การติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ MO Memoir : Friday 4 January 2556

เรื่องวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non-return valve) เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๓๓ วันพุธที่ ๒๙ เมษายน ๒๕๕๒ เรื่อง "วาล์วและการเลือกใช้ (ตอนที่ 2)" เอาไว้ครั้งหนึ่งแล้ว บังเอิญได้สังเกตเห็นการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับของระบบปั๊มน้ำของ cooling tower สองตัวที่เลือกใช้วาล์วต่างชนิดกัน และติดตั้งในตำแหน่งท่อที่แตกต่างกัน ดูเผิน ๆ ตอนแรกมันก็เหมือนกับว่าไม่มีอะไร แต่พอพิจารณาให้ละเอียดก็พบว่ามันมีเรื่องน่าสนใจอยู่เหมือนกัน ก็เลยขอนำมาเล่าสู่กันฟัง

    
(cooling tower ในที่นี้หอระบายความร้อนจากน้ำ ด้วยการให้น้ำร้อนตกลงสู่แอ่งข้างล่างสวนทางกับอากาศที่ไหลขึ้นข้างบน น้ำร้อนจะระเหยกลายเป็นไอไปบางส่วน โดยส่วนที่ระเหยไปนั้นจะดึงเอาความร้อนออกจากน้ำไปด้วย ทำให้น้ำร้อนเย็นตัวลงกลายเป็นน้ำเย็น และสามารถนำไประบายความร้อนได้ใหม่ (เช่นจากระบบเครื่องปรับอากาศหรือเครื่องยนต์ที่ติดตั้งอยู่กับที่)

    
วาล์วกันการไหลย้อนกลับมีหลายแบบ แต่ที่จะกล่าวถึงใน Memoir นี้คือชนิด swing check valve (รูปที่ ๑) และ lift check valve (รูปที่ ๒) โดยปรกติในการทำงานของวาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้น การเปิดทางให้ของไหลไหลผ่านวาล์วได้นั้นจะอาศัยแรงดันของของไหลในทิศทางการไหลที่ถูกต้อง ส่วนการปิดกั้นการไหลนั้นจะอาศัยแรงดันของของไหลที่ไหลกลับทิศร่วมกับ "แรงโน้มถ่วงของโลก รูปที่ ๑ และ ๒ เป็นการทบทวนการทำงานของวาล์วทั้งสองแบบเอาไว้แล้ว

รูปที่ ๑ Swing check valve รูปซ้ายเป็นการไหลจากซ้ายไปขวา (รูปจาก http://www.spiraxsarco.com) ตัว disc จะเปิดตัวขึ้นตามลูกศรสีแดง (ไปอยู่ที่ตำแหน่งเส้นสีเขียว โดยไม่ขนานไปกับทิศทางการไหล) ถ้ามีการไหลย้อนกลับจากขวามาซ้าย แรงดันจากการไหล (ลูกศรสีน้ำเงิน) ก็จะดันให้ตัว disc ตกกลับมาอยู่ที่ตำแหน่งปิด วาล์วชนิดนี้ติดตั้งในแนวดิ่งได้ แต่ต้องเป็นการไหลจากล่างขึ้นบน (รูปขวา) การติตตั้งเข้ากับท่อในแนวราบก็ห้ามติดตั้งกลับหัวหรือวางเอียง เพราะจำเป็นต้องใช้แรงดึงดูดของโลกในการทำให้ตัว disc ปิดเวลาที่มีการไหลย้อนกลับ และที่บอกว่าตัว disc ต้องไม่เปิดจนขนานไปกับทิศทางการไหลก็เพราะถ้าตัว disc เปิดจนขนานกับทิศทางการไหลและนำไปติดตั้งในแนวดิ่ง เมื่อเกิดการไหลย้อนกลับจะไม่มีแรงดันให้ตัว disc ปิดตัวลงมา

รูปที่ ๒ Lift check valve (รูปจาก http://www.flosteer.com/checkvalves.htm) วาล์วตัวซ้ายเป็นชนิดไม่มีสปริงช่วยกด plug แรงต้านการเปิดจะต่ำ (ตามน้ำหนักของตัว plug) แต่ใช้ได้สำหรับการติดตั้งเข้ากับท่อในแนวราบเท่านั้น ห้ามกลับหัวหรือวางเอียงด้วย ตามรูปเมื่อมีของไหลไหลจากซ้ายไปขวา ของไหลนั้นจะดันตัว plug (หรือ disc) ให้ยกตัวขึ้น (ตามลูกศรสีแดง) และเปิดช่องให้ของไหลไหลผ่านไปได้ แต่ถ้าเป็นการไหลกลับทางจากขวามาซ้าย ตัว plug จะถูกของไหลร่วมกับแรงโน้มถ่วงของโลกกดให้ตัว plub ตกลงมาปิดรูการไหล ส่วนตัวขวาเป็นชนิดที่มีสปริงช่วยกด plug (ตามแรงสปริง) (รูปจากhttp://www.dalsonsvalves.com/lcv.htm) รูปแบบหลังนี้จะมีแรงต้านทานการเปิดที่สูงกว่าแบบแรก บางคนก็บอกว่าแบบที่มีสปริงช่วยนี้สามารถติดตั้งในท่อแนวดิ่งได้ แต่ตัวผมเองไม่มั่นใจว่าจะไว้วางใจได้สักเท่าใด

ที่นี้ลองมาดูตัวอย่างการติดตั้งที่ได้ไปถ่ายรูปมา รูปที่ ๓ เป็นการติดตั้ง swing check valve ทางท่อด้านขาออกของปั๊มในส่วนที่น้ำไหลจากล่างขึ้นบน จุดสังเกตที่ทำให้รู้ว่าวาล์วตัวนั้นเป็นชนิด swing check valve คือมันมีหัวนอตตัวเล็ก ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นส่วนของแกนบานพับปรากฏให้เห็นข้างตัววาล์ว ระบบวาล์วตัวนี้ไม่มีปัญหาอะไร

ที่ทำให้ผมแปลกใจคือระบบ piping ของ cooling tower อีกตัวหนึ่ง พบว่ามีการติดตั้ง lift check valve อยู่ด้วยกันสามตัว ตัวแรกเป็นวาล์วด้านขาออกจาก cooling tower โดยปั๊มสูบน้ำเย็นที่อยู่ในอ่างที่อยู่ด้านล่างเพื่อส่งออกไปใช้เป็นน้ำระบายความร้อน (รูปที่ ๔ ด้านซ้ายบนและซ้ายล่าง) โดยในกรณีนี้เป็นการไหลจากล่างขึ้นบน (ตามลูกศรสีแดง) ซึ่งผมเองก็ไม่เข้าใจว่าทำไปถึงเลือกติดตั้งวาล์วชนิด lift check valve ในแนวดิ่ง ในกรณีนี้คิดว่าการใช้ swing check valve น่าจะดีกว่า

อีกสองตัว (รูปที่ ๔ ด้านขวาบนและขวาล่าง) เป็นตัวที่ทำให้ผมประหลาดใจ ตอนแรกคิดว่าเป็นการไหลจากล่างขึ้นบนเหมือนกับวาล์วตัวแรก แต่พอไล่ระบบท่อพบว่าเป็นการไหลจากบนลงล่าง โดยการไหลเมื่อผ่าน check valve ทั้งสองตัวแล้วจะรวมเป็นท่อเดียวกัน และไหลตรงลงสู่อ่างรับน้ำที่อยู่ด้านล่างของ cooling tower

ประเด็นคำถามของผมสำหรับวาล์วตัวนี้มีสองประเด็นคือ

(ก) การติดตั้ง lift check valve ในรูปแบบนี้ lift check valve จะทำงานป้องกันการไหลย้อนกลับได้หรือไม่ ซึ่งสำหรับคำถามข้อนี้เองผมเองก็คิดว่าไม่น่าจะไว้ใจได้ (ส่วน swing check valve ไม่ต้องพูดถึง มันทำงานแบบการไหลจากบนลงล่างไม่ได้) และ

(ข) จำเป็นต้องมีการติดตั้ง check valve ในระบบท่อส่วนนี้หรือไม่

คำถามข้อ (ข) อาจทำให้หลายคงงง ก็ในเมื่อน้ำไหลจากที่สูง (มาตามท่อสีส้มในรูปที่ ๔ ขวาล่างที่มีลูกศรสีแดงกำกับ) ตรงลงมายังถังรับน้ำที่อยู่ต่ำกว่า แล้วน้ำจะไหลย้อนกลับขึ้นไปยังที่สูงกว่าได้อย่างไร

รูปที่ ๓ ตัวอย่างการติดตั้ง swing check valve เข้ากับท่อด้านขาออกปั๊มซึ่งเป็นท่อในแนวดิ่ง ในกรณีนี้เป็นการไหลจากล่างขึ้นบน ที่วงแดงเอาไว้คือหัวนอตที่เป็นส่วนหนึ่งของแกนหมุนของ disc ทำให้บอกให้รู้ว่าเป็นชนิด swing check valve

คำตอบคือ เป็นไปได้ "โดยมีข้อแม้ว่า" ท่อที่อยู่อีกฟากหนึ่งของกำแพงนั้นมีส่วนที่มีระดับต่ำกว่าระดับน้ำในถังรับน้ำของ cooling tower และท่อส่วนดังกล่าวมีจุดให้น้ำรั่วไหลได้ (ดูรูปที่ ๕ ประกอบ) ซึ่งถ้าเกิดเหตุการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นก็จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ "กาลักน้ำ - siphon" ที่สามารถทำให้น้ำในถังรับน้ำของ cooling tower ไหลย้อนขึ้นที่สูงก่อนที่จะรั่วออก ณ ตำแหน่งที่อยู่ที่ระดับต่ำกว่าระดับผิวน้ำในถังรับน้ำได้

ถ้าไม่ต้องการให้เกิดปรากฏการณ์นี้ก็คงต้องทำการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ ตามรูปที่ ๕ นั้นบริเวณที่เหมาะสมได้แก่ตำแหน่งที่ 1 และตำแหน่งที่ 3 ที่สามารถติดตั้งได้ทั้งชนิด swing check valve และ lift check valve หรือตำแหน่งที่ 2 ที่ควรเป็นชนิด swing check valve หรือไม่ก็พวก ball check valve (ลองไปค้นรูปดูเอาเองก็แล้วกัน) ที่ติดตั้งได้ทั้งในแนวราบและในแนวดิ่งที่เป็นการไหลจากล่างขึ้นบน

รูปที่ ๔ วาล์วกันการไหลย้อนกลับชนิด lift check valve (แบบที่แสดงในรูปที่ ๒ แต่จะมีสปริงช่วยดันหรือเปล่าผมก็ไม่รู้) พึงสังเกตว่ารอบตัววาล์วนั้นจะไม่มีหัวนอตที่เป็นส่วนของแกนบานพับเหมือนชนิด swing check valve ที่แสดงในรูปที่ ๓ ให้เห็น ส่วนในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดงคือลูกศรบอกทิศทางการไหล ของปั๊มหอยโข่งในรูปซ้ายจะเป็นการไหลจากล่างขึ้นบน ส่วนของท่อในรูปขวาเป็นการไหลจากบนลงล่าง

ในระบบที่เป็นการไหลของน้ำด้วยแรงโน้มถ่วง (gravity flow) เช่นที่ใช้กันในระบบ water seal นั้นใช้วิธีการที่แตกต่างกันออกไปโดยไม่ต้องพึ่งการใช้วาล์วกันการไหลย้อนกลับ เรื่องนี้จะขอยกไปเป็นเรื่องต่างหาก คอยติดตามได้ในตอนหน้า (ซึ่งไม่รู้เหมือนกันว่าจะเป็นเมื่อไร)

รูปที่ ๕ ในกรณีนี้ drain valve อยู่ที่ระดับต่ำกว่าระดับผิวบนสุดของน้ำในถังรับน้ำ ดังนั้นถ้า drain valve เปิดออกจะทำให้น้ำระบายออกทางวาล์วตัวนี้ และน้ำในถังรับน้ำจะไหลย้อนขึ้นสูงก่อนที่จะไหลออกทาง drain valve ได้เนื่องจากเกิดปรากฏการณ์ "กาลักน้ำ - siphon"