동관 부식, 청녹, 산화피막 발생원인과 방지방법

반도체 현장을 구성하는 대다수의 배관은 탄소강(카본)과 스테인리스 스틸(STS)이다. 그러나 일부 공종에 사용되는 PVC배관이나 구리로 만들어진 동관도 존재한다. 오늘은 이 중 동관에서 발생하는 부식인 청녹에 대해 알아보려고 한다. 또한 공조계통에서 일하는 많은 사람들이 잘못 알고 있는 산화피막과의 관계도 알아보고, 청녹을 방지할 수 있는 방법은 무엇인지 알아보도록 하자.

1. 동관은 무엇인가?

동관은 구리로 만들어진 배관을 말한다. 우리가 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 동관은 주로 보일러와 관련된 부분에서 볼 수 있다. 주로 난방과 냉방 시스템, 기기용 냉장고나 에어컨, 욕조나 세탁기, 샤워기 등의 가스나 물, 공기(Air)를 공급하는 곳에 설치된다. 구리는 일반적으로 가스, 물, 공기와 같이 압력이 높은 설비에 사용되며 가스용 파이프라인, 수도관, 공기조절기 등에 사용되기도 한다. 그래서 반도체 현장에는 HVAC(공조기기)에 주로 사용된다. 반도체 현장의 공조장비는 공조기 및 냉동기, 보일러 등이 있다. 다음에는 공조기기에 대해 더 자세히 알아보도록 하자.

건설업에 동관을 사용한 결과는 우수한 내구성으로 인한 보수, 유지비의 대폭적 절감과 더불어 재활용 가치등의 경제적 효과, 냉 난방 환경의 개선, 위생성의 향상 등의 측면에서 기여한 바가 크다. 그러나 이러한 우수한 장점을 많이 가진 동관이라고 하더라도 단점이 없을 수 없다. 주된 단점은 적절하게 사용되지 못하게 되면 불의의 사고를 발생시킬 수 있고, 주변환경에 따른 부식이 발생할 수 있다.

2. 동관의 장점과 단점은 무엇인가?

먼저 동관의 장점을 살펴보자. 동관의 주 재료인 구리는 용융점이 높아 고온에서도 안정적으로 사용이 가능하다. 또한 내식성이 우수하기 때문에 수도관이나 가스관 등 압력이 걸리는 배관에 사용하기 좋다. 일반적으로 성능이 우수하기 때문에 수명이 길고, 유지보수가 쉽다. 또한 재활용 가치가 크다. (우리가 알고 있는 대부분의 전선도 구리로 되어 있고, 그 전선을 공사현장에서 훔쳐서 부수익을 창출하는 사례는 이미 너무나 많이 봐 왔던 사례이다.)

동관의 단점은 구리의 특성에서 찾아볼 수 있는데 내식성이 우수하지만, 주변 환경이 산성적인 경우에 부식이 발생할 수 있다. 구리는 재활용이 가능하지만 단가 자체가 비싸기 때문에 제작이나 설치 비용이 높을 수 있다. 그리고 부식되면 구리 금속 자체가 부식물질로 변한다는 단점이 있고 구리로 배관을 만들게 되면 이산화 구리(Pb)를 포함할 수 있기 때문에 환경에 영향을 미칠 수 있다는 단점이 있다.

동관의 부식 예시

3. 동관의 청녹(녹청)

에어컨 설치 현장이나 보일러 설치현장에는 청녹이 매우 안좋은 것으로 평가되고 있는데, 이상하게 이곳 반도체, 하이테크 현장에서는 청녹에 대해 크게 신경을 쓰지 않는다. 그 이유는 동관의 외부에 청녹이 발생한 것만 확인이 되고 동관을 지나는 유체는 용수의 목적이 식용이 아닌, 온도 조절용이며 Drain되는 경우보단 거의 대부분이 순환되기에 배관 내부에서만 돌기 때문이다. 또한 동관의 외부에 발생한 청녹을 산화 피막이라고 이야기 하는 경우도 있는데, 이는 7번 항목(동관 산화피막의 역할, 산화피막과 청녹과의 관계)에서 다시 살펴보자.

4. 동관에 청녹이 발생하는 이유

동관에 청녹이 발생하는 원인은 여러가지이다. 먼저 화학적인 이유는 금속 섬유가 새겨진 동관에서 산성 또는 염기성 화학물질과 반응하여 화학적 변화를 일으키기 때문에 발생할 수 있다. 물리적인 이유로는 동관의 수축과 팽창때 일어나는 물리적 변화로 인함이다. 동관은 날씨의 요인이나 자외선에 노출되거나 공기오염등에 의해 손상이 되어 청녹이 발생할 수 있고 내부 공기의 오염이나 내부 공기의 건조, 그리고 습도등의 원인으로 청녹이 발생할 수 있다.

5. 청녹의 발생이 불러오는 피해

동관의 금속 섬유가 청녹으로 인해 녹는 경우 기계적 피해(Leak 등)를 일으키고, 구멍이 나거나 부식되어 안전성이 감소할 수 있다. 워낙 고압을 견디기 위해 만들어진 배관이므로 안전성이 감소하는 경우 큰 위험이 발생할 수 있다. 또한 해당 유체의 목적이 식용이라면 청녹이 발생한 배관 안에 포함된 화학물질이 생명체에 과민 반응을 일으키거나 기관지를 손상시키며 심할경우 생명에 위협을 줄 수 있다. 청녹이 발생하면 그 주변의 시설물들이 부식되거나 손상될 수 있다. 이 모든 것들이 종합적으로 보면, 구멍이 나거나 부식되면 내부에서만 순환하는 유체라 하더라도 누수, 누기가 되어 해당 공간을 오염시킬 수 있고, 해당 공간을 오가는 생명체(대부분 사람이겠지만)에 위험한 상황을 만들 수 있다. 또한 해당 배관이 지나는 공간을 부식시키거나 손상시킬 수 있으니 청녹은 반드시 제거되어야 한다.

6. 청녹 제거 방법과 방지 방법

청녹을 제거하는 방법은 크게 4가지가 있다. 첫째로 산성처리를 하면 제거가 가능한데, 산성용액(식초나 산성광물용액)을 사용해야 하며 안전하지 않은 방법이다. 두번째 방법은 전해연마 즉 전기 화학처리를 통해 제거하는 방법이며 청녹을 제거하는데 오랜 시간이 걸리지 않아 가장 효과적이다. 세번째 방법은 간단한 물세척을 통해 제거하는 것인데, 청녹이 심할경우에는 효과적이지 못하다. 마지막 방법은 기계적 제거 방법인데 브러시 등으로 청녹을 제거 하는 방법이다. 반도체 현장에서는 대부분 기계적 제거 방법을 사용해서 제거하고 그 위에 투명 스프레이를 뿌려서 코팅을 해서 청녹이 번지는 것을 막는 방법을 사용하곤 한다.

청녹을 막는 방법은 적절한 세척액으로 세척을 하고, 적절한 온도로 보온을 하고, 청녹 방지 스프레이 혹은 페인트로 도장을 해야 한다. 부식방지 스프레이도 뿌릴 수 있는데, 색상이 없는 무색 투명한 스프레이를 고르고 얇게 뿌려주는 것이 중요하다.

7. 동관 산화피막의 역할, 산화피막과 청녹과의 관계

동관 표면의 산화피막(Oxide film)은 동관을 보호하는 역할을 한다. 표면에 생기는 산화를 막아주어 내부를 보호하고 침식을 막아준다. 또한 산화피막은 동관을 철저하게 보호하여 내부의 금속을 보호, 내부 화학 반응을 억제하고 산성비, 염기비, 응고성, 내압 저항력 등을 향상시켜 준다.

동관의 산화피막과 청녹 사이엔 관계가 있는데, 바로 산화피막이 청녹을 막아주는 역할을 한다는 것이다. 청녹은 동관을 관통하는 금속 이온이 산화 피막 아래로 이동하여 내부로 침입하는 것을 말한다. 산화피막은 이런 청녹으로 부터 동관을 보호하는 기능을 하고, 청녹을 막아주어야 한다. 그러나 산화 피막이 만들어지는 과정에서 두께나 균일성, 결정물 등이 제대로 형성되지 않아서 청녹이 발생할 수 있다.

8. 추가정보

철과 스테인리스가 만나면 부식이 발생할 수 있다. 그래서 보통 절연 처리를 한다고 표현을 하는데 이종 금속간 접촉이 발생하는 경우엔 반드시 절연 처리를 하게끔 하고 있다. 특히나 STS의 경우 안에 포함된 니켈이 방청의 역할을 하여 녹이 발생하는 것을 막고 부식을 막는 역할을 한다. 그러나 STS가 철을 만나면 철에 있는 성분으로 인해 산화가 발생하여 녹이 발청하게 된다. 구리와 스테인리스간의 관계에서도 마찬가지이다. 다만 구리와 스테인리스간의 관계에선 STS에 부식이 발생하는 것이 아닌, 구리가 STS에서 산소와 수소를 흡수하여 녹아내리는 과정에서 생기는 구리 산화물이 구리의 부식을 일으킬 수 있다.

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