วันศุกร์ที่ 6 มกราคม พ.ศ. 2560

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Metering pump (ปั๊มปรับอัตราการไหล) MO Memoir : Friday 6 January 2560

"Metering pump" จะให้แปลเป็นไทยว่าปั๊มอะไรดีล่ะ เห็นบางคนก็แปลว่าเป็นปั๊มสูบจ่ายสารเคมี บางคนก็บอกว่าเป็น "Dosing pump" (แล้วคำถามก็ตามมาอีกว่า dosing pump คืออะไร) แต่ถ้าจะให้ตรงกับความหมายของมันแล้ว Metering pump คือปั๊มที่สามารถปรับเปลี่ยนอัตราการไหลได้อย่างต่อเนื่อง ส่วนจะเอาคุณสมบัติข้อนี้ไปใช้ทำอะไรนั้นมันเป็นอีกเรื่องหนึ่ง เช่นนำไปใช้ในงานจ่ายสารเคมีในปริมาณที่แน่นอนให้กับระบบ ในกรณีนี้ก็เรียกได้ว่ามันทำหน้าที่เป็น dosing pump หรือปั๊มจ่ายสารเคมีก็ได้
 
การควบคุมอัตราการจ่ายของเหลวของปั๊มที่เห็นทำกันก็มีอยู่ ๒ วิธี วิธีแรกคือใช้การปรับระดับการปิด-เปิดวาล์วควบคุมที่ท่อด้านขาออก วิธีการนี้เป็นวิธีการปรกติที่ใช้กันทั่วไปกับปั๊มหอยโข่ง คือเราไม่ไปยุ่งอะไรกับตัวปั๊ม ให้ปั๊มหอยโข่งมันหมุนของมันไปเรื่อย ๆ แล้วใช้การปรับระดับการเปิดวาล์วด้านขาออกแทนว่าจะให้ไหลมากไหลน้อย โดย ในบางครั้งก็อาจต้องช่วยด้วยการเปลี่ยนความเร็วรอบการหมุนของปั๊มด้วยการเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วเปลี่ยนไป ที่เคยเจอคือกรณีที่พบว่าต้องเปิดวาล์วเพียงเล็กน้อยเพื่อให้ได้อัตราการไหลตามต้องการอันเนื่องมาจากปั๊มมีขนาดใหญ่เกินไป เขาก็แก้ปัญหาด้วยการเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วเพิ่มขึ้น ปั๊มจะได้หมุนช้าลง ทำให้วาล์วควบคุมอัตราการไหลทำงานได้ดีขึ้น และจะว่าไปผมเองก็ยังไม่เคยเห็นหรือเคยได้ยินการใช้ปั๊มหอยโข่งกับระบบที่ต้องการอัตราการไหลต่ำ ๆ ในปริมาตรที่แน่นอน วิธีการควบคุมอัตราการไหลด้วยการปรับระดับการปิด-เปิดวาล์วด้านขาออกนี้นี้ไม่นิยมทำกับปั๊มพวก positive displacement เพราะถ้าวาล์วด้านขาออกเปิดน้อยเมื่อใด จะส่งผลต่อความดันด้านขาออกมาก 
  
วิธีการปรับอัตราการไหลวิธีที่สองใช้การปรับการทำงานที่ตัวปั๊ม วิธีการนี้ไม่ค่อยนิยมทำกับปั๊มหอยโข่ง แต่จะเห็นเป็นเรื่องปรกติสำหรับปั๊มแบบ positive displacemnt เพราะโดยปรกติแล้วสำหรับปั๊มหอยโข่งส่วนใหญ่ ตัวมอเตอร์ไฟฟ้าจะไปหมุนใบพัดของปั๊มหอยโข่งโดยตรง การปรับอัตราการไหลต้องไปปรับรอบการหมุนของใบพัด ในกรณีของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ การปรับอัตราการหมุนของมอเตอร์ทำได้ด้วยการปรับ "ความถี่" ของกระแสไฟฟ้า กล่าวคือไฟฟ้าบ้านเราที่ความถี่ปรกติ 50 Hz ถ้าต้องการให้มอเตอร์หมุนเร็วขึ้นก็ต้องปรับความถี่ให้สูงขึ้น ในทางกลับกันถ้าต้องการให้มอเตอร์หมุนช้าลงก็ต้องปรับความถี่ให้ต่ำลง การเปลี่ยนความถี่ของกระแสไฟฟ้านี้แต่เดิมเป็นเรื่องยาก แต่ในปัจจุบันที่การพัฒนาการทางด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังมีมากขึ้น ทำให้อุปกรณ์ปรับความถี่ไฟฟ้ากระแสสลับเริ่มแพร่หลายมากขึ้น ทำให้ต่อไปเราอาจจะเห็นการปรับอัตราการไหลของปั๊มหอยโข่งด้วยการปรับความเร็วรอบการหมุนของมอเตอร์
  
ปั๊มตระกูล positive displacement นั้น มอเตอร์ไฟฟ้าไม่ได้ไปขับเคลื่อนชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ผลักดันของเหลวโดยตรง แต่ส่งผ่านกำลังการหมุนของมอเตอร์ผ่านกลไกต่าง ๆ เพื่อไปขับเคลื่อนชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ผลักดันของเหลว ดังนั้นการปรับอัตราการจ่ายของเหลวของปั๊มจึงมักทำด้วยการปรับการทำงานของชิ้นส่วนกลไกเหล่านี้ เช่นในกรณีของปั๊มลูกสูบที่ต้องมีกลไกเปลี่ยนการหมุนของเพลามอเตอร์ให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นเพื่อไปขับเคลื่อนลูกสูบ ระยะช่วงชักของลูกสูบในกระบอกสูบจะเป็นตัวกำหนดปริมาตรของเหลวที่จ่ายในการอัดแต่ละครั้ง การปรับระยะการเดินทางของระยะช่วงชักนี้ก็จะทำให้ปริมาตรของเหลวที่จ่ายออกในการอัดแต่ละครั้งเปลี่ยนไปด้วย ส่วนวิธีการทำได้อย่างไรบ้างนั้น ลองค้นดูตัวอย่างโดยใช้ google และคำสำคัญ "crank stroke adjustment mechanism" นี้ดูก็ได้


รูปที่ ๑ ตัวอย่าง P&ID ของ metering pump เดี่ยว แม้ว่าในรูปนี้จะเห็นเสมือนว่าถังเก็บของเหลวต้องอยู่สูงกว่าตัวปั๊ม แต่ในความเป็นจริงมันไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้น ถังเก็บสารเคมีก็ไม่จำเป็นต้องมีใบพัดกวน ขึ้นอยู่กับสารที่ต้องการจ่าย เช่นกรณีที่เป็นสเรอรี่ (slurry คือของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่) จำเป็นต้องมีการปั่นกวนให้ของแข็งแขวนลอยกระจายตัวให้สม่ำเสมอทั่วทั้งถังก่อน จากนั้นจึงค่อยทำการสูบจ่าย

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง P&ID ของ metering pump ๒ ตัวที่ตัวหนึ่งทำงานและอีกตัวหนึ่งเป็นตัวสำรอง จุดหนึ่งที่ต้องคำนึงในที่นี้ก็คือปรกติแล้วท่อด้านข้าออกของวาล์วระบายความดันไม่ควรจะมีของเหลวค้างอยู่ เพราะน้ำหนักของเหลวด้านขาออกจะกดลิ้นวาล์วเอาไว้ทำให้วาล์วเปิดที่ความดันสูงขึ้น ดังนั้นในกรณีที่เป็นของเหลวจึงมักวางแนวท่อด้านขาออกของวาล์วระบายความดันให้ของเหลวด้านขาออกนั้นไหลออกไปจากตัววาล์ว (เช่นวางท่อให้ลาดเอียงลงต่ำ)


รูปที่ ๓ ตัวอย่าง P&ID ของ metering pump ๒ ตัวที่ตัวหนึ่งทำงานและอีกตัวหนึ่งเป็นตัวสำรอง รูปนี้จะว่าไปแล้วก็เหมือนกับรูปที่ ๒ เพียงแต่เป็นตัวอย่างกรณีที่การปรับช่วงชักของ metering pump ใช้ระบบควบคุมอัตโนมัติเท่านั้น และเนื่องจากใช้ระบบควบคุมอัตโนมัติก็สามารถใช้ระบบดังกล่าวป้องกันความเสียหายในกรณีที่ความดันด้านขาออกสูงมากเกินไปด้วยการหยุดการทำงานของปั๊ม แทนการใช้วาล์วระบายความดัน รูปนี้เป็นตัวอย่างกรณีสมมุติของอุปกรณ์เป็นชุดประกอบสำเร็จซื้อมาติดตั้งทั้งระบบ ส่วน donut float คืออะไรนั้นต้องขอยอมรับว่าไม่รู้ เพราะเพิ่งเคยเจอคำนี้เป็นครั้งแรก

รูปที่ ๔ รูปนี้เขาบอกว่าเป็นปั๊มจ่ายสารเคมี แต่จะว่าไปแล้วรูปแบบก็เหมือนกับรูปที่ ๒ และอย่างที่กล่าวไว้ในรูปที่ ๑ ว่าแม้ว่าในรูปนี้จะเห็นเสมือนว่าถังเก็บของเหลวต้องอยู่สูงกว่าตัวปั๊ม แต่ในความเป็นจริงมันไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้น นอกจากนี้รูปนี้ยังมีอีกจุดหนึ่งที่อยากเตือนให้ระวังคือเส้นด้านขาออกจากวาล์วระบายความดันที่ในรูปนั้นวาดกลับเข้าไปใกล้ก้นถัง ซึ่งอาจทำให้เข้าใจผิดได้ว่าท่อดังกล่าวต้องย้อนกลับไปที่ก้นถัง ทั้งที่ในความเป็นจริงนั้นท่อด้านขาออกจากวาล์วระบายความดันไม่ควรมีของเหลวค้างอยู่ เพราะแรงกดของของเหลวที่ค้างอยู่จะทำให้วาล์วเปิดที่ความดันสูงขึ้น
  
ในโรงงานอุตสาหกรรม แม้ว่าจะเป็นโรงงานขนาดใหญ่ แต่ก็มีบางหน่วยเหมือนกันที่ต้องการการป้อนของเหลวในปริมาตรน้อย ๆ ในปริมาณที่แน่นอน ซึ่งจุดนี้เป็นจุดที่ทำให้ metering pump เข้ามามีบทบาทในกระบวนการผลิต ที่ผมเคยเจอก็มีที่หอทำน้ำเย็น (cooling tower) ที่ต้องมีการเติมสารเคมีหลายชนิดเพื่อปรับสภาพน้ำ (เช่นสารละลายกรดกำมะถันเพื่อลดค่าพีเอช สารเคมีลดการเกาะติดของคราบสกปรก เป็นต้น) หรือในกระบวนการพอลิเมอร์ไรซ์แบบสเรอรี่ที่ต้องป้อนสเรอรี่ตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าสู่ถังปฏิกรณ์ในปริมาณที่ถูกต้องสำหรับการผลิตพอลิเมอร์แต่ละเกรด ในกรณีที่ต้องการปริมาตรการไหลที่ต่ำและไม่ต้องการความดันที่สูงอะไร (เช่นการเติมสารเคมีเข้าบ่อน้ำ) ก็อาจใช้ปั๊มสารเคมีเล็ก ๆ พวก peristaltic pump (ที่ภาษาไทยมีคนแปลว่าปั๊มรีดท่อ) แต่ในกรณีที่ต้องการอัตราการไหลที่มากขึ้นและเป็นระบบที่มีความดัน (เช่นปั๊มป้อนสเรอรี่ตัวเร่งปฏิกิริยาที่กล่าวมาข้างต้น) ก็จะใช้พวก piston pump

ปิดท้ายที่ว่างหน้ากระดาษด้วยภาพบรรยากาศภายในมหาวิทยาลัยในช่วงสายของวันนี้ก็แล้วกันครับ วันที่ฟ้าเต็มไปด้วยเมฆ ตั้งแต่เช้านี้ยังไม่เห็นแสงแดดเลย

ไม่มีความคิดเห็น: