보일러 급수 pH 조절에 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 사용하는 것의 장단점 비교

1. 보일러 급수의 pH 값을 조정하는 이유는 다음과 같습니다.

오늘날 중국의 대부분의 보일러는 역삼투압 탈염수 또는 나트륨 이온 수지 교환 연수를 사용합니다. 역삼투압 탈염수 또는 나트륨 이온 수지 교환 연수의 pH 값은 대부분 낮고 산성입니다. 역삼투압 탈염수의 pH 값은 일반적으로 5~6이고, 나트륨 이온 수지 교환 연수의 pH 값은 일반적으로 5.5~7.5입니다. 보일러와 배관에 공급되는 산성수의 부식을 해결하기 위해 국가 표준 BG/T1576-2008의 규정에 따라 산업용 보일러 용수의 pH 값은 7~9, 탈염수의 pH 값은 8~9.5 사이여야 하므로 보일러 용수 공급 시 pH 값을 조정해야 합니다.

2. 보일러 급수에 탄산나트륨을 첨가하여 pH 값을 조절하는 기본 원리

탄산나트륨은 일반적으로 소다, 소다회, 세척 알칼리 등으로 불리며, 알칼리가 아닌 소금으로 분류됩니다. 화학식은 Na2CO3이며, 일반적으로 흰색 분말 또는 미세한 소금 형태입니다. 보일러 급수에 탄산나트륨을 첨가하여 pH를 조절하는 기본 원리는 탄산나트륨이 물에 용해되어 알칼리성을 띠게 되므로 산성 급수 내의 이산화탄소를 중화시켜 보일러와 배관의 산성 연수 또는 염수의 부식을 방지하는 것입니다. 탄산나트륨은 약한 전해질로, 물에 용해되면 탄산나트륨과 중탄산나트륨의 완충 용액을 형성합니다. 이 용액에는 전해질 평형이 존재하며, 전해 수산화물이 소모됨에 따라 평형은 오른쪽으로 계속 이동하므로 반응 중 pH는 크게 변하지 않습니다.

탄산나트륨 1차 가수분해 공정:

Na2CO3 (탄산나트륨) + H2O (물) = NaHCO3 (중탄산나트륨) + NaOH (수산화나트륨)

탄산나트륨 2차 가수분해 공정:

탄산수소나트륨(NaHCO3) + 물(H2O) = 탄산(H2CO3) + 수산화나트륨(NaOH)

탄산나트륨 1차 가수분해 이온 방정식:

(CO3) 2-탄산 + H2O → 물 = HCO3- 중탄산염 + OH- 수산화물

탄산나트륨의 2차 가수분해 이온 반응식:

HCO3- 중탄산염 + H2O 물 = H2CO3 탄산 + OH- 수산화물

3. 보일러수에 수산화나트륨을 첨가하여 pH 값을 조절하는 기본 원리

수산화나트륨은 가성소다라고도 하며, 보통 흰색 플레이크 형태이고 화학식은 NaOH입니다. 수산화나트륨은 강한 알칼리성을 띠며 매우 부식성이 강합니다.

수산화나트륨의 이온화 방정식: NaOH=Na++OH-

보일러 용수에 수산화나트륨을 첨가하면 금속 표면의 보호막을 안정화하고 보일러 급수 및 연소로 용수의 pH 값을 개선하여 산성 연수 또는 탈염수로 인한 보일러 및 배관 부식을 해결하고 금속 장비의 부식을 방지할 수 있습니다.

4. 보일러 급수 pH 조절에 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 사용하는 것의 장점과 단점을 비교한다.

4.1 보일러 급수에 탄산나트륨과 수산화나트륨을 사용하여 pH 값을 높이는 속도와 사용 효과를 유지하는 시간은 서로 다릅니다.

보일러 급수에 탄산나트륨을 첨가하여 pH를 높이는 속도는 수산화나트륨보다 느립니다. 탄산나트륨은 완충 용액을 생성하기 때문에 pH 변동이 적고 비교적 안정적이며 조절이 용이합니다. 그러나 pH 조절 범위는 제한적입니다. 동일한 pH 값으로 조절할 경우, 탄산나트륨의 양은 수산화나트륨보다 많아야 합니다. 이렇게 하면 사용 효과가 오래 지속되고 물의 pH가 쉽게 떨어지지 않습니다.

수산화나트륨은 강염기이자 강전해질로, pH 조절에 있어 변동성이 큽니다. 수산화나트륨을 물에 첨가하면 pH가 쉽게 상승하여 pH 조절이 빠르고 직접적이지만, pH가 급격히 떨어질 수 있으므로 너무 많이 넣지 않도록 주의해야 합니다. 탄산나트륨과 비교하면 훨씬 적은 양으로도 원하는 pH를 맞출 수 있습니다. 즉, 수산화나트륨을 첨가하면 pH가 상승하지만, 첨가량이 많지 않기 때문에 물의 수산화기 산 중화 능력이 크게 증가하지 않아 pH가 금방 떨어질 수 있습니다.

4.2 보일러 급수의 pH 값을 높이기 위해 탄산나트륨과 수산화나트륨을 과다 첨가할 경우 발생하는 유해성은 서로 다릅니다.

보일러수에 pH 조절을 위해 탄산나트륨을 과다하게 첨가하면 보일러수의 염분 함량과 전도도가 증가합니다. 이로 인해 보일러수에 중탄산 이온이 많아지고, 중탄산 이온은 가열 시 쉽게 이산화탄소로 분해됩니다. 이산화탄소는 증기와 함께 열교환기와 응축수로 유입됩니다. 탄산나트륨은 증기와 증기 응축수의 pH를 조절할 수 없을 뿐만 아니라, 오히려 증기와 응축수의 pH를 낮춰 열교환기와 응축수 배관을 부식시킵니다. 증기 응축수에서 철 이온 농도가 기준 색상인 노란색이나 붉은색을 초과하는 것도 이러한 이유 때문입니다.

pH 조절을 위해 용광로 용수에 수산화나트륨을 과다 첨가하면 용광로 용수의 알칼리도가 지나치게 높아져 탄산나트륨이 생성됩니다. 수산화나트륨의 양은 조절하기 어렵고, 과량의 유리수산화나트륨은 상대적인 알칼리도를 높여 알칼리 취성을 유발하고 장비 부식을 초래할 수 있습니다. 저자는 한 사용자 현장에서 유리섬유 강화 플라스틱 탈염조가 수산화나트륨을 사용하여 탈염수의 pH를 조절한 결과 부식되어 구멍이 뚫린 것을 목격한 바 있습니다. 수산화나트륨은 증기 및 증기 응축수 환수에는 적용할 수 없으며, 증기 및 증기 응축수 환수 시스템 장비와 배관망의 부식을 제어할 수도 없습니다.

4.3 보일러 급수에서 pH 값을 높이기 위해 사용되는 탄산나트륨과 수산화나트륨의 안전성은 서로 다릅니다.

탄산나트륨은 비교적 순하고 식품 등급 재료에 속하며 자극이 적고 부식성이 약하여 평소에는 손으로 만질 수 있지만 장시간 만질 경우에는 장갑을 착용해야 합니다.

수산화나트륨은 위험한 부식성 물질이며, 용액이나 분진이 피부, 특히 점막에 튀면 부드러운 딱지가 생기고 깊은 조직까지 침투할 수 있습니다. 화상을 입으면 흉터가 남습니다. 눈에 튀면 각막뿐만 아니라 눈의 심부 조직까지 손상시킬 수 있습니다. 따라서 작업자는 피부에 중성 및 소수성 연고를 바르고 작업복, 마스크, 보호 안경, 고무 장갑, 고무 앞치마, 긴 고무 장화 등의 작업 보호 장비를 착용하여 개인 보호에 만전을 기해야 합니다.

수산화나트륨과 탄산나트륨을 번갈아 사용하거나 혼합하여 사용하는 것이 특정 pH 조절제만 사용하는 것보다 경제성과 효과가 우수하다는 것을 보여주는 사용 사례 및 시험 결과가 있습니다. 보일러 급수의 pH 값이 너무 낮을 경우, 수산화나트륨을 적절히 첨가하여 pH 값을 빠르게 높일 수 있습니다. 수산화나트륨이 완전히 용해된 후에는 탄산나트륨을 첨가하여 물 속의 탄산염 농도를 높일 수 있습니다. 이렇게 하면 급수의 pH 값 저하를 완화할 수 있습니다. 탄산나트륨은 더 많은 양을 첨가할 수 있으므로 물 속의 탄산염 농도를 유지하는 능력이 더 뛰어납니다. 따라서 일반적으로 탄산나트륨을 사용하여 급수 및 보일러 용수의 pH 값을 유지하며, 물의 pH 값이 너무 낮을 경우에만 수산화나트륨을 사용하여 pH 값을 빠르게 높이는 것을 권장합니다. 따라서 두 가지를 번갈아 혼합하여 사용하는 것이 경제적이고 효과적입니다.