รูระบายของเหลวที่ท่อด้านขาออกของ Safety valve MO Memoir 2558 July 28 Wed

การทำงานของวาล์วระบายความดัน (Safety หรือ Relief valve) นั้นขึ้นอยู่กับความดันด้านขาออกของวาล์ว เพราะวาล์วจะเปิดก็ต่อเมื่อผลต่างระหว่างความดันด้านขาเข้าและด้านขาออกนั้นสูงถึงค่าที่ออกแบบไว้ ถ้าความดันในท่อด้านขาออกนั้นสูงกว่าค่าที่ออกแบบไว้ วาล์วจะเปิดก็ต่อเมื่อความดันด้านขาเข้าสูงเกินกว่าความดันที่แท้จริงที่ต้องการให้เปิด ตัวอย่างเช่นถ้าเราต้องการให้วาล์วเปิดเมื่อความดันในระบบสูงถึง 5 barg โดยด้านขาออกมีความดัน 0 barg (หรือความดันบรรยากาศ) แต่ถ้าความดันด้านขาออกนั้นสูงกว่า 0 barg เช่นสมมุติให้เป็น 0.2 barg ในกรณีนี้วาล์วจะเปิดเมื่อความดันด้านขาเข้านั้นสูงถึง 5.2 barg
  

ถ้าเป็นการระบายความดันเข้าสู่ระบบท่อรวม เช่นท่อ header ของระบบ flare ที่มีท่อระบายความดันจากวาล์วระบายความดันหลายตัวต่อเชื่อมเข้ามายังท่อหลักเดียวกัน เพื่อนำแก๊สที่ระบายออกมาไปเข้าสู่ระบบกำจัดก่อนที่จะปล่อยออกสู่บรรยากาศนั้น ผลของความดันด้านขาออกมักจะถูกรวมเอาไว้ในการคำนวณอยู่แล้ว เพราะตัวระบบกำจัดเองก็ทำให้เกิดแรงต้านการไหล และการระบายความดันจากวาล์วระบายความดันหลาย ๆ ตัวพร้อมกัน (เช่นในกรณีเพลิงไหม้หรือต้องหยุดเดินเครื่องฉุกเฉิน) ก็จะทำให้ความดันในท่อ header นี้สูงกว่าความดันบรรยากาศ และปัจจัยเหล่านี้มักจะถูกรวมเอาไว้ในการคำนวณเพื่อหาขนาดที่เหมาะสมของวาล์วอยู่แล้ว
  

รูปที่ ๑ ตัวอย่างการติดตั้งวาล์วระบายความดันโดยระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรง (พวกถังเก็บอากาศหรือแก๊สไม่อันตราย (เช่นไนโตรเจน) หรือระบบท่อไอน้ำ มักจะเป็นแบบนี้ ในกรณีเช่นนี้ควรต้องคำนึงถึงโอกาสที่จะมีไอน้ำควบแน่นสะสมในท่อระบายด้านขาออกของวาล์ว และมักจะมีการเจาะรูเล็ก ๆ ที่ตัดต่ำสุด (ในกรอบสี่เหลี่ยมเส้นประ) เพื่อระบายน้ำที่อาจสะสมในระบบท่อออกไป (รูปจาก http://www2.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/safety-valves/safety-valve-installation.asp)
  

แต่ก็มีหลายกรณีด้วยกันที่การระบายความดันนั้นระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรง กรณีเช่นนี้มักใช้กับการระบายความดันจากระบบกักเก็บสารที่ไม่เป็นอันตราย ที่เห็นได้ชัดทั่วไปในโรงงานคือถังเก็บอากาศและระบบไอน้ำ สิ่งที่ทำก็คือหันท่อทางออกนั้นไปในทิศทางที่ปลอดภัย แต่ก็มีบางกรณีเหมือนกันสำหรับสารที่เป็นเชื้อเพลิง เช่นวาล์วระบายความดันจากถังลูกโลก (spherical tank) ที่ใช้เก็บแก๊สปิโตรเลียมเหลม (LPG) ที่มีการระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรง แต่นั้นเป็นกรณีเมื่อมีเหตุการณ์ไฟไหม้ลุกครอกถังดังกล่าว ในกรณีเช่นนี้การยอมให้มีการระบายแก๊สนั้นออกสู่บรรยากาศโดยตรง (ซึ่งแก๊สที่ออกมาก็จะลุกติดไฟตรงปากทางออก) ถือว่าปลอดภัยว่าการปล่อยให้ความดันในถังสูงขึ้นจนถังระเบิด การออกแบบระบบระบายกรณีนี้เรียกว่า Fire relief ซึ่งมีแนวความคิดที่แตกต่างไปจาก Pressure relief ในขณะใช้งานตามปรกติ
  

ท่อระบายความดันออกสู่บรรยากาศนั้นไม่มีปัญหาเรื่องความดันบรรยากาศเพิ่มขึ้นจนส่งผลให้ความดันด้านขาออกของวาล์วระบายความดันนั้นสูงจนส่งผลกระทบต่อการทำงานของวาล์วระบายความดัน แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีโอกาสที่ความดันด้านขาออกของวาล์วระบายความดันจะสูงจนส่งผลกระทบต่อการทำงานของวาล์วระบายความดัน มันมีอยู่เหมือนกัน นั่นคือเมื่อมี "ของเหลว" โดยเฉพาะ "น้ำ" สะสมอยู่ในท่อทางออกของวาล์วระบายความดัน
  

วาล์วระบายความดันนั้นจะติดตั้งโดยท่อทางเข้านั้นไหลขึ้นในแนวดิ่ง และท่อทางออกไหลออกในแนวนอนตั้งฉากกับทิศทางไหลเข้า การออกแบบท่อทางออกนี้ต้องคำนึงไม่ให้น้ำมีโอกาสสะสมในท่อได้ น้ำที่สะสมนี้อาจเป็นน้ำฝน (ถ้าติดตั้งนอกอาคาร) หรือน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำในอากาศ (ตามฤดูกาล) หรือน้ำที่เกิดจากการระบายความดัน (เช่นในระบบไอน้ำ)
  

รูปที่ ๒ วาล์วระบายความดันของระบบท่อไอน้ำระบบหนึ่ง เป็นการระบายออกสู่บรรยากาศ ตอนที่ถ่ายรูปนั้นระบบอยู่ระหว่างการติดตั้ง ก็เลยยังไม่มีการเจาะรูสำหรับระบายไอน้ำควบแน่นที่อาจสะสมในท่อทางออกได้ ส่วนเมื่อติดตั้งเสร็จแล้วจะช่างจะทำการเจาะรูหรือไม่นั้นก็คงเป็นอีกเรื่องหนึ่ง
  

ถ้าตำแหน่งวาล์วระบายความดันนั้นอยู่สูงพอ (เรียกว่าไม่อยู่ในระดับที่คนเดินผ่านไปผ่านมา) ท่อทางออกก็จะเดินออกไปข้าง ๆ ได้โดยตรง โดยอาจให้มีความลาดเอียงเล็กน้อย เพื่อให้ของเหลว (ถ้าเกิดขึ้นในท่อ) ไหลออกทางปลายท่อ แต่ถ้าจำเป็นต้องยกปลายด้านขาออกให้สูงขึ้นเพื่อให้ปลายท่อนั้นระบายความดันออกไปยังตำแหน่งที่ปลอดภัย ในกรณีหลังนี้จำเป็นที่ต้องพิจารณาตำแหน่งที่ของเหลวสามารถสะสมได้ในระบบท่อ และต้องหาทางระบายของเหลวดังกล่าวออก (ถ้ามีการสะสมเกิดขึ้น) และวิธีการทั่วไปที่กระทำกันก็คือ "การเจาะรูระบายเล็ก" ไว้ตรงตำแหน่งต่ำสุดของท่อนั้น
  

รูปที่ ๓ อีกตัวอย่างการติดตั้งวาล์วระบายความดันที่ระบายออกสู่บรรยากาศ ในกรณีนี้จะเจาะรูระบายของเหลวที่ตำแหน่งต่ำสุดของข้องอ (ในกรอบสี่เหลี่ยมประ) (รูปจาก http://www.pipingguide.net/2010/08/piping-layout.html)
  

รูปที่ ๑ และ ๓ เป็นตัวอย่างการเจาะรูระบายของเหลวที่อาจสะสม โดยในรูปที่ ๑ นั้นจะมีท่อสั้น ๆ ต่อออกมาจากวาล์วระบายความดันก่อนที่จะเข้าข้องอ ดังนั้นในกรณีนี้จะทำการเจาะรูตรงท่อสั้น ๆ เส้นนั้น ส่วนในรูปที่ ๓ นั้นเป็นการต่อข้องอโดยตรงกับด้านขาออกของวาล์วระบายความดัน ในกรณีนี้จำเป็นต้องเจาะรูระบายไว้ที่ตัวข้องอ รูปที่ ๒ เป็นตัวอย่างการติดตั้งจริงของโรงงานแห่งหนึ่งที่ผมไปถ่ายรูปมา เป็นวาล์วระบายความดันของระบบท่อไอน้ำระบบหนึน่ง (ตอนถ่ายรูปนั้นอยู่ระหว่างการติดตั้งวาล์วระบายความดันตัวดังกล่าว) จะเห็นว่ารูปแบบการติดตั้งเป็นการต่อข้องอเข้ากับวาวล์วระบายความดันโดยตรงดังรูปที่ ๓
  

แน่นอนว่าเมื่อเกิดการระบายความดันนั้นจะต้องมีแก๊สบางส่วนรั่วไหลออกทางรูระบายนี้ แต่ด้วยการที่รูไม่ได้มีขนาดใหญ่มาก (แค่ให้น้ำไหลออกได้) และไม่ได้อยู่ในแนวทิศทางการไหล (เพราะอยู่ตั้งฉาก) ประกอบกับแก๊สที่ระบายออกมานั้นไม่ใช่แก๊สอันตราย การรั่วไหลที่รูระบายนี้จึงถือว่ายอมรับได้

อีกประเด็นที่ต้องคำนึงในการวางท่อระบายความดันด้านขาออกก็คือ แรงกระทำที่เกิดจากการไหลของแก๊สที่ระบายออก โดยเฉพาะท่อระบายที่มีการโค้งงอเปลี่ยนทิศทาง (ดูรูปที่ ๔) จำเป็นต้องนำเอาแรงที่เกิดขึ้นนี้มาพิจารณาออกแบบระบบยึดตรึงท่อให้มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะรับแรงดังกล่าวได้ เพราะเคยมีเหตุการณ์บันทึกเอาไว้ว่าท่อที่ถูกแรงกระทำดังกล่าวดัดจนพับพาดลงมานั้นก่อให้เกิดความเสียหายกับอุปกรณ์รอบข้างและผู้ปฏิบัติงานจนเสียชีวิตมาแล้ว
  

รูปที่ ๔ แรงที่กระทำต่อระบบท่อเมื่อมีแก๊สระบายออก ปรกติความยาวท่อเมื่อออกจากวาล์วระบายความดันไปในแนวนอนมักจะเป็นท่อสั้นอยู่แล้ว ตัวที่อาจก่อเรื่องได้คือส่วนที่อยู่ในแนวดิ่ง (L) เพราะเมื่อแก๊สพุ่งออกทางปลายท่อก็จะทำให้เกิดแรงดัดและโมเมนต์บิดในระบบท่อได้ ถ้าแนวพุ่งออกนั้นอยู่ในระนาบเดียวกันกับทิศทางการพุ่งออกจากวาล์วระบายความดัน (เช่นในรูปซ้าย) ก็จะมีแต่โมเมนต์ดัดที่เกิดขึ้น แต่ถ้าแนวพุ่งออกนั้นอยู่ในระนาบที่ตั้งฉากกับทางทิสทางการพุ่งออกจากวาล์วระบายความดัน (เช่นในรูปขวา) ในกรณีนี้ต้องคำนึงถึงโมเมนต์บิดที่เกิดขึ้นด้วย

รูปที่สุดท้ายในหน้าถัดไปไม่ได้เกี่ยวข้องกับการออกแบบท่อด้านขาออกของวาล์วระบายความดัน เพียงแค่บังเอิญเห็นมันอยู่ใกล้ ๆ กับวาล์วดังกล่าว อันนี้เป็นตัวอย่างหนึ่งของการป้องกันไม่ให้ใครมาหมุนวาล์วเล่น (ไม่ว่าจะโดยจงใจหรือไม่ตั้งใจก็ตาม) วิธีการของเขาก็คือถ้าเป็นพวก gate valve หรือ globe valve ที่เป็นตัวเล็ก ก็จะถอดล้อหมุน (wheel) ออกซะเลย แต่ถ้าเป็นตัวใหญ่ก็จะใช้การใช้โซ่คล้องและเอากุญแจมาล๊อคเอาไว้ ถ้าเป็น ball valve ก็จะใช้วิธีการถอดก้านหมุนวาล์วออก พวก ball valve ตัวเล็กนี่ยิ่งต้องระวัง เพราะแค่เดินชนหรือเผลอเอาอะไรไปกระแทกก้านวาล์ว มันก็เปลี่ยนจากตำแหน่งเปิดเต็มที่เป็นปิดเต็มที่ หรือจากปิดเต็มที่เป็นเปิดเต็มที่ได้ทันที
  

รูปที่ ๕ วาล์วตัวซ้ายเป็นของระบบท่อที่ต่อไปยังอุปกรณ์วัดที่ส่งสัญญาณไปยังระบบควบคุม มีการติดตั้งวาล์วเอาไว้เผื่อเวลาที่อุปกรณ์วัดนั้นเสียจะได้ถอดไปซ่อมหรือเปลี่ยนตัวใหม่ได้ แต่ในขณะใช้งานนั้นไม่ต้องการให้ใครมาปิดวาล์วตัวดังกล่าว เพราะถ้ามีการปิดเมื่อใด อุปกรณ์วัดจะไม่สามารถตรวจพบความผิดปรกติได้ เพื่อป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้นก็เลยต้องถอดตัวล้อหมุนวาล์ว (wheel) ออก เป็นการป้องกันไม่ให้ใครมือซนไปหมุนเล่น (จะโดยจงใจหรือไม่จงใจก็ตาม)