วันอาทิตย์ที่ 15 มกราคม พ.ศ. 2560

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Compressor (เครื่องอัดแก๊ส) MO Memoir : Sunday 15 January 2560

อุปกรณ์ที่ใช้เพิ่มความดันให้กับแก๊สจะมีชื่อเรียกที่แตกต่างออกไปตามระดับความดันที่เพิ่ม "fan" หรือพัดลมเป็นอุปกรณ์ที่เน้นไปที่อัตราการไหลที่สูงมากกว่าการเพิ่มความดัน (ความดันที่ได้อาจจะอยู่เพียงแค่ระดับนิ้วน้ำ) ตัวอย่างอย่างที่ใช้พัดลมได้แก่พวกพัดลมดูดอากาศต่าง ๆ "blower" เป็นอุปกรณ์ที่เพิ่มความดันได้สูงกว่าพัดลม แต่ไม่สูงมาก โดยยังเน้นไปที่อัตราการไหลที่สูง ตัวอย่างงานที่เห็นใช้ blower กันอย่างแพร่หลายเห็นจะได้แก่การเติมอากาศให้กับน้ำในระบบบำบัดน้ำที่ต้องอัดอากาศเข้าไปที่ก้นบ่อน้ำ ที่ระดับความดันสูงขึ้นไปอีกก็จะเรียกว่าเป็น "compressor"
 
ความแตกต่างหนึ่งที่สำคัญระหว่างการเพิ่มความดันให้กับของเหลวและกับแก๊สคือ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ในกรณีของเหลวนั้นถือได้ว่าอุณหภูมิหลังการอัดนั้นไม่เปลี่ยนแปลง ส่วนแก๊สนั้นยิ่งอัดให้มีความดันสูงขึ้นมากเท่าใดแก๊สที่ผ่านการอัดก็ยิ่งมีอุณหภูมิสูงมากตามไปด้วย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปรกติที่ปัญหานี้มักเกิดกับ compressor เป็นประจำ
 
ประสิทธิภาพการทำงานของคอมเพรสเซอร์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิแก๊สขาเข้า โดยประสิทธิภาพจะสูงขึ้นถ้าอุณหภูมิแก๊สขาเข้าต่ำลง การอัดแก๊สให้มีความดันสูงในขั้นตอนเดียวจะมีประสิทธิภาพต่ำกว่าการอัดเพิ่มความดันทีละขั้น โดยมีการลดอุณหภูมิแก๊สที่ผ่านการอัดแต่ละขั้นให้ต่ำลงก่อนที่จะนำไปอัดในขั้นต่อไป นอกจากนี้ในกรณีที่แก๊สนั้นสามารถเกิดปฏิกิริยาการสลายตัวเองได้หรือทำปฏิกิริยาระหว่างกันได้ในกรณีของแก๊สผสมถ้าแก๊สนั้นมีอุณหภูมิสูงพอ ในกรณีเช่นนี้อุณหภูมิที่ปฏิกิริยาจะเริ่มเกิดจะเป็นตัวกำหนดว่าในการอัดแต่ละขั้นนั้นจะเพิ่มความดันได้ไม่เกินเท่าใด การลดอุณหภูมิแก๊สก่อนการอัดนั้นมีทั้งการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนดึงความร้อนออก และการฉีดของเหลวที่เหมาะสมในปริมาณที่พอเหมาะเข้าไปผสมกับแก๊สก่อนการอัด โดยใช้การระเหยของละอองของเหลวที่ฉีดเข้าไปนั้นเป็นตัวลดอุณหภูมิแก๊ส และในกรณีของแก๊สที่มีความหนาแน่นต่ำนั้น อาจต้องทำการผสมแก๊สที่มีความหนาแน่นสูงเข้าไปก่อนการอัด เพื่อให้คอมเพรสเซอร์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และค่อยควบแน่นแก๊สความหนาแน่นสูงที่ผสมเข้าไปนั้นทางด้านขาออก
 
ตรงนี้ดูตัวอย่างเรื่องผลของอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในระหว่างขั้นตอนการอัดแก๊สต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีของแก๊สที่ถูกอัด และการลดอุณหภูมิแก๊สขาเข้าด้วยการฉีดของเหลวผสมเข้าไปในแก๊สขาเข้า ได้ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๘ วันพฤหัสบดีที่ ๒ มิถุนายน ๒๕๕๙ เรื่อง "ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๐ Charge gas compression ภาค ๒"
 
อีกสิ่งหนึ่งที่คอมเพรสเซอร์ (โดยเฉพาะ centrifugal compressor) แตกต่างจากปั๊มคือคอมเพรสเซอร์มักจะมาด้วยอุปกรณ์ประกอบที่พร้อมกว่า เวลาเราซื้อปั๊มนั้นค่อนข้างจะมั่นใจได้เลยว่าจะได้มาแต่ตัวปั๊ม (กับมอเตอร์ขับเคลื่อน ถ้าเป็นปั๊มตัวเล็ก หรือมีการระบุไว้ตอนซื้อ) พวกอุปกรณ์วัดเช่นเกจวัดความดัน ระบบท่อด้านขาออกที่จำเป็นสำหรับการเริ่มเดินเครื่อง อุปกรณ์ควบคุมการเปิดปิด จะไม่มีให้มา ผู้ซื้อปั๊มไปต้องไปจัดการเอาเอง แต่คอมเพรสเซอร์นั้นบางทีก็ให้มาครบ (เคยเห็น centrifugal compressor ตัวใหญ่ที่ใช้อัดอากาศ ที่ให้มาตั้งแต่ วงจรวาย-เดลต้าที่ใช้ในการเริ่มเดินเครื่องมอเตอร์ ระบบท่อ bypass หรือ vent แก๊สทิ้งที่เปิดปิดอัตโนมัติที่จำเป็นต้องใช้ในการเริ่มเดินเครื่อง เพื่อลดโหลดให้กับมอเตอร์) ดังนั้น P&ID ของกระบวนการ พอมาถึงจุดของคอมเพรสเซอร์นั้นบางทีอาจจะไม่มีรายละเอียดอะไรมาก บอกแต่เพียงว่าไปอยู่ในแบบของผู้ขายคอมเพรสเซอร์ (ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า vendor หรือ supplier)

ต่อไปขอเชิญชมรูปประกอบพร้อมคำบรรยายครับ



รูปที่ ๑ ตัวอย่าง P&ID ของหน่วย after cooler (หน่วยลดความอุณหภูมิแก๊สที่ผ่านการอัด) ของ reciprocating compressor ที่มีถังดักแยกของเหลวที่ควบแน่นแยกจากตัวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (เป็นสิ่งจำเป็น) พึงสังเกตว่าการปรับอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็น (หรือของเหลวที่มารับความร้อน) จะปรับทางด้านขาออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ทั้งนี้เพื่อให้มั่นใจว่าจะมีน้ำหล่อเย็นอยู่เต็มตัวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน รูปด้านซ้ายและขวาเป็นรูปเดียวกัน เพียงแต่สลับซ้ายขวากันเท่านั้นเอง

รูปที่ ๒ อีกตัวอย่างหนึ่งของ P&ID ของหน่วย after cooler ชนิด shell and tube heat exchanger ที่ของเหลวที่ควบแน่นถูกแยกออกจากแก๊สทางอีกฟากหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน พึงสังเกตว่าในรูปที่ ๑ และ ๒ นั้นจะมีวาล์วระบายความดันในด้านน้ำหล่อเย็นนั้น ซึ่งจำเป็นเมื่อความดันของอีกสายหนึ่งนั้นสูงกว่า ซึ่งถ้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดการรั่วไหลจนแก๊สความดันสูงไหลเข้ามาฝั่งด้านน้ำหล่อเย็นได้ จะทำให้เกิดความเสียหายแก่ระบบท่อน้ำหล่อเย็น จึงจำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วระบายความดันเอาไว้

รูปที่ ๓ ตัวอย่าง P&ID ของระบบหล่อเย็นกระบอกสูบคอมเพรสเซอร์ ตรงนี้อาจเปรียบได้กับเครื่องยนต์ที่ต้องมีน้ำเข้าไปหล่อเลี้ยงรอบกระบอกสูบเพื่อให้ไม่เครื่องยนต์ร้อนเกินไป สำหรับแก๊สบางชนิด (ซึ่งอาจเป็นแก๊สบริสุทธิ์หรือแก๊สผสม) ที่อาจเกิดปฏิกิริยาหรือสลายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงพอ ก็จำเป็นต้องลดอุณหภูมิแก๊สนั้นในระหว่างการอัดเพื่อไม่ให้อุณหภูมิแก๊สเพิ่มมากเกินไป ในกรณีของคอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบเราสามารถใช้การหล่อเย็นที่กระบอกสูบช่วยได้แบบเครื่องยนต์รถ แต่ในกรณีของ centrifugal compressor ต้องอัดแก๊สก่อนแล้วจึงค่อยลดอุณหภูมิ
 
รูปที่ ๔ สิ่งหนึ่งที่คอมเพรสเซอร์แตกต่างจากปั๊มคือ คอมเพรสเซอร์มักจะมาโดยมีอุปกรณ์ประกอบต่าง ๆ มาครบถ้วนมากกว่า เช่นอาจมีการติดตั้งอุปกรณ์วัด (อุณหภูมิ ความดัน) และวาล์วระบายความดันมาให้ในตัว ในขณะที่ปั๊มนั้นมักจะมาแต่ตัวปั๊ม (รวมมอเตอร์) ด้วยเหตุนี้ในกรณีของคอมเพรสเซอร์ เส้นแบ่งความรับผิดชอบระหว่างผู้ซื้อกับผู้ใช้จึงไม่จำเป็นต้องอยู่ที่ตำแหน่งในรูป (คือไม่รวมเกจวัดความดันและวาล์วระบายความดัน) ดังนั้นอย่าแปลกใจถ้าจะพบว่าใน P&ID บางหน่วยจะแสดงว่ามีแค่ท่อต่อเข้า-ออกตัวคอมเพรสเซอร์เท่านั้น โดยไม่แสดงเกจวัด เพราะต้องรอว่าจะได้คอมเพรสเซอร์แบบไหนมา

รูปที่ ๕ ตัวอย่าง P&ID ของคอมเพรสเซอร์ที่มีการอัดสองขั้นตอน โดยมีการลดอุณหภูมิแก๊สหลังการอัดขึ้นแรกและก่อนเข้าสู่ขั้นตอนการอัดที่สอง รูปนี้แสดงตัวอย่างระบบควบคุมที่ใช้ระดับของเหลวในถังแยกของเหลวที่ควบแน่นออกจากแก๊ส (knock out drum) เป็นตัวกำหนดการทำงานของคอมเพรสเซอร์ โดยถ้าระดับของเหลวในถังดังกล่าวสูงมากเกินไป level switch high (LSH) จะหยุดการทำงานของคอมเพรสเซอร์และส่งสัญญาณเตือน level alarm high (LAH)

รูปที่ ๗ก และรูปที่ ๗ข ในหน้าถัดไป (เป็นรูปต่อเนื่องกัน) แสดงตัวอย่าง P&ID ของ multi-stage compressor ขนาดใหญ่ ในรูปนี้แสดงขั้นตอนการอัดเพียงแค่ ๓ ขั้นตอนโดยอาจมี intercooler อยู่ระหว่างขั้นตอนที่ ๑ และ ๒ และระหว่างขั้นตอนที่ ๒ และ ๓ คอมเพรสเซอร์แบบนี้ตัว impeller ของแต่ละขั้นตอนการอัดจะติดตั้งอยู่บนเพลาเดียวกันและหมุนไปพร้อมกัน รูปที่นำมาแสดงเป็นตัวอย่างนี้เป็นระบบที่ใช้กังหันไอน้ำเป็นตัวขับเคลื่อน


รูปที่ ๗ข ส่วนต่อด้านขวาของรูปที่ ๗ก


รูปที่ ๘ Root blower หรือ Lobe blower ขนาดเล็กที่ใช้อัดอากาศลงบ่อน้ำเพื่อการเติมออกซิเจนให้กับน้ำ คำ "blower" มักใช้กับอุปกรณ์เพิ่มความดันให้กับแก๊สไม่มาก จึงมีการเรียกให้แตกต่างจาก "compressor" ส่วน "fan" นั้นจะเน้นที่อัตราการไหลสูงมากกว่าการเพิ่มความดัน พึงสังเกตว่า blower เครื่องนี้ใช้สายพานถ่ายทอดกำลังจากมอเตอร์ให้กับตัว blower และนอตที่อยู่ที่ฐานของมอเตอร์ (ที่ลูกศรสีแดงชี้) ที่ใช้สำหรับการปรับละเอียดตำแหน่งมอเตอร์เพื่อให้มูเล่สายพาน (pulley หรือมู่เล่) ที่ตัวมอเตอร์นั้นวางตัวขนานและอยู่ในแนวเดียวกับมูเล่สายพานของคอมเพรสเซอร์


รูปที่ ๙ Root blower ตัวเดียวกับรูปที่ ๘ แต่เป็นภาพอีกมุมมองหนึ่ง จะเห็นว่าคอมเพรสเซอร์ตัวนี้มีวาล์วระบายความดันและเกจวัดความดันมาพร้อม ผู้ใช้งานทำเพียงแต่ต่อท่อด้านขาออกและติดตั้งวาล์วด้านขาออกเพิ่มเติมเท่านั้น

ไม่มีความคิดเห็น: