Piping layout ตอน Pump piping (๓) MO Memoir : Thursday 23 February 2560

ปั๊มหอยโข่งส่วนใหญ่ที่เราเห็นกันนั้นจะมีช่องทางให้ของเหลวไหลเข้า (suction eye) อยู่ตรงทางด้านหนึ่งของใบพัด (impeller) ของเหลวที่ไหลเข้ามาในช่องทางนี้จะถูกเหวี่ยงออกไปในแนวรัศมี (ตั้งฉากกับทิศทางการไหลเข้า) รูปแบบนี้เป็นรูปแบบโครงสร้างปั๊มที่เรียบง่ายที่สุดเรียกว่า end suction แต่ก็มีข้อเสียอยู่หน่อยตรงที่การไหลเข้ามาของของเหลวนั้นทำให้เกิดแรงกระทำในแนวแกนของเพลา (ที่เรียกว่า hydraulic trust)
 

ใบพัดปั๊มหอยโข่งอีกรูปแบบหนึ่งนั้นมีช่องทางให้ของเหลวไหลเข้าสองช่องทางอยู่คนละด้านของใบพัด (เรียกว่า double impeller) ของเหลวที่ไหลเข้าปั๊มจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน (ควรที่จะในปริมาณที่เท่า ๆ กันด้วย) ให้ไหลเข้าใบพัดในทิศทางตามแนวแกนจากสองฝั่งที่อยู่ตรงข้ามกัน ก่อนถูกเหวี่ยงออกไปในแนวรัศมีตรงกลาง การที่มีของเหลวในปริมาณที่เท่ากันไหลเข้าจากทิศทางที่ตรงข้ามกัน ทำให้เกิดแรงกระทำในแนวแกนเพลาสองแรงที่มีขนาดเท่ากันแต่ตรงข้ามกัน แรงที่กระทำต่อเพลาจจึงถูกหักล้างไป ปั๊มแบบนี้เรียกว่า double suction pump ตัวอย่างแผนผังการวางท่อของปั๊มชนิดนี้แสดงไว้ในรูปที่ ๑
  

สิ่งสำคัญในการวางท่อให้กับปั๊มชนิดนี้คือโปรไฟล์ความเร็วการไหลของของเหลวที่ไหลเข้าปั๊มนั้นต้องมีความสมมาตร โดยของเหลวจะไหลเข้าในแนวรัศมีของใบพัดก่อนถูกแบ่งแยกออกไปทางซ้ายและขวาอย่างละครึ่ง แล้วเลี้ยวเข้าหาตรงกลางใบพัดตามแนวแกนเพลา ถ้าหากโปรไฟล์การไหลที่ไหลเข้าปั๊มนั้นไม่สมมาตร จะทำให้ของเหลวนั้นไหลเข้าด้านใดด้านหนึ่งของใบพัดมากกว่าอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นถ้าท่อจ่ายของเหลวให้ปั๊มนั้นอยู่ในระนาบเดียวกับระนาบในแนวรัศมีของใบพัด ก็จะไม่มีปัญหาใด ๆ ในการต่อท่อเข้าปั๊ม แต่ถ้าหากท่อนั้นไม่ได้อยู่ในระนาบเดียวกับระนาบในแนวรัศมีของใบพัด ก็ควรที่จะมีส่วนของท่อตรงที่มีความยาวอย่างน้อย 3 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เป็นตัวเชื่อมต่อเข้ากับปั๊ม ทั้งนี้เพื่อให้โปรไฟล์การไหลหลังจากผ่านข้องอข้อสุดท้ายมาแล้วนั้นมีความสมมาตรก่อนเข้าสู่ตัวปั๊ม และเนื่องจากของเหลวที่ไหลเข้าใบพัดนั้นถูกแบ่งครึ่งให้ลดลง จึงทำให้ป๊มชนิดนี้ต้องการ net positive suction head (NPSH) ลดลงด้วย
 

รูปที่ ๑ ตัวอย่างการวางท่อรับของเหลวเข้าสำหรับ double impeller pump

รูปที่ ๒ นั้นแสดงโครงสร้างของ multistage centrifugal pump (มีอยู่ด้วยกัน 5 stage พอมองออกไหมครับ) โดยใบพัดของ stage แรกเป็นชนิด double impeller (จากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 1,912,452) ของเหลวจะไหลออกจาก stage ที่ 1 ตามลูกศรสีน้ำเงินไปยัง stage ที่ 2 จากนั้นจะไหลออกจาก stage ที่ 2 ตามลูกศรสีแดงไปยัง stage ที่ 3 จาก stage ที่ 3 นี้จะไหลตามลูกศรสีส้มไปยัง stage ที่ 4 และตามลูกศรีสีเขียวไปยัง stage ที่ 5 ก่อนไหลออกจากตัวปั๊ม

รูปที่ ๒ ตัวอย่างโครงสร้างของ multistage centrifugal pump ที่ใบพัด stage แรกเป็นชนิด double impeller

รูปที่ ๓ เป็นตัวอย่างการติดตั้ง eccentric reducer ที่ท่อด้านขาเข้าปั๊ม และการติดตั้ง pipe support และตำแหน่งสำหรับใส่ temporary strainer ทางด้านขาเข้าปั๊มโดยอยู่ถัดจาก block valve ด้านขาเข้า temporary strainer หรือตัวกรองชั่วคราวนี้ใช้เมื่อเริ่มต้นเดินเครื่องปั๊มหลังการก่อสร้างโรงงานหรือเมื่อมีการซ่อมบำรุงที่มีการทำงานเกี่ยวกับท่อ (เช่นเชื่อมต่อท่อใหม่) ตัวกรองนี้ทำหน้าที่ดักสิ่งสกปรกที่เป็นของแข็งที่ตกค้างอยู่ในท่อไม่ให้หลุดเข้าไปทำความเสียหายให้กับตัวใบพัดของปั๊ม โดยปรกติแล้วโรงงานที่เพิ่งจะสร้างเสร็จใหม่ ๆ สิ่งแรกที่ต้องทำกันก็คือการทำความสะอาดท่อ เพราะเราไม่รู้ว่ามันการก่อสร้างนั้นมันทำให้มีอะไรตกค้างอยู่ในเส้นท่อบ้าง การทำความสะอาดก็อาจเริ่มได้จากการใช้ลมเป่าไล่ไปจนถึงการใช้น้ำ (ที่มักจะทำการเติมตอนทำ hydraulic test อยู่แล้ว) ชะล้างเอาเศษสิ่งของออก การเจอเศษลวดเชื่อมถูกชะออกมาก็ถือว่าเป็นเรื่องปรกติ วิศวกรรุ่นพี่เคยเล่าให้ฟังว่าเคยเจอเศษไม้เป็นท่อน ๆ กับเสื้อที่คนงานก่อสร้างซุกเอาไว้ในท่อ (ทำนองว่าไม่พอใจคนคุมงาน ก็แกล้งด้วยการเอาอะไรต่อมิอะไรไปซุกไว้ในท่อก่อนประกอบท่อเข้าไป)
 

รูปที่ ๓ ตัวอย่างการติดตั้ง reducer, pipe support และ temporary strainer ที่ท่อทางเข้าปั๊ม
 

รูปที่ ๔ และ ๕ เป็นตัวอย่างแผนผังการวางท่อสำหรับระบบ common spare pump ต่างกันที่รูปที่ ๕ เป็นกรณีของปั๊มขนาดใหญ่ (ขนาดท่อตั้งแต่ 8 นิ้วขึ้นไป)
  

โดยปรกติในโรงงานที่เดินต่อเนื่อง 24 ชั่วโมงโดยไม่มีการหยุดพักจนกว่าจะถึงระยะเวลาการซ่อมบำรุงใหญ่ประจำปีนั้น ปั๊มที่ใช้ในกระบวนการผลิตจะมีการติดตั้งปั๊มสำรองควบคู่เสมอ (เพราะตัวปั๊มมีชิ้นส่วนที่ต้องทำการเปลี่ยนและ/หรือซ่อมบำรุง ที่ไม่สามารถรอจนการหยุดซ่อมใหญ่ประจำปีได้) แต่สำหรับปั๊มหลักสองตัวที่เหมือนกัน ที่ใช้สูบของเหลวชนิดเดียวกัน ทำงานภายใต้สภาวะเดียวกัน ถ้าสามารถติดตั้งปั๊มหลักสองตัวนั้นให้อยู่ใกล้กันได้ ดังนั้นแทนที่จะทำมีปั๊มสำรองให้กับปั๊มหลักแต่ละตัว (คือมีปั๊มทั้งหมด ๔ ตัว เป็นปั๊มหลัก ๒ ตัว ปั๊มสำรอง ๒ ตัว) ก็มีปั๊มสำรองเพียงแค่ตัวเดียวพอที่วางไว้ระหว่างปั๊มหลักทั้งสอง (คือมีปั๊มเพียงแค่ ๓ ตัว เป็นปั๊มหลัก ๒ ตัว ปั๊มสำรอง ๑ ตัว) ปั๊มสำรองที่ติดตั้งในรูปแบบนี้เรียกว่า common spare pump ตัวอย่างบริเวณหนึ่งที่เคยเห็นมีการติดตั้งปั๊มรูปแบบดังกล่าวคือบริเวณ cooling tower ที่ใช้ปั๊มหลายตัวในการสูบน้ำจากบ่อน้ำใต้ cooling tower จ่ายไปยังส่วนต่าง ๆ ของโรงงาน

 

รูปที่ ๔ ตัวอย่างการวางท่อสำหรับระบบ common spare pump (ใช้งาน ๒ ตัว สำรองร่วม ๑ ตัว) สำหรับท่อขนาดต่ำกว่า 8 นิ้วลงมา

รูปที่ ๕ ตัวอย่างการวางท่อสำหรับระบบ common spare pump แบบเดียวกับรูปที่ ๔ แต่เป็นกรณีของท่อขนาดตั้งแต่ 8 นิ้วขึ้นไป

รูปที่ ๖ เป็นตัวอย่างแผนผังการวางท่อสำหรับ vertical pump ตรงนี้ถ้านึกภาพไม่ออกว่า vertical pump หน้าตาเป็นอย่างไร สามารถอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๙ ฉบับที่ ๑๓๐๙ วันพุธที่ ๑๑ มกราคม ๒๕๖๐ เรื่อง "Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ตอน Vertical can pump (ปั๊มหอยโข่งแนวตั้ง)"

รูปที่ ๖ ตัวอย่างแผนผังการวางท่อสำหรับ vertical pump

ก่อนจะจบเรื่อง piping layout ของปั๊มในตอนนี้ซึ่งเป็นตอนสุดท้าย มีบางเรื่องที่ต้องขออธิบายเพิ่มเติมดังนี้

๑. ตัวอย่าง piping layout สำหรับปั๊มทั้งหมดที่นำมาแสดงในที่นี้มีเป็นกรณีที่ระดับของเหลวนั้นอยู่สูงกว่าระดับตัวปั๊ม ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาในการเติมของเหลวเข้าปั๊มหรือไล่แก๊สออกจากระบบก่อนจะเริ่มเดินเครื่องปั๊ม (เพราะเพียงแค่เปิดวาล์วขาเข้า ของเหลวก็ไหลเข้าปั๊มแล้ว) แต่ถ้าเป็นปั๊มที่สูบของเหลวขึ้นมาจากระดับที่ต่ำกว่าตัวปั๊ม เช่นการสูบน้ำจากอ่างเก็บน้ำของหอทำน้ำเย็น รูปแบบท่อด้านขาเข้าจะแตกต่างออกไป คือจะมีการติดตั้ง foot valve (วาล์วกันการไหลย้อนกลับที่ติดตั้งที่ปลายท่อ) และในกรณีของปั๊มขนาดใหญ่ มักจะมีระบบสำหรับทำการล่อน้ำต่อเข้ากับท่อด้านขาเข้าด้วย เพื่อให้สามารถเริ่มเดินเครื่องปั๊มได้ (คือมีการเดินท่อน้ำพร้อมกับวาล์วเปิดปิดติดตั้งถาวรเข้ากับท่อด้านขาเข้า เพื่อช่วยในการเติมน้ำเข้าท่อด้านขาเข้าให้เต็มก่อนเริ่มเดินเครื่องปั๊ม - รูปที่ ๗)

รูปที่ ๗ ปั๊มขนาดใหญ่ที่สูบน้ำจากแหล่งน้ำที่อยู่ต่ำกว่าตัวปั๊ม (เช่นปั๊มสูงน้ำจากบ่อน้ำของ cooling tower ที่มีขนาดท่อได้ถึง 20 นิ้วหรือใหญ่กว่า) นอกจากจะติดตั้ง foot valve ไว้ที่ปลายท่อด้านจุ่มอยู่ในน้ำแล้ว ยังควรมีท่อเติมน้ำให้กับท่อด้านขาเข้า เพื่อช่วยในการล่อน้ำก่อนการเดินเครื่องปั๊ม แต่ถ้าเป็นปั๊มตัวเล็ก ๆ ก็จะใช้การกรอกน้ำที่จุดเติมน้ำของตัวปั๊ม

๒. นอกจากนี้ยังมีท่อที่ไม่ปรากฏในแบบต่าง ๆ ที่นำมาให้ดูคือท่อ minimum flow line หรือ kick back line ที่ใช้ในตอนเริ่มเดินเครื่องปั๊มหรือป้องกันไม่ให้ไม่มีของเหลวไหลผ่านปั๊มถ้าวาวล์ควบคุมปิดสนิท ความจำเป็นของการมีท่อเส้นนี้ต้องพิจารณาเป็นราย ๆ ไปจากรูปแบบการทำงานของปั๊มและอุณหภูมิของของเหลวที่ทำการสูบ 
  

๓. ปรกติหลังการก่อสร้างหรือถอดปั๊มออกมาเพื่อซ่อมบำรุง ในระบบท่อและตัวปั๊มจะมีอากาศอยู่ภายใน สำหรับปั๊มที่ทำงานกับสารไวไฟ หลังการประกอบกลับคืน จำเป็นต้องมีการไล่อากาศออกจากระบบท่อต่าง ๆ ก่อนป้อนของเหลวไวไฟเข้าระบบ และแก๊สที่ใช้กันทั่วไปในการไล่อากาศออกจากระบบคือไนโตรเจน ดังนั้นในบทความนี้จึงมีการใช้คำว่า "แก๊ส" ในบางเรื่องเพื่อสื่อว่าไม่ใช่ "อากาศ"
 

๔. ท้ายสุดนี้ขอทบทวนนิดนึง คำว่า "block valve" ที่ใช้ในที่นี้หมายถึงวาล์วที่ทำหน้าหลักคือปิดกั้นระบบท่อเพื่อแยกตัวอุปกรณ์ (isolation) ออกจากระบบ การใช้งานวาล์วชนิดนี้จะใช้เพียงแค่ปิดสนิทและเปิดเต็มที่ ส่วนจะเป็นวาล์วชนิดใด (gate, globe, ball หรือ butterfly) นั้นขึ้นอยู่กับระบบ
  

ปิดท้ายที่ว่างที่เหลือด้วยภาพถนนพญาไท หน้ามหาวิทยาลัย ที่ถ่ายไว้เมื่อบ่ายวันวานจากสะพานลอยก็แลัวกันครับ