연기 탈황(FGD) 세정 장치 시스템용 스테인리스강

습식 연기 탈황(FGD) 세정기는 발전소 내에서 가장 부식성이 강한 장소 중 하나이며, 여기서의 재료 선택은 온도뿐 아니라 염화물, 낮은 pH, 응결 산, 마모 등에 의해 좌우된다. 적절한 스테인리스강은 구역에 따라 달라진다. 316L은 비교적 온화한 위치에 사용될 수 있으나, 흡수탑, 습-건 조인트, 염화물이 농축되는 구역에서는 보통 317L, 이중상강 2205, 또는 몰리브덴 6% 함유 초고온오스테나이트계 및 초이중상강 등이 요구된다. 너무 낮은 합금 성분을 선택하면 급속히 피팅과 틈새 부식이 발생하지만, 적절한 등급을 정확히 매칭하면 수십 년간 안정적으로 작동한다. 저장성 웬치앙 스테인리스강 유한공사(Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.)는 운영자들이 환경을 구역별로 분석해 맞춤형 합금을 선정할 수 있도록 지원한다.

습식 FGD 환경
습식 석회석 스크러버에서 고온의 연기 가스는 이산화황을 흡수하는 슬러리와 접촉하며, 그 결과 화학적으로 공격적인 혼합물이 생성된다. 염화물은 석탄에서 유입되어 증발과 재순환 과정에서 농축되며, 이는 피팅 부식 및 틈새 부식의 주요 원인이다. 재순환 액체 내 염화물 농도는 수천 ppm에서 수만 ppm에 달할 수 있다. pH는 낮게 유지되며, 일반적으로 본체 슬러리에서는 4~6 사이이고 국부 응결수에서는 훨씬 더 낮다. 잔류 황 종류와 용존 산소는 산화성 산성을 추가로 유발한다.
물리적 공격이 화학 작용을 가중시킨다. 석회석과 석고 고체가 표면을 마모시키고, 분사 헤더, 노즐, 재순환 배관을 통과하는 슬러리가 보호막을 침식시킨다. 가장 심각한 부위는 입구와 같은 습-건 조건 경계 영역으로, 고온 가스가 액체와 처음 접촉하면서 증발로 인해 염화물과 산이 농축되어 공격적인 피막을 형성하며, 이는 잘 합금된 재료라도 점식 부식을 유발할 수 있다. 입구에서는 고온이지만 배기 덕트에서는 상온에 가까운 온도 변화가 발생하므로, 부식 메커니즘이 유동 경로를 따라 달라진다.

표준 등급이 왜 견디기 어려운가
오스테나이트계 또는 이중상 강재의 염화물 점식 저항성을 평가할 때는 점식 저항 등가 수치(PREN)를 사용한다. 이 값은 대략 크롬 함량 더하기 몰리브덴 함량의 3.3배 더하기 질소 함량의 16배로 계산된다. PREN이 높을수록 강재는 더 높은 염화물 농도 및 낮은 pH에서도 점식이 시작되지 않도록 견딜 수 있다.

316L은 PREN이 약 25로, 낮은 수준의 염소 이온만 견딜 수 있으며 집진 탈황(FGD) 용액에서 농축되면 급속히 피팅이 발생하므로 가장 온화한 구역에만 사용된다. 317L은 몰리브덴 함량을 늘려서 적용 범위를 약간 확대하였다. 이중상강 2205는 316L보다 높은 PREN과 약 두 배에 달하는 항복 강도를 제공하므로, 슬러리 배관 및 흡수탑 내부 부품에 더 얇고 강한 단면을 적용할 수 있다. 염소 이온 농도가 수만 ppm 수준으로 치솟고 pH가 낮아질 경우, 피팅 및 틈새 부식에 대해 신뢰성 있게 저항할 수 있는 재료는 오직 6Mo 초오스테나이트계 또는 초이중상강 2507뿐이다.

시스템 전체에 걸친 재료 구역 분류
FGD 시스템은 일련의 환경으로 해석하는 것이 가장 적절하다. 입구 및 분무 냉각 구역은 고온 가스, 산성 응축물, 염소 이온이 농축된 습-건 조건의 경계 영역으로, 부식 환경이 가장 극심하므로 일반적으로 6Mo 초고급 오스테나이트계 스테인리스강 또는 내식 라이닝 구조를 적용한다. 흡수 탱크 본체와 그 내부 부품, 분사 헤더, 재순환 배관은 중간 온도에서 농축되고 마모성이 강하며 염소 이온이 풍부한 슬러리를 다루므로, 듀플렉스 2205 또는 초고급 오스테나이트계 등급이 일반적으로 사용된다. 슬러리 재순환 및 배출 배관은 열화-부식에 노출되므로 듀플렉스 강재의 기계적 강도와 PREN 값이 유리하다. 출구 덕트 및 미스트 제거기 영역은 온도가 낮고 염소 이온 농도가 상대적으로 낮지만 여전히 습하고 산성인 조건이므로, 현장 여건에 따라 317L 또는 듀플렉스 강재를 선택할 수 있다. 재가열된 구간 또는 건조 상태의 하류 덕트는 부식 환경이 완화되어 보다 저합금 등급을 사용할 수 있다.
각 구역이 다르기 때문에 하나의 합금이 전체 시스템에 적합하기는 드물다. 전부 과도하게 사양을 높이면 비용을 낭비하게 되고, 입구나 흡수부에서 사양을 낮게 설정하면 고장 위험이 커진다. 각 위치별로 염화물 농도, pH, 온도, 마모 정도를 측정해 분석하는 것이 합금을 선택하는 체계적인 방법이다.

틈새, 용접부, 제작 공차
적절한 합금이라도 틈새와 용접부를 소홀히 하면 조기에 고장난다. 개스킷, 볼트 연결부, 침전물, 불완전 관통 용접부 등은 염화물이 농축되는 틈새를 만들며, 이곳에서 피팅 부식이 시작되는데, 그 수준은 본체 금속이 일반적으로 견딜 수 있는 한계보다 낮다. 틈새를 최소화하도록 설계하고, 완전 관통 용접을 우선시하며, 고체 물질이 쌓이지 않도록 배수를 확보해야 한다.
용접 시 부식 저항성을 보호해야 한다. 이중상 강등급의 경우, 열 입력을 제어하고 적절한 용접재를 사용하여 페라이트-오스테나이트 균형을 유지하고 취성화 상의 생성을 방지해야 한다. 초오스테나이트 계열의 경우, 몰리브덴 분리 현상을 보완하기 위해 과잉 합금화된 니켈 기반 용접재를 사용한다. 열변색은 제거하고 표면을 재불활성화해야 하는데, 이는 크롬 함량이 감소된 용접 부위가 FGD 액체가 최초로 침투하는 지점이기 때문이다. 입고되는 배관 및 피팅에 대한 긍정적 재료 식별(PMI)을 실시함으로써, 염소 농도가 높은 구역에 낮은 등급 재료가 잘못 사용되는 비용이 큰 오류를 사전에 방지할 수 있다.

왜 업그레이드가 자주 필요한가
많은 FGD 시스템은 원래 라이닝 또는 저합금 스테인리스강으로 제작되었으나, 연료 내 염화물 함량 증가, 부하 변동으로 인한 응결수 증가, 또는 라이닝 파손으로 기재가 노출되는 등의 이유로 업그레이드되었다. 염화물 함량이 높은 석탄 사용, 염분 농축을 유발하는 물 재활용, 습식 공정을 추가하는 보다 엄격한 배출 규제 등은 모두 고-PREN 합금 사용을 촉진한다. 이중상 또는 초오스테나이트 계열 합금으로 업그레이드하면 강도 향상으로 벽 두께를 줄일 수 있고, 정비 중단 시간을 단축하며 수명을 연장할 수 있으므로, 발전소의 잔여 운영 기간 동안 높은 합금 비용을 충분히 상쇄할 수 있다.

실용적 가이드
염화물 농도, pH, 온도, 마모 정도를 기준으로 FGD 재료 구역별로 선택하고, PREN을 선별 가이드로 활용: 약한 지역에는 316L만 사용, 중간~높은 염화물 농도에는 317L 및 이중상 2205, 입구·흡수탑·고농축 액체 구역에는 6Mo 초오스테나이트계 또는 초이중상 2507을 사용. 틈새를 최소화하고, 적절한 용접재를 사용하며, 열변색을 제거해야 한다. 웬창(Wenqiang)사는 PMI, 화학성분, 기계적 성질, 부식 시험을 완료한 316L, 317L, 이중상 2205, 초이중상 2507/S32750 파이프·튜브·피팅을 공급하므로, 운영자는 각 스크러버 구역에 검증되고 정확히 인증된 합금을 매칭할 수 있다.

자주 묻는 질문
질문: 왜 316L이 자주 FGD 스크러버에 부적합한가요?
답변: 316L의 PREN은 약 25로, 낮은 수준의 염화물만 견딜 수 있다. FGD 액체는 낮은 pH에서 염화물을 수천~수만 ppm까지 농축시키므로, 316L은 가장 온화한 구역을 제외하면 급속히 피팅 및 틈새부식이 발생한다.
질문: 다양한 FGD 구역에 맞는 스테인리스강을 어떻게 선택하나요?
A: 각 위치별로 염화물 농도, pH, 온도 및 마모 정도를 측정한 후, PREN 기준에 따라 약한 구역에는 316L을, 중간에서 높은 염화물 구역에는 317L 및 이중상 2205를, 공격적인 입구·흡수탑·농축액 구역에는 6Mo 초오스테나이트계 또는 초이중상 2507을 적용합니다.

FGD 등급 스테인리스 강관·튜브·피팅(316L, 317L, 2205, 2507)에 대해 완전한 PMI 및 부식 시험을 수행하는 절차는 저장성 웬치앙 스테인리스 스틸 유한공사(Zhejiang Wenqiang Stainless Steel Co., Ltd.)로 문의하시기 바랍니다. 연락처: +86 577 8922 2595 https://www.chinawqsteel.com/