วันอาทิตย์ที่ 25 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2561

การเผื่อการขยายตัวของท่อร้อน MO Memoir : Sunday 25 February 2561

โครงสร้างที่มีความยาวนั้น เมื่อได้รับแรงกด มีโอกาสที่จะเกิดความเสียหายได้สองรูปแบบด้วยกัน ขึ้นอยู่กับความยาวและ ขนาดและรูปร่างของพื้นที่หน้าตัดของโครงสร้างนั้น ในกรณีของโครงสร้างที่ยาวไม่มาก ความเสียหายจะเกิดในรูปของการแตกหัก (ในกรณีของวัสดุที่ไม่ยืดหยุ่นเช่นคอนกรีต) หรือการโป่งออก (เช่นท่อโลหะสั้น) แต่ถ้าเป็นโครงสร้างที่มีความยาวมากพอ ความเสียหายจะเริ่มเกิดในรูปของการโก่งก่อน ก่อนที่จะตามมาด้วยการแตกหักหรือพับงอ
 
โลหะเมื่อได้รับความร้อนจะมีการขยายตัว ถ้าหากชิ้นส่วนโลหะนั้นไม่สามารถขยายตัวได้อย่างอิสระก็จะเกิดความเค้นกดในตัวชิ้นส่วนโลหะนั้น ในกรณีของรางรถไฟที่จัดว่าเป็นโครงสร้างที่มีความยาวมากนั้น ถ้าหากไม่สามารถจัดการกับความเค้นกดที่เกิดขึ้นจากการขยายตัวของรางรถไฟได้ ก็จะทำให้รางคดงอที่ทำให้รถไฟตกรางได้ ในกรณีของรางรถไฟนี้วิธีการปัญหาดังกล่าวที่เห็นทำกันมีอยู่ ๒ วิธีด้วยกัน วิธีแรกที่เป็นวิธีดั้งเดิมคือการเว้นช่องว่างให้รางขยายตัวได้ และวิธีที่สองคือการใช้รางที่หนาขึ้นเพื่อให้รับแรงกดได้ และการยึดรางกับไม้หมอนให้แข็งแรงขึ้น เพื่อให้รางไม่สามารถโก่งตัวได้

รูปที่ ๑ ตัวอย่างรูปแบบต่าง ๆ ของการวางท่อเพื่อให้มีความยืดหยุ่นในการยืดตัวเมื่อร้อน (ก) อยู่ในแนวเดิม แต่มีการเปลี่ยนระดับความสูง (หรือแนวด้านข้างก็ได้) ถ้าระยะการเปลี่ยนระดับในแนวดิ่ง (หรือแนวด้านข้าง) มีมากพอ แนวเส้นท่อก็จะมีความยืดหยุ่นในการยืด-หดตัว (ข) การหักเลี้ยวที่มีการเปลี่ยนระดับความสูง (ค) รูปตัวยูหรือ U-loop สามรูปแบบแรกนี้เห็นได้ง่ายในท่อขนาดเล็ก (ง) เป็นรูปแบบที่พบเห็นได้บ่อยบน pipe rack ที่มีการเดินท่อเป็นระยะทางยาวและกับท่อขนาดใหญ่ และ (จ) omega loop ที่คล้ายกับ U-loop รูปแบบนี้จะทำยากหน่อย เพราะท่อที่ขายกันอยู่ทั่วไปนั้นเป็นท่อตรง ไม่ใช่ท่อโค้ง
 
การแก้ปัญหาท่อร้อนในโรงงานนั้นแตกต่างออกไป เพราะการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมีมากกว่า การขยายตัวจึงมากกว่าด้วย และท่อต้องเป็นโครงสร้างที่ต้องมีความต่อเนื่อง แถมยังมีความเค้นเดิมอยู่แล้วภายในอันเป็นผลจากความดันภายในท่อ ดังนั้นการจะใช้ท่อให้หนาขึ้นเพื่อให้รับแรงกดอัดได้แบบรางรถไฟจึงเป็นเรื่องที่ไม่น่าจะเหมาะสม วิธีการทั่วไปที่ใช้กันก็คือการออกแบบแนวเส้นท่อให้มีความยืดหยุ่นด้วยการให้มีการเปลี่ยนแนวเดินท่อ การเปลี่ยนแนวเดินท่อนี้อาจเกิดขึ้นด้วยความจำเป็นในการวางเส้นทางเดินท่อ (เช่นการเปลี่ยนระดับความสูง การหักเลี้ยว) หรือจงใจทำขึ้น รูปที่ ๑ แสดงตัวอย่างรูปแบบการเปลี่ยนแนวเดินท่อเพื่อให้แนวเส้นท่อมีความยืดหยุ่นในการยืด-หดตัวเมื่อร้อนและเย็นตัวลง

รูปที่ ๒ ท่อร้อนที่ต้องมีการหุ้มฉนวนนั้นจะมีการทำ pipe support เป็นรูป T เชื่อมติดกับท่อ โดยตัว pipe support นี้จะวางอยู่บน pipe rack โดยไม่มีการยึดติด (ยกเว้นบางตำแหน่ง) เพื่อให้ตัวท่อยืด-หดได้อย่างอิสระตามแนวท่อ และเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวท่อมีการเคลื่อนตัวทางด้านข้างก็จะมีตัวประกบด้านข้างที่ฐานของตัว T (แค่ประคองเอาไว้ไว้หลวม ๆ ไม่เชื่อมติดกับตัว T) โดยตัวประกบด้านข้างนี้จะเชื่อมติดกับ pipe rack

ท่อร้อน (เช่นท่อไอน้ำ) จะมีการหุ้มฉนวนความร้อน ดังนั้นจำเป็นต้องมีการยกตัวท่อสูงจาก pipe rack ด้วยการใช้ pipe support รูปตัว T รองท่อเอาไว้ (รูปที่ ๒) pipe support รูปตัว T นี้อาจมีการเชื่อมยึดติดกับ pipe rack ในบางตำแหน่ง โดยตำแหน่งที่เหลือเป็นเป็นการวางเอาไว้เฉย ๆ ไม่มีการยึดตรึงเข้ากับ pipe rack แต่จะมีตัวประกบด้านข้างเพื่อป้องกันไม่ใช้ pipe support รูปตัว T มีการเคลื่อนตัวตามด้านข้างได้ แต่ยังสามารถเลื่อนไถลไปบน pipe rack ได้เวลาที่ท่อขยายตัว (รูปที่ ๓)
 
อันที่จริงเรื่องนี้เคยเล่าเอาไว้บ้างแล้วใน Memoir ก่อนหน้านี้สองฉบับคือ
 
ปีที่ ๕ ฉบับที ๖๐๐ วันจันทร์ที่ ๑ เมษายน ๒๕๕๖ เรื่อง "ระบบเผาแก๊สทิ้ง (Flare system) ตอนที่ ๖ Elevated flare" และ
ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๙๗ วันพฤหัสบดีที่ ๘ พฤษภาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "เก็บตกจากงานก่อสร้างอาคาร (ตอนที่ ๒)"

และด้วยการที่เรื่องนี้มันไม่ได้อยู่ในเนื้อหาวิชา เคมีวิเคราะห์ เคมีอินทรีย์ หรือการคำนวณเชิงตัวเลข ที่ผมสอน ผมก็เลยไม่ได้มีโอกาสบอกเล่าเรื่องนี้ให้นิสิตฟัง แต่มีการเอ่ยไว้บ้างเล็กน้อยในวิชา Chem Prod ในบางปี บังเอิญเมื่อวานเห็นมีคำถามเรื่องนี้ปรากฏให้เห็นบนหน้า facebook และมีการพาดพึงถึงจากวิศวกรผู้ทำงานอยู่ในโรงงาน (ต้องขอบคุณครับที่พาดพิงในทางที่ดี) ก็เลยขอรวบรวมเอามาอธิบายเพิ่มเติมในที่นี้ เผื่อจะเป็นประโยชน์สำหรับนิสิตที่กำลังจะไปฝึกงานในฤดูร้อนที่กำลังมาถึงนี้


รูปที่ ๓ ในวงสีส้มคือระยะการขยายตัวของท่อ จะเห็นการเคลื่อนตัวของ pipe support บน pipe rack


รูปที่ ๔ ในวงสีส้มคือระยะการยืดตัวของแนวเส้นท่อเมื่อร้อน ในรูปนี้จะเห็นตัวประกบด้านข้าง pipe support รูปตัว T

ไม่มีความคิดเห็น: