วันอังคารที่ 30 มิถุนายน พ.ศ. 2558

ทำความรู้จัก Piping Isometric Drawing MO Memoir : Tuesday 30 July 2558

ในการออกแบบโรงงานอุตสาหกรรมเคมีนั้น เราเริ่มจากการคัดเลือกกระบวนการผลิต จากนั้นก็จัดทำ Process Flow Diagram (PFD) ที่แสดง อัตราการไหล อุณหภูมิ ความดัน สภาวะอื่น ๆ (เช่นความหนืด การมีของแข็งแขวนลอย ฯลฯ) ของสารที่ไหลจากอุปกรณ์ผลิตหนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์การผลิตหนึ่ง ข้อมูลตรงนี้เราใช้ในการกำหนดขนาดของอุปกรณ์การผลิตแต่ละอุปกรณ์ (เช่นขนาดของ หอกลั่น vessel ต่าง ๆ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน cooling tower หม้อน้ำ ฯลฯ)
  
เมื่อได้ขนาดของอุปกรณ์การผลิตต่าง ๆ แล้ว ขั้นตอนต่อไปก็คือการกำหนดตำแหน่งที่ตั้งของอุปกรณ์ต่าง ๆ ตรงนี้คือการกำหนด Plot Plan ซึ่งขึ้นกับพื้นที่ก่อสร้างที่มีอยู่ (ไม่ว่าจะเป็นรูปร่างพื้นที่ ระดับชั้นความสูงที่เป็นที่ตั้งของอุปกรณ์การผลิตแต่ละชิ้น) เพราะตรงนี้มันส่งผลถึงการออกแบบขนาดของปั๊มและท่อที่ต้องใช้ เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น เราลองมาพิจารณากรณีตัวอย่างของโรงงานในรูปที่ ๑ ข้างล่างดูกันก่อน ที่มีการจัดเรียงหน่วยผลิตด้วยรูปแบบที่แตกต่างกัน (คือมี plot plan ที่แตกต่างกัน) โดยโรงงานดังกล่าวประกอบด้วย (ก) หน่วยผลิต A (ข) หน่วยผลิต B (ค) หน่วยแยกผลิตภัณฑ์ออกจากตัวทำละลาย และ (ง) หน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์เพื่อนำกลับไปใช้ใหม่ที่หน่วยผลิต A
  

รูปที่ ๑ (บน) วางตำแหน่งหน่วยผลิตตามแนวยาว หน่วยกลั่นตัวทำละลายอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของสายการผลิต (กลาง) วางตำแหน่งหน่วยผลิตตามแนวยาว หน่วยกลั่นตัวทำละลายอยู่ทางต้นทางของสายการผลิต และ (ล่าง) วางตำแหน่งหน่วยผลิตในพื้นที่รูปสี่เหลี่ยม พึงสังเกตว่าแต่ละแบบนั้นการเดินท่อจะมีความแตกต่างกันอยู่
  
ในรูปที่ ๑ (บน) และ (กลาง) นั้นเป็นการวาง plot plan ของหน่วยผลิตต่าง ๆ ในแนวยาว ความแตกต่างอยู่ที่ตำแหน่งที่ตั้งของหน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์ ในกรณีของรูปที่ ๑ (บน) นั้นหน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์อยู่ถัดจากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ออกจากตัวทำละลาย ดังนั้นการเดินท่อส่งตัวทำละลายที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์จากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ไปยังหน่วยกลั่นตัวทำละลายนี้จะสั้น แต่การเดินท่อส่งตัวทำละลายที่บริสุทธิ์จากหน่วยกลั่นไปยังหน่วยผลิต A จะเดินท่อยาว แต่ถ้าเป็นกรณีของรูปที่ ๑ (กลาง) หน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์จะอยู่ทางต้นทางของหน่วยผลิต A ดังนั้นการเดินท่อส่งตัวทำละลายที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์จากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ไปยังหน่วยกลั่นตัวทำละลายนี้จะยาว แต่การเดินท่อส่งตัวทำละลายที่บริสุทธิ์จากหน่วยกลั่นไปยังหน่วยผลิต A จะเดินท่อสั้น
   
ถ้าตัวทำละลายที่ยังไม่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์นั้นมีความหนืดมากกว่าตัวทำละลายที่บริสุทธิ์แล้ว การใช้ plot plan แบบรูปที่ ๑ (กลาง) จะทำให้ต้องสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าเพราะต้องส่งของเหลวที่มีความหนืดสูง (คือตัวทำละลายที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์) เดินทางเป็นระยะทางไกลกว่า (คือจากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ส่งไปยังหน่วยกลั่นตัวทำละลาย) แต่ถ้าใช้การวาง plot plan ตามรูปที่ ๑ (ล่าง) คือวนรอบเป็นรูปสี่เหลี่ยม ระยะทางเชื่อมต่อระหว่างหน่วยต่าง ๆ จะสั้นที่สุด แต่ทั้งนี้ก็ขึ้นกับว่าทางโรงงานมีพื้นที่สำหรับก่อสร้างที่มีรูปร่างหน้าตาอย่างไร
  
และตรงนี้ก็เป็นสาเหตุที่ทำให้โรงงานที่ใช้กระบวนการผลิตเดียวกัน แต่มีการใช้ plot plan ที่แตกต่างกัน การส่งของเหลวจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่งก็ไม่จำเป็นต้องใช้ปั๊มและท่อที่มีขนาดเดียวกัน
  

รูปที่ ๒ Piping isometric drawing (จาก http://www.flow-techs.com/wp-content/uploads/2012/01/d1.gif) พึงสังเกตความยาวท่อตรงอักษร A จะเห็นว่ามันไม่ได้สัดส่วนกับความยาวที่แท้จริง
  
หลังจากที่ได้ plot plan แล้ว ต่อไปก็คือการคำนวณหาขนาดท่อและปั๊ม เพราะรู้ตำแหน่งแล้วว่าต้นทางและปลายทางนั้นห่างกันเท่าใด และการเดินท่อนั้นต้องเดินรูปแบบใด (เช่น ฝังลงใต้ดิน วางบน pipe rack ที่คดเคี้ยวหรือวิ่งขึ้น-ลงไปตามแนวเส้นทางใดบ้าง) ขั้นตอนนี้ก็จะได้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่ต้องใช้ ลำดับต่อไปก็คือรูปร่างที่แท้จริงของท่อที่ต้องประกอบขึ้นเพื่อใช้ในการส่งผ่านของเหลวนั้น ตรงนี้เป็นจุดที่ piping isometric drawing เข้ามามีบทบาท
  
piping isometric drawing ก็คือรูปร่างของท่อในสามมิติ ว่ามีการหักเลี้ยว ขึ้น-ลง ลาดเอียงทำมุม มีการติดตั้งอุปกรณ์อะไรบ้างที่ตำแหน่งใดบ้าง และอยู่ห่างกันเป็นระยะเท่าใด มีการระบุความยาวท่อและระยะห่างระหว่าง วาล์วและอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ต้องติดตั้งเข้ากับตัวท่อ (เช่นตำแหน่งติดตั้งเกจต่าง ๆ) ที่ชัดเจน ดังตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๒ แต่สิ่งหนึ่งที่ต้องระวังในการอ่าน piping isometric drawing คือภาพนั้นมันไม่ได้แสดงสัดส่วนที่เป็นจริงเสมอไป กล่าวคือถ้าเห็นท่อเส้นหนึ่งในรูปมีความยาวเป็นสองเท่าของท่ออีกเส้นหนึ่ง ก็ไม่ได้หมายความว่าท่อในรูปมีเส้นท่อที่ยาวกว่านั้นจะมีความยาวที่แท้จริงมากกว่า ความยาวที่แท้จริงของท่อต้องดูที่ "ตัวเลข" ที่เขาระบุไว้ ลองดูท่อในรูปที่ ๒ ตรงที่มีอักษร A กำกับ เช่นท่อที่ยาว 19 1/2" (19 นิ้วครึ่ง) นั้นในรูปจะสั้นกว่าท่อที่ยาว 14' 3" (14 ฟุต 3 นิ้ว) เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
   
ความยาวท่อมาตรฐานจากผู้ผลิตจะอยู่ที่ 6 เมตร ดังนั้นถ้าหากว่ามีการเดินท่อตรงที่ยาวกว่า 6 เมตรก็ต้องมีการเชื่อมต่อท่อเข้าด้วยกัน วิธีการเชื่อมต่อท่อตรงเข้าด้วยกันตรงนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของท่อและข้อกำหนดของโรงงาน (ขึ้นอยู่กับว่าเป็นท่อใช้ในงานอะไร) ท่อขนาดใหญ่ก็จะใช้ปลายท่อต่อชนกันและใช้การเชื่อม ถ้าเป็นท่อขนาดเล็กไม่มากก็อาจใช้การเชื่อมต่อปลายท่อเข้าด้วยกันโดยตรงแบบท่อใหญ่ หรือไม่ก็ใช้ข้อต่อตรง (union) ที่เป็นข้อต่อเกลียว (thread) หรือข้อต่อเชื่อมที่เรียกว่า socket weld รายละเอียดการต่อท่อในแนวตรงตรงนี้มันจะไม่ปรากฏใน piping isometric drawing เว้นแต่จะเป็นการเชื่อมต่อที่แตกต่างออกไป เช่นต้องการเดินท่อตรงยาว 18 เมตร (ต้องใช้ท่อยาว 6 เมตร 3 ท่อน) โดยมีการติดตั้งข้อต่อชนิดหน้าแปลนที่ตำแหน่ง 6 เมตรจากปลายด้านซ้าย การเชื่อมต่อท่อท่อนที่ 1 และท่อนที่ 2 (นับจากซ้าย) ด้วยการใช้หน้าแปลนจะมีปรากฏใน piping isometric drawing แต่การเชื่อมต่อท่อท่อนที่ 2 และท่อนที่ 3 (ท่อนขวาสุด) ด้วยการต่อชนท่อโดยตรงนั้น จะไม่มีปรากฏใน piping isometric drawing
  
รูปที่ ๓ ตัวอย่างสัญลักษณ์ข้อต่อ (จาก http://www.flow-techs.com/wp-content/uploads/2012/01/symble.jpg)
  
รูปที่ ๓ เป็นตัวอย่างสัญลักษณ์แสดงชนิดของท่องอ ท่อโค้ง ท่อลด และท่อแยก ที่ใช้ใน piping isometric drawing (แต่ละโรงงานไม่จำเป็นต้องเหมือนกันนะ) สำหรับการเชื่อมต่อในรูปแบบต่าง ๆ ตรงนี้ขออธิบายเพิ่มเติมให้กับผู้ที่กำลังศึกษาอยู่หรือไม่มีประสบการณ์เรื่องงานท่อเกี่ยวกับชนิดของข้อต่อที่ปรากฏในรูปโดยขอให้ดูรูปที่ ๔ ข้างล่างประกอบ การเชื่อมต่อชนิด Butt weld นั้นเป็นการเชื่อมต่อแบบต่อชน โดยมีการเจียรแต่งขอบที่จะต่อชนกันก่อนการเชื่อมเข้าด้วยกัน ท่อขนาดใหญ่มักจะใช้วิธีการนี้ในการเชื่อมต่อ (อ่านเพิ่มเติมได้จาก Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๑๗ วันอังคารที่ ๙ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ขอยัดไส้ก่อนนะ แล้วค่อยราดหน้าตาม")
  
การเชื่อมต่อแบบ socket weld นั้นใช้กับท่อที่มีขนาดเล็ก โดยใช้ข้อต่อที่มีลักษณะเป็นเบ้าสวม (แบบข้อต่อท่อ PVC) โดยการสวมข้อต่อเข้ากับท่อจนปลายท่อชนกับบ่าที่อยู่ในข้อต่อ จากนั้นก็จะดึงข้อต่อถอยหลังออกเล็กน้อยเพื่อให้ปลายท่อไม่ชนกับบ่า ก่อนที่จะเชื่อมยึดท่อกับข้อต่อที่ขอบด้านนอก เหตุผลที่ต้องไม่ให้ปลายท่อชนบ่าก็เพราะถ้าท่อช่วงที่อยู่ในข้อต่อนั้นเกิดการขยายตัว จะทำให้เกิดความเสียหายกับรอยเชื่อมได้ (มันถูกดึงออก) ส่วนการเชื่อมต่อด้วยข้อต่อเกลียวเป็นอย่างไรนั้นขออนุญาตไม่กล่าวถึง
  

รูปที่ ๔ (บน) การเชื่อมต่อแบบ Butt weld (ล่าง) การเชื่อมต่อแบบ Socket weld

รูปที่ ๕ เป็นตัวอย่างสัญลักษณ์ของหน้าแปลน (flange) และวาล์วที่ใช้ใน piping isometric drawing วิธีการเชื่อมต่อหน้าแปลนเข้ากับท่อนั้นมีหลายแบบ ชนิด weld neck ก็ใช้การเชื่อมต่อแบบ butt weld ที่กล่าวมาข้างต้น ชนิด socket weld และแบบเกลียว (threaded) ก็เป็นแบบเดียวกับที่กล่าวมาในรูปที่ ๓ และ ๔ จะมีเพิ่มเติมก็คือหน้าแปลนแบบ Slip on และ Lap joint ที่จะขอขยายความเพิ่มเติม (ดูรูปที่ ๖ ประกอบ)
  
หน้าแปลนแบบ slip on นั้นเป็นแบบที่สวมเข้ากับท่อได้พอดี จากนั้นก็ทำการเชื่อมยึดหน้าแปลนเข้ากับตัวท่อทั้งทางด้านนอกและด้านใน ทีนี้พอเชื่อมหน้าแปลนเข้ากับตัวท่อแล้วก็จะขยับไม่ได้ ดังนั้นในการประกอบนั้นต้องตรวจสอบให้ดีว่ารูสำหรับร้อย bolt นั้นของท่อทั้งสองชิ้นที่จะนำมาต่อเข้าด้วยกันต้องตรงกัน และเมื่อประกอบท่อทั้งสองชิ้นเข้าด้วยกันแล้วจะได้รูปร่างดังต้องการ (คือปลายท่ออีกด้านของท่อแต่ละชิ้นจะต้องหันไปในทิศทางและตำแหน่งที่ถูกต้องด้วย) หน้าแปลนแบบ slip on นี้มักจะใช้กับท่อขนาดเล็กที่ไม่ได้รับความดันมาก
  

รูปที่ ๕ ตัวอย่างสัญลักษณ์เพิ่มเติม (จาก http://mechanicalapp.blogspot.com/2014/01/isometric-drawing.html)

หน้าแปลนแบบ Lap joint นั้นมีส่วนประกอบสองส่วน คือตัวหน้าแปลนที่เป็นแบบ Slip on แต่หน้าแปลนตัวนี้ไม่ได้สวมเข้ากับท่อโดยตรง แต่จะสวมเข้ากับท่อแกนกลางที่เป็นตัวเชื่อมต่อเข้ากับปลายท่อ ตัวหน้าแปลนเองนั้นไม่ได้ถูกยึดเข้ากับท่อแกนกลางหรือตัวท่อ ทำให้มันสามารถหมุนได้ หน้าแปลนแบบ Slip on นี้เหมาะกับท่อขนาดใหญ่ (ที่ไม่ได้รับความดันสูง) เพราะมันยากต่อการจัดตำแหน่งรูร้อย bolt ให้ตรงกัน
  

รูปที่ ๖ (ซ้าย) หน้าแปลนแบบ Slip on ตัวหน้าแปลน (สีเขียว) ถูกเชื่อมยึดติดเข้ากับท่อ (สีฟ้า) โดยตรง (ขวา) หน้าแปลนแปลนแบบ Lap joint ตัวหน้าแปลน (สีเขียว) นั้นเป็นอิสระ ไม่ได้ถูกเชื่อมยึดติดกับตัวท่อ (สีฟ้า) หรือท่อแกนกลาง (สีส้ม)
  

รูปที่ ๗ เป็นตัวอย่างระบบ piping ของระบบหนึ่ง (ของระบบ Steam trap) ที่แสดงให้เห็นข้อต่อทั้งแบบเกลียว (ที่ตัววาล์วและ strainer) หน้าแปลนชนิด Slip on (ที่ตัว Steam trap) และข้อต่อ Butt weld (ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมของระบบ process fluid ที่อยู่ด้านหลัง)
 
 
รูปที่ ๗ ตัวอย่างข้อต่อที่ใช้ในระบบ piping ระบบหนึ่ง
  

ถ้าอ่านมาถึงตรงนี้ก็คิดว่าคงจะพอมีความรู้พื้นฐานสำหรับการอ่านแบบ piping เพิ่มขึ้นบ้างแล้วนะครับ :) :) :)

ไม่มีความคิดเห็น: