도장에 관한 이야기 45 - 제습과 제습기

오늘은 제습과 제습기에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

제습은 공기로부터 그것의 이슬점보다 낮은 쪽으로 습기 제거로 정의된다. 이 절은 제습이 작업환경 조절의 방법과 제습이 어떻게 철판 부식을 방해하여 급속 방청을 억제하는지를 설명하는데 초점을 맞추고 있다. 대기 조건은 예를 들면 습도, 온도 등은 표면 전처리와 도장 작업에 중대한 영향을 준다. 그리고 궁극적으로 장기간 도막 성능에도 영향을 미친다. 보통의 환경 조건에서는 도장은 급속한 발청을 피하기 위하여 청소 후 수시간 이내에 표면에 적용되어야 한다. 도장 작업은 때때로 다습 그리고/또는 저온 때문에 지연되기도 한다. 같은 날의 블라스팅 작업과 도장의 necessary cycle 은 도장 작업의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 도장 작업자는 날씨에 영향을 받지 않기 위해 종종 작업을 서두르기도 한다. 많은 경우에 난방, 환기, protective enclosure, 전등과 제습기 사용과 같은 환경 조절은 도장 작업의 경제성과 품질을 향상 시킬 수 있다. 현재의 도장은 단지 고품질의 표면에 적용되었을 때 최대 보호 성능(potential)에 도달할 수 있다. 적당히 기름과 그리스 제거 후 철판 표면은 보통은 구도막, 녹과 흑피(scale)를 제거하기 위하여 블라스팅 처리된다. 도장은 표면의 광택 손실 전과 급속 발청이 시작되기 전에 이루어져야 한다. 잘쓰여진 도장 지침서(specification)는 도장 작업의 전처리 상태가 자세하게 규정되어 있으면 고성능 도막의 potential을 얻을 수 있다.

 

산업용 제습기

부식과 부식 속도

부식은 부식 전극의 4개 요소(양극, 음극, 금속 전도체, 전해질) 이 있을 때 금속 표면에서 발생할 수 있다고 학설이 확립되었다. 대기 노출 상 대부분의 페인트에 영향을 미칠 수 있는 가장 일반적인 전해질의 원인은 비 또는 응축의 형태로 있는 대기 중의 수분이다. 철판의 온도는 특별한 화학반응이 영향을 주는 것과 같은 방법에서 부식 속도를 변화시킨다. 일반적으로 온도가 높을수록 부식 속도는 증가한다. 대기의 습도와 오염은 처음에는 전해질을 생성에 의해, 다음에는 전해질의 효율에 영향을 주는 것에 의해 부식 속도를 조절한다. 연구 보고에 의하면 해안 지방의 공업단지 같이 높은 습도와 높은 수준의 대기 오염에 노출되어 있는 철판은 높은 습기와 낮은 오염인 시골에서 노출된 철판보다 15 내지 20배 정도 빠르게 부식이 진행된다는 것을 보여 준다. 시골에 있는 금속들은 빈번히 젖은 상태이지만 비교적 깨끗한 물의 도막은 낮은 부식 속도를 만들어 낸다. 공업 지역에서는 예를 들면 sulfur dioxide, chloride와 sulfate 같은 대기 오염 물질들은 물을 산성으로 만든다. 이것들은 전해질의 기능을 향상시키고 부식 속도를 증가시킨다. 어느 쪽이든 습도는 부식 진행의 주된 요소이다. 그러나 수분의 존재가 반드시 철판이 습하다는 것을 의미하지 않는다. 표면에 오염물들은 공기로부터 습도를 흡수할 수 있고, 철판 표면에 미세한 층의 물을 함유할 수 있다. 응축을 막음으로써 표면의 외면이 건조한 상태로 유지하는 것으로만 부식을 막는데 충분하는 생각은 잘못됐다. 더 나아가 부식을 막는 것은 흡수하는 수분으로부터 철판 표면에 오염물질을 막을 만큼 충분히 공기를 건조한 상태로 유지하는 것이 필수적이다.

 

수분과 상대습도

상대습도

= 주어진 공기의 부피 속에 있는 수증기량 / 같은 온도에서 수증기의 최대량(만약 수증기가 포함되었다면) * 100

 

공기는 0~100% 범위의 상대습도를 가진다. 0% 에서는 공기는 완전한 건조 상태이다. 100% 에서는 완전히 포화되었다. 따뜻한 공기는 찬 공기가 포함할 수 있는 양보다 많은 양의 수분을 함유할 수 있다. 여름철 공기 중에 수증기량은 겨울철보다 적어도 3배 정도 많다. 주어진 온도에서 공기가 함유할 수 있는 최대의 양을 함유하였을 때, 포화되었다고 한다. 만약 적게 포함하였다면 반 정도 포함하였다면 부분 포화(50%) 되었다고 한다. 또는 상대습도가 50% 라고 말한다. 공기 가열은 수증기 함유량을 변화시키지 않는다. 그러나 그것은 수증기를 더 많이 함유할 수 있는 능력을 증가시킨다. 그리고 상대습도를 낮추어 준다. 공기를 냉각시키는 것은 수분을 함유할 수 있는 능력을 감소시킨다. 따라서 상대습도는 증가한다. 공기가 냉각될 때 포화 수준이 감소하고 공기가 완전히 포화될 때까지 상대습도가 100%가 될 때까지 증가한다. 공기가 좀 더 포화될 때 현재의 수증기량은 공기가 가질 수분을 함유할 수 있는 능력을 초과한다. 그리고 초과된 수증기는 더 이상 함유할 수 없다. 공기 중에 노출된 표면에 안개 또는 연무 또는 이슬로 응축된다. 습도 수준이 어떻든 포함점에 도달하고 그다음 응축할 만큼 충분히 공기를 냉각시키는 것은 가능하다. 공기가 포화될 만큼 충분히 냉각되고 이슬을 생성할 수 있는 온도를 이슬점 온도라고 한다. 상대습도가 감소할수록 공기는 수증기를 더 빨리 흡수할 수 있기 때문에 물의 증발은 빨라진다. 상대습도가 증가할수록 물은 더 천천히 증발한다. 모든 용매에 대해서도 똑같이 사실이다. 대부분의 도장은 상대습도가 90%보다 높을 때는 도장하지 않는다. 왜냐하면 용매의 증발 속도는 높은 상대습도에서는 감소하고, 100% 상대습도에서는 용매의 증발 속도가 0에 도달하기 때문이다. 이러한 조건에서는 적용된 도막에 용매의 포집이 발생되고 경화 과정을 손상시키고 blistering 또는 극심한 peeling의 형태로 도막 결함은 순차적으로 발생시킨다. 상대습도, 온도와 이슬점의 관계는 psychrometric chart를 사용해 발견될 수 있다. psychrometric chart의 사용법은 아래 예로 설명되어 있다. 이 chart가 70F(21C)로 보여 지고, 50%의 상대습도 습구가 58.5F(16C)로 나타난다. 이슬점은 50F(10C)로 보여지고, 그것은 공기가 50F(10C)에서 공기가 포화되는 것과 같은 수증기의 양을 함유한다는 것을 의미한다. 공기를 70F(21C)에서 60F(16C)로 냉각시킴으로써 수증기의 양은 변하지 않는다. 그래도 정의에 의하며 이슬점은 변하지 않는다. 즉 50F(16C)이다. 상대습도는 73% 로 증가하였음을 볼 수 있다. 상대습도와 이슬점은 직접 읽을 수 있는 장비를 가지고 있는 온도를 측정함으로써 계산되어질 수 있다. 실제로 사용할 수 있는 장비는 sling psychrometer이다. 온도는 건구와 습구 온도를 읽음으로써 온도가 측정되어진다. 이러한 측정값들은 psychrometric table 또는 special slide rule 또는 계산기로부터 상대습도와 이슬점을 계산하는 데 사용되어진다. 만약 공기가 처음의 이슬점 보다 낮게 냉각되면 공기는 50F(10C) 보다 낮은 모든 온도에서 포화될 것이다. 그리고 상대습도는 항상 100%를 유지하게 될 것이다. 응축은 온도가 떨어짐으로써 형성되고 공기에 의한 수증기량은 점차 감소하게 될 것이다. 이슬(응축)의 증가량은 어떠한 편리한 좋은 표면에 형성될 것이다.

 

부식 속도에 대한 습도의 영향

높은 공기 습도는 부식을 빠르게 촉진시킬 수 있다. 일반 낮 시간은 일반적으로 상대습도가 위치에 따라 50~90%이다. 연구 보고에 의하면 상대습도가 60% 이하면 부식이 상당히 늦추어지고 50% 이하이면 실제로 멈추게 된다. 낮은 수준의 상대습도에서는 (예를 들면 안전 여유를 두고 40% 이하)에서는 블라스팅 소지 처리된 표면은 블라스팅 상태의 저하 없이 도장 전 오랜 시간 동안 유지할 수 있다. 부식 속도는 금속 표면에 접촉한 공기의 상대습도에 의해 결정된다. 이것은 특히 철판 온도 외 공기의 온도가 다를 경우 단지 몇 mm 떨어진 공기의 상대습도와 구분되어질 수 있다. 철판의 열 공기는 경계층이라고 한다. 물이 증발하거나 철판에서 응축하지 않는다면 이 공기층은 철판 표면과 습도 평형에 이른 것이다. 일반적으로 경계층 내에서 조건을 측정한다는 것은 실제적이지 못하지만 sling psychrometer를 사용해 근접한 곳에서의 측정은 가능해진다. 철판 표면 온도는 온도계를 접촉해서 측정되어질 수 있다. 경계층의 상대습도를 낮추는 방법은 2가지가 있다.

-표면 온도를 낮추는 것

-제습에 의한 수분 함유량 감소

 

철판 온도를 높이기 위해 열의 사용

표면 온도의 증가를 위해 선택된 방법은 상대적으로 비용에 의존한다. 작은 부분의 작업이라면 복사 난방기를 사용해 표면을 가열하는 것이 가능하다. 이 방법은 보온이 되지 않는다면 큰 조각이나 탱크와 같은 큰 한정된 공간에는 효과적이지 못하다. 많은 복사 난방기들은 철판 표면으로부터 공기 바깥으로의 열손실을 막는 것이 필요하다. 다른 보통의 기술은 철판 표면의 온도를 포함해 대기 온도를 올리기 위하여 공기를 가열하는 것이다. 이 방법은 공기로부터 철판까지 열전달이 낮고 또한 철은 큰 열용량을 가지고 있기 때문에 비싼 비용이 든다. 대부분의 열은 공기 중으로 낭비되고 단지 적은 양만이 철판으로 전달된다. 열원은 중요한 인자이다. Gas burning direct heat을 사용하는 것은 불안전할 수도 있고 또한 역효과를 가져올 수 있다. 1 gallon의 프로판이 연소될 때 20 gallon의 수증기를 생산해 낸다.

 

냉각

앞서, 제습은 이슬점 온도를 낮추기 위해 공기로부터 수증기 제거로 정의 되어진다. 제습의 목적은 보통의 온도에서 안전한 수준 50% 또는 적게 공기의 수분 함유량을 줄임으로써 부식 속도를 최소 수준으로 낮추는 것이다. 작업지역에는 공기의 흐름이 항상 필요로 한다. 그리고 이 공기들은 반드시 제습되어야 한다. 수증기량은 냉각 또는 건조제를 사용해 줄일 수 있다. 냉각기를 사용해 공기로부터 수증기를 제거하는 것은 일반적으로 제습의 경제적인 방법이다. 대기의 공기는 냉각 코일의 시스템 위로 순환된다. 이 코일의 표면온도는 들어오는 대기 공기의 이슬점보다 상당히 낮은 온도를 설정되어진다. 찬 공기는 포화에 도달하고 응축이 일어난다. 이 응축물은 모이게 되고 시스템 밖으로 배출되어진다. 그 공기는 감소된 온도에서 제습기의 냉각 코일 구역을 빠져나간다. 그러나 더 중요한 것은 낮은 이슬점과 습도이다. 낮은 온도의 공기는 특별한 적용 요구사항에 기로를 둔 건조 공기가 공기 흐름쪽으로 첨가됨으로써 쉽게 조절될 수 있다. 이 방법은 비교적 높은 습도 함유량을 가진 따뜻한 공기이고 배출구의 이슬점이 32F(0C) 이상일 때 이점이 있다. 그러나 이 방법은 겨울철이나 북쪽 기후에서는 온도와 습도가 감소하기 때문에 덜 효과적이다. 어떤 경우에 냉각 코일이 어는 경우에는 얼음이 코일을 격리시키기 때문에 제습기의 효율이 0까지 감소한다. 빈번히, 냉각은 낮은 비용에서 최대의 낮은 이슬점을 얻기 위하여 흡착 제습기와 함께 사용되어진다. 냉각은 종종 흡착과 흡착 제습기와 함께 사용되어진다.

 

건조제

건조제는 자연적으로 물에 대하여 높은 친화력을 가진 물질들이다. 그래서 주변 환경으로부터 직접 수분들을 흡수할 수 있다. 건조제는 그들이 포화될 때까지 수분을 흡착한다. 그 후 공기 흐름을 가열하거나 화학 공정에 의해 다시 재생되어져야 한다. 대부분의 건조제는 일반 상태에서 고체이다. 하지만, sulfuric acid(화학 제조산업에서 사용되어지는) lithium chloride와 같이 액체 건조제, 또는 triethylene glycol과 같은 polymeric 물질도 존재한다. 이 액체 물질들은 absorbent desiccant라고 한다. 고체형 건조제는 adsorbent desiccant라고 한다. 습도는 많은 양의 습기를 함유할 수 있는 능력을 가진 실리카 겔처럼 입자 물질의 표면에 흡착된다. 이 물질들은 또한 쉽게 건조되어지고 제거되어지고 더 나은 사용을 위해 재생된다. 도장 산업에서는 rotating-bed silica gel adsorbent desiccant가 가장 많이 사용되어 진다. 고체 건조제들은 honeycomb형태의 매체와 접촉할 수 있고 포화된 공기를 가지고 있는 큰 회전 드럼 또는 휠 (10~12 revolution per hour) 안에 주입한다. Process air(블라스팅과 도장이 되는 곳으로 들어간다. )는 건조되어야 하며 매체에 있는 open flutes를 통해 지나가고 매체 벽에 있는 실리카겔 건조제는 한쪽으로 습기가 방출된다. 몇 가지 약점들은 고려되어져야 한다. -만약 reactivation air steam에 대한 열원이 중단된다면 honeycomb은 작동이 계속될 것이고 실리카겔 건조제는 흡착 수분에 의해 포화될 것이다. 이점에서 이 장치는 air handler가 되고 제습기로써의 역할을 그만두게 된다. 자주 체크함으로써 reactive air stream 이 완전히 작동하는 것을 확신할 수 있다. -Air reactivaion process의 가열의 결과로 드럼(휠)이 가열된다. 이 열에너지는 process air stream에 전달되고 공기는 스스로 가열된다. 보통의 조작 온도 증가는 50F(10C)이다. 이것은 80F(27C) 대기 온도에 대하여 배출구로 나오는 공기의 온도의 process air stream 가 약 130F(54C)라는 것을 의미한다. 이 온도는 여름에 부적당한 작업 환경을 만든다. 따라서 이 process air stream에서 적당한 수준의 온도를 낮추기 위해 honeycomb의 down stream에 반드시 냉각기가 설치되어야 한다. -많은 약의 공기가 움직이면 실리카겔이 먼지, 블라스팅 먼지, 용매 증기 또는 기름 연기 등에 오염되지 않도록 신경 써야 한다. 한번 실리카 겔이 오염되면 더 이상 수분을 흡수할 수 없다. 이 보호법은 설치와 제습 장치에서 process air와 reactivation air inlet 두 곳의 잦은 filter media의 교체로 수행될 수 있다.

 

도장 작업자의 제습의 이득

도장 작업자는 탱크 속(이슬점을 감소시키기 위해) 공기를 건조시키고 전체 표면은 블라스팅 건조 공기를 사용해 블라스팅 상태 유지. 표면 청소(즉, 연마제와 먼지 제거)를 위해 제습이 사용할 수 있다. 그리고 다음에 도장이 적용된다. 추가 이점은 다음과 같다.

-블라스팅 작업에 의한 구도막이 제거될 수 있다.

-다른 부분의 표면이 도장된 overlaps(하루에 blasting-then-coat 경로)들이 제거된다.

-1회 이상 도장이 적용될 때 모든 것들은 이상적인 조건하에서 적용되어야 한다.

-재도장 간격이 지나는 것을 피해야 한다.

-작업자는 작업이 완전히 끝났을 때 합당한 정확성으로 품질을 보증할 수 있다.

-제습은 몇 달간 어떤 지역에서 도장 기간을 연장할 수 있다.

-작업자는 대기 조건을 조절할 수 있어야 하고 기후나 대기의 변화의 희생이 되어서는 안 된다.

 

높은 습도 환경에서 낮은 용매 증발의 문제점은 이전에 말했었다. 제습장치는 가능한 도장된 도막으로부터 용매가 완전히 빠져나간 것을 확신할 수 있는 경화되는 기간 동안 사용이 되어져야만 한다. 도장에 사용되는 전형적인 용매들은 공기보다 무겁다. 용매들은 탱크와 같은 구조물의 바닥에 가라앉는 경향이 있고, 공기를 포화시킨다. 한번 도막 주변의 경계층에서 포화되기 시작하면 증발은 둔화되거나 멈추게 된다. 이것들이 발생하면 용매는 경화되는 동안 도막에 남아 있게 된다. 이러한 상황을 방지하기 위해서 도장 작업 중 용매를 포함한 공기를 지속적으로 순환 시켜야 한다. 만약 make-up공기가 이미 상대습도가 85% 또는 보다 크다면 증발이 나아지지 않거나 둔화된다. 이상적으로 make-up공기는 make-up공기의 ft3당 제거되어지는 용매의 양을 향상시킨다. 공기가 더 많이 건조될수록 (50%의 상대습도 또는 낮게) 같은 환기 부피에서 도장된 도막으로부터 용매가 더 많이 증발한다. Post-application ventilation과 제습 공정은 감리자와 일일보고서에서 모든 매게 변수들에 의해 주기적으로 감시 되어져야만 한다. 이러한 공정들의 기록은 정당한 도장의 적용과 경화 기간의 유지를 확신시켜준다.

 

제습의 적용

날씨에 반대로 tank lining project에 대하여 도장 산업에서 보통 사용되어진다. 탱크 속 대기 공기는 프로젝트 동안 조절되어진다. 이것은 낮은 상대습도가 유지될 수 있다면 도장 전 블라스팅 소지 처리된 표면이 며칠 또는 심지어 몇 주간 지속할 수 있도록 가능하게 하는 것은 특별한 일이 아니다. 어떠한 장비의 결함은 소지 작업의 일수 손실을 유발하기 때문에 특히 만약 장비가 야간에 고장이 나고 그 문제가 다음날까지 발견이 되지 않을 때, 세심한 작업자는 제습기를 항상 예비 제습기를 준비해야 한다. 묻혀진 탱크 들은 땅 주변의 높은 단열 요소 때문에 제습이 특히 중요하다. 블라스팅과 블라스팅 탱크의 도장 또는 cargo tank들은 다른 보통의 방법이 적용된다. 제습 장비를 적도지방에서 연중 유용한 장비이다. 때때로 극히 높은 온도와 습도 수준에서 충분히 대처할 수 있게 해 준다.

 

이상 오늘은 도장에 많은 영향을 미치는 제습에 대해서 알아보았습니다.