디젤 연료에는 항상 일정 비율의 물이 포함되어 있습니다. 목표는 물 수위를 포화점보다 훨씬 낮은 허용 한계 내에서 유지하는 것입니다. 연료에서 과도한 물을 제거하는 것은 어려울 수 있습니다. 따라서 가장 효과적인 방법은 물이 탱크에 유입되는 것을 막기 위한 모든 합리적 조치를 취하고 정기적으로 모니터링하는 것입니다. 이렇게 하면 물 제거 필요성을 최소한으로 유지할 수 있습니다. 모범적인 물 관리 전략을 개발하기 위해서는 수분 함량을 측정하고 결과를 평가하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다.
문제
물은 항상 연료 시스템 구성요소 및 인프라에 녹과 부식을 야기해왔습니다. 최신 연료 시스템은 저압 시스템보다 내성이 훨씬 낮으며 제조업체는 이제 자유수가 엔진에 전혀 유입되지 않아야 한다는 점을 명시합니다.
물로 인한 직접적 손상
물은 연료 탱크뿐만 아니라 엔진 부품도 손상시킵니다. 탱크의 녹과 부식은 연료를 따라 흐르는 단단한 입자를 생성하여 엔진 마모를 유발합니다. 또한 물 식각, 부식, 공동현상 및 박락 등의 현상으로 인해 구성요소의 수명도 단축됩니다.
녹: 철 및 강철 표면과 접촉하는 물은 산화철(녹)을 생성합니다. 다른 단단한 입자와 같이 연료 속으로 들어가는 녹 입자는 부품에 연마성 마모를 일으킬 것입니다. 조기 마모는 부품 고장을 일으킬 수 있습니다.
부식: 부식은 인젝터 문제의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 물은 연료의 산과 결합하여 철금속과 비철금속 둘 다 부식시킵니다. 쉽게 부식되는 새 금속 표면이 마모로 인해 노출되면 상황은 더 나빠집니다. 오른쪽에 표시된 인젝터는 새로 설치되었지만 급격한 부식으로 인해 300시간 이내에 고장이 났습니다.
연마: 물은 디젤보다 점도가 낮으므로 디젤보다 가동 부품의 맞닿는 표면 간 윤활 "쿠션"의 역할을 잘 수행하지 못합니다. 이는 연마성 마모의 증가로 이어집니다.
식각: 식각은 금속 표면을 "침식시키는" 황화수소와 황산을 생산하는 물 유도 연료 분해로 인해 발생합니다.
공식 및 공동현상: 공식 고온 금속 표면에 자유수가 갑자기 노출되면서 발생합니다. 공동현상은 증기 거품으로 인해 발생합니다. 증기 거품은 급작스런 고압 노출 시 빠르게 수축(내부 파열)하며 다시 액체로 응축됩니다. 이러한 물방울이 지닌 큰 힘은 작은 면적에 영향을 미쳐 표면 피로와 침식을 야기합니다.
박락: 수소 취화 및 압력으로 인해 발생합니다. 물이 금속 표면의 미세한 균열에 차오르게 되고, 극한의 압력 하에서 "작은 폭발"로 수소를 분해하고 방출하여 균열을 확대하고 마모 입자를 생성합니다.
얼음: 연료의 자유수는 동결되어 얼음 결정을 생성할 수 있고, 이러한 결정은 다른 단단한 입자와 같이 작용합니다. 연료 시스템에 마모를 일으킬 수 있고 (대량인 경우) 연료 필터를 막을 수 있습니다. 연료 필터의 역할은 단단한 입자를 막아 엔진을 보호하는 것입니다. 엔진과 필터는 먼지와 얼음을 구분하지 않습니다. 얼음은 실험실 검사가 이뤄지기 훨씬 전에 녹아서 사라지기 때문에 얼음으로 인한 손상은 정확하게 진단하기 어려울 수 있습니다.
물로 인한 간접적 손상
물은 또한 다음과 같은 여러 추가적 문제에 기여하거나 문제를 악화시킵니다.
부드러운 고체: 물은 극성입니다. 첨가제에 포함된 특정 화학 물질은 극성입니다. 탄화수소는 무극성입니다. 즉, 물과 극성 화학 물질은 서로를 잡아 당깁니다. 자유수가 존재할 때 화학 분자는 때때로 첨가제의 탄화수소 사슬에서 스스로를 분리하고 물 분자와 결합하여 새로운 물질을 형성합니다. 새로운 물질은 연료에서 침전되는 부드러운 고체이며 필터를 급속도로 막거나 엔진 침전물을 생성할 수 있습니다. 자세한 내용은 첨가제 안정성을 참조하십시오.
미생물 번식: 대부분의 살아있는 유기체와 마찬가지로 박테리아와 균류(곰팡이)는 생존을 위해 먹이뿐만 아니라 물도 필요로 합니다. 자유수가 존재하는 경우 미생물 번식이 급증하여 연료를 오염시키는 점액과 탱크 및 연료 시스템을 부식시키는 산이 생성될 수 있습니다.
연료 산화: 자유수는 산화 과정을 가속화하고 일반적으로 연료 분해 산물로 알려진 산, 검 및 침전물의 형성을 촉진합니다.
디젤 내 물의 형태
모든 디젤에는 일정 비율의 용해수가 포함되어 있습니다. 물 분자는 그 수가 너무 많아질 때까지 연료의 일부를 구성합니다. 연료가 더 이상 물을 포함할 수 없게 되는 지점을 포화점이라고 합니다. 연료 내 물의 양은 ppm(백만분율)으로 측정됩니다. 용해수처럼 물이 포화점 미만으로 유지되는 한 이는 일반적으로 큰 문제는 아닙니다. 물이 디젤에서 분리되어 자유수 또는 유화수가 되면 심각한 문제가 시작됩니다. 유화수는 또 다른 형태의 자유수입니다. 방울이 너무 작기 때문에 연료에 잘 섞이며 바닥으로 떨어지지 않고 부유 상태로 남아 있습니다. 물이 연료에 완전히 용해되면 "물방울"이 없습니다.
물이 연료에 유입되는 방법
물은 다양한 원천에서 생겨날 수 있으며, 그중에서 일부는 제어하기가 매우 어려울 수 있습니다.
- 공급업체 배송 시
- 자유수 발생(포화점 초과)
- 탱크 내 응축
- 탱크 내 누출(비, 압력 세척, 지하수...)
- 대기로부터의 유입(습도)
- 인적 오류(보호되지 않은 벤트, 주입 포트, 씰...)
솔루션
수분 함량 측정
연료의 수분 함량을 측정하는 몇 가지 방법이 있습니다. 일부는 실험실에서 수행되고 일부는 현장에서 수행될 수 있습니다. 이러한 다양한 검사가 제공할 수 있는 정보의 유형을 이해하는 것이 중요합니다. 연료 탱크에서 물을 검사하는 가장 일반적인 방법은 긴 디핑 스틱에 특수 인디케이터 페이스트를 사용하여 탱크 안으로 스틱을 살짝 넣는 방식입니다. 이 방법은 쉽고 빠르며 현장에서 수행할 수 있음은 물론, 탱크 바닥에 자유수가 있는지 알려줍니다.
물 모니터(센서)는 인라인으로 설치할 수 있으며 신뢰할 수 있는 실시간 결과를 제공합니다. 연료 내 용해수 함량을 측정하고 디젤의 상대 습도를 백분율로 반환합니다. 최대 결과는 100%로, 연료가 포화점에 도달했고 더 이상 연료가 물을 포함할 수 없음을 말해줍니다. 이 검사 방법은 탱크에 자유수가 얼마나 많이 있는지 알려주지 않습니다.
Karl Fischer 적정법은 유체 샘플의 물 함량을 밝히기 위해 1935년부터 사용된 실험실 검사입니다. 이 검사는 매우 정확하며 작은 크기의 샘플만을 필요로 합니다. 디젤 연료 내 약 50ppm의 소량의 용해수도 감지합니다. 포화 수준(용해수 및 자유수)보다 낮거나 높은 수분 함량을 측정할 수 있습니다. 실험실에서는 다양한 조건에서 연료의 수분 포화 수준을 확인하는 데 이를 사용할 수 있습니다. 실험실 검사는 일반적으로 현장 검사보다 정밀하지만 훨씬 덜 정확할 수도 있습니다. 혼란스럽게 들릴 수 있지만, 실험실 검사가 덜 정확할 수 있는 이유는 탱크에서 가져온 시간과 실험실에서 검사하는 시간 사이, 샘플 자체가 변화했을 수 있기 때문입니다.
디젤의 특성 중 하나는 추울 때보다 따뜻할 때 더 많은 물을 포화 상태로 유지한다는 것입니다. 탱크의 디젤이 차가우면 포화점을 넘어설 수 있습니다. 이 경우 장비에 물이 유입되면 커다란 문제가 발생할 수 있습니다. 이와 같은 샘플을 실험실로 보내는 경우 실험실은 탱크보다 더 따뜻할 것입니다. 연료가 예열되고 물이 다시 용액이 되어 전혀 문제가 없는 것처럼 보일 수 있습니다. 얼음 결정 역시 진단에서 같은 종류의 어려움이 발생할 수 있습니다. "증거"가 실온에서 사라집니다.
통과 수준인 물의 양
가장 쉬운 대답은 물이 없을 때일 것입니다. 그러나 이것은 실용적이지도 않고 현실적이지도 않습니다. 모든 디젤에는 일정 비율의 물이 함유되어 있습니다. 가장 중요한 것은 물이 자유수로서 장비에 유입되는 대신 용해된 상태를 유지하도록 물을 포화점 미만으로 유지하는 것입니다. 장비 제조업체는 자유수가 전혀 엔진에 닿지 않아야 한다는 점을 명시합니다. 포화점은 온도와 석유 디젤/바이오디젤 비율에 따라 약 50ppm에서 1800ppm까지 다양합니다. 차트에서 볼 수 있듯이 바이오디젤은 석유 디젤에 비해 훨씬 더 많은 물을 포화 상태로 유지할 수 있습니다. 그러나 바이오디젤과 석유 디젤을 함께 혼합하는 경우의 수분 함량은 수학적으로 비례하지 않습니다. 혼합 연료는 부분의 합인 용액보다 더 적은 물을 유지할 수 있을 것입니다. 즉, 둘을 혼합했을 때 자유수 침전이 발생할 수 있다는 뜻입니다.
연료 내 자유수 유입을 방지하는 방법
물이 유입되지 않게 하는 방법을 이해하려면 물이 어떻게 유입되는가를 먼저 이해해야 합니다. 물은 다양한 원천에서 생겨날 수 있으며, 그중에서 일부는 제어하기가 매우 어려울 수 있습니다.
공급업체 배송 시: 디젤은 정유 공장을 떠날 때 비교적 깨끗하고 건조하지만 디젤 배송에서 다양한 양의 물이 포함됩니다. 공급업체로부터 받는 물의 양은 대체로 상황과 취급 관행에 따라 달라집니다. 제어 가능한 요소 잠재적으로 공급업체를 전환하거나 유통업체에 부담을 주는 계약을 협상하는 것 외에도 다음을 시도할 수 있습니다.
- 물과 오염물이 탱크 바닥에 가라앉는 것을 원하지 않으면 제일 먼저 배송을 받습니다.
- 대량 탱크의 흡입구에 물 제거 시스템을 설치합니다.
대기로부터의 유입: 공기와 마찬가지로 디젤에는 상대 습도가 있으며 둘은 균등해지려는 경향이 있습니다. 즉, 공기가 연료보다 습하면 연료가 공기에서 수분을 흡수합니다. 그러나 공기가 연료보다 건조하면 양쪽의 상대 습도가 같아질 때까지 수분이 공기 중으로 다시 증발합니다.
자유수 발생: 디젤 용액에는 일정량의 물(용해수)이 포함되어 있습니다. 수분 함량이 포화점을 초과하면 초과 수분이 자유수가 됩니다. 이 현상은 총 수분 함량이 증가하거나 디젤이 냉각될 때 발생합니다. 디젤은 따뜻할 때 90ppm의 용해수를 보유할 수 있지만 추운 날씨로 인해 냉각되면 60ppm만 보유할 수 있습니다. 30ppm의 차이는 자유수가 되어 탱크 바닥에 가라앉습니다.
탱크 내 응축: 탱크 외부가 내부보다 더 따뜻하면 응축이 형성되고 이 "물기"가 연료에 유입됩니다. 이는 반복해서 발생할 수 있으며 매번 더 많은 자유수를 생성합니다.
탱크 내 누출: 비, 압력 세척 또는 지하수는 모두 손상되거나 부적절하게 밀봉된 탱크에 유입되는 물의 원천이 될 수 있습니다. 지중 탱크(예: 주입 스테이션에 있는 탱크)에는 때때로 표준에 미치지 못하는 흡입구가 있을 수 있습니다. 캡 주변 구역은 빗물로 쉽게 채워질 수 있습니다. 캡을 제거했을 때 물 수위가 이보다 높으면 중력으로 인해 물이 탱크로 즉시 흘러 들어갑니다.
연료에서의 물 제거
유황 디젤이 500ppm을 초과하는 지역은 ULSD(15ppm 미만 유황) 지역보다 물 제거가 더 쉽습니다. 예를 들어 왼쪽의 필터 스키드는 남아프리카에서 사용하도록 설계되었는데 매우 효과적입니다. 코어레서와 물 세퍼레이터는 고유황 연료에서 훨씬 더 효과적으로 작동합니다. 고유황 디젤에는 필요한 첨가제가 훨씬 적기 때문에 계면활성제도 훨씬 적게 들어 있습니다.
계면활성제는 오일 분리 여과재/물 분리 여과재 위에 코팅되어 있는 비누 물질로, 성능을 심각하게 저하시킵니다.
ULSD에서는 계면활성제의 양이 증가해 오일 분리 여과재를 망가뜨리므로 최소한으로 간주해도 효과가 의심스럽습니다.
제조업체는 현재 산업 검사 표준을 기반으로 필터 효율성을 발표합니다. 현재 표준은 여러 해 전에 개발되었으며 일정하게 처리된 연료를 비교 검사하는 실험실 검사를 위해 설계된 것입니다. 이 방식은 비교 검사에는 적합하지만 실제 환경에서의 필터 효율성을 반드시 반영하지는 않습니다. 실험실 검사를 위한 ULSD 연료 처리에서 해당 표준은 모든 계면활성제를 제거할 것을 요구합니다. 실제 현장에서 계면활성제(첨가제라고도 함)가 제거된 ULSD는 엔진을 손상시킬 것입니다. 장비 사용에 적합한 모든 ULSD에는 첨가제와 계면활성제가 포함되어 있으므로 연료 자체가 사실상 물 흡수 필터를 비활성화합니다.
따라서 발표된 코어레서 효율성 수준의 감소는 아마 확인하지 못하겠지만, 문헌에서 물 흡수 필터 언급의 증가를 발견하게 될 것입니다. 여전히 ULSD 영역에 코어레서를 판매하는 기업은 이제 코어레서 다음으로 물 흡수 필터 추가의 필요성을 매우 자주 언급합니다. 자유수가 제거되었음을 보장하는 다른 방법은 없습니다.
안타깝게도 많은 양의 침전된 물을 제거하는 가장 좋은 방법은 탱크를 배수하는 것입니다. 매우 간단하지만 경제적이거나 편리한 방법은 아닙니다. 탱크 상부의 빈 공간으로 유입되고 브리더를 통해 유출될 수 있는 건조한 공기(또는 질소)와 함께 우수한 제습형 브리더를 사용하면 주변 습기와 응축을 방지할 수 있습니다. 앞서 설명한 것처럼 디젤의 상대 습도는 공기의 상대 습도(또는 "건조도")가 될 가능성이 높습니다. 디젤의 수분은 시간이 흐르면서 디젤이 공기만큼 건조해질 때까지 건조한 공기로 다시 방출될 것입니다.
모범적인 연료 물 관리의 핵심은 용해수 함량을 최소화하고 모든 자유수를 제거하는 것입니다.
