ข้อพึงคำนึงพื้นฐานในการเลือกใช้วาล์ว (Valve Philosophy) ตอนที่ ๗ MO Memoir : Sunday 26 November 2560

รูปที่ ๓๓ ส่วนล่างของหน้าที่ ๑๖/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy

หัวข้อ 2.6 (รูปที่ ๓๓) เกี่ยวข้องกับวาล์วในระบบท่อไอน้ำและน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ (condensate)
 

ความหมายของคำว่า "condensate" นี้ ถ้ามีการกล่าวขึ้นมาลอย ๆ ก็ต้องพิจารณาดูด้วยว่ากำลังพูดถึงเรื่องอะไรกันอยู่ ถ้ากำลังพูดเรื่องไอน้ำอยู่ มันจะหมายถึงน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ ซึ่งถ้าจะเรียกชื่อเต็มก็คือ steam condensate แต่ถ้าพูดถึงแก๊สธรรมชาติก็จะหมายถึงไฮโดรคาร์บอนส่วนที่ควบแน่นเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้อง (พวกตั้งแต่ C5 ขึ้นไป) ซึ่งชื่อเต็มก็คือ natural gas condensate
 

การใช้งานหลักของไอน้ำในโรงงานเห็นจะได้แก่ การให้ความร้อน ที่เหลือเห็นจะได้แก่ การใช้ขับเคลื่อนอุปกรณ์ (ผ่านระบบลูกสูบหรือกังหันไอน้ำ) การใช้ไล่อากาศและสารเคมีที่มีจุดเดือดสูงที่ค้างอยู่ใน vessel ต่าง ๆ (เช่นไล่น้ำมันหนักออกจากถังก่อนทำการซ่อมบำรุง) condensate ที่เกิดจากไอน้ำที่นำไปใช้ให้ความร้อนแก่ process fluid ผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ที่มักจะเป็นไออิ่มตัวหรือ saturated steam) หรือขับเคลื่อนอุปกรณ์ (ในกรณีของกังหันไอน้ำก็มักจะเป็นไอร้อนยวดยิ่งหรือ super heated steam) มีทั้งมีการเก็บรวบรวมนำกลับมาใช้ใหม่และปล่อยทิ้งไปเลย ส่วนไอน้ำที่ใช้ในรูปแบบที่ให้ความร้อนด้วยการฉีดเข้าไปในสารที่ต้องการให้ความร้อนโดยตรง หรือนำไปใช้ไล่อากาศนั้น ก็จะไม่มีการรวบรวมเอา condensate กลับมาใช้งานใหม่ (คือค่อยไปแยกออกจาก process fluid ทีหลัง ไม่ก็ระบายทิ้งไปเลย)

หัวข้อ 2.6.1 กล่าวถึงตำแหน่งที่ต้องมี block valve ในระบบท่อไอน้ำและ condensate ดังนี้
 

ข้อ 2.6.1a ท่อไอน้ำที่ต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำขับเคลื่อน และในกรณีที่ไอน้ำที่ใช้มีความดันสูงเกินกว่า 600 psig (ประมาณ 20 เท่าของความดันบรรยากาศ) หรือพื้นที่ที่ภูมิอากาศเย็นจัดจนน้ำเป็นน้ำแข็งได้ ให้มีการติดตั้ง block valve "เพิ่ม" อีกหนึ่งตัวทางด้านระบบท่อจ่ายไอน้ำที่เรียกว่า "header"
 

คำว่า "header" ไม่ได้หายถึงหัวกระดาษ แต่หมายถึงท่อขนาดใหญ่ (หรืออาจคล้าย pressure vessel ที่เล็กแต่ยาว) ที่มีจุดสำหรับให้เฃื่อมต่อท่อขนาดเล็กออกไปหลายจุด (ดูรูปที่ ๓๔) จะเรียกว่าเป็นศูนย์กลางการกระจายก็ได้ มักใช้กับระบบสาธารณูปโภค เช่นระบบไอน้ำ อากาศอัดความดัน ข้อดีของการใฃ้ header ก็คือนำวาล์วควบคุมการปิด-เปิดการจ่ายสาธารณูปโภคนั้นไปยังอุปกรณ์ต่าง ๆ (ที่อยู่ในบริเวณเดียวกันหรือใกล้เคียงกัน) มาไว้ในที่เดียวกัน ทำให้เกิดความสะดวกในการทำงาน ระบบ header นี้บางทีก็เรียกว่า "manifold" (ในกรณีของ condensate ที่มีการนำกลับมาใช้ใหม่นั้น header จะทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการรวบรวม condensate ไม่ใช่ศูนย์กลางการกระจาย)

รูปที่ ๓๔ "Header" ระบบไอน้ำของโรงงานกลั่นน้ำมันปาล์มแห่งหนึ่ง ท่อไอน้ำหลักจะเข้ามาทางขวาไหลลงสู่ท่อในแนวนอน condensate ที่เกิดจากการควบแน่นจะไหลออกทางด้านซ้าย หน่วยต่าง ๆ ที่น้องการไอน้ำไปใช้งานจะดึงไอน้ำออกทางด้านบนของท่อในแนวนอน (จะได้ไม่มีของเหลวติดไปด้วย)

"trip" ในที่นี้ไม่ได้แปลว่าการเดินทาง แต่หมายถึงการตัดการทำงาน เช่นในกรณีที่อุปกรณ์ที่อาจเกิดความเสียหายได้ถ้าหากมีภาระงานสูงเกินไป หรือความเร็วรอบสูงเกินไป หรือระบบหล่อลื่นไม่ทำงาน ก็จะมีการติดตั้งอุปกรณ์ที่คอยวัด ภาระงาน ความเร็วรอบ หรืออัตราการไหลของสารหล่อลื่น ถ้าพบว่าอยู่ในสภาวะที่ถ้าปล่อยให้อุปกรณ์ทำงานต่อไปก็จะเกิดความเสียหายต่อตัวอุปกรณ์ได้ ก็จะตัดการทำงานของอุปกรณ์นั้น การตัดการทำงานนี้เรียกว่า "trip"
 

"throttle valve" ถ้าแปลตรงตัวก็คือวาล์วที่ทำหน้าที่หรี่หรือลดอัตราการไหลนั่นเอง ในกรณีของระบบไอน้ำ วาล์วที่ทำหน้าที่นี้มักจะเป็น globe valve ซึ่งตัว globe valve นี้สามารถทำหน้าที่เป็น block valve ได้เช่นกัน ด้วยเหตุนี้จึงยอมให้นับ throttle valve (ที่สามารถปิดสนิทได้) ให้เป็น block valve อีกตัวหนึ่ง

ข้อ 2.6.1b กล่าวถึงตัวอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ทางท่อไอน้ำด้านขาออก โดยที่ไอน้ำด้านขาออกนี้ยังมีความดันอยู่ 
  

ข้อ 2.6.1c กล่าวถึงตำแหน่งถัดจากตัวอุปกรณ์ทางด้านท่อไอน้ำด้านขาออกของอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำขับเคลื่อน โดยท่อไอน้ำด้านขาออกนี้ความดันเป็นสุญญากาศ ข้อนี้ใช้คำว่า "adjacent" ซึ่งให้ความหมายถึง "อยู่ติดกับ" หรือ "อยู่ใกล้เคียงกับ" ตัวอุปกรณ์เลย ทั้งนี้อาจเป็นเพราะในกรณีที่มีอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำขับเคลื่อนหลายชิ้น แต่ท่อไอน้ำด้านขาออกต่างระบายลงสู่หน่วยรวบรวมเดียวกัน (เช่นเครื่องควบแน่น เพื่อนำเอา condensate นั้นกลับไปใช้ต้มเป็นไอน้ำใหม่) การมี block valve ทางด้านขาออกนี้ทำให้สามารถ isolate อุปกรณ์ออกจากระบบได้โดยไม่ต้องกังวลว่าจะมีการรั่วไหลย้อนจากทางด้านขาออก
 

ข้อ 2.6.1b และ 2.6.1c ต่างกันตรงที่ "ความดัน" ของท่อไอน้ำด้านขาออก อุปกรณ์ขับเคลื่อนเช่นพวกกังหันไอน้ำนั้น เพื่อให้มั่นใจว่าไอน้ำจะสามารถไหลเข้าและออกจากตัวอุปกรณ์ได้อย่างสะดวก ดังนั้นจะทำการควบแน่นไอน้ำด้านขาออกให้กลายเป็นของเหลว (ด้วยการใช้เครื่องควบแน่นที่เรียกว่า surface condenser) ความดันทางด้านขาออกจึงถือได้ว่าต่ำกว่าความดันบรรยากาศ (เขาจึงใช้คำว่า vacuum) แต่ในกรณีของไอน้ำขับเคลื่อนที่มีความดันสูงนั้น ระหว่างที่ไอน้ำความดันสูงเคลื่อนที่ผ่านกังหันไอน้ำก็จะมีความดันลดลง ในจั'หวะนี้อาจมีการดึงเอาไอน้ำออกจากบางตำแหน่งของกังหันไอน้ำที่มีความดันที่เหมาะสมเพื่อนำไปใช้งานอื่น เช่นขับเคลื่อนอุปกรณ์ที่ต้องการความดันไอน้ำที่ต่ำกว่า หรือให้ความร้อน ความหมายของข้อ 2.6.1b คือตามความหมายหลังนี้ (รูปที่ ๓๗)

รูปที่ ๓๕ หน้าที่ ๑๗/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy

รูปที่ ๓๖ ความหมายของตำแหน่งวาล์วในหัวช้อ 2.6.1b และ 2.6.1c

ข้อ 2.6.1d เกี่ยวข้องกับ steam trap หรือกับดักไอน้ำ หน้าที่ของ steam trap คือการระบายเอา condensate ออกจากระบบโดยป้องกันไม่ให้ไอน้ำรั่วไหลออกมา condensate ที่ระบายออกมานี้อาจระบายทิ้งลง drain หรือลงระบบเก็บรวบรวม (ขึ้นอยู่กับการออกแบบ) ในกรณีที่เป็นการระบายทิ้งก็ให้มี block valve เฉพาะทางด้านขาเข้าเท่านั้น แต่ถ้าเป็นการระบายลงระบบเก็บรวบรวมก็ให้มี bloc
 

ท่อ bypass steam trap มีไว้ในกรณีที่ต้องการถอดเอา steam trap ไปซ่อม หรือในกรณีที่มี condensate ควบแน่นในระบบมากหรือมีของแข็งติดปนมากับ condensate เช่นในกรณีท่อไอน้ำที่เพิ่งจะสร้างเสร็จใหม่ ๆ ผิวท่อด้านในจะมีสนิมเหล็กอยู่ พอป้อนไอน้ำเข้าไป ความร้อนจะทำให้สนิมเหล็กหลุดร่อนออกมาจากผิวท่อ ไหลปะปนมากับ condensate จึงจำเป็นต้องระบายเอา condensate ช่วงนี้ออกทางท่อ bypass เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรกเข้าไปทำให้ steam trap ทำงานไม่ได้ (รูปที่ ๓๗)
 

ข้อ 2.6.1e กล่าวถึงท่อทุกท่อที่ต่อแยกออกมาจาก steam header (ดูรูปที่ ๓๔)
 

ข้อ 2.6.1f กล่าวถึงท่อไอน้ำที่ทำการฉีดไอน้ำเข้าไปในระบบ (หรือใน process fluid) ที่อย่างน้อยต้องมีทั้ง block valve และ check valve การที่ต้องมี check valve ก็เพื่อป้องกันการไหลย้อนกลับกรณีที่ความดันทางด้าน process fluid นั้นสูงกว่าทางด้านไอน้ำ จะทำให้ process fluid ไหลเข้ามาปนเปื้อนในระบบจ่ายไอน้ำได้ และในกรณีที่การปนเปื้อนดังกล่าวสามารถก่อให้เกิดปัญหารุนแรงได้ ก็ควรมีการติดตั้ง check valve เพิ่มขึ้นอีกหนึ่งตัว (รวมเป็น check valve สองตัว)
 

การติดตั้ง check valve สองตัวต่ออนุกรมกันนี้ บางรายแนะนำว่าควรใช้ check valve ต่างชนิดกัน เช่นตัวหนึ่งเป็น swing check valve และอีกตัวหนึ่งเป็น lift check valve ทั้งนี้เพื่อลดโอกาสที่ check valve สองตัวจะไม่ทำงานในเหตุการณ์เดียวกัน
 

ข้อ 2.6.2 กล่าวถึงด้านขาออกของวาล์วที่ไม่ได้ต่อเข้ากับอะไรเลย (คือเป็นจุดสำรองสำหรับการเผื่อขยายหรือเมื่อมีความจำเป็น) ในกรณีนี้ปลายท่อด้านขาออกควรมีการปิดด้วยอุปกรณ์ที่เหมาะสม (นอกเหนือไปจากวาล์ว) เช่น plug หรือ blind flange

ต่อไปเป็นข้อ 2.7 ที่กล่าวถึงวาล์วที่สถานีควบคุม โดยเริ่มจากข้อ 2.7.1 ที่กล่าวถึงระบบวาล์วควบคุมการไหลที่ควรประกอบด้วย block valve (ด้านหน้าและด้านหลัง control valve) และวาล์วที่สามารถปรับอัตราการไหลได้ (เช่น globe valve) ติดตั้งทางท่อ bypass เรื่องวาล์วของระบบ control valve นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๖๗ วันพฤหัสบดีที่ ๒๗ พฤษภาคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การปิด control valve"

รูปที่ ๓๗ steam trap ที่รับ condensate ที่ควบแน่นภายใน steam header

ข้อ 2.7.2 (รูปที่ ๓๘) กล่าวถึงวาล์วในส่วนของท่อ bypass ตัว control valve ว่าต้องสามารถให้การไหลผ่านในอัตราเดียวกันกับตัว control valve ได้ และในกรณีของท่อขนาดไม่เกิน 4 นิ้วนั้นให้ใช้ชนิด globe valve แต่ที่แปลกใจหน่อยก็คือในกรณีของท่อใหญ่เกิด 4 นิ้วนั้นเอกสารนี้บอกว่าใช้ gate valve ได้ เว้นแต่ว่าต้องการปรับการไหลให้เที่ยงตรง ตรงนี้เข้าใจว่าเป็นเพราะ globe valve ตัวใหญ่มีน้ำหนักและราคาสูง และกรณีของท่อขนาดใหญ่มักไม่ต้องการการไหลที่เที่ยงตรงมากนัก
 

ข้อ 2.7.2.1 กล่าวถึงกรณีที่วาล์วในท่อ bypass นั้นไม่ใช่ชนิด globe ในกรณีเช่นนี้การเลือกขนาดวาล์วควรเลือกให้มีค่า Cv ใกล้เคียงกับของตัว control valve (แปลว่าวาล์วในท่อ bypass นั้นอาจจะมีขนาดเล็กกว่า หรือขนาดที่เมื่อเปิดเพียงแค่บางส่วน เช่น 1 ใน 4 ก็จะให้ค่า Cv ใกล้เคียงกับตัว control valve)

เรื่องของค่า Cv (หรือ flow coefficient ของวาล์ว) นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๙ ฉบับที่ ๑๒๐๙ วันอังคารที่ ๒๖ กรกฎาคม ๒๕๕๙ เรื่อง "เรื่องของ Flow coefficient (Cv)"
 

ข้อ 2.7.3 กล่าวถึง block valve (สำหรับ control valve) ว่าถ้าไม่มีการระบุไว้เป็นอย่างอื่นก็ควรเป็นชนิด gate (เดาว่าคงเป็นเพราะมันมี ขนาดเล็กสุด ราคาถูกสุด และมีให้เลือกใช้ในช่วงอุณหภูมิและความดันที่กว้าง) และการใช้วาล์วที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดท่อก็ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นการประหยัด เพราะการใช้วาล์วที่เล็กกว่าขนาดท่อจะมีค่าใช้จ่ายในการติดตั้งข้อต่อลด (reducer) เพิ่มขึ้นอีกสองตัว (ทั้งค่า reducer เองและค่าเชื่อม reducer เข้ากับท่อ)
 

ตรงนี้ต้องขอทบทวนนิดนึงว่า ในท่อขนาดใหญ่นั้นตัว control valve มักจะมีขนาดเล็กกว่าขนาดท่อ ในหัวข้อ 2.7.3 นี้ยังให้คำแนะนำเพิ่มเติมไว้ว่า
 

ถ้า control valve มีขนาดเล็กกว่าขนาดท่อ 1 ขนาด ให้ใช้ block valve ที่มีขนาดเท่าขนาดท่อ
 

ถ้า control valve มีขนาดเล็กกว่าขนาดท่อ 2 ขนาด ให้ใช้ block valve ที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดท่อ 1 ขนาด
 

ถ้า control valve มีขนาดเล็กกว่าขนาดท่อ 3 ขนาดหรือมากกว่า ให้ใช้ block valve ที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาด control valve 2 ขนาด
 

และในกรณีของท่อขนาด 2 นื้วหรือเล็กกว่า ให้ใช้ block valve ที่มีขนาดเท่าขนาดท่อโดยไม่ต้องสนว่า control valve จะมีขนาดเท่าใด

รูปที่ ๓๘ หน้าที่ ๑๘/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy
 

ถ้าเราดูตารางท่อจะพบว่าท่อมีให้เลือกหลายขนาด (แต่จะมีการผลิตครบทุกขนาดหรือเปล่านั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง) แต่ในการสร้างโรงงานนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนและจำนวนวัสดุที่ต้องสำรองไว้เพื่อการซ่อมบำรุง จึงมักจะมีการกำหนดว่าในการเลือกใช้ท่อนั้นให้เลือกใช้ท่อขนาดใดบ้าง เช่นไม่ใช้ท่อที่มีขนาดเล็กกว่า 3/4 นิ้ว หลีกเลี่ยงการใช้ท่อขนาดเล็กที่มีขนาดที่มีตัวเลขพวก 1/4 นิ้ว (เช่นท่อขนาด 1-1/4 นิ้ว) หรือ 3/4 นิ้วผสมอยู่ พอเป็นท่อขนาดใหญ่ขึ้นมาก็ให้หลีกเลี่ยงการใช้ท่อที่มีตัวเลข 1/2 นิ้วผสมอยู่ (คือท่อขนาด 1-1/2 นิ้ว อันนี้ยอมรับได้ แต่ถ้าเป็น 2-1/2 นิ้ว อันนี้ไม่ควรมี) และในท่อที่มีขนาดใหญ่มาก (เช่นเกิน 6 นิ้ว) ก็ให้หลีกเลี่ยงการใช้ขนาดท่อที่เป็นเลขคี่
 

ตัวอย่างเช่นทางโรงงานอาจกำหนดว่าถ้าต้องการใช้ท่อที่มีขนาดใหญ่กว่า 2 นิ้ว ขนาดถัดไปให้เลือกใช้เป็น 3 นิ้วหรือ 4 นิ้วเลย ดังนั้นในกรณีนี้ถ้าพบว่า control valve ของท่อเส้นขนาด 4 นิ้วนี้ต้องมีขนาด 3 นิ้ว (เล็กกว่าขนาดท่อ 1 ขนาด) ก็ให้ใช้ block valve ที่มีขนาด 4 นิ้ว แต่ถ้าพบว่า control valve ของท่อเส้นขนาด 4 นิ้วนี้ต้องมีขนาด 2 นิ้ว (เล็กกว่าขนาดท่อ 2 ขนาด) ก็ให้ใช้ block valve ที่มีขนาด 3 นิ้ว
 

ข้อ 2.7.3.1 กล่าวถึงความจำเป็นต้องมี drain valve สำหรับ control valve ว่าควรมีขนาด 3/4 นิ้วโดยติดตั้งอยู่ระหว่าง block valve ทางด้านขาเข้าและตัว control valve ทั้งนี้เพื่อใช้ระบายความดันและ process fluid ที่ตกค้างอยู่ในช่วงท่อดังกล่าว (รูปที่ ๓๙ ข้างล่าง) (อันที่จริงถ้าหากตำแหน่งปรกติของ control valve คือปิด มันจะมี process fluid ค้างอยู่ทั้งด้านขาเข้าและขาออกของ control valve เพียงแต่ด้านขาเข้าอาจมีความดันสูงกว่า)

รูปที่ ๓๙ ตัวอย่างระบบ piping รอบ control valve

ฉบับนี้คงจบลงเพียงแค่นี้ แต่เรื่องนี้ยังมีต่ออีก