วันพฤหัสบดีที่ 12 มกราคม พ.ศ. 2560

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Auxiliary piping ของปั๊มหอยโข่ง MO Memoir : Thursday 12 January 2560

ช่องว่างระหว่างผิวนอกของเพลาใบพัดปั๊มหอยโข่งที่ยื่นออกมาข้างนอกตัวเรือนปั๊ม กับตัวเรือนปั๊มนั้น จำเป็นต้องได้รับการปิดกั้นเพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวในระบบรั่วซึมออกมาข้างนอก แต่ในขณะเดียวกันจะต้องยอมให้เพลานั้นหมุนได้สะดวก ไม่ติดขัด ด้วยการนี้จึงได้มีการคิดค้นวิธีการป้องกันการรั่วซึมดังกล่าวขึ้นมา ซึ่งมีอยู่ด้วยกันหลายวิธี ในกรณีที่ของเหลวด้านในปั๊มนั้นเป็นสารที่ไม่อันตราย (ซึ่งก็คงมีแต่น้ำเท่านั้นมั้งครับ) การใช้ stuffing box ร่วมกับ gland packing ก็เป็นทางเลือกหนึ่ง ตัวอย่างโครงสร้างของ stuffing box แสดงไว้ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ ภาพตัดขวางโครงสร้างของ Stuffing box ที่ใช้เป็นที่บรรจุ gland packing (ปะเก็นเชือก) ป้องกันการรั่วไหลจากด้าน process มายังภายนอก (รูปจากเอกสารยื่นขอจดสิทธิบัตร US2012030106A1 Sootblower stuffing box and seal)

gland packing ซึ่งเป็นส่วนที่อยู่กับที่จะทำจากวัสดุที่มีความลื่น (เช่นวัสดุผสมแกรไฟต์) เพื่อลดแรงเสียดทานกับตัวเพลาที่หมุน ในทางปฏิบัตินั้นจะยอมให้ของเหลวด้าน process รั่วออกมาข้างนอกได้เล็กน้อยเพื่อช่วยหล่อลื่นและระบายความร้อนออก คือเห็นรั่วซึมเล็กน้อยถือว่าเป็นเรื่องปรกติ แต่ถ้าไม่มีการรั่วซึมเลยอาจมีปัญหาเรื่องการหล่อลื่นและการระบายความร้อนได้) แต่พอใช้ไปได้ระดับหนึ่งการเสื่อมสภาพของ gland seal จะทำให้มีการรั่วมากขึ้น ก็ให้ทำการขันนอตอัดเข้าไปเพื่อลดการรั่วไหล แต่พอถึงจุดหนึ่งก็ต้องทำการเปลี่ยน gland seal
 
อันที่จริงการป้องกันการรั่วซึมตรงช่องว่างระหว่างเพลาหมุนกับตัวเรือนที่อยู่กับที่นี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะกับปั๊มหอยโข่ง หรือคอมเพรสเซอร์อัดแก๊ส พวกใบพัดกวนที่ใช้กับถังกวนภายใต้ความดันก็จำเป็นต้องป้องกันการรั่วซึมของแก๊สออกมาภายนอกเช่นกัน และก็อย่าเอา stuffing box ไปสับสนกับ journal bearing เพราะ stuffing box ไม่ได้ทำหน้าที่รับน้ำหนักเพลา
 
การป้องกันการรั่วด้วย gland packing นั้นมันมีข้อดีตรงที่ เวลาที่ packing เสื่อมสภาพการใช้งานนั้น เราจะเห็นการรั่วซึมเพิ่มมากขึ้นอย่างช้า ๆ แต่ถ้าเป็นงานที่ไม่ต้องการให้ของเหลวรั่วออกมาเลย (หรือน้อยมาก) เช่นใช้กับของเหลวที่ติดไฟได้ ในการนี้ก็จะหันไปใช้ mechanical seal แทน ซึ่งป้องกันการรั่วออกมาภายนอกได้ดีกว่ามาก แต่ถ้ามันพังเมื่อใดเมื่อใด จะเกิดการรั่วไหลอย่างมากทันที


รูปที่ ๒ ปั๊มน้ำสูบส่งน้ำขึ้นอาคาร ความดันด้านขาออก 150 psi ตรงลูกศรสีเขียวชี้คือ stuffing box ที่มีน้ำรั่วไหลออกมาตลอดเวลา


รูปที่ ๓ ส่วนขยายตรง stuffing box ของรูปที่ ๒ นอตตัวตรงลูกศรชี้คือตัวที่ใช้ขันอัด gland seal
 
หลักการทำงานของ mechanical seal นั้นใช้การกดหน้าสัมผัสสองชิ้นให้แนบชิดติดกัน โดยหน้าสัมผัสหนึ่งเป็นหน้าสัมผัสที่อยู่กับที่ และอีกหน้าสัมผัสหนึ่งจะหมุนไปพร้อมกับเพลา ดังนั้นพื้นผิวหน้าสัมผัสทั้งสองควรต้องมีความลื่นเช่นกัน และเช่นเดียวกันกับกรณีของ gland packing ที่การเสียดสีหรือความร้อนของของเหลวที่ทำการสูบ และของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวที่ทำการสูบนั้น สามารถทำให้อายุการใช้งานของ mechanical seal สั้นลงได้ ดังนั้นเพื่อที่จะระบายความร้อนและ/หรือป้องกันไม่ให้ของแข็งเข้ามาสะสมตรงบริเวณตัว mechanical seal จึงมีการออกแบบให้ตัวปั๊มมีระบบ "flush" (หรือชะล้าง) บริเวณตัว mechanical seal ด้วยการใช้ของเหลวฉีดอัดเข้าไปตรงบริเวณ mechanical seal ที่มาของของเหลวที่จะทำการ flush เข้าไปตรงตัว mechanical seal และรูปแบบการ flush นี้มีอยู่ด้วยกันหลายรูปแบบ ดังตัวอย่างที่ยกมาให้ดูในรูปที่ ๔-๖ ที่นำมาจาก API 682 2nd edition 2002 (ปัจจุบันเป็น 4th edition แล้ว) "Pumps - Shaft sealing systems for centrifugal and rotary pumps" ในส่วนของ Annex D (normative) Standard flush plan and auxiliary hardware ตัวอย่าง P&ID ในรูปที่ ๗-๙ นั้นมีมาก่อนมาตรฐาน API 682 เกิดขึ้น ส่วนรูปที่ ๑๐ นั้นเป็นส่วนที่เข้า jacket หรือบริเวณรอบ ๆ แบริ่งเพื่อการระบายความร้อนออกแบริ่งและตัวปั๊ม 
  
รูปที่ ๔ และ ๕ นั้นเป็นรูปแบบที่ดึงเอาของเหลวด้านขาออกจากตัวปั๊มมาส่วนหนึ่งเพื่อใช้ flush กลับเข้าไปตรงตัว mechanical seal และในกรณีที่ของเหลวนั้นมีของแข็งปนอยู่ก็ควรต้องติดตั้งตัวกรองก่อน แต่ในความเป็นจริงนั้นของเหลวที่นำมา flush นั้นไม่จำเป็นต้องใช้ของเหลวด้านขาออกจากตัวปั๊ม อาจเป็นของเหลวชนิดเดียวกันที่สะอาดจากแหล่งอื่นก็ได้ เช่นในกรณีของปั๊มที่ใช้กับ slurry ที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่มากนั้นในตัวทำละลายนั้น การติดตั้งตัวกรอง (strainer) เพื่อดักเอาของแข็งออกก่อนนั้นมันไม่เหมาะสมในทางปฏิบัติเพราะตัวกรองมันจะอุดตันเร็ว วิธีการที่เหมาะสมกว่าคือการใช้ตัวทำละลายที่สะอาดจากแหล่งอื่นทำหน้าที่เป็น flushing fluid อัดเข้าไปตรงช่องนั้นแทน (รูปที่ ๗)
 
ในความเป็นจริงนั้น mechanical seal ก็ยังมีการรั่วซึมอยู่ แต่น้อยมากเมื่อเทียบกับ gland packing ในรูปที่ ๔ และ ๕ นั้นเป็นการ flush ทางด้าน process fluid ของ mechanical seal ซึ่งทำไปเพื่อป้องกันไม่ให้มีของแข็งเข้ามาสะสมและระบายความร้อน ในกรณีที่เป็นของเหลวที่ร้อนและ/หรือต้องการลดการรั่วซึมของ process fluid ผ่านผิวสัมผัสด้านนี้ออกมา ก็สามารถทำการอัดของเหลวเข้าไปทางด้านหลัง (ด้านออกสู่บรรยากาศ) ได้ (รูปที่ ๖) ความดันที่เกิดขึ้นทางช่องว่างด้านหลังนี้ (ที่สูงกว่าความดันบรรยากาศ) จะช่วยลดการรั่วไหลของ process fluid ออกมาด้านนอก และยังสามารถใช้เป็นตัวระบายความร้อนออกไปได้ด้วย
 
ผมเคยเห็นรูปแบบการ seal ที่คล้ายคลึงกับแบบ plan 52 ในรูปที่ ๖ ในโรงงานแห่งหนึ่ง แต่เป็นสำหรับเพลาใบพัดกวนที่ใช้กับถังความดัน ในกรณีนี้เพลาใบพัดกวนสอดลงมาจากด้านบนของถัง ดังนั้นด้าน process fluid นั้นจะเป็นแก๊ส เพื่อป้องกันการรั่วไหลของแก๊สผ่าน seal ออกมาข้างนอกจึงมีการใช้น้ำมันที่เรียกว่า seal oil อัดเข้าไปทางช่องดังกล่าว น้ำมันนี้ไม่เป็นเพียงช่วยป้องกันการรั่วของแก๊ส แต่ยังช่วยหล่อลื่นและระบายความร้อนออกจากบริเวณดังกล่าวด้วย เนื่องจากโรงงานนี้มีต้องทำการ seal ระบบใบพัดกวนดังกล่าวหลายหน่วย จึงมีการตั้งถังเก็บ seal oil กลาง และจ่าย seal oil จากถังเก็บนั้นไปยังใบพัดกวนตามถังต่าง ๆ แล้วไหลเวียนกลับมายังถังเก็บใหม่ 
  
จะว่าไปแล้วผมเองก็ยังไม่เคยเห็นการทำ process simulation ใด ๆ ที่คิดรวมระบบเสริมเหล่านี้ในกรณีที่จำเป็นต้องมีเพื่อให้อุปกรณ์ทำงานได้นั้น (เช่นระบบ seal oil และ flushing fluid ที่กล่าวมาข้างต้น) เข้าไปในโปรแกรม เพราะจะว่าไปมันก็มีนัยสำคัญในการคำนวณต้นทุนค่าใช้จ่ายและพลังงานที่ต้องใช้ในกระบวนการด้วย การที่ไม่มีการรวมเอาสิ่งนี้เข้าไปอาจเป็นเพราะความไม่รู้ว่าเพื่อให้อุปกรณ์ทำงานได้จริงนั้นต้องมีหน่วยเสริมอะไรบ้าง โปรแกรม simulation จึงคิดเพียงแค่พลังงานที่จำเป็นต้องใช้ในการทำให้ process fluid มีความดันตามต้องการเท่านั้นเอง

ในส่วนของเรื่องราวเกี่ยวกับปั๊มนั้น ตอนนี้เป็นตอนที่ ๖ และเป็นตอนสุดท้าย เรื่องต่อไปในบทความชุดนี้จะเป็นเรื่องเกี่ยวกับคอมเพรสเซอร์

รูปที่ ๔ ตัวบนเป็นการใช้ของเหลวด้านขาออกของปั๊ม (ด้านมีความดัน) มาอัดกลับเข้าไปตรง mechanical seal วิธีการนี้ทำได้ถ้าของเหลวนั้นสะอาด แต่ถ้ามีของแข็งแขวนลอยอยู่ก็ควรที่จะติดตั้งตัวกรอง (strainer) เพื่อดักเอาของแข็งออกก่อน restriction orifice (RO) มีไว้เพื่อจำกัดปริมาณของเหลวที่นำมา flush นั้นไม่ให้มากเกินไป

รูปที่ ๕ รูปแบบนี้เป็นแบบเดียวกับในรูปที่ ๔ เพียงแต่มีการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความร้อนเพิ่มเติมเพื่อลดอุณหภูมิของเหลวที่จะนำมา flush เข้าไปตรงตัว mechanical seal เท่านั้นเอง

รูปที่ ๖ รูปนี้เป็นระบบระบายความร้อนออกจากตัว mechanical seal (พึงสังเกตว่าเข้าคนละด้านของ seal) และของเหลวตัวนี้ยังช่วงลดการรั่วไหลของ process fluid ผ่าน seal ชั้นในออกมาด้วย

รูปที่ ๗ ตัวอย่าง P&ID ของระบบ flushing fluid ที่ใช้ของเหลวจากแหล่งจ่ายภายนอกป้อนเข้าไปยัง mechanical seal โดยของเหลวที่จ่ายเข้าไปนั้นจะผสมเข้าไปกับ process fluid ทางด้านในของปั๊ม การ flush ลักษณะนี้น่าจะเป็นแบบเดียวกับรูปที่ ๔ และ ๕ แตกต่างกันเพียงแค่ของเหลวที่นำมา flush นั้นมาจากแหล่งจ่ายภายนอก ไม่ได้ใช้ process fluid เป็นตัวflush


รูปที่ ๘ ตัวอย่าง P&ID ของระบบ flushing fluid ที่ใช้ของเหลวจากแหล่งจ่ายภายนอกป้อนเข้าไปยัง mechanical seal โดยของเหลวที่จ่ายเข้าไปนั้นจะไหลออกมา มีการใฃ้ globe valve เป็นตัวปรับอัตราการไหล กรณีนี้น่าเป็นแบบในรูปที่ ๖ โดยของเหลวที่ใช้ flush ที่ไหลออกมานั้นไม่จำเป็นต้องทิ้งไป แต่สามารถนำมาหมุนเวียนใช้ใหม่ได้ โดยอาจต้องมีการปรับสภาพเช่นกรองเอาสิ่งสกปรกออกหรือลดความร้อนก่อนนำกลับมาใช้ใหม่


รูปที่ ๙ รูปนี้เป็นตัวอย่าง P&ID สำหรับระบบท่อ drain ดูจากรูปแล้วน่าจะเป็นท่อรองรับของเหลวที่ระบายออกจากตัวเรือนปั๊ม เช่นก่อนที่จะทำการถอดปั๊มออกจากตำแหน่งติดตั้งไปซ่อม (เช่นอาจระบายน้ำมันที่ค้างอยู่ในปั๊มไปยังระบบกำจัดน้ำมัน)


รูปที่ ๑๐ รูปนี้แสดงตัวอย่างของท่อน้ำระบายความร้อนที่ไหลเข้าส่วน jacket ของตัวปั๊ม ซึ่งใช้กับปั๊มที่ทำงานกันของเหลวที่ร้อนเพื่อลดความร้อนให้กับตัวแบริ่ง เส้นประในรูปเป็นส่วนของ process fluid

ไม่มีความคิดเห็น: