Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Miscellaneous equipment (อุปกรณ์จิปาถะ) MO Memoir : Tuesday 17 January 2560

คำคู่หนึ่งที่ทำให้หลายคนที่เริ่มอ่าน P&ID สับสนคือ "Gauge (เกจ)" กับ "Indicator" คำคู่นี้เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์วัดคุม ถ้าพูดถึง gauge จะหมายถึงอุปกรณ์วัดที่ต้องไปอ่านที่ตัวอุปกรณ์ ณ ตำแหน่งที่ติดตั้งตัวอุปกรณ์ ส่วนคำว่า indicator มักหมายถึงตัวอุปกรณ์ที่ทำการส่งสัญญาณค่าที่วัดได้นั้นไปแสดงผลยังที่อื่น เช่นห้องควบคุม หรือไม่ก็บริเวณใกล้เคียงกับสถานที่ติดตั้งตัวอุปกรณ์นั้น เช่นอาจเป็นเพราะอุปกรณ์วัดติดตั้งในตำแหน่งที่ไม่สะดวกในการเข้าไปอ่านค่า แต่ก็มีเหมือนกันที่บางคนมองว่าถ้าเป็น gauge จะเป็น mechanical และถ้าเป็น indicator จะเป็นอิเล็กทรอนิกส์ 
  

ตัวอย่างเช่น pressure gauge หรือเกจวัดความดัน (ย่อว่า PG) ที่มีติดตั้งอยู่ทางด้านขาออกของปั๊มเป็นประจำ ถ้าปั๊มตัวไหนมีการติดตั้งแค่า PG และอยากทราบความดันด้านขาออกของปั๊มตัวนั้น เราก็ต้องเดินไปอ่านค่าจากเกจวัดความดันที่ปั๊มตัวนั้น แต่ถ้ามีการติดตั้ง pressure indicator (PI) เราก็สามารถนั่งอ่านค่านั้นอยู่ที่ห้องควบคุม และในกรณีที่ต้องการเอาค่าที่อ่านได้ไปเป็นสัญญาณควบคุม ก็จะใช้อุปกรณ์พวก indicator เป็นตัววัดโดยนำค่าสัญญาณที่ตัว indicator อ่านได้นั้นส่งออกไปเป็นสัญญาณควบคุม กลายเป็นอุปกรณ์ที่เรียกว่า indicator and controller ที่ย่อว่า IC ต่อท้ายสิ่งที่วัดและควบคุม เช่น TIC ก็หมายถึง Temperature indicator and controller คือเป็นอุปกรณ์ที่วัดค่าอุณหภูมิและนำค่าที่อ่านได้นั้นไปเป็นสัญญาณควบคุมอุณหภูมิ แต่ถ้าเป็นเพียงแค่ TI ที่หมายถึง Temperature indicator ก็จะเป็นเพียงแค่อุปกรณ์ที่แสดงค่าอุณหภูมิที่วัดได้ให้เราทราบเท่านั้น
 

อุปกรณ์วัดตัวหนึ่งที่มีการนำไปประยุกต์ใช้งานกันหลายหลายจนทำให้เกิดความสับสนได้คืออุปกรณ์วัด "ความดัน" เพราะนอกจากใช้บอกความดันในระบบโดยตรงแล้ว ยังใช้ในการวัด "ระดับของเหลว" และ "อัตราการไหล" ของทั้งของเหลวและแก๊สด้วย ในการนำอุปกรณ์วัดความดันไปวัดระดับของเหลวนั้น จะใช้การวัดผลต่างความดันระหว่างสองตำแหน่ง โดยตำแหน่งหนึ่งอยู่เหนือผิวของเหลว และอีกตำแหน่งหนึ่งอยู่ใต้ผิวของเหลว (แต่ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นก้นถังนะ ต้องดูตำแหน่งที่ติดตั้งอุปกรณ์เป็นหลัก เพราะบางทีเขาก็ไม่ได้ติดตั้งอยู่ที่ตำแหน่งที่ต่ำสุดของถัง) การที่ต้องติดตั้งอุปกรณ์วัดความดันตัวหนึ่งไว้เหนือผิวของเหลวก็เพื่อไม่ให้ความดันเหนือผิวของเหลวส่งผลต่อค่าผลต่างความดันที่วัดได้ แต่ก็เคยเห็นเหมือนกันที่มีการติดตั้งตัววัดความดันที่ตำแหน่งเดียวคือที่ใต้ผิวของเหลว ซึ่งกรณีนี้เป็นกรณีของการเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ ส่วนการใช้อุปกรณ์วัดความดันวัดอัตราการไหลนั้นก็ใช้การวัดค่าผลต่างความดันระหว่างสองตำแหน่งบนเส้นทางการไหล เช่นระหว่างความยาวของท่อ venturi หรือด้านหน้า-หลังของแผ่น orifice 
  

แต่การใช้การวัดความดันเป็นตัวบ่งบอกระดับของเหลวหรืออัตราการไหลนั้นมีสิ่งสำคัญที่ต้องระวังคือ มันให้ค่าที่ถูกต้องเมื่อความหนาแน่นของของเหลวหรือแก๊สที่วัดนั้น "คงที่" และเท่ากับค่าที่ใช้ในการสอบเทียบ (calibrate) อุปกรณ์วัดนั้น เพราะเคยมีเหมือนกันที่ผู้ปฏิบัติงานคิดว่าระดับของเหลวในถังเปลี่ยน ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นไม่ได้เปลี่ยน แต่ที่อุปกรณ์วัดแสดงค่าระดับของเหลวเปลี่ยนเป็นเพราะ "ความหนาแน่น" ของของเหลวในถังนั้นเปลี่ยนไป (ดูตัวอย่างได้ใน Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๔๓ วันพุธที่ ๒ พฤษภาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "เมื่อระดับตัวทำละลายใน polymerisation reactor" เพิ่มสูงขึ้น)
 

๖ ภาพในชุดนี้จะเรียกว่าเป็น check list เสีย ๓ ภาพก็น่าจะได้ คือเป็นกึ่งแบบสอบถามเกี่ยวกับความจำเป็นที่ต้องมีอุปกรณ์วัดและการเลือกชนิดอุปกรณ์วัดความดันและอัตราการไหล ๒ ภาพ และเกี่ยวกับตัวกรอง (strainer) อีก ๑ ภาพ และอีก ๓ ภาพที่เหลือเป็นอุปกรณ์จิปาถะคือ อุปกรณ์ลดความร้อนไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (desuperheater) ที่ใช้เป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งเป็นไอน้ำอิ่มตัว ระบบขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ และอุปกรณ์ลดการกระเพื่อมของการไหล (pulsation dampener)

รูปที่ ๑ ตัวอย่าง check list ความต้องการอุปกรณ์วัดระดับของเหลว โดยเริ่มจากถามความต้องการเกจวัดระดับ (LG - Level Gauge) หรือไม่ ตำแหน่งที่ติดตั้ง ต้องการอินดิเคเตอร์สำหรับวัดระดับ (LI - Level Indicator) หรือไม่ และต้องการสัญญาณแจ้งเตือน (Alarm) ด้วยหรือไม่ (มีได้ทั้งแจ้งเตือนระดับของเหลวที่สูงเกินไปหรือ high level alarm และแจ้งเตือนระดับของเหลวที่ต่ำเกินไปหรือ low level alarm) รายละเอียดการติดตั้งอุปกรณ์วัดคุมเหล่านี้จะไม่ปรากฏใน P&ID ของกระบวนการ แต่จะไปอยู่ในรายละเอียดการติดตั้งอุปกรณ์ ซึ่งขึ้นอยู่กับรูปแบบอุปกรณ์
 

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง check list ความต้องการอุปกรณ์วัดและควบคุมอัตราการไหลหรือวาล์วควบคุมอัตราการไหล โดยเริ่มจากต้องการให้มี block valve สำหรับวาล์วควบคุมหรือไม่ ยอมให้มีสาย bypass วาล์วควบคุมหรือไม่ และให้ระบุชนิดวาล์วสำหรับสาย bypass ต้องการวาล์วระบาย (drain) ด้วยหรือไม่ อุปกรณ์ควบคุมนี้จะติดตั้งเข้ากับแผงควบคุม (board mounted) หรือไม่ และต้องการสัญญาณแจ้งเตือน (ทั้งอัตราการไหลที่ต่ำเกินไปหรือสูงเกินไป) ด้วยหรือไม่ พึงระลึกว่าอุปกรณ์วัดอัตราการไหลมักจะไม่ติดตั้งใกล้วาล์วควบคุม เพราะตัวอุปกรณ์ต้องการการไหลที่ราบเรียบก่อนถึงตัวอุปกรณ์วัด

รูปที่ ๓ ตัวกรองในที่นี้เป็นแบบไม่ต่อเนื่อง คือเมื่อกรองจนตันก็ต้องถอดทำความสะอาด ดังนั้นสำหรับระบบที่ทำงานต่อเนื่องจึงจำเป็นต้องมีตัวกรอง ๒ ตัวทำงานสลับกัน คำถามในที่นี้เริ่มจากต้องมีท่อให้ความร้อน (tracing) หรือไม่ ต้องการท่อระบายแก๊ส (vent) หรือไม่ ต้องการท่อระบายของเหลว (drain) หรือไม่ ต้องการระบบวัดการรั่วซึมด้วยหรือไม่ และต้องการอุปกรณ์วัดความดันคร่อมตัวกรองด้วยหรือไม่ อุปกรณ์วัดความดันคร่อม (PDG) บอกให้รู้ว่าตัวกรองตันหรือยัง ถ้าความดันคร่อมสูงก็แสดงว่าตัวกรองตันแล้ว

รูปที่ ๔ ในกรณีของโรงงานที่มีการผลิตไอน้ำจำนวนมากเกินความต้องการของการให้ความร้อน (เช่นการผลิตเอทิลีนที่มีการผลิตไอน้ำที่ transfer line cxchanger เพื่อลดอุณหภูมิแก๊สร้อน) ก็อาจใช้ไอน้ำที่ผลิตได้นี้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่สำคัญแทนการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการสูญเสียการทำงานทันทีที่ไฟฟ้าดับ ไอน้ำที่ใช้ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำจะเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) และแทนที่จะควบแน่นไอน้ำความดันต่ำด้านขาออกให้กลายเป็นของเหลวเหมือนโรงไฟฟ้า ก็นำเอาไอน้ำความดันต่ำด้านขาออกนี้ไปใช้ในส่วนอื่นแทน

รูปที่ ๕ การส่งไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) เป็นระยะทางไกลจะมีปัญหาเรื่องการควบแน่นในเส้นท่อ วิธีการเลี่ยงวิธีหนึ่งคือการส่งในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) และค่อยลดอุณหภูมิไอน้ำร้อนยวดยิ่งนั้นลงด้วยการฉีดน้ำที่เกิดจากไอน้ำควบแน่น (steam condensate) เข้าไปผสม เพื่อให้ได้ไอน้ำอิ่มตัว ณ อุณหภูมิและความดันที่ต้องการ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ผสมนี้เรียกว่า desuperheater พึงสังเกตว่าขนาดของวาล์วควบคุมนั้นจะเล็กกว่าขนาดท่อ (ในแบบจะเห็นมี reducer อยู่) ซึ่งเป็นเรื่องที่พบเห็นได้ตามปรกติสำหรับท่อขนาดใหญ่

รูปที่ ๖ Dampener เป็นอุปกรณ์ลดการกระเพื่อมของการไหลของของเหลว (พวกปั๊มน้ำอัตโนมัติที่ใช้กันตามบ้านก็มักมีรวมอยู่ในตัว) โครงสร้างประกอบด้วยถังที่มีอากาศ (หรือแก๊สเฉื่อย) อยู่ทางด้านบนและของเหลวอยู่ทางด้านล่าง โดยมีแผ่นไดอะแฟรมที่เป็นวัสดุยืดหยุ่นกั้นระหว่างชั้นของเหลวกับอากาศ เมื่อความดันขึ้นสูง อากาศในถังจะถูกอัด อัตราการไหลจะถูกหน่วงไม่ให้เพิ่มขึ้นมาก ในทางกลับกันเมื่อความดันลดต่ำลง อากาศในถังจะดันของเหลวในถังให้ไหลออกมาชดเชย อัตราการไหลจะได้ไม่ลดต่ำลงมากเกินไป ทำให้รูปแบบการไหลราบเรียบขึ้น
 

ไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) หรือไอน้ำที่จุดเดือดของน้ำที่ความดันนั้น ๆ เป็นไอน้ำที่เหมาะกับการให้ความร้อน ในขณะที่ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) หรือไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำที่ความดันนั้น เป็นไอน้ำที่เหมาะกับการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ แต่การส่งไอน้ำอิ่มตัวไปตามระบบท่อเป็นระยะทางไกลจะเกิดปัญหาการสูญเสียเนื่องจากการควบแน่น วิธีการแก้ปัญหาวิธีการหนึ่งคือทำการส่งในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง และเมื่อจะใช้งานก็ให้เปลี่ยนไอน้ำร้อนยวดยิ่งนั้นเป็นไอน้ำอิ่มตัวด้วยการฉีดน้ำที่เป็นของเหลวเข้าไปผสม อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดังกล่าวมีชื่อว่า Desuperheater
 

Steam condensate หรือน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำนั้นไม่เหมือนกับน้ำป้อนเข้าหม้อน้ำหรือ Boiler Feed Water (BFW) ที่ใช้ในการผลิตไอน้ำ น้ำที่นำไปผลิตไอน้ำนั้นจะยังมีแร่ธาตุต่าง ๆ ละลายปนอยู่บ้าง ซึ่งเมื่อนำไปต้ม แร่ธาตุเหล่านี้จะสะสมอยู่ในหม้อน้ำและต้องทำการระบายทิ้งเป็นระยะเพื่อไม่ให้สะสมมากเกินไป ส่วนไอน้ำที่ระเหยออกไปนั้นจะไม่มีแร่ธาตุติดไปด้วย ดังนั้นน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำจึงไม่มีแร่ธาตุละลายปะปนเหมือนกับน้ำที่นำมาต้มเพื่อผลิตไอน้ำ การลดความร้อนไอน้ำร้อนยิ่งยวดให้กลายเป็นไอน้ำอิ่มตัวด้วยการฉีดน้ำเข้าไป จึงควรนำเอา steam condensate มาฉีดผสม เพราะถ้าเอาน้ำที่มีเกลือแร่ละลายปนอยู่ เกลือแร่เหล่านั้นจะตกตะกอนสะสมในระบบท่อได้
  

ปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ (piston type หรือ reciprocating type) จะให้รูปแบบการไหลที่มีลักษณะกระเพื่อมเป็นจังหวะตามจังหวะการทำงานของลูกสูบ ในส่วนของตัวเครื่องเองนั้นถ้าเป็นเครื่องที่มีหลายลูกสูบทำงานเหลื่อมจังหวะกัน การไหลก็จะมีลักษณะรายเรียบขึ้น ปัญหาเรื่องการไหลที่มีลักษณะกระเพื่อมจากอุปกรณ์พวกนี้ ถ้าเป็นกรณีของแก๊สก็แก้ไม่ยาก ด้วยการติดตั้งถังพัก โดยให้คอมเพรสเซอร์อัดแก๊สเข้าถังพัก และดึงแก๊สจากถังพักไปใช้ ด้วยปริมาตรถังพักที่ใหญ่พอก็จะทำให้สามารถดึงแก๊สออกจากถังพักด้วยด้วยรูปแบบการไหลที่ไม่กระเพื่อมได้
  

ในกรณีของของเหลวจะมีปัญหามากกว่าเพราะของเหลวนั้นอัดตัวไม่ได้ แต่วิธีการแก้ก็มีรูปแบบที่อาจเรียกได้ว่าลอกเลียนแบบกันคือมีการติดตั้งถังพักที่เรียกว่า dampener แต่ในถังพักนี้มีการแบ่งบรรจุของเหลวและแก๊สโดยมีแผ่นไดอะแฟรมที่เป็นวัสดุยืดหยุ่นขวางกั้นเอาไว้ ในขณะที่ความดันของการไหลเพิ่มขึ้น ของเหลวส่วนหนึ่งจะถูกอัดเข้าไปในถัง ทำให้อัตราการไหลด้านขาออกนั้นไม่เพิ่มสูงตามอัตราการไหลที่ออกจากปั๊ม ในทางกลับกันเมื่ออัตราการไหลด้านขาออกจากปั๊มลดต่ำลง ความดันในถังจะดันให้ของเหลววที่สะสมอยู่ไหลออกมาชดเชย ทำให้อัตราการไหลด้านขาออกนั้นไม่ลดต่ำลงตามอัตราการไหลที่มาจากปั๊ม ทำให้รูปแบบการไหลราบเรียบขึ้น 
 

ปั๊มน้ำอัตโนมัติที่ใช้กันตามบ้านที่ใช้สวิตช์ความดันเป็นตัวควบคุมการเปิด-ปิดปั๊ม แม้ว่าจะเป็นปั๊มหอยโข่งก็มักจะมีตัว dampener นี้ติดตั้งอยู่ โดยมีขนาดเล็กติดตั้งอยู่ภายในฝาครอบตัวปั๊ม (รูปที่ ๗ และ ๘) แต่บางยี่ห้อก็มีลักษณะเป็นถังกลมใบใหญ่ติดตั้งอยู่บนตัวปั๊ม ในกรณีนี้ตัว dampener จะช่วยทำให้ความดันในระบบท่อไม่เปลี่ยนแปลงเร็วเกินไปโดยเฉพาะเวลาที่เปิดน้ำให้ไหลน้อย ๆ เพราะไม่เช่นนั้นจะทำให้ปั๊มน้ำเปิด-ปิดสลับกันตลอดเวลา (คือพอเปิดน้ำใช้ปุ๊ม ความดันในท่อจะตกลงทันที ปั๊มก็จะทำงาน แต่ด้วยการไหลต่ำ ๆ พอปั๊มทำงาน ความดันในระบบท่อก็จะขึ้นสูงทันที ปั๊มก็จะหยุดการทำงาน และจะเป็นอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ ตัว dampener จะช่วยลดปัญหานี้)
  
 
รูปที่ ๖  ปั๊มน้ำอัตโนมัติที่ใช้กันตามบ้าน 
 

รูปที่ ๗  พอเปิดฝาครอบออกก็จะเป็นดังนี้  ปั๊มเป็นชนิดปั๊มหอยโข่ง  ตัว Dampener ระบุไว้ว่าบรรจุแก๊สไนโตรเจนที่ความดัน 1.2 kg/cm²