Piping layout ตอน Pump piping (๒) MO Memoir : Tuesday 21 February 2560

ปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) จะดูดของเหลวเข้าตรงกลางใบพัด ก่อนจะเหวี่ยงของเหลวออกจากใบพัดในทิศทางเส้นสัมผัสโค้งของการหมุน ดังนั้นปั๊มหอยโข่งจำนวนไม่น้อยจึงมีตัวเรือน (ตัว housing ที่ห่อหุ้มใบพัดอยู่) ที่มีลักษณะเป็นช่องทางสำหรับต่อท่อให้ของเหลวไหลเข้าที่อยู่ตรงตำแหน่งกลางใบพัด และช่องทางให้ของเหลวไหลออกที่อยู่ทางด้านข้างใบพัดในทิศทางเส้นสัมผัสโค้งของการหมุน ดังตัวอย่างในรูปที่ ๑ ข้างล่าง รูปแบบตัวเรือนแบบนี้อาจเรียกว่าเป็นรูปแบบตัวเรือนที่เรียบง่ายที่สุดก็ได้

รูปที่ ๑ ปั๊มหอยโข่งที่มีช่องทางสำหรับต่อท่อให้ของเหลวไหลเข้าที่อยู่ตรงตำแหน่งกลางใบพัด (ภาพนี้ถ่ายจากทางด้านมอเตอร์ เลยมองไม่เห็นช่องทางเข้า) และช่องทางให้ของเหลวไหลออกที่อยู่ทางด้านข้างใบพัดในทิศทางเส้นสัมผัสโค้งของการหมุน พึงสังเกตว่าช่องทางออกจะอยู่ต่ำกว่าตำแหน่งสูงสุดของตัวเรือน

รูปแบบตัวเรือนในรูปที่ ๑ นั้นมันมีข้อเสียอยู่อย่างคือตำแหน่งช่องทางออกนั้นอยู่ต่ำกว่าจุดสูงสุดของตัวเรือน ทำให้มีโอกาสที่จะมีอากาศหรือฟองแก๊สค้างอยู่ ณ ตำแหน่งสูงสุดของตัวเรือนได้ ปั๊มบางตัวจึงมีช่องไว้สำหรับระบายแก๊สที่ค้างอยู่ตรงตำแหน่งสูงสุดของตัวเรือนออก หรือถ้ามั่นใจว่าการหมุนเหวี่ยงของเหลวภายในตัวปั๊มสามารถไล่อากาศที่ค้างอยู่ในจุดสูงสุดนั้นออกได้หมดก็ไม่จำเป็นต้องมีช่องระบาย แต่ก็มีปั๊มบางชนิดเช่นกันที่ผู้ผลิตออกแบบตัวเรือนโดยแทนที่จะให้ของเหลวไหลออกในทิศทางเส้นสัมผัสโค้งการหมุนโดยตรง ก็ค่อย ๆ เบี่ยงให้ของเหลวไหลวที่ถูกเหวี่ยงออกมานั้นค่อย ๆ เลี้ยวไปยังท่อด้านขาออกที่อยู่ตรงตำแหน่งจุดสูงสุดของตัวเรือน ดังตัวอย่างในรูปที่ ๒

รูปที่ ๒ สำหรับปั๊มตัวนี้ ของเหลวที่ถูกเหวี่ยงออกมานั้นจะไม่พุ่งตรงออกไปตามทิศทางเส้นสัมผัสโค้งการหมุน แต่จะค่อย ๆ เลี้ยวขึ้นบนและไปออกทางช่องทางออกที่อยู่ ณ ตำแหน่งจุดสูงสุดของตัวเรือน (ตามลูกศรสีเหลือง) โครงสร้างแบบนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าจะไม่มีฟองแก๊สค้างอยู่ในตัวเรือนได้

ปั๊มที่มีทางเข้า-ออกตามแบบรูปที่ ๑ และ ๒ เรียกว่าเป็นปั๊มแบบ "end suction top discharge" คือจุดต่อท่อให้ของเหลวไหลเข้าอยู่ตรงตำแหน่งกลางใบพัด และจุดต่อท่อให้ของเหลวไหลออกอยู่ทางด้านบน ตัวอย่างแผนผังการเดินท่อสำหรับปั๊มรูปแบบนี้สองตัวที่วางคู่กัน (ใช้งาน ๑ ตัว สำรอง ๑ ตัว) แสดงไว้ในรูปที่ ๓ และ ๔ สองรูปนี้คล้ายกันแตกต่างกันเพียงที่รูปที่ ๓ นั้นใช้กับกับกรณีของปั๊มขนาดเล็ก (วางท่อด้านขาออกอยู่เหนือตัวปั๊มและมอเตอร์ได้ แต่ต้องมีระยะความสูงเพียงพอที่จะไม่เกะกะการทำงานเมื่อต้องทำการซ่อมบำรุง) ส่วนรูปที่ ๔ นั้นใช้กับปั๊มขนาดใหญ่ (ขนาดท่อตั้งแต่ 8 นิ้วขึ้นไป) ในกรณีหลังนี้ปั๊มสองตัวจะวางห่างกันมากขึ้น (พึงสังเกตระยะห่างระหว่างปั๊มทั้งสอง จะเห็นว่าระยะในรูปที่ ๔ นั้นมากกว่าระยะในรูปที่ ๓) โดยท่อด้านขาออกจะถูกเบี่ยงออกมาไม่ให้อยู่เหนือตัวปั๊มและมอเตอร์ และเลือกที่จะติดวาล์วกันการไหลย้อนกลับอยู่ในช่วงท่อแนวนอนที่เป็นช่วงที่เบี่ยงออกมาจากตัวปั๊ม วาล์วกันการไหลย้อนกลับชนิด swing check valve นั้น ่เมื่อตัว disk เปิดเต็มที่ โมเมนต์การหมุนกลับลงมาปิดที่เกิดจากน้ำหนักของตัว disk เมื่อมีการไหลย้อนกลับนั้น ในกรณีที่ติดตั้งในท่อแนวนอนจะสูงกว่าเมื่อติดตั้งในแนวดิ่ง (โอกาสที่ disk จะค้างในตำแหน่งเปิดจะต่ำกว่า)
 

ในทั้งสองแบบที่แสดงนั้นมีการติดตั้งตัวกรองหรือ strainer เอาไว้ด้วย ตำแหน่งการติดตั้ง strainer จะอยู่ระหว่าง block valve ด้านขาเข้าและช่องเข้าปั๊ม ทั้งนี้เพื่อให้สามารถถอด strainer ออกมาทำความสะอาดได้เมื่อมันอุดตัน การติดตั้ง strainer นี้จะทำเมื่อของเหลวที่ไหลเข้าปั๊มนั้นมีของแข็งที่ไม่ต้องการปะปนอยู่และต้องการแยกออกไป (ตรงนี้อย่าไปสับสนกับการปั๊ม slurry นะ เพราะในกรณีของการส่ง slurry เราต้องทำการปั๊มของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่นั้นไปตามระบบท่อ จะไปติดตั้ง strainer ดักไว้ทางเข้าปั๊มไม่ได้) การติดตั้ง strainer และวาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้นจำเป็นต้องดูทิศทางการไหลด้วย (มันจะมีลูกศรกำกับอยู่ข้างลำตัว) ต้องระวังไม่ติดตั้งผิดด้าน

รูปที่ ๓ ตัวอย่าง piping layout ของปั๊มหอยโข่งสองตัว ที่ต่อท่อเข้าตรงกลางใบพัด ต่อท่อออกทางด้านบน

รูปที่ ๔ รูปแบบคล้ายกับรูปที่ ๓ เพียงแต่เบี่ยงท่อขาออกมาทางด้านข้าง ในกรณีที่มีที่ว่างเพียงพอระหว่างปั๊มสองตัว กรณีนี้เป็นกรณีของปั๊มขนาดใหญ่ (ท่อตั้งแต่ 8 นิ้วขึ้นไป)
 

รูปที่ ๕ ข้างล่างเป็นปั๊มรักษาความดันในระบบท่อน้ำดับเพลิงของอาคาร เนื่องจากอาคารนี้เป็นอาคารสูง ปั๊มก็เลยต้องมีหลายขั้นตอนการอัดหน่อย ปั๊มตัวนี้ช่องทางให้น้ำเข้าและออกอยู่ทางด้านข้างคนละฟาก โดยอยู่ทางด้านบนของตัวเรือน (ตามที่ลูกศรชี้) แต่ถ้าดูจากแนวท่อที่ต้องมาในแนวนอนเพื่อต่อเข้าปั๊มแล้ว ก็ต้องจัดให้เป็นปั๊มแบบ side suction and discharge
 

รูปที่ ๕ ปั๊มตัวนี้ ตำแหน่งต่อท่อเข้าอยู่ทางด้านบน และตำแหน่งต่อท่อออกก็อยู่ทางด้านบนของตัวเรือนด้วย

รูปที่ ๖ เป็นตัวอย่างแผนผังการวางท่อสำหรับปั๊มหอยโข่งที่จุดต่อท่อรับของเหลวเข้าและจ่ายของเหลวออกนั้นอยู่ทางด้านบนของตัวปั๊มทั้งคู่ สิ่งหนึ่งที่ปรากฏในตัวอย่างนี้คือ reducer หรือข้อต่อลด reducer นั้นมีอยู่ด้วยกันสองแบบคือ concentric reducer ที่แนวแกนยาวของท่อเล็กกับท่อใหญ่นั้นอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน reducer ตัวนี้เมื่อนำมาต่อท่อจะทำให้แนวแกนท่อไปไม่เปลี่ยน แต่ระดับผิวท่อของท่อใหญ่และท่อเล็กจะอยู่คนละแนวกัน reducer อีกแบบคือ eccentric reducer ที่ระดับแนวแกนของท่อเล็กและท่อใหญ่จะเหลื่อมกันอยู่ แต่ระดับผิวท่อของท่อใหญ่และท่อเล็กทางด้านแบนราบของ reducer จะอยู่ในแนวเส้นตรงเดียวกัน การใช้ reducer นี้จะใช้เมื่อขนาดช่องทางเข้า-ออกของปั๊มนั้นเล็กกว่าขนาดท่อ (ถ้าพบว่าท่อที่เดินเข้าปั๊มนั้นมีขนาดเล็กกว่าช่องทางเข้าปั๊ม จะเกิดปัญหาของเหลวไหลเข้าปั๊มไม่ทันได้) 
  

สำหรับปั๊มที่ช่องทางเข้าอยู่ตรงกลางใบพัด และท่อที่ต่อเข้านั้นเป็นท่อที่เดินมาในแนวราบและมีความจำเป็นที่ต้องลดขนาดท่อให้เหมาะสมกับช่องทางเข้าปั๊ม จะใช้ eccentric reducer เป็นตัวลดขนาด ส่วนจะวางให้ด้านแบนราบของ eccentric reducer อยู่ด้านบนหรือด้านล่างนั้นขึ้นอยู่กับว่าระดับของเหลวที่ไหลเข้าปั๊มนั้นสูงกว่าหรือต่ำกว่าตัวปั๊ม ถ้าระดับของเหลวไหลเข้าปั๊มนั้นอยู่ต่ำกว่า (เช่นสูบน้ำจากแหล่งน้ำที่อยู่ต่ำ) จะวาง eccentric reducer โดยให้ด้านแบนราบอยู่บน (ให้ฟองอากาศไหลออกผ่านปั๊ม) แต่ถ้าระดับของเหลวไหลเข้าปั๊มนั้นอยู่สูงกว่า จะวาง eccentric reducer โดยให้ด้านแบนราบอยู่ล่าง (ให้ฟองอากาศไหลย้อนกลับไปยังแหล่งจ่ายของเหลว) แต่ในรูปนี้มีบางจุดที่ผมไม่เข้าใจ คือในเมื่อมันเป็นท่อในแนวดิ่ง ทำให้จึงมีการระบุว่าถ้าเป็น "Tight condition (อันนี้ผมยังไม่เข้าใจความหมาย)" ให้ใช้ eccentric reducer

รูปที่ ๖ ตัวอย่าง piping layout ของปั๊มที่จุดต่อท่อเข้า-ออกนั้นอยู่ทางด้านบนทั้งคู่ 
  

รูปที่ ๗ และ ๘ เป็นปั๊มน้ำดับเพลิงของอาคาร ถังพักน้ำใต้อาคารมีระดับน้ำที่สูงกว่าตัวปั๊ม (เพื่อให้ปั๊มพร้อมทำงานเสมอ) ปั๊มตัวนี้เป็นปั๊มหอยโข่งขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซล (เพราะเวลาไฟไหม้จะมีการตัดกระแสไฟฟ้าในอาคารเพื่อความปลอดภัยในการฉีดน้ำดับเพลิง) ช่องทางให้น้ำไหลเข้านั้นอยู่ในแนวรัศมี (รูปที่ ๗) โดยน้ำจะไหลเข้าทางด้านข้างแล้วเลี้ยวเข้าตรงกลางใบพัดของ stage แรก จากนั้นจะถูกเหวี่ยงออกอีกทางฟากหนึ่ง วกขึ้นบนก่อนเลี้ยวกลับเข้าตรงกลางใบพัดของ stage ที่สอง (รูปที่ ๘) ก่อนที่จะถูกเหวี่ยงออกไปในทางช่องทางออกที่อยู่ทางด้านข้างอีกฟากหนึ่งของตัวปั๊ม

รูปที่ ๗ ปั๊มน้ำดับเพลิงในอาคาร ปั๊มตัวนี้เป็นปั๊มหอยโข่ง 2 stage แต่ย้ายตำแหน่งต่อท่อรับน้ำเข้าอยู่ทางด้านข้าง ตรงส่วนบนสุดของท่อให้น้ำไหลจาก stage แรกมายัง stage ที่สองจะมีวาล์วสำหรับไล่อากาศในระบบท่อออก
 

รูปที่ ๘ มุมมองด้านน้ำไหลออกของปั๊มนรูปที่ ๗ ซึ่งก็อยู่ทางด้านข้างเช่นกัน

รูปที่ ๙ ตัวอย่างแผนผังท่อของปั๊มที่จุดรับของเหลวเข้าและจ่ายออกอยู่ทางด้านข้าง

รูปที่ ๙ เป็นตัวอย่างแผนผังการวางท่อสำหรับปั๊มที่ท่อรับของเหลวเข้าและจ่ายของเหลวออกอยู่ทางด้านข้าง ตรงรูปนี้มีอะไรแปลกอยู่หน่อยตรงที่มีการกล่าวถึงการใช้ eccentric reducer โดยให้ด้านราบอยู่ทางด้านล่าง (flat on bottom) แต่รูปที่วาดกลับวาดรูปเป็น concentric reducer
 

การติดตั้ง eccentric reducer ที่ท่อทางด้านขาเข้าปั๊ม ตามหลักการแล้วจะต้องทำในรูปแบบที่ไม่ทำให้อากาศหรือแก๊สค้างอยู่ในท่อด้านขาเข้าได้ ในกรณีที่ระดับของเหลวที่ปั๊มทำการสูบนั้นอยู่ต่ำกว่าตัวปั๊ม จะติดตั้งโดยให้ด้านแบนราบอยู่ทางด้านบน (flat on top) ดังเช่นในรูปที่ ๑๐ (ซ้าย) ทั้งนี้เพื่อให้อากาศหรือแก๊สที่อยู่ในท่อนั้น ถูกของเหลวที่ปั๊มดูดเข้ามาดันให้ไหลออกผ่านตัวปั๊มไปทางด้านขาออกของปั๊ม แต่ถ้าเป็นกรณีที่ระดับของเหลวนั้นอยู่สูงกว่าตัวปั๊ม ก็สามารถติดตั้งโดยให้ด้านแบนราบอยู่ทางด้านล่าง (flat on bottom) ก็ได้ดังเช่นในรูปที่ ๑๐ (ขวา) ทั้งนี้เพื่อให้เมื่อทำการเปิดวาล์วด้านขาเข้าให้ของเหลวไหลเข้าปั๊ม อากาศหรือแก๊สที่อยู่ในท่อด้านขาเข้าก็จะถูกของเหลวดันให้ลอยสวนทางออกไปทางด้านแหล่งจ่ายของเหลว แต่ถ้าจะให้ดีก็ควรให้ท่อมีความลาดเอียงเล็กน้อย เพื่อช่วยให้อากาศหรือฟองแก๊สในท่อด้านขาเข้านั้นเคลื่อนที่ออกไปได้ง่ายขึ้น

รูปที่ ๑๐ การติดตั้ง eccentric reducer ที่ท่อทางด้านขาเข้าปั๊ม โดยหลักแล้วต้องไม่ให้มีอากาศหรือแก๊สค้างอยู่ในท่อด้านขาเข้า รูปซ้ายเป็นกรณีที่ระดับของเหลวนั้นอยู่ต่ำกว่าระดับตัวปั๊ม รูปขวาเป็นกรณีที่ระดับของเหลวอยู่สูงกว่าระดับตัวปั๊ม

แต่จะว่าไปมันก็มีคำถามเกิดขึ้นเหมือนกันว่าในกรณีที่ระดับของเหลวอยู่สูงกว่าตัวปั๊ม จำเป็นไหมถ้าต้องติดตั้ง eccentric reducer แล้วต้องหันให้ด้านแบบราบของ reducer อยู่ทางด้านล่างแบบรูปที่ ๑๐ (ขวา) เพราะถ้าพิจารณาในแง่ของฟองแก๊สแล้ว ถ้าวางให้ท่อมีความลาดเอียงขึ้นไปยังแหล่งจ่ายของเหลว การลอยย้อนขึ้นไปของฟองแก๊สกลับไปยังแห่ลงจ่ายของเหลวไม่น่าจะมีปัญหาอะไรไม่ว่าจะหันด้านไหนของ reducer ขึ้นข้างบน แต่ถ้าเป็นกรณีที่ของเหลวที่ไหลเข้าปั๊มนั้นอาจมี ๒ เฟสผสมกันอยู่ (เช่นของเหลวสองชนิดที่ไม่ผสมกัน เช่น น้ำกับน้ำมัน หรือกรณีที่ของเหลวอาจมีของแข็งปะปนอยู่) การติดตั้งโดยให้ด้านแบนราบของ eccentric reducer อยู่ทางด้านล่างก็ช่วยป้องกันไม่ให้เฟสที่หนักกว่านั้นตกค้างอยู่ตรงบริเวณตัว reducer ได้ เพราะการตกค้างของของแข็งหรือน้ำที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งอาจทำให้เนื้อโลหะตรงบริเวณนั้นถูกกัดกร่อนรวดเร็วกว่าบริเวณอื่นได้ เดาว่าคงเป็นเพราะเหตุผลนี้จึงทำให้บางราย (อย่างเช่นในเอกสารที่เอามาให้ดูเป็นตัวอย่าง) จึงเลือกที่จะหันด้านแบนราบของ eccentric reducer ลงล่างแม้ว่าระดับของเหลวที่จ่ายเข้าปั๊มจะสูงกว่าตัวปั๊มก็ตาม

เรื่องนี้ยังไม่จบ ยังมีตอนที่ ๓ ต่ออีก