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에너지관리기사 열설비법규 · 스케일·부식과 세관

Scale, Corrosion and Descaling

스케일은 급수 속 경도 성분이 전열면에 굳은 것으로, 열전도율이 강철의 수십 분의 1이라 열이 물로 잘 넘어가지 못해 모재 온도를 올리고 연료를 더 쓰게 만든다. 부식은 용존산소 · 낮은 pH · 농축 알칼리 · 수소처럼 원인마다 모양과 대책이 달라, 세관으로 스케일을 없애고 수질 관리로 부식을 막는다. 그림은 스케일 두께에 따른 모재 온도(주황)와 연료손실(빨강) 두 곡선이에요(포화수 200°C · 열유속 고정). 스케일 두께 슬라이더를 움직이면 세로 점선과 두 곡선 위 값이 따라 바뀌어요.

스케일은 왜 위험한가

급수 속 경도 성분이 전열면에 굳으면 스케일(관석)이 된다. 스케일의 열전도율은 강철의 수십 분의 1에 불과해 열이 물로 잘 넘어가지 못하고, 그만큼 모재 온도가 치솟아 과열 · 팽출 · 파열의 원인이 되며, 같은 증기를 얻으려면 연료를 더 태워야 하니 연료손실도 커진다. 그래서 스케일은 세관으로 없애고 부식은 미리 막거나 억제해야 한다.

👀 스케일이 일으키는 손해
①전열 방해: 스케일 열전도율은 강철의 수십 분의 1이라 열이 잘 넘어가지 않는다
②모재 과열: 열이 막혀 금속 온도가 급히 오르고 팽출 · 파열 위험이 생긴다
③연료손실: 같은 증발량에 연료가 더 들어 효율이 떨어져요
④급수 경도 관리와 세관으로 막고 없애요

스케일 두께를 키워 손해 보기

1 mm
모재 온도
T = 325 °C
두께 1 mm 기준(포화수 200°C 가정)
연료손실
≈ 2.0 %
약 2 %/mm 근사
💡 전열 저항이 온도를 끌어올린다
①스케일은 얇은 단열층이고, 전열 저항 R = 두께 / 열전도율이다
②열유속이 같으면 저항이 클수록 모재와 물의 온도차가 커진다
③그래서 스케일이 두꺼울수록 모재 온도가 위험하게 올라가요
④두께가 커질수록 연료손실도 거의 비례해 늘어난다(어림)

부식 유형과 원인 짝짓기

부식은 원인과 나타나는 모양이 저마다 달라, 유형마다 원인과 대책을 짝지어 정리한다.

부식 유형과 원인 짝짓기

보일러 부식 유형과 원인 · 대책

핵심 공식과 세관 방법

스케일 열저항
R = tk
t = 스케일 두께 · k = 스케일 열전도율(강철보다 훨씬 작음)
모재 온도 상승
ΔT = q·tk
q = 열유속 · 두께가 클수록 모재와 물의 온도차가 커짐
연료손실(어림)
연료손실 ≈ 2 % / mm
스케일 두께 1 mm마다 연료를 약 2% 더 씀
📏 세관(스케일 제거) 방법
①화학 세관은 산(염산 등)으로 스케일을 녹이며, 억제제를 꼭 넣고 끝나면 중화 · 방청한다
②기계 세관은 튜브 클리너 · 와이어 브러시로 물리적으로 걷어 낸다
③가장 좋은 것은 예방으로, 급수 경도를 관리(연화 · 탈염)해 스케일을 억제해요
④부식은 용존산소를 없애고(탈기) pH를 약알칼리로 유지해 막아요

정리와 시험에서 묻는 것

지금 스케일 영향
두께 1 mm → 모재 325°C, 손실 2.0%
스케일 열저항 = 8.33 × 10⁻⁴ m²·K/W
🎯 시험에서 묻는 것
①스케일 열전도율은 강철보다 훨씬 작아 전열을 막고 모재를 과열시킨다
②스케일이 두꺼워지면 전열 저항 · 모재 온도 · 연료손실(약 2%/mm)이 함께 커진다
③점식은 용존산소, 전면 부식은 낮은 pH, 알칼리 부식은 농축 NaOH가 원인이에요
④가성 취화는 이음부 틈에 농축된 NaOH와 응력으로 생기는 입계 균열이다
⑤수소 취화는 산 부식에서 생긴 발생기 수소가 스며들어 탈탄 · 균열을 일으킨다
📝 대표 기출유형
①[기출유형] 스케일이 전열을 막는 근본 까닭은? (답: 열전도율이 강철보다 매우 작다)
②[기출유형] 용존산소가 한 곳에 집중해 일으키는 부식은? (답: 점식 · 공식)
③[기출유형] 리벳 이음부 틈에서 농축 NaOH와 응력으로 생기는 균열은? (답: 가성 취화)

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