Breather valve กับ Flame arrester MO Memoir : Wednesday 31 December 2557

เรื่องการควบคุมความดันภายในถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศด้วยการใช้ Vent, Breather valve และ Flame arrester นั้นเคยเล่าเอาไว้ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันเสาร์ที่ ๑๔ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ(Atmospherictank)" ครั้งนึงแล้ว ครั้งนี้เป็นการเอาตัวอย่างของจริงมาให้ชมกัน
  

 

รูปที่ ๑ ถังเก็บของเหลวไวไฟ (จุดเดือด 78-80ºC) ที่ความดันบรรยากาศใบนี้มีการติดตั้ง Breather valve และ Flame arrester (บางทีก็จะกด Flame arrestor) เพื่อควบคุมความดันในถัง และมี pressure gauge วัดความดันภายในถัง
  

Breather valve หรือวาล์วหายใจ จะเปิดให้แก๊สที่อยู่ในถังเก็บระบายออกสู่ภายนอก เมื่อความดันในถังเก็บสูงกว่าความดันบรรยากาศถึงระดับหนึ่ง (ปรกติก็ไม่มากเท่าใด บางทีก็แค่ระดับที่ต้องใช้หน่วยวัดความดันเป็น "นิ้วน้ำ" คือเทียบเท่ากับความดันของน้ำที่สูง xx นิ้ว) และจะเปิดให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปภายในถังได้ถ้าหากความดันในถังลดต่ำกว่าความดันบรรยากาศถึงระดับหนึ่ง ตรงนี้เป็นจุดที่แตกต่างจากท่อ vent เพราะท่อ vent นั้นไม่มีวาล์วปิดกั้น ดังนั้นเมื่อความดันในถังเกิดการเปลี่ยนแปลง (ไม่ว่าจะเป็นผลของการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศหรือการเปลี่ยนแปลงระดับของเหลวในถัง) อากาศเหนือผิวของเหลวในถังก็จะสามารถไหลเข้าออกได้ทันที
  

ด้วยเหตุนี้ในการเก็บของเหลวที่มีความดันไอค่อนข้างสูง (เช่นเอทานอล) การติดตั้ง Breather valve จึงช่วยลดการสูญเสียเอทานอลจากการระเหย แต่สำหรับของเหลวที่มีความดันไอต่ำหรือเป็นของเหลวที่ติดไฟได้แต่มีอุณหภูมิจุดวาบไฟ (flash point) สูงกว่าอุณหภูมิห้องค่อนข้างมาก (เช่นน้ำมันดีเซลที่มีจุดวาบไฟสูงกว่า 60ºC) จึงสามารถใช้ท่อ vent ในการควบคุมความดันในถังเก็บได้
  

การใช้ Breather valve ควบคุมความดันในถังเก็บของเหลวที่เป็นเฃื้อเพลิงที่มีความดันไอค่อนข้างสูง ทำให้บรรยากาศเหนือผิวของเหลวในถังเก็บนั้นมีโอกาสที่จะมีอากาศผสมอยู่ ถ้าหากว่าความดันไอของของเหลวในถังที่อุณหภูมิห้องนั้นสูงมากพอ โอกาสที่ความดันในถังจะลดลงจนอากาศจากภายนอกไหลเข้าไปในถังได้นั้นคงยากที่จะเกิด (แต่อาจเกิดได้ในช่วงที่อุณหภูมิเปลี่ยนกระทันหัน เช่นจากตากแดดร้อนมาเจอฝนตกหนัก) แต่ถึงกระนั้นก็ตามก็ยังต้องมีการป้องกันไม่ให้ไอระเหยเหนือผิวของเหลวในถังเกิดการระเบิด ซึ่งอาจเกิดได้ถ้า (ก) ความเข้มข้นของอากาศและไอสารเคมีในถังนั้นอยู่ในสัดส่วนที่พอเหมาะ และ (ข) มีการจุดระเบิดจากภายนอกที่ทำให้เกิดเปลวไฟวิ่งย้อนเข้าทางช่องทางระบายไอระเหยออกของ Breather valve ด้วยเหตุนี้ในกรณีนี้จึงจำเป็นต้องมีการติดตั้ง Flame arrester ควบคู่ไปด้วย โดยจะติดไว้ระหว่างตัวถังเก็บของเหลวกับ Breather valve ดังแสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง

  

รูปที่ ๒ รูปนี้ซูมถ่ายตัว Breather valve และ Flame arrester สองตัวนี้วางติดตั้งซ้อนกันอยู่ โดยมี Flame arrester อยู่ทางด้านล่าง (ต่อเข้ากับตัวถังเก็บของเหลว) และมี Breather valve วางซ้อนไปบน Flame arrester อีกที
  

Breather valve นั้นมีชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่โดยอาศัยความแตกต่างของความดันในทำนองเดียวกันกับวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non return valve ที่บางทีเขาย่อว่า NRV) ดังนั้นจึงควรต้องมีการตรวจสอบการทำงานของ Breather valve เป็นระยะ ส่วนโครงสร้างภายในของ Flame arrester นั้นเป็นเพียงแค่ช่องทางการเล็ก ๆ สำหรับให้แก๊สไหลผ่าน ดังนั้นจึงมีโอกาสที่จะเกิดการอุดตันได้ จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเป็นระยะเช่นเดียวกัน ในกรณีของหน่วยงานที่ไปเยี่ยมชมมานั้น มีการติดตั้ง pressure gauge วัดความดันในถังให้ด้วย ซึ่งควรมีการบันทึกช่วงความดันที่มีการเปลี่ยนแปลงในขณะที่ทั้ง Breather valve และ Flame arrester อยู่ในสภาพสมบูรณ์ เพราะสามารถใช้เป็นจุดสังเกตว่าตัว Breather valve และ Flame arrester นั้นมีปัญหาหรือไม่ถ้าหากความดันภายในถังอยู่นอกช่วงดังกล่าว

รูปที่ ๓ รูปนี้ซูมถ่าย Breather valve จากทางด้านล่างขึ้นไป ช่องทางให้อากาศไหลเข้าจะอยู่ทางด้านล่างขวา ส่วนช่องทางให้แก๊สในถังระบายออกจะอยู่ทางด้านบน

Memoir ฉบับนี้เป็นฉบับส่งท้ายปีเก่า ก็ขออวยพรให้ผู้อ่านทุกท่านมีสุขภาพที่แข็งแรงและมีแต่ความสุขตลอดไป

ข้อพึงคำนึงในการติดตั้ง control valve MO Memoir : Saturday 27 December 2557

เมื่อวานว่าด้วย ball valve มาวันนี้ขอต่อด้วยวาล์วอีกตัวคือวาล์วควบคุมการไหลที่เราเรียกกันว่า control valve
  

อันที่จริงรูปชุดนี้ถ่ายเอาไว้เมื่อ ๓ เดือนที่แล้ว ตอนแรกคิดว่าจะให้ดูแต่รูปก่อนเพื่อให้หาว่าเห็นอะไรผิดปรกติไหม แต่มาคิดดูอีกทีเนื่องจากจุดประสงค์ของการเขียน blog นี้ก็คือการเผยแพร่ความรู้ให้กับคนที่อยู่ระหว่างการเรียนรู้ ก็เลยคิดว่าถ้าให้หาว่ามีอะไรผิดปรกติก็คงจะหากันไม่เจอ เพราะไม่รู้ว่าที่ถูกต้องมันต้องเป็นอย่างไร ดังนั้นก็เลยขอเฉลยเลยก็แล้วกัน
  

ตามปรกติที่เห็นนั้นการติดตั้งวาล์วควบคุมการไหลนั้นจะมี block valve อยู่ทางด้านหน้า (ด้าน upstream หรือด้านของไหลไหลเข้า) และด้านหลัง (ด้าน downstream หรือด้านของไหลไหลออก) ระหว่าง block valve สองตัวนี้จะมีตัว control valve และท่อระบาย (ที่เรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า drain ที่มี drain valve ติดตั้งอยู่) ท่อระบายนี้มีไว้เพื่อการระบายของเหลวหรือแก๊สออกจาก control valve เมื่อจำเป็นต้องมีการถอด control valve ออกเพื่อนำไปซ่อมบำรุง และจะมีท่อแยกที่เป็นท่อ bypass โดยจะแยกออกจากแนวท่อหลักก่อนถึง block valve ทางด้านหน้าและมาบรรจบกับท่อหลักใหม่หลังจาก block valve ทางด้านหลัง (ดูรูปที่ ๑) โดยท่อด้าน bypass นี้จะมี manual valve ติดตั้งอยู่ ๑ ตัวและมักจะเป็นวาล์วที่ปิดได้สนิทและใช้ปรับอัตราการไหลได้

 

รูปที่ ๑ วาล์วควบคุมการไหล (control valve) ตามรูปนี้ของเหลวไหลจากซ้ายไปขวา การควบคุมตำแหน่งระดับการเปิด-ปิดของวาล์วใช้ instrument airที่จ่ายมาทางท่อ Instrument air ที่เห็นเป็นท่อสแตนเลสในรูป (instrument air คืออากาศอัดความดัน (compressed air) ที่ผ่านการกรองสิ่งสกปรกและลดความชื้นแล้ว) ตัวแบน ๆ สีน้ำเงินที่อยู่เหนือวาล์วในรูปคือที่ติดตั้งแผ่นไดอะแฟรมที่จะใช้แรงดันอากาศดันสู้กับแรงของสปริง ในการควบคุมตำแหน่งระดับการเปิด-ปิดของวาล์ว
  

วันที่ผมไปเยี่ยมชมในวันนั้นผมไม่ได้ถือแบบ P&ID (Piping and instrumental diagram) ติดมือไปด้วย ทำเพียงแค่เดินมองผ่าน ๆ เท่านั้น แต่ก็สังเกตเห็นอะไรที่ไม่น่าจะถูกต้องที่มันสะดุดตาอยู่หลายอย่าง และก็ได้ให้คำแนะนำเขาไปแล้ว มาวันนี้ก็เลยขอนำมาเล่าให้ฟัง เพราะตัวหนึ่งที่เห็นว่ามีปัญหาเยอะหลายจุดเลยคือการติดตั้ง control valve
  

หน่วยผลิตหน่วยนี้ทำการก่อสร้างและทดสอบกันในต่างประเทศก่อนว่าทำงานได้จริง จากนั้นจึงค่อยถอดออกเป็นชิ้น ๆ (ทั้งระบบท่อ อุปกรณ์ วาล์ว และโครงสร้างโลหะที่ใช้สำหรับติดตั้ง) ส่งมาทางเรือเพื่อนำมาประกอบใหม่ในประเทศไทย ปัญหามันเกิดขึ้นตอนที่ประกอบกลับนี่แหละครับ เพราะดูเหมือนว่าช่างประกอบเขารีบทำเวลา (ช่างมาจากประเทศผู้ผลิต) รีบ ๆ ต่อชิ้นส่วนต่าง ๆ เข้าด้วยกันให้มันครบหมดทุกชิ้นเพื่อที่เขาจะได้กลับบ้านเร็ว ๆ โดยไม่คำนึงว่าต่อถูกหรือต่อผิด ผลก็เลยออกมาเป็นอย่างที่ผมไปเจอ อย่างเช่นในกรณีนี้คือผมไปสะดุดตาตรงที่เห็นมี "strainer (ตัวกรอง)" ติดตั้งอยู่แทนที่จะเป็นจุด "drain (ท่อระบาย)"
  

strainer มันมีหลายแบบ ที่เห็นในรูปที่ ๑ และ ๒ เป็นชนิดที่มีชื่อว่า "Y-type strainer" แต่ไม่ว่าจะเป็นแบบไหนมันมีการกำหนดทิศทางการไหลว่าต้องไหลเข้าด้านไหนและไหลออกด้านไหน Y-type strainer นี่มันดีอยู่อย่างคือรูปร่างลำตัวมันฟ้องชัดเจนว่าด้านไหนควรเป็นด้านไหลเข้าและด้านไหนควรเป็นด้านไหลออก โดยไม่ต้องไปมองหาทิศทางหัวลูกศรที่อยู่บนลำตัว ส่วนตัว control valve นั้นบางแบบก็พอจะดูได้จากรูปร่างภายนอก แต่แบบที่นำมาแสดงนี้มันดูจากรูปร่างภายนอกไม่ออก ต้องไปดูว่าหัวลูกศรแสดงทิศทางการไหล (ที่อยู่บนลำตัววาล์วนั้น) ชี้ไปทางทิศไหน แล้วก็ติดตั้งวาล์วให้ทิศทางการไหลผ่านวาล์วเป็นไปตามทิศทางที่หัวลูกศรชี้
  

วันที่ผมไปเห็นนั้น เนื่องจากไม่มีแบบ P&ID ติดมือไปด้วย ผมจึงบอกได้แต่เพียงว่าการติดตั้ง control valve ชุดนี้มีทิศทางการไหลผ่าน control valve และ strainer ที่ขัดแย้งกัน ตามรูปที่ ๒ นั้นถ้าดูจากตัว strainer มันบอกว่าไหลจากขวาไปซ้าย แต่ลูกศรที่ตัว control valve มันบอกว่าไหลจากซ้ายไปขวา
  

รูปที่ ๒ ลูกศรกำหนดทิศทางการไหลของวาล์ว (กรอบเล็ก) และทิศทางการไหลของ strainer (กรอบใหญ่)
  

จากการตรวจสอบทิศทางการไหลจาก P&ID พบว่า control valve ติดตั้งผิดทิศ ทิศทางการไหลที่ถูกต้องคือจากขวาไปซ้ายในรูปที่ ๒ จึงต้องทำการแก้ไขด้วยการถอด control valve ออกมากลับด้านแล้วใส่ใหม่
  

แต่ control valve มันไม่เหมือน ball valve ที่เล่าไปเมื่อวาน กล่าวคือ control valve จะมีท่อ instrument air ที่เป็นท่อสแตนเลส (เป็น tube ด้วยนะ ไม่ใช่ pipe) ต่อเข้ากับ pressure regulator (เป็นตัวปรับความดันอากาศซึ่งต่ออยู่กับ positioner หรือตัวกำหนดตำแหน่งระดับการเปิด-ปิดของวาล์ว ดูรูปที่ ๓ ข้างล่างประกอบ) ดังนั้นเมื่อทำการกลับด้าน control valve ตำแหน่งเชื่อมต่อท่ออากาศเข้า pressure regulator ก็เลยเปลี่ยนไปด้วย งานนี้ก็เลยต้องมีการเปลี่ยนท่อ instrument air ใหม่ด้วย
  

นอกจากนี้การท่อ instrument air เข้ากับ pressure regulator ก็ทำไว้ไม่ถูกต้อง คือในเมื่อตัวท่อเป็นสแตนเลส ตัว fitting ต่าง ๆ (โดยเฉพาะตัวตาไก่หรือ furrule) ก็ควรต้องเป็นชนิดสแตนเลสด้วย (หรือไม่ก็ต้องทำจากวัสดุที่แข็งกว่าตัวท่อ) ไม่เช่นนั้นตาไก่จะจิกลงไปในผิวท่อไม่ได้ (ซึ่งจำเป็นมากสำหรับการป้องกันการรั่วซึมสำหรับข้อต่อ tube) แต่ที่อยู่ในวงสีเขียวในรูปที่ ๓ จะเห็นว่าเขากลับใช้ข้อต่อทองเหลือง (ที่อ่อนกว่าเหล็กสแตนเลส) ในการต่อ ข้อต่อสแตนเลสใช้กับท่อทองแดงได้ มันไม่มีปัญหาเรื่องการรั่วซึมเพราะตาไก่สแตนเลสมันจิกท่อทองแดงเข้า เพียงแต่มันแพงเกินกว่าเหตุ แต่จะใช้ข้อต่อทองเหลืองกับท่อสแตนเลสไม่ได้ เพราะตาไก่ทองเหลืองมันอ่อนกว่าเหล็กสแตนเลส มันจิกเนื้อเหล็กไม่เข้า ทำให้มีปัญหาเรื่องการรั่วซึมตามมาภายหลังได้
  

สำหรับคนที่อ่าน Memoir ฉบับนี้แล้วยังไม่เข้าใจในบางเรื่อง ขอแนะนำให้ไปอ่าน Memoir ๓ ฉบับข้างล่างนี้เพิ่มเติม สำหรับวันนี้ก็คงต้องขอจบแค่นี้ก่อน
  

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๕๒ วันเสาร์ที่ ๒๙ สิงหาคม ๒๕๕๒ เรื่อง “ให้ตัวเลขออกมาสวยก็พอ”

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๖๗ วันพฤหัสบดีที่ ๒๗ พฤษภาคม ๒๕๕๓ เรื่อง “การปิดcontrolvalve”

ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๖๒๕ วันพุธที่ ๒๙ พฤษภาคม ๒๕๕๖ เรื่อง “ท่อ -Pipe - Tube”

รูปที่ ๓ instrument air ที่จ่ายเข้ามานั้นจะเข้าสู่ pressure regulator เพื่อทำการปรับความดันให้เหมาะสมกับการทำงานของวาล์ว จากนั้นจึงเข้าสู่ตัว positioner ที่รับสัญญาณควบคุมว่าจะปล่อยให้อากาศเข้าไปดันแผ่นไดอะแฟรมมากน้อยเท่าใด

ข้อพึงคำนึงในการติดตั้ง ball valve MO Memoir : Friday 26 December 2557

gate valve และ globe valve นั้นใช้ hand wheel ในการปิด-เปิดวาล์ว เวลาซื้อวาล์วพวกนี้มาตัว hand wheel เองก็ติดมากับตัววาล์ว เวลาที่นำวาล์วพวกนี้ไปติดตั้ง ถ้ามันมีพื้นที่พอที่จะติดตั้งวาล์วได้ มันก็มักจะมีพื้นที่พอสำหรับการทำงานของวาล์วเสมอ (ส่วนจะมีพื้นที่พอสำหรับการใช้ wheel key ช่วยในการหมุน hand wheel หรือเปล่านั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง) สำหรับวาล์วที่เป็นชนิด rising stem ที่ตัว stem จะเคลื่อนที่ขึ้นเวลาที่ทำการเปิดวาล์ว (stem คือตัวแกนที่ยึด gate (หรือ disc ในกรณีของ gate vavel) หรือ plug (ในกรณีของ globe valve แต่ถ้ารูปทรงของ plug ออกไปทางแนวแบน ๆ ก็อาจเรียกว่า disc) เข้ากับตัว hand wheel ของวาล์ว) ก็จำเป็นต้องมีที่ว่างทางด้านบนของ hand wheel สำหรับการเคลื่อนที่ขึ้นของตัว stem

รูปที่ ๑ วาล์วควบคุม (control valve) ตัวนี้ใช้ ball valve เป็น block valve ทั้งสามตัว ตัวที่อยู่ทางด้านขาเข้าและด้าน bypass นั้นไม่มีปัญหาอะไร ตัวที่มีปัญหาคือตัวที่อยู่ทางด้านขาออกที่ตอนประกอบนั้นช่างประกอบไม่ได้สังเกตทิศทางการหมุนของก้านวาล์ว พอติดตั้งเข้าไปแล้วพอจะหมุนเปิดวาล์วปรากฏว่าก้านวาล์วมาชนกับตัววาล์วควบคุม ทำให้ไม่สามารถเปิด ball valve ตัวดังกล่าวได้สุด (ลูกศร 1) ทีมทดสอบมาพบปัญหาดังกล่าวเมื่อมาทดสอบการเดินเครื่องก็เลยต้องทำการแก้ไข พอถอด bolt ยึดหน้าแปลนออก ด้วยน้ำหนักของวาล์วควบคุมก็เลยทำให้ท่อด้านวาล์วควบคุมเคลื่อนต่ำลงเล็กน้อย (ลูกศร 2) นอกจากนี้วาล์วควบคุมตัวนี้ยังมีการติดตั้งที่แตกต่างไปจาก Piping and Instrumental diagram (P&ID) คือติดตัวกรอง (strainer - ลูกศร 3) แทนที่จะติดตั้ง drain valve ตามแบบ P&ID

  
ball valve นั้นถ้าเป็นวาล์วตัวเล็กก็มักจะมีก้านวาล์ว (handle คือที่สำหรับให้มือจับเพื่อทำการหมุนเปิด-ปิดวาล์ว) ติดตั้งมากับตัววาล์ว แต่ถ้าเป็นวาล์วตัวใหญ่ก็จะแยกชิ้นส่วนมา เวลาจะใช้งานก็ค่อยสวมลงไป เหตุผลที่ต้องแยกชิ้นมาก็เพราะความยาวของก้านวาล์วนั้นมันจะยาวกว่าความยาวของตัววาล์ว และถ้ายิ่งวาล์วมีขนาดใหญ่มากขึ้นขึ้น ความยาวของก้านวาล์วก็จะยาวมากขึ้นไปด้วย (สำหรับวาล์วขนาด 6 นิ้วตัวก้านวาล์วก็ยาวร่วม 1 เมตรแล้ว) ดังนั้นในการติดตั้ง ball valve นั้นจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงพื้นที่ว่างรอบ ๆ ตัววาล์วด้วยเพื่อใช้ในการหมุนเปิด-ปิดวาล์ว
  

จากการไปตรวจเยี่ยมหน่วยกลั่นแอลกอฮอล์ที่เตรียมการทดสอบการเดินเครื่องมาเมื่อวาน ก็ได้ไปเป็นปัญหาหนึ่งที่เกิดขึ้นที่พบโดยทีมที่มาทำการทดสอบการเดินเครื่อง หน่วยกลั่นนี้เป็นหน่วยกลั่นขนาดเล็ก สร้างสำเร็จจากต่างประเทศ ทำการสอบเสร็จก็ถอดแยกชิ้นส่งมาประกอบใหม่ที่เมืองไทย ทีมประกอบกับทีมเดินเครื่องเข้าใจว่าเป็นคนละชุดกัน (มาจากประเทศผู้ออกแบบทั้งคู่) ตอนมาประกอบคนประกอบก็รีบ ๆ ทำให้เสร็จจะได้กลับบ้าน พอทีมเดินเครื่องมาตรวจความเรียบร้อยก็พบว่าระบบมีความบกพร่องหลายตำแหน่ง (อันที่จริงทางผู้ควบคุมงานก่อสร้างก็ได้รับแจ้งไปก่อนหน้าแล้ว แต่ดูเหมือนไม่ค่อยใส่ใจ) เลยต้องมาแก้ปัญหากันหน้างาน ที่ยกมาให้ดูนี้เป็นเพียงแค่ปัญหาหนึ่งที่พบเท่านั้น
  

ความเสียหายที่เกิดจากการประกอบผิดนี้ไม่ได้มีเพียงแค่เวลาที่ต้องเสียไป แต่ยังรวมไปถึง "ปะเก็น - gasket" ที่มักจะต้องเปลี่ยนเวลาที่ต้องถอดหน้าแปลนออกแล้วประกอบใหม่ ถ้าเป็นประเก็นที่ทำจากวัสดุที่มีความยืดหยุ่นและยังไม่เสียรูปร่างก็อาจนำมาใช้ใหม่ได้ แต่ถ้าเป็นชนิด spiral wound ที่เปลี่ยนรูปร่างถาวรหลังการอัดตัวก็ต้องเปลี่ยนใหม่เลย เรียกว่าใช้ได้เพียงครั้งเดียวก็ต้องทิ้ง ดังนั้นการประเมินความคืบหน้าในงานประกอบจึงไม่ควรพิจารณาแค่จำนวนชิ้นงานที่ถูกประกอบเข้าด้วยกัน แต่ควรครอบคลุมไปถึงความถูกต้องของงานประกอบด้วย

รูปที่ ๒ พอจะประกอบวาล์วกลับ ก็เลยต้องยกวาล์วควบคุมให้สูงขึ้นเพื่อที่จะร้อย bolt เข้ากับ ball valve ได้ ในกรณีนี้ทีมทดสอบใช้ประแจเป็นคานงัดให้ตัววาล์วควบคุมยกสูงขึ้นจนได้ระดับ ถ้ามีชะแลงอันยาว ๆ สักหน่อยก็คงจะผ่อนแรงได้มากขึ้นไปอีก และอันที่จริงในหลายงานชะแลงก็จำเป็นสำหรับการซ่อมบำรุง เพราะอาจต้องใช้ในการง้างหน้าแปลนหรืองัดเพื่อปรับระดับตัวท่อหรืออุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่บนตัวท่อดังเช่นในรูป

MO Workshop ครั้งที่ ๒ ตอนฉีด GC MO Memoir : Wednesday 24 December 2557

"ตามมุมมองของผมนั้น การเรียนการสอนภาคปฏิบัติเริ่มต้นจาก การทำให้ดูเป็นตัวอย่าง จากนั้นจึงให้ลงมือปฏิบัติภายใต้การกำกับดูแล และถ้าเห็นว่ามีฝีมือแล้วจึงค่อยปล่อยให้ลงมือทำงานเองได้โดยไม่ต้องมีใครคอยควบคุม
  

ถ้าจะให้เปรียบเทียบผมว่านักวิจัยก็เหมือนกับหมอผ่าตัด หมอผ่าตัดหลังจากวางมีดเลิกเข้าห้องผ่าตัดเมื่อไร แม้ว่าหลังจากวางมีดแล้วต่อให้เขามี paper ตีพิมพ์จำนวนมากติดต่อกันหลายปี คุณจะยังไว้ใจให้เขาผ่าตัดคุณหรือไม่ คุณจะยังคิดว่าเขายังคงเป็นหมอผ่าตัดที่เชี่ยวชาญอีกหรือไม่
  

การมาลงมือปฏิบัติด้วยตนเองมันทำให้ทราบถึงปัญหาที่แท้จริง ทราบถึงข้อจำกัดที่มีของการทำงาน ถ้ามีเวลาก็จะโอกาสมาลงมือทำบ้างเหมือนกัน จะได้ไม่ลืมว่ามันต้องทำอย่างไร จะได้เอาไว้สอนคนอื่นต่อได้
  

"นักวิจัย" ก็เช่นกัน เมื่อใดก็ตามที่เขาไม่ได้ลงมาสัมผัสกับงานภาคปฏิบัติ ทำเพียงแค่นั่งรับฟังงานที่คนอื่นทำไว้แล้วนั่งวิพากย์วิจารณ์เพื่อเขียนเป็นบทความที่มีชื่อตนเองปรากฏอยู่ ผมเห็นว่าคน ๆ นั้นหมดสภาพเป็นนักวิจัยแล้ว เป็นเพียงได้แค่ "นักวิจารณ์" เท่านั้นเอง"

นั่นเป็นคำตอบที่ผมเคยตอบคำถามให้กับผู้ที่ถามผม ตอนที่เขาเห็นผมลงมาทำแลปว่า ทำไมจึงมาลงมือทำแลปด้วยตนเอง หรือตอนที่เขาเห็นผมลงมากำกับการทำการทดลองของนิสิตด้วยตนเอง
    

  

ความสำคัญของการได้ลงมือทำด้วยตนเองนั้น ก็ได้มีผู้เปรียบเปรยเอาไว้ตามคำกล่าวว่า "สิบปากว่าไม่เท่าตาเห็น สิบตาเห็นไม่เท่ามือคลำ สิบมือคลำไม่เท่าทำเอง" ถ้าว่ากันตามคำกล่าวนี้ คนที่นั่งฟังคนอื่นสิบคนพูด ก็รู้สู้การได้ไปเห็นเพียงครั้งเดียวไม่ได้ และการได้เฝ้าดูสิบครั้ง ก็ยังไม่เท่ากับการได้ลงมือปฏิบัติเพียงครั้งเดียว ถ้าจะเทียบกันตามสัดส่วนนี้ก็คงเป็นว่าคนที่นั่งฟังคนอื่น ๑๐๐ คนพูด ก็คงจะได้ความรู้ที่สู้ไม่ได้กับการที่ได้ลงมือปฏิบัติเพียงครั้งเดียว
  

ด้วยเหตุนี้ในแต่ละปีที่กลุ่มเรามีสมาชิกใหม่เข้ามา ผมถึงบอกว่าต่อให้คุณนั่งอ่าน Memoir ที่ผมเขียนย้อนหลังจนหมด (ซึ่งมันก็เหมือนกับการฟังผมเล่าเรื่อง) มันก็สู้ไม่ได้กับการที่คุณได้มาเฝ้าดูการทำงานของรุ่นพี่ และความรู้ที่ได้จากการเฝ้าดูการทำงานมันก็เทียบไม่ได้กับการได้ลงมือปฏิบัติด้วยตนเอง เพราะมันมีอะไรต่อมิอะไรอีกหลายอย่างที่มันไม่ได้เขียนบันทึกไว้เป็นลายลักษณ์อักษร หรือไม่สามารถบรรยายออกมาเป็นลายลักษณ์อักษรได้ชัดเจน เพราะมันเป็นความรู้สึกที่ต้องลงมาสัมผัสด้วยตนเอง
  

อย่างเช่นกรณีของการสอนการฉีด GC ที่ได้ทำกันไปในช่วงวันอังคารและวันพุธที่ผ่านมาสองวันนี้

  

  

เราเริ่มจากการจุดไฟให้กับ Flame ionisation detector (FID) ที่ดูเหมือนว่ามันจะง่ายแต่ก็ไม่ง่าย การฉีดสารที่กว่าจะทำซ้ำได้ ไม่ว่าจะเป็นคนเดิมฉีด หรือเปลี่ยนคนฉีด การทดลองปรับแต่งความไวในการวัดของ detector การทดสอบผลของอุณหภูมิที่มีต่อการเคลื่อนตัวของสารผ่านคอลัมน์ (ที่กระทำไปเมื่อวาน) และการทดลองหาสภาวะที่เหมาะสมในการแยกสารผสมระหว่างเอทานอล (จุดเดือดประมาณ 78ºC) กับ 2-โพรพานอล (จุดเดือดประมาณ 83ºC) ที่ทำไปในวันนี้
  

Memoir ฉบับนี้ก็เลยถือโอกาสนำเอาบางภาพของ workshop วันนี้มาลงบันทึกไว้ ก่อนที่จะแยกย้ายกันไปแล้วเจอกันอีกทีปีหน้า (ก็หลังปีใหม่นั่นแหละ)

แต่มีสิ่งหนึ่งที่ดูเหมือนว่าสมาชิกที่เข้ามาร่วม workshop ในวันนี้ทั้งสามคนรู้สึกก็คือ

"น่าจะใส่รองเท้าส้นสูงมาทำแลป"

     

Scherrer's equation (ตอนที่ ๔) MO Memoir : Monday 22 December 2557

ตอนเรียนอยู่ต่างประเทศ เวลาที่ต้องทำความเข้าใจทฤษฎีใหม่ คำถามหนึ่งที่อาจารย์ที่ปรึกษาของผมถามผมมาก็คือ "ได้ไปอ่านบทความต้นฉบับแล้วหรือยัง"
  

บทความต้นฉบับในที่นี้คือบทความแรกที่มีการนำเสนอแนวความคิดใหม่นั้น ความสำคัญของการอ่านบทความนี้ก็คือทำให้ทราบว่าในครั้งแรกที่มีการนำเสนอแนวความคิดใหม่นี้ ผู้เขียนบทความดังกล่าวได้กล่าวอะไรไว้บ้าง เพราะเมื่อบทความดังกล่าวถูกอ้างอิงต่อมาเรื่อย ๆ สิ่งหนึ่งที่เกิดขึ้นก็คือความผิดเพี้ยน ไม่ว่าจะเป็นด้วยการแปลหรือการตีความหมายคำ ความผิดเพี้ยนหนึ่งที่เกิดขึ้นที่ผมเห็นว่าน่ากังวลก็คือเมื่อมีการนำทฤษฎีดังกล่าวไปตีความเพื่อรองรับกับเหตุการณ์หนึ่ง แต่กลับมีการนำไปขยายความจนทำให้คนจำนวนไม่น้อยเข้าใจว่าทฤษฎีนั้นใช้ได้กับเหตุการณ์ทั่วไป หรือเกิดการบิดเบือนความหมายดั้งเดิมที่มีการนำเสนอครั้งแรกนั้นไปเป็นอย่างอื่น

รูปที่ ๑ ผลการวิเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยเทคนิค XRD นำมาจากบทความของ สุกัญญา แก้วแสง, อภิชัย เทอดเทียนวงษ์ และสุภาภรณ์ เทอดเทียนวงษ์, "การปรับปรุงสมรรถนะตัวเร่งปฏิกิริยาทอง-นิกเกิลบนคาร์บอน (AuNi/C) สำหรับปฏิกิริยาอิเล็กโทรออกซิเดชันของกลูโคสในด่าง" ผลงานนำเสนอในการประฃุมวิชาการทางวิศวกรรมเคมีและเคมีประยุกต์แห่งประเทศไทย ครั้งที่ ๒๔ ณ โรงแรมฟูรามา จังหวัดเชียงใหม่ วันพฤหัสบดีที่ ๑๘ และวันศุกร์ที่ ๑๙ ธันวาคม ๒๕๕๗
  

ในกรณีของ Scherrer's equation ที่มักมีการนำมาใช้ในการคำนวณหา "ขนาดของผลึก" นั้น ผมก็สงสัยว่ามันเกิดปัญหาดังกล่าวเช่นกัน
  

ผลึกเป็นรูปทรงสามมิติ เกิดจากการที่อะตอมหรือกลุ่มอะตอมมีการจัดเรียงตัวกันเป็นรูปแบบเฉพาะที่แน่นอนที่ซ้ำไปมาต่อเนื่องกัน แต่ละพีคการหักเหที่เห็นจากผลการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค x-ray diffraction หรือ XRD นั้นเป็นสัญญาณที่เกิดจากการหักเหของ "ระนาบ" ใดระนาบหนึ่งของผลึกนั้น ถ้าตำแหน่งมุมที่เกิดการหักเหเป็นตัวบอกระยะห่างระหว่างชั้นอะตอมหรือกลุ่มอะตอมของระนาบนั้น การแผ่กว้างของพีคการหักเหก็เป็นตัวบ่งบอกถึงขนาดความหนาของชั้นระนาบนั้นว่ามีซ้อนกันอยู่กี่มากน้อยเท่าใด ดังนั้นถ้าจะว่ากันตามนี้ก็ทำให้เกิดคำถามขึ้นมาว่าการคำนวณหา "ขนาดผลึก" ด้วยการใช้พีค XRD เพียงแค่ไม่กี่ตำแหน่ง (เช่นเพียงหนึ่งหรือสองตำแหน่ง) โดยใช้ Scherrer's equation นั้น เป็นวิธีการที่เหมาะสมหรือไม่
  

เรื่องของ Scherrer's equation นั้นผมเคยกล่าวเอาไว้บ้างแล้ว สำหรับผู้ที่ยังไม่รู้จักสามารถอ่านได้ที่ memoir
  

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๙๙ วันพฤหัสบดีที่ ๑๔ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "Scherrer'sequation"

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๐๔ วันพฤหัสบดีที่ ๒๑ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "Scherrer'sequation (ตอนที่๒)"

ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๘๑ วันพฤหัสบดีที่ ๑๐ ตุลาคม ๒๕๕๖ เรื่อง "Scherrer'sequation (ตอนที่๓)"

รูปที่ ๒ คำอธิบายผลการหาขนาดผลึกด้วยการคำนวณโดยใช้ Scherrer's equation (จากกราฟ XRD ในรูปที่ ๑) และจากการวัดขนาดโดยตรงจากรูปถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องผ่าน (Transmission electron microscope - TEM) ในรูปที่ ๓
  

ในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา บังเอิญได้ไปเป็นบทความหนึ่งที่แสดงให้เห็นถึงปัญหาที่เกิดจากการใช้ Scherrer's equation ในการคำนวณหาขนาดของผลึก โดยผมได้คัดลอกเอาผลการทดลองบางส่วนและข้อสรุปที่เกี่ยวข้องที่บทความฉบับนี้ได้กล่าวไว้มาลงไว้ในรูปที่ ๑-๓
  

สิ่งหนึ่งที่น่าเสียดายคือบทความดังกล่าวไม่ได้ให้รายละเอียดของวิธีการคำนวณ ไม่ว่าจะเป็น ค่า shape factor K ที่ใช้ การปรับแก้ค่าความกว้างของพีคที่ตำแหน่งครึ่งหนึ่งของความสูง (B) ว่ามีการกระทำหรือไม่อย่างไรและด้วยวิธีการไหน หลักเกณฑ์ที่ใช้ในการเลือกพีคที่นำมาทำการคำนวณ (ดูเหมือนว่าจะใช้เพียงแค่พีคเดียว) และมีการทำ peak deconvolution หรือไม่ โดยเฉพาค่า shape factor K1 และความกว้างของพีค (B) ที่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อขนาดผลึกที่คำนวณได้ (กล่าวคือจะทำให้ได้ผลึกเล็กหรือผลึกใหญ่ก็ได้) แต่บทความนี้ได้ให้ผลการวิเคราะห์ที่ดีมากอันหนึ่งก็คือ ภาพถ่าย "ผลึก" โลหะด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และการวัดขนาด "ผลึก" โลหะนั้นจากภาพถ่ายที่ได้ ที่แสดงให้เห็นชัดว่าขนาดผลึกที่แท้จริงที่มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนั้น (รูปที่ ๓) มัน "ใหญ่" กว่าค่าที่คำนวณได้จาก Scherrer's equation อยู่มาก (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๓ ภาพถ่าย TEM แผนภูมิการกระจายขนาดอนุภาคที่วัดได้ (จากจำนวน ๔๐๐ อนุภาค) จากบทความของ สุกัญญา แก้วแสง และคณะ ที่เห็นเป็นจุดสีดำเข้มในรูปคือผลึกโลหะแต่ละผลึก
  

บ่อยครั้งที่พบว่ามีการคำนวณ "ขนาดผลึก" ด้วยการใช้ Scherrer's equation โดยไม่มีการหักผลที่เกิดจากตัวเครื่องมือออกจากค่าความกว้างของพีค (B) ที่วัดได้ ทั้งนี้คงเป็นเพราะค่าดังกล่าวเป็น "ตัวหาร" ในสมการคำนวณ "ความหนาของระนาบ" การหักผลที่เกิดจากตัวเครื่องมือออกจากค่า B ที่วัดได้นั้นจะทำให้ตัวหารนี้มีค่าลดลง ซึ่งจะส่งผลให้ "ขนาดผลึก" ที่คำนวณได้มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งก็ทำให้ค่าที่คำนวณได้นั้นมันใกล้เคียงความเป็นจริงมากขึ้น แต่มันไม่ใช่สิ่งที่กลุ่มวิจัยหลายต่อหลายกลุ่มต้องการที่ต้องการแสดงให้ผู้อื่นเห็นว่าผลึกที่ตนเตรียมได้นั้นเป็นผลึก "นาโนขนาดเล็ก"

ผลการวิเคราะห์ของบทความที่นำมาให้ดูนี้เป็นตัวอย่างที่ดีที่แสดงให้เห็นว่าค่าที่คำนวณได้จาก Scherrer's equation และค่าที่ได้จากการวัดจากภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมาก โดยเฉพาะค่า 2.42 nm ที่คำนวณได้จาก Scherrer's equation นั้นดูเหมือนว่าจะมีค่าที่ต่ำกว่าค่าที่เล็กที่สุดที่ยังสามารถนำเอา Scherrer's equation ไปประยุกต์ใช้งานได้ คือประมาณ 3 nm เรื่องนี้เคยกล่าวไว้ใน memoirฉบับที่๖๘๑ แล้ว

นั่นนะซิ เรียนเปลี่ยนหน่วยไปทำไม MO Memoir : Wednesday 17 December 2557

"นั่นนะซิ เรียนเปลี่ยนหน่วยไปทำไม"
  

ผมถามคำถามนั้นขึ้นมา เมื่อได้ยินคนพูดถึงนิสิตทำข้อสอบผิดด้วยการเอา mole fraction ไปคู่กับ volumetric flow rate (คงเข้าใจว่ามันจะออกมาเป็น mass flow rate หรือ molar flow rate มั้ง) โดยไม่มีการแปลงหน่วยให้เหมาะสมก่อนที่จะเอาตัวเลขสองตัวมาคูณกัน
  

แต่ผมว่าสิ่งหนึ่งที่สำคัญที่ผู้เรียนควรรู้ก็คือ "เรียนเปลี่ยนหน่วยไปทำไม"

หน่วยในที่นี้คือ "หน่วยวัด (unit)" (วัดในที่นี้คือ measurement นะ ไม่ใช่ temple) ที่ใฃ้กันในทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ หน่วยวัดที่ใช้กันนี้มีอยู่มากมายหลายระบบ เพราะแต่ละสังคมก็มีการพัฒนาหน่วยวัดของตัวเองขึ้นมา แต่การติดต่อกันระหว่างสังคมที่มีการใช้หน่วยวัดที่แตกต่างกันในการวัดสิ่งเดียวกัน ทำให้ต้องมีการแปลงหน่วยเพื่อให้สามารถทำการเปรียบเทียบกันได้ และสังคมใดที่มีความเจริญก้าวหน้ากว่าสังคมอื่น ก็ทำให้หน่วยวัดของสังคมนั้นเป็นที่ใช้กันแพร่หลายมากขึ้น หน่วยวัดสองตระกูลหลักที่ใช้กันในปัจจุบันเห็นจะได้แก่ระบบอังกฤษกับระบบเมตริก การจำแนกเช่นนี้เป็นการจำแนกโดยใช้เกณฑ์ตามผู้คิดค้น
  

วิธีการจำแนกหน่วยวัดอีกแบบหนึ่ง (ไม่ว่าจะเป็นระบบอังกฤษหรือระบบเมตริก) คือใช้ความสะดวกในการใช้งานเป็นเกณฑ์ ด้วยเกณฑ์นี้เราอาจจำแนกหน่วยวัดออกเป็นหน่วยที่ง่ายต่อการคำนวณ (พวก scientific unit มักเป็นเช่นนี้) กับหน่วยที่มองเห็นภาพได้ง่ายในการใช้งาน (พวก engineering unit ก็เป็นเช่นนี้) ที่แย่ก็คือหน่วยที่ง่ายต่อการคำนวณมักจะนึกภาพออกยาก ในขณะที่หน่วยที่เห็นภาพได้ง่ายกลับสร้างความยุ่งยากในการคำนวณ
  

งานทางวิศวกรรมศาสตร์นั้นมักจะประกอบด้วย (ก) งานคำนวณ และ (ข) การออกแบบขั้นตอนการทำงานเพื่อให้ผู้อื่นปฏิบัติงานได้ไม่ผิดพลาด สิ่งสำคัญคือการออกแบบขั้นตอนการทำงาน "เพื่อให้ผู้อื่นปฏิบัติงานได้ไม่ผิดพลาด" นั้นต้องพยายามไม่ให้ผู้ปฏิบัติงานเมื่ออ่านขั้นตอนการทำงานแล้วต้องคิดมากหรือตีความเป็นอย่างอื่นได้ และไม่ควรที่จะซับซ้อนมากเกินไปด้วย เพื่อให้เห็นภาพ ลองพิจารณาวิธีการเตรียมสารละลายโซดาไฟ (NaOH) เข้มข้น 1.0 mol/l ปริมาตร 1 ลิตร

วิธีที่ ๑ นำโซดาไฟ (NaOH) มา 1.0 โมล แล้วละลายน้ำให้ได้ปริมาตร 1 ลิตร (น้ำหนักโมเลกุล Na = 23 O = 16 และ H = 1)
 

วิธีที่ ๒ ชั่งโซดาไฟหนัก 40 กรัม แล้วละลายน้ำให้ได้ปริมาตร 1 ลิตร

สำหรับคนที่มีพื้นฐานเคมีมาจะเป็นวิธีที่ ๑ หรือวิธีที่ ๒ มันก็ไม่มีปัญหาหรอกครับ เพียงแค่ถ้าเป็นวิธีที่ ๑ มันต้องเสียเวลาคำนวณเล็กน้อย แต่ถ้าเป็นคนทั่วไปที่ไม่ได้เรียนเคมีมา เจอหน่วยว่า "โมล" เข้าไปก็คงจะงงไปเลยว่ามันคืออะไร แต่ถ้าบอกเขาว่าให้ชั่งโซดาไฟหนัก 40 กรัมนั้นเขาจะเข้าใจได้โดยไม่ต้องคิดอะไร หน่วยโมลมันให้ความสะดวกสำหรับนักเคมีในการคำนวณการทำปฏิกิริยาเคมี แต่เราวัดโมลไม่ได้โดยตรง สิ่งที่เราวัดได้คือน้ำหนัก หน่วยน้ำหนักจึงเป็นหน่วยที่ให้ความสะดวกในการทำงานมากกว่าหน่วยโมล ดังนั้นจึงไม่แปลกที่ตอนออกแบบปฏิกิริยานั้นจะคำนวณโดยใช้สัดส่วนโดยโมล (ใช้สารตัวนั้นเท่านี้โมลตัวโน้นเท่านี้โมลมาผสมกัน) แต่เมื่อนำมาใช้งานจริงในทางปฏิบัติจะต้องมีการแปลงหน่วยโมลให้เป็นน้ำหนัก (ใช้สารตัวนั้นเท่านี้กรัมตัวโน้นเท่านี้กรัมมาผสมกัน)

ทีนี้สมมุติว่าเราต้องการรู้พื้นที่หน้าตัดของท่อกลม และเราต้องการให้พนักงานทำการคำนวณให้เรา เวลาที่เขียนคู่มือการทำงาน ลองพิจารณาดูนะครับว่าเราควรจะใช้สูตรไหนในการคำนวณระหว่าง

(ก) 3.141 x r² เมื่อ r คือรัศมี และ

(ข) 0.785 x D² เมื่อ D คือเส้นผ่านศูนย์กลาง (3.14 คือค่า pi และ 0.785 คือค่า pi/4)

สิ่งที่เราวัดได้คือ "เส้นผ่านศูนย์กลาง" ไม่ใช่ "รัศมี" นะครับ

ในการทำงานกับอนุภาคของแข็งการใช้หน่วยน้ำหนักยังเหมาะมากกว่าการวัดปริมาตร เพราะปริมาตรของกองอนุภาคของแข็งนั้นขึ้นอยู่กับการอัดตัวของกองของแข็งนั้น การทดลองง่าย ๆ ที่กระทำได้เองก็คือลองเอาน้ำตาลทรายเทใส่แก้วหรือขวดโหล จากนั้นก็ปาดผิวบนให้เรียบ และลองเคาะแก้วหรือขวดโหลนั้น (ด้วยการยกขึ้นและกระแทกพื้นเบา ๆ) เราจะเห็นระดับความสูงของน้ำตาลทรายในแก้วหรือขวดโหลนั้นลดลง ทั้ง ๆ ที่ปริมาณน้ำตาลทรายนั้น (คิดโดยน้ำหนัก) นั้นคงเดิม (เรื่องทำนองนี้เคยทดลองให้ดูแล้วใน memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๓๗๙ วันอังคารที่ ๒๗ ธันวาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "ทำไม fixed-bed จึงวางตั้ง")
  

บ่อยครั้งที่การวัดปริมาณของเหลวด้วยการ "ฃั่งน้ำหนัก" นั้นดีกว่าการ "วัดปริมาตร" โดยเฉพาะในกรณีที่ความหนาแน่นของของเหลวนั้นเปลี่ยนแปลงได้มากเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป (เราเอาน้ำ 1 กิโลกรัมไปแข่เย็นให้เป็นน้ำแข็ง เราก็จะได้น้ำแข็งหนัก 1 กิโลกรัม แต่ถ้าวัดปริมาตรจะพบว่าน้ำแข็ง 1 กิโลกรัมมีปริมาตรมากกว่าน้ำที่เป็นของเหลว 1 กิโลกรัม) การซื้อขายของเหลวที่นำส่งด้วยรถบรรทุก (เช่นกรดกำมะถัน) ก็จะใช้การชั่งน้ำหนักรถก่อนและหลังการถ่ายของเหลวเข้าถังเก็บ ผลต่างน้ำหนักรถนั้นคือปริมาณของเหลวที่ผู้ขายส่งต่อให้ผู้ซื้อ ส่วนผู้ซื้อถ้าอยากรู้ว่าได้ของเหลวมาปริมาตรเท่าใดนั้นก็ต้องไปดูการเปลี่ยนแปลงระดับที่ถังเก็บหรือไม่ก็เอาค่าความหนาแน่นของของเหลวนั้นมาคำนวณเอง
  

หน่วยพวก Engineering Unit นั้นมักจะเน้นที่การมองเห็นภาพ ที่คนทั่วไป (ที่ไม่ใช่วิศวกรหรือนักวิทยาศาสตร์) สามารถนึกภาพเปรียบเทียบได้ และตัวเลขไม่ควรมีขนาดที่มากหรือน้อยเกินไป ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดคือการบอกกำลังเครื่องยนต์ของรถยนต์ ที่ในใบโฆษณานั้นจะระบุทั้งกิโลวัตต์ (kW) และแรงม้า (HP หรือ PS) ลองนึกภาพว่าถ้ามีคนบอกคุณว่าเครื่องยนต์รถคันนี้มีกำลัง 88 kW กับ 120 HP แบบไหนจะทำให้คุณมองเห็นภาพได้ง่ายกว่ากัน
  

เกรน (grain) เป็นหน่วยวัดน้ำหนักหน่วยหนึ่งที่ยังใช้กันอยู่ในบางงาน เช่นในการชั่งน้ำหนักเพชรพลอยและหัวกระสุนปืน 1 เกรนหนักเท่ากับ 0.06479891 กรัม น้ำหนักหัวกระสุนปืน (รวมทั้งดินปืนที่บรรจุ) นั้นนิยมที่จะใช้หน่วยเกรน เพราะมันให้ตัวเลขที่ลงตัวและไม่มากไม่น้อยเกินไป (ลองค้นดูแคตตาล๊อกกระสุนปืน จะเห็นว่าจะบอกน้ำหนักหัวกระสุนด้วยหน่วยเกรนกันทั้งนั้น)
  

ในการวัดความดัน หน่วยที่ง่ายต่อการคำนวณคือปาสคาล (Pa) แต่หน่วยที่ทำให้ผู้ปฏิบัติงานมองเห็นภาพได้ง่ายกว่าคือน้ำหนักต่อหน่วยพื้นที่ (เช่นกิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร kg/m² หรือปอนด์ต่อตารางนิ้ว psi) ตัวอย่างง่าย ๆ ที่เห็นได้ชัดคือแรงดันลมของยางรถยนต์ แม้ว่าป้ายที่ติดไว้ข้างประตูรถจะมีการระบุความดันลมทั้ง kPa (กิโลปาสคาล) และ psi (ปอนด์ต่อตารางนิ้วหรือเราเรียกสั้น ๆ ว่าปอนด์) เวลาเราจะเติมลมยางรถยนต์ทีไรก็จะบอกแรงดันลมเป็นปอนด์ทุกที
 

ในงานที่เกี่ยวข้องกับการส่งของเหลวขึ้นที่สูงกลับใช้หน่วยเป็นความสูง ที่เห็นชัดคือปั๊มของเหลวพวกปั๊มหอยโข่ง มักจะไม่บอกว่าปั๊มนี้สร้างความดันด้านขาออกได้เท่าใด แต่จะบอกว่ามีเฮด (head) เท่าใด ซึ่งก็คือสามารถดันน้ำขึ้นไปได้สูงสุดเท่าใด และการใช้ระดับความสูงของของเหลวเป็นตัวบอกความดันก็ยังนิยมใช้กับความดันที่ต่ำไม่มาก เช่นห้องควบคุมหรือห้องปฏิบัติการที่ต้องมีการควบคุมความดันภายในห้องดังกล่าวให้แตกต่าง (อาจจะสูงกว่าหรือต่ำกว่า ขึ้นอยู่กับการทำงาน) ความดันนอกห้องเล็กน้อย จะนิยมบอกความดันด้วยหน่วยความสูงของน้ำ (อาจเป็นนิ้วน้ำ เซนติเมตรน้ำ หรือมิลลิเมตรน้ำ) หรือในงานทางด้านสุญญากาศก็ยังเห็นมีการใช้หน่วยมิลลิเมตรปรอทในการบอกระดับการทำสุญญากาศกันอยู่
  

การวัดปริมาณ (จะเป็นน้ำหนักหรือปริมาตรก็ตาม) ของแก๊สที่ไหลอยู่ในท่อนั้นจะวุ่นวายมากกว่าการวัดปริมาณของเหลวที่ไหลอยู่ในท่อ สำหรับของเหลวแล้วในการใช้งานตามปรกติ ที่ความเร็วในการไหลในระบบท่อเท่ากัน ความหนาแน่นของของเหลวนั้นไม่เปลี่ยนแปลงตามความดันและไม่ค่อยจะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิด้วย แต่แก๊สนั้นแตกต่างกันไปเพราะความหนาแน่นของแก๊สนั้นเปลี่ยนแปลงได้มากเมื่ออุณหภูมิและ/หรือความดันเปลี่ยนแปลงไป การบอกปริมาณ (จะเป็นน้ำหนักหรือปริมาตรก็ตาม) โรงงานมักจะทำโดยการวัด "ความดัน" คร่อมจุดวัดสองจุด (ปรกติก็เป็นแผ่น orifice หรือท่อ venturi) และ "อุณหภูมิ" ของแก๊สนั้น จากนั้นจึงค่อยนำข้อมูลที่ได้มาทำการคำนวณค่า "ปริมาตรจำเพาะ" หรือ "ความหนาแน่นจำเพาะ" (ด้วยการใช้สมการสภาวะหรือ equation of state นั่นเอง)
  

ในเรื่องระบบปรับอากาศหรือทำความเย็นก็ยังมีการใช้หน่วย "ตันความเย็น (a day ton หรือ ton refrigerate)" ซึ่งหมายถึงพลังงานความร้อนที่ต้องใช้ในการละลายน้ำแข็งหนัก 1 ตันที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียสในเวลา 24 ชั่วโมง เมื่อนำมาใช้กับความสามารถในการทำความเย็นของเครื่องปรับอากาศจะบ่งออกให้ทราบถึงความสามารถของเครื่องปรับอากาศนั้นในการดึงเอาความร้อนออกเทียบเท่ากับการผลิตน้ำแข็งที่มีอุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียสได้กี่ตันในเวลา 1 วัน (หรือ 24 ชั่วโมง)

หวังว่าตัวอย่างที่ยกมาคงช่วยให้ความกระจ่างได้บ้างแก่ผู้ที่สงสัยว่า "เรียนเปลี่ยนหน่วยไปทำไม" นะ

การถอดหน้าแปลน MO Memoir : Sunday 14 December 2557

ช่วงบ่ายวันศุกร์ที่ ๑๒ ธันวาคมที่ผ่านมา เห็นมีข่าวอุบัติเหตุปรากฏบนหน้าเว็บหนังสือพิมพ์ผู้จัดการ พาดหัวข่าวว่า ""หม้อลม" โรงไฟฟ้าขนอมระเบิด! คนงานเสียชีวิต 2 ราย เจ็บอีก 2" อ่านพาดหัวข่าวตอนแรกนึกว่าเป็นการระเบิดของ pressure vessel แต่พออ่านดูรายละเอียดของเนื้อข่าวและภาพประกอบแล้วพบว่า น่าจะเป็นเหตุการณ์ที่ "blind flange" ปลิวออกมาเนื่องจากความดันใน pressure vessel มากกว่า 
   

อุบัติเหตุหนึ่งที่เกิดขึ้นจากการเปิดหน้าแปลนเคยเล่าเอาไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๔๓ วันศุกร์ที่ ๑๒ กรกฎาคม ๒๕๕๖ เรื่อง "สาเหตุที่แก๊สรั่วออกจากpolymerisationreactor" ซึ่งตอนนั้นก็มีผู้เสียชีวิต ๒ รายเช่นกัน สำหรับคนที่ยังไม่รู้ว่า blind flange คืออะไรก็แนะนำให้ไปอ่าน memoir ฉบับที่ ๖๔๓ นี้ก่อน

รูปที่ ๑ ข้อต่ออ่อนตัวนี้มีหน้าแปลนเป็นของตัวเองเพื่อยึดข้ากับปลายท่อทั้งทางด้านซ้ายและด้านขวา (งานประกอบในรูปนี้อยู่ระหว่างการตรวจสอบ จากลักษณะของ bolt ที่ใช้จะเห็นว่าประกอบได้ชุ่ยมาก เพราะใช้ชนิด boltที่แตกต่างกันมั่วไปหมดในการยึดหน้าแปลน แถมยังมีบางตัวที่ใช้ bolt สั้นไปอีก (ในกรอบ) ทำให้ nut จับกับเกลียวได้ไม่เต็มที่)

ท่อของกระบวนการต่าง ๆ ในโรงงานจะเชื่อมต่อโดยการใช้การเชื่อมเป็นหลัก เว้นแต่จะเป็นตำแหน่งที่กำหนดให้ถอดออกได้เพื่อการซ่อมบำรุงหรือเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มักจะใช้หน้าแปลน (flange) เป็นตัวเชื่อมต่อ bolt ที่ใช้ในการร้อยยึดหน้าแปลนเข้าด้วยกันอาจเป็น Stud bolt หรือ Machine bolt ก็แล้วแต่ (ถ้าไม่รู้ว่า bolt สองตัวนี้แตกต่างกันอย่างไรแนะนำให้ไปอ่าน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๑๑ วันพฤหัสบดีที่ ๒๗ กันยายน ๒๕๕๕ เรื่อง "Studbolt กับMachinebolt" ก่อน)
  

รูปที่ ๒ วาล์วปีกผีเสื้อ (butterfly valve) ตัวนี้ถูกบีบอัดอยู่ระหว่างหน้าแปลน 1 และ 2 bolt ตรงลูกศรสีเหลืองชี้เพียงแค่ร้อยผ่านรูที่ทำไว้บนตัววาล์วเพื่อใช้ในการจัดตำแหน่งวาล์วเท่านั้น

วิธีการปฏิบัติที่ต้องกระทำกันเวลาที่ต้องไปเปิดระบบ (อาจเป็นท่อหรือ pressure vessel) ที่มีความดันอยู่ภายในคือต้อง "ระบายความดัน - release pressure" ภายในระบบออกให้หมดก่อน ในกรณีของ pressure vessel นั้นมักจะมองหาตำแหน่งวาล์วที่สามารถระบายความดันในระบบทิ้งได้ (ซึ่งมันมักจะมีอยู่ซึ่งอาจเป็น vent หรือ drain) แต่ถึงกระนั้นก็ตามก่อนเปิดหน้าแปลนที่ตัว vessel (เช่น manhole หรือ handhole) ก็ต้องเผื่อเอาไว้ด้วยว่าอาจมีความดันคงค้างอยู่ใน vessel นั้นได้เนื่องจากท่อที่ระบายความดันในระบบออกทางวาล์วนั้นเกิดการอุดตัน 
  

และในกรณีที่เป็นการเปิดหน้าแปลนที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบท่อนั้น ในส่วนนั้นของระบบท่ออาจจะไม่มีจุดใด ๆ ที่จะระบายความดันออกจากภายในท่อได้ วิธีการที่จะทำได้ก็คือการระบายความดันออกทางหน้าแปลนที่จะทำการถอดเท่านั้น
 

วิศวกรเครื่องกลรุ่นพี่ท่านหนึ่งเคยสอนผมไว้หลายเรื่องเกี่ยวกับการถอดหน้าแปลน เรื่องหนึ่งที่พี่สอนไว้ก็คือบางครั้งก็ใช้ "เท้า" หมุน nut จะเสี่ยงน้อยกว่าใช้มือหมุน เหตุผลก็ไม่ใช่อะไรหรอกครับ เวลาที่จะ "คลาย" nut ที่หน้าแปลนท่อที่มี (หรือสงสัยว่ามี) ความดันอยู่ภายใน ถ้าใช้มือหมุน หน้าของเราจะอยู่ใกล้กับตัวหน้าแปลน ดังนั้นถ้ามีแก๊สความดันรั่วไหลออกมาทันทีที่ nut คลายตัว มันก็จะพุ่งใส่หน้าเราได้ (ไม่สำคัญว่าจะมีอุปกรณ์ป้องกันหรือเปล่า) การเอาประแจแหวนสวมนอตตัวนั้นและใช้เท้าเหยียบ (เบาแรงกว่าด้วย) จึงปลอดภัยมากกว่า

ในที่นี้ผมใช้คำว่า "คลาย" เพื่อสื่อถึงการทำให้หลวมนะครับโดยตัว nut ยังร้อยอยู่กับส่วนที่เป็นเกลียวของตัว bolt ไม่ใช่ "ถอด" ที่หมายถึงนำตัว nut ออกมาจากเกลียวของตัว bolt เลย และขอใช้คำว่า "nut" (หรือนอตตัวเมีย) และ "bolt" (หรือนอตตัวผู้) แทนคำว่า "นอต" ที่มีความหมายกำกวมกว่า
  

(ข่าวนำมาจาก http://www.manager.co.th/South/ViewNews.aspx?NewsID=9570000142824)

การคลาย nut นั้นไม่ใช่คลายออกทุกตัวเลย เพียงแค่ค่อย ๆ คลายออกบางตัวทางมุมใดมุมหนึ่งของหน้าแปลนก่อน แล้วคอยสังเกตว่ามีความดันในระบบรั่วไหลออกมาหรือไม่ (ถ้าเป็นแก๊สก็คงต้องใช้การฟังเสียง) บางครั้งอาจต้องใช้การง้างหน้าแปลนช่วยเล็กน้อยเพื่อให้ความดันในระบบ (ถ้ามีอยู่) รั่วไหลออกมาได้ง่ายขึ้น การที่ให้ค่อย ๆ คลายก็เพราะถ้าระบบยังมีความดันค้างอยู่ภายใน ความดันภายในจะได้ระบายออกอย่างช้า ๆ หรือไม่ก็ถ้าเห็นถ้าไม่ดีเราก็สามารถที่จะขัน nut เพื่อปิดหน้าแปลนนั้นเหมือนเดิมได้
 

blind flange ที่ใช้ในการปิด man hole หรือ hand hole ของ pressure vessel ที่ปิดเข้ากับส่วนที่เป็นหน้าแปลนที่ทำไว้บนตัว pressure vessel นั้นก็มีข้อดีอยู่อย่างคือเรามองเห็นว่า bolt ที่มันร้อยรูของหน้าแปลนอยู่นั้นมันร้อยเอาไว้เรียบร้อยหรือไม่ เรามองเห็นเลยว่าตัว bolt ที่ใช้นั้นมันมีความยาวที่เหมาะสมหรือไม่ และตัว nut นั้นร้อยเข้ากับตัว bolt ได้ดีหรือไม่หรือจับอยู่เพียงแค่บางร่องเกลียวเท่านั้น (เช่นนอตตัวในกรอบสี่เหลี่ยมในรูปที่ ๑) แต่ถ้าเป็น bolt ที่ขันเข้ากับเกลียวที่ทำไว้บนตัว pressure vessel โดยตรง เราก็ไม่สามารถบอกได้ว่านอตที่ขันเอาไว้นั้นมีความยาวที่เหมาะสมหรือไม่ ภาพ blind flange ในภาพข่าวที่ดูเหมือนว่าจะเป็นตัวทำให้เกิดอุบัติเหตุนั้น นับรูสำหรับร้อย bolt แล้วพบว่ามีถึง ๑๘ รู คำถามที่ผมสงสัยก็คือทำไม blind flange ถึงปลิวหลุดออกมาได้อย่างรุนแรงทั้ง ๆ ที่มี bolt ยึดอยู่เป็นจำนวนมากอย่างนั้น ถ้าหากมีการคลาย bolt บางส่วนออกมาก่อน ก็น่าจะมีความดันภายในรั่วไหลออกมาให้เห็น และ bolt ส่วนที่ยังไม่คลายนั้นก็น่าที่จะยึดให้ blind flange ไม่ปลิวหลุดออกมาได้ (ในรูปข่าวไม่มีร่อยรอยของ bolt สักตัว)
 

แต่การหน้าแปลนที่มี bolt ยึดอยู่เป็นจำนวนมากจะปลิวหลุดออกมาทั้ง ๆ ที่มี bolt ยึดอยู่ครบทุกตัวนั้นก็ไม่ใช่วาเป็นสิ่งที่ไม่เคยเกิน เหตุการณ์นี้เคยเกิดมาแล้วกับกระจกหน้าต่างห้องนักบินโดยสาร สาเหตุมาจากการใช้ bolt ผิดขนาดในการยึดกระจก เหตุการณ์เป็นอย่างไรนั้นอ่านรายละเอียดได้ใน memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๘๐ วันพุธที่ ๓๐ มีนาคม ๒๕๔๙ เรื่อง "นอตผิดขนาด"

นำเรื่องนี้ขึ้น blog เสร็จก็จะเดินทางไปพักผ่อน (หรือเรียกว่าสัมมนาดี) ที่เข้าใหญ่แล้ว ดังนั้นจะหายหน้าหายตาไปจาก blog หลายวันหน่อย