ระบบท่อต่าง
ๆ
ที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมนั้นได้จากการนำเอาท่อเหล็กตรงและข้อต่อต่าง
ๆ มาประกอบเข้าด้วยกัน
รอยต่อจุดไหนที่ไม่ต้องทำการถอดประกอบเป็นประจำก็จะใช้วิธีการเชื่อมโลหะเพื่อเชื่อมต่อตัวท่อเข้ากับตัวท่อหรือข้อต่อให้เป็นชิ้นเดียวกัน
วิธีการเชื่อมโลหะเป็นวิธีการต่อที่มีราคาถูกและมั่นใจได้ว่าจะไม่เกิดการรั่วซึม
(ถ้าทำถูกต้อง
เว้นแต่จะเกิดการผุกร่อน)
ส่วนบริเวณที่ต้องมีการถอดประกอบ
(เช่นวาล์วที่ต้องมีการถอดไปซ่อมแซม
ท่อเข้าออกปั๊มและอุปกรณ์ต่าง
ๆ)
ก็มักจะใช้การต่อด้วยหน้าแปลน
(ซึ่งก็ต้องมีการเชื่อมต่อหน้าแปลนเข้ากับปลายท่อทั้งสองด้านอยู่ดี)
การต่อด้วยข้อต่อเกลียวนั้นมักจะไม่ใช้กัน
เว้นแต่เป็นระบบท่อที่ไม่ได้บรรจุสารเคมีอันตราย
ไม่ได้รับความดันสูงและเป็นระบบท่อขนาดเล็ก
(เช่นท่อน้ำประปา
ท่ออากาศใช้งานทั่วไป)
การเดินท่อนั้นไม่ได้เดินเป็นเส้นตรงจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
แต่จะเป็นการเดินท่อไปตามแนวเส้นทางที่กำหนดไว้
ซึ่งอาจต้องมีการเดินขึ้นที่สูง
(เช่นข้ามถนน)
หรือลงที่ต่ำ
(เช่นมุดลอดถนน)
หรืออาจจะเกิดจากความจำเป็นที่ต้องมีการเดินท่อให้เป็นวง
loop
เพื่อให้ท่อขยายตัวได้สะดวก
(สิ่งสำคัญสำหรับท่อลำเลียงสารที่มีอุณหภูมิสูง
หรือท่อที่เดินเป็นเส้นตรงเป็นระยะทางยาวและตากแดด)
รูปที่
๑ ระบบท่อของที่อยู่ริมถนนแห่งหนึ่ง
ระบบท่อดังกล่าวเดินไปตามถนนเป็นระยะทางยาว
จึงต้องมีการเดินท่อให้เป็นวง
loop
เพื่อให้ท่อขยายตัวได้สะดวกเป็นระยะ
เนื่องจากตำแหน่งของวง loop
อยู่สูงกว่าระดับแนวเดินท่อ
จึงต้องติดตั้ง vent
ไปยังตำแหน่งสูงสุดของวง
loop
(ในกรอบสี่เหลี่ยมสีเหลือง)
เมื่อทำการประกอบเสร็จสิ้นแล้ว
ขั้นตอนที่สำคัญขั้นตอนต่อไปคือการทดสอบว่าการออกแบบและงานการประกอบนั้นมีความปลอดภัย
สามารถใช้งานได้
กล่าวคือสามารถรับความดันในระหว่างการใช้งานได้
แต่ก่อนอื่นเรามาลองทำความรู้จักกับชื่อเรียก
"ความดัน
-
pressure" ต่าง
ๆ กันก่อน
Design
pressure หรือความดันออกแบบ
คือค่าความดันที่ใช้ในการออกแบบระบบ
ในที่นี้ขอสมมุติก่อนว่าให้เท่ากับ
10
bar
Normal
operating pressure หรือความดันในระหว่างการใช้งานปรกติ
คือค่าความดันในระหว่างการทำงานตามปรกติของระบบ
ค่า normal
operating pressure นี้จะอยู่ต่ำกว่า
design
pressure เช่นอาจจะอยู่ที่ประมาณ
80%
(ขึ้นอยู่กับการออกแบบ)
ดังนั้นในกรณีที่
design
pressure คือ
10
bar ค่า
normal
operating pressure ก็จะเท่ากับ
8
bar
Maximum
operating pressure
หรือค่าความดันสูงสุดที่ยอมให้ในระหว่างการทำงานตามปรกติ
ค่าความดันนี้จะสูงกว่าค่า
normal
operating pressure
(ต้องเผื่อเอาไว้เพราะจะไปคาดหวังให้ระบบเดินเรียบไม่มีการเปลี่ยนแปลงนั้นไม่ได้)
เช่นในกรณีนี้จะขอสมมุติว่าอยู่สูงกว่า
normal
operating pressure 1 bar ดังนั้นค่า
maximum
operating pressure ก็จะเป็น
9
bar
รูปที่
๒ รูปนี้แสดงการติตดั้งวาล์วสำหรับทำการ
Vent
อยู่ทางด้านบน
และวาล์วสำหรับทำการ Drain
อยู่ทางด้านล่าง
ช่วงความดันระหว่างค่า
normal
operating pressure และ
maximum
operating pressure (คือ
8-9
bar ตามตัวอย่างที่ยกมานี้)
คือช่วงความดันในการทำงาน
(operating
range) ส่วนช่วงความดันระหว่าง
maximum
operating pressure และ
design
pressure (คือ
9-10
bar) คือช่วงความดันที่เผื่อเอาไว้
(design
margin)
ความดันที่ระบบระบายความดัน
(เช่น
safety
valve หรือ
bursting
disc) จะเปิดเพื่อระบายความดันนั้นจะอยู่ต่ำกว่าค่า
design
pressure (คือต่ำกว่า
10
bar) แต่จะสูงกว่าค่า
maximum
operating pressure (คือสูงกว่า
9
bar) แต่จะมีค่าเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบแต่ละราย
การทดสอบความสามารถในการรับความดันของระบบ
(ไม่ว่าจะเป็นท่อหรือ
pressure
vessel นั้น)
จะใช้วิธีการเพิ่มความดันให้กับระบบ
ซึ่งทำโดย
(ก)
เติมของเหลวเข้าไปในระบบจนเต็ม
ซึ่งของเหลวที่ใช้กันโดยทั่วไปก็คือ
"น้ำ"
หลังจากที่ทำการเติมน้ำจนเต็มแล้วก็ทำการอัดความดันในระบบให้สูงขึ้น
วิธีการนี้เรียกว่า hydraulic
test
(ข)
อัดแก๊สเพิ่มเข้าไปในระบบเพื่อให้ความดันในระบบสูงขึ้น
ซึ่งแก๊สที่ใช้กันทั่วไปคือ
"อากาศ"
วิธีการนี้เรียกว่า
pneumatic
test
การทำ
hydraulic
test นั้นจะกระทำที่ความดัน
1.5
เท่าของ
design
pressure ดังนั้นในตัวอย่างที่ยกมานั้นถ้า
design
pressure ของระบบคือ
10
bar ความดันที่ใช้ในการทดสอบความแข็งแรงด้วยการทำ
hydraulic
test จะเท่ากับ
15
bar ถ้าระบบสามารถผ่านการทดสอบการทำ
hydraulic
test ไปได้
ก็จะถือว่าระบบมีความปลอดภัยในการรับความดันโดยไม่จำเป็นต้องทำการทดสอบด้วยวิธีการอื่นเพิ่มเติม
แต่การทำ
hydraulic
test อาจไม่สามารถใช้งานได้กับระบบบางระบบ
เช่นระบบที่ไม่ต้องการให้มีน้ำปนเปื้อนอยู่ในระบบ
หรือระบบท่อ/pressure
vessel ขนาดใหญ่ที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับแก๊ส
โครงสร้างต่าง ๆ
ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับน้ำหนักของท่อหรือ
pressure
vessel เหล่านี้อาจออกแบบมาเพียงเพื่อรองรับน้ำหนักของท่อหรือ
pressure
vessel เท่านั้น
(น้ำหนักของแก๊สในท่อถือว่าน้อยเมื่อเทียบกับน้ำหนักของท่อหรือ
pressure
vessel) ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรองรับน้ำหนักของท่อหรือ
pressure
vessel ที่มีน้ำบรรจุเต็ม
(ซึ่งจะเพิ่มสูงขึ้นอีกหลายเท่าตัวได้)
ดังนั้นการทดสอบความสามารถในการรับความดันของระบบเหล่านี้จึงต้องใช้วิธี
pneumatic
test
แต่เนื่องจากแก๊สความดันสูงจะมีพลังงานสะสมในตัวมันเองสูงมาก
ดังนั้นถ้าหากระบบไม่สามารถรับความดันได้และเกิดการแตกออก
จะทำให้เกิดการระเบิดที่ทำให้เกิดอันตรายได้
ด้วยเหตุนี้การทำ pneumatic
test จึงต้องกระทำที่ความดันที่ต่ำกว่าความดันที่ใช้ในการทำ
hydraulic
test กล่าวคือการทดสอบ
pneumatic
test จะกระทำที่ความดัน
110%
ของ
design
pressure เท่านั้น
ดังนั้นในกรณีของตัวอย่างที่ยกมาถ้า
design
pressure ของระบบคือ
10
bar ความดันที่ใช้ในการทดสอบความแข็งแรงด้วยการทำ
pneumatic
test ก็จะสูงเพียง
11
bar เท่านั้นเอง
จากการที่ความดันที่ใช้ในการทดสอบความแข็งแรงด้วยการทำ
pneumatic
test นั้นต่ำกว่าความดันที่ใช้ในการทำ
hydraulic
test อยู่มาก
ดังนั้นจึงถือกันว่าการทดสอบความแข็งแรงด้วยการทำ
pneumatic
test เพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ
ต้องมีการทดสอบอย่างอื่นร่วมด้วย
(เช่นการตรวจรอยเชื่อมด้วยวิธี
dye
penetration test หรือฉายรังสีเอ็กซ์)
จึงจะถือว่าเทียบเท่ากับการทำ
hydraulic
test เพียงอย่างเดียวได้
ในการทำ
hydraulic
test นั้นต้องเติมน้ำเข้าไปในระบบให้เต็ม
ไม่ให้มีฟองอากาศหลงเหลืออยู่
และเนื่องจากในขณะที่ทำการเติมน้ำเข้าไปในระบบท่อนั้น
จำเป็นต้องมีช่องทางให้อากาศในระบบท่อระบายออกไปได้
ช่องทางระบายอากาศดังกล่าวจะต้องอยู่
ณ ตำแหน่งสูงสุดของระบบท่อแต่ละช่วง
วิธีการปรกติที่ทำกันก็คือจะติดตั้งวาล์วสำหรับระบายอากาศที่เรียกว่า
Vent
valve ไว้ที่ตำแหน่งบนสุด
และเมื่อทำการทดสอบเสร็จสิ้นแล้วก็จะทำการระบายน้ำในระบบออกให้หมด
และเนื่องจากน้ำไหลลงที่ต่ำ
ดังนั้นวาล์วสำหรับระบายน้ำทิ้ง
(Drain
valve) จึงต้องติดตั้งไว้ที่ต่ำแหน่งต่ำสุดของระบบท่อในแต่ละช่วง
(ดูรูปที่
๓ ข้างล่าง)
รูปที่
๓ การติดตั้ง Drain
valve และ
Vent
valve ต้องติดตั้งที่ตำแหน่งจุดต่ำสุดและจุดสูงสุดของท่อในแต่ละช่วง
มีประเด็นหนึ่งที่พึงต้องคำนึงถึงในการออกแบบคือ
การทำ hydraulic
test หรือ
pneumatic
test นั้นจะกระทำกันที่อุณหภูมิห้อง
ในขณะที่ระบบที่ทดสอบนั้นมักจะทำงานที่อุณหภูมิที่แตกต่างไปจากอุณหภูมิห้อง
โดยปรกติถ้าอุณหภูมิของโลหะเพิ่มสูงขึ้น
ความแข็งแรงของโลหะจะลดลง
แต่สำหรับบ้านเรานั้นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิตลอดทั้งปีถือได้ว่าไม่มากเท่าใดนั้น
ในทางกลับกันถ้าโลหะมีอุณหภูมิต่ำเกินไป
(บ้านเราไม่น่าจะเกิดปัญหานี้จากสภาพอากาศ
แต่เกิดขึ้นได้ในเขตหนาวที่อุณหภูมิในฤดูหนาวติดลงมาก
ๆ ได้)
โลหะบางชนิดจะเปลี่ยนสภาพจากเหนียวมาเป็นเปราะได้
(เช่นพวกเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา)
