2.2 해수 중 부식과 방식의 원리 및 종류
2.2.5 해수 중 선박의 부식과 방식
2.2.5 해수 중 선박의 부식과 방식
2) 선박의 손상 및 부식률
선박에 이용되는 금속재료에는 강재, 특수강, 경합금, 동 및 동합금 등 다양한 재 료가 있으며 손상 및 부식원인은 금속재료 자체의 내식성 정도 및 내부결함, 가공 변형, 외부로부터의 충격 등이 있으나 선체 각부가 처해있는 환경에 따라 달라진다.
해수중의 강판은 방식을 해도 부식속도가 년 평균 0.1 mm정도이고 유조선내의 강판은 0.2～0.4 mm 정도에 달한다. 그러나 KR, Lloyd, ABS, NK 등의 각국 선급 협회에서는 선박의 안전상 선체외판의 부식허용한도를 원강판 두께의 75 % 전후로 정하고 있어 대개의 유조선은 건조 후 6～8년이면 대수리가 필요하게 된다.
일본 조선연구협회에서 선박에 대한 외판 부식량의 조사결과에 의하면, 조사선 28척의 평균 부식량은 0.205 mm/yr로, 최저 0.135 mm/yr, 최고 0.315 mm/yr의 범 위였다[17]. 특히 부식율은 선미부가 가장 크며, 중앙부, 선수부 등의 순이었다. 또한
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%
① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ Generral
cargo Oil tanker
Bulk carrier
Timber
carrier Ore carrier LPG Container PCC Other
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
%
① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤
① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ Generral
cargo Oil tanker
Bulk carrier
Timber
carrier Ore carrier LPG Container PCC Other
① Upper member ② Shell member ③ Trans.& Longl. member ④ Bottom member ⑤ Other
: Corrosion damage : Others
Fig. 2.8 The damage rate according to ship's type and structure part
Table. 2.6 The corrosion rate of ballast tank
The condition of tank Corrosion rate (mm/yr)
min. max. average
A No ballast 0.0724 0.228 0.129 B Dirty ballast tank 0.091 0.291 0.158 C Clean & dirty ballast tank 0.129 0.355 0.229 D Clean ballast tank 0.242 0.366 0.314
Table 2.7 The standard of corrosion rate for tanker
The kind of tank The standard of corrosion rate (mm/yr)
Oil(only) tank 0.14
Dirty ballast tank 0.18
Clean ballast tank 0.31
Ballast(only) tank 0.71
선저 및 수중부의 부식이 외현부보다 심하며, 탱커유조에서는 다른 곳의 2배에 달 하는 부식율을 보이고 있다.
Fig. 2.8은 선박의 종류별․구조부위별 손상건수를 나타내고 있다[18]. 그림에서와 같이 부식마모 손상순위는 기름 탱커의 원유탱크와 격벽구조, 목재운반선의 선측구 조와 갑판 구조, 광석운반석의 창내 세로, 가로 격벽구조, 일반화물선의 선측구조 등 순이었다.
동일선박에서의 부식형태를 분석해 보면 이종금속접촉부식, 국부부식, 황화물부 식, 이상부식으로 구분할 수 있다. 선체에서 가장 부식이 심한 곳은 수면하 선미부 추진기 부근으로 이종금속 접촉부식 외 캐비테이션까지 발생하기 때문이다.
탱커 유조선의 경우는 발라스트(ballast) 탱크의 운용으로 다른 선박에 비해 부식 율이 훨씬 높다. Table 2.6은 테스트피스(test piece)를 탱커유조선내에 설치해 부식 율을 측정한 것이며, 이것을 각 탱커의 기준 부식율로 설정한 것이 Table 2.7이다
[17]. 이들 예는 주로 유조탱커의 경우이지만, 그 밖에 선체 각부에 따라 부식율의 차 가 상당히 크다.
3) 선박 손상에 있어서 부식의 비율
일반적으로 선체손상은 해난사고와 일반손상으로 분류할 수 있으며, 해난사고는 침몰, 좌초, 충돌, 화재 등이며, 일반손상(선박손상)은 해난사고 이외의 손상을 말하 고 있다.
Fig. 2.9는 1995년도 NK[19]에서 집계한 통계로 선박의 총 손상건수를 원인별로 분류한 것이며, 쇠모(부식 쇠모 자체, 부식 쇠모가 원인으로 발생한 변형 및 균열 등의 손상이 전체 손상 중에서 차지한 총합)가 압도적으로 많아 84.1%를 점유하고 있다. 또한 설계에 기인하는 손상은 11.4%이며, 기타 손상원인은 총 4.5%로 집계되 었다. 따라서, 선박의 손상이라고 하면 압도적으로 부식쇠모, 부식에 기인하는 변형 이나 균열임을 확인 할 수 있다.
Fig. 2.10은 1995년도 선박 손상건수를 손상형태별로 균열, 변형 및 쇠모의 3종류 로 분류하고 있다. 손상형태별로는 쇠모손상이 최고 많아서 80.4%를 차지하고 있으 며 균열손상이 15.8%이며 변형손상이 3.9%를 차지하고 있다.
Fig. 2.11은 선종별 최대 연간 쇠모율(NK 선급선 519척을 기준)을 나타내고 있으 며[18], 내부구조부재의 쇠모율이 외판이나 갑판에 비해 높기 때문에 Fig. 2.11(a)는 내부구조부재의 쇠모율을 나타내고 있다. 여기서 Fig. 2.11(b)는 선종별 평균 연간 쇠모율을 나타내고 있으며, 목재 운반선이나 산적화물선의 쇠모율이 높다. 이것은 배의 화물창 내는 고온 다습 조건에 의해 급속히 방식성을 잃기 때문이다. 따라서 판두께 10 mm 정도의 창내 늑골의 Web등에서, 10년후에 파공이 생길 확율은 10%
정도임을 확인할 수 있다.
Fig. 2.9 The status for reason of total ship's damage
Fig. 2.10 The status for type of total ship's damage
0 0.5 1.0 Corrosion & Wear rate (mm/y)
Ship type Oil tanker Ore carrier Bulk carrier General cargo
Timber carrier Total
0.63
0.76 0.84
0.48
0.90 0.61
0 0.5 1.0
Corrosion & Wear rate (mm/y) Ship type
Oil tanker Ore carrier Bulk carrier General cargo
Timber carrier Total
0.63
0.76 0.84
0.48
0.90 0.61
(a) Max. corrosion & wear rate according to ship type
0 0.5 1.0
0.22 0.27 0.27
0.20 0.37 0.25 Ship type
Oil tanker Ore carrier Bulk carrier General cargo
Timber carrier Total
Corrosion & Wear rate (mm/y)
0 0.5 1.0
0.22 0.27 0.27
0.20 0.37 0.25 Ship type
Oil tanker Ore carrier Bulk carrier General cargo
Timber carrier Total
Corrosion & Wear rate (mm/y)
(b) Average corrosion & wear rate according to ship type : 10 % Above ● : 50 % Above ○ : Average
Fig. 2.11 The corrosion & wear rate according to ship type for one year
4) 해수 중 선박의 방식법 고찰[17]
해양분위기와 항상 접하고 있는 선체외판의 부식여분에 대해 NK에서는 3.5 mm 로 규정하고 있지만 효과적인 방식처리를 실시할 경우에는 부식여분을 경감해도 좋 다는 것이 각 선급협회의 규정이다, 도장은 선박의 대표적인 방식방법으로 선박 내 외 등 거의 전면에 걸쳐 각종 도료가 도장되고 있다. 장식의 의미도 있지만 주목적 은 방식이라 할 수 있다.
선박내 배관류에는 용융아연도금이 주로 이용된다. 그 밖에 전기도금에서는 선실 철 구조물 및 기기부품 등에 니켈, 크롬, 동, 아연, 주석 등의 각종 도금이 이용된 다. 또한 필요에 따라 내식성재료를 사용하여 방식하는 경우도 많다.
선박에 대한 전기방식법으로 널리 사용되고 있는 방법은 희생양극법과 외부전원법 이 대부분 사용되고 있으며, 그 방법을 간략히 소개하면 다음과 같다. 그리고, 수면 하 선체, 키, 프로펠러의 부식을 방지하기 위해 선체전위의 변동에 따라 방식전류를 자동으로 컨트롤하는 CAPAC(Cathdic protection, automatically controlled) 시스템 을 채택하고 있다.
(1) 희생양극방법
피방식체에 전류를 공급해 피방식체를 기준방식전위(포화 염화제일수은전극 기준 으로 -770 mV 이하 또는 인공해수 염화은전극으로 -780 mV 이하)로 유지하여 방 식을 하는 방법이다. 이때 기준 방식전위를 유지하기 위해서는 필요한 방식전류밀 도를 결정해야 하며, 사용할 양극의 수량은 다음 식으로 산출된다.
양극수량= 소요방식전류밀도(mA/ m 2)×방식대상면적( m 2) 양극1개당발생전류(mA)
(2) 외부전원방식
외판방식으로서는 유전양극 설치에 의한 전기방식이 도장과 병용되고 있는 경우 가 많은데, 선체외판을 전부 완전방식하기 위해서는 상당한 수량의 양극을 설치하 지 않으면 안 되며, 1～2년마다 입거해 양극을 교환․보충해야 한다. 또 동절기 유 빙이나 눈이 내리는 하천 및 바다를 항해하는 선박은 선체도막이 손상되기 쉽고 희 생양극으로는 충분한 방식효과를 기대할 수 없어 외부전원방식을 적용하는 경우가
증가하고 있다. 또한 이들의 대부분은 선체주위의 변동에 따라 자유롭게 방식전류 량을 조절하는 장치를 갖추고 있다.
선체의 방식전류밀도는 도장의 종류와 질, 선박의 속도 및 크기, 항해지역 등의 제 조건에 따라 크게 다르지만, 일반적으로 외부전원방식의 경우는 몇군데의 전극 으로부터 다량의 전류를 공급하기 때문에 전류분포가 불균일해지기 쉽다. 일반적으 로 30～40 mA/m2의 전류밀도로 제작되는 선박이 가장 많다.
외부전원방식은 유속의 변화가 있는 선체 및 해양구조물에 광범위하게 사용되고 있다. 외부전원방식이 설치된 선박의 예를 개략적으로 나타내 보면 Fig. 2.12와 같 다. 이러한 음극방식계의 가장 중요한 설계 문제는 노출된 모든 선체에 음극방식전 류를 가능한 한 균일하게 흘려주기 위한 기준전극의 배치라고 생각한다.
P r o p e lle r b o n d e d to h u ll b y s u ita b le b r u s h g e a r
A n o d e s : p la tin iz e d tita n iu m . le a d - p la t in u m. o r le a d - s ilv e r
D ie le c tr ic s h ie ld
R e fe r e n c e e le c tr o d e S e n s in g e le c tr o d e A u to m a tic a lly -
c o n tr o lle d
tr a n s fo r m e r - r e c tifie r
Fig. 2.12 The impressed current cathodic protection(ICCP) control and monitoring system