1.1 전기 화학적 부식 방식
도시 가스관은 지하에 많이 묻혀 있고, 그 부식은 토양에 많이 닿아 발생하므로 토양 부식 환경에 대한 어느 정도 숙달이 필요하다. 혼합물로서 토양의 구성은 고체, 액체, 가스 3 상태 물질을 포함하고 있으며, 토양의 콜로이드 주위에 음이온 전하가 있다. 만약 수분이 토양에 스며들면 토양은 다상 전해질과 맞먹는다. 그리고 어느 정도의 부식성을 가지고 있으며, 금속강관에 닿으면 전기화학반응이 생겨 강관을 부식시킬 수 있다.
토양 내 전기화학반응은 도시가스관의 부식에 대해 각각 매크로 배터리와 마이크로배터리 부식의 두 가지 범주로 나뉜다. 매크로 배터리 부식은 주로 두 가지 토양 경계에서 발생하는데, 금속 강관이 두 토양에 동시에 분포되어 있을 때, 토양 분계점에서 매우 높은 부식 현상을 일으키기 쉬우며, 이런 전지성 부식의 음양극구는 비교적 뚜렷하다. 예를 들면 산소 농도 차이, 소금 농도 차이 등 부식은 모두 이런 것이다. 마이크로배터리 부식은 주로 금속 표면에서 발생하는데, 그 발생 원인은 주로 두 가지로 나뉜다. 하나는 토양의 물질 구조 차이가 크기 때문이고, 다른 하나는 강관 자체의 구조적 차이가 크기 때문이다.
1.2 전기 화학적 부식 메커니즘
금속 강관은 서로 다른 두 가지 유형의 토양에 닿아 두 가지 인터페이스에서 일관되지 않은 전위를 발생시켜 금속에 두 가지 전위차가 존재하고 토양은 전도성 물질이므로 매크로 배터리를 부식시키는 회로를 쉽게 제공할 수 있습니다. 따라서 금속에 매크로 배터리 부식이 발생할 때 금속 위에 전위차가 존재하기 때문에 발생합니다. 토양 구조의 차이로 인해 접촉하는 다른 물질에도 특정 구조와 형태가 존재하기 때문에 매크로 배터리 부식은 광범위하고 복잡합니다. 우리나라 사회과원의 실험에 따르면 금속물건에 대한 매크로 배터리는 부식성이 강하고, 일반적으로 마이크로배터리 부식 강도의 10 배에 달하며, 매크로 배터리 부식으로 인해 토양 구조가 다른 곳에서 많이 발생하며, 대부분 국부 지역의 부식으로 가스관 천공이 생기기 쉽다. 마이크로 배터리 유형은 매크로 배터리 부식에 비해 부식 강도가 적고 분포가 균일하며 음극과 양극영역이 뚜렷하지 않기 때문에 도시 가스 강관에 부식성이 강하지 않습니다.
1.3 산소 농도 배터리
따라서 도시 가스 강관의 경우 산소 농도 배터리는 부식을 일으키는 중요한 요소입니다.
예를 들어 토양밀도가 작은 녹화대 아래에 매설된 강관은 주변 수분과 용산소량이 많기 때문에 강관이 산소가 풍부한 물질 환경에 묻혀 있는 것과 같다. 토양밀도가 높은 시멘트길 아래에 매설된 강관은 주변 환경이 건조하고 건조하기 때문에 강관이 빈산소 물질 환경에 묻혀 있는 것과 같다. 이 두 토양의 경계에 있는 강관 주위에 산소 농도 배터리가 형성되고, 산소 부족 표면은 소위 양극지대로 부식될 수 있다. 형성된 산소 농도 배터리는 강관의 표면 음극과 양극을 일으키는 다양한 전류 밀도를 통해 부식이 자체 촉매 과정을 발생시켜 산소 양극 부근의 토양에 대한 PH 값을 낮춘다. 즉 염소 이온 농도가 높아져 이 부위 강관의 산화막을 파괴한다. 위의 분석에 따르면, 산소 농도 배터리의 형성은 파이프의 안전에 심각한 위험과 위협을 초래한다는 것을 알 수 있다.
2.1 절연 방부법
이 방법의 목적은 부식 전류를 억제하기 위해 가스관과 토양 사이의 동등한 저항을 증가시키는 것이다. 현재, 비교적 효과적이고 주류적인 방법은 아스팔트 재료를 강관의 절연층으로 사용하는 것이며, 그 방부 효과는 양호하다. 절연 방부법을 실시하려면 강관의 방부 절연 등급을 결정해야 하고, 절연 등급은 토양의 저항률의 영향을 받기 때문에 방부의 중점 시공은 토양의 저항률을 정확하게 측정할 수 있는지 여부이다.
2.2 플러스 전원 음극 보호법
도시 가스 파이프 부식은 대부분 외벽의 부식 방지 절연 층 손상으로 인한 것이며 절연 층 보호는 물리적 손상을 근본적으로 예방할 수 없기 때문에 현재 전기 보호법과 절연 층 보호를 결합하는 방법이 많이 사용되고 있습니다.
전기 보호법이란 금속 강관을 음극 영역과 동등하게 만들어 부식을 억제하는 원리입니다. 따라서 음극 보호법이라고도 하는 전기 보호법은 일반적으로 전원 음극 보호법과 양극을 희생시키는 음극 보호법의 두 가지 유형으로 나뉩니다. 플러스 전원 음극 보호법은 전원 음극과 강관을 연결하고, 양극과 접지 양극을 연결하고, 보호 전류를 전원 양극에서 보조 양극으로, 토양에서 강관으로, 마지막으로 전원 음극으로 되돌려야 한다. 보호되는 금속은 대지 전지에서 여전히 음극이며, 그 표면에는 복원반응만 발생하고, 금속 이온의 산화반응은 더 이상 발생하지 않아 부식이 억제된다.
전원 공급 장치를 추가하는 보호 방법에는 최소 및 최대 보호 전위라는 개념이 있습니다. 최소 보호 전위는 강관이 음극으로 보호할 수 있는 가장 낮은 전위로, 토양 부식성의 영향을 받으며, 도시 가스관 방면에서 최소 전위는 땅 -0.85V 를 많이 선택한다. 최대 보호 전위, 일반 선택-약 -1.30V.
2.3 희생 양극의 음극 보호법
이를 위해, 도시 가스관 보호에서는 종종 양극을 희생하는 음극 보호법을 채택하여 강관 주변의 다른 금속관에 대한 보호 작용을 달성한다. 일반적으로 가스관 전극 전위보다 더 음의 금속으로 가스관에 연결된 원전지를 구성한다. 이때 양극은 전위가 가스관에 비해 비교적 음의 금속으로 동등하며 부식변화는 전가되고 음극은 효과적으로 보호된다. 희생 양극으로 사용되는 재료는 일반적으로 마그네슘 알루미늄 아연 등의 합금으로 이루어져 있는데, 이 조합은 전류의 출력이 가스 강관의 보호 효과에 더 좋다.
3.1 도시 가스 음극 보호에 관한 규정
"도시 가스 매설 강관 부식 제어 기술 규정" 은
(1) 도시 가스 매설 강관은 반드시 방부층으로 외부 보호를 해야 한다고 규정하고 있다.
(2) 새로운 고압, 차압, 공칭 지름 ≥100mm 의 중압 파이프 및 공칭 지름 ≥200mm 의 저압 파이프는 음극 보호를 보완하는 부식 제어 시스템으로 방부층을 사용해야 합니다. 파이프 라인 작동 중 음극 보호는 중단되어서는 안됩니다.
(3) 방부관 백필 후 방부층의 무결성을 점검해야 합니다.
(4) 새 파이프의 음극 보호 설계, 시공은 파이프의 설계, 시공과 동시에 진행되어야 하며 동시에 가동되어야 합니다.
3.2 음극 보호 체계 결정 원칙
음극 보호를 구현할 때 다음과 같은 원칙을 따라야 합니다.
(1) 시내 덕트장치 및 단거리 파이프는 희생 양극을 사용합니다.
(2) 장거리 송수관은 외부 전류를 사용합니다.
(3) 도시 가스관 플러스 전류는 가능한 깊은 우물 양극 시스템을 사용하며 정전류로 조절하는 것이 좋습니다.
(4) 다른 파이프에 대한 간섭을 방지하고 새 파이프를 기존 파이프와 일관되게 고려합니다.
3.3 음극 보호 자격 기준
음극 보호를 구현하기 위한 자격 기준은
(1) 보호 전위는 -850mV (Cu/CuSO4 에 비해 포화) 입니다
(2) 음극 분극 전위는 100mV 이상이어야 합니다.
(3) 토양에 황산염 환원균이 포함되어 있고 황산염 함량이 0.5 이상인 경우 보호 전위는 -950mV (Cu/ 포화 CuSO4 에 상대적) 이상에 도달해야 합니다.
(4) 최대 보호 전위의 제한은 덮개 환경에 따라 결정되어야 하며, 커버리지를 손상시키지 않는 접착력을 기준으로 일반적으로 -1.5V (Cu/ 포화 CuSO4 에 상대적) 가 바람직합니다.
현재 대부분의 도시 가스관은 기존 절연 방부법을 사용하여 강관의 부식을 억제하고 있으며, 이는 신뢰성이 떨어질 뿐만 아니라 물리적 손상이 발생할 경우 천공 부식이 발생하기 쉽다. 반면 음극 보호법과 절연 보호법을 함께 사용하면 파이프 유지 관리 비용을 최소화하고 방부 효과를 높여 가스 공급 환경을 개선하고 파이프 수명을 연장하는 목적을 달성할 수 있습니다. 따라서 가스 파이프가 경제적이고 안정적으로 작동할 수 있습니다.