물은 디젤 엔진에 있어서 귀찮은 존재일 뿐만 아니라, 연료 시스템 전체를 손상시킬 수 있는 파괴적인 힘을 갖고 있기도 합니다. 디젤에는 항상 약간의 물이 포함되어 있지만, 심각한 문제가 발생하지 않을 정도로 충분히 낮은 수준으로 유지하는 것이 목표입니다.
물이 연료에 어떻게 유입되는지, 어떻게 손상을 일으키는지, 그리고 어떻게 관리하는 것이 가장 좋은지 이해하는 것은 장비와 운영을 보호하는 데 필수적입니다.
디젤 연료에 물이 문제가 되는 이유
현대의 디젤 엔진은 자유수를 처리하는 데 전혀 내성이 없습니다. 물이 시스템에 해를 끼치는 방식은 다음과 같습니다.
직접적인 피해
물은 다음과 같은 원인으로 연료 탱크와 엔진 부품을 모두 파괴할 수 있습니다.
- 녹: 철과 강철 표면은 다른 경성 미립자와 마찬가지로 물과 접촉하면 산화되며 녹은 부품에 연마 마모를 일으킵니다.
- 부식: 부식은 인젝터 문제의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다. 물은 연료의 산과 결합하여 철금속과 비철금속 둘 다 부식시킵니다. 마모로 인해 쉽게 부식되는 새 금속 표면이 노출되면 상황은 더 나빠집니다.
- 연마: 물은 디젤보다 점도가 낮으므로 디젤보다 가동 부품의 맞닿는 표면 간 윤활 "쿠션"의 역할을 잘 수행하지 못합니다. 이는 마모의 증가로 이어집니다.
- 식각: 식각은 황화수소와 황산을 생산하는 물 유도 연료 분해로 인해 발생하며, 이는 금속 표면을 "침식"합니다.
- 공식(pitting) 및 공동현상(cavitation): 공식(pitting) 고온 금속 표면에 자유수가 갑자기 노출되면서 발생합니다. 공동현상(cavitation)은 증기 거품으로 인해 발생합니다. 증기 거품은 갑작스러운 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 취성과 압력으로 인해 발생합니다. 물이 금속 표면의 미세한 균열에 차오르게 되고, 극한의 압력 하에서 작은 폭발로 수소를 분해하고 방출하여 균열을 확대하고 마모 입자를 생성합니다.
- 얼음 결정: 연료의 자유수는 동결되어 얼음 결정을 생성할 수 있고, 이러한 결정은 다른 경성 미립자와 같이 연료 시스템을 마모시키고 (대량일 경우) 연료 필터를 막을 수 있습니다.
간접적인 피해
물은 물리적인 손상에만 그치지 않습니다. 또한 화학 물질의 분해도 가속화합니다.
- 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 연성 고체이며 필터를 급속도로 막거나 엔진 침전물을 생성할 수 있습니다. 자세한 내용은 첨가제 안정성을 참조하십시오.
- 미생물 번식: 대부분의 살아있는 유기체와 마찬가지로 박테리아와 균류는 생존을 위해 먹이뿐만 아니라 물도 필요로 합니다. 자유수가 존재하는 경우 미생물 증식이 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.
디젤에 물이 유입되는 방식
수분 오염은 연료 처리 과정의 여러 지점에서 발생할 수 있습니다.
- 연료 배송 – 연료에는 이미 상류(upstream) 출처의 물이 포함되어 있을 수 있습니다.
- 자유수 분리 – 연료가 포화점보다 더 습합니다.
- 응축 – 열 순환으로 인해 탱크 내부에 습기가 형성됩니다.
- 누출 – 비, 고압 세척 또는 지하수가 탱크에 침투할 수 있습니다.
- 대기 흡수 – 습한 공기는 디젤에 수분을 전달할 수 있습니다.
- 인적 오류 – 벤트(vent), 캡 또는 포트가 제대로 밀봉되지 않으면 물이 스며들 수 있습니다.
디젤 내 물의 형태
디젤에 함유된 수분은 세 가지 형태로 존재합니다.
- 용해수 – 포화점 이하에서는 눈에 보이지 않으며 일반적으로 무해합니다.
- 자유수 – 연료에서 분리되어 바닥에 가라앉는 물방울입니다.
- 유화수 – 연료에 균일하게 섞여 있는 작은 부유 물방울입니다.
따뜻한 연료는 차가운 연료보다 더 많은 수분을 포함할 수 있습니다. 연료의 수분 함량이 포화점을 초과하면 문제가 발생합니다. 연료가 밤새 식으면 따뜻했을 때보다 수분을 덜 함유할 수 있게 되어 매일 자유수가 분리되어 나오게 될 수 있습니다.
과한 수준인 물의 양
물이 전혀 없는 것이 이상적이겠지만, 현실적으로 그러긴 어렵습니다. 핵심은 수분이 자유수로 분리되지 않도록 포화 상태 이하로 유지하는 것입니다.
- 포화 수준은 온도와 바이오디젤 함량에 따라 50~1800 ppm 범위입니다.
- 바이오디젤은 석유 기반 디젤보다 더 많은 수분을 함유하지만, 두 연료를 혼합한다고 해서 단순히 평균치가 되는 것은 아니며, 혼합 과정에서 자유수가 생성될 수 있습니다.
디젤의 수분 측정 방법
여러 가지 방법이 있으며, 각각 장단점이 있습니다.
- 탱크 침수 테스트 – 막대기에 물 감지 페이스트를 묻혀 바닥에 물이 있는지 확인합니다. 간단하고 빠르지만 자유수만 측정할 수 있습니다.
- 인라인 센서 – 상대 습도의 백분율로 표현된 용해된 수분 함량에 대한 실시간 데이터를 제공합니다.
- Karl Fischer 적정법 – 약 50 ppm까지의 물을 감지하는 매우 정확한 실험실 테스트입니다.
수분 오염을 방지하는 방법
물이 피해를 입히기 전에 방지하는 방법:
- 연료 배송 관리:
- 탱크 바닥에 가라앉아 있는 물과 먼지까지 받기는 원하지 않을 것이므로 먼저 배송받으십시오.
- 대량 탱크 흡입구에 물 차단 필터를 설치하십시오.
- 환경으로부터 보호:
- 접근 커버를 밀봉하고 흡습성 브리더를 설치합니다.
- 응축을 최소화하기 위해 온도 변화로부터 탱크를 보호하십시오.
- 빗물이 들어갈 수 있는 지면 수준의 주입 지점을 피하십시오.
- 보관 환경 관리:
- 정기적으로 연료를 교체합니다.
- 공기(및 습기) 노출을 줄이려면 탱크에 물을 항상 채워 두십시오.
- 수위를 모니터링하고 정기적으로 자유수를 제거하십시오.
수분 제거의 문제점
오늘날의 초저유황 디젤(ULSD)에서는 물을 제거하는 것이 더 복잡해졌습니다. 이유는 다음과 같습니다.
- 초저유황 디젤(ULSD)에는 필터 응집을 방해하는 계면활성제 첨가제가 포함되어 있습니다.
- 이러한 계면활성제 때문에 기존 유수 분리 필터는 높은 유량에서는 효과가 훨씬 떨어집니다.
- 물 차단 여과재 는 주입된 연료가 건조한지 확인하기 위해 종종 필요합니다.
- 탱크에서 자유수를 배출하는 것은 많은 양의 자유수를 처리하는 데 가장 비용 효율적인 방법입니다.
결론
디젤 연료에 수분이 들어가는 것은 피할 수 없지만 그로 인한 손상은 피할 수 있습니다. 적절한 테스트, 스마트한 탱크 설계, 필터레이션 및 보관 전략의 적절한 조합을 통해 엔진을 수분으로 인한 고장으로부터 보호할 수 있습니다.
사전 예방적인 연료수 관리에 투자하면 비용이 많이 드는 수리, 예상치 못한 가동 중단, 장기적인 성능 문제를 피할 수 있습니다.
