น้ำและไอน้ำ กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน

การใช้น้ำเป็นตัวกลางของไหลที่ทำงานในหม้อไอน้ำ - น้ำหาได้ง่าย ราคาถูก ไม่ทำอันตรายต่อสุขภาพ - น้ำระเหยเป็นไอที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดหลอดเหลวของโลหะทำหม้อไอน้ำ - น้ำระเหยเป็นไอน้ำ สามารถเก็บ - พาพลังงานปริมาณมากไปได้ - อุณหภูมิไอน้ำ สามารถปรับได้ตามต้องการ - ไอน้ำขยายตัวได้ ควบคุมได้สะดวก จึงถูกนำมาใช้ผลิตพลังงาน ส่งถ่ายความร้อน

คุณสมบัติทางกายภาพ และทางเคมี

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี 1.ค่า HP แสดงความเป็นกรดด่างของน้ำ โดยที่มีช่วงตั้งแต่ 1-14 โดยค่า 7 หมายถึง ค่ากลาง ถ้าสูงกว่า 7 เป็นด่าง และต่ำกว่า 7 เป็นกรด ค่าที่เหมาะสมอยู่ที่ 7 ถึง 9 ถ้าต่ำกว่านี้จะเกิดการกัดกร่อน 2.ค่าความกระด้าง แสดงปริมาณแคลเซียมอิออนและแมกนีเซียมอิออนที่อยู่ในน้ำ โดยมักจะมีหน่วยเป็น PPM ของแคลเซียมคาร์บอเนต ถ้ามีความกระด้างในน้ำจะเกิดตะกรันจับพื้นผิวถ่ายเทความร้อน ทำให้สิ้นเปลืองพลังงาน

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี 3.ค่าปริมาณสารละลายในน้ำทั้งหมด ควรมีค่าไม่เกิน 3,500 ppm ถ้ามีมากจะเกิดปัญหาแครี่โอเวอร์ และการกัดกร่อน 4.ค่าคลอไรต์อิออน แสดงความเป็นเกลือ ซึ่งเมื่อมีอยู่จะไปกัดกร่อนโลหะได้ 5.ค่าออกซิเจนที่ละลายอยู่ ทำให้เกิดการกัดกร่อนต่อผิวโลหะ 6.ค่าการนำไฟฟ้า จะบอกถึงการมีสารละลายปนอยู่ในน้ำ ถ้ามีสารละลายค่าการน้ำ ไฟฟ้าจะสูง

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี 7 ค่าความเป็นด่างได้มาจากสารเคมีที่เดิม อาจจะละลายจากวัสดุที่ใช้ในหม้อไอน้ำ เช่น ถ้าน้ำในหม้อไอน้ำมีสภาพเป็นกรดเหล็กจะละลาย แต่ถ้าเป็นด่างทองแดงจะละลายแล้วจะไปจับเกาะกับพื้นผิวถ่ายเทความร้อนเกิดกลายเป็นตะกรันและโอเวอร์ฮีตได้ 8 ค่าซิลิกา สามารถกลายเป็นตะกรันที่แข็งจับภายในหม้อไอน้ำได้

คุณสมบัติ ทางเทอร์โมไดนามิกส์

คุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ ความร้อนในไอน้ำเป็นผลรวมของความร้อนต่าง ๆ คือ ความร้อนสัมผัส และความร้อนแฝง โดยจุดเดือดสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามการเปลี่ยนแปลงความดันของน้ำ ดังตัวอย่าง คือ การต้มน้ำที่ความดันบรรยากาศปกติ 100kPa (1 bar) น้ำจะเดือดที่ 100 oC (อุณหภูมิอิ่มตัว) ถ้าหากความดันลดลง จุดเดือดจะต่ำลงด้วย และถ้าความสูงขึ้น จุดเดือดก็จะสูงขึ้น น้ำเดือด ความดัน ต่ำกว่าบรรยากาศ 70 kPa บรรยากาศ 100 kPa สูงกว่าบรรยากาศ 1000 kPa 90 oC 100 oC 180 oC

ชนิดต่างๆ ของไอน้ำ 2 ไอน้ำอิ่มตัวแห้ง (Dry Saturated Steam) 1 ไอซุปเปอร์ฮีท (ไอดง) ที่ความดัน, อุณหภูมิสูง ใช้ผลิตกำลัง 2 ไอน้ำอิ่มตัวแห้ง (Dry Saturated Steam)  ความดันต่ำ ใช้ถ่ายเทความร้อนในกระบวนการผลิต  ความดันปานกลาง : ใช้ทำแวกกั้ม (Vacuum), กลั่น, เปลี่ยนแปลงทางเคมี

ชนิดต่างๆ ของไอน้ำ 3 ไอเปียก (Wet Steam) ค่าความร้อนลดลงตาม % น้ำที่ปนอยู่  เช่น ไอน้ำ 6 Kg/cm2 เกช hg = hf + 0.95 hfg = 165.67 + (0.95 x 498.82) = 639.55 kcal/Kg

ENERGY CONVERSIONS kJ Btu kcal MJ kWh

1 THERM = 100,000 Btu = 105.506 MJ 1 Gcal = 100 kg. FO 300 kg. ไม้ฟืน = 150 kg. Coal (Low ash) = 550 kg. กากอ้อย = 160 kg. ไอน้ำความดันต่ำ 1.5 ตัน ไอน้ำความดันปานกลาง = 120 Nm3 ก๊าซธรรมชาติ = 1160 kWh. ไฟฟ้า = 4.19 x 109 J = 4.19 GJ

การใช้ไอน้ำเพื่อการประหยัดพลังงาน 1. ไอน้ำรั่ว :  ใช้ท่อ, ข้อต่อ, วาวล์คุณภาพดี  ใช้เชื่อมต่อหน้าแปลนแทนใช้สลักยึด  ซ่อมทันทีเมื่อรั่ว

ตัวอย่างแสดงการสูญเสียจากไอน้ำรั่ว ความดัน 100 psig (6.8 kg/cm2) รั่วผ่านรู 1/8” (3.2 mm.) จำนวน 1 รู สูญเสียไอน้ำ 60 ปอนด์/ชม. (27 กก./ชม.) ทำงาน (10 x 26) 260 ชม./เดือน สูญเสียไอน้ำ 7 ตัน/เดือน คิดเป็นเงิน 7 ตัน/เดือน x 500 บาท/ตัน = 3,500 บาท/เดือน อาจเทียบเท่าสตีมแทรปรั่ว 1 ตัว

สตีมแทรป ก. การแยกน้ำออก ไอน้ำภายในระบบส่งไอน้ำจะมีน้ำปนอยู่ เนื่องจากไอน้ำมีน้ำติดมาจากหม้อไอน้ำ และน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ (คอนเดนเสท) เนื่องจากการสูญเสียความร้อนในขณะอยู่ในท่อส่งน้ำ ซึ่งน้ำที่ปนอยู่ในไอน้ำมีผลเสียดังนี้ 1. น้ำนี้จะไหลภายในท่อด้วยความเร็วเท่ากันไอน้ำ จึงเป็นสาเหตุให้เกิดค้อนน้ำ (water hammer) กระแทกทำความเสียหายให้อุปกรณ์ด่าง ๆ

สตีมแทรป 2. หยดน้ำเล็ก ๆ ที่ปนอยู่ในไอน้ำ ก่อให้เกิดปัญหาการกัดเซาะตามวาล์วต่าง ๆ 3. น้ำนี้จะเกาะและเคลือบผิวแลกเปลี่ยนความร้อนของอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำทำให้สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนของผิวต่ำลง 4. อัตราส่วนความแห้งของไอน้ำจะลดลง ทำให้ปริมาณความร้อนในไอน้ำลดลง

ข. หน้าที่ของสตึมแทรป สตึมแทรป เป็นวาล์วอัตโนมัติชนิดหนึ่งทำหน้าที่ระบายน้ำหรือคอนเดนเสท ออกจากระบบส่งไอน้ำ อุปกรณ์ทำความร้อน และปล่อยอากาศออกไปโดยไม่ให้ไอน้ำเล็ดลอดออกไปได้ ดังนั้นหน้าที่ที่สำคัญของสตึมแทรป พอสรุปได้ 3 ประการดังนี้ 1. ปล่อยน้ำคอนเดนเสทที่เกิดขึ้นออกไปโดยเร็ว 2. ไม่ยอมให้ไอน้ำรั่วไหลออกไป 3. ปล่อยอากาศและก๊าซซึ่งไม่ควบแน่นออกไป

สตีมแทรป : ( ไอน้ำรั่วผ่านสตีมแทรปสังเกตุเห็นได้ยาก สูญเสียมาก ) หน้าที่- ปล่อย Condensate,Air,Non-Condensate gase และกักไอน้ำไม้ให้ผ่านออกไป แบบของสตีมแทรป  Mechanical (ใช้ความแตกต่าง ความหนาแน่น)  Thermostatic (ใช้ความแตกต่าง อุณหภูมิ)  Thermodynamic (ใช้ความแตกต่าง ด้านเทอร์โมไดนามิค)

การเลือกไม่เหมาะสมกับงานจะ  ทำงานไม่ดี  ไอน้ำรั่ว  ค่าบำรุงรักษาสูง การเลือกขนาดที่ถูกต้อง  Undersized  Oversized

วิธีการตรวจสอบสตีมแทรป

สตีมแทรปกับ Steam Heat Cycle Processes โรงงานหล่อแผ่นเสียง ก่อนปรับปรุง * ไอน้ำกำลังดัน 10 ก.ก./ตารางเซนติเมตรผ่านแบบหล่อ * ไม่ติดสตีมแทรปใช้น้ำหล่อเย็นหลังจากปิดไอน้ำแล้ว * ใช้ไอน้ำ 2.8 ก.ก./ แผ่น

หลังปรับปรุง * ติดสตีม แทรป * ติดสตีม แทรป * ติด Solenoid Controlled By-Pass และ Tirmer - เปิดขณะColling Cycle - ปิดหลังปิดน้ำ และเปิดไอน้ำแล้ว 4 วินาที * ใช้ไอน้ำลดลง 1.4 ก.ก.แผ่น * ระยะเวลาผลิตสั้นลง (MOLDING CYCLE)

ปรับปรุง MOLD DESIGN ถ่ายเทความร้อนดีขึ้น ใช้ไอน้ำเพียง 1 ก.ก./แผ่น

การสูญเสียความร้อนจากการไม่หุ้มฉนวน 1. ) ท่อไอน้ำ ขนาด 5 cm. (2”) ยาว 100 เมตร ไอน้ำความดัน 5 kg/cm2 อุณหภูมิ 158 0c การสูญเสีย = 750 Kcal/hr.m. x 0.57 x 100m. x (10x25x12)hr./yr. x Gcal/106 Kcal = 120 Gcal/yr. / 10 Gcal/T.FO = 12 ตัน (12,000 ลิตร) น้ำมันเตาต่อปี

2. ) ถังน้ำร้อนขนาดยาว (L) = 3 m., เส้นผ่านศูนย์กลาง (d) = 1.8 m.,พื้นที่ผิว (A) = 22 m2 อุณหภูมิน้ำในถัง 90 0C , อุณหภูมิห้อง 30 0C การสูญเสีย = 5500 Kcal/Month M20C x (90-30) x 22 m2 x 12Month/yr. x Gcal / 106Kcal = 87 Gcal/yr

HEAT LOSSES kcal / HR / LINEAR METER OF 10 cm PIPE (UNINSULATED) Inner Temp.,๐C Kcal 1/hr 100 320 150 700 200 1200 250 1870 320 2700 370 3800 425 5000 To apply these data to other pipe sizes, valves, flamges and plates use the following multipliers.

B. แฟกเตอร์สำหรับท่อขนาดต่างๆ Pipe Factor Pipe Factor 1.5 cm .235 15 cm 1.45 2 cm .28 20 cm 1.85 2.5 cm .34 25 cm 2.30 5 cm .57 30 cm 2.80 10 cm 1.00 50 cm 4.50

การสูญเสียความร้อนจากการหุ้มฉนวน 1.) ท่อ ฉนวนหนา 25 ม.ม. ลดการสูญเสียได้ 86% “ 50 ม.ม. “ “ 92% 2.) ถัง “ 25 ม.ม. “ “ 66% “ 50 ม.ม. “ “ 78%

ข้อดีการนำคอนเดนเสทกลับไปยังหม้อน้ำ 1. ทุก 11 F (6 0C) น้ำร้อนขึ้น ประหยัดเชื้อเพลิงได้ 1% 2. ประหยัดน้ำ, ค่าใช้จ่ายทำ Soft Water, Regenerate 3. ประหยัดค่าสารเคมีปรุงแต่งน้ำเข้าหม้อน้ำ 4. ลดปริมาณโบลดาว์น 5. น้ำที่ร้อนขึ้น จะช่วยไล่ก๊าซออกซิเจน และ CO2 ออก 6. ลดการสูญเสียไอน้ำ ถ้าสตีมแทรปรั่ว 7. สภาวะแวดล้อมดีขึ้น

พลังงานความร้อนในไอน้ำอิ่มตัวภายใต้ความดัน ความร้อนใน 1 กก. ไอน้ำ ความดันเกช, กก./ซม.2 1 5 10 อุณหภูมิไอน้ำอิ่มตัว, 0C 120 158 183 Kcal ในไอน้ำ 646 658 663 Kcal ใช้ประโยชน์ (Latent Heat) 526 499 478 Kcal เหลือในคอนเดนเสทภายใต้ความดัน 120 159 185

พลังงานความร้อนในไอน้ำอิ่มตัวภายใต้ความดัน ความร้อนใน 1 กก. ไอน้ำ % ความร้อนที่ถ่ายเทให้กับงาน 81 76 72 % แฟลชสตีม 4 11 16 % ความร้อนที่เหลือในคอนเดนเสท 15 13 12 % ปริมาณคอนเดนเสทที่จะเก็บได้ 96 89 84

1. น้ำมันเตา #2 (FO.,C หรือน้ำมันเตา 1500) การคิดราคาพลังงาน 1. น้ำมันเตา #2 (FO.,C หรือน้ำมันเตา 1500)  ความถ่วงจำเพาะที่ 60/600ฟ = 0.9415 (ประมาณ ก.ก./ลิตร)  ค่าความร้อน, Kcal/kg = 10,480 Gcal/T.F = 10.48 Kcal x Gcal x 103kg kg 106kcal Ton

B x I x 103kg I kg Ton B x T.F I Gcal ราคาน้ำมันเตา, B/I = 7.00 ,B/Ton = 7,434 ,B/Gcal = 709 B x I x 103kg I kg Ton B x T.F I Gcal

2.) สมมติผลิตไอน้ำความดัน 7 kg/cm2 ประสิทธิภาพ 85% ใช้น้ำป้อนเข้าหม้อน้ำที่อุณหภูมิ ค่าความร้อนไอน้ำ (Enthalpy) : พลังงานที่ได้ (Output) Kcal / kg Gcal / T.S พลังงานที่ใส่เข้าไป (Energy Input) ที่ประสิทธิภาพ 85%

Gcal x B TS Gcal.F 3. ) ราคาไอน้ำ, B/TS

4. หาอัตราส่วนไอน้ำ : น้ำมัน 4. หาอัตราส่วนไอน้ำ : น้ำมัน ตันไอน้ำ : ตันเชื้อเพลิง T.S x Gcal Gcal T.F ตันไอน้ำ : ลิตรเชื้อเพลิง T.S x kg T.F I

ปัญหาที่เกี่ยวเนื่องกับน้ำที่ใช้ในหม้อไอน้ำ น้ำที่ป้อนเข้าหม้อไอน้ำเพื่อผลิตเป็นไอน้ำนำไปใช้ในงานนั้นต้องมีคุณสมบัติที่เหมาะสมสำหรับหม้อไอน้ำนั้น ๆ การใช้น้ำป้อนที่ไม่เหมาะสม ก่อให้เกิดปัญหามากมายในการใช้งาน ปัญหาที่พบบ่อย เช่น การถ่ายเทความร้อนประสิทธิภาพต่ำลง การเพิ่มอุณหภูมิของโลหะที่เป็นพื้นผิวถ่ายเทความร้อน ทำให้โลหะอ่อนตัวถึงขั้นอันตราย การมีหยดน้ำติดไปมาก ๆ กับไอน้ำทำให้ผลิตภัณฑ์เสียหาย เป็นต้น ปัญหาเหล่านี้เกิดจากคุณภาพน้ำที่ป้อนหรือน้ำในหม้อน้ำไม่เหมาะสม

สิ่งต่าง ๆ ในน้ำที่ไม่พึงปรารถนาสำหรับหม้อไอน้ำ ได้แก่ สิ่งสกปรก ฝุ่นละออง ไขมันและเกลือแร่ต่าง ๆ จึงต้องกำจัดด้วยวิธีทางกลหรือทางเคมีจนมีคุณภาพที่เหมาะสมต่อไป ปัญหาที่เกี่ยวเนื่องกับน้ำที่ใช้ในหม้อไอน้ำมีดังนี้ 1. ตะกรัน เกลือแคลเซียมและแมกนีเซียม ที่ละลายในน้ำจะกลายเป็นตะกรันเกาะ พื้นผิวถ่ายเทความร้อนทำให้การถ่ายเทความร้อนลดลงและท่อมีความ ร้อนสูงสะสม

2. การกัดกร่อน หม้อไอน้ำ ท่ออุปกรณ์ต่าง ๆ จะถูกกัดกร่อนได้ ถ้าน้ำเป็นกรด และมีก๊าซละลายในน้ำ 3. แครีโอเวอร์ น้ำจำนวนมากติดไปกับไอน้ำก่อให้เกิดปัญหากับเครื่องจักรความเป็นด่าง สูงมาก ไขมันและน้ำมันในสารแขวนลอยเป็นสาเหตุการเกิดโฟมมิ่ง 4. การเปราะของโลหะ โลหะเกิดการแตกร้าว เนื่องจากความเปราะตามตะเข็บและปลายท่อ

การปรับคุณภาพน้ำ การปรุงแต่งคุณภาพน้ำมันมีทั้งส่วนที่ทำภายนอกและภายในน้ำ สิ่งที่ต้องทำภายในหม้อไอน้ำ การใส่ก๊าซที่สะสมอยู่ในน้ำ โดยการใช้ไอน้ำหรือน้ำร้อนจากคอนเคนเสททำให้น้ำที่ป้อนเข้าหม้อไอน้ำร้อนขึ้น และลดความดันลง ก๊าซจะแยกตัวออกจากน้ำ 2. การแลกเปลี่ยนอิออน เป็นวิธีการขจัดของแข็งที่ละลายอยู่ ดังเช่นวิธีทำน้ำกระด้างให้เป็นน้ำอ่อน โดยใช้เรซินไปดึงแคลเซียมกับแมกนีเซียมออกจากน้ำกระด้าง

จบการบรรยาย