내요소성 탱크 도료를 통한 비료 생산 개선

그러나 수용액 내 요소의 pH는 보관 시, 특히 내부에 발생하는 습기나 응결에 취약한 탱크에 보관했을 경우 부식의 원인이 될 수 있다는 뜻입니다. 이 같은 점은 아시아나 중동, 또는 북미처럼 기후 조건이 크게 변화할 수 있는 지역에서 저장 탱크와 그 내용물 간의 온도차가 크게 발생할 때 특히 문제가 될 수 있습니다.

그러므로 탄소강 저장 탱크에 적절한 보호 도료로 라이닝 처리를 해서 내용물을 보호하고 탱크의 무결성을 유지하고 생산 효율 최적화를 가능하게 만드는 것이 중요합니다. 수리를 위해 탱크의 사용을 중단할 경우 발생할 수 있는 재정적 손실은 어마어마할 수 있습니다(계획한 것이든 그렇지 않든 가동을 중지할 경우 하루에 최대 1,200만 달러의 비용이 발생할 수 있음).

사례 연구

최근 한 비료 생산업체가 Jotun에 문의를 하여 중국 내 수많은 탄소강 탱크에 액상 요소를 저장할 때 효과적인 라이닝 솔루션에 대해 자문을 구했습니다. 이 회사의 연구소에서는 40% 요소수에서의 도료의 내화학성을 평가하는 다양한 테스트가 진행되었습니다.

이 회사의 TankFast 제품군의 일부인 Tankguard Plus와 Tankguard SF, 그리고 Tankguard Zinc를 테스트 제품으로 선정하였는데, 그 이유는 이 제품들은 높은 pH에서 견딜 수 있고 고객이 탱크를 다시 사용할 수 있게 되기까지의 시간이 짧았기 때문이었습니다. 이 제품군은 비료 생산과 저장을 포함한 여러 산업군에서 광범위한 내화학성을 보여주고 있습니다.

테스트 제품 1: Tankguard Plus

2액형 Tankguard Plus는 페인트 도장과 경화 속도를 최대 50% 늘려주는 노볼락 수지입니다. 내화학성과 온도 저항성을 제공하며 5일 후면 탱크를 다시 사용할 수 있습니다.

테스트 제품 2: Tankguard SF

무용제 노볼락 수지인 Tankguard SF는 웨트 온 웨트 도포(wet-on-wet application)에 사용할 수 있으며 1코트의 시간에 2코트의 보호 효과를 제공합니다. 여러 화학물질에 대한 저항성이 우수하고 필름 두께에서부터 150마이크로미터(μm)까지, 그리고 500μm까지 도포가 가능합니다.

테스트 제품 3: Tankguard Zinc

마지막으로, Tankguard Zinc는 무기 규산아연 탱크 도료입니다. 싱글 코트 시스템으로만 사용되며 ASTM D520 II형 아연말과 호환됩니다. 에폭시 도료에 비해 내화학성이 60% 더 빠르고 점토상 균열(mud-cracking)이 발생하지 않습니다.

사용하는 도료에 따라 탱크를 얼마나 빨리 다시 사용할 수 있게 되는지도 결정됩니다.

테스트 조건

고객사는 처음에 제품들을 20℃에서 테스트할 것을 요청했는데, 이는 온도를 40℃까지 높여서 테스트의 강도를 높임으로써 제품들이 어느 정도까지 견딜 수 있는지 확인하기 위한 것이었습니다.

테스트를 위해 폭 75mm에 길이 150mm에 두께 1.5mm의 연탄소강판을 사용하였습니다. 패널 두 개는 Tankguard Plus 2코트 방식으로 도장하여, 각 코트당 125μm로 총 두께는 250μm였고, 패널 하나는 Tankguard SF를 이용하여 두께 400μm로 도장하였고, 패널 하나는 Tankguard Zinc를 이용하여 100μm 두께로 도장하였습니다.

시장에서 선호하는 테스트 표준 ISO 4628을 사용하여 기포, 균열 및 녹의 정도에 대한 구체적인 검토와 함께 요소 저장 시 도료에 작용하는 영향을 지정하였습니다.

강판들을 40% 요소수가 담긴 각각의 병 안에 넣었습니다. 각 강판의 50%를 용액에 담갔고, 담기지 않은 50%는 요소의 분해와 함께 발생하는 가스의 영향에 관한 테스트에 사용하였습니다. 하지만 가스의 발생은 확인되지 않았습니다.

이 병들을 40℃로 맞춘 오븐에 9개월 간 보관하였습니다. 첫 달에는 강판을 매주 검사하였고 그 다음부터는 한 달에 한 번씩 영향을 모니터링하였습니다.

결과

보관 기간이 끝났을 때 모든 제품에서 기포나 균열이나 녹이 전혀 발생하지 않았습니다. 아연판에 아연 염이 어느 정도 형성되었지만 이는 정상적인 현상이고 도료가 제공하는 내화학성의 수준에는 영향을 미치지 않았습니다. 실제로, 아연 염은 도료에 보호막을 씌워줘서 요소에 대해 한층 더 보호해주고 궁극적으로 부식을 방지해줍니다. 테스트를 시작하고 나서 며칠 되지 않아서 염분이 형성되기 시작하는 것이 확인되었지만 빠르게 안정화되었고 요소나 도료나 탄소강에 부정적인 영향을 미치지 않았습니다.

그 밖에 확인된 유일한 변화는 Tankguard SF로 도장한 강판이 약간 변색되었다는 것인데, 이것도 보호 품질에 영향을 주지는 않았습니다.

실험실의 환경이 온도의 변화 가능성 등 현장의 환경을 완벽하게 재현할 수는 없다는 점은 인정합니다. 그러나 이 테스트를 통해, 고객이 설정한 운영 온도의 두 배 조건에서 40% 요소수에 담갔을 때 제품이 보호 성능을 제공할 수 있으며, 따라서 요소의 저장에 사용되는 강철 탱크를 라이닝하는 데 적합하다는 것이 증명되었습니다.

그 밖의 대안

탱크 라이닝을 대체할 수 있는 몇 가지 방안이 있습니다. 결국, 시설 운영자는 스스로에게 다음 두 가지 질문을 해봐야 합니다. 탱크와 제품을 무엇으로부터 보호해야 하는가? 그리고 상업적으로 실행 가능성이 가장 높은 방법은 무엇인가? 대형 탱크가 필요하다면 일반적으로 탱크를 탄소강으로 만드는 것이 상업적으로 가장 합리적이며, 결과적으로 이 말은 탱크와 그 내용물을 라이닝을 통해 보호하는 것이 좋다는 뜻입니다.

소형 탱크의 경우에는 다른 방법이 있습니다. 스테인리스 강 탱크나 유리 강화 플라스틱/폴리머(GRP) 탱크를 예로 들 수 있습니다. 스테인리스 강은 대부분의 화학물질에 내성이 있어서(대표적인 예외: 할로겐) 일반적으로 라이닝이 필요하지 않습니다. 하지만 적절한 라이닝이 적용된 탄소강에 비해 매우 비싼 소재입니다. 또, 스테인리스 강 탱크는 소재가 매우 단단하고 용접과 가열 작업 시 사용되는 재료에 제한이 있어서 만들기가 매우 어려울 수 있습니다. 따라서 만들 때 자연히 인건비에 영향이 갑니다.

GRP 탱크는 플라스틱의 유형에 따라서는 산성 물질에 대한 복원력이 있음에도 불구하고 물을 담고 보관하는 데 가장 자주 사용되며, 탱크가 작다면 라이닝이 필요 없는 GRP 탱크가 몇 가지 있습니다. 마찬가지로 이것도 탄소강보다는 훨씬 더 비쌉니다. 탱크가 계획된 수명을 유지하도록 적절한 품질의 플라스틱이나 폴리머를 사용하는 것도 매우 중요합니다. 게다가, 일반적으로 GRP 탱크는 원래의 용도에 맞는 화학물질만을 저장할 수 있어서 탱크의 활용 면에서 유연성이 더 적습니다.

모든 탱크와 그 내용물이 그렇듯이, 탱크와 내용물이 적절히 보호되도록 하는 것이 중요합니다.