หม้อไอน้ำ ( Boiler)
หม้อไอน้ำ ( Boilers) ในทางอุตสาหกรรมหมายถึงภาชนะที่บรรจุน้ำภายใต้ความดันสูงและน้ำนี้จะถูกกลายเป็นไอเมื่อได้รับความร้อนจากการสันดาปของเชื้อเพลิง ภาชนะเปิดที่บรรจุน้ำหรือภาชนะที่ให้กำเนิดไอน้ำที่ความดันบรรยากาศ ไม่นับเข้าเป็นหม้อน้ำทางอุตสาหกรรม เหตุผลที่ทำให้น้ำที่บรรจุอยู่ในหม้อน้ำมีความดันสูง เพราะว่าจะทำให้จุดเดือดของไอน้ำสูงขึ้น เพื่อที่จะให้ได้พลังงานจากไอน้ำมากขึ้น ขณะเดียวกันน้ำซึ่งมีสภาพเป็นของเหลวจะมีปริมาตรน้อยกว่าน้ำที่มีสภาพเป็นไอ จึงต้องการเนื้อที่ของหม้อน้ำน้อยกว่า ซึ่งจะได้ประโยชน์ทั้งสองทาง
การทำงานของหม้อไอน้ำ ( Boilers) ทำให้เกิดการสูญเสียไอน้ำขึ้นเสมอไม่ว่าจะเกิดโดยเจตนา (นำไปใช้ประโยชน์) หรือไม่เจตนา ( สูญเปล่า) ก็ตาม เป็นผลทำให้มีปริมาณน้ำในหม้อน้ำลดน้อยลงไป การเติมน้ำทดแทนจึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อรักษาปริมาณของน้ำในหม้อน้ำ อย่างไรก็ตาม การเติมน้ำเพื่อทดแทนไอน้ำที่สูญเสียไปเป็นการเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายในหม้อน้ำ เนื่องจากการสูญเสียไอน้ำซึ่งเป็นน้ำที่บริสุทธิ์ ทำให้มีแร่ธาตุตกค้างอยู่ และในขณะเดียวกันน้ำเลี้ยง ก็นำแร่ธาตุเข้ามาใหม่เพิ่มขึ้นอีก หากสภาวการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นเกิดขึ้นตลอดไป น้ำในหม้อน้ำก็จะมีความเข้มข้นสูงขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งถึงจุดหนึ่ง ปัญหาต่างๆ ก็จะเกิดขึ้น เช่น การกัดกร่อน การสร้างตะกรัน การเกิดน้ำปะทุ การเกิดน้ำเป็นฟอง และแครีโอเวอร์ เป็นต้น
ปัญหาที่พบในหม้อไอน้ำ ( Boilers)
1. ปัญหาเรื่องการกัดกร่อนโลหะ
2. ปัญหาเรื่องการเกิดตะกรัน
3. ปัญหาเรื่องการเกิดน้ำประทุ (Priming) น้ำเป็นฟอง(Foaming)
4. ปัญหาเรื่องแครีโอเวอร์ (Carry Over )ในหม้อไอน้ำ
1. ปัญหาเรื่องการกัดกร่อนโลหะ
น้ำที่มีคุณภาพไม่เหมาะสม (แต่ไม่จำเป็นต้องสกปรก) สามารถกัดกร่อนโลหะนานาชนิดที่เป็นอุปกรณ์ของระบบหม้อไอ้น้ำ ระบบระบายความร้อนและระบบท่อขนส่งน้ำ ทำให้เกิดความเสียหายหรือทำให้เกิดประสิทธิภาพของอุปกรณ์ดังกล่าวลดต่ำลง และในบางครั้งอาจทำให้ต้องสิ้นเปลืองพลังงานโดยเปล่าประโยชน์อีกด้วย
สาเหตุของการกัดกร่อนโลหะ
เนื่องจากการกัดกร่อนโลหะเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติโดยเป็นกระบวนการที่ทำให้โลหะกลับคืนไปสู่สภาวะเดิมในธรรมชาติ เช่น เหล็กเกิดการผุกร่อนเป็นเหล็กออกไซด์ซึ่งเป็นแร่เหล็ก การกัดกร่อนโลหะจึงสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายและพร้อมที่จะเกิดทุกขณะเท่าที่โอกาสอำนวยให้ สาเหตุพร้อมทั้งกลไกของการกัดกร่อนโลหะอาจสรุปได้ดังในตาราง
สาเหตุและกลไกของการกัดกร่อนโลหะ
| สาเหตุการกัดกร่อน | กลไกการกัดกร่อน |
| 1.เมื่อน้ำมีพีเอชต่ำเป็นกรด (ไม่ว่าจะมีดีโอ หรือไม่ก็ตาม) 3.โลหะต่างชนิดต่อกันเป็นวงจรเซลล์ไฟฟ้า 4.โลหะไม่เป็นเนื้อเดียวกัน ( เนื้อโลหะไม่สม่ำเสมอ) 6.ผิวโลหะสัมผัสกับสารละลายที่มีไอออนเข้มข้นไม่สม่ำเสมอกัน | การกัดกร่อนที่เกิดจากกาซไฮโดรเจนหนีออกจากน้ำ หรือความต่างศักย์ของขั้วบวกและไฮโดรเจนสูงกว่า hydrogen over voltage ขั้วบวก Xº Xa + ac ขั้วลบ 2H + 2e H2 เกิดเซลล์ไฟฟ้าแบบกัดกร่อน ทำให้ศักย์ไฟฟ้าไม่เท่ากันทุกจุด จึงเกิดขั้วบวกและขั้วลบ และทำให้เกิดเซลล์ไฟฟ้า บริเวณที่ได้รับความกดดันสูงกว่าจะเป็นขั้วบวกที่ผุกร่อน |
2. ปัญหาเรื่องการเกิดตะกรัน
ปัญหาที่เกิดขึ้นเสมอและมักหลีกเลี่ยงได้อยากอีกประการหนึ่ง ที่เกิดกับระบบหม้อไอน้ำ และระบบท่อต่าง ๆ ได้แก่ เรื่องตะกรันที่เกิดจากน้ำ ปัญหานี้ทำให้ต้องเสียเงินโดยเปล่าประโยชน์ เป็นจำนวนมาก ตะกรันที่เกิดขึ้นจะเป็นฉนวนต่อการถ่ายเทความร้อน และทำให้ท่อน้ำวาล์ว และข้อต่อต่างๆ เกิดการอุดตันได้ ตะกรันอาจแบ่งออกได้สองชนิดคือ ตะกรันสนิม (Pipe Scale) และตะกรันหินปูน (Mineral Scale) ตะกรันสนิมหมายถึงตะกรันที่เป็นโลหะออกไซด์ เช่น เหล็กออกไซด์เป็นต้น ตะกรันเหล่านี้เป็นผลที่ได้จากปฏิกิริยากัดกร่อนโลหะ และมักเกิดขึ้นภายในท่อหรือส่วนอื่นๆ ของระบบน้ำ ส่วนตะกรันหินปูนนั้นเกิดจากการตกผลึกของแร่ธาตุที่ละลายอยู่ในน้ำภายใต้สภาวะที่เหมาะสมตะกรันหินปูนมักเป็นสารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นส่วนใหญ่ สารประกอบดังกล่าวมีความสามารถในการละลายน้ำได้น้อยที่สุด ดังนั้นจึงตกผลึกได้ง่ายที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อน้ำมีอุณหภูมิสูง นอกจากนั้นตะกรันหินปูนยังอาจเป็นสารประกอบอื่น เช่น แคลเซียมซัลเฟต แมกนีเซียมคาร์บอเนต หรือสารประกอบของเหล็ก ซิลิกา และแมงกานีส ( เรียงลำดับที่พบได้บ่อยที่สุด) ในบางครั้งถ้ามีการใช้สารหยุดสนิมหรือสารห้ามตะกรันที่มีฟอตเฟตของสารดังกล่าวรวมอยู่ในตะกรันหินปูนด้วย
สลัดจ์ (Sludge) ถือว่าเป็นตะกรันอย่างเหลวหรืออ่อนกว่าตะกรันธรรมดา โดยทั่วไป มักถือว่าสลัดจ์ เป็นปฏิกิริยาระหว่างความกระด้างและสารหยุดสนิมหรือสารห้ามตะกรันบางชนิด เนื่องจากตะกรันเป็นผลจากการตกผลึกที่เกิดขึ้นอย่างช้าๆ ดังนั้นจึงปรากฏอยู่เสมอว่าตะกรันมีส่วนประกอบที่แตกต่างกันตะกรันต่างๆ ที่อาจพบได้ในระบบหม้อไอน้ำระบบน้ำหล่อเย็นและระบบท่อน้ำมีดังนี้
ตะกรันต่างๆ ที่พบในระบบหม้อไอน้ำ
| ชื่อวิทยาศาสตร์ | สูตร | ชื่อสามัญ | ผลกระทบ |
| แคลเซียมคาร์บอเนต แคลเซียมไบคาร์บอเนต แคลเซียมซัลเฟต แมกนีเซียมคาร์บอเนต แมกนีเซียมซัลเฟต ซิลิคอน ไดออกไซด์ (Silicon Dioxide) แคลเซียมคลอไรด์ แมกนีเซียมไบคาร์บอเนต แมกนีเซียมคลอไรด์ โซเดียมคลอไรด์ โซเดียมคาร์บอเนต โซเดียมไบคาร์บอเนต โซเดียมไฮดรอกไซด์ โซดียมซัลเฟต | CaCO3 Ca(HCO3)2 CaSO4 MgCO3 MgSO4 SiO2 Mg(HCO3)2 MgCl2 NaCl Na2CO3 NaHCO3 NaOH Na2SO4 | ชอล์ค หินปูน - ยิบซัม พลาสเตอร์บ่ารีส แมกนีไซด์ Epsom Salt ซิลิกา - - เกลือแกลง โซดาแอช โซดาซักผ้า โซดาทำขนม โซดาไฟ Glauber 'S Salt | ตะกรันอ่อน ตะกรันอ่อน ตะกรันแข็ง ตะกรันอ่อน การกัดกร่อน ตะกรันแข็ง ตะกรัน การกัดกร่อน การกัดกร่อน Electrolysis สภาพด่าง น้ำปะทุ,น้ำเป็นฟอง สภาพด่าง,โลหะร้าว สภาพกรด |
ตะกรันในหม้อไอน้ำ
ตะกรันในหม้อไอน้ำเป็นผลโดยตรงจากการตกผลึกของแร่ธาตุนานาชนิดที่มีอยู่ในน้ำที่ป้อนเข้าหม้อไอน้ำธาตุเหล่านี้ที่สำคัญได้แก่ แคลเซียม แมกนีเซียม เหล็ก และซิลิกา การป้องกันการเกิดตะกรันสามารถจะทำได้โดยการกำจัดต้นเหตุของตะกรันหรือทำให้การตกผลึกของแร่ธาตุไม่สามารถเกิดขึ้นได้ การป้องตะกรันโดยกำจัดต้นเหตุได้แก่ ความกระด้าง เหล็ก และอื่นๆ สามารถกระทำได้โดยใช้อุปกรณ์ต่างๆ เครื่องทำน้ำอ่อน เครื่องกำจัดเหล็ก ฯลฯ และถือว่าเป็นการปรับคุณภาพนอกหม้อไอน้ำ ส่วนการป้องกันตะกรันโดยมิให้สามารถตกผลึกได้ ถือว่าเป็นการปรับคุณภาพน้ำภายในหม้อไอน้ำ ซึ่งกระทำได้โดยเติมสารหยุดตะกรันให้กับน้ำในหม้อไอน้ำ เพื่อให้แร่ธาตุต่างๆ อยู่ในรูปของสารละลายต่อไป
3. ปัญหาเรื่องน้ำปะทุ (Priming) และน้ำเป็นฟอง (Foaming) ในหม้อไอน้ำ
น้ำปะทุหรือ Priming ในหม้อไอน้ำ หมายถึงการเดือดอย่างรุนแรงและผิดปกติของน้ำในหม้อไอน้ำ ที่ทำให้ระดับน้ำมีความแปรปรวนเป็นอย่างมาก เป็นเหตุให้การควบคุมหม้อไอ้น้ำเป็นไปได้ยาก เหตุให้น้ำกระเด็นเป็นฝอย และหลุดไปปะปนกับไอน้ำ ทำให้เปอร์เซ็นต์ความบริสุทธิ์ของไอน้ำลดลง
น้ำเป็นฟองหรือ Foaming หมายถึงลักษณะการเกิดฟองขนาดเล็กมากมายขึ้นบนผิวน้ำคล้ายกับฟองผงซักฟอกในอ่างซักผ้า ปัญหานี้เกิดรุนแรงน้อยกว่าน้ำปะทุแต่ก็ก่อความยุงยากในลักษณะเดียวกัน คือทำให้ไอน้ำสกปรก เนื่องจากฟองที่เกิดขึ้นอาจหลุดลอยขึ้นไปปนกับไอน้ำ
สาเหตุที่ทำให้ไอน้ำสกปรกเนื่องจากน้ำปะทุและน้ำเป็นฟองและแครีโอเวอร์ด้วย มีดังนี้
ก. หม้อไอน้ำมีสิ่งสกปรก เช่นน้ำมันหรือสิ่งแปลกปลอมอื่น
ข. หม้อไอน้ำมีแร่ธาตุละลายอยู่มากเกินไป (TDS สูง) ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากสาเหตุต่าง ๆเช่น การระบายน้ำทิ้ง (Blow down) ไม่เพียงพอ ความเป็นด่างสูง ไม่มีการเติมเคมีเพื่อกำจัดออกซิเจน ฯลฯ
4. ปัญหาเรื่องแครีโอเวอร์ (Carry Over) ในหม้อไอน้ำ
แครีโอเวอร์ เป็นการทำให้ไอน้ำมีมลทินด้วยสารที่อยู่ในน้ำ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในหม้อไอน้ำได้ เนื่องจากมีการสัมผัสโดยตรงระหว่างละอองน้ำเดือดกับไอน้ำ (กรณีนี้เกิดขึ้นเฉพาะกับหม้อไอน้ำที่มีความดันสูงกว่า 600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว เท่านั้น) ด้วยเหตุนี้จึงจำแนกแครีโอเวอร์ออกเป็น 2 ประเภท
1. แครีโอเวอร์ที่เกิดจากละอองน้ำ ( Mechanical Carryover ) แครี่โอเวอร์ประเภทนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก มีการสัมผัสระหว่างละอองน้ำ ที่กระเด็นขึ้นมาจากผิวน้ำเดือดในหม้อไอน้ำ ทำให้ละอองน้ำติดไปกับไอน้ำเข้าไปในท่อไอน้ำและท่อควบแน่นผลเสียเกิดขึ้นเนื่องจากละอองน้ำมีสารมลทิน
ต่างๆ ละลายอยู่ อาจเป็นสารละลายน้ำเช่น ไบคาร์บอเนต หรือเป็นตะกอนของแข็ง เช่น ทรายละเอียดสารมลทินต่างๆ ก่อความเสียหายให้กับระบบหม้อน้ำไอน้ำได้มาก
2. แครีโอเวอร์ที่เกิดจากไอระเหยของสาร ( Volatile Carryover ) แครีโอเวอร์ชนิดนี้เกิดขึ้นเฉพาะกับหม้อไอน้ำที่มีความดันสูงกว่า 600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว การที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่าหม้อไอน้ำดังกล่าวทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก จนเพียงทำให้สสารในน้ำเกิดการระเหยกลายเป็นก๊าซ สารที่เป็นปัญหา
อย่างมาก ได้แก่ ซิลิกา ทั้งนี้เพราะสารนี้พบได้ไม่ยากในน้ำบาดาลและเป็นสารที่ระเหยได้ก่อน ไอน้ำที่มีไอซิลิกาติดอยู่ด้วยจะไปก่อปัญหาให้กับอุปกรณ์ที่อยู่ถัดจากหม้อไอน้ำ เช่น เครื่องซุปเปอร์ฮีทเตอร์และเครื่องกังหันเทอร์ไบน์ สารอย่างอื่นที่อาจกลายเป็นไอติดไปกับน้ำ ได้แก่ โซเดียมไฮดรอกไซด์ โซเดียมคลอไรด์ โซเดียมฟอสเฟต แอมโมเนียม และสารอามีน