Wet, Sour Service and HIC Test 란 무엇인가요?

이름부터 생소한 Wet, sour service 란 무엇이며 HIC 또 무엇을 말하는 것일까요? 이에 대한 한 밀접한 연관을 가지고 있는 물질이 있습니다. 바로 황화수소(H2S-Hydrogen Sulphide) 입니다. 황화수소는 익히 알고 있듯이 가연성을 갖고 있으며 독성물질로 분류 되어 있으며 강을 부식시킬 수 있기 때문에 배관과 같은 구간에서는 주의를 요합니다. Sour service 란 바로 이러한 황화수소가 포함되어 있는 공정을 말 합니다. 다시말해 황화수소를 다루는 장치류나 배관, Vessel 등의 시스템을 Sour service 라고 합니다.

•  Wet, Sour service 란 H2S 가 포함된 공정을 말하며 독성물질이며 강의 부식을 유발하는 물질로써 환경적으로 산업적으로 영향을 미칠수 있으므로 Engineering 과정에서 Case 별로 주의를 요합니다.  

Specification 상에 Sour service 라는 문구가 있다면 100% 이고 아니더라도 공정상에 사용  유체에 H2S가 포함되어 있다면 한번쯤은 확인이나 원 발주처와 같이 상위 엔지니어링 社와 협의를 진행할 필요가 있습니다. HIC Test 를 해야 합니까? HIC 자재를 사용해야 합니까? 사실 이러한 부분은 Engineering 에서 필터링 해줘야 하는 부분입니다. HIC 로 판명이 되거나 의심스럽다면 품질부서나 Senior Engineer 알려야 합니다. 왜냐면 Sour service 인데 해당 재질이 용접 강관이나 용기와 같이 열심히 만들어 놓고 다시 만들어야 하는 일이 생길수도 있습니다. (그런 일은 아직까지 발생하지 않았습니다...)

 

Total Flow : 100 m3/min.

Chemical Composition

 

 Water : 20.5%

 Propane : 24.5%

 Methane : 30%

 Hydrogen Sulfide : 25%

 Total : 100%

Data sheet 상에 Hydrogen sulfide 를 발견했다면? Sour service 일수도 있다는 것을 인지하고 업무에 접근하는 센스가 필요하면서도 Hydrogen sulfide 가 포함되어 있다고 해서 무조건적으로 Sour service 는 아니라는 것. 이에 대한 기준은 재질,부식관련 Bible 인 NACE에서 기준을 정하고 있습니다. 

• 전체 압력이 65 psia 이상일 때 
• H2S의 부분압이 0.05 psia 이상일 때 

판단 기준에 대한 명확한 내용이 필요할 경우 NACE MR 0175 material requirement 를 확인해 보시기 바랍니다. 

 

Sour service 라고 특정 용어를 정의하고 Engineering 과정중에 한번쯤은 눈이 가게 만드는 이유는 무엇일까요? 이에 대한 해답은 바로 HIC 입니다. Sour service는 Hydrogen induced cracking (HIC) 를 유발합니다. HIC란 부식반응에 의해 발생한 수소가 강에 침투하여 균열을 생성하는 현상을 말 합니다. 이는 위의 NACE에서 HIC 기준으로 정한 2가지 조건에서 특히 배관내 용접부에서 발생하게 됩니다. Seamless pipe 를 사용할 수 없는 용접부로 이루어진 Sour service vessel 의 경우는 어떠할까요? 만약 HIC에 취약하다고 가정하고 사용 압력이 높을 경우? 상상력을 동원해서 생각해보면 H2S의 화합물이 내부에서 강을 부식시키고 가압된 용기에서 수소를 발생시키면서 압력으로 인해 수소에 의해 균열된 부위에 응력이 집중되고 파손이 된다.. 이는 재해로 이어지게 되는 것이지요. 따라서 Sour service 에는 때에 따라 주의를 요하게 되는 것입니다. 

 

압력용기를 제작할 때는 일반적으로 ASTM A516를 사용해서 용접을 하게되고 앞서 이야기 한 것처럼 HIC는 강재질의 용접부에 집중되기 때문에 이에 사용유무를 사전 검사를 필요로 하는 경우가 있습니다. 이것이 HIC Test 입니다. HIC Test 란 사용하고자 하는 소재의 시편을 일정 기간동안 Sour environment 노출시켜서 규정한 시간내에 시험편을 평가하는 방식으로 진행됩니다. 이를 통해 재질의 HIC environment 적합 유무를 평가하는 것이지요. 이때 평가 기준은 부식의 여부가 아니라 어떤 속도로 부식되었는지를 확인합니다. 이는 품질관련 인력이 전문적으로 담당하게 됩니다.

H2S를 제거해야 하는 이유

• 독성 물질임
• 안전 및 환경에 영향을 미칠수 있는 유해물질임
• 물에서 부식을 일으킴

Nelson Chart

Hydrogen Service 에 대한 재질 선정과 관련하여 넬슨 차트라는 것이 있는데 온도 조건과 Hydrogen 의 부분압에 대해서 재질을 선정하는 기준을 나타낸 차트가 있습니다. 아래의 링크를 통해서 차트를 확인할 수 있으며 예를 들어 Hydrogen 의 부분 압이 2000 psia 이고 온도가 450도 씨일 때 크로스 되는 곳에 점을 표기하여 그에 맞는 강의 재질이 어떠한 것인지를 확인할 수 있습니다.

https://www.corrosionclinic.com/types_of_corrosion/high-temperature%20hydrogen%20attack_decarburization.htm

 

내용정리

• Wet, Sour service란 H2S를 다루는 공정. 
• Sour service 환경에서 용접배관(Welded pipe)이나 용접 용기(Welded vessel) 의 용접부위에서 집중해서 발생하며 균열을 야기함. 
• HIC Test 를 통해서 강 재질의 적합 유무를 판단하고 이를 적용함. 

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