무전해 니켈도금 층의 열처리에 관한 연구는 거의 전무한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 회주철의 캐비테이션 침식 부식을 방지하기 위해 무전해 니켈도금 후 다양한 온도와 시간으로 열처리를 실시하여 도금 층의 캐비테이션 침식 부식 특성을 평가하고자 하였다. 무전해 니켈코팅을 위한 모재는 회주철(FC250)을 $19.5mm{\times}19.5mm{\times}5mm$의 크기로 가공하였다. 도금조로 500mL 비커를 사용하였으며, 모든 시험편은 2시간 동안 무전해 니켈도금을 실시하였다. 그리고 캐비테이션 실험은 ASTM G32 규정에 의거하여 천연해수 내 $30^{\circ}C$에서 $50{\mu}m$의 진폭으로 실시하였다. 그 결과 열처리 적용 시 EN 도금의 표면경도가 현저히 증가하여 캐비테이션 침식 부식 저항성이 상당히 개선되었다.
알루미늄 합금은 내구성과 내식성이 우수한 경량 재료이다. 그 중 Al-Mg계 5083 Al 합금은 가공성 및 용접성이 우수하여 선체 재료로 널리 이용되고 있다. 이는 선체 중량의 경량화로 인해, 연료비 절감과 빠른 선속 등 다양한 이점을 지니기 때문이다. 그러나 선박의 고속화에 따라 선체에 가해지는 유체충격이 증가하고, 압력 저하에 기인하여 캐비테이션-침식 손상이 증가할 뿐만 아니라, 염소이온이 존재하는 해수환경에서는 침식과 부식의 시너지효과로 인하여 재료의 손상이 더욱 가속화된다. 이에 대한 다양한 방지책들이 제안되고 있으나, 강한 충격압을 동반한 캐비테이션 침식-부식 복합 손상 환경에서는 다소 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 알루미늄 5083에 대하여 캐비테이션 환경 하에서 일정 전위를 인가하며 침식-부식 손상이 최소화 되는 전위 구간을 규명하고자 하였다. 먼저, 분극 실험을 선행하여 재료의 전기화학적 거동을 파악 한 후 적용 전위구간을 선정하여, 해당 전위를 인가한 상태에서 캐비테이션 실험을 실시하였다. 전기화학적 분극실험과 캐비테이션-전기화학 복합 실험은 $25^{\circ}C$의 해수 하에서 실시하였으며, 시험편의 노출면적은 $3.24cm^2$으로 하였다. 분극 실험은 개로전위로부터 +3 V까지 2 mV/s의 분극속도로 전위를 인가하였고, 기준전극으로 Ag/AgCl, 대극으로 백금전극을 사용하였다. 캐비테이션-전기화학 복합 실험은 정전위를 인가한 상태에서 대향형 진동법으로 진동수 20 kHz, 진폭 $30{\mu}m$ 진동을 20분간 가하였으며, 혼팁과 시험편 사이의 거리는 1 mm로 일정하게 유지하였다. 실험 후 표면 손상의 정량적 분석을 위해 인가된 전위별 전류밀도를 비교하고, 무게감소량을 측정하였으며, 손상경향 파악을 위하여 3D광학현미경과 주사전자현미경(SEM)을 통해 표면을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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