ตอนที่ผมมากลับมาเข้าร่วมทำวิจัยปฏิกิริยา DeNOx เมื่อปี ๒๕๕๒ นั้น ก็ได้ทำการตรวจสอบระบบอุปกรณ์ทดลอง และได้พบข้อบกพร่องต่าง ๆ มากมาย จนอาจกล่าวได้ว่าผลการทดลองก่อนหน้านั้นควรโยนทิ้งไปได้เลย เหตุการณ์ช่วงนั้นเป็นอย่างไรบ้างก็ไปอ่านได้จาก Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๔ วันอาทิตย์ที่ ๖ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่องสรุปปัญหาระบบ DeNOx และ Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๖๓ วันอาทิตย์ที่ ๔ ตุลาคม ๒๕๕๒ เรื่องตัวเลขมันสวย แต่เชื่อไม่ได้
เมื่อเราต้องการนำ GC-2014 ECD เข้าไปติดตั้งกับอุปกรณ์ DeNOx นั้น จำเป็นต้องมีการย้ายระบบท่อบางส่วนเพื่อเปิดพื้นที่ว่างสำหรับวางเครื่อง GC สิ่งที่ตามมาก็คือมีการเปลี่ยนแปลงแนวการวางท่อของแก๊สบางเส้นทาง ทำให้เกิดปัญหาเรื่องเมื่อให้แก๊สไนโตรเจน (ซึ่งเป็นแก๊สตัวที่มีอัตราการไหลสูงสุด) ไหลในเส้นทางที่ต่างกัน กลับพบว่าความเข้มข้นของ NO ที่วัดได้นั้นเปลี่ยนแปลงไป ทั้ง ๆ ที่ค่าที่แสดงบนหน้าจอของ Mass flow controller นั้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ เรื่องราวมีที่มาที่ไปอย่างไรนั้น ดูรูปที่ ๑ ข้างล่างประกอบก็แล้วกัน
รูปที่ ๑ เส้นทางการไหลของแก๊สก่อนและหลังการปรับปรุง เส้นทึบคือเส้นทางการไหล ส่วนเส้นประคือเส้นทางการไหลที่เลือกให้ไหลผ่าน/ไม่ไหลผ่านได้
เรื่องนี้ผมได้ยินมาจากหนุ่มน้อยนักแม่นปืนเมื่อราว ๆ ต้นปี แต่ตอนนั้นมัวแต่ยุ่งเรื่อง GC-2014 FPD อยู่ ก็เลยยังไม่ได้เข้ามาดูเรื่องนี้ จนกระทั่งแก้ปัญหา GC-2014 FPD ได้แล้ว และถึงเวลาที่ต้องทำการทดลองทำปฏิกิริยาในภาวะที่มีน้ำอยู่ในสารตั้งต้น ก็เลยต้องกลับมาแก้ปัญหาเรื่องนี้ต่อ
รูปที่ ๑ (บน) เป็นเส้นทางการไหลของแก๊สเมื่อไม่มีการผสมไอน้ำเข้าไปในแก๊ส ไนโตรเจนเป็นแก๊สที่มีอัตราการไหลสูงสุด (ประมาณ 160-180 ml/min) และเป็นแก๊สที่วิ่งในเส้นทางหลัก เป็นตัวนำแก๊สตัวอื่นเข้าสู่ reactor ออกซิเจนเป็นแก๊สที่มีอัตราการไหลรองลงมา (ประมาณ 20-30 ml/min) ส่วนแก๊สตัวอื่นที่เหลือมีอัตราการไหลที่ต่ำกว่า 5 ml/min
แต่เมื่อต้องการผสมไอน้ำเข้ากับแก๊สที่ใช้เป็นสารตั้งต้น วิธีการเดิมที่แสดงในรูปที่ ๒ (กลาง) กระทำโดยการเปลี่ยนเส้นทางการไหลของไนโตรเจน ให้วิ่งผ่าน saturator เพื่อนำพาไอน้ำ ส่วนแก๊สตัวอื่นที่เหลือยังไหลในเส้นทางเดิมอยู่ โดยจะเข้าไปบรรจบกับแก๊สไนโตรเจน (ที่ผสมไอน้ำเรียบร้อยแล้ว) บริเวณทางเข้า reactor
สิ่งที่เกิดขึ้นคือเมื่อให้แก๊สไนโตรเจนเปลี่ยนเส้นทางการไหลจากไม่ผ่าน saturator (รูปที่ ๑ บน) มาเป็นผ่าน saturator (รูปที่ ๑ กลาง) พบว่าความเข้มข้นของ NO ในแก๊สผสมนั้นลดลงเหลือประมาณ 50-70% ของค่าที่ควรจะเป็น แม้ว่าใน saturator นั้นจะยังไม่บรรจุอะไรไว้เลยก็ตาม และเมื่อตรวจดู Mass flow controller ก็พบว่าตัวเลขหน้าจอของ Mass flow controller ทุกตัวก็ยังคงเหมือนเดิม ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ
เนื่องจากเครื่อง NOA-7000 นั้นไม่มีปัญหาในการวัด NO ดังนั้นเมื่อเห็นค่าที่เครื่อง NOA-7000 วัดได้นั้นเปลี่ยนแปลงไป ก็แสดงว่าระบบการไหลของแก๊สมีปัญหา ไม่ควรจะไปโทษเครื่อง หรือไปสมมุติว่าถึงแม้ตัวเลขที่เครื่องแสดงนั้นเปลี่ยนแปลงไป แต่ความเข้มข้นก็ยังคงเดิม เหมือนในอดีตที่บางคนมีพฤติกรรมเช่นนี้ (ดูเหตุการณ์ได้ในบันทึกฉบับที่ ๕๔) ซึ่งผลที่เกิดขึ้นนั้นก็คือการส่งผลการทดลองที่ผิดพลาด (ผมอยากเรียกว่า "มั่ว" มากกว่า) ออกไป
ปัญหานี้ผมสงสัยว่าจะเกิดจาก back pressure ที่กระทำต่อเส้นทางการไหลของแก๊สตัวอื่นที่เปลี่ยนไปเมื่อเปลี่ยนเส้นทางการไหลของไนโตรเจน โดยเริ่มแรกในเช้าวันอังคารที่ ๒๒ ผมได้ให้สาวน้อย 150 เซนติเมตรทดลองเปลี่ยนตำแหน่ง check valve ของ NO ดูก่อน โดยย้ายจากด้านขาออกของ Mass flow controller มาอยู่ทางด้านขาเข้าแทน ซึ่งก็พบว่าค่าความเข้มข้นของ NO ในแก๊สผสมที่วัดได้นั้นเพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
พอเช้าวันพฤหัสบดีที่ ๒๔ ก็ได้ทำการแก้ไขใหม่ โดยปรับปรุงเส้นทางการไหลด้วยการย้ายให้แก๊สออกซิเจนไปเป็นแก๊สที่ไหลผ่าน saturator โดยให้ไนโตรเจนเป็นแก๊สตัวหลักที่พาแก๊สอัตราการไหลต่ำตัวอื่น (SO2 NH3 และ NO) ไปยัง reactor และเปลี่ยนทิศทางการบรรจบระหว่างแก๊สไนโตรเจน (ที่ผสมกับแก๊สตัวอื่นเรียบร้อยแล้ว) กับแก๊สออกซิเจน (ที่มาจาก saturator) โดยให้แก๊สไนโตรเจนเป็นตัวไหลเข้าสู่ reactor โดยตรงและให้แก๊สออกซิเจนเป็นแก๊สที่ไหลมาบรรจบ (ตามรูปที่ ๑ ล่าง) งานนี้มีผู้ที่ต้องใช้ระบบนี้มาช่วยกันทำครบทุกคน งานก็เลยเสร็จรวดเร็ว
ผลออกมาว่าคราวนี้ความเข้มข้นของ NO ในแก๊สผสมนั้นคงที่ ไม่ว่าจะให้ออกซิเจนไหลผ่านหรือไม่ผ่าน saturator ก็ตาม
ปัญหานี้คิดว่าเกิดจากการที่ในช่วงแรกเมื่อเราให้ไนโตรเจนเป็นตัวหลักที่ไหลในแนวเส้นตรงผ่านจุดบรรจบของแก๊สที่มีอัตราการไหลต่ำนั้น เนื่องจากแก๊สไนโตรเจนมีอัตราการไหลที่สูง จึงสามารถดึงเอาแก๊สตัวที่มีอัตราการไหลต่ำให้เข้ามาผสมในแก๊สไนโตรเจนได้ แม้ว่า back pressure ของระบบจะสูงก็ตาม แต่เมื่อเปลี่ยนจากไนโตรเจนเป็นออกซิเจนที่มีอัตราการไหลต่ำกว่า แรงดึง ณ จุดบรรจบระหว่างแก๊สออกซิเจน (ที่ไหลในแนวตรง) และแก๊สตัวที่มีอัตราการไหลต่ำกว่า (ที่ไหลเข้ามาบรรจบ) นั้นจึงน้อยกว่า ดังนั้นเมื่อมี back pressure เกิดขึ้นในระบบ ณ ตำแหน่งจุดบรรจบระหว่างแก๊สไนโตรเจน (ที่มาจาก saturator) และแก๊สออกซิเจน (ที่ผสมกับแก๊สที่มีอัตราการไหลต่ำ) back pressure จึงส่งผลกระทบต่อแก๊สที่มีอัตราการไหลต่ำ ทำให้แก๊สเหล่านั้นมีอัตราการไหลที่ต่ำลง
เชื่อว่าปัญหานี้ไม่ได้เกิดกับเฉพาะ NO แต่น่าจะเกิดกับ SO2 และ NH3 ด้วย แต่ที่เราเห็นเฉพาะ NO ก็เพราะเราวัดเฉพาะ NO โดยยังไม่ได้วัด SO2 และ NH3
บริเวณข้อต่อสามทาง (ข้อต่อตัว T) ของ Swagelokที่เราใช้ในระบบ DeNOx นั้นพอจะเปรียบได้เหมือนท่อ venturi แก๊สที่ไหลด้วยความเร็วสูงในแนวเส้นตรงจะทำให้ static pressure ที่ผนังลดลงหรือที่เรียกว่าเกิด venturi effect ยิ่งแก๊สไหลผ่านด้วยความเร็วสูงมากขึ้น static pressure ที่ผนังก็จะลดต่ำลงไปมาก จึงทำให้แก๊สอัตราการไหลต่ำ (ที่มักมีความดันต่ำ) ไหลเข้ามาผสมกับแก๊สอัตราการไหลสูงที่วิ่งในแนวเส้นตรงได้ง่าย (ดู Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๗๕ วันพุธที่ ๒๓ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่องการทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๖ การใช้ข้อต่อสามทางผสมแก๊สประกอบด้วย) แต่พอเราเปลี่ยนไปใช้ออกซิเจนที่มีอัตราการไหลที่ต่ำกว่าไนโตรเจนมาก (จาก 150-170 ml/min มาเป็น 20-30 ml/min) ก็เลยทำให้ static pressure ที่จุดผสมนั้นไม่ลดต่ำลงมาก การไหลของแก๊สที่มีอัตราการไหลต่ำจึงเกิดปัญหาได้ง่ายขึ้นถ้าระบบมี back pressure ที่เปลี่ยนแปลงไป
แต่ถ้าแก๊สที่ไหลเข้ามาผสมกันนั้นเป็นแก๊สที่มีความดันสูงที่ไม่แตกต่างกันมาก ปัญหาเรื่องนี้ก็จะลดลงไปหรืออาจไม่มีนัยสำคัญ
แล้วตกลงว่าการแก้ปัญหาเรื่องนี้เป็นเรื่องของ "ศิลป" หรือ "ศาสตร์" ล่ะ หวังว่าคนที่ถามปัญหานี้ในวันพฤหัสบดีนั้นคงจะตอบคำถามนี้ได้เอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น