การบำบัดน้ำ การจัดเก็บ และการเป่าทิ้งสำหรับหม้อไอน้ำ

ดูเคมีของแหล่งน้ำ รวมถึงค่าความกระด้างและค่า pH

ก่อนที่จะอภิปรายและเข้าใจการเป่าทิ้งหม้อไอน้ำ จำเป็นต้องกำหนดนิยามของน้ำพร้อมสิ่งเจือปนและคำที่เกี่ยวข้อง เช่น ความกระด้าง ค่า pH ฯลฯ

น้ำเป็นวัตถุดิบที่สำคัญที่สุดบนโลก มีความจำเป็นต่อชีวิต ใช้สำหรับการขนส่ง และเก็บรักษาพลังงาน ยังเรียกว่า ‘ตัวทำละลายสากล’ น้ำบริสุทธิ์ (H2O) ไม่มีรส ไม่มีกลิ่น และไม่มีสีในสถานะบริสุทธิ์ อย่างไรก็ตาม น้ำบริสุทธิ์หาได้ยากมาก น้ำธรรมชาติทั้งหมดมีสิ่งเจือปนหลายประเภทและปริมาณต่างกัน น้ำดื่มที่ดีไม่จำเป็นต้องเป็นน้ำป้อนหม้อไอน้ำที่ดี แร่ธาตุในน้ำดื่มถูกดูดซึมโดยร่างกายมนุษย์ได้ง่ายและจำเป็นต่อสุขภาพ อย่างไรก็ตาม หม้อไอน้ำรับมือได้น้อยกว่า และแร่ธาตุเดียวกันเหล่านี้จะสร้างความเสียหายในหม้อไอน้ำหากปล่อยทิ้งไว้ จากแหล่งน้ำของโลก 97% อยู่ในมหาสมุทร และส่วนสำคัญถูกกักในธารน้ำแข็งขั้วโลก - มีเพียง 0.65% เท่านั้นที่พร้อมใช้สำหรับอุปโภคบริโภคและอุตสาหกรรม สัดส่วนเล็กๆ นี้จะถูกใช้หมดอย่างรวดเร็วหากไม่มีวัฏจักรของน้ำ (ดูรูปที่ 3.9.1) หลังการระเหย น้ำกลายเป็นเมฆ ซึ่งบางส่วนควบแน่นระหว่างการเดินทางและตกลงมาเป็นฝน อย่างไรก็ตาม ผิดที่จะสันนิษฐานว่าน้ำฝนบริสุทธิ์ ระหว่างการตกลงมายังโลก จะดูดซับสิ่งเจือปน เช่น กรดคาร์บอนิก ไนโตรเจน และในเขตอุตสาหกรรม ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เมื่อเต็มไปด้วยส่วนผสมเหล่านี้ น้ำจะซึมผ่านชั้นดินสู่ระดับน้ำใต้ดิน หรือไหลบนผิวดินละลายและสะสมสิ่งเจือปนเพิ่มเติม สิ่งเจือปนเหล่านี้อาจก่อตัวเป็นคราบบนพื้นผิวถ่ายเทความร้อนที่:

• ทำให้เกิดการกัดกร่อนของโลหะ
• ลดอัตราการถ่ายเทความร้อน นำไปสู่ความร้อนสูงเกินไปและการสูญเสียความแข็งแรงเชิงกล ตาราง 3.9.1 แสดงชื่อทางเทคนิคและชื่อที่ใช้ทั่วไปของสิ่งเจือปน สัญลักษณ์ทางเคมี และผลกระทบ

คุณภาพน้ำดิบและความแตกต่างตามภูมิภาค

คุณภาพน้ำอาจแตกต่างกันอย่างมากระหว่างภูมิภาคหนึ่งกับอีกภูมิภาคหนึ่ง ขึ้นอยู่กับแหล่งน้ำ แร่ธาตุท้องถิ่น (ดูรูปที่ 3.9.2) ตาราง 3.9.2 ให้ตัวเลขทั่วไปสำหรับพื้นที่ต่างๆ ในประเทศขนาดเล็กอย่างสหราชอาณาจักร สิ่งเจือปนทั่วไปในน้ำดิบสามารถจำแนกได้ดังนี้:

• สารละลาย - เป็นสารที่ละลายในน้ำ สารหลักคือคาร์บอเนตและซัลเฟตของแคลเซียมและแมกนีเซียม ซึ่งก่อตัวเป็นคราบเมื่อถูกให้ความร้อน มีสารละลายอื่นที่ไม่ก่อตัวเป็นคราบ ในทางปฏิบัติ สารเกลือใดที่ก่อตัวเป็นคราบในหม้อไอน้ำควรถูกเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อผลิตสารแขวนลอย หรือตะกอนแทนคราบ
• สารแขวนลอย - เป็นสารที่มีอยู่ในน้ำเป็นอนุภาคแขวนลอย มักมีต้นกำเนิดจากแร่ธาตุหรืออินทรีย์ สารเหล่านี้โดยทั่วไปไม่ใช่ปัญหาเนื่องจากกรองออกได้
• ก๊าซละลาย - ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ละลายในน้ำได้ง่าย ก๊าซเหล่านี้เป็นตัวกระตุ้นการกัดกร่อนที่รุนแรง
• สารก่อฟอง - เป็นสิ่งเจือปนแร่ธาตุที่ทำให้เกิดฟอง ตัวอย่างหนึ่งคือโซดาในรูปคาร์บอเนต คลอไรด์ หรือซัลเฟต ปริมาณสิ่งเจือปนที่มีอยู่น้อยมากและมักแสดงในการวิเคราะห์น้ำในรูปของส่วนในล้านส่วน (ppm) ตามน้ำหนัก หรือมิลลิกรัมต่อลิตร (mg/l) ส่วนต่อไปนี้ในโมดูลนี้อธิบายลักษณะของน้ำ

ความกระด้าง

น้ำถูกเรียกว่า ‘กระด้าง’ หรือ ‘อ่อน’ น้ำกระด้างมีสิ่งเจือปนที่ก่อตัวเป็นคราบ ขณะที่น้ำอ่อนมีน้อยหรือไม่มี ความแตกต่างสามารถสังเกตได้ง่ายจากผลกระทบของน้ำต่อสบู่ ต้องใช้สบู่มากขึ้นเพื่อให้เกิดฟองกับน้ำกระด้างเมื่อเทียบกับน้ำอ่อน ความกระด้างเกิดจากเกลือแร่ของแคลเซียมและแมกนีเซียม และแร่ธาตุเดียวกันนี้ส่งเสริมการก่อตัวของคราบ มีสองประเภททั่วไปของความกระด้าง:

• ความกระด้างด่าง (เรียกอีกอย่างว่าความกระด้างชั่วคราว) - ไบคาร์บอเนตของแคลเซียมและแมกนีเซียมรับผิดชอบต่อความกระด้างด่าง เกลือละลายในน้ำเป็นสารละลายด่าง เมื่อให้ความร้อน สลายตัวเพื่อปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์และคราบอ่อนหรือตะกอน คำว่า ‘ความกระด้างชั่วคราว’ บางครั้งใช้เพราะความกระด้างถูกกำจัดโดยการต้ม ผลกระทบนี้มักเห็นเป็นคราบภายในกาน้ำไฟฟ้า ดูรูปที่ 3.9.3 และ 3.9.4 - หลังแสดงสถานการณ์ภายในหม้อไอน้ำ
• ความกระด้างที่ไม่ใช่ด่างและคาร์บอเนต (เรียกอีกอย่างว่าความกระด้างถาวร) - เกิดจากเกลือของแคลเซียมและแมกนีเซียมเช่นกัน แต่ในรูปซัลเฟตและคลอไรด์ ตกตะกอนออกจากสารละลายเนื่องจากความละลายลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ก่อตัวเป็นคราบแข็งที่กำจัดได้ยาก นอกจากนี้ ซิลิกาในน้ำหม้อไอน้ำยังสามารถนำไปสู่คราบแข็งที่ทำปฏิกิริยากับเกลือแคลเซียมและแมกนีเซียมเพื่อสร้างซิลิเกตที่สามารถยับยั้งการถ่ายเทความร้อนข้ามท่อไฟอย่างรุนแรงและทำให้ร้อนเกินไป

ความกระด้างทั้งหมด

ความกระด้างทั้งหมดไม่ได้จัดเป็นประเภทของความกระด้าง แต่เป็นผลรวมของความเข้มข้นของไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมเมื่อแสดงทั้งสองเป็น CaCO3 หากน้ำเป็นด่าง ส่วนหนึ่งของความกระด้างนี้ เท่ากับความเป็นด่างทั้งหมดและแสดงเป็น CaCO3 ถือเป็นความกระด้างด่าง และส่วนที่เหลือเป็นความกระด้างที่ไม่ใช่ด่าง (ดูรูปที่ 3.9.5)

เกลือที่ไม่ก่อตัวเป็นคราบ

เกลือที่ไม่ใช่ความกระด้าง เช่น เกลือโซเดียม ก็มีอยู่เช่นกัน และละลายได้ดีกว่าเกลือของแคลเซียมหรือแมกนีเซียมมาก โดยทั่วไปจะไม่ก่อตัวเป็นคราบบนพื้นผิวของหม้อไอน้ำ ตามที่แสดงในรูปที่ 3.9.6 หน่วยเปรียบเทียบ เมื่อเกลือละลายในน้ำจะก่อตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเรียกว่าไอออน ส่วนโลหะ (แคลเซียม โซเดียม แมกนีเซียม) สามารถระบุเป็นแคทไอออนเพราะถูกดึงดูดไปยังแคโทดและมีประจุไฟฟ้าบวก แอนไอออนเป็นอโลหะและมีประจุลบ - ไบคาร์บอเนต คาร์บอเนต คลอไรด์ ซัลเฟต ถูกดึงดูดไปยังแอโนด สิ่งเจือปนแต่ละตัวมักแสดงเป็นปริมาณเทียบเท่าทางเคมีของแคลเซียมคาร์บอเนต ซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุล 100 ค่า pH อีกคำที่ต้องพิจารณาคือค่า pH ซึ่งไม่ใช่สิ่งเจือปนหรือส่วนประกอบ แต่เป็นค่าตัวเลขที่แสดงปริมาณไฮโดรเจนที่อาจมีในน้ำ - เป็นมาตรวัดความเป็นกรดหรือด่างของน้ำ น้ำ H2O มีไอออนสองประเภท - ไฮโดรเจนไอออน (H+) และไฮดรอกซิลไอออน (OH-) หากไฮโดรเจนไอออนมีมากกว่า สารละลายจะเป็นกรดที่ค่า pH ระหว่าง 0 ถึง 6 หากไฮดรอกซิลไอออนมีมากกว่า สารละลายจะเป็นด่างที่ค่า pH ระหว่าง 8 ถึง 14 หากมีไฮดรอกซิลและไฮโดรเจนไอออนเท่ากัน สารละลายจะเป็นกลางที่ค่า pH 7 กรดและด่างมีผลเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าของน้ำสูงกว่าตัวอย่างที่เป็นกลาง ตัวอย่างเช่น ตัวอย่างน้ำที่มีค่า pH 12 จะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าตัวอย่างที่มีค่า pH 7 ตาราง 3.9.3 แสดงแผนภูมิ pH และรูปที่ 3.9.7 แสดงค่า pH ที่กล่าวถึงทั้งในเชิงตัวเลขและสัมพันธ์กับสารในชีวิตประจำวัน