고온수소취화(HTHA)

고온수소취화란

고온수소취화는 고온 수소 환경에서 생기는 열화 현상이다.

강 속 탄소가 메탄으로 빠져나가 강도와 인성이 떨어지는 현상이다.

내부 손상이 육안으로 잘 드러나지 않아 사고로 이어지기 쉽다.

손상 진행 원리

고온 고압에서 수소가 원자로 쪼개져 강 속으로 확산한다.

이 수소가 탄화물의 탄소와 만나 메탄을 만든다.

메탄은 분자가 커서 결정립계에 갇혀 기포로 모인다.

기포가 합쳐지면 미세균열이 되고, 결국 조기 파단에 이른다.

세 단계 진행

HTHA는 세 단계로 진행한다.

1단계는 표면 탈탄으로 외관상 변화가 거의 없어 육안으로 보이지 않는다.

2단계는 입계에 메탄 기포가 생기고, 3단계는 기포가 합체해 미세균열이 된다.

1단계를 놓치면 2단계 사고로 이어지므로 정기 검사에서 유의한다.

수소취성과 구별

가장 흔한 실수는 HTHA를 수소취성과 같은 현상으로 쓰는 것이다.

수소취성은 저온에서 수소가 고용·확산되어 연성을 떨어뜨린다.

HTHA는 고온에서 탄화물과 수소가 반응해 메탄 기포를 만든다.

운전점 판정 예제

손상 여유는 운전점이 한계 곡선의 어느 쪽에 있는지로 판단한다.

설계 수소분압 10 MPa, 운전 온도 300℃는 절대온도로 573 K다.

이 운전점을 도표에 찍어 곡선 위쪽이면 손상 위험 영역으로 판정한다.

실제 한계 값은 재료와 설계 기준에 따라 달라 도표 원본으로 확인한다.

대책과 정리

HTHA 대책은 재료 선정, 운전 조건 관리, 검사 세 가지로 나뉜다.

재료는 Cr·Mo 첨가 저합금강을 써서 탄화물 반응을 억제한다.

운전 온도와 수소분압은 손상 한계 아래로 유지한다.

이력에 따라 검사 주기를 정하고, 세 가지를 연계해 관리한다.