건축기계설비기술사/132회 기출문제 풀이

4-1. 저압 보일러 급수배관 관로에서 발생하는 스케일(Scale) 대하여 다음 사항을 설명하시오. 1) 스케일 형성원인 및 종류 2) 스케일 생성에 영향을 주는 요소 3) 스케일의 방지방법

onha09 2025. 4. 24. 21:24
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저압 보일러 급수배관 관로에서 발생하는 스케일은 보일러 효율 저하 및 수명 단축의 주요 원인 중 하나입니다. 스케일은 급수 중에 용해된 미네랄 성분이 보일러 내부의 열과 압력에 의해 침전되어 관 벽에 부착되는 현상을 말합니다.

1) 스케일 형성원인 및 종류

스케일은 주로 보일러 용수, 특히 급수 중에 함유된 미네랄 성분이 과포화 상태가 되어 석출되면서 형성됩니다. 저압 보일러의 경우, 주로 원수 또는 연수 처리된 물을 급수로 사용하기 때문에 스케일의 주된 원인 물질은 물의 경도를 유발하는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 이온, 그리고 실리카() 성분입니다.

주요 스케일의 종류는 다음과 같습니다.

  • 탄산칼슘 (): 급수 중에 용존된 중탄산칼슘()이 보일러 가열 시 열분해되어 용해도가 낮은 탄산칼슘으로 침전되면서 형성됩니다. 비교적 연질의 스케일이지만, 두껍게 부착될 수 있습니다.
  • 수산화마그네슘 (): 급수 중의 마그네슘 성분이 보일러수 내 알칼리도와 반응하여 생성됩니다.
  • 황산칼슘 (): 급수 중 칼슘 및 황산 이온이 고온에서 반응하여 형성됩니다. 온도가 높을수록 용해도가 감소하는 특성이 있어 전열면에 단단하게 부착되는 경향이 있습니다. 악성 스케일로 알려져 있습니다.
  • 규산칼슘 () 및 규산마그네슘 (): 급수 중의 실리카 성분과 칼슘, 마그네슘이 반응하여 생성됩니다. 특히 실리카 스케일은 매우 단단하여 제거하기 어렵습니다.
  • 산화철 (Iron Oxide): 급수 배관이나 보일러 자체의 부식으로 인해 발생하는 철 성분이 스케일을 형성하거나 기존 스케일과 결합할 수 있습니다.
  • 유지분 (Oil/Grease): 급수나 응축수 라인으로 유입된 유지분이 부유물과 결합하여 슬러지나 스케일을 형성할 수 있습니다.

2) 스케일 생성에 영향을 주는 요소

스케일 생성에는 다음과 같은 다양한 요소들이 영향을 미칩니다.

  • 급수 수질: 급수 중에 포함된 경도 성분(Ca, Mg) 및 실리카의 농도가 높을수록 스케일 생성 가능성이 커집니다. 부유 물질, 용존 산소, pH 등도 영향을 미칩니다.
  • 보일러 운전 조건: 보일러 내부의 온도와 압력이 높을수록 미네랄 성분의 용해도가 감소하여 침전이 쉽게 일어납니다. 특히 전열면과 접촉하는 보일러수에서 국부적인 농축이 일어나면서 스케일이 집중적으로 생성될 수 있습니다.
  • 보일러수의 농축: 보일러 가동 중 증발이 일어나면 보일러수 내 용존 고형분의 농도가 점차 증가하게 됩니다. 이 농도가 특정 성분의 용해도 한계를 초과하면 스케일이 석출됩니다. 적절한 블로우다운(Blowdown)을 통해 농축을 관리해야 합니다.
  • pH: 보일러수의 pH는 특정 성분의 용해도에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 알칼리도가 높으면 탄산칼슘 및 수산화마그네슘 스케일 생성이 촉진될 수 있습니다.
  • 유속: 급수 및 보일러수의 유속이 느린 곳에서 침전물이 가라앉아 스케일로 발전하기 쉽습니다.

3) 스케일의 방지방법

저압 보일러 급수배관 및 보일러 본체에 스케일이 생성되는 것을 방지하기 위해서는 다음과 같은 방법들이 적용됩니다.

  • 효과적인 급수 전처리: 스케일 유발 성분을 보일러에 공급되기 전에 제거하는 것이 가장 근본적인 방법입니다.
    • 연수화 (Softening): 이온 교환 수지를 사용하여 칼슘 및 마그네슘 이온을 제거합니다. 저압 보일러에서 가장 흔하게 사용되는 방법입니다.
    • 역삼투압 (RO, Reverse Osmosis) 또는 나노여과 (Nanofiltration): 용존 고형물 대부분을 제거하여 순수에 가까운 물을 얻습니다. 고품질의 급수가 요구될 때 사용될 수 있습니다.
  • 적절한 블로우다운 (Blowdown): 보일러수 내 용존 고형분의 농축을 방지하기 위해 보일러수를 주기적으로 또는 연속적으로 배출하고 신선한 급수를 보충하는 과정입니다. 이를 통해 스케일 유발 성분의 농도를 관리합니다.
  • 내부 화학 처리 (Internal Chemical Treatment): 급수 전처리로 완전히 제거되지 않은 소량의 스케일 유발 성분이 보일러 내에서 스케일을 형성하는 것을 억제하기 위해 보일러수에 직접 약품을 투입합니다.
    • 스케일 방지제 (Scale Inhibitors): 인산염계, 고분자 전해질 등의 약품을 사용하여 스케일 형성 성분을 용해 상태로 유지시키거나, 침전되더라도 미세하고 부유하기 쉬운 슬러지 형태로 만들어 보일러 관 벽에 부착되지 않고 블로우다운으로 배출되도록 합니다. 결정 성장을 방해하는 약품도 사용됩니다.
    • pH 조절제: 보일러수의 pH를 적정 범위로 유지하여 특정 스케일의 생성을 억제하고 부식을 방지합니다.
  • 보일러 운전 관리: 급수량, 압력, 온도 등 보일러 운전 조건을 안정적으로 유지하고, 급수 및 보일러수의 수질을 주기적으로 분석하여 스케일 형성 경향을 미리 파악하고 대처해야 합니다.

이러한 방법들을 종합적으로 적용하여 저압 보일러 급수배관 및 보일러 내부의 스케일 생성을 최소화하고, 보일러의 안전하고 효율적인 운전을 유지할 수 있습니다.

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