ข้อพึงคำนึงพื้นฐานในการเลือกใช้วาล์ว (Valve Philosophy) ตอนที่ ๕ MO Memoir : Sunday 12 November 2560

มาต่อกันที่หัวข้อ 2.4 ในส่วนล่างของหน้าที่ 12 ที่เกี่ยวกับระบบวาล์วรอบปั๊มและคอมเพรสเซอร์
 

เรื่องของระบบ piping รอบปั๊มหอยโข่งเคยเล่าไว้ตั้งแต่ Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๒๒ วันพฤหัสบดีที่ ๑๘ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๖ ระบบ piping ของปั๊มหอยโข่ง" และใน Memoir ที่ตามหลังจากนั้นอีกหลายฉบับ (เช่นในเรื่อง "นานาสาระเรื่องการเริ่มเดินเครื่องปั๊มหอยโข่ง" และบทความในชุด "Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) รอบอุปกรณ์" ที่ยกตัวอย่างปั๊มชนิดต่าง ๆ รวมทั้งคอมเพรสเซอร์)
 

คำว่า "block valve" ที่ปรากฏในเอกสารหมายถึงวาล์วที่ทำหน้าที่ปิดกั้นการไหล ส่วนจะเป็นชนิดไหนนั้น (คือจะเป็นชนิด gate globe ball plug หรือ butterfly) ขึ้นอยู่กับแต่ละระบบ
 

อุปกรณ์พวกปั๊มและคอมเพรสเซอร์ที่ทำงานต่อเนื่องไม่มีหยุดพัก มักต้องมีตัวสำรองเอาไว้สำหรับเวลาที่ต้องหยุดเดินเครื่องตัวหลักเพื่อทำการซ่อมบำรุง ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นที่ต้องสามารถทำการ isolate (แยกออกจากระบบ) ปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์นั้นเพื่อที่จะได้ทำการซ่อมบำรุงได้ (ในช่วงเวลานั้นก็จะหันไปใช้ตัวสำรองทำหน้าที่แทน) ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องมี block valve ทั้งด้านขาเขาและขาออก (ข้อ 2.4.1a)

ปรกติแล้วขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อด้านขาเข้าจะมีขนาดไม่เล็กกว่าจุดต่อท่อด้านขาเข้าของปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ ดังนั้น block valve ของท่อด้านขาเข้าจึงควรมีขนาดเดียวกับขนาดท่อด้วย (ข้อ 2.4.1b และ 2.4.1c) แต่ในกรณีของแก๊สนั้น ถ้าแก๊สด้านขาเข้ามีความดันสูง และโครงสร้างของตัววาล์วนั้นสามารถขังแก๊สความดันสูงไว้ภายในได้ (เช่น ball valve) วาล์วตัวนั้นจึงควรต้องมีระบบระบายแก๊สความดันสูงที่ขังอยู่ภายในออกมาได้ (ข้อ 2.4.1b)

รูปที่ ๒๖ ส่วนล่างของหน้าที่ ๑๒/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy

ข้อ 2.4.1d กล่าวว่าขนาดวาล์วทางท่อด้านขาออกควรมีขนาดเดียวกับจุดต่อท่อด้านขาออกของปั๊ม แต่ในกรณีที่มีขนาดที่แตกต่างออกไปก็ควรที่จะมีการระบุเอาไว้ในแบบด้วย (ของเหลวมันอัดปริมาตรให้เล็กลงไม่ได้ แต่แก๊สจะมีปริมาตรลดลงเมื่อความดันสูงขึ้น ดังนั้นขนาดท่อด้านขาออกจึงอาจเล็กลงได้เพื่อรักษาความเร็วในการไหล และท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะทนต่อความดันได้ดีกว่าท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า)

รูปที่ ๒๗ หน้าที่ ๑๓/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy
 

ข้อ 2.4.1e กล่าวถึงการออกแบบระบบท่อรอบตัวปั๊ม ซึ่งควรที่จะทำให้สามารถเคลื่อนย้ายตัวปั๊มหรืออุปกรณ์ขับเคลื่อน (หลัก ๆ ก็คือมอเตอร์ไฟฟ้า) ออกไปได้โดยที่ไม่ต้องมีการถอดตัว block valve ตรงนี้ไม่เพียงแต่การที่ต้องออกแบบระบบท่อจากตัว block valve ด้านขาเข้ามายังตัวปั๊มและจากตัวปั๊มไปยัง block valve ด้านขาออกให้มีจุดที่สามารถถอดท่อออกได้โดยไม่ต้องไปยุ่งกับตัว block valve ทั้งสองด้าน แต่ยังต้องมีพื้นที่ว่างในการทำงานทั้งบริเวณรอบข้างและทางด้านบน (เผื่อไว้สำหรับการทำงานของอุปกรณ์ช่วยยก ที่ต้องยกปั๊มหรืออุปกรณ์ขับเคลื่อนขึ้นบนก่อนเคลื่อนย้ายออกทางด้านข้าง)

ต่อไปเป็นหน้าที่ 13 (รูปที่ ๒๗) ที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (หัวข้อ 2.4.2)
 

ปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบ (reciprocating) จะมีวาล์วป้องกันการไหลย้อนกลับ (check valve) อยู่ในตัวมันอยู่แล้ว ดังนั้นแม้ว่ามันจะหยุดการทำงาน ของไหลด้านขาออกที่มีความดันสูงกว่ากว่าด้านขาเข้าก็จะไม่สามารถไหลย้อนกลับมาได้ แต่พวก centrifugal หรือ rotary ที่ทำงานด้วยการใช้การหมุนเหวี่ยงนั้น งของไหลด้านความดันสูงจะสามารถไหลผ่านตัวอุปกรณ์ได้โดยทำให้ตัวใบพัดนั้นหมุนกลับทิศหรือผ่านช่องว่างระหว่างตัวใบพัดกับตัวเรือน ดังนั้นการป้องกันไม่ให้มีการไหลย้อนกลับเมื่อปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดทำงานจึงมีความจำเป็น แต่จะมีข้อยกเว้นนิดนึงสำหรับปั๊มที่ใช้กับของเหลวที่มีอุณหภูมิสูง (ข้อ 2.4.2.1a) ที่จะยอมให้มีการไหลย้อนอ้อมผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับไปยังขาเข้าของปั๊มตัวสำรองได้ (คือวาล์วด้านขาเข้าของปั๊มตัวสำรองต้องเปิดทิ้งเอาไว้ด้วย) ทั้งนี้เพื่อเป็นการอุ่นปั๊มตัวสำรองให้ร้อนอยู่เสมอพร้อมที่จะใช้งานได้ทันที เพราะถ้าให้ของเหลวที่ร้อนไหลเข้าปั๊มที่เย็น จะทำให้เกิดปัญหาเรื่องการขยายตัวของชิ้นส่วนต่าง ๆ ในปั๊ม แต่ถ้าให้ตัวปั๊มนั้นขยายตัวจนเข้าที่ที่อุณหภูมิการทำงานของของเหลวนั้น ปัญหาดังกล่าวก็จะหมดไป เรื่องการ bypass วาล์วกันการไหลย้อนกลับนี้เคยเล่าไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๙ วันศุกร์ที่ ๙ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง "การ bypass วาล์วกันการไหลย้อนกลับ"
 

ข้อ 2.4.2.1b กล่าวถึงระบบท่อด้านขาออกของปั๊มแต่ละดัวที่จำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ ได้แก่
 

- ปั๊มที่มีปั๊มสำรองต่อคู่ขนานกันอยู่ ทั้งนี้เพื่อไม่ให้เกิดการไหลย้อนกลับเวลาที่ปั๊มอีกตัวหนึ่งทำงานอยู่
 

- ปั๊มน้ำหล่อเย็น
 

- ปั๊มที่มีระบบเริ่มต้นเดินเครื่องอัตโนมัติ (เพราะปั๊มพวกนี้อาจต้องเปิด discharge valve ทิ้งเอาไว้เพื่อให้พร้อมกับการเริ่มต้นเดินเครื่องอัตโนมัติตลอดเวลา)
 

- กรณีที่ปั๊มหยุดทำงานเนื่องจากความผิดปรกติ ร่วมกับการไม่มีวาล์วกันการไหลย้อนกลับ สามารถทำให้กระบวนการมีปัญหาได้
 

ข้อ 2.4.2.1c กล่าวถึงความจำเป็นที่ต้องมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับในกรณีที่การไหลย้อนกลับนั้นสามารถทำให้
 

- อุณหภูมิของเหลวที่ไหลย้อนกลับนั้นสูงเกินกว่าอุณหภูมิการทำงานของปั๊ม 200ºF (ประมาณ 110ºC)

- ทำให้ของเหลวด้านขาออกจากตัวปั๊มนั้นเดือดกลายเป็นไอได้ (สองข้อแรกนี้เกี่ยวข้องกับปั๊มที่ส่งของเหลวให้กับอุปกรณ์เพิ่มอุณหภูมิให้กับของเหลวนั้น เช่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือ heater ต่าง ๆ)

- ค่าผลต่างความดันนั้นสูงกว่าค่าผลต่างความดันปรกติของปั๊ม เช่นปั๊มที่ใช้ป้อนของเหลวปริมาณหนึ่งเข้าไปรอในถังในขณะที่ความดันในถังนั้นต่ำอยู่ แล้วหลังจากนั้นความดันในถังนั้นก็เพิ่มสูงขึ้น (จากการทำปฏิกิริยาหรือการอัดแก๊สเพิ่มความดัน หรือด้วยกระบวนการใด ๆ ก็ตามแต่) จึงต้องป้องกันไม่ให้ของเหลวในถังที่มีความดันสูง (ที่อาจสูงเกินกว่าความดันที่ตัวปั๊มจะทนได้) นี้ไหลย้อนเข้ามาในตัวปั๊ม เพราะอาจทำให้ปั๊มเสียหายได้

- ป้องกันการเกิดปรากฏการณ์กาลักน้ำ (ตรงนี้บทความบอกว่าให้ไปดูรายละเอียดในหัวข้อ 2.8.6)

- ใช้เป็นอุปกรณ์ป้องกันภัย "เสริม" ให้กับ block valve ในกรณีที่การไหลย้อนกลับนั้นอาจทำให้เกิดอันตรายให้กับผู้ที่ทำงานกับตัวปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ที่หยุดเดินเครื่องนั้น ที่ต้องเน้นคำว่า "เสริม" ก็เพราะต้องใช้ block valve เป็นอุปกรณ์ปิดกั้นการไหลหลัก ไม่ใช่ตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับ

การไว้วางใจให้ block valve ปิดกั้นการไหลในกรณีที่มีการซ่อมบำรุงอุปกรณ์นั้น หลายค่ายเลยไม่แนะนำให้ใช้เพียงแค่ block valve แต่ให้ใช้ slip plate (ในกรณีที่ไม่มีการถอดท่อ โดยสอดเข้าไประหว่างหน้าแปลน) หรือ blind plate (ในกรณีที่มีการถอดท่อ) ร่วมด้วยเสมอ แต่ถึงกระนั้นก็ตามการติดตั้ง blind plate ที่ไม่เรียบร้อย (คือไม่ใส่ประเก็นและ/หรือไม่ปิดให้สนิท) ก็สามารถนำไปสู่หายนะได้ เช่นกรณีการระเบิดบนแท่นขุดเจาะน้ำมัน Piper Alpha ในทะเลเหนือในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๓๒ ที่มีผู้เสียชีวิตกว่า ๑๖๐ ราย เป็นผลจากการถอดปั๊มไปซ่อมแล้วไม่ปิด blind plate ให้เรียบร้อย

รูปที่ ๒๘ หน้าที่ ๑๔/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy
 

หัวข้อ 2.4.2.2 เรื่องตำแหน่งของการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับท้ายหน้า 13 มีโผล่มาแค่บรรทัดเดียวแล้วไม่มีข้อมูลอะไร พอขึ้นหน้าใหม่คือหน้า 14 ก็เป็นเรื่องใหม่คือหัวข้อ 2.4.3 เลย

หัวข้อ 2.4.3 เป็นเรื่องของการละการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ เริ่มจากข้อ a. ที่กล่าวไว้ว่าเป็นเรื่องยากที่จะกำหนดแนวทาง แต่ถ้าหากพิจารณาเห็นว่าในระหว่างการเดินเครื่องตามปรกตินั้น ถ้าหากตัวปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดเดินเครื่องกระทันหัน หรือการเริ่มเดินเครื่องหรือหยุดเดินเครื่องนั้นไม่ก่อให้เกิดสภาวะผิดปรกติที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานหรือตัวเครื่องจักรได้ ก็อาจจะไม่ติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาออกได้ แต่ทั้งนี้ต้องพิจารณาด้วยว่าการไหลย้อนกลับที่เกิดขึ้นนั้นจะไม่ทำให้ตัวอุปกรณ์นั้นได้รับความร้อนหรือความเย็นที่มากเกินกว่าที่ตัวอุปกรณ์จะทนได้ (เช่นพวกที่ส่งของไหลเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) 
  

ประเด็นการละวาล์วกันการไหลย้อนกลับตรงนี้น่าจะมาจากการเห็นว่าการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้นก็เป็นต้นทุนตัวหนึ่ง (โดยเฉพาะวาล์วขนาดใหญ่) แต่ที่สำคัญกว่าน่าจะเป็นการที่วาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้นเป็นอุปกรณ์ที่ต้องมีการตรวจสอบการทำงานว่าสามารถทำงานได้เรียบร้อยดี เพราะเคยได้ยินวิศวกรอาวุโสท่านหนึ่งบ่นให้ฟังถึงพฤติกรรมของวาล์วกันการไหลย้อนกลับว่า "มันจะเปิดเมื่อมันควรจะปิด และมันจะปิดเมื่อมันควรจะเปิด"
 

ข้อ b. นั้นกล่าวถึงปัจจัยอื่นที่อาจนำมาร่วมในการพิจารณา เช่น ความจำเป็นในการติดตั้งระบบระบายความดัน ความสามารถในการเริ่มเดินเครื่องปั๊มตัวสำรองหรือการเดินปั๊มคู่ขนาน ฯลฯ การเดินปั๊มสองตัวคู่ขนานกันคือการที่ปั๊มสองตัวส่งของเหลวออกทางท่อไหลออกเดียวกัน ในกรณีเช่นนี้ถ้ามีการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับและปั๊มตัวใดตัวหนึ่งนั้นสร้างความดันขาออกได้สูงกว่าอีกตัวหนึ่ง จะทำให้วาล์วกันการไหลย้อนกลับของปั๊มตัวที่สร้างความดันด้านขาออกนั้นปิดตัวลง ปั๊มตัวที่สร้างความดันด้านขาออกจะเสมือนกับทำงานโดยที่วาล์วด้านขาออกปิดอยู่คือไม่มีของเหลวไหลผ่านตัวปั๊ม ซึ่งอาจทำความเสียหายให้กับตัวปั๊มได้
 

ข้อ c. เกี่ยวกับระบบที่ไม่จำเป็นต้องมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับ เช่นในส่วนของ reboiler หรือระบบ reflux ของหอกลั่น ระบบที่ความดันด้านขาออกประมาณว่าเท่ากับความดันด้านขาเข้า เช่นปั๊มที่ใช้กับระบบหมุนเวียนของเหลวเพื่อการผสม (สูบจากด้านหนึ่งของถังเพื่อป้อนกลับเข้าถังใบเดิมอีกทางด้านหนึ่ง) เป็นต้น
 

ปิดท้ายที่ว่างของหน้าด้วยภาพบรรยากาศการเรียนวิชาสัมมนานิสิตป.โท ปี ๒ เมื่อวันจันทร์ที่ผ่านมาก็แล้วกัน