Deaerator จำเป็นจริงหรือสำหรับโรงงานที่ใช้ไอน้ำเป็นแหล่งให้พลังงานความร้อน

ในโรงงานอุตสาหกรรมที่ใช้ไอน้ำโดยทั่วไปนอกจาก Boiler แล้ว อุปกรณ์ที่เรามักจะเห็นอีกชนิดหนึ่งก็คือ Deaerator หรือถังพักน้ำก่อนป้อนเข้าสู่ Boiler วิศวกรโรงงานหรือ นายช่างผู้ปฏิบัติงานบางท่านอาจคิดว่าอุปกรณ์ทั้งสองนั้นสามารถใช้ทดแทนกันได้

🦾เราสามารถใช้ถังพักน้ำก่อนป้อนเข้าสู่ Boiler แทน Deaerator โดยการเพิ่มอุณหภูมิให้กับน้ำนั้นได้หรือไม่ ??? ทำไมต้องใช้ Deaerator ?? โรงงานบางโรงงานดำเนินการได้มาแล้วกว่า 20 ปี โดยไม่มี Deaerator !!!

✌️เราจะเปรียบเทียบคุณประโยชน์ที่เพิ่มขึ้นกับราคาที่เพิ่มขึ้นเมื่อใช้ Deaerator เทียบกับถังพักน้ำร้อนธรรมดาได้อย่างไร ???

🤐คำถามเหล่านี้เป็นคำถามที่อยู่ในใจหลายๆ ท่าน โดยเฉพาะผู้บริหารโรงงานอุตสาหกรรมที่กำลังปรับปรุงประสิทธิภาพโรงงานหรือกำลังพิจารณาสร้าง ขยาย โรงงานใหม่ และเป็นเรื่องที่ค่อนข้างยากที่จะให้เหตุผลของความคุ้มค่าของการใช้อุปกรณ์ Deaerator แทนที่ถังพักน้ำร้อนธรรมดา เพราะเป็นเรื่องของการลงทุนระยะยาว ที่มีผลตอบแทน แตกต่างกันไปแต่ละโรงงาน แต่ผลตอบแทนที่เกิดขึ้น มีอย่างแน่นอน

🤡แต่คำตอบที่ได้ส่วนใหญ่ คือ การใช้ถังพักน้ำ ก่อนป้อนเข้าสู่ Boiler โดยเพิ่มอุณหภูมิของน้ำนั้นก็ เพียงพอแล้ว สำหรับโรงงานที่ใช้ไอน้ำเป็นแหล่งให้พลังงานความร้อน เราลองมาพิจารณาหาคำตอบที่เหมาะสม สำหรับคำถามดังกล่าว

📍ทำไมต้องมี Deaerator

👓Deaerator คือ อุปกรณ์ที่ใช้ดึงเอาก๊าซที่ละลาย ในน้ำป้อนเข้า Boiler ออกไป Deaerator จะเป็นตัวป้องกันระบบไอน้ำและ Boiler จากผลกระทบต่างๆ อันเกิดจากก๊าซที่ละลายในน้ำป้อน Boiler

🐥การดึงเอาก๊าซต่างๆ ที่ละลายในน้ำป้อน Boiler เป็นกระบวนการที่สำคัญในระบบไอน้ำ การที่น้ำป้อนเข้าสู่ Boiler มีก๊าซออกซิเจนละลายอยู่จะทำให้เกิดการกัดกร่อน ในท่อ Boiler สำหรับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เมื่อละลาย ในน้ำจะทำให้ค่า PH ต่ำลง และทำให้เกิดการกัดกร่อนจากกรดคาร์บอนิก ก๊าซที่ละลายในน้ำป้อน และค่า PH ที่ต่ำ สามารถถูกกำจัดได้โดยการใช้เคมีในการควบคุม แต่การใช้เคมีก็จะส่งผลกระทบต่อค่าความเข้มข้น TDS (Total Dissolved Solid) อันจะมีผลต่อประสิทธิภาพ การทำงานของ Boiler และสิ้นเปลืองพลังงานจากการ Blowdown ที่มากขึ้น เพื่อรักษาค่าความเข้มข้น TDS ไว้ในระดับมาตรฐาน

ดังนั้นจะเป็นการประหยัดและมีประสิทธิภาพมากกว่าที่จะนำก๊าซเหล่านี้ออกไปโดยอุปกรณ์ Deaerator

🌞อุปกรณ์ Deaerator ทำงานโดยอาศัยหลักการทางวิทยาศาสตร์สองข้อ ประกอบไปด้วย ข้อที่ 1 Henry’s Law ซึ่งกล่าวว่า ความสามารถในการละลายของก๊าซใน สารละลายจะลดลงเมื่อความดันย่อยเหนือสารละลาย ของก๊าซนั้นลดลง และข้อที่ 2 เป็นความสัมพันธ์ระหว่างการละลายของก๊าซและอุณหภูมิ ความสามารถในการละลายของก๊าซในสารละลายจะลดลงเมื่ออุณหภูมิของสารละลายเพิ่มสูงใกล้กับอุณหภูมิอิ่มตัว อุปกรณ์ Deaerator จะใช้กระบวนการทั้งสองข้อนี้ในการดึงก๊าซออกซิเจน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งละลายอยู่ออกจากน้ำป้อน Boiler

♻️น้ำป้อนเข้า Boiler จะถูกทำให้เป็นแผ่นฟิล์มบางๆ เพื่อเพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งทำให้ก๊าซออกซิเจนและก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ถูกดึงออกไปจากน้ำป้อนเข้าหม้อไอน้ำได้มากที่สุด ซึ่งกระบวนการสร้างฟิล์มบางๆ ถือว่าเป็นกระบวนการที่สำคัญที่จะดึงก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จนถึงระดับที่ปลอดภัย คือ 0.007 ppm. ซึ่งการใช้เพียงถังพักน้ำธรรมดาไม่สามารถทำได้

🔥Deaerator สามารถทำอะไรได้บ้าง💦

⭐️ก. ช่วยดึงก๊าซออกซิเจน ที่ละลายอยู่ออกจากน้ำ

ซึ่งเป็นเหตุผลหลัก และเป็นเหตุผลแรกที่จะเริ่ม นึกถึงประโยชน์หรือความต้องการ Deaerator เนื่องจาก ก๊าซออกซิเจนในน้ำจะทำให้เกิดปัญหา ดังต่อไปนี้

1. ก๊าซออกซิเจนจะกัดกร่อน Boiler ซึ่งเราเองต่างก็รู้ดีว่าก๊าซออกซิเจนสามารถกัดกร่อนถังเหล็ก หรือภาชนะอื่นๆ ที่ทำจากเหล็กที่อุณหภูมิปกติได้อย่างไร และเมื่อ มีการให้ความร้อนแก่น้ำ ก๊าซออกซิเจนที่ละลายอยู่ก็จะยิ่งกัดกร่อนมากขึ้น ปริมาณก๊าซออกซิเจนที่ละลายในน้ำ มากสุดที่ Boiler ทำงานอย่างปลอดภัย คือ 0.005 cc/liter (0.007 ppm)

2. เมื่อไอน้ำมีการกลั่นตัวก๊าซออกซิเจนที่มากับ ไอน้ำก็ยิ่งกัดกร่อนท่อ Condensate และอุปกรณ์อื่นๆ นอกจากนี้ในไอน้ำ และ Condensate ก็ยังมีก๊าซคาร์บอน ไดออกไซด์อีกด้วย ซึ่งเมื่อกลั่นตัวและรวมตัวกับน้ำก็จะเกิดการกัดกร่อนอีกเช่นกัน และจะทำให้กัดกร่อนมากกว่า การมีก๊าซออกซิเจน หรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพียง อย่างเดียวถึง 4 เท่า ดังนั้นเพื่อเป็นการรักษาท่อและอุปกรณ์ต่างๆ จึงควรมีการดึงก๊าซออกซิเจนออก

3. เมื่อมีการหมุนเวียน Condensate กลับสู่ Boiler ควรนำก๊าซออกซิเจนที่อาจปนเข้าสู่ระบบหรือถัง Condensate ออกก่อน หากไม่มีการดึงอากาศออกจาก Condensate ก่อนก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนได ออกไซด์ ก็อาจปะปนเข้าสู่ระบบได้อีก

⭐️ข. ช่วยดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในน้ำออก

น้ำดิบส่วนมากจะมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อิสระ ซึ่งจะกัดกร่อนมากเมื่อรวมตัวกับน้ำเป็นกรด Carbonic การดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในสภาวะอิสระออกนั้นจะต้องใช้การดึงอากาศทางกลที่ดี ในไอน้ำก๊าซคาร์บอน ไดออกไซด์ที่ปนอยู่จะไม่กัดกร่อน แต่เมื่อไอน้ำกลั่นตัว ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะรวมตัวกับน้ำและเกิดเป็นกรด Carbonic ซึ่งมีความสามารถในการกัดกร่อนมาก ทำให้ ท่อและอุปกรณ์ต่างๆ ถูกกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว

นอกจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายในน้ำป้อน Boiler แล้ว น้ำป้อน Boiler ส่วนมากจะมี Bicarbonates และ Carbonates ซึ่งเมื่อสารเหล่านี้แตกตัวออก ก็จะเกิดเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดย Bicarbonates จะแตกตัว เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น Deaerator จะทำให้ Bicarbonates แตกตัวออกและเกิดเป็น Carbonates กับก๊าซคาร์บอน ไดออกไซด์ อิสระ ซึ่งจะถูกปล่อยทิ้งหรือดึงออกจากระบบโดย Deaerator

เนื่องจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนเป็น องค์ประกอบของ Carbonates ในน้ำ จึงไม่สามารถดึงออกจากน้ำได้ทั้งหมด การเติม Phosphates อย่างพอเพียง ใน Boiler จะทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี Carbonates ที่อยู่ในน้ำใน Boiler จะรวมตัวกับ Phosphates ทำให้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่อยู่ใน Carbonates หลุดออก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นี้จะเกิดขึ้นที่ Boiler และถูก ลำเลียงโดยไอน้ำไปในระบบและรวมตัวกับน้ำ Condensate ถูกส่งกลับมาที่ Deaerator เพื่อดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นี้ออกไปอีกครั้ง ถึงแม้ว่าโรงงานใช้น้ำ Condensate เป็นน้ำป้อน Boiler ก็จำเป็นต้องมี Deaerator ก็ด้วยสาเหตุนี้

⭐️ค. ช่วยเพิ่มอุณหภูมิของน้ำที่ป้อนเข้า

Deaerator จะเพิ่มอุณหภูมิของน้ำป้อน ในขณะ เดียวกันก็ดึงเอาก๊าซออกซิเจน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อิสระออก และยังทำให้ Bicarbonates แตกตัวเป็น Carbonates กับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อิสระ ซึ่งจะถูก ดึงออกอย่างรวดเร็วอีกด้วย การเพิ่มอุณหภูมิน้ำป้อนของ Deaerator ยังเป็นผลดีแก่ระบบในทางอื่นๆ ด้วยการเติมน้ำป้อนที่ร้อนยังช่วยลดโอกาสในการเกิด Thermal Shock จากการขยายและหดตัวของพื้นผิวที่ให้ความร้อน ใช้เชื้อเพลิงในการผลิตไอน้ำน้อยลงเพราะน้ำป้อนมีอุณหภูมิสูงขึ้น

⭐️ง. ช่วยให้การถ่ายเทความร้อนดีขึ้น

อากาศหรือก๊าซที่ไม่สามารถควบแน่นในไอน้ำทำให้เกิดการสูญเสียประสิทธิภาพด้านความร้อนถึง 4 เท่า อากาศหรือก๊าซที่ไม่ควบแน่นในไอน้ำจะทำให้เกิดฉนวน กันความร้อนปกคลุมพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งจะลดการถ่ายเทความร้อนผ่านผนังท่อ ก๊าซซึ่งมีลักษณะเหมือนฉนวนนี้จะถูกดึงออกโดย Deaerator

⭐️จ. ช่วยให้มีการใช้ Flash Steam ให้เป็นประโยชน์

เมื่อมีการให้ความร้อนแก่น้ำป้อน Boiler เพื่อเพิ่มอุณหภูมิ ข้อดีสองข้อที่เห็นได้ชัดคือ (1) นำความร้อนของ Flash Steam มาใช้ใหม่ ช่วยลดค่าเชื้อเพลิงในการผลิต ไอน้ำได้โดยตรง (2) ไอน้ำที่ควบแน่นเป็น Condensate ช่วยลดปริมาณน้ำทดแทน จึงช่วยลดค่าน้ำและค่าบำบัด โดยทั่วไป การติดตั้งอุปกรณ์ Deaerator นั้นมักติดร่วมกับระบบการนำความร้อนจาก Continuous blow-down กลับมาใช้ใหม่

ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับความดันของ Boiler และปริมาณ ของการ Blowdown

⭐️ฉ. เป็นจุดรวมน้ำ Condensate จากส่วนต่างของโรงงาน

💦Deaerator เป็นจุดรวมที่สะดวกสำหรับ Condensate ที่หมุนเวียนทั้งที่อุณหภูมิสูงและต่ำในโรงงานโดยไม่จำเป็นต้องส่งน้ำ Condensate เข้าถังพักน้ำ Condensate ก่อน Deaerator ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของโรงงาน

💧1. ป้องกันการกัดกร่อนในท่อหมุนเวียนและอุปกรณ์อื่นๆ โดยการลดและการดึงก๊าซออกซิเจน และก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ออก

💧2. ก๊าซออกซิเจนใน Boiler จะถูกกำจัดเมื่อใช้ Deaerator แบบ 0.005 cc/liter (0.007 ppm)

💧3. ป้องกัน Thermal Shock และค่าใช้จ่ายในการซ่อมดูแล Boiler และระบบที่เกี่ยวข้อง

💧4. การลดค่าใช้จ่ายในการใช้เคมีบำบัด ช่วยลดสารที่ใช้กำจัดก๊าซออกซิเจน เช่น Sodium Sulfite, Hydrazine และการใช้ Filming กับตัวปรับสภาวะ Amine ก็ลดลง

💧5. การประหยัดพลังงานความร้อนก็สามารถทำได้โดยการนำ Flash Steam ที่ความดันสูงๆ กลับมาใช้ใหม่กับ Deaerator

🙏🏼ชื่อผู้เขียน&เครดิต : บจก.เอ็นเนอยี่ เทคโนโลยี่

🙏🏼ขอบคุณภาพบางส่วนจากเพจ Thai K.Boiler และ TTG

✳️ข้อมูลศึกษาเพิ่มเติม✳️

✅ https://www.kakaengineering.com/boiler-deaerator.html

✅ https://www.energytechnology.co.th/.../629a0462d6bb866b7d...

✅ http://webkc.dede.go.th/.../default/files/2.%20Boiler.pdf