Cooling Towers and Salt Water

น้ำเค็มคืออะไร?

สำหรับระบบคูลลิ่งทาวเวอร์ (Cooling Tower) น้ำหมุนเวียนที่มีปริมาณคลอไรด์เกิน 750 ส่วนในล้านส่วน (ppm) โดยคิดเป็นโซเดียมคลอไรด์ (NaCl) มักจะถือว่าเป็น น้ำเค็ม อย่างไรก็ตาม ผลกระทบจากคลอไรด์จะรุนแรงน้อยกว่ามากเมื่ออยู่ที่ระดับ 750 ppm เมื่อเทียบกับความเข้มข้นที่สูงกว่า

น้ำเค็มอาจมาจากทะเลเปิด น้ำกร่อย (บริเวณปากแม่น้ำ) หรือบ่อน้ำเกลือ เนื่องจากระบบระบายความร้อนแบบหมุนเวียนเปิดจะทำให้ของแข็งที่ละลายในน้ำเข้มข้นขึ้น คูลลิ่งทาวเวอร์จึงอาจต้องรองรับสภาพน้ำเค็มแม้ว่าน้ำเติมใหม่ (makeup water) จะมี NaCl น้อยกว่า 750 ppm ก็ตาม

หากน้ำเติมของคูลลิ่งทาวเวอร์มาจากน้ำทะเลเปิด องค์ประกอบสมมุติของน้ำจะเป็นดังนี้:

• 185 ppm - แคลเซียมไบคาร์บอเนต (Ca(HCO))
• 1,200 ppm - แคลเซียมซัลเฟต (CaSO)
• 2,150 ppm - แมกนีเซียมซัลเฟต (MgSO)
• 3,250 ppm - แมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl)
• 27,000 ppm - โซเดียมคลอไรด์ (NaCl)
• 500 ppm - โพแทสเซียมคลอไรด์ (KCl)
• 100 ppm  - โพแทสเซียมโบรไมด์ (KBr)
• ความเค็มรวม  - 35,000 ppm
• ความเป็นด่างรวม -  15 ppm (แสดงเป็น CaCO)
• ค่า pH - ประมาณ 8

ผลกระทบของน้ำเค็มต่อคูลลิ่งทาวเวอร์เป็นอย่างไร? 

 วัสดุ (Materials)  - ผลกระทบหลักของน้ำเค็มคือการเพิ่มอัตราการกัดกร่อนของโลหะภายในหอระบายความร้อนและระบบระบายความร้อน นอกจากนี้ยังอาจทำให้ใยไม้หลวม (กรณีใช้โครงสร้างไม้) ในส่วนประกอบที่ทำจากไม้ซึ่งเปียกและแห้งสลับกัน ผลกระทบเหล่านี้สามารถจัดการได้ด้วยการเลือกวัสดุและสารเคลือบที่เหมาะสม ซึ่งจะมีการอธิบายเพิ่มเติมในหัวข้อถัดไป

 การอุดตัน (Fouling) - การอุดตันอาจเกิดจากสิ่งมีชีวิต (เช่น สไลม์หรือสาหร่าย), สารอนินทรีย์ (เช่น ตะกรัน) หรือสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ (เช่น น้ำมัน เศษวัสดุ ฯลฯ) นอกจากนี้ สารแขวนลอยที่มีลักษณะขัดถู (เช่น ทราย) อาจเป็นปัญหา และสามารถเพิ่มการกัดกร่อนและการสึกหรอได้

 ประสิทธิภาพทางความร้อน (Thermal Performance) - เกลือมีผลต่อคุณสมบัติของน้ำ 3 ประการที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อน ได้แก่

• ลดความดันไอ (vapor pressure)
• ลดความร้อนจำเพาะ (specific heat)
• เพิ่มความหนาแน่นของสารละลาย

ผลกระทบจากข้อ 1 และ 2 จะลดประสิทธิภาพการระบายความร้อน ขณะที่ข้อ 3 จะช่วยเพิ่มขึ้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ผลของความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นไม่เพียงพอที่จะชดเชยผลเสียจากความร้อนจำเพาะและความดันไอที่ลดลง ดังนั้น ประสิทธิภาพการระบายความร้อนจะลดลงเล็กน้อย

การสูญเสียประสิทธิภาพจะมากขึ้นหากความเข้มข้นของเกลือสูง และหากระบบระบายความร้อนต้องรับภาระหนัก ตัวอย่างเช่น ในน้ำหมุนเวียนที่มีความเค็ม 55,000 ppm การสูญเสียประสิทธิภาพของหอระบายความร้อนแบบใช้พัดลมทั่วไป (mechanical draft cooling tower) จะอยู่ในช่วง 2% ถึง 4% ขึ้นอยู่กับความยากของภาระการระบายความร้อน อย่างไรก็ตาม การสูญเสียนี้สามารถฟื้นคืนได้โดยการปรับเปลี่ยนตัวแปรบางอย่าง เช่น:

• ขนาดของหอระบายความร้อน
• กำลังม้าของพัดลม
• อัตราการไหลเวียนของน้ำ  

แผนกR&D (Research and Development) ของบริษัท อินโนเว็ค เอเซีย มีระบบประเมิน (rating systems) ที่สามารถคำนวณการลดลงของสมรรถนะของหอระบายความร้อนได้อย่างแม่นยำตามระดับความเค็มและความต้องการทางความร้อน ดังนั้นจึงสามารถออกแบบขนาดของหอระบายความร้อนให้เหมาะสมกับการใช้น้ำเค็มได้อย่างแม่นยำ

คูลลิ่งทาวเวอร์ที่ใช้น้ำเค็มส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร?

     ประเด็นสำคัญที่ต้องพิจารณาเกี่ยวกับผลกระทบสิ่งแวดล้อมของคูลลิ่งทาวเวอร์ที่ใช้น้ำเค็มคือ การฟุ้งกระจายของน้ำ (Drift) และ การระบายทิ้งน้ำ (Blowdown) โดยทั่วไปแล้ว น้ำที่ฟุ้งกระจายออกจากคูลลิ่งทาวเวอร์และน้ำที่ถูกระบายออกจากระบบ จะมีความเข้มข้นของ สารละลายของแข็งทั้งหมด (Total Dissolved Solids TDS) เท่ากับน้ำหมุนเวียนในระบบ ปัจจุบันมีเทคโนโลยีที่สามารถวัด ปริมาณน้ำฟุ้ง และ ขนาดของหยดน้ำที่ฟุ้งกระจาย ได้อย่างแม่นยำ ในคูลลิ่งทาวเวอร์ยุคใหม่ทั่วไป อัตราการฟุ้งกระจายจะอยู่ที่ประมาณ 0.005% ถึง 0.02% ของอัตราการหมุนเวียนน้ำทั้งหมด หากมีการออกแบบ ตัวกันฟุ้ง (Drift Eliminator) อย่างใส่ใจในรายละเอียด ก็สามารถลดอัตราฟุ้งกระจายให้ต่ำกว่า 0.005% ได้ แม้จะสามารถควบคุมการฟุ้งให้อยู่ในระดับต่ำได้ แต่หอผึ่งเย็นที่ใช้น้ำเค็มไม่ควรถูกติดตั้งใกล้กับอุปกรณ์ที่ไวต่อการกัดกร่อนหรือเสียหายง่าย เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เพราะละอองน้ำเค็มเพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างความเสียหายได้

      การระบายทิ้ง (Blowdown) จากหอระบายความร้อนที่ใช้น้ำเค็มจะมีปริมาณของแข็งละลายทั้งหมด (TDS) มากกว่าน้ำเติมใหม่หลายเท่า แต่ในกรณีที่ใช้น้ำทะเลเป็นน้ำเติม การเข้มข้นของสารละลายที่อยู่ในระบบหอระบายความร้อน มักจะไม่เกิน 2 เท่าของน้ำทะเลดิบ

     ปัจจุบัน ยังไม่พบปัญหาใหญ่ในการกำจัดน้ำระบาย (blowdown) จากหอระบายความร้อนที่ใช้น้ำเค็ม ตราบใดที่ไม่มีการเติมสารพิษลงไปในระบบน้ำหมุนเวียน อย่างไรก็ตาม การ blowdown เป็นเรื่องที่มีความซับซ้อน และผู้ใช้หอระบายความร้อนที่ใช้น้ำเค็ม ควรตรวจสอบข้อกำหนดของหน่วยงานที่มีอำนาจควบคุมในพื้นที่นั้นๆ เพื่อให้การ blowdown เป็นไปตามกฎหมายและข้อบังคับ

ข้อควรระวังในการใช้คูลลิ่งทาวเวอร์ที่ใช้น้ำเค็ม

 โครงสร้าง (Structure) - วัสดุที่ใช้ทั่วไปในหอระบายความร้อนที่ใช้น้ำจืด ได้แก่ FRP, ไม้, เหล็ก, หรือคอนกรีต แต่เนื่องจากน้ำเค็มมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง จึง ไม่แนะนำให้ใช้โครงสร้างเหล็ก

• FRP แบบ Pultruded: ทนทานต่อการกัดกร่อนจากน้ำเค็มได้ดีมาก และเป็นวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับคูลลิ่งทาวเวอร์ น้ำเค็ม
• ไม้: เช่น California redwood หรือ Douglas fir  ที่ผ่านการอัดสารกันเน่า ก็สามารถใช้งานในน้ำเค็มได้ดี
   - โดยทั่วไปความทนทานของไม้ในน้ำเค็มไม่ต่างจากน้ำจืด ยกเว้นในบริเวณที่แห้งสลับเปียกซึ่งอาจเกิดความเสียหายที่ผิวจากความเข้มข้นของเกลือสูง (เหมือนในน้ำจืดที่มีค่าอัลคาไลสูงหรือตะกอนละลายสูง)
• คอนกรีต: ควรใช้ ปูนซีเมนต์ Type II Portland ที่ผสมแน่น, มีอัตราส่วนน้ำต่อปูนน้อย, มีการกักอากาศ (Air entrainment), และผสมด้วย ไมโครซิลิกา (microsilica) หรือ เมตาคาโอลิน (metakaolin)
   - เหล็กเสริมควรเคลือบอีพ็อกซี่
   - อุปกรณ์เชื่อมต่อควรทนต่อการกัดกร่อน เช่น พลาสติกหรือเซรามิก
   - Bolt ควรใช้ Duplex stainless steel (เช่น 2205) หรือ Silicon bronze (ห้ามใช้ silicon bronze ถ้ามีน้ำปนเปื้อนซัลไฟด์หรือแอมโมเนีย)
   - บริเวณที่น้ำท่วมถึงควรใช้ Duplex stainless, Red brass หรือ Silicon bronze

 ผนังด้านนอกและแผงกันน้ำ (Casing and Louvers) - ใช้ FRP เป็นหลัก เพราะทนต่อการกัดกร่อนได้ดีมาก รอยต่อแนวตั้งและแนวนอนควรปิดผนึกให้แน่น เพื่อป้องกันการสะสมของเกลือในรอยต่อ

 รังผึ้งและตัวกันฟุ้ง (Fill and Eliminators) - สามารถทำจากไม้หรือพลาสติกที่ทนทาน ซึ่งเหมาะกับการใช้งานในคูลลิ่งทาวเวอร์ น้ำเค็ม

 ท่อพัดลม (Fan Cylinders) - นิยมใช้ FRP ซึ่งทนต่อสภาพน้ำเค็มได้ดี ชิ้นส่วนโลหะควรใช้ Stainless steel หรือ Silicon bronze

 อุปกรณ์กลไก (Mechanical Equipment) 

• ใบพัด: ควรใช้ FRP, ไวนิลเอสเทอร์เสริมใยแก้ว หรืออะลูมิเนียมเคลือบสารกันกัดกร่อน
• เกียร์, ตลับลูกปืน, ฮับใบพัด: ทำจากเหล็กหล่อได้ แต่ต้องเคลือบ epoxy enamel หนา
• โครงรับอุปกรณ์และฮับเหล็กเชื่อม: ควรเคลือบ epoxy enamel
• เพลาขับ: ใช้ สแตนเลส 316, ไฟเบอร์กลาส หรือคาร์บอนไฟเบอร์
• สกรู-น็อต: ใช้ สแตนเลส 316 ซึ่งทนการกัดกร่อนได้ดีในบริเวณที่มีอากาศไหลเวียน สแตนเลสยังลดปฏิกิริยากัลวานิกกับโลหะอื่นได้อีกด้วย

 ระบบกระจายน้ำ (Distribution System)

• ห้ามใช้ท่อเหล็กที่ไม่เคลือบ
• ควรใช้ PVC หรือ FRP ซึ่งทนต่อน้ำเค็มได้ดี
• ข้อต่อเหล็กหรือเหล็กหล่อควรเคลือบ epoxy enamel หรือ porcelain
• Bolt ควรเป็น 316 Stainless, Duplex Stainless, Monel หรือ Silicon bronze (ห้ามใช้ silicon bronze ในบริเวณที่น้ำไหลเร็ว)

 บ่อพักน้ำเย็น (Cold Water Basin)

• มักทำจาก คอนกรีต, FRP หรือไม้
• ไม่ควรใช้เหล็ก
• FRP ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี
• ไม้ไม่ได้รับผลกระทบจากน้ำเค็ม
• คอนกรีตควรใช้สูตรผสมแน่น, ปูน Type II, อัตราส่วนน้ำต่อปูนต่ำ และมีการกักอากาศ

 การเกิดตะไคร่และตะกรัน (Fouling)

• สามารถป้องกันการเกิดสไลม์หรือสาหร่ายด้วยการใช้ สารชีวฆ่าเชื้อ (biocides) อย่างเหมาะสม
• การ คลอรีน มักใช้และมีประสิทธิภาพในระบบน้ำทะเลเพราะจะปล่อย โบรมีน ออกมาช่วยฆ่าเชื้อ
   - ปกติควรมีคลอรีนอิสระตกค้างที่ 0.5 ppm
   - ถ้ามีสัตว์ทะเลปนเปื้อน อาจต้องเพิ่มคลอรีนถึง 3 ppm และเติมต่อเนื่องสูงสุดถึง 72 ชั่วโมง
• ควรสลับการใช้คลอรีนกับ biocides แบบไม่ออกซิไดซ์ เพื่อให้ควบคุมการเติบโตของจุลินทรีย์ได้ดี
• ปัญหาตะกรันในคูลลิ่งทาวเวอร์ น้ำเค็มพบได้น้อย แต่หากมีอาจไปอุดตัน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (exchangers) ได้
   - น้ำทะเลสามารถเพิ่มความเข้มข้นได้ถึง 55,000 ppm โดยไม่ต้องปรับ pH และยังไม่ก่อให้เกิดปัญหาตะกรัน
   - หากเกินจากนี้ อาจต้องควบคุม pH ด้วยการเติมกรด
   - ผู้ใช้รายใหญ่บางรายก็ใช้ระบบจนถึงระดับนี้โดยไม่มีปัญหา 

สรุป: คูลลิ่งทาวเวอร์กับน้ำเค็ม ทางออกที่เป็นไปได้จริงสำหรับอุตสาหกรรม

     โดยสรุปแล้ว แม้ในสถานการณ์ที่มีเพียง น้ำเค็ม เป็นแหล่งน้ำเติมสำหรับคูลลิ่งทาวเวอร์ ก็ยังคงสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืน หัวใจสำคัญอยู่ที่การ เลือกใช้วัสดุและการเคลือบที่เหมาะสม เพื่อให้คูลลิ่งทาวเวอร์มี อายุการใช้งานยาวนาน และทนทานต่อการกัดกร่อนจากความเข้มข้นของน้ำเค็มที่พบได้ทั่วไป นอกจากนี้ การ ประเมินสมรรถนะด้านความร้อน อย่างถูกต้องและเหมาะสม ยังเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นใจว่าระบบจะทำงานได้ตามเป้าหมาย


     การจัดการระบบคูลลิ่งทาวเวอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาวะที่มีน้ำเค็มเข้ามาเกี่ยวข้องนั้น มีความซับซ้อนและต้องอาศัยความเชี่ยวชาญ INNOVEK ในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านคูลลิ่งทาวเวอร์ เราพร้อมให้คำปรึกษาฟรี!

ติดต่อ INNOVEK วันนี้ เพื่อรับคำปรึกษาฟรี!

 ID LINE : @innovek
 (+66) 84 289 6541 : 25 HOURS