شیمی آب
آب مهمترین عنصر در تهیه بخار میباشد. بنابراین استفاده از آب خوراک مناسب، تأثیر بسیار عمده‌ای در راندمان و طول عمر بویلر و سیستم بخار خواهد داشت. بدون تصفیه مناسب آب، مشکلات زیادی در واحد تولید بخار ایجاد خواهد شد . معمولاً شرایط آب مهمترین عامل بروز پدیده‌هایی مانند خوردگی، تشکیل جرم، کری اور و کف میباشد. بنابراین لازم است که مواد ناخالص موجود در آب نحو مناسبی از آن جدا گردند.
به طور کلی می‌توان اهداف عملیات بر روی آب را به شرح زیر بیان نمود :
جلوگیری از تشکیل رسوبات بر روی سطوح انتقال حرارت
جلوگیری از خوردگی در بویلر سیستم بخار
بالا نگه داشتن خواص بخار تولیدی
در این قسمت مواد ناخالص موجود در آب و مشکلات ناشی از آنها بررسی شده و تعاریف مرتبط با شیمی آب توضیح داده میشود.
1- مواد معلق این مواد به صورت ذرات جامد در آب یافت می‌شوند. این مواد معمولاً بزرگ بوده و به وسیله روش‌هایی مانند فیلتراسیون و یا ته‌نشینی از آب جدا می‌شوند. ذراتی که از آب سبک‌تر باشند به صورت شناور در سطح آب قرار می‌گیرند . این مواد شامل مواد زیر می‌باشند :
رسوبات رسی که باعث کدر شدن آب می‌شوند.
باکتری‌ها که باعث ایجاد بیماری می‌شوند.
جلبک‌ها و خزه‌ها که باعث تغییر رنگ و کدر شدن آب می‌شوند .
2-مواد غیر آلی محلول این مواد در حین عبور آب از روی سنگ‌ها و خاک در آن حل می‌شوند. شامل :
الف) ترکیبات کلسیم و منیزیم :
بی‌کربنات : باعث قلیاییت-سختی
کربنات : باعث قلیاییت-سختی
سولفیت : باعث سختی
کلراید : باعث سختی
ب) ترکیبات سدیم :
بی‌کربنات : باعث قلیاییت- نرم شدن
کربنات : باعث قلیاییت- نرم شدن
فلوراید : باعث پوسیدگی مینای دندان
ج) فلزات و اکسیدها :
کلراید : ایجاد مزه
منگنز : ایجاد رنگ قهوه‌ای یا سیاه
اکسید آهن : ایجاد مزه، سختی، خورندگی و رنگ قرمز
سرب: ایجاد مسمومیت
د) گازها:
سولفید هیدروژن : ایجاد بوی تخم‌مرغ گندیده، اسیدی شدن و خورندگی
اکسیژن : باعث خوردگی
دی‌اکسید کربن : باعث خوردگی
3- مواد آلی
الف) مواد آلی معلق
سبزینهها : ایجاد مزه، رنگ و اسیدیته
اجزای مرده جانوران : آلودگی آب
ب) مواد آلی محلول
سبزینهها : تولید باکتری
جانوران : آلودگی آب
از بین ناخالصی‌های ذکر شده مواد زیر عمده‌ترین اشکالات را در بویلرها و سیستم بخار ایجاد می‌کنند .
کلسیم (Ca):
در بسیاری از موارد، ترکیبات کلسیم مهمترین عامل ایجاد سختی در آب خام می‌باشند. همچنین در بویلرها و سیستم‌های خنک کننده عامل اصلی ایجاد رسوب می‌باشند. از طرف دیگر اگر چه عنوان عامل ایجادکننده رسوب شناخته شده ولی در عین حال می‌توانند با تشکیل یک لایه، به عنوان یک بازدارنده خورندگی عمل کنند . در صورتی که همه شرایط یکسان باشد معمولاً آبی که سختی‌گیری شده (آب نرم) خورندگی بیشتری نسبت به آب دارای کلسیم خواهد داشت.
کلسیم به همراه سایر مواد باعث تشکیل بی‌کربنات کلسیم، کربنات کلسیم، کلراید کلسیم، سولفات کلسیم و نیترات کلسیم میشود.
منیزیم (Mg) (اثراتی مانند کلسیم دارد):
در آب بویلر وجود منیزیم باعث تولید هیدروکسید و سیلیکات منیزیم میشود. این مواد به صورت لجن در بویلر ته‌نشین می‌شوند. اگر قلیاییت آب بویلر کم باشد، فسفات منیزیم به صورت یک لجن (Sluge) نامناسب و چسبنده می‌تواند به ایجاد آشوب کند. در سیستم‌های خنک کننده آب منیزیوم زمانی رسوب میکند که PH بالاتر از 10 باشد.
سدیم (Na):
سدیم می‌تواند با یون‌های هیدروکسید ترکیب شده و باعث تشکیل هیدروکسید سدیم (کاستیک) شود. نقاط دارای تنش بالا در لوله‌کشی های بویلرها و توربین‌های بخار به وسیله کاستیک مورد حمله قرار گرفته و در نتیجه خوردگی تنشی ایجاد میشود. این مسئله در بویلرهای قدیمی با مخازن پرچ شده بیشتر دیده میشود زیرا تنش و شکاف‌های موجود در این نقاط بیشتر وجود دارد.
کلراید (Cl):
کلراید های کلسیم، منیزیم، سدیم و سایر فلزات معمولاً در منابع آب وجود دارد. همه این ترکیبات در آب بسیار محلول می‌باشند و حتی می‌توانند همراه بخار وارد سیستم بخار شوند. این کلراید ها به خصوص می‌توانند باعث ایجاد خوردگی در فولاد زنگ نزن آستنیتی(سری 300 ) شوند.
فلزات مقاوم در برابر خوردگی با ایجاد یک لایه اکسید محافظ باعث جلوگیری از خوردگی می‌شوند. این اکسیدها با نام عمومی سرامیک شناخته می‌شوند همه این لایه‌های محافظ طی تماس با کلر حفره دار می‌شوند. به تدریج این حفره‌ها عمیق‌تر شده و بر اثر تنش در این نقاط شکاف ایجاد میشود .
نمک‌های کلراید به دلیل حلالیت زیاد معمولاً از نظر ایجاد رسوب (Scale) مشکل خاصی ایجاد می‌کنند ولی با این وجود خاصیت تشدید کننده خورندگی این مواد، باعث اهمیت آنها میباشد. این حالت در صورت وجود اکسیژن تشدید خواهد شد.
آهن (Fe) :
معمولاً آهن زیادی در آب خام یافت نمی‌شود. اما مقادیر زیادی از این ماده می‌تواند از طریق لوله‌های زنگ زده وارد آب شود. آهن به صورت ذرات کوچکی که قابل حل نیستند در میعانات برگشتی دیده میشود. اثر خسارت بار آهن به علت سایش ذرات در خطوط بخار و یا توربین‌ها دیده میشود.
سیلیکا (SiO2):
آب خام همواره دارای مقداری سیلیکا میباشد. این ماده در فشارهای پایین‌تر ازPsi 600 می‌توانند باعث ایجاد جرم (Scale) شود. از طرف دیگر در فشارهای بالاتر سیلیکا بخار شده و همراه بخار آب از بویلر خارج میشود. و در بعضی از نقاط مانند تیغه‌های توربین بخار یک لایه تشکیل می‌دهد.
جداسازی سیلیکا از جدا کردن سختی (کلسیم یا منیزیم ) مشکل‌تر است. این حالت خصوصاً زمانی که برای تصفیه آب و برق از سخت‌گیر ( Softener) استفاده شده، دیده میشود. البته معمولاً سیلیکا در بویلرهای فشار پایین به عنوان یک مشکل عمده دیده نمی‌شود.
اکسیژن (O2):
معمولاً آب در تماس با هوا، مقداری اکسیژن را در خود حل میکند. علاوه بر این گیاهان آبزی مانند جلبک‌ها در روزهای آفتابی در اثر فتوسنتز، اکسیژن تولید می‌کنند. این اکسیژن معمولاً در آب خوراک با آب ترکیب شده و به آهن حمله می‌کنند. این عمل باعث ایجاد خوردگی میشود .
هیدروکسیل تولید شده می‌تواند مجدداً با اکسیژن ترکیب شده و باعث تولید نوعی از هیدروکسید آهن سه ظرفیتی میشود که به‌شدت در آب نامحلول است .
هیدروکسید تولید شده به دلیل حلالیت کم روی سطوح داغ رسوب میکند. این واکنش‌ها در آب گرم به شدت شتاب می‌گیرند. بنابراین بیشترین اثرات مخرب اکسیژن را می‌توان بر بویلرها مشاهده کرد. به همین دلیل لازم است که میزان اکسیژن در آب خوراکی بویلر، تا حد امکان پایین آورده شود.