วันจันทร์ที่ 10 กันยายน พ.ศ. 2555

วาล์วตัวเล็ก bypass วาล์วตัวใหญ่ MO Memoir : Monday 10 September 2555

ในระบบท่อขนาดใหญ่นั้นก็มักจะต้องมีวาล์วเปิด-ปิดที่มีขนาดใหญ่ตามขนาดของท่อด้วย แต่ในบางกรณีเราอาจพบเห็นว่าตรงตำแหน่งวาล์วขนาดใหญ่ที่ทำหน้าที่เป็นวาล์วเปิด-ปิดนั้นจะมีการเดินท่อขนาดเล็ก bypass วาล์วตัวใหญ่ และมีการติดตั้งวาล์วตัวเล็ก (มักเป็น globe valve) ที่ท่อ bypass เส้นนี้ ดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง การเดินท่อรูปแบบนี้มักจะพบเห็นได้ในกรณีต่อไปนี้

รูปที่ ๑ การเดินท่อ bypass อ้อมวาล์วตัวใหญ่

กรณีที่ ๑ ความดันด้าน upstream สูงกว่าด้าน downstream มาก

ปัญหานี้เกิดได้ง่ายกับ gate valve ตัวใหญ่ ด้วยโครงสร้างของ gate valve นั้นตัวแผ่น gate จะเคลื่อนที่ขึ้น-ลงในทิศทางที่ตั้งฉากกับการไหล ถ้าความดันด้าน upstream สูงกว่าด้าน downstream มาก ตัวแผ่น gate จะถูกกดให้อัดแน่นกับผนังตัววาล์วอีกด้านหนึ่ง (ในรูปที่ ๒ ตัวแผ่น gate จะถูกอัดให้กดแน่นกับผนังทางด้านขวา) ทำให้เกิดแรงเสียดทานในการเคลื่อนที่ขึ้น-ลงของแผ่น gate

การติดตั้ง valve bypass ที่มีขนาดเล็กกว่าก็เพื่อใช้ปรับความดันด้าน downstream ให้สูงขึ้น (valve bypass มักเป็น globe valve ความดันกระทำต่อตัว plug ในทิศทางการเคลื่อนที่ขึ้นลง (ดูรูปที่ ๓) ปัญหาในการเปิด-ปิดที่ความดันแตกต่างกันมากจึงน้อยกว่า) เมื่อความดันด้าน downstream เพิ่มสูงขึ้นก็จะทำให้การเปิด gate valve ตัวใหญ่ทำได้ง่ายขึ้น

รูปที่ ๒ ปัญหาที่เกิดขึ้นกับ gate valve ในกรณีที่ความดันด้าน upstream สูงกว่าด้าน downstream มาก
รูปที่ ๓ ในกรณีของ globe valve นั้น ความดันจะกระทำในทิศทางการเคลื่อนที่ของตัว plug ซึ่งใช้ระบบสกรูช่วยผ่อนแรงในการเปิด-ปิด (รูป globe valve นี้ขี้เกียจวาดเองเลยไปเอารูปมาจาก engineer-and-technician.com) ทำให้การเปิดวาล์วเมื่อความดันด้านขาเข้าและขาออกของตัววาล์วต่างกันมาก ทำได้ง่ายกว่า

กรณีที่ ๒ การเปิดท่อไอน้ำ

สิ่งสำคัญที่ต้องระวังในการเปิดเริ่มเปิดใช้ท่อไอน้ำคือการเกิด "water hammer" หรือที่ภาษาไทยเรียกว่า "ค้อนน้ำ"

เมื่อไอน้ำสูญเสียความร้อนจะควบแน่นกลายเป็นของเหลว (เรียกว่า steam condensate หรือบางทีก็เรียกว่า condensate เฉย ๆ) น้ำที่เป็นของเหลวนี้ถ้าสะสมมากในระบบ จะถูกแรงดันเนื่องจากการไหลของไอน้ำผลักให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้าในรูปแบบของ "slug"

มวลน้ำที่เคลื่อนตัวในรูปแบบของ slug นี้เมื่อปะทะเข้ากับสิ่งกีดขวาง (ซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่อต้องเปลี่ยนทิศทางการไหล เช่น ผ่านข้องอ ผ่านข้อแยก ผ่านอุปกรณ์ ฯลฯ) ก็จะกระแทกเข้ากับสิ่งกีดขวางนั้นอย่างรุนแรง (ดูรูปที่ ๔) เกิดเสียงดัง ถ้าอยากรู้ว่าเสียงดังเช่นใดก็ให้ลองเอาค้อนไปฟาดท่อบริเวณนั้นแรง ๆ เสียงที่เกิดขึ้นมันเป็นเสียงเดียวกัน

รูปที่ ๔ การเกิดค้อนน้ำ (water hammer)

การควบแน่นของไอน้ำกลายเป็นน้ำที่เป็นของเหลวจะเกิดมากในขณะที่ท่อเย็นตัวอยู่ ในการเริ่มเปิดใช้ท่อไอน้ำนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องค่อย ๆ อุ่นให้ระบบท่อร้อนขึ้นอย่างช้า ๆ ทั้งนี้เพื่อลดการสะสมของน้ำที่เกิดจากการควบแน่น ถ้าเป็นระบบท่อขนาดเล็กก็สามารถใช้วิธีการค่อย ๆ เปิดวาล์วเปิด-ปิดทีละนิดที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า "Crack open" ก่อน

Crack open เป็นการเปิดวาล์วชนิดที่เรียกว่าค่อย ๆ หมุนวาล์วทีละนิดอย่างช้า ๆ พอรู้สึกว่าวาล์วเปิดแล้วก็หยุด

ในช่วงนี้อาจจะได้ยินเสียงไอน้ำวิ่งผ่านวาล์วที่เปิดเพียงเล็กน้อย และอาจมีการเกิด water hammer บ้างเล็กน้อย โดยในช่วงแรกที่ท่อเย็นนั้นอาจเกิดขึ้นถี่หน่อย พอท่อร้อนขึ้นเสียงการเกิด water hammer ก็จะหายไป ก็ค่อย ๆ เปิดวาล์วขึ้นทีละนิดพร้อมกับฟังเสียงการเกิด water hammer ไปด้วย ถ้าเกิดเสียง water hammer ก็หยุดเปิด (หรืออาจต้องหรี่ลง) พอเสียงหายไปก็เปิดเพิ่มอีก ทำอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ จนสามารถเปิดวาล์วได้สุด

แต่ถ้าเป็นวาล์วตัวใหญ่จะทำแบบนี้ก็ไม่ไหว เพราะจะคุมการเปิด (โดยเฉพาะเมื่อต้องการเปิดทีละนิด) ได้ยาก ดังนั้นวิธีการที่ดีกว่าคือการติดตั้งท่อ bypass พร้อมวาล์วควบคุมการไหล ในการเริ่มเปิดใช่ท่อไอน้ำก็ใช้การเปิดวาล์วท่อ bypass นี้แทน จนระบบท่อร้อนได้ที่จึงค่อยเปิดวาล์วตัวใหญ่

ปรากฏการณ์เช่นค้อนน้ำนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะกับท่อไอน้ำ แม้แต่ระบบท่อน้ำก็ยังสามารถเกิดได้ โดยเฉพาะเมื่อทำการ "ปิด" วาล์วอย่างรวดเร็ว หลักการนี้มีการนำไปใช้ประโยชน์ในการส่งน้ำขึ้นที่สูงด้วยระบบที่เรียกว่า "ตะบันน้ำ"

ถ้าการปิดวาล์ว (อย่างรวดเร็ว) ท่อของเหลวที่กำลังไหลอยู่สามารถทำให้ระบบท่อเกิดความเสียหายได้ การเปิดวาล์ว (อย่างรวดเร็ว) ท่อแก๊สความดันสูงก็สามารถทำให้ระบบท่อเกิดความเสียหายได้เช่นเดียวกัน เหตุการณ์วิศวกรเครื่องกลรุ่นพี่ท่านหนึ่งเคยเล่าให้ฟังสมัยที่ผมยังเป็นวิศวกรจบใหม่ทำงานเดินท่ออยู่ที่มาบตาพุด (กว่า ๒๐ ปีที่แล้ว) ถึงเหตุการณ์ที่ท่านประสบมาสมัยที่ไปคุมงานก่อสร้างโรงงานแห่งหนึ่งว่า หลังจากที่ทำการอัดความดันเข้าไปในท่อเพื่อทำการทดสอบก็ถึงเวลาที่จะระบายความดันออก ปรากฏว่าเปิดวาล์วระบายความดันเร็วเกินไป (ปัญหานี้เกิดได้ง่ายกับ ball valve) ทำให้แก๊สความดันสูงในท่อนั้นระบายออกผ่านวาล์ววิ่งไปตามระบบท่อ downstream อย่างรวดเร็ว พอไปถึงข้องอกระแสแก๊สดังกล่าวก็กระแทกเข้ากับข้องออย่างรุนแรงจนทำให้ท่อส่วนหนึ่งหลุดตกลงมาจาก pipe rack เลยต้องกลับมาซ่อมท่อกันใหม่อีก