บริษัท ซินเท็ค อินเตอร์ จำกัด

ปัญหาที่เกิดจากน้ำ

โดยทั่วไปแล้วในระบบหล่อเย็นนั้น  มักจะประสบปัญหาเรื่องตะกรันและการกัดกร่อน  วัสดุที่มีตะกรันเกาะจับในระบบจะทำให้ประสิทธิภาพ  ในการแลกเปลี่ยนความร้อนลดลง ตามความหนาของตะกรันหรือ

สิ่งปนเปื้อน สิ่งที่ตามมาคือพลังงานที่ต้องสูญเสียไปกับการชดเชยความสมดุลที่สูญเสียไป เนื่องจากมีตัวขัดขวางการทำงานของระบบ  นอกจากนั้น ตะกรันและการกัดกร่อนยังทำให้ ระบบน้ำหล่อเย็นเสียหาย และทรุดโทรม อย่างเห็นได้ชัดและการทำงานของเครื่องเป็นไปได้ไม่เต็มที่เพราะ ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนจะทำงานได้ดีต้องอาศัยระบบน้ำหล่อเย็นที่มีประสิทธิภาพด้วย ความสำคัญของระบบหล่อเย็นจึงไม่ใช่สิ่งที่จะมองข้ามไป  

ปัญหาที่เกิดจากน้ำ สามารถสรุปได้ดังนี้

1. การกัดกร่อนโลหะ (Corrosion)
2. การเกิดตะกรัน (Scale formation)
3. การเกิดสิ่งปนเปื้อนจากจุลชีพ (Biofouling)

1. การกัดกร่อนโลหะของน้ำ

น้ำที่มีคุณภาพไม่เหมาะสม (แต่ไม่จำเป็นต้องสกปรก) สามารถกัดกร่อนโลหะนานาชนิดที่เป็นอุปกรณ์ของระบบระบายความร้อน    ทำให้เกิดความเสียหายหรือทำให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ดังกล่าวลดลง   และในบางครั้งอาจทำให้ต้องสิ้นเปลืองพลังงานโดยเปล่าประโยชน์อีกด้วย

1.1 สาเหตุของการกัดกร่อนโลหะ

เนื่องจากการกัดกร่อนโลหะเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติโดยเป็นกระบวนการที่ทำให้โลหะกลับคืนไปสู่สภาวะเดิมในธรรมชาติ เช่น เหล็กเกิดการผุกร่อนเป็นสนิมออกไซด์ซึ่งเป็นแร่เหล็ก เป็นต้น การกัดกร่อนโลหะจึงสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายและพร้อมที่จะเกิดทุกขณะเท่าที่โอกาสอำนวยให้

1.2 ลักษณะของการกัดกร่อนโลหะประเภทต่างๆ 

1.2.1. การกัดกร่อน แบบกัลวานิค

การกัดกร่อนแบบกัลวานิคเกิดขึ้นเมื่อมีโลหะ2ชนิดสัมผัสกันวางแช่ในน้ำลักษณะเช่นนี้โลหะที่มีตระกูล

ต่ำกว่าจะเป็นขั้วบวก ส่วนโลหะที่มีตระกูลสูงกว่าจะเป็นลบ ทำให้มีเซลล์ไฟฟ้าครบวงจร โลหะที่เป็นขั้วบวกจะพแตกตัวเป็นไอออนทำให้เกิดการกัดกร่อน ตัวอย่างของการกัดกร่อนแบบนี้ ได้แก่ การกัดกร่อนของท่อเหล็กที่มีข้อต่อทำด้วยทองแดง ท่อเหล็กจะเป็นขั้วบวก และทองแดงจะเป็นขั้วลบ ข้อต่อทองแดงจึงไม่ผุกร่อน

1.2.2. การกัดกร่อนเป็นหลุม (Pitting)

การกัดกร่อนโลหะจนเป็นหลุมเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุดกับอุปกรณ์ที่สัมผัสกับน้ำ สาเหตุเป็นเพราะมีขั้วบวกอย่างแรงเกิดขึ้นเป็นเฉพาะจุด เป็นผลให้เกิดเป็นหลุมเล็กหลุมน้อยอยู่กระจัดกระจายทั่วผิวโลหะ ปัจจัยที่ส่งเสริมให้มีขั้วบวกเกิดขึ้นมีหลายประการ ได้แก่ ความแตกต่างของสิ่งแวดล้อมโลหะ (เช่น ปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำหรือดีโอ ความเข้มข้นของไอออน อุณหภูมิ  แรงกดดัน  เป็นต้น)  รอยตำหนิหรือร้าว เนื้อโลหะที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน  สำหรับในระบบหม้อไอน้ำ   ปัจจัยที่มีความสำคัญที่ทำให้มีการกัดกร่อนเกิดขึ้นคือ ความแตกต่างของดีโอในบริเวณต่างๆ ของผิวโลหะ

ยกตัวอย่างเช่น การจุ่มแผ่นสังกะสีอยู่ในน้ำ และสมมติว่าสังกะสีแตกตัวเป็นไอออน  ถ้าการแตกตัวเป็นอย่างสม่ำเสมอก็จะไม่กัดกร่อนเป็นหลุมเกิดขึ้น แต่ถ้าโลหะบริเวณใดแตกตัวเป็นไอออนได้น้อยกว่าส่วนอื่น    ความต่างศักย์จะเกิดขึ้นและทำให้เกิดการผุกร่อนบนโลหะส่วนที่สัมผัสน้ำที่มีไอออนน้อยเซลล์กัลป์วานิค เกิดขึ้นในลักษณะที่จะทำให้ความเข้มข้นของไอออนมีค่าเท่ากันทุกแห่ง นี่เป็นเหตุผลที่ทำให้ส่วนของโลหะที่สัมผัสกับน้ำที่มีไอออนน้อยเกิดผุกร่อนและแตกตัวเป็นไอออนเพิ่มขึ้น สำหรับในกรณีที่การกัดกร่อนโลหะเกิดจากความแตกต่างของดีโอในน้ำก็มีกลไกคล้ายคลึงกัน สิ่งที่แตกต่างออกไปก็คือออกซิเจนไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์ไฟฟ้า ดังนั้นการกัดกร่อนจะเกิดขึ้น   ในลักษณะที่ทำให้ความเข้มข้นของ  ดีโอในน้ำมีค่าเท่ากัน โดยการกำจัดดีโอ ที่มากกว่าออกไป ด้วยเหตุนี้โลหะที่สัมผัสกับน้ำที่มีดีโอสูงจึงเป็นขั้วบวกที่เกิดผุกร่อนเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาการกำจัดออกซิเจน 

1.3 การควบคุมและป้องกันการกัดกร่อน

การกัดกร่อนโลหะที่เกิดขึ้นในระบบหล่อเย็น สามารถควบคุมได้ด้วยวิธีใช้สารห้ามสนิม และยับยั้งสภาวะที่เหมาะสมในการเกิดการกัดกร่อน การควบคุมค่า pH ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม คือ ที่ค่าประมาณ  6.5 – 8.5 

2. การเกิดตะกรัน

ตะกรันส่วนใหญ่เกิดจากการตกผลึกของสารประกอบที่ละลายน้ำ เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต  แคลเซียมคาร์บอเนตซัลเฟต หรือแร่จำพวกซิลิเกต อันเนื่องมาจากสารดังกล่าวมีความเข้มข้นสูงเกินไปหรือมี พีเอชจุดอิ่มตัว (pHs)   ตะกรันที่พบอาจมีสิ่งอื่นๆ ปนอยู่ด้วย เช่น สนิม (เหล็ก) เศษผงหรือดิน เป็นต้น  วิธีป้องกันตะกรันมิให้เกิด ทำได้โดยเจือจางน้ำที่ผ่านเข้ามาเพื่อมิให้มีความเข้มข้นถึงจุดอิ่มตัว หรือควบคุมพีเอชมิให้สูงกว่าที่จุดอิ่มตัว

ตะกรันที่พบมากที่สุดในระบบหล่อเย็น คือตะกรันของ Calcium carbonate sulfate 

ในน้ำตามธรรมชาติ จะพบสารละลายแคลเซียมไบคาร์บอเนต  Ca(HCO3)2   อยู่เสมอ  เนื่องจากแคลเซียมไบคาร์บอเนต  มีความสามารถละลายได้ค่อนข้างมากที่อุณหภูมิปกติ แต่เมื่อได้รับความร้อนที่ผิวของ Heat transfer ของระบบ Condenser ก็จะเกิดการสะลายตัวได้

         Ca(HCO3)2   +  Heat       CaCO3  +  Co2   +  H2O

เนื่องจาก   CaCO3    มีความสามารถในการละลายน้ำต่ำมากจึงเกิด เป็นตะกรันที่พื้นที่ผิวของ Heat transfer ทำให้ความสามารถในการถ่ายเทความร้อนอกจากคอนเดนเซอร์ต่ำลง ความสามารถในการถ่ายเทความร้อน  ออกจากตัวคอนเดนเซอร์ต่ำลงความสามารถละลายน้ำของ   CaCO3  จะมีค่าลดลงมากถ้าหากน้ำมี   ค่า pH หรืออุณหภูมิสูงขึ้น

2.1 ปัจจัยของการตกผลึกของหินปูน 

1. ความกระด้าง  (ปริมาณแคลเซียม และแมกนีเซียม)
2. ค่าความเป็นด่างไบคาร์บอเนต
3. ของแข็งที่ละลายน้ำทั้งหมด (Total dissolve Solid)
4. พีเอช
5. อุณหภูมิของน้ำ

2.2 ประเภทของตะกรัน

ตะกรันแบ่งออกเป็น  2  ประเภท  คือ

1)  ตะกรันหนัก  (Hard Scale)  เช่น  ตะกรันของพวกซิลิเกต  ซัลเฟต แคลเซียมและแมกนีเซียม  (CaSiO3,  MgSiO3,  CaSO4)  ที่เกาะติดแน่นอยู่ข้างภาชนะที่เป็นโลหะซึ่งกำจัดออกได้ยาก

2)  ตะกรันเบา  (Soft Scale)     เช่น  ตะกรันพวกคาร์บอนเนต  ไฮดรอกไซด์ของแคลเซียมและแมกนีเซียม (CaCO3,  Mg(OH)2)  ที่ก่อให้เกิดตะกอนเบาๆ  (Sludge)  กระจายอยู่ในน้ำ  ทำให้น้ำขุ่น

ตะกรันที่เกิดขึ้นจะทำให้เกิดปัญหาดังนี้

-  อัตราการไหลเวียนของน้ำลดลง

-  ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนลดลง

-  สิ้นเปลืองไฟฟ้า

-  เครื่องจักรเสียหายเนื่องจากระบายความร้อนไม่ทัน

-  อายุการใช้งานเครื่องจักรลดลง

1. ปัญหาที่เกิดจากจุลชีพต่างๆ (Biofouling)

เนื่องจาก Evaporative condenser ส่วนใหญ่เป็นระบบเปิดซึ่งใช้อากาศในการแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้จุลินทรีย์ที่ติดมากับอากาศจะเจริญเติบโตในน้ำมากกว่าในอากาศเมื่อเจอสภาวะที่เหมาะสม ก็มีการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็ว ปัญหาของตะไคร่น้ำและจุลินทรีย์ คือ ทำให้ปั้มวาล์วอุดตันหรือชำรุดเนื่องจากการผุกร่อน

นอกจากนี้สภาวะแวดล้อมที่เหมาะแก่การขยายพันธุ์ นั้นก็คือ มีสิ่งแวดล้อม อาหารที่มาจากการสะสมของกลุ่มตะกอน ตะกรันซึ่งกลายเป็นธาตุอาหารอย่างดี  และอุณหภูมิที่เหมาะสมจุลินทรีย์ที่พบ ได้แก่ 

•   แบคทีเรียเมือก (Bacteria Slimes) 
•   แบคทีเรียเหล็ก (Iron Bacteria) 
•   แบคทีเรียซัลเฟต (Sulfate Reducing Bacteria)
•   สาหร่ายและฟังไจ (Algae & Fungi)

ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะก่อให้เกิดความเสียหาย  ดังนี้

เป็นฉนวนความร้อน แบคทีเรีย จุลินทรีย์จะขับของเสียจากกระบวนการเมแทบอลิซึม และก่อให้เกิดปัญหาการกัดกร่อน   ทำให้โลหะเกิดสนิมผุกร่อนเป็นหลุม (Pitting)  ตะไคร่น้ำจำนวนมากจะขัดขวางการไหลของน้ำและอุดตันท่อส่งน้ำหรืออุดตันตัวกระจายน้ำส่งผลให้ประสิทธิภาพการ ทำงานของ คูลลิ่ง ลดลง

4 ผลเสียของการกัดกร่อนและการเกิดตะกรันมีทั้งทางตรงและอ้อม

4.1   ผลเสียโดยตรง  ก็คือ ทำให้อุปกรณ์เสียหายและต้องหยุดงานเพื่อแก้ไขและเปลี่ยนแปลงชิ้นส่วน

4.2 ผลเสียทางอ้อม  โดยผลนั้นอาจส่งผลให้เห็นอย่างไม่ชัดเจนแต่ความรุนแรงของปัญหาดูเหมือนจะมากกว่า นั่นคือ ทำให้สูญเสียพลังงานและประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อน การกัดกร่อน (เป็นสนิม) และการเกิดตะกรันทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานของอุปกรณ์สำหรับอุปกรณ์ถ่ายเทความร้อนจากของสิ่งหนึ่ง ไปยังอีกสิ่งหนึ่งลดลงเป็นอย่างมาก