Piping layout ตอน Pump piping (๑) MO Memoir : Sunday 19 February 2560

บทความในชุดนี้จะเกี่ยวข้องกับตัวอย่างวิธีการวางท่อสำหรับอุปกรณ์บางชนิด ที่จำเป็นต้องคำนึงถึง การเข้าปฏิบัติงาน ณ ตำแหน่งนั้น ไม่ว่าจะเป็นเพื่อการเดินเครื่องตามปรกติหรือการซ่อมบำรุง การเริ่มต้นเดินเครื่องและการหยุดเดินเครื่อง และอุปกรณ์สำรองที่ต้องอยู่ในสภาวะเตรียมพร้อมใช้งาน แบบต่าง ๆ ที่มาแสดงจะเป็นภาพฉาย (orthographic) ที่เป็นมุมมองจากทางด้านบน (plan view) และจากทางด้านหน้า (elevation view) สำหรับผู้ที่ไม่เคยอ่านแบบเช่นนี้มาก่อนก็ขอแนะนำให้อ่าน Memoir ฉบับเมื่อวันพฤหัสบดีที่ ๑๖ กุมภาพันธ์ เรื่อง "Piping isometric และ orthographic drawing" ก่อน เพื่อจะได้มีพื้นฐานการอ่านแบบเช่นนี้บ้าง
 

ปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) ที่ใช้กันในโรงงานนั้นประกอบด้วยตัวปั๊ม (pump) และหน่วยขับเคลื่อน (driver unit) หน่วยขับเคลื่อนที่ใช้กันมากที่สุดและแพร่หลายที่สุดเห็นจะได้แก่มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ รองลงไป ถ้าเป็นปั๊มขนาดใหญ่เห็นจะได้แก่ไอน้ำ แต่ถ้าเป็นปั๊มขนาดเล็กเห็นจะได้แก่อากาศอัดความดัน แต่ที่จะกล่าวถึงในบทความชุดนี้จะเป็นส่วนของปั๊มขนาดใหญ่ที่มีการติดตั้งถาวรยึดตรึงไว้กับแท่น
 

ถ้าเทียบขนาดกันแล้ว ปั๊มจะมีขนาดเล็กกว่ามอเตอร์ไฟฟ้า (เส้นผ่านศูนย์กลางของปั๊มอาจจะใหญ่กว่าของมอเตอร์บ้าง แต่ก็ไม่มากเท่าใด แต่มอเตอร์จะยาวมากกว่า) แต่ถ้าพูดถึงความถี่ในการซ่อมบำรุง ตัวปั๊มจะต้องการการซ่อมบำรุงมากกว่า อย่างน้อยก็ที่ตัว mechanical seal ที่ต้องมีการเปลี่ยนเป็นระยะ ดังนั้น ณ จุดนี้ก็น่าจะเห็นสิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่จำเป็นสำหรับการออกแบบท่อขาเข้าและขาออกของปั๊ม คือเมื่อหยุดเดินเครื่องปั๊มแล้วควรต้องสามารถถอดชิ้นส่วนท่อด้านขาเข้าและขาออกของปั๊มได้ เพื่อที่จะได้มีที่ว่างสำหรับการทำงานซ่อมบำรุงปั๊ม ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะเห็นว่าไม่มีใครเขาติดตั้งวาล์วเข้ากับตัวปั๊มโดยตรง แต่จะมีช่วงท่อสั้น ๆ ที่สามารถถอดออกได้คั่นอยู่ระหว่างวาล์วด้านขาเข้า/ออกกับตัวปั๊ม
 

เมื่อเทียบกับท่อแล้ว ที่ระยะทางความยาวเท่ากัน วาล์วจะมีน้ำหนักมากกว่าท่อมาก และตัวปั๊มเองก็ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรับน้ำหนัก ดังนั้นอีกสิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงในการออกแบบท่อคือการรองรับน้ำหนักของท่อที่ต่อเข้า/ออกกับตัวปั๊ม ปั๊มหอยโข่งส่วนใหญ่นั้นตำแหน่งท่อรับของเหลวเข้าจะอยู่ตรงกลางใบพัด โดยท่อป้อนของเหลวเข้ามาจะต้องวางในแนวนอนก่อนเชื่อมต่อเข้ากับปั๊ม คือรูปแบบการเดินท่ออาจเป็นแบบเดินมาในแนวนอน หรือเป็นท่อที่อยู่บน pipe rack ด้านบน ก่อนที่จะลดต่ำลงล่างแล้วเชื่อมต่อเข้ากับปั๊ม ดังนั้นต้องพิจารณาตำแหน่งติดตั้ง pipe support ให้เหมาะสมเพื่อไม่ให้น้ำหนักของระบบท่อส่งไปยังตัวปั๊มด้วย (รูปที่ ๑ ข้างล่าง)

รูปที่ ๑ ตัวอย่างท่อด้านขาเข้าปั๊ม ที่อาจเป็นแบบ (ซ้าย) ท่อวางมาแนวนอนหรือ (ขวา) ท่อมาจาก pipe rack ด้านบนแล้วค่อยลดระดับลงมาโค้งเข้าตัวปั๊ม
 

เริ่มด้วยตัวอย่างแรกในรูปที่ ๒ ที่แสดงตัวอย่างแผนผังการวางท่อสำหรับปั๊มหอยโข่งสองตัว โดยตัวหลักขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า (ตัวซ้ายในรูป) และตัวสำรองขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำ (ตัวขวาในรูป) ปั๊มสองตัวนี้วางอยู่ระหว่างเสาโครงสร้างสองต้น (ที่มีอักษรรูปตัว H อยู่ตรงกลาง ที่หมายถึงเหล็ก wide flange แต่ถ้าปีกนั้นยื่นออกไปไม่มากจะเรียกว่าไอบีม (I-beam)) ปั๊มในรูปนี้เป็นชนิดที่มีช่องทางเข้าอยู่ตรงกลางใบพัด และช่องทางออกอยู่ทางด้านขอบใบพัดโดยเหวี่ยงของเหลวให้ไหลออกไปทางด้านบน รูปบนแสดง plan view (มองจากด้านบนลงมา) รูปล่างแสดง elevation view (มองจากด้านหน้าเข้าไป) ตัวเลขสีแดงที่กำกับเพิ่มเติมไว้ที่วาล์วและข้องอต่าง ๆ บางตัวนั้นเพิ่มเข้าไปเพื่อเป็นตัวอย่างช่วยในการอ่านแบบสำหรับผู้ที่ยังไม่มีประสบการณ์ เพื่อจะได้มองเห็นได้ชัดว่าวาล์วและข้องอต่าง ๆ นั้นเมื่อมองจากมุมต่างกันมันไปปรากฏตรงไหนในรูป
 

ตามรูปที่ ๒ นี้ท่อของเหลวไหลเข้าปั๊มและไหลออกจากปั๊มจะวางอยู่บน pipe rack ที่อยู่เหนือปั๊ม เมื่อมองจากด้านด้านหน้า ท่อด้านขาเข้าจะวิ่งเข้าหาปั๊ม ท่อด้านขาออกจะวิ่งออกไปทางด้านหลังปั๊ม ท่อด้านขาเข้าเมื่อเข้ามาใกล้ตัวปั๊มก็จะโค้งลงล่างวิ่งลงในแนวดิ่ง ก่อนที่จะโค้งราบเข้าหาช่องทางเข้าของปั๊ม ตัว block valve ของท่อด้านขาเข้าจะอยู่ในส่วนของท่อในแนวดิ่งที่วิ่งเข้าหาปั๊ม และเชื่อมต่อเข้ากับช่องทางเข้าปั๊มด้วยชิ้นส่วนท่อสั้นที่สามารถถอดออกได้ ทั้งนี้เพื่อเปิดพื้นที่การทำงานในกรณีที่ต้องการซ่อมบำรุงปั๊มและประหยัดพื้นที่ในแนวราบ ในส่วนของท่อด้านขาออกนั้นก็มีลักษณะทำนองเดียวกัน คือมีชิ้นส่วนท่อสั้น ๆ เชื่อมต่อระหว่างช่องทางออกและวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (ที่ต่ออยู่กับ block valve ด้านขาออก)
 

รูปที่ ๒ แผนผังระบบท่อสำหรับปั๊มหอยโข่งที่ท่อด้านขาเข้าอยู่ตรงกลางใบพัด และท่อด้านขาออกอยู่ทางด้านบน

ระยะต่าง ๆ ที่ปรากฏในรูป ไม่ว่าจะเป็นระยะห่างจากเสา ระยะความสูงของท่อจากพื้น ฯลฯ มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร นอกจากนี้ในรูปยังมีหมายเหตุ ("Note xx") ต่าง ๆ กำกับอยู่บางตำแหน่ง รายละเอียดของหมายเหตุต่าง ๆ นั้นอยู่ในรูปที่ ๓ ดังนั้นก่อนที่จะไปดูแบบตัวอย่างรูปต่อไป ก็จะขออธิบายขยายความหมายเหตุต่าง ๆ ก่อน
 

เริ่มจาก Note 1 หรือหมายเหตุที่ 1 กล่าวถึงให้พิจารณาบริเวณที่ว่าง (หรือระยะห่าง) ทั้งด้านหลังและด้านที่อยู่เหนือปั๊มว่ามีเพียงพอ โดยต้องพิจารณาถึงการปฏิบัติงานปรกติ (ที่อาจจะมีเพียงแค่พนักงานปฏิบัติงานเดินไปเดินมาเพื่อการตรวจสอบหรือเปิดปิดวาล์ว) และการซ่อมบำรุงที่อาจต้องมีการยกหรือเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนด้วยการใช้เครื่องทุ่นแรง 
  

Note 2 หรือหมายเหตุ 2 กล่าวถึงให้พิจารณาว่าส่วนที่โผล่ยื่นออกมามากที่สุดนั้นต้องไม่ออกมากีดขวางเส้นทางสัญจร ตัวที่อาจก่อให้เกิดปัญหาได้ที่แสดงในรูปคือตัว block valve ด้านขาเข้าที่เป็นชนิด gate valve ตัว gate valve นี้เมื่อเปิดวาล์วเต็มที่ ตัว stem (หรือก้านวาล์ว) จะยื่นออกมาจากตัววาล์วมากที่สุด (ส่วนตัวล้อหมุนหรือ hand wheel จะเคลื่อนออกมาด้วยหรืออยู่กับที่นั้นขึ้นอยู่กับชนิดวาล์ว) และเนื่องจากวาล์วตัวนี้ติดตั้งอยู่ในท่อแนวดิ่ง ตัว stem ก็จะยื่นออกมาในแนวนอน (คือโผล่ออกมากีดขวางทางเดิน) ดังนั้นเพื่อที่จะไม่ให้ตัว stem ยื่นออกมากีดขวางทางเดินข้างหน้ามากเกินไป ก็ทำการติดตั้งโดยให้ตัววาล์วเฉียงไปทางด้านข้าง โดยไม่ให้ตั้งฉากกับทางเดินด้านหน้า (ดูตัวอย่างที่วาล์วที่มีเลข 1 กำกับ) และทางเดินด้านข้าง (ดูตัวอย่างวาล์วที่มีเลข 2 กำกับ)

รูปที่ ๓ ความหมายของหมายเหตุที่ปรากฏกำกับอยู่ในรูปต่าง ๆ

Note 3 หรือหมายเหตุ 3 กล่าวถึง "Boot leg" (หรือ "Drip leg") ตัวนี้เป็นส่วนของท่อที่อาจยื่นแยกออกมาในแนวดิ่งลงลางจากท่อหลักทื่อยู่ในแนวนอน หรือเป็นส่วนหนึ่งของท่อที่แก๊สไหลลงล่างในแนวดิ่งก่อนหักเลี้ยวออกไปในแนวราบ Boot leg นี้จะอยู่ตรงจุดหักเลี้ยว คือแทนที่จะใช้ข้องอในการหักเลี้ยว ก็จะใช้ข้อต่อรูป T แทน แก๊สจะไหลลงมาในแนวดิ่งแล้วหักเลี้ยว 90 องศาออกไปทางด้านข้าง ตัว Boot leg จะเป็นท่อปลายปิดที่ต่อตรงเลยออกมา หน้าที่ของ Boot leg นี้คือการดักเอาของแข็งหรือของเหลวออกจากแก๊ส ดังเช่นในกรณีของท่อไอน้ำที่มักจะมีไอน้ำควบแน่นกลายเป็นของเหลวอยู่ในระบบท่อเสมอ สำหรับท่อไอน้ำที่วิ่งลงในแนวดิ่งนั้นจะมีน้ำที่ควบแน่นไหลลงมาตามผนังท่อ จึงจำเป็นที่ต้องแยกเอาน้ำที่ควบแน่นนี้ออกก่อนด้วยการเปลี่ยนทิศทางการไหลของไอน้ำให้ออกไปทางด้านข้าง แล้วปล่อยให้น้ำที่ควบแน่นนี้ไหลตรงต่อไปตามผนังท่อไปสะสมอยู่ในส่วนที่เป็น Boot leg แล้วระบายทิ้งออกทาง steam trap อีกที (รูปที่ ๔) ตรงนี้พึงสังเกตในรูปที่ ๒ ที่ปั๊มสำรองใช้ไอน้ำขับเคลื่อน จะติดตั้งวาล์วไอน้ำเข้ากังหันไอน้ำไว้ในแนวนอนก่อนเข้าตัวกังหันไอน้ำ ไม่ติดตั้งในส่วนที่เป็นแนวดิ่ง ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำที่เกิดจากการควบแน่นนั้นสะสมทางด้านขาเข้าของวาล์ว

 

รูปที่ ๔ Boot leg หรือ Drip leg ที่ใช้ในการแยกเอาน้ำที่ควบแน่นออกจากไอน้ำก่อนนำไอน้ำไปใช้งาน

Note 4 หรือหมายเหตุ 4 กล่าวถึงการจัดให้มี pipe support (แท่นรองรับน้ำหนักท่อ) ให้กับท่อด้านขาเข้าปั๊ม ทั้งนี้เพื่อไม่ให้ตัวปั๊มนั้นต้องรับน้ำหนักของท่อและวาล์วด้านขาเข้า สำหรับท่อที่วางในแนวราบต่อตรงเข้ามายังตัวปั๊ม (ตัววาล์วด้านขาเข้าก็อยู่ในส่วนของท่อแนวราบนี้ด้วย) เช่นปั๊มสูบของเหลวที่ต่อเข้ากับก้น tank เก็บของเหลว ก็ควรต้องมี pipe support ที่เหมาะสมกับขนาดของท่อ ส่วนในกรณีของท่อที่วางอยู่บน pipe rack ที่อยู่เหนือตัวปั๊ม ในบางกรณีจุดรับน้ำหนักท่ออาจจะเป็นจุดรองรับท่อที่อยู่บน pipe rack โดยไม่มีจุดรองรับทางด้านล่าง แต่จะมีไว้ก็ไม่เสียหายถ้าเกรงว่าถ้าหากท่อร้อนแล้วขยายตัว การขยายตัวของท่ออาจทำให้เกิดความเค้นกระทำต่อช่องทางของเหลวเข้าปั๊มมากเกินไป (รูปที่ ๕)

รูปที่ ๕ การติดตั้งที่กระทำตอนที่ท่อเย็น อาจจะไม่มีแรงกระทำใด ๆ ต่อตัวปั๊ม แต่เมื่อท่อร้อนและเกิดการยืดตัว อาจเกิดแรงกระทำต่อตัวปั๊มได้

Note 5 หรือหมายเหตุ 5 กล่าวถึงการติดตั้ง "Drip ring" (หรือ "Bleed ring") ไว้ระหว่างวาล์วกันการไหลย้อนกลับและ block valve ด้านขาออก โดยปรกติท่อด้านขาออกจากปั๊มหอยโข่งนั้นจะมีช่วงท่อสั้น ๆ ที่สามารถถอดออกได้ต่ออยู่ (เพื่อไว้สำหรับการซ่อมบำรุงปั๊ม) ตามด้วยวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non-return valve) ที่ต่อตรงเข้ากับ block valve ด้านขาออกโดยไม่มีช่วงท่อสั้น ๆ คั่นกลางอยู่ เมื่อเราหยุดการทำงานของปั๊ม จะมีของเหลว (ภายใต้ความดัน) ค้างอยู่ระหว่างตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับและ block valve ด้านขาออกนี้ ของเหลวที่ค้างอยู่ทางด้านขาเข้าของวาล์วกันการไหลย้อนกลับสามารถระบายออกผ่านทางตัวปั๊มได้ แต่ของเหลวที่อยู่ทางด้านขาออกของวาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้นจะไม่มีช่องทางให้ระบายออก ดังนั้นเพื่อให้สามารถระบายของเหลวที่ค้างอยู่นี้ออกได้อย่างปลอดภัยจึงควรต้องมีการติดตั้งท่อ drain (ช่วงท่อสั้น ๆ ที่มีท่อเล็กแยกออกมาและมีวาล์วตัวเล็กติดตั้งอยู่) หรือทำการติดตั้ง drip ring ที่มีลักษณะเป็นแผ่นวงแหวนหนาแทรกเข้าไประหว่างวาล์วกันการไหลย้อนกลับและ block valve ด้านขาออก ตัว drip ring นี้จะมีรูเจาะทะลุในแนวรัศมีที่สามารถติดตั้งท่อและวาล์วปิดเปิดได้ การติดตั้ง drip ring ยังอาจใช้แทน bleed valve ที่ใช้ในระบบ double block and bleed valves ได้ด้วย (รูปที่ ๖)

รูปที่ ๖ ตัวอย่างการติดตั้ง drip ring เข้าระหว่าง gate valve สองตัว ให้กับระบบ double block and bleed valves ที่ใช้ในกรณีที่ต้องการ isolate ระบบ (ตัดการเชื่อมต่อกับระบบอื่น) โดยไม่ต้องการถอดชิ้นส่วนท่อและ/หรือใส่ slip plate เข้าแทรก โดยเมื่อทำการปิดวาล์วทั้งสองแล้วก็ให้เปิดวาล์วระบายที่ drip ring ตัวนี้ ถ้ามีของไหลรั่วผ่านวาล์วจากทางด้านความดันสูงมาได้ ของไหลนั้นก็จะรั่วออกจากวาล์วระบายแทน โดยไม่รั่วผ่าน block valve อีกตัวไปยังระบบที่ต้องการ isolate

Note 6 หรือหมายเหตุ 6 กล่าวถึงระยะทางความยาวท่อและจำนวนข้อต่อต่าง ๆ (หมายถึงข้องอ วาล์ว) ของท่อด้านขาเข้าปั๊ม ควรสั้นที่สุดและมีจำนวนน้อยที่สุด เพราะตรงนี้มันมีเรื่อง Net Positive Suction Head หรือ NPSH เข้ามาเกี่ยวข้อง (ถ้ายังไม่ทราบว่า NPSH คืออะไร สามารถอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๒๘ วันพฤหัสบดีที่ ๔ มีนาคม ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๘ Net Positive Suction Head (NPSH)")
 

Note 7 หรือหมายเหตุ 7 กล่าวถึงการจัดให้มีจุดรองรับน้ำหนักท่อที่เพียงพอ และตัวท่อควรมีความยืดหยุ่นที่เพียงพอ (เช่นในบางกรณีอาจต้องมีการง้างท่อบ้างเพื่อใส่ slip plate แทรกเข้าไประหว่างหน้าแปลนเมื่อต้องการ isolate ระบบ)
 

Note 8 หรือหมายเหตุ 8 กล่าวถึงระยะความสูงของท่อจากพื้น ที่อาจต้องเพิ่มขึ้นถ้าหากท่อนั้นพาดผ่านตัวปั๊ม
 

Note 9 หรือหมายเหตุ 9 กล่าวถึงระยะความสูงของท่อถ้าหากมีการเดินท่อพาดเหนือตัวมอเตอร์ที่ใช้ขับเคลื่อนปั๊ม ต้องมั่นใจว่าความสูงดังกล่าวเพียงพอสำหรับให้อุปกรณ์ช่วยยก (ที่อาจมีการใช้เมื่อมีการซ่อมมอเตอร์หรือเปลี่ยนมอเตอร์) เข้าไปทำงานได้ (มอเตอร์มันตัวใหญ่และหนักกว่าปั๊ม การเปลี่ยนมอเตอร์บางครั้งก็มีการทำเพื่อเปลี่ยนความเร็วรอบการหมุนของใบพัดให้เหมาะสมกับอัตราการไหลที่ต้องการ)
 

Note 10 หรือหมายเหตุ 10 กล่าวถึงตำแหน่งการติดตั้งวาล์วกันกันการไหลย้อนกลับแบบ swing check valve ทางท่อด้านขาออก โดยอาจติดตั้ง swing check valve ในแนวนอนได้ถ้าหากว่าหลังติดตั้งแล้วยังมีที่ว่าง (ที่วัดจากโครงสร้างที่อยู่ใกล้เคียง) มากกว่า 600 มิลลิเมตร (ขนาดช่องว่างที่คนเดินผ่านได้สบาย)
 

Note 11 หรือหมายเหตุ 11 กล่าวถึงการออกแบบท่อด้านขาเข้าของปั๊ม ที่ต้องไม่มีตำแหน่งที่เป็นกระเปาะเกิดขึ้นที่อาจทำให้แก๊สสะสมในบริเวณดังกล่าวได้ การเกิดกระเปาะนี้อาจเกิดขึ้นในท่อตรงได้เมื่อท่อดังกล่าวร้อนขึ้น และถ้าท่อดังกล่าวขยายตัวตามความยาวไม่ได้ท่อส่วนนั้นก็จะเกิดการโก่งตัวเกิดกระเปาะให้แก๊สสะสมได้ (รูปที่ ๗)

รูปที่ ๗ ท่อเข้าปั๊มที่อยู่ในแนวตรงหรือลาดลงเข้าหาปั๊มในขณะที่ท่อเย็น อาจเกิดการโก่งตัวได้เมื่อท่อร้อนและขยายตัวตามความยาวไม่ได้ ทำให้เกิดกระเปาะบนแนวเส้นท่อที่แก๊สสามารถค้างอยู่ได้

Note 12 หรือหมายเหตุ 12 กล่าวถึงเส้นทางการออกแบบปรกติสำหรับระบบท่อที่ไม่มีการขยายตัวมากเนื่องจากความร้อน
 

Note 13 หรือหมายเหตุ 13 กล่าวถึงรัศมีความโค้งของท่องอ (ในกรณีของปั๊มที่ช่องทางรับของเหลวเข้าและจ่ายของเหลวออกอยู่ทางด้านข้าง) ในกรณีที่ท่อด้านขาเข้าและด้านขาออกมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเดียวกัน ให้ใช้ข้องอรัศมีความโค้งยาว (long radius elbow)
 

Note 14 หรือหมายเหตุ 14 กล่าวถึงการออกแบบการวางท่อให้คำนึงถึงการต้องถอดตัวปั๊มออกมาเพื่อทำการซ่อมบำรุงด้วย (คือต้องมีที่ว่างให้ทำงาน)
 

Note 15 หรือหมายเหตุ 15 กล่าวถึงที่ว่างที่อยู่ด้านบน ที่ควรต้องมากเพียงพอสำหรับการยกปั๊มออกไป คือให้คำนึงถึงความสูงของอุปกรณ์ที่ใช้ยก และเมื่อยกปั๊มขึ้นจากตำแหน่งแล้วปั๊มนั้นต้องสูงกว่าอุปกรณ์ตัวอื่นรอบข้าง เพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายปั๊มออกจากตำแหน่งได้

ลากยาวมาเกือบ ๗ หน้าแล้ว ก็คงต้องขอจบตอนที่ (๑) ลงก่อนเพียงเท่านี้