스케일(Scale)의 생성과 방지방법

스케일(Scale)

1. 스케일((scale)이란

1). 물에 각종 광물질이나 가스 외에 다향앟ㄴ ion(Ca++, Mg++, HCO₃SO₄¯¯ SiO₄¯ 등) 이

    존재하는데, 이들 이온의 화학적 결합물인 염류(CaCO₃MgCO₃등)가 온도상승 등으로 인한 용해도 감소로 침전되어 전열면의 표면이나 배관 등에 부착된 것을 스케일이라 함니다.

2). 스케일(Scale) 생성과정

 Ca++ ╉ 2(HCO₃¯)  -à CaCO₃(스케일) ╉ CO₂  ╉ H₂O

      탄산칼슘 외에도 스케일의 성분에는 CaSiO₄, CaSO₄등이 있으나 대부분의 스케일은 탄산칼슘(CaCO₃)에 의한 것이다.

  3). 스케일은 Ca++ 이온이 많이 용해되어 있는 물, 즉 경도가 높을수록 스케일이 많이 생기는데, Ca++ 이온을 제거하면 스케일의 생성을 방지할 수 있으므로 다량의 이온(Na 등)을 살포하여 Ca++ 이온을 Na+ 이온으로 치환함으로써 스케일의 생성을 방지하는 이온교환법이 많이 사용되고 있다.

      이때, Na+ 이온은 이온화 경향이 크므로 부식경향이 증가한다는 단점이 있다.

  4). 이온화 경향에 의한 부식 증가현상을 방지 하기 위해 저희 냉동에서는 이온교환 수지를 이용하여 PG를 경수에서 극연수로 만들어 줌으로써 스케일의 모든 인자(Ca++, Mg++, HCO₃SO₄¯¯ SiO₄¯ 등)를 제거하여 줌으로써 열교환기에서 발생할 수 있는 스케일 문제를 원천적으로 막아 보자 하였습니다.

 

2. 스케일 생성에 영향을 주는 요소

1). 칼슘이온(Ca++) 농도.

  ①Ca++ 농도가 증가하면 à 경도가 증가하여 à 경수가 되고 동시에 스케일 생성이 쉬워진다.

②Ca++ 농도를 줄이면(이온교환방법등으로) à 연수화되어 스케일 생성이 잘 안 된다.

③경수연화장치를 사용하여 Ca++ 를 Na+로 치환하면, Ca++ 농도가 내려간다 à 경도가가 저하 à 스케일 생성은 저하되나, Na+는 이온화 경향이 크므로 부식경향이 증가한다.

2). 온도에 의한 스케일의 영향

    스케일의 주성분인 CaCO₃등의 염류는 온도가 높은 물에는 용해되기 어려운 특성을 가지고 있기 때문에 온도가 상승하면 물속에 더 이상 녹아있을 수 없게 되어 높은 온도의 열교환기에서는 쉽게 스케일이 형성되고, 많은 양의 스케일 끼게 된다.

 

3. 스케일로 인하 피해

  1). 스케일은 열전도율이 좋지 않으므로 전열량이 적어지고, 이에 따라 기기효율이 감소되어 에너지의 소비가 증대된다.

      ※스케일의 열전도 à 0.2 ~ 0.6Kcal / mh℃, 강의 열전도율 à 40~60Kcal / mh℃.

 

  2). 열이 잘 전달되지 않은므로 전열면에 국부과열현상이 발생하여 국부과열부분의 강도저하에 의한 파열사고(보일러 수관에서)가 발생할 우려가 있고 또 고온부식의 우려가 있다.

  3). 유체가 흐르는 통로가 축소되면 열교환기 tube 내에서 마찰압력손실이 증가하여 동력비가 증가한다.

  4). 밸브나 자동제에 기기의 표면에 스케일이 생기면 기기의 작동불량을 초래할 수 있다.

 

4. 스케일의 방지방법

  스케일의 방지방법에는 화학적인 방법과 물리적인 방법이 있다.

  1). 화학적인 방법에 의한 스케일 제거(화학세정방법)

   (1) 인산염 이용법

       인산염을 일정농도가 되도록 투입하면 CaCO₃침전물의 생성이 억제되어 스케일 생성이 방지된다(인산염이 Ca++ 이온을 중화).

   (2) 경수연화장치(합성수지) 이용법

      ①스케일 생성원인인 Ca++, mg++ 이온을 용해성이 강한 Na+ 이온으로 치환하여 제거함으로써 스케일 생성을 방지한다.

②그러나 Na+는 이온화 경향이 커서 부식경향이 증가하므로 부식방지 조치가 필요하다.

   (3) 화학적 방법의 단점

      ①약품사용으로 수질이 오염된다.

②지속적인 관리유지(투입비용)를 위한 비용이 증가한다.

③물의 활성화에 따른 부식촉진: 스케일 생성은 억제할 수 있으나 경도성분제거에 필요한 양보다 대량으로 살포함으로 물이 활성화 된다.

 

2). 이온교환수지법에 의한 스케일 제거(극연수처리 방법)

      이번에 저희 냉동에서 이온교환수지법을 이용하여 스케일 생성인자를 모두 한번에 제거하여, PG 순환계 중의 열교환기, 자동제어장치의 고장원인을 한번에 제거하고자 합니다(홈런한방에 해결).

 

3). 물리적인 방법에 의한 스케일 제거

    물리적 방법에 의한 스케일 방지 수 처리장치로 현재 일반화 되어 있는 것으로는 자석식과 전자장 처리식이 있다.

 (1) 자석식: 러시아에서 개발된 방식으로 가장 가운데로 물을 통과시켜, 스케일 생성원인인 Ca++, mg++ 이온의 분자결합을 방해하여 스케일 생성을 방지한다.

 (2) 전자식 처리식: 미국에서 개발된 방식으로 물 – 금속 계면의 전위차를 중화, 해소시켜 전열면에 이온을 분산시키는 방식이다.