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내식성 가스 컴프레서 부품의 탄탈륨 잉곳
가스 컴프레서의 다양한 구성품에 대한 소재 선택은 장기간에 걸친 내구성, 신뢰성 및 효율성을 위해 중요합니다. 탄탈륨 잉곳은 고온 안정성과 함께 뛰어난 내식성으로 인해 공격적인 매체의 공격을 받는 부품에서 최고의 선택으로 떠올랐습니다.
그림 1 가스 컴프레서 다이어그램 [1]
부식성 환경에서 탄탈륨을 사용하는 이유는?
1. 탁월한 내식성
탄탈륨은 주로 강산성 매질과 독한 화학 시약에서 부식에 가장 강한 금속 중 하나입니다. 실제로 탄탈은 다른 어떤 원소보다 산성 기체와 액체에 대한 내성이 강하기 때문에 공기나 가스에서 부식성 분자가 발생할 가능성이 있는 가스 컴프레서에 적합합니다. 예를 들어 석유화학 정제소에서 유황을 함유한 가스는 저항성이 낮은 물질을 몇 시간 내에 빠르게 파괴할 수 있습니다. 탄탈륨은 표면에 안정적인 보호 산화물 층을 생성하여 추가 부식을 방지함으로써 컴프레서 부품의 수명을 늘리고 유휴 기간을 줄입니다.
관련 자료 물, 수용액 및 비금속에 대한 탄탈륨의 내식성
2. 고온에서 뛰어난 성능
대부분의 가스 컴프레서는 특히 에너지 관련 산업에서 고온 조건에 노출됩니다. 탄탈은 녹는점이 3,017°C(5,463°F)로 매우 높기 때문에 매우 높은 온도에서도 작동할 수 있습니다. 따라서 탄탈륨 잉곳은 고온에서 작동하는 로터 및 피스톤과 같은 컴프레서 부품 제조에 이상적으로 간주되어 최대 효율을 보장합니다.
3. 뛰어난 내구성 및 강도
탄탈륨 고유의 강도와 내구성은 지속적인 기계적 스트레스를 받는 부품에 매우 적합합니다. 가스 컴프레서에서 로터와 밸브와 같은 부품은 매우 높은 전단력과 기계적 마모에 노출됩니다. 탄탈륨의 우수한 인장 강도와 피로 저항성은 마모를 최소화하는 경향이 있어 극한의 작동 조건에서도 부품의 수명이 길어집니다.
가스 컴프레서에서 탄탈륨의 일반적인 응용 분야
1. 컴프레서 로터 및 블레이드
가스 컴프레서의 로터와 블레이드는 고속 회전과 가스 스트림의 연마 입자에 의한 지속적인 충격으로 인해 지속적인 마모를 겪습니다. 탄탈륨은 마모에 매우 강하기 때문에 부식과 기계적 응력을 동시에 견뎌야 하는 로터와 블레이드에 적용됩니다. 탄탈의 높은 융점은 고온에서 작동하는 컴프레서에서도 이러한 부품이 구조적 무결성을 유지하도록 보장합니다.
2. 씰 및 밸브 부품
가스 컴프레서의 씰과 밸브는 압력을 유지하고 가스 누출을 방지하는 데 필요한 단단한 밀봉을 제공합니다. 많은 부식성 환경에서는 씰이 설계된 가스로 인해 이러한 구성품이 고장날 수 있습니다. 탄탈륨은 씰, 밸브 시트 및 밸브 본체를 제작하는 데 사용되며, 부식성 가스에 대한 내성이 있어 성능이 오래 지속되고 누출이나 고장을 방지합니다. 가단성과 성형성이 뛰어나 오늘날의 컴프레서 시스템에 필요한 복잡한 형상을 정밀하게 제조할 수 있습니다.
3. 고압 부품
가스 컴프레서는 매우 높은 압력에서 작동하므로 압축 챔버, 플랜지 및 실린더 헤드와 같은 부품에 매우 높은 응력이 가해집니다. 탄탈륨은 변형에 대한 저항성과 극심한 압력 변화를 견딜 수 있는 능력으로 이러한 중요한 부품에 매우 적합합니다. 일반적으로 재료 응력이나 부식으로 인해 고장이 발생하는 애플리케이션도 탄탈륨을 사용하면 구조적 무결성과 수명을 유지할 수 있습니다.
4. 열교환기의 구성 요소
가스 압축기는 압축 중 또는 압축 후 온도 변화가 발생할 수 있는 많은 산업에서 열교환기와 함께 사용됩니다. 부식성 고온 가스와 접촉하는 열교환기의 튜브와 배플은 탄탈륨의 탁월한 내식성과 우수한 열충격 저항성을 활용합니다. 따라서 부식으로 인해 다른 소재의 성능이 저하될 수 있는 가혹한 열 순환에서도 구조적 무결성과 안정적인 열 전달 성능을 보장합니다.
내식성: 탄탈륨 및 기타 소재
스테인리스강, 티타늄, 니켈 기반 합금은 가스 컴프레서에서 폭넓게 사용되고 있지만 내식성과 고온 안정성 측면에서 탄탈륨을 따라잡지는 못합니다. 아래는 탄탈륨과 다른 소재를 간략하게 비교한 것입니다. 더 많은 금속 제품은 Stanford Advanced Materials (SAM)에서 확인하시기 바랍니다.
|
속성 |
탄탈륨 |
스테인리스 스틸 |
티타늄 |
니켈 합금 |
|
부식 저항 |
우수(산성, 알칼리, 염소) |
좋음(황산, 염소에 의한 공격에 취약함) |
좋음(바닷물에서 부식 방지) |
좋음(산성 환경에 취약함) |
|
고온 저항 |
우수(최대 3,017°C) |
보통(1,400°C-1,500°C) |
보통(1,600°C) |
우수(1,300°C-1,400°C) |
|
강도 |
높은 인장 강도 |
보통 |
높은 중량 대비 강도 비율 |
강도가 높지만 고온에서 크리프가 발생하기 쉽습니다. |
|
성형성 |
작업하기 어려움 |
용접 및 제작이 용이함 |
용접 및 제작이 용이함 |
용접 및 제작이 용이함 |
|
내구성 |
높음(긴 수명) |
보통(마모 및 부식 가능) |
보통(내마모성) |
보통(마모에 강하지만 탄탈륨보다 내식성이 낮음) |
결론
탄탈륨 잉곳은 고온에서 우수한 내식성과 안정성이 요구되는 컴프레서 애플리케이션에서 가장 큰 이점을 제공합니다. 스테인리스 스틸과 티타늄을 비롯한 다른 소재도 그 자리를 차지하고 있지만 탄탈륨은 고성능, 신뢰성, 긴 서비스 수명이 중요한 매우 열악한 산업 환경의 주요 소재로 남아 있습니다.
참조:
[1] 유진 "버디" 브로만, 팀 만테이, 유르겐 벤네마르, 저스틴 홀링스워스, 6장 - 스크류 컴프레서, 편집자: 클라우스 브룬, 라이너 커츠, 석유 및 가스용 압축 기계, Gulf Professional Publishing, 2019, 253-307페이지, ISBN 9780128146835.
Dr. Samuel R. Matthews
