การเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของการใช้โซเดียมคาร์บอเนตหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ในการปรับค่า pH ของน้ำป้อนหม้อไอน้ำ

1. เหตุผลในการปรับค่า pH ของน้ำป้อนหม้อไอน้ำ

ปัจจุบัน หม้อไอน้ำส่วนใหญ่ในประเทศจีนใช้น้ำปราศจากแร่ธาตุที่ผ่านกระบวนการรีเวิร์สออสโมซิสหรือน้ำอ่อนที่ผ่านกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนโซเดียม ซึ่งค่า pH ของน้ำปราศจากแร่ธาตุเหล่านี้ส่วนใหญ่ต่ำและเป็นกรด โดยทั่วไปค่า pH ของน้ำปราศจากแร่ธาตุจะอยู่ที่ 5-6 และค่า pH ของน้ำอ่อนที่ผ่านกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนโซเดียมจะอยู่ที่ 5.5-7.5 เพื่อแก้ปัญหาการกัดกร่อนของน้ำที่เป็นกรดที่จ่ายให้กับหม้อไอน้ำและท่อ ตามข้อกำหนดของมาตรฐานแห่งชาติ BG/T1576-2008 ค่า pH ของน้ำในหม้อไอน้ำอุตสาหกรรมควรอยู่ระหว่าง 7-9 และค่า pH ของน้ำปราศจากแร่ธาตุควรอยู่ระหว่าง 8-9.5 ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับค่า pH ของน้ำที่จ่ายให้กับหม้อไอน้ำ

2. หลักการพื้นฐานของการเติมโซเดียมคาร์บอเนตลงในน้ำป้อนหม้อไอน้ำเพื่อปรับค่า pH

โซเดียมคาร์บอเนต หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่า โซดา โซดาแอช โซดาแอช หรือด่างซักผ้า จัดเป็นเกลือ ไม่ใช่ด่าง มีสูตรทางเคมีคือ Na2CO3 โดยปกติจะมีลักษณะเป็นผงสีขาวหรือเกลือละเอียด หลักการพื้นฐานของการเติมโซเดียมคาร์บอเนตลงในน้ำป้อนหม้อไอน้ำเพื่อปรับค่า pH คือ การใช้โซเดียมคาร์บอเนตละลายในน้ำและมีฤทธิ์เป็นด่าง ซึ่งสามารถทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ในน้ำป้อนที่เป็นกรดเป็นกลาง และแก้ปัญหาการกัดกร่อนของน้ำอ่อนที่เป็นกรดหรือน้ำเกลือต่อหม้อไอน้ำและท่อ โซเดียมคาร์บอเนตเป็นอิเล็กโทรไลต์อ่อน เมื่อละลายในน้ำจะเกิดเป็นสารละลายบัฟเฟอร์ของโซเดียมคาร์บอเนตและโซเดียมไบคาร์บอเนต มีสมดุลทางอิเล็กโทรไลต์ในสารละลาย เมื่อมีการใช้ไฮดรอกไซด์ที่เป็นอิเล็กโทรไลต์มากขึ้น สมดุลก็จะเคลื่อนไปทางขวาเรื่อยๆ ดังนั้นค่า pH ในปฏิกิริยาจึงไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก

กระบวนการไฮโดรไลซิสขั้นต้นของโซเดียมคาร์บอเนต:

Na2CO3 โซเดียมคาร์บอเนต + H2O น้ำ = NaHCO3 โซเดียมไบคาร์บอเนต + NaOH โซเดียมไฮดรอกไซด์

กระบวนการไฮโดรไลซิสขั้นที่สองของโซเดียมคาร์บอเนต:

NaHCO3 โซเดียมไบคาร์บอเนต + H2O น้ำ = H2CO3 กรดคาร์บอนิก + NaOH โซเดียมไฮดรอกไซด์

สมการไอออนไฮโดรไลซ์หลักของโซเดียมคาร์บอเนต:

(CO3) 2-กรดคาร์บอนิก +H2O น้ำ =HCO3- ไบคาร์บอเนต +OH- ไฮดรอกไซด์

สมการไอออนไฮโดรไลซ์ทุติยภูมิของโซเดียมคาร์บอเนต:

HCO3- ไบคาร์บอเนต + H2O น้ำ = H2CO3 กรดคาร์บอนิก + OH- ไฮดรอกไซด์

3. หลักการพื้นฐานของการเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ลงในน้ำในหม้อไอน้ำเพื่อปรับค่า pH

โซเดียมไฮดรอกไซด์ หรือที่เรียกว่าโซดาไฟ มีลักษณะเป็นเกล็ดสีขาว สูตรเคมีคือ NaOH มีฤทธิ์เป็นด่างสูงและกัดกร่อนอย่างรุนแรง

สมการการแตกตัวเป็นไอออนของโซเดียมไฮดรอกไซด์: NaOH = Na++OH-

การเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ลงในน้ำของหม้อไอน้ำสามารถช่วยสร้างฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวโลหะให้คงตัว ปรับปรุงค่า pH ของน้ำป้อนหม้อไอน้ำและน้ำเตาเผา เพื่อแก้ปัญหาการกัดกร่อนของน้ำอ่อนที่เป็นกรดหรือน้ำปราศจากแร่ธาตุต่อหม้อไอน้ำและท่อ และปกป้องอุปกรณ์โลหะจากการกัดกร่อน

4. บทความนี้เปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของการใช้โซเดียมคาร์บอเนตหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ในการปรับค่า pH ของน้ำป้อนหม้อไอน้ำ

4.1 ความเร็วในการเพิ่มค่า pH ด้วยโซเดียมคาร์บอเนตและโซเดียมไฮดรอกไซด์สำหรับน้ำป้อนหม้อไอน้ำ และระยะเวลาในการคงประสิทธิภาพการใช้งานนั้นแตกต่างกัน

การเติมโซเดียมคาร์บอเนตลงในน้ำประปาเพื่อเพิ่มค่า pH นั้นช้ากว่าการเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ เนื่องจากโซเดียมคาร์บอเนตสร้างสารละลายบัฟเฟอร์ จึงมีการผันผวนน้อย ค่อนข้างเสถียร และปรับได้ง่าย อย่างไรก็ตาม ช่วงการปรับค่า pH นั้นมีจำกัด เมื่อต้องการปรับค่า pH ให้เท่ากัน ปริมาณโซเดียมคาร์บอเนตจะมากกว่าโซเดียมไฮดรอกไซด์ ข้อดีคือผลการใช้งานจะคงอยู่ได้นาน และค่า pH ของน้ำจะไม่ลดลงง่าย

โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นเบสแก่และอิเล็กโทรไลต์แรง โซเดียมไฮดรอกไซด์มีความผันผวนสูงในการปรับค่า pH เมื่อเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ลงในน้ำ ค่า pH จะเพิ่มขึ้นได้ง่าย ปรับค่า pH ได้เร็วและตรงกว่า แต่ก็อาจมากเกินไปจนควบคุมไม่ได้ จึงไม่ควรใส่มากเกินไป เมื่อเทียบกับโซเดียมคาร์บอเนตแล้ว การเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ในปริมาณที่น้อยกว่ามากก็สามารถทำให้ค่า pH อยู่ในระดับที่ต้องการได้ กล่าวคือ แม้ว่าค่า pH จะเพิ่มขึ้นเมื่อเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ แต่ปริมาณโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่เติมไม่ควรมากเกินไป นั่นหมายความว่าความสามารถในการทำให้กรดของหมู่ไฮดรอกไซด์เป็นกลางในน้ำจะไม่เพิ่มขึ้นมากนัก ค่า pH จึงจะลดลงอย่างรวดเร็ว

4.2 อันตรายที่เกิดจากการเติมโซเดียมคาร์บอเนตและโซเดียมไฮดรอกไซด์มากเกินไปเพื่อเพิ่มค่า pH ของน้ำป้อนหม้อไอน้ำนั้นแตกต่างกัน

การเติมโซเดียมคาร์บอเนตมากเกินไปในน้ำหม้อไอน้ำเพื่อปรับค่า pH จะทำให้ปริมาณเกลือในน้ำหม้อไอน้ำและค่าการนำความร้อนเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ น้ำหม้อไอน้ำยังมีไอออนไบคาร์บอเนตมากขึ้น ซึ่งไอออนไบคาร์บอเนตจะสลายตัวเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ได้ง่ายเมื่อได้รับความร้อน CO2 จะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและน้ำควบแน่นพร้อมกับไอน้ำ โซเดียมคาร์บอเนตไม่เพียงแต่ไม่สามารถปรับค่า pH ของไอน้ำและน้ำควบแน่นที่ไหลกลับได้เท่านั้น แต่ยังลดค่า pH ของไอน้ำและน้ำควบแน่น ทำให้เกิดการกัดกร่อนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและท่อส่งน้ำควบแน่น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ไอออนเหล็กในน้ำควบแน่นที่ไหลกลับมีสีเหลืองหรือแดงเกินมาตรฐาน

การเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์มากเกินไปในน้ำเตาหลอมเพื่อปรับค่า pH จะทำให้ความเป็นด่างของน้ำในหม้อสูงเกินไป และจะเกิดการแยกตัวของน้ำและโซดาขึ้น ปริมาณโซเดียมไฮดรอกไซด์นั้นควบคุมได้ยาก และโซเดียมไฮดรอกไซด์อิสระที่มากเกินไปจะทำให้ความเป็นด่างสัมพัทธ์สูงมาก และการเปราะตัวจากด่างจะทำให้เกิดการกัดกร่อนต่ออุปกรณ์ด้วย ผู้เขียนเคยเห็นถังล้างเกลือพลาสติกเสริมใยแก้วที่เต็มไปด้วยรอยปะที่ไซต์งานของผู้ใช้งาน ซึ่งเกิดจากการกัดกร่อนและทะลุเนื่องจากการใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์ในการปรับค่า pH ของน้ำล้างเกลือ โซเดียมไฮดรอกไซด์ไม่สามารถปรับค่า pH ของไอน้ำและน้ำที่ไหลกลับจากการควบแน่นของไอน้ำได้ และไม่สามารถควบคุมการกัดกร่อนของอุปกรณ์และท่อส่งของระบบไอน้ำและน้ำที่ไหลกลับจากการควบแน่นของไอน้ำได้

4.3 ความปลอดภัยของโซเดียมคาร์บอเนตและโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่ใช้ในน้ำป้อนหม้อไอน้ำเพื่อเพิ่มค่า pH นั้นแตกต่างกัน

โซเดียมคาร์บอเนตมีฤทธิ์ค่อนข้างอ่อน จัดเป็นวัสดุเกรดอาหาร ก่อให้เกิดการระคายเคืองเล็กน้อย กัดกร่อนเล็กน้อย ปกติสามารถสัมผัสด้วยมือได้ แต่หากใช้งานเป็นเวลานานควรสวมถุงมือ

โซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นสารอันตราย มีฤทธิ์กัดกร่อน และหากสารละลายหรือฝุ่นละอองกระเด็นโดนผิวหนัง โดยเฉพาะเยื่อบุผิว อาจทำให้เกิดแผลตกสะเก็ด และอาจแทรกซึมลึกเข้าไปในเนื้อเยื่อ ทำให้เกิดแผลเป็น หากกระเด็นเข้าตา ไม่เพียงแต่จะทำลายกระจกตา แต่ยังทำลายเนื้อเยื่อชั้นลึกของดวงตาด้วย ดังนั้น ผู้ปฏิบัติงานควรทาครีมที่เป็นกลางและกันน้ำบนผิวหนัง และต้องสวมชุดทำงาน หน้ากาก แว่นตาป้องกัน ถุงมือยาง ผ้ากันเปื้อนยาง รองเท้าบูทยางยาว และอุปกรณ์ป้องกันส่วนบุคคลอื่นๆ เพื่อความปลอดภัยในการทำงาน

มีกรณีศึกษาและการทดสอบที่แสดงให้เห็นว่า การใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์และโซเดียมคาร์บอเนตสลับกันหรือผสมกันนั้น ประหยัดและมีประสิทธิภาพดีกว่าการใช้สารควบคุมค่า pH เพียงอย่างเดียว เมื่อพบว่าค่า pH ของน้ำป้อนหม้อไอน้ำต่ำเกินไป สามารถเติมโซเดียมไฮดรอกไซด์ในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อเพิ่มค่า pH อย่างรวดเร็ว หลังจากที่โซเดียมไฮดรอกไซด์ละลายหมดแล้ว สามารถเติมโซเดียมคาร์บอเนตเพื่อเพิ่มปริมาณคาร์บอเนตในน้ำได้ ซึ่งจะช่วยลดการลดลงของค่า pH ของน้ำป้อน เนื่องจากสามารถใส่โซเดียมคาร์บอเนตได้ในปริมาณที่มากกว่า จึงสามารถรักษาระดับคาร์บอเนตในน้ำได้ดีกว่า ดังนั้นโดยทั่วไปจึงใช้โซเดียมคาร์บอเนตเพื่อรักษาระดับ pH ของน้ำประปาและน้ำในหม้อไอน้ำ เฉพาะในกรณีที่ค่า pH ของน้ำต่ำเกินไป ผู้เขียนจึงแนะนำให้ใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์เพื่อเพิ่มค่า pH อย่างรวดเร็ว ดังนั้นการใช้ทั้งสองอย่างสลับกันจึงทั้งประหยัดและมีประสิทธิภาพดี