เช้าวันศุกร์ที่
๒๗ เมษายนที่ผ่านมา
ก่อนจะเริ่มการบรรยายที่หน่วยงานแห่งหนึ่ง
วิศวกรผู้หนึ่งของกลุ่มหน่วยงานนั้นได้เข้ามาถามปัญหาเรื่องเกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยา
โรงงานของเขาทำการผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูงโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบถังกวนชนิด
slurry
reactor รายละเอียดของคำถามของเขาและความเห็นที่ผมให้ไปจะเล่าต่อใน
Memoir
ฉบับหน้า
แต่เนื่องจากคำถามของเขามันเกี่ยวกับอุปกรณ์วัดระดับของเหลวในถัง
ดังนั้นผมจึงเห็นว่าควรที่จะปูพื้นฐานให้พวกคุณที่ยังคงไม่ค่อยจะมีหรือไม่มีความรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์วัดระดับของเหลวในถังก่อน
โดยจะแนะนำให้รู้จักเพียงบางชนิดง่าย
ๆ ก่อนเท่านั้น
รูปที่
๑ (ซ้าย)
หลักของของอุปกรณ์สำหรับดูระดับของเหลวในถังแบบง่าย
ซึ่งของเหลวในท่อแก้ว
(หรือท่อโลหะที่มีกระจกหน้าต่างเป็นแก้ว)
จะเปลี่ยนแปลงตามระดับความสูงของของเหลวในถัง
แต่ถ้าหากเกิดอุบัติเหตุที่ทำให้ท่อแก้วแตกก็จะทำให้ของเหลวในถังรั่วไหลออกมา
บางบริษัท (รูปขวา)
จึงได้ออกแบบให้มีลูกลอยที่เป็นแม่เหล็กลอย
(Float)
อยู่ในท่อโลหะ
(Float
chamber) ลูกลอยแม่เหล็กจะลอยขึ้นลงตามระดับความสูงของของเหลวในถัง
และแรงแม่เหล็กจะไปทำให้ลูกลอยอีกตัวหนึ่ง
(Indicator)
ที่อยู่ในท่อบอกระดับ
(Indicator
tube) ลอยขึ้นลงตามไปด้วย
ในการใช้งานนั้นจะต้องเปิดวาล์วเชื่อมต่อกับถังทั้งตัวบนและตัวล่าง
ในกรณีที่ความสูงของของเหลวในถังมีการเปลี่ยนแปลงเกินกว่าที่จะใช้อุปกรณ์เพียงตัวเดียววัดได้
ก็จะใช้อุปกรณ์ดังกล่าวหลายตัวติดตั้งที่ระดับความสูงที่แตกต่างกัน
(รูปขวามาจาก
http://www.babbittlevel.com/llg.html)
แบบแรกที่จะแนะนำให้รู้จักคือแบบท่อแก้ว
อุปกรณ์ชนิดนี้เป็นอุปกรณ์วัดระดับความสูงของของเหลวโดยตรง
ข้อเสียของอุปกรณ์ชนิดนี้คือมีส่วนที่เป็นกระจกซึ่งเป็นวัสดุที่แตกหักง่าย
ดังนั้นจึงไม่เหมาะกับการวัดระดับถังความดันหรือบรรจุของเหลวอันตรายหรือสารที่เป็นของเหลวภายใต้ความดัน
ในกรณีที่ต้องการวัดการเปลี่ยนแปลงระดังที่มากก็อาจทำการติดตั้งอุปกรณ์หลายตัวให้อยู่ในระดับความสูงที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างของอุปกรณ์ประเภทนี้ผมนำมาแสดงในรูปที่
๑ และ ๒ แล้ว
รูปที่
๒ ตัวอย่างอุปกรณ์ดูระดับของเหลวในถังชนิดที่เป็นท่อแก้ว
(รูปจาก
http://amonton.com/gpage8.html)
ในกรณีที่เป็นถังเก็บขนาดใหญ่
จะมีอุปกรณ์บอกระดับชนิดลูกลอย
(ดูรูปที่
๓ ประกอบ)
อุปกรณ์นี้จะมีลูกลอยตัวหนึ่งลอยอยู่บนผิวของเหลวในถัง
โดยจะลอยขึ้นลงตามระดับความสูงของของเหลว
ลูกลอยนี้จะมีลวดผูกเชื่อมพาดผ่านระบบรอกเข้ากับตัวชี้ระดับที่แขวนห้อยอยู่ด้านนอกถัง
เมื่อลูกลอยลอยสูงขึ้นตัวชี้ระดับก็จะเคลื่อนต่ำลง
และเมื่อลูกลอยลดต่ำลงตัวชี้ระดับก็จะเคลื่อนสูงขึ้น
อุปกรณ์ชนิดนี้ก็เป็นอุปกรณ์ที่วัดระดับของเหลวในถังโดยตรง
รูปที่
๓ อุปกรณ์วัดระดับของเหลวในถังเก็บความดันบรรยากาศ
(รูปจาก
http://www.tankgauging.com/products/6700lli.html)
ในกรณีของถังบรรจุของเหลวภายใต้ความดันและ/หรืออุณหภูมิที่แตกต่างไปจากอุณหภูมิห้องมาก
(ทั้งร้อนและเย็น)
จะไม่ทำการวัดระดับของเหลวในถังโดยตรง
แต่จะทำการวัดแตกต่างระหว่างความดันด้านบนของถัง
(ซึ่งเป็นความดันที่เกิดจากความดันของแก๊สที่อยู่เหนือผิวของเหลว)
และความดันที่ก้นถัง
(ซึ่งเป็นความดันที่เกิดจากความดันของแก๊สที่อยู่เหนือผิวของเหลวรวมกับความดันที่เกิดจากระดับความสูงของของเหลว)
และถ้าทราบความหนาแน่นของของเหลวที่บรรจุอยู่ก็จะสามารถคำนวณหาระดับความสูงของของเหลวได้
อุปกรณ์ที่ใช้วัดความแตกต่างความดันนี้เรียกว่า
differential
pressure transmitter (หรือบางทีก็เรียกว่า
dp
cell)
อุปกรณ์ประเภทนี้จะสามารถส่งสัญญาณความดันไปแสดงผลยังห้องควบคุมหรือไปยังระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมได้
รูปที่
๔ การวัดระดับของเหลวในถังด้วย
Differential
pressure transmitter
ในกรณีของการใช้
differential
pressure transmitter ในการวัดความดันนั้น
ควรที่จะพึงระลึกว่าความดันที่ก้นถังเปลี่ยนแปลงตาม
(ก)
ระดับความสูงของของเหลวภายในถัง
และ/หรือ
(ข)
ความหนาแน่นของของเหลวภายในถัง
ถ้าถังนั้นเป็นถังบรรจุสารบริสุทธิ์หรือสารผสมที่มีส่วนผสมคงที่และมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไม่มาก
ก็อาจถือได้ว่าความหนาแน่นของของเหลวภายในถังนั้นคงที่
แต่ถ้าเป็นถังบรรจุสารผสมที่ส่วนผสมนั้นมีการเปลี่ยนแปลงได้หรืออุณหภูมิของเหลวที่ป้อนเข้าถังนั้นมีการแตกต่างกันมาก
ก็ต้องมีการพิจารณาว่าส่วนผสมและ/หรืออุณหภูมิของของเหลวที่เปลี่ยนแปลงไปนั้นส่งผลต่อความหนาแน่นของของเหลวหรือไม่
เพราะการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้ความหนาแน่นสูงขึ้นจะทำให้อ่านระดับความสูงของของเหลวได้สูงเกินจริง
และในทางกลับกันการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้ความหนาแน่นลดลงจะทำให้อ่านระดับความสูงของของเหลวได้ต่ำเกินจริง
การใช้เทคนิคการดูดกลืนกัมมัตภาพรังสีก็สามารถนำมาใช้ในการวัดระดับได้
ซึ่งเทคนิคการวัดการดูดกลืนกัมมันตภาพรังสีอาศัยหลักการที่ว่าวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงจะดูดกลืนรังสีได้มากกว่าวัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำกว่า
เทคนิคนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้กับการวัดระดับของเหลว
การวัดระดับของแข็งในถัง
และการวัดระดับความสูงของเบดฟลูอิไดซ์
การนำการวัดการดูดกลืนกัมมันตภาพรังสีไปใช้วัดระดับความสูงของของเหลวหรือเบดฟลูอิไดซ์นั้นไม่ค่อยมีปัญหาเรื่องระดับผิวบนสุด
เพราะมันจะขนานไปกับพื้นโลกอยู่แล้ว
แต่ในกรณีของของแข็งนั้นเวลาที่เราบรรจุของแข็งเข้าไปในถังเก็บหรือไซโล
ระดับผิวบนสุดของชั้นของแข็งไม่จำเป็นต้องราบขนานไปกับพื้นโลก
แต่อาจกองเป็นเนินสูงหรือเป็นหลุมยุบลงไปก็ได้
ซึ่งสามารถทำให้ผลการวัดระดับความสูงไม่ถูกต้องได้
(ดูรูปที่
๕)
รูปที่
๕ การวัดระดับของแข็งในถังเก็บด้วยกัมมันตภาพรังสี
ในกรณีของรูปซ้ายนั้นจะให้ระดับที่ถูกต้อง
แต่ถ้าผิวบนของชั้นของแข็งมีการลาดเทไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งหรือมีการยุบตัวลงตรงกลาง
(ที่อาจเกิดเวลาที่ระบายของแข็งออกจากถังเก็บทางด้านล่าง
การวัดระดับก็จะผิดพลาดได้
ดังนั้นวิธีที่ดีกว่าสำหรับการวัด
"ปริมาณ"
ของแข็งในถังเก็บคือการชั่งน้ำหนัก
เคยมีประสบการณ์ไปเยี่ยมวิศวกรรายหนึ่งที่โรงบำบัดน้ำเสียแห่งหนึ่งที่มีการใช้สารละลายกรดกำมะถันในการบำบัดน้ำเสีย
ทางโรงบำบัดน้ำเสียพึ่งจะทำการติดตั้งถังเหล็กสำหรับเก็บกรดกำมะถันเข้มข้นและยังไม่มีการติดตั้งอุปกรณ์วัดระดับใด
ๆ เอาไว้กลางแจ้ง
หน้าที่หนึ่งของวิศวกรท่านนั้น
(พึ่งจะจบมาใหม่)
คือการหาว่าในแต่ละวันจะใช้กรดกำมะถันปริมาณเท่าใด
เพื่อที่จะได้วางแผนการสั่งเข้ามาทดแทน
ถังดังกล่าวสูงประมาณ ๒
เมตรเศษ
การหาปริมาณกรดกำมะถันที่ใช้ไปนั้นจะหาจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของกรดที่เหลืออยู่ในถัง
จากการวัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของถังก็จะหาพื้นที่หน้าตัดของถังได้
และถ้าทราบความสูงของระดับของเหลวในถังก็จะคำนวณหาปริมาณของกรดในถังได้
ปัญหาของเขาในขณะนั้นคือจะรู้ได้อย่างไรว่าระดับของเหลวในถังอยู่ที่ระดับใด
ผมก็บอกให้เขาพาผมไปที่ถังดังกล่าวแล้วผมก็เอาหลังมือแตะที่ถังนั้นที่ระดับความสูงต่าง
ๆ แล้วในที่สุดผมก็บอกเขาว่าตอนนี้ระดับของกรดในถังอยู่ที่ตำแหน่งนี้
ถังที่ตั้งกลางแจ้งที่ตากแดดนั้น
อุณหภูมิผิวโลหะส่วนที่ต่ำกว่าระดับของเหลวจะเย็นกว่าอุณหภูมิผิวโลหะส่วนที่อยู่เหนือระดับผิวของเหลว
ความแตกต่างนี้แม้ไม่มากแต่หลังมือของเราก็รู้สึกได้
สิ่งที่ผมทำก็คือเอาหลังมือแตะผิวโลหะด้านนอกของถังเพื่อหาว่าที่ระดับใดอุณหภูมิของผิวโลหะแตกต่างกัน
ตรงนั้นก็จะเป็นระดับผิวบนของของเหลวในถัง
บ่อยครั้งที่วิศวกรนั้นต้องทำงานโดยไม่มีอุปกรณ์ช่วยใด
ๆ โดยเฉพาะการแก้ปัญหาเฉพาะหน้าหรือการแก้ปัญหาหน้างาน
ซึ่งก็ต้องฝึกเอาไว้บ้างเผื่อจำเป็น
รูปที่
๖
ถังที่วางตากแดดนั้นอุณหภูมิของผิวถังเหนือระดับของเหลวจะสูงกว่าอุณหภูมิของผิวถังใต้ระดับของเหลวอยู่เล็กน้อย
แต่ก็มากพอที่มือของเราจะรู้สึกได้
ในกรณีที่ไม่มีอุปกรณ์วัดใด
ๆ เลยเราก็สามารถใช้วิธีการนี้ระบุความสูงของของเหลวในถังได้
