ทำความรู้จัก Project Design Questionnaire ตอนที่ ๓ MO Memoir : Tuesday 10 March 2558

เมื่อวานได้นั่งคุยกับศิษย์เก่าที่ทำงานเป็น process engineer อยู่ที่บริษัทแห่งหนึ่งแถวมาบตาพุด สิ่งหนึ่งที่เขาบอกกับผมคือการที่เขาที่ได้งานทำที่บริษัทนี้ส่วนหนึ่งเป็นเพราะบทความที่ผมเขียนลง blog โดยเฉพาะเนื้อหาภาคปฏิบัติและทางด้านเครื่องกล เพราะโดนเข้าอย่างจังตอนสอบสัมภาษณ์ (ดีใจจังเลยที่ทราบว่าสิ่งที่เขียนไปนั้นมีคนเอาไปใช้ประโยชน์ได้) เสียดายที่ตอนที่ยังเรียนหนังสืออยู่ก็ไม่ได้อ่านสิ่งที่ผมเขียนและส่งให้เขาอ่าน (คงเห็นว่ามันไม่อยู่ในเนื้อหาวิชาที่จะสอบมั้ง) เพิ่งจะเร่งอ่านก็ตอนจะไปสอบสัมภาษณ์งานและตอนที่กำลังทำงานนี่แหละ หน่วยงานที่เขาเข้าไปทำด้วยนั้นเป็นวิศวกรเครื่องกลเกือบทั้งหมด มีวิศวกรเคมีเพียงแค่ ๒ คนเท่านั้นเอง
  

ตรงนี้ผมก็บอกกับเขาว่าจะว่าไปแล้ววิศวกรเคมีกับเครื่องกลนั้นก็เรียนคล้ายกันมาก เนื้อหาหลาย ๆ เรื่องนั้นมันซ้ำซ้อนกันอยู่ ไม่ว่าจะเป็นพวกปั๊ม คอมเพรสเซอร์ การทำความเย็น ท่อ วาล์ว ฯลฯ จะแตกต่างกันก็ตรงที่การออกแบบอุปกรณ์แยกสาร แต่ว่าวิศวกรรุ่นหลัง ๆ (เท่าที่เจอ ไม่ว่าสาขาใดก็ตาม) มักจะชอบใช้ข้ออ้างว่าเรื่องพวกนี้มันไม่ใช่เรื่องในสาขาวิชาที่ฉันเรียน และตัวอาจารย์ผู้สอนเองก็มักคิดว่ามันไม่ได้อยู่ในสาขาวิชาเฉพาะทางที่เขาจบมา (บางทีในการรับอาจารย์ ทางมหาวิทยาลัยก็ดูที่ว่าจะทำ paper ได้กี่ฉบับ คือมุ้งเน้นไปที่การทำวิจัยระดับบัณฑิตศึกษาเป็นหลัก ไม่ได้เน้นว่าจะสามารถสอนเนื้อหาปริญญาตรีให้บัณฑิตที่จบนั้นไปทำงานในสภาพเจอของจริงได้หรือไม่)
  

ในวันอาทิตย์ที่ผ่านมาระหว่างงานทำบุญที่วัด ผมก็ได้พบกับญาติที่ทำงานเป็นวิศวกรโยธา คุมงานก่อสร้าง เขาก็พูดเหมือน ๆ กันว่าไม่ว่าวิศวกรจะจบสาขาใดก็ตาม ก็จำเป็นต้องมีความรู้ในศาสตร์ของวิศวกรสาขาอื่นบ้าง ไม่เช่นนั้นจะทำงานประสานกันไม่ได้ คนทำงานด้านโยธาก็ต้องรู้เรื่องไฟฟ้ากำลังบ้าง ไม่เช่นนั้นก็จะไม่เข้าใจความต้องการของวิศวกรไฟฟ้า
  

งานก่อสร้างโรงงานอุตสาหกรรมเคมี มันเป็นงานที่รวบรวมศาสตร์ทางวิศวกรรมศาสตร์หลากหลายสาขาเข้าด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็นโยธา (ที่ต้องออกแบบโครงสร้างพื้นฐาน) ไฟฟ้า (ทั้งไฟฟ้ากำลัง อิเล็กทรอนิกส์ และวัดคุม) เครื่องกล (ระบบท่อ ระบบปรับอากาศ ไอน้ำ และอุปกรณ์จักรกลต่าง ๆ) สิ่งแวดล้อม (ระบบสาธารณูปโภคต่าง ๆ และการจัดการด้านของเสีย) เคมี (กระบวนการผลิตและการออกแบบอุปกรณ์) วิศวกรที่จบมาจากแต่ละสาขานั้นคงไม่สามารถเรียนรู้ลึกในศาสตร์สาขาอื่นที่ต้องทำงานร่วมกันได้หมด แต่อย่างน้อยเขาก็ควรมีความรู้พอที่พูดคุยกับวิศวกรสาขาอื่นและทำความเข้าใจในสิ่งที่วิศวกรศาสตร์สาขาอื่นต้องการสื่อนั้นได้
  

สิ่งต่าง ๆ ที่ผมเขียนไปนั้น สำหรับคนที่มีประสบการณ์การทำงานมานานก็คงจะเห็นเป็นเรื่องธรรมดา แต่วัตถุประสงค์ของสิ่งที่เขียนก็คือเพื่อให้คนที่ไม่มีประสบการณ์ (ซึ่งอาจจะเป็นวิศวกรจบใหม่ หรือคนที่ต้องมาเริ่มงานด้านใหม่ที่ไม่ได้เรียนจบมาทางด้านนี้โดยตรง) ได้พอมีจุดเริ่มต้นบ้างหรือพอมองเห็นภาพบ้าง ว่าสิ่งที่เขามีโอกาสจะต้องเผชิญนั้นมีอะไรได้บ้าง แต่ก็อย่าไปยึดถือเป็นกฎเกณฑ์ตายตัว เพราะบางเรื่องมันก็เปลี่ยนไปตามเวลา ตามกฎข้อบังคับและเทคโนโลยีที่เปลี่ยนไป ถือเสียว่าเป็นเรื่องในอดีตเล่าสู่กันฟังก็แล้วกัน

Memoir ฉบับนี้เป็นตอนที่ ๓ ของเรื่อง "ทำความรู้จัก Project Design Questionnaire" โดยเป็นคำถามในส่วนของงานโครงสร้าง และงานไฟฟ้ากำลัง ส่วนตอนที่ ๔ จะเป็นตอนจบของบทความชุดนี้

เริ่มจากหน้า Page 10 of 21 ที่เป็นส่วนของโครงสร้างในหัวข้อ 4.0 STRUCTURES

โครงสร้างในที่นี้เป็นโครงสร้างที่เป็นอาคารหรือรองรับน้ำหนักอุปกรณ์ (ไม่เกี่ยวข้องกับถนน) วัสดุหลัก ๆ ที่ใช้ทำโครงสร้างมีอยู่ด้วยกันสองชนิดคือคอนกรีตและเหล็ก
  

ในกรณีของโครงสร้างคอนกรีตนั้น ส่วนที่เป็นเสาและคานก็มักต้องหล่อขึ้นรูปกันหน้างาน ชิ้นส่วนพื้นและผนังอาจทำเป็นแผ่นสำเร็จรูปมาประกอบที่หลังก็ได้ (แต่ที่เห็นเป็นประจำคือทำพื้นสำเร็จรูปมาปู ส่วนผนังก็ก่ออิฐเอาหน้างาน) ที่เคยเห็นมียกเว้นก็เป็นกรณีของพื้นอาคารที่ต้องรองรับน้ำหนักมากหรือกำแพงที่ต้องรับแรงระเบิด (เช่นกำแพงห้องควบคุมของพนักงานปฏิบัติการที่ตั้งอยู่ในหรือใกล้กับ process area) ก็ใช้วิธีผูกเหล็กเส้นต่อเชื่อมกับเข้ากับเหล็กเส้นของคาน/เสา แล้วเทปูนหล่อพร้อมกันให้เป็นชิ้นเดียว อาคารคอนกรีตนั้นมันต้องสร้างชั้นล่างให้เสร็จก่อนแล้วจึงสร้างชั้นบนต่อขึ้นไปได้ และอีกสิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงก็คือระยะเวลาที่ต้องรอให้คอนกรีต (หลังการเท) นั้นมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะถอดแบบได้ ซึ่งเวลาตรงนี้เราไปเร่งไม่ได้ (อย่างน้อย ๗ หรือ ๑๔ วันก็ขึ้นอยู่กับชนิดของปูนซิเมนต์ที่ใช้)
  

โครงสร้างเหล็กมันมีข้อดีอย่างคือสามารถขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนย่อย ๆ ในโรงประกอบ แล้วค่อยขนมาประกอบให้เป็นโครงสร้างสำเร็จรูปที่หน้างานได้ สำหรับโครงสร้างที่มีหลายชั้นก็สามารถขึ้นรูปคู่ขนานกันไปได้ การทำแบบนี้มันก็ดีตรงที่การขึ้นรูปนั้นทำในโรงประกอบ ทำให้ไม่ต้องกังวลกับสภาพอากาศ (ไม่ต้องห่วงเรื่องฝนหรือหิมะ) แต่ต้องมั่นใจหน่อยว่าเมื่อขึ้นรูปแต่ละชิ้นส่วนเสร็จแล้วจะสามารถขนมาประกอบที่หน้างานได้ ไม่ใช่ประกอบเป็นชิ้นใหญ่เกินไปแล้วขนเข้าสถานที่ก่อสร้างไม่ได้เพราะเส้นทางไม่เอื้ออำนวย ในกรณีแบบนี้ก็ต้องมาขึ้นรูปกันหน้างานอยู่ดี บ้านเรานั้นไม่ค่อยนิยมการใช้โครงสร้างเหล็กเท่าใดนัก เข้าใจว่าส่วนหนึ่งน่าจะเป็นเพราะต้นทุนที่สูงกว่า และอีกส่วนหนึ่งอาจเป็นเพราะการขึ้นรูปโครงสร้างเหล็กต้องใช้ช่างฝีมือที่ฝึกมาเฉพาะทางในการเชื่อมโลหะ (แต่ละคนค่าแรงสูง) ไม่เหมือนงานคอนกรีตที่ไม่ต้องการแรงงานมีฝีมือเท่าใดนัก
  

จุดหนึ่งที่อยากชี้ให้เห็นของคำถามในหน้านี้ก็คือมีการถามว่าสำหรับโครงสร้างคอนกรีตแล้วจะให้สร้างจนมีระดับความสูงเท่าใด (Concrete To Elev.) และที่ระดับความสูงเท่าใดจะใช้โครงสร้างเหล็ก (Steel Above Elev.)

อันที่จริงตั้งแต่ระดับพื้นขึ้นไปเราจะใช้โครงสร้างคอนกรีตหรือโครงสร้างเหล็กเพียงอย่างเดียวก็ได้ แต่มีมันมีประเด็นในเรื่องของเพลิงไหม้ที่ต้องพิจารณาร่วมด้วย ตรงนี้ขอให้ลองไปดูคำถามในหน้าถัดไปหรือหน้า Page 11 of 21 ที่เป็นคำถามเกี่ยวกับการป้องกันไฟในหัวข้อ 5.0 FIREPROOFING

เสาและคานคอนกรีตนั้นทนไฟได้ดีกว่าเหล็ก เหล็กนั้นเมื่อเจอเปลวไฟจะสูญเสียความแข็งแรงอย่างรวดเร็ว ถ้าใช้เหล็กเป็นเสา เสาก็จะยุบตัวลงมา ถ้าใช้เป็นโครงหลังคา โครงหลังคาก็จะยุบตัวลงมา และนี่คือสิ่งที่พนักงานดับเพลิงต้องระมัดระวังเวลาที่เข้าไปดับเพลิงในอาคารที่มีการใช้โครงสร้างเหล็กเป็นโครงหลังคา (เช่นโกดังสินค้าหรือห้างร้านขนาดใหญ่)
  

เปลวไฟที่เกิดจากเชื้อเพลิงเหลวที่ไหม้อยู่บนพื้น (เช่นน้ำมันเชื้อเพลิง) จะมีความสูงของเหลวไฟในระดับหนึ่ง (ไม่ขึ้นอยู่กับชนิดสาร) ถ้าใช้โครงสร้างเหล็กเป็นเสาตั้งแต่ระดับพื้นขึ้นมาจำเป็นต้องมีการหุ้มเหล็กที่เป็นเสานั้นด้วยวัสดุที่เป็นฉนวนกันไฟ (อันนี้รวมไปถึง skirt ของ pressure vessel ที่ตั้งในแนวดิ่งเช่นหอกลั่นด้วย) ที่เคยเห็นเขาทำก็คือจะใช้นอตตัวเมียตัวใหญ่หน่อย เชื่อมติดไว้รอบ ๆ เสาเหล็กนั้น จากนั้นก็นำตะแกรงลวดมาพันรอบเสาโดยใช้นอตเหล็กที่เชื่อมยึดเข้าไปนั้นเป็นจุดสำหรับมัดตะแกรงลวดให้อยู่ในตำแหน่ง จากนั้นก็ทำแม่แบบล้อมรอบตะแกรงลวดอีกชั้นแล้วจึงค่อยหล่อคอนกรีตกันไฟรอบเสาต้นนั้น ถ้าไม่อยากทำเช่นนี้ก็สร้างเป็นโครงคอนกรีตจากพื้นขึ้นไปจนถึงความสูงระดับหนึ่ง จากนั้นขึ้นไปจึงค่อยเปลี่ยนเป็นโครงสร้างเหล็ก (pipe rack ในบางที่ก็เห็นเป็นเช่นนี้)
  

โครงเหล็กของหลังคาอาคารก็จำเป็นต้องมีการหุ้มฉนวนความร้อนจากเปลวไปเช่นเดียวกัน เพราะในระหว่างเกิดเพลิงไหม้ แก๊สร้อนจากการเผาไหม้จะลอยขึ้นด้านบนและสะสมใต้หลังคา ความร้อนดังกล่าวสามารถทำให้โครงเหล็กของอาคารสูญเสียความแข็งแรงจนอาคารยุบตัวลงมาได้ ตรงนี้จะแตกต่างจากพวก pipe rack ที่อยู่ในที่โล่ง เพราะแก๊สร้อนจะกระจายออกไป

ต่อไปเป็นหน้า Page 12 of 21 หัวข้อ 3.0 BUILDINGS ที่เกี่ยวข้องกับอาคาร
  

คำถามตรงนี้เริ่มจากคำถามว่ามีการใช้อาคารเพื่อวัตถุประสงค์ใดบ้าง ต้องการพื้นที่เท่าใด จะใช้วัสดุอะไรสร้าง แต่คำถามหนึ่งที่น่าสนใจคือเรื่อง "ความดัน"

เรื่องเกี่ยวกับการปรับความดันภายในตัวอาคารนี้เคยเล่าไว้บ้างแล้วใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๐๔ วันพุธที่ ๑๒ กันยายน ๒๕๕๕ เรื่อง "การปรับความดันในห้องทำงาน-ห้องปฏิบัติการ" ซึ่งเป็นเรื่องของการปรับความดันในระหว่างการทำงานตามปรกติ แต่คำถามที่อยู่ท้ายหน้า 12 นั้นเป็นการรับความดันเมื่อมีความผิดปรกติเกิดขึ้น เช่น เกิดการระเบิด (ไม่ว่าจะในหรือนอกอาคาร)
  

ถ้าคาดหวังว่าจะเกิดการระเบิดในอาคาร (Internal over-pressure เช่นในห้องทดลอง) ก็ต้องหาทางระบายแรงระเบิดออกสู่ภายนอก (เช่นยอมให้มีหน้าต่างหรือผนังด้านใดด้านหนึ่งเปิดออกไปเพื่อไม่ให้โครงสร้างส่วนใหญ่เสียหาย) แต่ถ้าคาดหวังว่าจะเกิดการระเบิดนอกอาคาร (External over-pressure เช่นห้องควบคุมของโรงงานที่ตั้งอยู่กลาง process area) ก็ต้องออกแบบให้โครงสร้างอาคารรับแรงอัดจากภายนอกได้ (คนอยู่ภายในห้องไม่ควรได้รับผลจากแรงอัดของการระเบิด)

ถัดไปเป็นหน้า Page 13 of 21 ซึ่งยังคงเป็นคำถามที่เกี่ยวข้องกับอาคาร

HVAC ในที่นี้เข้าใจว่าย่อมาจาก Heating, Ventilation, and Air Conditioning เป็นการระบุว่าตัวอาคารต้องการการปรับอากาศในรูปแบบใดบ้าง

คำว่า Hazardous Area Class นี้ไม่ชัดเจนว่าเป็นอันตรายแบบไหน (สารเคมี ชีวภาพ หรือกัมมันตภาพรังสี) หรือเกี่ยวข้องกับการออกแบบอุปกรณ์ไฟฟ้า
  

อาคารบางอาคารก็อาจมีความต้องการพิเศษเกี่ยวกับเสียง เช่นอาคารที่สร้างให้กับเครื่องจักร (เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล) อาจต้องคำนึงถึงความการป้องกันไม่ให้เสียงเครื่องจักรในขณะทำงานดังออกมาภายนอกนมากเกินไป ในขณะที่อาคารที่ใช้สำหรับเลี้ยงสัตว์ทดลอง อาจต้องคำนึงการไม่ให้เสียงจากภายนอกดังเข้ามารบกวนสัตว์เลี้ยงที่อยู่ข้างใน

ถัดไปเป็นหน้า Page 14 of 21 หัวข้อ 7.0 ELECTRICALS ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับไฟฟ้า
  

เริ่มจากคำถามเกี่ยวกับแหล่งที่มาของไฟฟ้า (ผลิตเองหรือรับจากภายนอก) ความต่างศักย์ ความถี่ ตำแหน่งที่จะเชื่อมต่อเข้าโรงงาน ฯลฯ
  

ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับความต่างศักย์ของระบบไฟฟ้าแรงสูงในบ้านเราเคยเล่าเอาไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๘๐ วันศุกร์ที่ ๔ เมษายน ๒๕๕๗ เรื่อง "เก็บตกงานไฟฟ้ากำลัง" ส่วนทางโรงงานเมื่อรับไฟฟ้าแรงสูงเข้ามาแล้วจะลดความต่างศักย์ให้เหลือเท่าใดนั้นคงขึ้นอยู่กับขนาดของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ พวกมอเตอร์ขนาดใหญ่ก็อาจต้องใช้ไฟแรงสูงอยู่ (เพื่อลดปริมาณกระแส) ส่วนความถี่นั้นจะไปส่งผลต่อความเร็วรอบการหมุนของมอเตอร์เหนี่ยวนำ (induction motor) ซึ่งอาจส่งผลต่อสมรรถนะที่จะได้ของอุปกรณ์บางชนิดที่ใช้มอเตอร์เหนี่ยวนำขับเคลื่อน เช่นปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump)
  

ตรงขนาดของหม้อแปลง (transformer) นั้นจะระบุเป็น kVA (ผลคูณระหว่างกระแสกับความต่างศักย์) ในกรณีของบ้านเรานั้นจะกำหนดให้ระบบไฟฟ้าของโรงงานต้องมี power factor ไม่ต่ำกว่า 0.8 ดังนั้นถ้าความต้องการพลังงานของทั้งโรงงานรวมกันได้เท่ากับ 120 kW ก็ต้องใช้หม้อแปลงขนาดที่เล็กที่สุดคือ 150 kVA (มาจาก 120/0.8) แต่ในทางปฏิบัติเท่าที่เคยเห็นนั้นมักจะเผื่อเอาไว้อีกเท่าตัว คือจะติดตั้งหม้อแปลงขนาด 300 kVA แต่ถ้าเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสำรองก็จะใช้ขนาดเพียงแค่ 120 kW ก็พอ

หน้า Page 15 of 21 ก็ยังอยู่ในหัวข้อไฟฟ้ากำลังอยู่โดยเริ่มต้นด้วยคำถามเกี่ยวกับระบบไฟฉุกเฉิน
  

ระบบไฟฉุกเฉินนั้นไม่จำเป็นต้องสำรองให้กับทั้งโรงงาน แต่อาจเลือกเฉพาะหน่วยที่สำคัญเท่านั้นที่ทำให้สามารถหยุดเดินเครื่องโรงงานได้อย่างปลอดภัย (เช่น ระบบทำความเย็น ระบบควบคุม แสงสว่างเท่าที่จำเป็น)
  

"Switch gear" คืออุปกรณ์สำหรับตัดต่อไฟแรงสูง ปรกติการเปิดวงจรไฟฟ้าทำโดยการแยกขั้วสัมผัสที่เป็นโลหะออกจากกัน แต่สำหรับไฟแรงสูง (ความต่างศักย์สูง) แม้ว่าขั้วโลหะจะแยกออกจากกันแล้วก็ยังมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้อยู่ โดยไหลผ่านทางประกายไฟฟ้าที่กระโดดข้ามระหว่างขั้วโลหะ (หรือที่เรียกว่าอาร์ค - arcs) ดังนั้นระบบตัดไฟแรงสูงจึงต้องสามารถจัดการกับ (คือดับ) ประกายไฟฟ้าที่กระโดยข้ามขั้วโลหะนี้ได้เพื่อเป็นการตัดการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ปลอดภัย วิธีการดับประกายไฟฟ้านี้มีด้วยการหลายวิธี เช่นใช้แก๊ส SF₆ ใช้สุญญากาศ ใช้น้ำมัน หรือใช้อากาศฉีดพ่นผ่าน ซึ่งขอไม่กล่าวถึงรายละเอียดในที่นี้ด้วยเหตุผลว่าเพราะรู้แต่เพียงคร่าว ๆ ไม่ได้รู้ละเอียด

Page 16 of 21 เป็นหน้าคำถามสุดท้ายของระบบไฟฟ้า
  

คำถามเริ่มจากการจำแนกพื้นที่ติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้า (Area classification) เรื่องนี้เคยเล่าไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๔๐ วันพุธที่ ๓๑ มีนาคม ๒๕๕๓ เรื่อง "Electricalsafety for chemical process"
  

ต่อไปเป็นคำถามเกี่ยวกับไฟแสงสว่าง ถามถึงความสว่างที่ต้องการซึ่งแต่ละบริเวณอาจต้องการความสว่างขั้นต่ำที่แตกต่างกัน (เช่นในสำนักงานที่ต้องอ่านหนังสือหรือเขียนแบบ ต้องการความสว่างที่มากกว่าตามทางเดินหรือห้องน้ำ) และชนิดของหลอดไฟที่จะใช้ (เกี่ยวข้องกับพลังงานไฟฟ้าที่ต้องใช้และสีของแสง) และการติดตั้งไฟเตือนอากาศยานสำหรับโครงสร้างที่สูง (เช่นปล่องระบายแก๊สทิ้ง flare stack หอกลั่นที่สูงมาก)

  

คำถามถัดไปเกี่ยวข้องกับการเดินสายไฟว่าจะเดินปักเสาบนพื้นดินหรือเดินใต้ดิน ระบบการติดต่อสื่อสาร ความต้องการพิเศษสำหรับฤดูหนาว (บ้านเราไม่มีปัญหาเรื่องฤดูหนาว แต่จะมีปัญหาเรื่องฤดูฝนมากกว่า) และความต้องการพิเศษอื่น ๆ

  

และตอนที่ ๓ ของเรื่องนี้คงต้องจบแค่นี้ ตอนที่ ๔ ในฉบับต่อไปจะเป็นตอนจบของเรื่องนี้