왜 내 스테인리스 강관이 파손되었을까? 엔지니어를 위한 고장 분석 입문서

왜 내 스테인리스 강관이 파손되었을까? 엔지니어를 위한 고장 분석 입문서

공정 플랜트에서의 스테인리스강 파이프 고장은 단순한 불편 이상입니다. 이는 안전 사고, 환경 유출 및 비용이 많이 드는 예기치 못한 가동 중단으로 이어질 수 있는 보다 큰 문제의 증상입니다. 엔지니어와 플랜트 담당자들에게 반복적인 고장을 방지하기 위해 체계적인 고장 분석을 수행하는 것이 매우 중요합니다.

이 가이드는 스테인리스강 파이프 고장의 근본 원인을 진단하기 위한 구조적이고 실용적인 접근 방법을 제공합니다.

황금 법칙: 증거를 보존하라

가장 먼저 고장 난 장소의 안전을 확보하세요. 안전하다면, 전체적인 상황과 구체적인 고장 부품이 보이도록 여러 각도에서 파이프를 그 자리에서 촬영하세요. 부식 생성물과 침전물이 중요한 단서를 제공하므로 파손면이나 내부면을 과도하게 청소하지 마세요. 추가 분석을 위해 고장난 파이프 부분을 라벨링하고 보호하세요.

단계 1: 배경 정보 수집

다음 핵심 질문에 답하면서 조사를 시작하세요:

• 사용 환경: 파이프가 운반하던 물질은 무엇이었습니까? 농도, 온도, pH, 유속이 중요합니다. 물이나 대기 중에 (미량이라도) 어떤 불순물이 존재했습니까? 염화물 예기치 못한 공정 이상 현상이나 변화가 있었습니까?

• 재료 사양: 지정된 재질 등급은 무엇이었습니까? (예: 304, 316, 316L). 주문한 것과 동일한 합금인지 확인하기 위해 재료 시험 성적서(MTR)를 확인하세요.

• 운영 조건: 파이프에 응력이 가해졌었습니까? 작동 온도와 사이클링 온도는 어떠했으며, 연속 사용 또는 간헐적 사용 상태였습니까?

• 역사: 해당 배관은 얼마나 오랫동안 사용되어 왔습니까? 새로 설치된 것입니까? 동일한 부위에서 이전에 누수나 수리 이력이 있었습니까?

단계 2: 시각적 검사 및 파면 분석

거시적 검사는 종종 가장 먼저 나타나는 명백한 단서를 제공합니다.

균열 시작 지점 확인: 균열이 시작된 정확한 지점을 찾아보십시오. 다음을 점검하십시오:

• 균열: 균열이 가지처럼 뻗어 있습니까? (응력부식균열을 시사함)

• 두께 감소: 파손 원인이 전반적인 두께 감소 때문인지, 아니면 국부적인 피팅(pitting) 때문인지 여부를 판단하십시오.

• 표면 잔여물: 부식 생성물, 스케일(scaling), 또는 변색이 있는지 확인하십시오. 그 색상과 위치를 기록하십시오.

• 고장 모드: 파손이 연성(찢어짐, '컵 앤 콘' 형태)인지 취성(평탄하고 입자상)인지 여부는?

단계 3: 실험실 분석 (필요 시)

중요한 고장의 경우, 실험실 테스트를 통해 결정적인 증거를 제공할 수 있습니다.

• 스테레오 현미경 검사: 파면을 보다 자세히 조사하여 균열 시작 지점과 파손 방식을 확인합니다.

• 주사 전자 현미경(SEM): 파면 형상을 고해상도로 이미지화합니다. 연성 딤플과 취성 열개를 구분할 수 있습니다.

• 에너지 분산 X선 분광법(EDS): 부식 생성물, 침전물 및 포함물의 원소 조성을 식별합니다. 염화물 또는 황화물의 존재를 확인하는 데 중요함.

• 미세조직 분석: 현미경으로 단면을 검사하면 미세구조적 손상을 확인할 수 있음:

  • 균열 경로: 입계 파괴인지 입내 파괴인가?

  • 과민화: 미세조직에서 크롬이 고갈된 입계가 나타나는가?

  • 상 생성: 시그마 상과 같은 유해한 상이 존재하는가?

단계 4: 근본 원인 및 시정 조치 결정

최종 단계는 고장 메커니즘에서 근본 원인으로 넘어가는 것이다. 고장은 거의 항상 단순한 부식이 아니라 여러 요인이 복합적으로 작용한 결과이다.

예시적인 근본 원인:

• 재료 선택 오류: 316L이 필요한 곳에 304가 사용되었거나, 이중상 스테인리스강 또는 니켈 합금이 필요한 곳에 316L이 사용되었다.

• 설계 결함: 불량한 개스킷이나 용접으로 인해 틈새가 발생하였고, 정체된 유동 상태에서 염소 이온이 농축될 수 있었다.

• 제조 문제: 용접 후 응력을 제거하지 않아 잔류 응력이 크게 남아 있었다. 용접 부위가 오염되었다.

• 운전 조건 변화: 공정 변경으로 새로운 화학 물질이 도입되었거나, 설계 한도를 초과하는 온도 상승이 발생하였다.

• 정비 문제: 절연재가 제거된 채 방치되어 대기 중의 염화물이 차가운 표면에 농축되었거나, 절연재가 적절히 관리되지 않아 수분이 유입되었습니다.

결론: 예방이 핵심입니다

철저한 고장 분석을 통해 비용이 많이 드는 고장을 소중한 학습 경험으로 전환할 수 있습니다. 체계적으로 증거를 수집하고, 고장 메커니즘을 식별하며, 근본 원인을 정확히 파악함으로써 새로운 재료 채택, 공정 변경 또는 제조 기준 개선과 같은 효과적인 시정 조치를 시행하여 동일한 고장이 다시는 발생하지 않도록 할 수 있습니다.

기억하다: 확신이 서지 않을 경우, 전문 고장 분석 실험실이나 부식 재료 엔지니어와 상담하세요. 그들의 전문성은 복잡한 사례 해결에 매우 큰 도움이 될 수 있습니다.