สรุปปัญหาระบบ DeNOx (ภาค ๓) MO Memoir : Saturday 18 August 2555

ใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๔๗๙ วันศุกร์ที่ ๒๐ กรกฎาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๙ พีค NO ที่ 450ºC เมื่อมีไอน้ำร่วม" ผมได้เกริ่นเอาไว้ถึงต้นตอของปัญหาและบอกว่าจะเล่าให้ฟังที่หลัง ซึ่งตอนนี้ก็ได้เวลาที่จะเล่าให้ฟังแล้วว่ามันเป็นอย่างไร

อนึ่งเรื่องระบบเครื่องปฏิกรณ์ DeNOx นี้เคยสรุปปัญหาที่เกิดและการแก้ไขที่ได้กระทำไปเอาไว้ใน Memoir สามฉบับก่อนหน้านี้คือ

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๔ วันอาทิตย์ที่ ๖ กันยายน ๒๕๕๒ เรื่อง "สรุปปัญหาระบบ DeNOx"

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๗๗ วันเสาร์ที่ ๒๖ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "สรุปปัญหาระบบ DeNOx (ภาค ๒)"

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๔๗๖ วันเสาร์ที่ ๑๔ กรกฎาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "GC-2014 ECD & PDD ตอนที่ ๒๖ การปรับแนวท่อระบบ DeNOx"

รูปที่ ๑ แนวท่อแก๊สที่ต่อขึ้นชั่วคราวด้วยท่อทองแดง (และกำลังจะกลายเป็นระบบท่อถาวร) การที่ดัดท่อดังกล่าวให้โค้งเป็นรัศมีความโค้งกว้างนั้นเป็น "การตั้งใจ" ทำให้เป็นเช่นนั้น ทั้งนี้เพื่อให้การไหลของแก๊ส N₂ ที่ไหลผ่าน จุดบรรจุกับแก๊ส NO เป็นไปอย่างราบเรียบ และเป็นการลดการสูญเสียความดันในระบบท่อแก๊ส N₂ ก่อนที่จะเข้าบรรจบกับท่อแก๊ส O₂ (ที่เป็นตัวพาไอน้ำมา) ก่อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์ เส้นประสีแดงคือแนวท่อเดิมที่คนประกอบเก็บดูเรียบร้อย (แต่ก่อปัญหาเยอะ)

จากการยืนมองระบบท่อ ผมได้ตั้งสมมุติฐานว่าปัญหาน่าจะเกิดจากการที่ระบบก่อนเข้า reactor มีความต้านทานเพิ่มขึ้นเมื่อมีการผสมไอน้ำเข้ามา ไอน้ำนั้นมากับแก๊ส O₂ ที่ไหลผ่าน saturator เมื่อมีการผสมไอน้ำ อัตราการไหลของเส้นทางนี้จะเพิ่มขึ้นอีกเท่าตัว และเมื่อไหลเข้ามาบรรจบโดยไหลเข้ามาตั้งฉากกับเส้นทางการไหลหลัก จึงทำให้ความต้านทานการไหลของเส้นทางการไหลหลักเพิ่มขึ้น แม้ว่าอัตราการไหลในเส้นทางการไหลหลักจะสูงมากกว่า แต่ความดันที่ใช้นั้นไม่ได้สูงกว่ามาก จึงทำให้เกิดความดันสะสมที่ย้อนกลับไปยังด้านขาออกของ mass flow controller ได้ 

 

และความดันสะสมนี้เองที่เป็นปัญหาที่ทำให้การไหลของ NO ด้านขาออกจาก mass flow controller มีปัญหา เพราะ mass flow controller ตัวนี้ก็เปิดน้อยอยู่แล้ว (อันที่จริงสงสัยว่าจะเกิดกับ NH₃ ด้วย)

เราได้ทำการทดสอบสมมุติฐานด้วยการทดลองนำท่อทองแดงมาต่อตามที่แสดงในรูปที่ ๑ (ที่ใช้ท่อทองแดงก็เพราะตอนนั้นหาเจอแต่ท่อทองแดง และมันก็ดัดโค้งได้ง่ายด้วย) และก็ทดลองวัดความเข้มข้น NO ใหม่อีกครั้ง ด้วยการดัดแปลงเพียงเท่านี้ก็ทำให้เราเห็นความเข้มข้นของ NO ด้านขาออกได้สม่ำเสมอตลอดทุกช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 100 ไปจนถึง 450ºC

รูปที่ ๒ วาล์วสามทางที่ใช้ในการเลือกทิศทางการไหลว่าจะให้แก๊สผสมที่ไหลเข้าวาล์ว (ลูกศรสีแดง) ไหลไปยัง reactor (ลูกศรสีเหลือง) หรือไหล bypass (ลูกศรสีเขียว)

การใช้วาล์วสามทางในการเลือกทิศทางการไหลนั้นเหมาะสมในกรณีที่เมื่อเราต้องการให้แก๊สไหลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งนั้น จะต้องไม่มีแก๊สไหลไปในอีกทิศทางหนึ่ง หรือในกรณีที่เราต้องการเปลี่ยนทิศทางการไหลอย่างรวดเร็ว แต่การใช้วาล์วสามทางจะมีปัญหาเรื่องความต้านทานการไหลที่สูงกว่าการใช้ข้อต่อตัว T ร่วมกับ block valve สองตัว เพราะรูสำหรับให้แก๊สไหลผ่านลูกบอลของตัววาล์วสามทางนั้นมีขนาดเล็ก

แต่พอสัปดาห์ถัดมาพอเราเริ่มทำการทดลองต่อก็พบว่าปัญหาเดิมเกิดขึ้นอีก แต่คราวนี้เนื่องจากไม่รู้ว่าจะปรับอะไรที่ด้านขาเข้าของ reactor อีกแล้ว ก็เลยตรวจสอบด้านขาออกแทน และก็พบปัญหาจริง ๆ

ปัญหาที่เกิดคือเกิดการอุดตันด้านขาออกจาก reactor

ปัญหานี้ประสบในวันจันทร์ที่ ๒๓ กรกฎาคม คือหลังจากที่เราประสบความสำเร็จในการวัด NO ผ่านเบดที่บรรจุ TiO₂ แล้วก็ได้เริ่มทำการทดลองโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาบรรจุ

สิ่งที่พบคือพีคออกซิเจนออกมาล่าช้ากว่าเดิมและมีขนาดเล็กลง จากนั้นก็ตรวจพบว่าอัตราการไหลของ N₂ ที่ไหลผ่าน Mass flow controller ลดลงกระทันหัน และไม่สามารถปรับเพิ่มขึ้นได้ นอกจากนี้ยังพบว่า Mass flow controller ของแก๊สตัวอื่นก็รวนไปหมด

ดังนั้นจึงได้ทำการถอดระบบท่อทางออกออกมาตรวจสอบและพบว่าบริเวณข้อต่อสามทางที่เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่าง thermowell และแก๊สขาออกนั้นมีสิ่งสกปรกอุดตัน (ดูรูปที่ ๓) และในท่อด้านขาออกก็มีสิ่งสกปรกเกาะอยู่บนผนังท่อด้านในด้วย จึงได้ถอดออกมาล้างทำความสะอาด พร้อมกันนั้นก็ได้ปรับปรุงท่อด้านขาออกใหม่ด้วยการปลดวาล์วสามทางที่มีอยู่อีกสองตัวนั้นออกไปด้วย ซึ่งก็ทำให้ระบบนั้นสามารถทำงานได้เรียบร้อยอย่างน้อยก็จนถึงขณะนี้

รูปที่ ๓ ระบบท่อแก๊สด้านขาออกที่เป็นปัญหา วงกลมแดงคือข้อต่อสามทางที่ใช้ในการสอด thermowell ส่วนวงกลมเหลือคือวาล์วสามทางอีกสองตัว

การเรียนภาคปฏิบัตินั้นประกอบด้วย ๓ ขั้นตอนด้วยกัน ขั้นตอนแรกคือการที่ผู้สอนสาธิตให้ผู้เรียนได้เห็น ขั้นตอนที่สองคือการให้ผู้เรียนปฏิบัติภายใต้การกำกับดูแลของผู้สอน และขั้นตอนที่สามคือการให้ผู้เรียนปฏิบัติด้วยตนเองโดยไม่ต้องมีการกำกับดูแล ซึ่งในขณะนี้ผมคิดว่าทั้งสาวน้อยร้อยห้าสิบเซนต์ (คนใหม่) และสาวน้อยหน้าบาน (คนใหม่) ก็ได้ผ่านสองขั้นตอนแรกมาแล้ว

ถ้าจะยกภาพเพื่อให้เห็นความสำคัญของอาจารย์ผู้สอนที่ต้องมาลงมือปฏิบัติทำการทดลองเองนั้น ก็คงเปรียบได้เหมือนหมอผ่าตัด ซึ่งความสามารถในการผ่าตัดจะยังคงอยู่ตราบเท่าที่เขายังคงลงมือผ่าตัดคนไข้อยู่ เมื่อใดก็ตามที่เขาเลิกจับมีดลงมือผ่าตัดหรือแม้แต่จะมาดูการผ่าตัดจริง แม้ว่าเขาจะมีบทความวิชาการตีพิมพ์มากเท่าใด (ซึ่งอาจได้มาจากนักเรียนแพทย์ที่เขียนให้เพื่อให้สำเร็จการศึกษา) เขาก็ไม่ควรเรียกตนเองว่าเป็นหมอผ่าตัดผู้เชี่ยวชาญ

ที่กล่าวมาข้างบนเป็นบทสนทนาระหว่างผมกับอาจารย์ผู้ดำรงตำแหน่งหัวหน้าหน่วยงานท่านหนึ่งเมื่อเดือนที่แล้ว

การเรียนรู้การแก้ปัญหาจริงในการทำการทดลองนั้นเปรียบเสมือนกับการที่หมอฝึกหัดต้องการประสบการณ์ในการรักษาผู้ป่วยที่ป่วยด้วยอาการแตกต่างกันหรือด้วยโรคเฉพาะที่ตนเองต้องการศึกษา หมอนั้นไม่สามารถกำหนดได้ว่าต้องมีผู้ป่วยด้วยอาการใดบ้าง และจำนวนเท่าใดต้องมาพบเขาในเวลาที่เขากำหนด สิ่งที่เขาทำได้ก็คือนั่งรอว่าจะมีผู้ป่วยอาการเช่นใดมาหาบ้าง และมีกี่ราย และเมื่อมีมาหาแล้วก็ต้องลงมือรักษาทันที 

 

การเรียนการแก้ปัญหาในการทดลองก็เช่นเดียวกัน เราไม่สามารถบอกได้ว่าปัญหาจะเกิดขึ้นเมื่อใด รู้แต่ว่าเมื่อปัญหามันเกิดขึ้นเราก็จะรีบลงมือแก้ไขทันที โดยไม่คิดที่จะเรียกให้คนอื่นมารับทราบเรื่องก่อนแล้วค่อยลงมือแก้ไข

และนั่นคือความสำคัญของการที่ต้องมานั่งรอ (ฝากถึงพวกป.โทปี ๑ ด้วยก็แล้วกัน)