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전기방식법의 원리, 역사와 종류 본문
전기방식이란? 금속이 물이나 토양과같은 전해질속에 놓이게 되 면 그 표면의 용존산소, 농도차, 온도차 등 주위환경 조건의 차이와 금속자체에 함유된 불순물, 잔존응력, 표면부착물등의금속측원인에의해그 표면에부분 별로 전위차가 생기게 되고 그 결과 수많은 양극부와 음극부가 형성된다.
1.전기방식 (Cathodic Protection)
전기방식(電氣防蝕, Cathodic Protection, CP)은 금속 구조물의 부식을 방지하기 위해 사용하는 전기화학적 기술이다. 이 방법은 금속을 전기화학적 세포의 음극으로 만들어 부식을 억제한다. 전기방식은 주로 두 가지 형태로 나뉜다: 갈바닉(희생 양극) 방식과 외부 전원 방식이다.
2.역사
전기방식의 개념은 1824년 험프리 데이비 경이 처음 제안했다. 데이비는 구리로 만든 영국 해군의 HMS 사마랑 호의 부식을 방지하기 위해 철 양극을 사용하는 방법을 설명했다. 이후, 마이클 패러데이와 토마스 에디슨 등의 과학자들이 이 기술을 연구하고 발전시켰다. 1920년대에 들어서 미국에서 석유 파이프라인의 부식을 방지하기 위해 전기방식이 널리 사용되기 시작했다.
3.전기방식의 원리
전기방식의 기본 원리는 부식을 방지하고자 하는 금속을 음극으로 만드는 것이다. 이렇게 함으로써 금속이 산화되는 것을 막고 부식을 억제한다.
전기화학적 반응
부식은 금속이 산소와 반응하여 산화되는 전기화학적 과정이다. 전기방식은 이 과정을 제어하여 금속이 음극으로 작용하도록 한다. 금속이 음극이 되면, 전기화학적 반응에서 금속이 산화되지 않고 보호된다.
4.전기방식의 종류
갈바닉(희생 양극) 방식
갈바닉 방식에서는 보호할 금속보다 전기화학적으로 더 활성이 높은 희생 양극을 사용한다. 이 방식에서는 주로 아연, 마그네슘, 알루미늄 합금이 사용된다. 희생 양극은 보호할 금속보다 먼저 부식되므로, 보호할 금속은 부식되지 않는다.
장점
- 설치가 간단하고 유지보수가 용이하다.
- 외부 전원이 필요 없다.
단점
- 희생 양극의 수명이 제한적이다.
- 큰 구조물에서는 충분한 보호를 제공하기 어렵다.
외부 전원 방식 (ICCP)
외부 전원 방식은 양극과 음극 사이에 외부 전원을 연결하여 전류를 공급하는 방식이다. 이 방식에서는 변압기-정류기를 통해 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 사용한다.
장점
- 전류를 조절하여 필요한 만큼의 보호를 제공할 수 있다.
- 큰 구조물에서도 효과적이다.
단점
- 설치와 유지보수가 복잡하다.
- 외부 전원이 필요하다.
5.전기방식의 응용
온수 탱크
온수기 내부의 부식을 방지하기 위해 전기방식이 사용된다. 타이타늄 양극을 사용하여 내부의 금속 부품을 보호한다.
파이프라인
석유나 가스를 운송하는 파이프라인은 외부 전원 방식으로 보호된다. ICCP 시스템을 통해 파이프라인 전체에 전류를 공급하여 부식을 방지한다.
선박 및 보트
선박과 보트의 선체를 보호하기 위해 갈바닉 양극과 ICCP 시스템이 사용된다. 갈바닉 양극은 주기적으로 교체되며, ICCP 시스템은 선체 외부에 장착된 양극을 통해 전류를 공급한다.
콘크리트 구조물
콘크리트 구조물 내부의 강철 보강재를 보호하기 위해 전기방식이 사용된다. ICCP 시스템을 사용하여 강철 보강재에 전류를 공급하여 부식을 방지한다.
6.전기방식의 설계 및 설치
설계
전기방식 시스템을 설계할 때는 보호할 구조물의 크기, 형상, 환경 조건을 고려해야 한다. 갈바닉 양극 방식에서는 희생 양극의 크기와 수명을 계산하고, 외부 전원 방식에서는 필요한 전류와 양극의 배열을 설계한다.
설치
설치 과정에서는 설계된 시스템을 구조물에 부착하고, 필요한 경우 변압기-정류기를 설치한다. 설치 후에는 시스템이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 테스트를 수행한다.
7.전기방식의 유지보수
점검
전기방식 시스템은 주기적으로 점검하여 양극의 상태와 전류 공급을 확인해야 한다. 갈바닉 양극 방식에서는 희생 양극의 교체 주기를 점검하고, ICCP 시스템에서는 전원 공급 장치와 전류를 점검한다.
교체
희생 양극은 일정 기간이 지나면 교체해야 한다. ICCP 시스템의 경우 전원 공급 장치와 양극의 상태를 점검하여 필요시 교체한다.
8.전기방식의 장점과 단점
장점
- 금속 구조물의 수명을 연장한다.
- 유지보수 비용을 절감한다.
- 구조물의 안전성을 향상시킨다.
단점
- 초기 설치 비용이 높을 수 있다.
- 유지보수가 필요하다.
전기방식은 다양한 환경에서 금속 구조물을 보호하는 데 효과적인 기술이다. 이 기술은 금속의 부식을 방지하여 구조물의 수명을 연장하고, 안전성을 향상시키며, 유지보수 비용을 절감하는 데 기여한다. 갈바닉 양극 방식과 외부 전원 방식의 조합을 통해 다양한 구조물과 환경에서 효과적으로 적용할 수 있다.
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