보일러 처리 (Boiler water treatment) 수처리 사업부

전처리 및 Demi. System 원수(Raw Water) 이온교환수지탑 (Demineralizer) Clarifier 활성탄탑 (A/C Filter) Clarifier 경도성분(Ca,Mg) CO2, Silica, 양이온 음이온 제거 SS,Colloid,탁도제거 Filter SS,탁도제거 유기물,잔류염소제거 Demi. Water Tank

급수 및 보일러 계통 Demi. Water Tank Economizer Condensate Tank Steam Drum B/D L.P Heater Super Heater Deaerator Turbine or Process 용존산소 제거 H.P Heater Condensate or Waste

Clarification(응집처리) 응집처리 목적 원수 중에 함유된 Colloid 상 물질과 현탁상 물질을 제거하기 위함.

Filtration(여과처리) 여과처리 목적 응집처리후 Carry-Over된 부유물질(Floc) 을 제거하기 위함. 유입수 모래 ANTHRACITE 처리수 유입수 자갈

A/C Filter(활성탄탑) 활성탄(Activated Carbon) 미세한 공극에 의한 흡착 작용으로 이온교환수지탑 전단에 설치되어 이온교환수지에 장해를 줄수 있는 유기물 및 잔류염소를 제거함. 유기물 및 잔류염소 음이온교환수지에 유기물에 의한 Fouling 을 발생시키고 이온교환수지를 산화시켜 수지의 성능을 저하시키는 원인이 됨.

이온교환수지 장치

이온교환수지 TYPE Cation Resin(양이온 수지) :양이온 제거 Anion Resin(음이온 수지) : 음이온 제거 강산성 양이온 수지(R-SO3-) 약산성 양이온 수지(R-COO-) Anion Resin(음이온 수지) : 음이온 제거 강염기성 음이온수지 약염기성 음이온수지 기 타(Chelate Resin)

이온교환수지의 이온 선택성 및 친화성 일반적으로 이온의 원자가가 클수록, 원자가가 같을 때에는 원자번호가 커질수록 선택성이 커진다. 강산성 양이온 수지(희박용액의 경우) Li+ < H+ < Na+ < NH4+ < K+ < Zn+2 < Mg+2 < Ca+2 < Al+3 강염기성 음이온수지(희박용액의 경우) F- < OH- < HCO3- < Cl- < NO3- < SO4-2

이온교환 장치 구분 SOFTENERS (NaZ) DEALKALIZERS (ClZ) DEMINERALIZERS (SAC & SBA) MIXED BED POLISHERS

SOFTENERS(연수장치) 경도성분 연화 2R-SO3Na + Ca+2(or Mg+2)  (R-SO3)2Ca(or Mg) + 2Na+ 5 - 10% NaCl 용액으로 재생 : (R-SO3)2Ca + 2NaCl  2R-SO3Na + CaCl2

보일러 수질관리 목적 보일러 급수계통, 보일러, 터빈 및 응축수 계통에서 물 및 증기중의 불순물에 의해 발생될수 있는 Scale 이나 Corrosion 등으로 인한 장해를 미연에 방지하여 Plant의 운전효율 유지와 안정운전을 기하기 위함.

보일러 수질관리 항목별 관리목적(1) 급수 수질 pH : 급수 및 보일러 부식 방지 경도성분(Ca,Mg) : 보일러 튜브 Scale방지 용존산소(DO) : 급수 및 보일러 튜브 부식 방지 전도도 : 용존염류에 의한 부식 방지 Fe : 보일러 튜브 Scale 방지 탈산소제 : 용존산소 제거 TOC(Oil) : Carry-Over 및 Scale 방지

보일러 수질관리 항목별 관리목적(2) 보일러 수질 pH : 보일러 부식 및 Carry-Over 방지 경도성분(Ca,Mg) : 보일러 튜브 Scale방지 Alkalinity : 알카리부식(Caustic Corrosion) 방지 전도도 : 용존염류에 의한 부식 방지 Silica : 보일러 튜브 Scale 방지/Carry-Over 에 의한 Turbine Scale 방지 Chloride : 보일러 튜브 Pitting 방지 Phosphate : 보일러 pH Control / 경도성분 연화제

보일러 수질관리 항목별 관리목적(3) 증기 및 응축수 수질 pH : 응축수 계통 부식 방지 전도도 : 용존염류에 의한 부식 방지 Fe : 응축수 계통 부식정도 측정 및 회수시 급수계통 철분 유입 방지 Silica : 보일러 Carry-Over 확인 및 증기계통 Scale 방지 TOC(Oil) : 응축수 계통 Leak여부 확인 및 급수계통 유입 방지

JIS KS 보일러 수질관리 기준 ASME ABMA 각 Boiler Maker 및 사용자 수질관리 기준 설정 압력별 기준치 설정 보일러 형식별 설정 처리 약품별 설정 급수 수질별 설정

ASME 보일러 급수 관리 기준 (보일러 형식 : Water-tube Boilers) Drum Pressure (psig) 0 - 300 301 - 450 451 - 600 601 - 750 751 - 900 901 - 1000 1001 - 1500 Iron (ppm Fe) 0.10 0.05 0.03 0.025 0.02 0.01 Copper (ppm Cu) 0.05 0.025 0.02 0.015 0.01 Hardness (ppm CaCO3) 0.30 0.20 0.10 0.05 0.0

보일러 수중 불순물에 의한 장해 Corrosion(부식) Scale Carry-Over (기수공발) 경도성분(Ca,Mg) 금속산화물(Fe,Cu) 부유물(Solid) Silica Chloride 용존산소(DO) CO2 Oil 유기물 Corrosion(부식) Scale Carry-Over (기수공발)

국부부식 생성 과정 Cathode Anode 음극 반응(환원반응) 양극 반응(산화반응) Fe(OH)3 Fe(OH)2 O2 Fe +2 OH - Anode Cathode Electron Flow 양극 반응(산화반응) Fe Fe + 2e 2Fe(OH)2 + O2 + H2O 2Fe(OH)3 1 2 O 2+ - 음극 반응(환원반응) O2 + H2O + 2e 1 2 - 2OH

부식발생 인자 금속재질 pH 용존산소 TDS(Sodium,Chloride......) 온도 유속 Stress Free Caustic Carbonic Acid(응축수 계통)

pH에 따른 Steel의 부식경향 부식경향 안전영역 pH 8.5 pH 12.7 pH 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 부식경향 pH 8.5 pH 12.7 pH 안전영역

pH에 따른 각 재질의 부식경향 부식경향 7 8 9 10 pH CARBON STEEL COPPER

Scale 생성원 및 조성 급수중 불순물 유입 경도성분(Ca,Mg) Silica Fe , Cu 보일러 튜브 부식 생성물 Fe

각종 염류의 온도에 따른 용해도 온도 Sodium Salts (Except Sodium Phosphate) Hardness Salts 용해도 The Solubility of Salts Changes with Temperature (Except Sodium Phosphate) Sodium Salts 온도

경도성분에 의한 Scale

Carry-Over (기수 공발) Carry Over에 의한 장해 보일러수중 불순물로 인한 Steam계통 스케일 형성 특정 성분에 의한 부식(Sodium에 의한 Caustic Corrosion) 습분 증가에 의한 터빈 Blade의 Erosion 발생

Carry-Over 종류(1) 물리적 기수공발(Priming) Steam Drum의 기수 분리기 불량 Steam Drum 운전 Level 불량 보일러 Load변화 보일러 과열

Carry-Over 종류(2) 화학적 기수공발(Foaming) Selective Carry Over TDS (총 용존 고형물) Alkalinity (알카리도) Organics (유기물) Selective Carry Over Silica (실리카)

보일러 압력과 pH에 따른 Silica의 휘발도 500 1000 1500 2000 2400 2500 3000 0.1 1.0 10.0 0.04 0.02 0.06 0.08 0.2 0.4 0.6 0.8 2.0 4.0 6.0 8.0 0.01 pH 9.0 pH 10.3 pH 11.3 pH 12.1 PRESSURE, psig 보일러수에 대한 Steam중 Silica비율(%)

Steam중 0.02ppm 이하로 유지하기 위한 보일러 압력별 Silica 유지 농도 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 1.0 10 100 0.4 0.2 0.6 0.8 2 4 6 8 20 40 60 80 pH 12.2 pH 11.3 pH 10.3 pH 9.0 and 7.8 DRUM PRESSURE, psig BOILER WATER SILICA, ppm

보일러 수처리 1.용존산소 제거 2.보일러 내처리 3.응축수 처리

OXYGEN CONTROL

Oxygen Control 용존산소 제거 물리적(Deaerator) : 97 - 98 % 제거 화학적 제거 : 잔류 용존산소(10 - 50ppb) Deaerator Type Steam사용 Spray Type Tray Type Vacuum Deaerator Deaerator Guarantee : 7 ppb

SPRAY TYPE DEAERATOR CONDENSATE MAKEUP MIXING TEE VENTS HEATER TANK VALVES, NOZZLES COLLECTOR STEAM BAFFLES STEAM EQUALIZER COUNTER-CURRENT UPWARD FLOW DOWNCOMER SCRUBBER SECTION STORAGE TANK TO FEEDWATER PUMP

TRAY TYPE DEAERATOR CONDENSATE MAKEUP WATER BOX VENTS VALVES, NOZZLES HEATER TANK STEAM SPRAY CHAMBER TRAY STACK STEAM EQUALIZERS COUNTERCURRENT FLOW DOWNCOMER STORAGE TANK TO FEEDWATER PUMP

Deaerator 효율 관리 내부 구조물 파손여부 확인 내부 압력 및 온도 적정 유지 Vent 관리 (BFW Rate의 0.5 - 1.0%): 18 ~ 24 inch Delta-T 관리 Delta-T = Tsat - Tinlet Spray Type = 28 C (Min.) Tray Type = 11 C (Min.) Retention Time: 10 min

탈산소제의 종류 비휘발성 아황산염 (SO3) : OMEGA 3, OMEGA 4 타닌: OMEGA 8 휘발성 하이드라진, 촉매화 하이드라진: 발암성 물질 하이드로퀴논: 고온 고압 보일러 OMEGA 9 DEHA: 중압 보일러, 관류형 보일러, OMEGA 7 아스코빅 산 (비타민 C)

INTERNAL TREATMENT

FOUR-PASS FIRETUBE BOILER

WATERTUBE BOILERS BOILER DESIGN RISERS DOWNCOMERS SUPERHEATER WATER WALLS SUPERHEATER SCREEN TUBES STEAM DRUM MUD ECONOMIZER AIR HEATER RISERS DOWNCOMERS

BOILER 수처리 역사 1800년대 후반 증기 기관차의 보일러에 적용 Startch Lignins 1945년대 현재 가장 범용인 Phosphate사용 Coordinated Program 1960년대 후반 Polymer / Chelant 사용 Program 사용

Coordinated pH/PO4 Control (Phosphate 처리의 목적) +2 -3 Phosphate의 경도성분 연화작용으로 Scale생성 방지 3Ca + 2PO4 Ca3(PO4)2 Phosphate의 pH Buffer작용으로 부식 방지 pH의 과도한 감소로 인한 Acid Corrosion 방지 pH의 과도한 상승(유리 알카리 생성)으로 인한 Caustic Corrosion 방지 : Na/PO4 몰비 유지 NaH2PO4 + 2NaOH 2Na3PO4 + 2H2O

MAXIMUM BOUNDARY 3.0:1 MOLAR RATIO COORDINATED pH/PHOSPHATE CONTROL 10.8 10.6 10.4 10.2 10.0 9.8 9.6 9.4 9.2 9.0 8.8 8.6 8.4 8.2 1.0 2 3 4 5 6 7 8 10 15 20 30 40 50 60 ppm Orthophosphate, as PO4 ``Free'' Caustic Region ``Captive'' Alkalinity Vector Control Diagram Control Area >2600 psi 2001-2500 psi 1501-2000 psi 901-1500 psi <900 psi - CONTROL AREA 2501-2600 psi MAXIMUM BOUNDARY 3.0:1 MOLAR RATIO 2.6:1 Na/PO4 2.7:1 Na/PO4 2.8:1 Na/PO4 CONTROL BOUNDARY 2.2:1 Na/PO4 MOLAR RATIO BLOWDOWN MONO-SODIUM PHOSPHATE DI-SODIUM TRI-SODIUM CAUSTIC pH AT 25C

Polymer의 주 작용 결정 변화 (Crystal Modification) 입자들 분산 (Particle Dispersion) 반발력 (Repulsion & distortion)

청관제의 종류 인산염 단독 THETA 7: 순수 사용, 고온 고압 보일러 인산염, 분산제 인산염, 탈산소제, 분산제 THETA 9, UPSELON 2 : 연수 사용, 중형 보일러 인산염, 탈산소제, 아민, 분산제 OMICRON 9: 연수 사용, 중형-소형 보일러

CONDENSATE TREATMENT

CO2 의 변화 Mechanism IN THE BOILER: 2HCO3- CO3= + H20 + CO2 CO3= CO2 + 2OH- IN THE CONDENSATE: CO2 + H20 H2CO3 H2CO3 H+ + HCO3- STEAM CO2 FEEDWATER HCO3- CO3= OH- BLOWDOWN

pH에 따른 Carbon Steel의 부식 경향 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 SAFE RANGE pH RELATIVE CORROSIVE ATTACK 8.5 pH 12.7 pH

응축수(Condensate) 처리제 중화 아민 (Neutralizing Amine) 필림형 아민 (Filming Amine) O2 Scavenger / Passivator

중화형 아민 (Neutralizing Amine) Carbonic Acid 중화 R-NH2 + H2CO3 R-NH3 + HCO3 pH 상승 R-NH2 + H2O R-NH3 + OH - +

필림형 아민 (Filming Amine) METAL SURFACE

응축수 부식방지제의 종류 SIGMA 3 : Cyclohexylamine SIGMA 2 : Mophorine + Cyclohexylamine SIGMA 4 : Mophorine

보일러 처리 약품

보일러 진단 요령 보일러 수질 사전조사표 활용 현장 수질 분석 현황 조사 수질 분석 Report 작성 pH , DO 측정 샘플링 및 모니터링 상태 확인 현황 조사 수질 분석 Report 작성

보일러수 샘플링 요령