วันศุกร์ที่ 29 มกราคม พ.ศ. 2553

ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๑ อธิบายศัพท์ MO Memoir : Friday 29 January 2553

ในการไปประชุมหัวข้อฝึกงานกับทางโรงงานเมื่อวันพฤหัสบดีที่ ๒๘ มกราคม ๒๕๕๓ ที่ผ่านมานั้น (หรือไม่ว่าไปครั้งใด ๆ ก็ตาม) เห็นว่ามีศัพท์บางคำที่นิสิตนั้นไม่เข้าใจความหมาย หรือทราบแต่เพียงคำแปลคร่าว ๆ ว่าคืออะไร บันทึกความจำ (Memoir) ฉบับนี้จึงขอเป็นฉบับเริ่มต้นสำหรับให้ความช่วยเหลือนิสิตที่จะเข้าฝึกงานในเดือนเมษายน ๒๕๕๓ นี้ โดยจะจัดส่งทางอีเมล์ให้แก่นิสิตฝึกงานทุกคนที่อยู่ในความดูแล และสมาชิกในกลุ่มทุกคนเพื่อที่จะได้เข้าใจและเผื่อจะมีประโยชน์สำหรับผู้ที่จะต้องไปหางานทำด้วย สำหรับเพื่อนฝูงคนอื่นที่สนใจพวกคุณก็สามารถบอกเขาให้ไปอ่านได้จาก blog ตามที่อยู่ที่ footnote ของแต่ละหน้า หรือจะส่งต่อเมล์นี้ต่อไปก็แล้วแต่คุณ สำหรับผู้ที่ได้รับ Memoir นี้เป็นครั้งแรก กรุณาอ่านหมายเหตุที่แนบมากับอีเมล์ด้วย

ศัพท์เทคนิคเหล่านี้บางคำเป็นศัพท์ที่ได้ยินกันอยู่ทั่วไปในหลายโรงงานโดยมีความหมายที่ตรงกัน บางคำเป็นศัพท์ที่ความหมายขึ้นอยู่กับว่าพูดเรื่องอะไรอยู่ (คือแม้แต่ในโรงงานเดียวกันแต่คนละหน่วยงานอาจตีความแตกต่างกันไป) และบางคำความหมายจะขึ้นอยู่กับว่าผู้พูดนั้นมีประสบการณ์จากเรื่องอะไร (คือใช้คำศัพท์นี้ในหน่วยงานตัวเองด้วยความหมายหนึ่ง แล้วคิดไปเองว่าคำศัพท์นั้นมีความหมายเดียวกันในทุกหน่วยงาน)


BFW (Boiler feed water น้ำป้อนเข้าหม้อไอน้ำ)

Boiler feed water แปลตรงตัวก็คือ "น้ำสำหรับป้อนเข้าหม้อไอน้ำ" เพื่อที่จะต้มน้ำให้กลายเป็นไอน้ำ
ในการผลิตไอน้ำนั้นจะใช้การต้มน้ำให้เดือดและระเหยกลายเป็นไอน้ำ อุณหภูมิการเดือดของน้ำจะขึ้นอยู่กับความดันของการต้ม ยิ่งต้มที่ความดันสูงก็จะได้ไอน้ำความดันสูงและอุณหภูมิสูงมากขึ้น
ถ้าน้ำที่เอามาต้มนั้นมีองค์ประกอบที่ไม่ระเหย (พวกเกลือแร่ต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในน้ำ) น้ำที่เหลือค้างอยู่ในหม้อไอน้ำก็จะมีความเข้มข้นของเกลือแร่ต่าง ๆ เหล่านี้สะสมอยู่มากขึ้นเรื่อย ๆ (ความเข้มข้นของเกลือแร่ที่ละลายอยู่ในน้ำที่ค้างอยู่ในหม้อผลิตไอน้ำจะสูงกว่าของ BFW ที่ป้อนเข้ามา) เกลือแร่หลายชนิดนั้นจะลายน้ำได้ "น้อยลง" เมื่อน้ำมีอุณหภูมิสูงขึ้น ตัวอย่างของเกลือแร่เหล่านี้ได้แก่ CaCO3 ที่เราเห็นเป็นตะกรันตามกาต้มน้ำในบ้านเรือนต่าง ๆ

ตะกรันที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อน ทำให้ความร้อนจากเปลวไฟไม่สามารถส่งต่อไปยังน้ำที่ต้มอยู่ได้ดี อุณหภูมิโลหะที่เป็นภาชนะบรรจุน้ำจะสูงขึ้นและเกิดความเสียหายได้หรืออาจเกิดการระเบิดได้ เพราะเมื่อโลหะที่ร้อนนั้นจะมีความแข็งแรงลดลง แต่ความดันของน้ำในหม้อน้ำนั้นยังคงรักษาไว้เท่าเดิมอยู่ ดังนั้นถ้าปล่อยให้โลหะที่ใช้ทำภาชนะบรรจุน้ำนั้นร้อนเกินไปก็จะทำให้ภาชนะบรรจุน้ำนั้นรับความดันไม่ได้

ไอออนต่าง ๆ ที่ละลายอยู่นั้นไม่เพียงแต่ทำให้เกิดตะกรัน แต่ยังอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนและทำให้น้ำมีการเดือดแบบรุนแรง (เป็นฟองปุด ๆ ฟองใหญ่) การเดือดแบบรุนแรงของน้ำทำให้มีละอองหยดน้ำเล็ก ๆ ลอยติดไปกับไอน้ำที่ผลิตได้ ละอองหยดน้ำเล็ก ๆ นี้เป็นตัวพาไอออนต่าง ๆ ไปพร้อมกับไอน้ำ ถ้านึกภาพไม่ออกว่าเป็นอย่างไรก็ลองนึกถึงเวลาไปเที่ยวชายทะเล ถ้านั่งตากลม (อ่าน ตาก-ลม นะ) อยู่ริมฝั่งนาน ๆ จะรู้สึกเหนียวตัวทั้ง ๆ ที่ไม่ได้ลงเล่นน้ำทะเล ทั้งนี้เป็นเพราะลมทะเลพัดเอาละอองน้ำเล็ก ๆ ที่เกิดจากคลื่นนั้นเข้าฝั่งมาด้วย โครงสร้างที่เป็นโลหะ (หรือแม้แต่รถยนต์) ที่อยู่ใกล้ทะเลจึงผุกร่อนรวดเร็วกว่าพวกที่ไม่ได้อยู่ใกล้ชายฝั่งทะเลเนื่องจากโดนคลอไรด์ในน้ำทะเลกัดกร่อน

แก๊สที่ละลายอยู่ในน้ำก็ก่อปัญหาในการต้มด้วยเช่นกัน แก๊สที่มีอยู่ประจำในน้ำที่นำมาต้มคือออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ การไล่แก๊สพวกนี้ออกจากน้ำทำได้โดยการต้มน้ำให้ร้อนก่อนที่จะส่งเข้าหม้อไอน้ำ ดังนั้นเราจึงอาจเห็นหน่วยที่เรียกว่า deaerator ซึ่งเป็นหน่วยที่ให้ความร้อนแก่ BFW เพื่อไล่แก๊สออกจากน้ำก่อนป้อนเข้าหม้อไอน้ำ

การป้องกันหรือแก้ไขปัญหาที่เกิดจากเกลือแร่ที่ละลายอยู่ในน้ำนั้นอาจทำได้โดย (ก) การเติมสารเคมี หรือ (ข) การกำจัดเกลือแร่ออกไป

มีหลายบริษัทที่จำหน่ายสารเคมีสำหรับปรับสภาพน้ำ (เช่นป้องกันการตกตะกอนเป็นคราบตะกรัน ลดการกัดกร่อน ป้องกันการเดือดแบบรุนแรง ฯลฯ) แต่การใช้สารเคมีนั้นต้องมีการระบายน้ำร้อนจากหม้อไอน้ำทิ้งไปบางส่วน (ที่เรียกว่า blow down) เพื่อเป็นการควบคุมไม่ให้ไอออนต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในน้ำนั้นสะสมจนมีความเข้มข้นสูงมากเกินไป จากการสอบถามทำให้ทราบว่าทางโรงงาน (ที่กำลังจะไปฝึกงานนั้น) มองว่าน้ำที่ระบายออกไปนั้นเป็นน้ำที่มีพลังงานสูงอยู่ในตัว (คือมีอุณหภูมิและความดันที่สูง) การระบายทิ้งจึงเป็นการสูญเสียพลังงาน ดังนั้นเพื่อลดการสูญเสียพลังงานในส่วนของหม้อไอน้ำจึงต้องหาทางลดปริมาณน้ำที่ต้องระบายทิ้งนี้ และวิธีการที่เขาเลือกคือการกำจัดเอาเกลือแร่ออกไป ทำให้น้ำที่ใช้เป็น BFW นั้นเป็นน้ำที่เรียกกันสั้น ๆ ว่า "น้ำดีมิน" ซึ่งจะกล่าวโดยละเอียดในหัวข้อต่อไป

น้ำบริสุทธิ์นั้นมีฤทธิ์การกัดกร่อนแตกต่างไปจากน้ำธรรมดา ตัวอย่างเช่นในระบบท่อประปานั้นจะยอมให้น้ำมีตะกรันได้เล็กน้อย เพราะตะกรันที่เกิดขึ้นจะไปเคลือบผิวโลหะเอาไว้ ทำให้โลหะที่ใช้ทำท่อน้ำไม่เกิดการผุกร่อน (แต่จะอุดตัดแทน แต่เมื่อคิดความคุ้มค่าแล้วกว่าที่ท่อจะอุดตันใช้เวลานานกว่าการผุจนทะลุมาก ดังนั้นเขาจึงยอมให้น้ำเกิดตะกรันได้เล็กน้อยจะมีกว่ายอมให้น้ำกัดกร่อนท่อ ซึ่งจะต้องทำการซ่อมแซมบ่อยครั้งกว่า) สำหรับผู้ที่นั่งฟังอยู่กับผมจะได้ยินคำถามหนึ่งที่ผมถามวิศวกรของบริษัทว่าเขาป้องกันการผุกร่อนของระบบท่ออย่างไร ซึ่งคำตอบที่ได้รับคือมีการเติมสารบางชนิดเข้าไป (เช่นพวกเอมีนบางตัว) ที่มีค่าการระเหยในระดับเดียวกันกับไอน้ำที่ผลิต และให้สารนั้นระเหยติดไปกับไอน้ำด้วยเพื่อลดการกัดกร่อน ส่วนความจริงจะเป็นอย่างไรนั้นผู้ที่จะเข้าไปฝึกงานควรต้องไปตรวจสอบเอาเอง

มีหนังสือหลายเล่มอธิบายเรื่องการปรับสภาพน้ำสำหรับหม้อไอน้ำและสำหรับอุตสาหกรรมเอาไว้แล้ว (เป็นภาษาไทยด้วย) ผู้ที่จะเข้าไปทำงานในโรงงานต่าง ๆ ควรจะไปหาอ่านศึกษาดู จะได้รู้ว่าน้ำสำหรับหม้อไอน้ำ น้ำหล่อเย็น ฯลฯ นั้นต้องการคุณสมบัติอย่างไร และสิ่งต่าง ๆ ที่มีอยู่ในน้ำนั้นส่งผลต่อการทำหน้าที่ของน้ำอย่างไรบ้าง


Demineralized water (น้ำปราศจากเกลือแร่)

Demineralized water หรือที่มักเรียกกันสั้น ๆ ว่า "น้ำดีมิน" นั้นถ้าแปลตรงตัวก็คือ "น้ำปราศจากไอออน" แต่ถ้าจะให้เข้าใจได้ถูกต้องกว่าก็ควรแปลว่า "น้ำบริสุทธิ์ที่ได้จากกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน"

การทำน้ำให้บริสุทธิ์นั้นมีอยู่หลายวิธีการ สำหรับการผลิตน้ำในปริมาณไม่มากนักเรามักจะใช้วิธีการกลั่น ซึ่งมีตั้งแต่กลั่นครั้งเดียว (อย่างที่พวกคุณเห็นในห้องปฏิบัติการเคมีพื้นฐานที่เรียนกันเมื่อปีที่แล้ว) ไปจนถึงการกลั่นซ้ำถึง 3 ครั้ง (เช่นน้ำที่ใช้ในการผลิตยา) การกลั่นมีข้อดีตรงที่อุปกรณ์ไม่ต้องดูแลรักษามากนัก แค่คอยล้างตะกรันก็พอ แต่มีข้อเสียตรงที่สิ้นเปลืองพลังงานสูงและใช้น้ำเพื่อการระบายความร้อนมากด้วย

การแลกเปลี่ยนไอออนเป็นวิธีการที่คุ้มค่ากว่าสำหรับการผลิตน้ำบริสุทธิ์เป็นจำนวนมาก วิธีการนี้ใช้เรซินแลกเปลี่ยนไอออน (ion-exchange resin) ทำการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างตัวเรซินกับไอออนที่ละลายอยู่ในน้ำ ถ้าเป็นการแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อลดความกระด้างของน้ำ เรซินที่ใช้ก็มันเป็นชนิด Na+ ซึ่งจะแลกเปลี่ยนเอาไอออนที่มีประจุตั้งแต่ 2+ ขึ้นออกออกมาจากน้ำ และแทนที่ด้วยไอออน Na+ น้ำที่ได้นี้เรียกว่า "น้ำอ่อน (Soft water)" พวกเรซินที่ใช้ตามเครื่องกรองน้ำที่บริโภคกันอยู่ก็เป็นเรซินชนิดนี้

แต่ถ้าต้องการทำให้น้ำปราศจากไอออนทั้งหมดก็ต้องกำจัดไอออนบวกที่ไม่ใช่ H+ และไอออนลบที่ไม่ใช่ OH- ออกจากน้ำให้หมด ดังนั้นจึงต้องผ่านเรซินที่แลกเปลี่ยนไอออนบวก โดยเรซินดังกล่าวจะจับไอออนบวกทุกตัวที่ไม่ใช่ H+ และแทนที่ด้วย H+ จากนั้นก็นำน้ำไปผ่านเรซินแลกเปลี่ยนไอออนลบ โดยเรซินนี้ก็จะจับไอออนลบทุกตัวที่ไม่ใช่ OH- และแทนที่ด้วย OH- วิธีนี้มีข้อเสียคือต้องมีการใช้สารเคมีเพื่อเปลี่ยนเรซินที่จับไอออนจนอิ่มตัวแล้วให้กลับคือมาเหมือนเดิม รายละเอียดเพิ่มเติมเรื่องน้ำบริสุทธิ์และการทำน้ำให้บริสุทธิ์นี้เคยอธิบายไว้แล้วใน Memoir ฉบับ Tue 19 Aug 2551 เรื่องน้ำบริสุทธิ์ และ Thu 21 Aug 2551 เรื่องการทำน้ำให้บริสุทธิ์สำหรับห้องปฏิบัติการ สำหรับผู้ที่ไม่มีเอกสารดังกล่าวสามารถไปเปิดอ่านได้จาก blog ของกลุ่ม

การวัดความบริสุทธิ์ของน้ำ หรือกล่าวให้ถูกต้องกว่าก็คือการวัดปริมาณรวมของไอออนต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในน้ำสามารถวัดได้จากการวัดค่าการนำไฟฟ้าหรือค่าความต้านทานของน้ำ น้ำบริสุทธิ์นั้นจะแตกตัวเป็นไอออนได้น้อยมาก ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าของน้ำบริสุทธิ์จะต่ำมาก (หรือค่าความต้านทานสูงมาก) น้ำกลั่นและน้ำดีมินที่ใช้ในห้องแลปของภาควิชานั้น เท่าที่เคยทดลองวัดพบว่ามีค่าการนำไฟฟ้าอยู่ในระดับ 1.0-1.5 µS (micro Siemens)


Steam (ไอน้ำ)

ไอน้ำที่ใช้ในโรงงานนั้นมีอยู่ 2 ประเภทด้วยกันคือ "ไออิ่มตัว" (saturated steam หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า sat steam) และ "ไอร้อนยวดยิ่ง" (superheated steam หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า superheat หรือบางทีเรียกเป็นภาษาไทยว่า "ไอดง")

ไออิ่มตัวนั้นคือไอน้ำที่มีอุณหภูมิเท่ากับจุดเดือดของน้ำที่ความดันนั้น ดังนั้นถ้าไออิ่มตัวนี้คายพลังงานออกเมื่อใด มันจะกลายเป็นน้ำ (ที่เป็นของเหลว) ที่อุณหภูมิเดียวกัน พลังงานที่คายออกมานั้นคือความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (latent heat) ซึ่งมีค่าพลังงานต่อหน่วยน้ำหนักสูง ดังนั้นไออิ่มตัวจึงนิยมใช้สำหรับการให้ความร้อนแก่อุปกรณ์หรือหน่วยผลิตที่ต้องการพลังงานความร้อน (ประเภทที่ไม่ใช่การฉีดผสมเข้าไปโดยตรง)

ไอร้อนยวดยิ่งได้จากการนำไออิ่มตัวที่ผลิตได้นั้น ไปให้ความร้อนจนมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของน้ำที่ความดันนั้น ๆ เมื่อไอร้อนยวดยิ่งคายความร้อนออก ไอร้อนยวดยิ่งจะเย็นตัวลง แต่ก็ยังคงสถานะเป็นไออยู่ จนกว่าอุณหภูมิจะเหลือเท่าอุณหภูมิจุดเดือดที่ความดันนั้น ๆ ไอร้อนยวดยิ่งก็จะกลายเป็นไออิ่มตัว

ความร้อนที่ไอร้อนยวดยิ่งคายออกมาตอนที่เย็นตัวลงนั้นมีปริมาณไม่มาก ดังนั้นจึงไม่นิยมใช้ไอร้อนยวดยิ่งในการให้ความร้อนแบบผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แต่ใช้ได้ในกรณีที่ต้องการฉีดไอน้ำร้อนเข้าไปให้ความร้อนกับสารโดยตรง (ให้แบบมีการสัมผัสกันโดยตรง) แต่ไอร้อนยวดยิ่งนี้เหมาะสำหรับใช้ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ (เช่นเพื่อการผลิตไฟฟ้า หรือขับเคลื่อนปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์) ทั้งนี้เพราะกังหันไอน้ำ (หรือกังหันแก๊สก็ตาม) ถูกออกแบบมาเพื่อใช้พลังงานจากการขยายตัวของแก๊ส อุปกรณ์นั้นไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรับการชนของหยดของเหลว (หรือของแข็ง) ถ้านำไออิ่มตัวมาใช้ขับเคลื่อน จะทำให้เกิดหยดของเหลวขึ้นในระหว่างการสูญเสียพลังงาน ตัวกังหันจะเกิดความเสียหายได้ แต่ถ้าใช้ไอร้อนยวดยิ่งจะไม่เกิดปัญหาดังกล่าว ตราบเท่าที่การขยายตัวของไอร้อนยวดยิ่งนั้นยังไม่ทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำเป็นหยดน้ำ

เราอาจเปลี่ยนไอร้อนยวดยิ่งให้กลายเป็นไออิ่มตัวได้โดยการฉีดไอน้ำที่ควบแน่น (condensate ที่อ่านว่าคอนเดนเสท แต่ถ้าเรียกเต็ม ๆ ต้องเรียกว่า steam condensate) ผสมเข้าไปในไอร้อนยวดยิ่งเลย แต่วิธีการนี้ก็ทำเป็นเสมือนการลดเกรดพลังงานลง (แหล่งพลังงานอุณหภูมิสูงแต่มีปริมาณน้อย ถือว่ามีค่ามากกว่าแหล่งพลังงานต่ำแต่มีปริมาณมาก)


Condensate (ของเหลวที่ได้จากการควบแน่นของไอ)

ถ้าจะแปลกันตามตรงคำว่า condensate (คอนเดนเสท) ก็คือ "ของเหลวที่ได้จากการควบแน่นของไอ" ส่วนของเหลวนั้นจะเป็นอะไรก็ขึ้นอยู่กับว่ากำลังคุยเรื่องอะไรกันอยู่ หรือว่าคุยอยู่กับใคร

ในวงการขุดเจาะแก๊สธรรมชาติ ถ้าเอ่ยถึง condensate ก็หมายถึงไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นเป็นของเหลวที่เกิดจากการทำให้แก๊สธรรมชาติเย็นตัวลง หรือจากการอัดแก๊สธรรมชาติให้มีความดันสูงขึ้น หรือเป็นของเหลวที่ติดมากับแก๊สธรรมชาติที่ขุดเจาะได้ ซึ่งก็คือไฮโดรคาร์บอนตั้งแต่ C5 ขึ้นไป และชื่อเต็ม ๆ ของมันก็คือ Natural Gas Condensate

ในโรงงานนั้นในส่วนของเครื่องคอมเพรสเซอร์ก็อาจปรากฏคำว่า condensate อยู่ด้วย คือเมื่อเราอัดแก๊สนั้น แก๊สนั้นจะร้อนขึ้น จึงมักมีการระบายความร้อนจากแก๊สความดันสูงที่ได้จากการอัด บางครั้งจะมีแก๊สบางส่วนควบแน่นเมื่อลดอุณหภูมิ ของเหลวที่ได้มานั้นก็เรียกว่า condensate เหมือนกัน

บางที ของเหลวที่ได้จากการควบแน่นไอที่ยอดหอกลั่นก็เรียกว่า condensate เหมือนกัน

แต่ถ้ากำลังพูดคุยกันเรื่องไอน้ำ เวลาเอ่ยถึง condensate ก็หมายถึง steam condensate ซึ่งก็คือน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำนั่นเอง ในการใช้งานบางอย่างนั้น เช่นในการใช้ท่อไอน้ำเล็ก ๆ พันไปรอบ ๆ ท่อใหญ่ เพื่อให้ความร้อนแก่สารที่อยู่ในท่อใหญ่ เมื่อไอน้ำควบแน่นก็มักจะระบายคอนเดนเสทเหล่านั้นทิ้งไป เพราะมีปริมาณไม่มากและไม่คุ้มที่จะเก็บรวบรวม (อย่าแปลกใจว่าทำไมเวลาเดินอยู่ในโรงงานจึงเห็นมีท่อบางท่อที่ปล่อยออกสู่บรรยากาศมีไอน้ำพ่นออกมาทางปลายท่อ)

คอนเดนเสทที่ได้จากการควบแน่นของไอน้ำนั้นจะเป็นของเหลวที่มีอุณหภูมิสูง ใกล้จุดเดือด ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาเรื่อง cavitation กับตัวปั๊มที่ใช้สูบ condensate กลับไปใช้งานได้ แต่ในที่นี้ขอเก็บเรื่องนี้เอาไว้ก่อน เพราะถ้าคุยเรื่องปั๊มกับเรื่องการเกิด cavitation จะลากกันไปอีกยาว ไปจนถึงเรื่อง NPSH หรือ Net positive suction head ว่าคืออะไร และเกี่ยวข้องกับการเกิด cavitation อย่างไร

คำอธิบายศัพท์จากการประชุมเมื่อวานนี้ยังไม่จบ ยังมีต่ออีก แต่วันนี้พอแค่นี้ก่อน

ไม่มีความคิดเห็น: