Piping layout ตอน Shell and tube heat exchanger piping (๑) MO Memoir : Wednesday 15 March 2560

ทิ้งห่างจากเรื่อง piping layout ของปั๊มหอยโข่งไป ๓ สัปดาห์ ก็ได้เวลากลับมาเขียนเรื่อง piping layout ต่อ คราวนี้เป็นตัวอย่าง piping layout ของ shell and tube heat exchanger 
  

รูปที่ ๑ เป็นตัวอย่าง piping layout ของ shell and tube heat exchanger ทางด้านซ้ายเป็นกรณีที่มีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพียงเครื่องเดียวที่การไหลในด้าน shell เป็นแบบ single pass (ท่อเข้าออกส่วน shell จะอยู่ที่ปลายคนละด้านของตัว shell) ส่วนทางด้านขวาเป็นกรณีการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องวางขนานกันที่การไหลในด้าน shell เป็นแบบ double pass (ท่อเข้าออกส่วน shell จะอยู่ที่ปลายด้านเดียวกันของตัว shell) รูปนี้เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านบน ส่วนรูปที่ ๒ เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านข้าง
 

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ต้องการการบำรุงรักษา ในกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่สามารถดึงเอามัดท่อ (tube bundle) ออกจากตัว shell ได้ จึงต้องมีที่ว่างที่มีระยะทางไม่น้อยกว่าความยาวท่ออยู่ทางปลายด้านที่จะดึงเอามัดท่อออก (ทางด้านบนของรูปที่ ๑ ที่เขียนว่า tube withdrawal area)
 

ในรูปที่ ๒ มีคำย่อปรากฏคือ T.O.S. ที่ย่อมาจาก Top of support (คือพื้นผิวบนของ pipe support ที่ใช้วางท่อ) และ B.O.P ที่ย่อมาจาก Bottom of pipe หรือผิวท่อด้านล่าง (ในกรณีที่เป็นท่อไม่หุ้มฉนวน) แต่ถ้าเป็นท่อหุ้มฉนวนจะใช้เป็นระยะ Bottom
 

รูปที่ ๓ และ ๔ เป็นคำอธิบายหมายเหตุที่ปรากฏในรูปตัวอย่างที่นำมาแสดง (ทั้งในฉบับนี้และฉบับที่จะออกตามมา) ดังนั้นจะขออธิบายขยายความหมายเหตุเพิ่มเติมแต่ละหัวข้อก่อน

Note 1 หรือหมายเหตุ ๑ เป็นการกำหนดระยะห่างระหว่างกันอย่างน้อย 600 mm ที่วัดจากผิวนอกของฉนวนหุ้มถึงผิวนอกของฉนวนหุ้มของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่อยู่เคียงข้าง (ระยะที่แคบที่สุดที่คนพอจะเดินแทรกเข้าไปได้ อย่างน้อยก็ตอนติดตั้งฉนวนหุ้มตัว shell ที่ต้องมีคนเข้าไปทำงานอยู่ในที่ว่างดังกล่าว

Note 2 หรือหมายเหตุ ๒ เป็นส่วนของที่ว่างรอบตัววาล์วควบคุม (control valve) ที่ต้องมีที่ว่างออกไปรอบข้างอย่างน้อย 150 mm ไม่ว่าจะวัดจากลำตัววาล์วหรือตัวไดอะแฟรม

Note 3 หรือหมายเหตุ ๓ กล่าวถึง breakout flange ซึ่งเป็นชิ้นส่วนของท่อที่ใช้หน้าแปลนในการเชื่อมต่อ ที่สามารถถอดออกมาได้เพื่อความสะดวกในการซ่อมบำรุง (เป็นชิ้นส่วนสั้น ๆ ที่ไม่ควรจะมีน้ำหนักมากเกินไปจนทำให้เกิดปัญหาในการถอดและยกออกได้) แต่การติดตั้งหน้าแปลนเส้นท่อมากเกินไปก็ไม่ใช่เรื่องดี เพราะตัวหน้าแปลนเองแม้จะมีความยาวไม่มาก (เมื่อวัดในแนวแกนท่อ) แต่มีน้ำหนักมากกว่าตัวท่อมาก (ที่ระยะทางความยาวเท่ากัน) ดังนั้นการติดตั้งหน้าแปลนมากเกินไปจะส่งผลต่อความเค้นในท่ออันเกิดจากน้ำหนักหน้าแปลนได้ ส่วน companion flange เป็นหน้าแปลนชนิดที่เป็นเบ้า (socket) สวมเข้ากับปลายท่อ หรือมีเกลียวตัวเมียอยู่ตรงกลาง (thread) เพื่อขันเข้ากับเกลียวตัวผู้ที่ทำขึ้นบนผิวด้านนอกของปลายท่อ
 

Note 4 หรือหมายเหตุ ๔ กล่าวถึงขาตั้ง (หรือ support) ที่ใช้รองรับน้ำหนักอุปกรณ์ที่มีความยาวและวางตัวในแนวนอน (เช่น vessel และ shell and tube heat exchanger) การติดตั้งอุปกรณ์เหล่านี้ต้องเผื่อให้อุปกรณ์ขยายตัวได้ตามความยาวเมื่อตัวอุปกรณ์ร้อนขึ้น ดังนั้นตัว support จะถูกตรึงไว้ที่ปลายข้างเดียว อีกข้างหนึ่งให้เคลื่อนได้อย่างอิสระ (ดูตัวอย่างได้ใน Memoir ปีที่ ๕ วันพุธที่ ๑ สิงหาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "การเผื่อการขยายตัวของ vessel วางตัวในแนวนอน")

Note 5 หรือหมายเหตุ ๕ กล่าวถึงการติดตั้ง "davit" ซึ่งเป็นแขนช่วยในการยกชิ้นส่วนที่หนัก เช่น blind flange ขนาดใหญ่ที่ติดตั้งในแนวนอนหรือแนวดิ่ง เช่นในรูปที่ ๕(บน) ที่เป็น blind flange ขนาดใหญ่วางนอน การมี davit ติดตั้งอยู่ถาวรทำให้เมื่อถอดนอตออกหมดแล้วก็สามารถผลักหน้าแปลนออกไปทางด้านข้างได้เลย ส่วนรูปที่ ๕(ล่าง) เป็นกรณีของ blind flange ขนาดใหญ่ติดตั้งในแนวดิ่ง การมี davit ทำหน้าที่รับน้ำหนักหน้าแปลนทำให้ผู้ปฏิบัติงานไม่ต้องกังวลว่าต้องคอยแบกรับน้ำหนักหน้าแปลนในระหว่างที่ทำการถอดนอตแต่ละตัวออกมา และเมื่อถอดนอตออกหมดแล้วก็สามารถหมุนหน้าแปลนดังกล่าวออกทางด้านข้างได้เลยเหมือนกับการเปิดประตู

รูปที่ ๕(บน) นำมาจาก http://www.jamisonproducts.com/product-gallery.html

รูปที่ ๕(ล่าง) นำมาจาก http://www.rcspecialtymetals.com/default.aspx?tabid=742793

Note 6 หรือหมายเหตุ ๖ กล่าวถึงระยะจากใต้ handwheel ของตัววาล์วลงมาถึงพื้น ถ้าระยะนี้มากเกินกว่า 2100 mm (คือสูงจนต่อบันไดแล้วก็ยังหมุนไม่สะดวก) ก็อาจพิจารณาใช้ handwheel ชนิดที่มีโซ่คล้อง เพื่อที่จะได้ดึงโซ่เพื่อหมุน handwheel ได้โดยไม่ต้องปีนบันไดขึ้นไปหมุน แต่ทั้งนี้ต้องได้รับความเห็นชอบจากลูกค้า (เจ้าของโรงงาน)

Note 7 หรือหมายเหตุ ๗ (section B-B ในรูปที่ ๒ ขวา) กล่าวถึงรูปแบบการเชื่อมต่อท่อน้ำหล่อเย็นที่อยู่ใต้ดินเข้ากับส่วน shell ของ heat exchanger โดยในกรณีของท่อน้ำหล่อเย็นขนาดไม่เกิน 6 นิ้วนั้นอาจเชื่อมต่อกันเข้าโดยตรง แต่ต้องเผื่อกรณีที่จุดโผล่ของท่อและตำแหน่ง nozzle ที่ตัว shell นั้นอาจจะเยื้องกันอยู่เอาไว้ด้วย ส่วนท่อขนาดตั้งแต่ 8 นิ้วขึ้นไปนั้นจุดโผล่ของท่อจากใต้ดินและตำแหน่ง nozzle ที่ตัว shell ควรจะเยื้องกันอยู่ และใช้ข้องอ ๒ ตัวพร้อมท่อตรงในแนวนอนเป็นตัวเชื่อม โดยติดตั้งวาล์วเอาไว้ในส่วนของท่อตรงในแนวนอน ทั้งนี้เพื่อจะได้ไม่ต้องติดตั้ง heat exchanger ให้สูงจากพื้นมากเกินไป (รูปที่ ๖)

Note 8 หรือหมายเหตุ ๘ กล่าวถึงการติดตั้งวาล์วระบายความดันให้กับท่อที่ไหลเข้าออก tube โดยติดตั้งอยู่ระหว่างวาล์วท่อด้านไหลเข้า tube และวาล์วท่อด้านไหลออกจาก tube ทั้งนี้เพื่อปกป้อง tube ไม่ให้รับความดันสูงเกินไปในกรณีที่วาล์วท่อไหลเข้า-ออก tube นั้นปิดทั้งสองด้าน (ความดันเพิ่มได้จากการที่ของเหลวที่ค้างอยู่ใน tube นั้นได้รับความร้อนและไม่มีที่ว่างให้ขยายตัว

Note 9 หรือหมายเหตุ ๙ กล่าวถึงการติดตั้ง nozzle สำหรับต่อท่อไหลเข้าไหลออก โดยแนะนำว่าในกรณีของตัวกลางที่ร้อนขึ้น ควรให้เข้าจากด้านล่างและไหลออกทางด้านบน ในทางกลับกัน สำหรับตัวกลางที่ต้องการลดอุณหภูมิให้ต่ำลง ควรให้ไหลเข้าด้านบนและไหลออกด้านล่าง

รูปที่ ๑ ตัวอย่าง piping layout การวาง shell and tube heat exchanger เมื่อมองจากทางด้านบน

รูปที่ ๒ รูปภาพมองจากทางด้านข้างของรูปที่ ๑

รูปที่ ๓ รายละเอียดหมายเหตุต่าง ๆ ที่จะพบในตัวอย่าง piping layout แต่ละรูป

รูปที่ ๔ รายละเอียดหมายเหตุต่าง ๆ ที่จะพบในตัวอย่าง piping layout แต่ละรูป (ต่อจากรูปที่ ๓)

รูปที่ ๕ ที่ลูกศรสีส้มชี้คือ Davit รูปบนเป็นกรณีของ blind flange ขนาดใหญ่วางนอน ทำให้เมื่อถอดนอตออกแล้วสามารถผลัก blind flange ออกข้างได้ง่าย ส่วนรูปล่างเป็นกรณีของ blind flange ขนาดใหญ่วางตั้ง ทำให้เมื่อถอดนอตออกแล้วสามารถเปิด blind flange ออกได้เหมือนกับเปิดประตู

รูปที่ ๖ ขยายความหมายเหตุ ๗

สำหรับฉบับนี้คงจะพอเพียงแค่นี้ก่อน ส่วนรูปปิดท้ายในที่ว่างที่เหลือของหน้าก็เป็นภาพการเตรียมงาน Expo ครบรอบ ๑๐๐ ปีของมหาวิทยาลัยที่เริ่มงานในวันนี้ (ภาพถ่ายเอาไว้เมื่อวานก่อนเปิดงาน)