MO Memoir รวมบทความชุดที่ ๑๗ ท่อ วาล์ว ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ ๒ MO Memoir : Sunday 3 December 2560

"คนอย่างพี่ รุ่นพี่น่ะ ผมว่าไม่ควรเอาไปนั่งทำงานแบบงานบริหาร ทางบริษัทน่าจะตั้งให้มีตำแหน่งเป็นนักวิชาการเทียบเท่าผู้บริหารของบริษัทเลย แล้วเอาไปนั่งเขียนบันทึกประสบการณ์การทำงานสมัยที่พี่มาเริ่มบุกเบิกตั้งโรงงานใหม่ ๆ มันมีปัญหาอะไรเกิดขึ้นบ้าง ฟันฝ่ามาได้อย่างไร เพราะถ้าไม่มีการบันทึกเก็บเอาไว้ มันก็คงจะเลือนหายไป" ผมเคยบอกกับรุ่นพี่วิศวคนหนึ่งที่พบกันเมื่อกว่า ๕ ปีที่แล้วไว้ทำนองนี้ พี่คนนั้นเขาอาวุโสกว่าผมหลายปี (ตอนนี้ก็น่าจะยังไม่เกษียณ) เขามีประสบการณ์ในการสร้างและเดินเครื่องโรงแยกแก๊สธรรมชาติโดยเริ่มจากศูนย์ ช่วงที่ผมเริ่มทำงานใหม่ ๆ นั้นผมได้มีโอกาสพบกับวิศวกรรุ่นพี่เหล่านี้หลายท่าน ประสบการณ์ต่าง ๆ ที่ท่านเหล่านั้นเคยประสบ ความรู้ต่าง ๆ ที่ท่านเหล่านั้นมี ต่างถ่ายทอดสืบต่อกันมาด้วยวาจา ที่อาจเป็นขณะที่ทำงานอยู่ร่วมกัน หรือในระหว่างที่นั่งกินข้าวด้วยกัน

ย่อหน้าข้างบนเป็นส่วนหนึ่งของข้อความในบทส่งท้ายของรวมบทความชุดที่ ๑๗ ท่อ วาล์ว ปั๊ม คอมเพรสเซอร์ ๒ ที่เป็นการนำเอาบทความร่วม ๔๐ บทความกับจำนวนหน้า ๒๔๐ หน้ามาไว้ด้วยกัน เพื่อสะดวกในการค้นหา โดยหวังว่าจะเป็นประโยชน์แก่ผู้ที่กำลังศึกษาอยู่หรือผู้ที่ต้องการความรู้พื้นฐานในการทำงานด้านนี้

ดาวน์โหลดไฟล์ pdf กดที่ link นี้

ผู้เขียนกับเพื่อนร่วมรุ่นวิศว ในงานเลี้ยงหลังวันรับปริญญา วันเสาร์ที่ ๑๖ กรกฎาคม ๒๕๓๑

การไหลผ่าน Straightening vane และโมโนลิท (Monolith) MO Memoir : Sunday 12 February 2560

แผ่นออริฟิส (orifice plate) เป็นอุปกรณ์สำคัญตัวหนึ่งที่ใช้ในการวัดอัตราการไหลของของเหลวและแก๊สในท่อ อันที่จริงมันก็ไม่ได้วัดอัตราการไหลโดยตรงหรอก มันทำเพียงแค่ทำให้ความดันด้านหน้าและด้านหลังแผ่นออริฟิสนั้นแตกต่างกันอันเป็นผลจากการที่ของไหลต้องไหลผ่านรูเล็ก ๆ บนตัวแผ่นออริฟิส ผลต่างความดันที่วัดได้นี้สามารถนำไปคำนวณหาค่าอัตราการไหลได้อีกที (ถ้ายังไม่ทราบว่าแผ่นออริฟิสหน้าตาเป็นอย่างไร ย้อนกลับไปดูได้ที่ Memoir ปีที่ ๙ ฉบับที่ ๑๓๒๓ วันจันทร์ที่ ๓๐ มกราคม ๒๕๖๐ เรื่อง "แผ่น Orifice และหน้าแปลนแบบ Raised face")
 

สมการที่ใช้ในการคำนวณความสัมพันธ์ระหว่างค่าผลต่างความดันกับอัตราการไหลแผ่นแผ่นออริฟิสนี้ตั้งอยู่บนข้อสมมุติ (ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า Assumption) ที่ว่าโปรไฟล์การไหลนั้นมีความสม่ำเสมอ (จะเรียกว่าสมมาตรรอบ ๆ แนวแกนกลางของท่อก็ได้) และคงที่ (คือรูปแบบ velocity profile ไม่มีการเปลี่ยนแปลง) หรือที่ภาษาอังกฤษเขาใช้คำว่า "even and well-developed" ทั้งทางด้านหน้าและด้านหลังแผ่นออริฟิส ดังนั้นเพื่อให้สภาพการไหลก่อนและหลังแผ่นออริฟิสเป็นไปตามเงื่อนไขดังกล่าว จึงต้องให้ท่อด้านหน้าและด้านหลังแผ่นออริฟิสเป็นท่อตรงมีความยาวอย่างน้อยระดับหนึ่ง และยังต้องเป็นท่อที่มีผิวราบเรียบสม่ำเสมอ กฎเกณฑ์ที่ใช้กันทั่วไปคือ ท่อก่อนถึงตัวแผ่นออริฟิสนั้นควรเป็นท่อตรงยาวประมาณ 10 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ (เพื่อให้โปรไฟล์การไหลมีความสม่ำเสมอและคงที่) และท่อด้านหลังแผ่นออริฟิสนั้นควรเป็นท่อตรงยาว 3-5 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ (เพื่อป้องกันผลจาก back pressure ของอุปกรณ์หรือข้อต่อโค้งต่าง ๆ อันอาจส่งผลกระทบถึงการวัดความดันด้านหลังแผ่นออริฟิส)
 

ไม่ใช่เรื่องผิดปรกติที่ผู้ออกแบบระบบท่อจะพบว่าในการวางท่อจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่งนั้น ไม่สามารถหาตำแหน่งช่วงท่อตรงที่มีระยะทางดังกล่าวเพื่อติดตั้งแผ่นออริฟิสได้ (เช่นการส่งของไหลจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่งที่อยู่ใกล้กัน) โดยเฉพาะท่อทางด้านขาเข้าที่ต้องการระยะทางมากกว่าด้านขาออก วิธีการแก้ปัญหาวิธีการหนึ่งคือการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อช่วงที่ต้องการติดตั้งแผ่นออริฟิสให้เล็กลง อีกวิธีการหนึ่งทำได้ด้วยการใช้อุปกรณ์บางอย่างติดตั้งเข้าไปในท่อด้านขาเข้าแผ่นออริฟิส เพื่อทำให้โปรไฟล์การไหลมีความสม่ำเสมอและคงที่ได้ในระยะทางที่สั้นลง อุปกรณ์ดังกล่าวมีชื่อว่า "straightening vane"
 

straightening vane มีลักษณะเป็นกลุ่มท่อเล็ก ๆ ที่มีความยาวในระดับหนึ่งเกาะกลุ่มกันอยู่ ของไหลที่ไหลมาเป็นกลุ่มก้อนขนาดใหญ่นั้นจะถูกแยกเข้าช่องทางการไหลเล็ก ๆ หลายช่องทางที่เรียงตัวขนานกัน ตรงนี้ถ้าสมมุติให้ความหนาของผนังท่อเล็ก ๆ นั้นมีค่าน้อย ของไหลที่ไหลในท่อใหญ่นั้นจะมีค่า Reynolds no. (Re) เท่ากับ (ρuD₁)/μ เมื่อ ρ คือความหนาแน่นของของไหล u คือความเร็วเชิงเส้นของการไหล D₁ คือเส้นผ่านศูนย์กลางของการไหลในท่อใหญ่ และ μ คือความหนืด แต่เมื่อของไหลดังกล่าวไหลเข้าท่อเล็ก ค่า Re จะลดต่ำลงเพราะเส้นผ่านศูนย์กลางของการไหลในท่อเล็ก (D₂) มีค่าลดลงตามขนาดของท่อเล็ก (ตรงนี้ถ้าสมมุติให้พื้นที่หน้าตัดการไหลรวมของการไหลในท่อเล็กเท่ากับพื้นที่หน้าตัดการไหลในท่อใหญ่ ความเร็วเชิงเส้นของการไหลจะไม่เปลี่ยน) และอาจทำให้การไหลแบบปั่นป่วน (turbulent flow) ไม่ราบเรียบ กลายเป็นการไหลแบบ laminar flow ทำให้โปรไฟล์การไหลมีการจัดเรียงตัวเป็นระเบียบและสมมาตรได้ดีขึ้น
 

รูปที่ ๑ ข้างล่างนำมาจากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 2,688,985 ลงวันที่ ๑๔ กันยายน ค.ศ. ๑๙๕๔ เรื่อง "Orifice fitting device and straightening vane unit assembly" เป็นรูปแสดงอุปกรณ์ที่เรียกว่า "straightening vane" ที่ใช้ติดตั้งภายในท่อด้านขาเข้าแผ่นออริฟิส อุปกรณ์ตัวนี้ช่วยทำให้โปรไฟล์การไหลที่ยังไม่นิ่งนั้นมีความสม่ำเสมอและคงที่ได้ในระยะทางที่สั้นลง 

 

การไหลของของไหล (ทั้งของเหลวและแก๊ส แต่ต่อไปจะขอใช้คำว่าแก๊สแทนก็แล้วกัน) ผ่านเบดนิ่ง (fixed-bed) ก็เป็นการไหลที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างพื้นที่หน้าตัดการไหล จากพื้นที่หน้าตัดใหญ่เพียงช่องทางเดียว กลายเป็นพื้นที่หน้าตัดเล็ก ๆ หลายช่องทาง ส่วนลักษณะการไหลผ่านเบดนั้นขึ้นอยู่กับวัสดุที่นำมาใช้เป็นเบด โดยทั่วไปจะมีอยู่ ๒ ลักษณะด้วยกันคือ พวกที่เป็นอนุภาคก้อนของแข็ง (อาจเป็นก้อนกลมหรือรูปทรงใด ๆ ก็ตามแต่) และพวกที่มีลักษณะโครงสร้างแบบโมโนลิท (monolith) หรือรังผึ้ง (honeycomb)
 

รูปที่ ๒ ตัวอย่างโมโนลิท (monolith) ที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ในอุตสาหกรรม

ในกรณีของเบดที่บรรจุด้วยอนุภาคของแข็งนั้น พื้นที่หน้าตัดการไหลที่แก๊สไหลผ่านได้นั้นจะลดต่ำลงมาก ทำให้ความเร็วของแก๊สในช่วงที่ไหลผ่านเบดนั้นเพิ่มสูงขึ้น นอกจากนี้ด้วยเส้นทางการไหลที่คดเคี้ยว ทำให้ลำแก๊สนั้นมีการพุ่งเข้าปะทะกับพื้นผิวของแข็งที่ขวางหน้าอยู่โดยตรง ก่อนที่จะเบี่ยงเบนไปปะทะกับอนุภาคที่อยู่เคียงข้าง การไหลในรูปแบบนี้ทำให้ส่วนของอนุภาคที่มีลำแก๊สพุ่งเข้าปะทะโดยตรงนั้นมีความหนาของชั้นฟิลม์ห่อหุ้มต่ำหรือไม่มี ถ้าเป็นเบดตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำให้สารตั้งต้นที่อยู่ในแก๊สนั้นเข้าถึงพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา (รวมทั้งรูพรุนภายใน) ได้ง่าย (รูปที่ ๓(ก) และ ๓(ข))
 

จุดเด่นของโครงสร้างโมโนลิทเมื่อเทียบกับเบดอนุภาคของแข็งคือการที่มีพื้นที่เปิดสำหรับให้แก๊สไหลผ่านมากกว่า เมื่อเทียบกับเบดที่มีความสูงเท่ากัน ความดันลดคร่อมเบดโมโนลิทนั้นจะต่ำกว่า ด้วยลักษณะโครงสร้างของโมโนลิทนั้นพื้นที่หน้าตัดการไหลจะมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับความหนาของผนังรูพรุนของโมโนลิท และด้วยการวางตัวของผนังที่ขนานไปกับทิศทางการไหล จึงทำให้รูปแบบการไหลผ่านช่องทางการไหลของโมโนลิท "ตัวแรกสุด" นั้นคล้ายคลึงกับการไหลผ่าน straightening vane ที่ได้กล่าวมาก่อนหน้านี้ โดยจะเกิดเป็นชั้นฟิล์มของแก๊สอยู่บนผิวรอบ ๆ ผนังช่องทางการไหลของโมโนลิท (รูปที่ ๓(ค)) และความหนาของชั้นฟิล์มนี้ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของแก๊สที่ไหลผ่าน โดยในขณะที่แก๊สไหลเข้าช่องทางการไหลของโมโนลิทนั้น แม้ว่าความเร็วในการไหลจะเพิ่มขึ้นบ้างอันเป็นผลจากพื้นที่หน้าตัดการไหลที่ลดลง (เนื่องจากผนังโมโนลิทมีความหนา) แต่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องทางการไหลก็ลดต่ำลงมาก ดังนั้นจึงไม่น่าจะแปลกที่จะมีโอกาสเกิดชั้นฟิล์มบนพื้นผิวหนังโมโนลิทเนื่องจากมีโอกาสที่การไหลจะกลายเป็นแบบ laminar flow สูง
 

รูปที่ ๓ แบบจำลองอย่างง่ายของลักษณะโปรไฟล์การไหลของของไหล (ก) ที่เข้ามากระทบอนุภาค (ข) ผ่านเบดอนุภาคของแข็ง (ค) ในช่องทางการไหลของโมโนลิท (ง) โมโนลิทหลายชิ้นที่วางเรียงซ้อนโดยมีแนวช่องทางการไหลเรียงตรงกัน และ (จ) ชั้นโมโนลิทหลายชั้นที่วางเรึยงซ้อนโดยมีแนวช่องทางการไหลเหลื่อมซ้อนกัน

ลักษณะการไหลผ่านโมโนลิทตัวที่อยู่บนสุด (หรือหน้าสุด) ที่เป็นแบบนี้แหละครับที่ทำให้เกิดปัญหาเวลาที่ใครสักคนทำการทดลองกับเครื่องปฏิกรณ์เล็ก ๆ ในห้องปฏิบัติการที่มักจะบรรจุโมโนลิทได้เพียงขั้นเดียวหรือไม่กี่ชั้น สิ่งที่พบคือเมื่อทำการทดลองเปรียบเทียบระหว่างการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นผง และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นผงที่เคลือบบนผิวโมโนลิท เมื่อคิดเปรียบเทียบที่น้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยาเท่ากัน (คือไม่คิดรวมน้ำหนักโมโนลิท) จะพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบผงนั้นทำปฏิกิริยาได้ดีกว่ามาก ทั้งนี้เพราะแต่ละโมเลกุลสารตั้งต้นที่อยู่ในเฟสแก๊สที่ไหลผ่านเบดของแข็งนั้นมีโอกาสสูงที่จะพุ่งเข้ากระทบพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่ถ้าเป็นโมโนลิท โมเลกุลของสารตั้งต้นในเฟสแก๊สจำนวนไม่น้อยจะวิ่งผ่านช่องทางการไหลของโมโนลิทออกไปตรง ๆ โดยไม่แพร่เข้าหาตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่บนผนังโมโนลิท ส่วนหนึ่งเป็นผลของการเกิด laminar flow ในช่องทางการไหลของโมโนลิทที่ทำให้การแพร่ในแนวรัศมี (ทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการไหล) นั้นต่ำมาก
 

แม้ว่าจะมีการทดลองที่ใช้โมโนลิทหลายชิ้นวางซ้อนกัน แต่เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในห้องปฏิบัติการนั้นมักจะมีขนาดเล็ก ทำให้การวางเรียงซ้อนชิ้นโมโนลิทนั้นทำได้ไม่มาก และมักจะเป็นการวางเรียงแถวเดี่ยวต่อเนื่องกัน ตรงนี้จะมีประเด็นเรื่องวิธีการวางชิ้นโมโนลิทเรียงซ้อนกันเข้ามาเกี่ยวข้อง เคยพบกรณีของการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ชิ้นโมโนลิท รูปทรงสี่เหลี่ยมลูกบาศก์เล็ก ๆ (ได้จากการตัดแท่งโมโนลิทชิ้นใหญ่แบบในรูปที่ ๒ ให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ) วางเรียงแถวเดี่ยวซ้อนกันเพื่อให้น้ำหนักผงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่เคลือบอยู่บนผิวโมโนลิทนั้นเท่ากับเมื่อใช้ในรูปที่แต่ผง แต่เมื่อนำชิ้นโมโนลิทหลายชิ้นมาวางเรียงซ้อนกันปรากฏว่าช่องทางการไหลของแต่ละชิ้นนั้นเรียงตัวตรงแนวกัน ทำให้แก๊สที่ไหลผ่านชิ้นโมโนลิทหลายชิ้นนั้นไหลตรงออกไปโดยไม่มีการเบี่ยงทิศทาง พฤติกรรมการไหลจึงเหมือนกับการไหลผ่านชิ้นโมโนลิทเพียงชิ้นเดียว (รูปที่ ๓(ง)) จึงไม่แปลกที่จะเห็นค่า conversion นั้นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปที่เป็นผง แต่ถ้าเป็นเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมนั้น ชิ้นโมโนลิทแต่ละชิ้นมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับขนาดเครื่องปฏิกรณ์ มีการวางเรียงโมโนลิทซ้อนกันหลายชั้น และผลของการเรียงซ้อนกันนั้นทำให้ช่องทางการไหลของโมโนลิทแต่ละชั้นเหลื่อมกันอยู่ ดังนั้นเมื่อแก๊สไหลออกจากโมโนลิทชั้นบนเข้าสู่ชั้นล่าง แก๊สดังกล่าวจะไหลเบี่ยงออกข้างเข้าปะทะกับผนังของโมโนลิท การผสมกันในแนวรัศมีจึงเกิดได้ดีกว่า พฤติกรรมการทำปฏิกิริยาจึงมีรูปแบบทำนองเดียวกับเบดนิ่งที่บรรจุอนุภาคของแข็ง (รูปที่ ๔)
 

รูปที่ ๔ แบบจำลองอย่างง่ายแสดงให้เห็นภาพลักษณะการไหลของแก๊สที่ไหลผ่านช่องทางการไหลของโมโนลิทหลายชิ้นที่วางเรียงซ้อนกันโดยวางเหลื่อมกัน การวางเหลื่อมกันนั้นทำให้เกิดการไหลปั่นป่วนในช่องทางการไหลของโมโนลิทตัวที่อยู่ถัดไป

ตอนแรกคิดว่าจะสรุปบทสนทนาเมื่อสัปดาห์ที่แล้วได้ภายในสองตอน แต่เอาเข้าจริงคงต้องมีตอนที่ ๓ (และอาจมีตอนที่ ๔) ตามมาอีก เพราะยังไม่ได้ขึ้นเรื่องเกี่ยวกับการนำความร้อนในเบดนิ่งเลย สำหรับวันนี้ก็ขอปิดท้ายที่ว่างหน้ากระดาษด้วยภาพถ่ายบรรยากาศงานเปิดบ้านแลปแมวเมื่อบ่ายวันศุกร์ที่ผ่านมาก็แล้วกัน

แผ่น Orifice และหน้าแปลนแบบ Raised face MO Memoir : Monday 30 January 2560

หลังจากที่อาจารย์ที่เป็นผู้สร้างโรงประลอง (pilot plant) เกษียณอายุไปได้หลายปีและไม่มีใครรับช่วงทำวิจัยงานด้านนี้ต่อ ทางภาควิชาก็เลยมีการรื้อโรงประลองดังกล่าวออกเพื่อนำพื้นที่มาใช้งานอย่างอื่น งานนี้ก็เลยได้โอกาสเข้าไปรื้อเศษซากอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่เขาถอดออกมา เพื่อนำมาแยกชิ้นส่วนถ่ายรูปมาให้ดูกัน และชิ้นแรกที่ขอนำมาแสดงก็คือแผ่น orifice
 

การวัดอัตราการไหลของของไหล (แก๊สหรือของเหลว) ในท่อนั้นมีอยู่ด้วยกันหลายเทคนิค และเทคนิคหนึ่งที่เห็นใช้กันมากในโรงงานอุตสากรรมทั่วไปคือการวัดผลต่างความดัน (pressure difference) ระหว่างสองตำแหน่งบนเส้นทางการไหล โดยทางด้านต้นทางนั้นจะมีความดันสูงกว่าทางด้านปลายทาง และค่าผลต่างความดันนี้จะเพิ่มตามอัตราการไหลที่สูงขึ้น ข้อดีของอุปกรณ์วัดพวกนี้คือตัวอุปกรณ์วัดเองนั้นไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนที่ ใช้งานได้กับระบบที่มีความดันและอุณหภูมิสูง
 

ในกรณีของท่อตรงนั้นเพื่อให้เห็นค่าผลต่างความดันได้ชัดเจน ระยะห่างระหว่างสองตำแหน่งที่ต้องวัดนั้นจะมากจนไม่เหมาะสมที่จะนำมาใช้ในทางปฏิบัติ การแก้ปัญหาดังกล่าวทำโดยการติดตั้งอุปกรณ์ที่มีการจำกัดพื้นที่หน้าตัดการไหลในท่อ แล้วทำการวัดการเปลี่ยนแปลงความดันเมื่อของไหลไหลผ่านอุปกรณ์นั้น อุปกรณ์จำกัดพื้นที่หน้าตัดการไหลที่ใช้กันมากที่สุดเห็นจะได้แก่แผ่นออริฟิส (orifice plate) ที่เป็นแผ่นโลหะสอดไว้ระหว่างหน้าแปลน โดยแผ่นโลหะดังกล่าวมีรูที่มีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ รูปร่างและตำแหน่งของรูบนแผ่นโลหะขึ้นอยู่กับการออกแบบ แต่ที่พบเห็นมากที่สุดเห็นจะได้แก่เป็นรูกลมอยู่ตรงกลางแผ่น การวัดความดันจะวัดที่ตำแหน่งด้านหน้าและด้านหลังแผ่น orifice นี้ (ดังตัวอย่างในรูปที่ ๑)
 

รูปที่ ๑ ส่วนของท่อที่ทำการติดตั้งแผ่น orifice (ท่อแนวนอนด้านบน) และท่อที่ต่อเข้าอุปกรณ์วัดความดัน เพื่อแปลงค่าผลต่างความดันที่วัดได้เป็นค่าอัตราการไหลอีกที
 

อุปกรณ์อีกชนิดหนึ่งได้แก่ท่อเวนจูรี (venturi tube) ที่มีลักษณะเป็นท่อตรงที่มีการลดขนาดเข้าตอนกลางก่อนบานออก การวัดความดันจะวัดที่ตำแหน่งก่อนเข้าส่วนที่มีการลดขนาด และตำแหน่งตรงจุดที่ท่อแคบที่สุด ท่อเวนจูรีจะใช้พื้นที่ในการติดตั้งมากกว่าแผ่น orifice แต่ก็มีข้อดีคือกรณีของของเหลวที่มีของแข็งไหลผสมอยู่ด้วยนั้น (ที่เรียกว่า slurry) ท่อเวนจูรีมันไม่มีตำแหน่งที่ของแข็งจะสะสมค้างอยู่ในตัวอุปกรณ์ ท่อเวนจูรีนี้จะพบเห็นไม่แพร่หลายเท่าแผ่น orifice
 

รูปที่ ๒ ชำเลืองดูตรงหน้าแปลน จะเห็นแผ่น orifice อยู่ตรงกลาง มีปะเก็นเทฟลอน (สีขาว) ประกบอยู่บนล่าง
 

รูปที่ ๓ นอตตัวเมียที่ใช้ยึดหน้าแปลนมีแหวนสปริง (spring washer) รองเข้าไว้ด้วย เพื่อป้องกันการคลายตัวของนอตตัวเมียอันอาจเกิดจากการสั่นสะเทือน หรือการยืดหดของโลหะอันเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ถ้าเป็นแหวนรองแบบธรรมดาที่เป็นแผ่นโลหะกลมมีรูตรงกลาง ภาษาช่างบ้านเราเรียกแหวนอีแปะ (plain washer) ตัวนี้ใช้ในการช่วยกระจายแรงกดจากนอตตัวเมียลงไปบนพื้นผิว (เช่นพื้นผิวไม้) เพื่อไม่ให้พื้นผิวเกิดความเสียหายเวลาขันนอตตึงมาก ๆ
 

รูปที่ ๔ ถอดแผ่น orifice ออกมาแล้ว จะเห็นว่ารูของแผ่น orifice นี้มีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับรูท่อ (ด้านขวา) ด้านนี้เป็นด้านหน้าของแผ่น (ด้านของไหลไหลเข้า)
 

รูปที่ ๕ อีกด้านหนึ่งของแผ่น orifice ในรูปที่ ๔ ผิวตรงรูด้านนี้มีลักษณะปาดเรียบเป็นรูปกรวยลงไปยังรู ด้านนี้เป็นด้านหลัง แต่ก็ไม่เสมอไปนะ แม้ว่ารูปส่วนใหญ่จะแสดงด้านผิวเรียบเป็นด้านหน้า แต่ก็มีผู้ผลิตบางรายเหมือนกันที่จำหน่ายแผ่น orifice ที่กำหนดให้ด้านที่มีการปาดผิวเป็นรูปกรวยนี้เป็นด้านหน้า ปรกติแล้วการติดตั้ง orifice เส้นผ่านศูนย์กลางท่อจะคงที่เข้ามาจนถึงตัวแผ่น orifice แต่ในกรณีนี้ดูเหมือนว่าจะใช้หน้าแปลนที่มีขนาดใหญ่กว่าท่อ เลยแก้ปัญหาด้วยการสอดท่อลึกเข้ามาในหน้าแปลนจนปลายท่อนั้นแนบกับผิวหน้าแผ่น orifice
 

รูปที่ ๖ ชำเลืองดูด้านในหน่อย จะเห็นรูที่เจาะทะลุด้านข้างหน้าแปลนเข้ามา รูนี้มีทั้งที่หน้าแปลนด้านหน้าและด้านหลังแผ่น orifice มีไว้สำหรับต่อเข้าอุปกรณ์วัดความดัน เพื่อวัดความดันคร่อมแผ่น orifice และใช้ค่าความดันคร่อมที่วัดได้นี้แปลงเป็นค่าอัตราการไหลอีกที
 

รูปที่ ๗ ไหน ๆ ก็เอ่ยถึงหน้าแปลนที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า flange แล้ว (คำนี้มีการออกเสียงอยู่สองแบบนะ แบบอังกฤษอยู่เกาะออกเสียงแบบหนึ่ง แบบอเมริกันออกเสียงอีกแบบหนึ่ง ไม่เหมือนกัน ดังนั้นอย่าไปด่วนสรุปว่าคนที่ออกเสียงไม่เหมือนเรานั้นออกเสียงผิดนะ) ก็เลยขอแนะนำให้รู้จักหน้าแปลนแบบ raised face คือผิวหน้าตรงที่ประกบกันจะนูนขึ้นมาเล็กน้อย ตัวปะเก็นจะมีขนาดเพียงแค่พื้นผิววงแหวนที่ยกตัวสูงขึ้นมาเท่านั้น หน้าแปลนท่อรับความดันจะเป็นแบบนี้

รูปที่ ๘ อันนี้เป็นหน้าแปลนแบบผิวเรียบ (flat face) ใช้สำหรับงานที่ไม่ได้รับความดันทั่วไป ตัวปะเก็นเองนั้นอาจจะมีแผ่นใหญ่เท่ากับหน้าแปลนเลยก็ได้ โดยมีรูตรงกับรูสำหรับร้อยนอต ถ้าเป็นระบบที่รับความดันสูงขึ้นไปอีกจะใช้หน้าแปลนแบบ raised face ในรูปที่ ๗ เพราะเมื่อขันนอตตึงเท่ากัน หน้าแปลนแบบ raised face จะให้แรงกดมากกว่า (เพราะพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างหน้าแปลนมันน้อยกว่า แต่ถ้าเป็นระบบที่ใช้ความดันสูงขึ้นไปอีก จะไปใช้หน้าแปลนอีกแบบรูปร่างคล้าย ๆ แบบ raised face แต่มีร่องรูปวงแหวนบนผิวหน้า (แบบ ring type flange) ที่เอาไว้วางแหวนที่ทำจากโลหะอ่อนเป็นตัวป้องกันการรั่วซึม (ring joint gasket) หน้าแปลนแบบหลังสุดนี้เคยเห็นใช้กับระบบท่อ rating 1500

การติดตั้งแผ่น orifice นั้น พื้นที่หน้าตัดการไหลของท่อก่อนเข้าถึงแผ่น orifice จะต้องคงที่มาจนถึงผิวหน้า orifice (ถ้าใช้หน้าแปลนแบบ welded neck ก็ต้องเจียรผิวรอยเชื่อมด้านในให้เรียบเสมอผิวท่อด้วย) แต่ตัวอย่างที่นำมาให้ดูนี้ดูเหมือนจะมีปัญหาเรื่องการหาหน้าแปลนติดตั้งแผ่น orifice ที่มีขนาดเล็กพอดีกับท่อ ผู้ติดตั้งก็เลยใช้วิธีการสอดปลายท่อให้ลึกเข้ามาในหน้าแปลนจนมาแนบกับผิวหน้าแผ่น orifice ทั้งสองด้านแทน วิธีการนี้ส่งผลต่อการวัดหรือไม่ผมก็ไม่รู้เหมือนกันเพราะไม่เคยได้ยินว่ามีการทำกันมาก่อน และก็ไม่ทราบด้วยว่าช่วงที่เขาทำการใช้โรงประลองนั้นมีปัญหาอะไรบ้างหรือไม่
 

และไหน ๆ ก็ต้องรื้อหน้าแปลนเพื่อเอาแผ่น orifice มาถ่ายรูปแล้ว ก็เลยขอแนะนำให้รู้จักกันหน้าแปลนชนิด raised face ด้วยเลย หน้าแปลนชนิดนี้พบเห็นได้ทั่วไปในโรงงานอุตสาหกรรม ข้อดีของมันคือด้วยพื้นที่ผิวสัมผัสที่เล็กกว่าหน้าแปลนแบบ flat face จึงทำให้เมื่อขันนอตตึงเท่ากัน แรงกดที่หน้าแปลน raised face จะสูงกว่า จึงเหมาะกับระบบที่ทำงานที่ความดันและอุณหภูมิที่สูงกว่า

หวังว่าผู้ที่กำลังศึกษาอยู่ในสถาบันการศึกษา หรือผู้ที่ใช้ชีวิตอยู่ในห้องปฏิบัติการตั้งแต่เรียนตรียันเอก ที่ได้มาอ่านบทความฉบับนี้เข้า คงมีความรู้พื้นฐานทั่วไปภาคปฏิบัติทางด้านงานช่างเพิ่มขึ้นบ้าง ไม่มากก็น้อย

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Miscellaneous equipment (อุปกรณ์จิปาถะ) MO Memoir : Tuesday 17 January 2560

คำคู่หนึ่งที่ทำให้หลายคนที่เริ่มอ่าน P&ID สับสนคือ "Gauge (เกจ)" กับ "Indicator" คำคู่นี้เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์วัดคุม ถ้าพูดถึง gauge จะหมายถึงอุปกรณ์วัดที่ต้องไปอ่านที่ตัวอุปกรณ์ ณ ตำแหน่งที่ติดตั้งตัวอุปกรณ์ ส่วนคำว่า indicator มักหมายถึงตัวอุปกรณ์ที่ทำการส่งสัญญาณค่าที่วัดได้นั้นไปแสดงผลยังที่อื่น เช่นห้องควบคุม หรือไม่ก็บริเวณใกล้เคียงกับสถานที่ติดตั้งตัวอุปกรณ์นั้น เช่นอาจเป็นเพราะอุปกรณ์วัดติดตั้งในตำแหน่งที่ไม่สะดวกในการเข้าไปอ่านค่า แต่ก็มีเหมือนกันที่บางคนมองว่าถ้าเป็น gauge จะเป็น mechanical และถ้าเป็น indicator จะเป็นอิเล็กทรอนิกส์ 
  

ตัวอย่างเช่น pressure gauge หรือเกจวัดความดัน (ย่อว่า PG) ที่มีติดตั้งอยู่ทางด้านขาออกของปั๊มเป็นประจำ ถ้าปั๊มตัวไหนมีการติดตั้งแค่า PG และอยากทราบความดันด้านขาออกของปั๊มตัวนั้น เราก็ต้องเดินไปอ่านค่าจากเกจวัดความดันที่ปั๊มตัวนั้น แต่ถ้ามีการติดตั้ง pressure indicator (PI) เราก็สามารถนั่งอ่านค่านั้นอยู่ที่ห้องควบคุม และในกรณีที่ต้องการเอาค่าที่อ่านได้ไปเป็นสัญญาณควบคุม ก็จะใช้อุปกรณ์พวก indicator เป็นตัววัดโดยนำค่าสัญญาณที่ตัว indicator อ่านได้นั้นส่งออกไปเป็นสัญญาณควบคุม กลายเป็นอุปกรณ์ที่เรียกว่า indicator and controller ที่ย่อว่า IC ต่อท้ายสิ่งที่วัดและควบคุม เช่น TIC ก็หมายถึง Temperature indicator and controller คือเป็นอุปกรณ์ที่วัดค่าอุณหภูมิและนำค่าที่อ่านได้นั้นไปเป็นสัญญาณควบคุมอุณหภูมิ แต่ถ้าเป็นเพียงแค่ TI ที่หมายถึง Temperature indicator ก็จะเป็นเพียงแค่อุปกรณ์ที่แสดงค่าอุณหภูมิที่วัดได้ให้เราทราบเท่านั้น
 

อุปกรณ์วัดตัวหนึ่งที่มีการนำไปประยุกต์ใช้งานกันหลายหลายจนทำให้เกิดความสับสนได้คืออุปกรณ์วัด "ความดัน" เพราะนอกจากใช้บอกความดันในระบบโดยตรงแล้ว ยังใช้ในการวัด "ระดับของเหลว" และ "อัตราการไหล" ของทั้งของเหลวและแก๊สด้วย ในการนำอุปกรณ์วัดความดันไปวัดระดับของเหลวนั้น จะใช้การวัดผลต่างความดันระหว่างสองตำแหน่ง โดยตำแหน่งหนึ่งอยู่เหนือผิวของเหลว และอีกตำแหน่งหนึ่งอยู่ใต้ผิวของเหลว (แต่ไม่ได้หมายความว่าจะเป็นก้นถังนะ ต้องดูตำแหน่งที่ติดตั้งอุปกรณ์เป็นหลัก เพราะบางทีเขาก็ไม่ได้ติดตั้งอยู่ที่ตำแหน่งที่ต่ำสุดของถัง) การที่ต้องติดตั้งอุปกรณ์วัดความดันตัวหนึ่งไว้เหนือผิวของเหลวก็เพื่อไม่ให้ความดันเหนือผิวของเหลวส่งผลต่อค่าผลต่างความดันที่วัดได้ แต่ก็เคยเห็นเหมือนกันที่มีการติดตั้งตัววัดความดันที่ตำแหน่งเดียวคือที่ใต้ผิวของเหลว ซึ่งกรณีนี้เป็นกรณีของการเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ ส่วนการใช้อุปกรณ์วัดความดันวัดอัตราการไหลนั้นก็ใช้การวัดค่าผลต่างความดันระหว่างสองตำแหน่งบนเส้นทางการไหล เช่นระหว่างความยาวของท่อ venturi หรือด้านหน้า-หลังของแผ่น orifice 
  

แต่การใช้การวัดความดันเป็นตัวบ่งบอกระดับของเหลวหรืออัตราการไหลนั้นมีสิ่งสำคัญที่ต้องระวังคือ มันให้ค่าที่ถูกต้องเมื่อความหนาแน่นของของเหลวหรือแก๊สที่วัดนั้น "คงที่" และเท่ากับค่าที่ใช้ในการสอบเทียบ (calibrate) อุปกรณ์วัดนั้น เพราะเคยมีเหมือนกันที่ผู้ปฏิบัติงานคิดว่าระดับของเหลวในถังเปลี่ยน ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นไม่ได้เปลี่ยน แต่ที่อุปกรณ์วัดแสดงค่าระดับของเหลวเปลี่ยนเป็นเพราะ "ความหนาแน่น" ของของเหลวในถังนั้นเปลี่ยนไป (ดูตัวอย่างได้ใน Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๔๓ วันพุธที่ ๒ พฤษภาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "เมื่อระดับตัวทำละลายใน polymerisation reactor" เพิ่มสูงขึ้น)
 

๖ ภาพในชุดนี้จะเรียกว่าเป็น check list เสีย ๓ ภาพก็น่าจะได้ คือเป็นกึ่งแบบสอบถามเกี่ยวกับความจำเป็นที่ต้องมีอุปกรณ์วัดและการเลือกชนิดอุปกรณ์วัดความดันและอัตราการไหล ๒ ภาพ และเกี่ยวกับตัวกรอง (strainer) อีก ๑ ภาพ และอีก ๓ ภาพที่เหลือเป็นอุปกรณ์จิปาถะคือ อุปกรณ์ลดความร้อนไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (desuperheater) ที่ใช้เป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งเป็นไอน้ำอิ่มตัว ระบบขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ และอุปกรณ์ลดการกระเพื่อมของการไหล (pulsation dampener)

รูปที่ ๑ ตัวอย่าง check list ความต้องการอุปกรณ์วัดระดับของเหลว โดยเริ่มจากถามความต้องการเกจวัดระดับ (LG - Level Gauge) หรือไม่ ตำแหน่งที่ติดตั้ง ต้องการอินดิเคเตอร์สำหรับวัดระดับ (LI - Level Indicator) หรือไม่ และต้องการสัญญาณแจ้งเตือน (Alarm) ด้วยหรือไม่ (มีได้ทั้งแจ้งเตือนระดับของเหลวที่สูงเกินไปหรือ high level alarm และแจ้งเตือนระดับของเหลวที่ต่ำเกินไปหรือ low level alarm) รายละเอียดการติดตั้งอุปกรณ์วัดคุมเหล่านี้จะไม่ปรากฏใน P&ID ของกระบวนการ แต่จะไปอยู่ในรายละเอียดการติดตั้งอุปกรณ์ ซึ่งขึ้นอยู่กับรูปแบบอุปกรณ์
 

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง check list ความต้องการอุปกรณ์วัดและควบคุมอัตราการไหลหรือวาล์วควบคุมอัตราการไหล โดยเริ่มจากต้องการให้มี block valve สำหรับวาล์วควบคุมหรือไม่ ยอมให้มีสาย bypass วาล์วควบคุมหรือไม่ และให้ระบุชนิดวาล์วสำหรับสาย bypass ต้องการวาล์วระบาย (drain) ด้วยหรือไม่ อุปกรณ์ควบคุมนี้จะติดตั้งเข้ากับแผงควบคุม (board mounted) หรือไม่ และต้องการสัญญาณแจ้งเตือน (ทั้งอัตราการไหลที่ต่ำเกินไปหรือสูงเกินไป) ด้วยหรือไม่ พึงระลึกว่าอุปกรณ์วัดอัตราการไหลมักจะไม่ติดตั้งใกล้วาล์วควบคุม เพราะตัวอุปกรณ์ต้องการการไหลที่ราบเรียบก่อนถึงตัวอุปกรณ์วัด

รูปที่ ๓ ตัวกรองในที่นี้เป็นแบบไม่ต่อเนื่อง คือเมื่อกรองจนตันก็ต้องถอดทำความสะอาด ดังนั้นสำหรับระบบที่ทำงานต่อเนื่องจึงจำเป็นต้องมีตัวกรอง ๒ ตัวทำงานสลับกัน คำถามในที่นี้เริ่มจากต้องมีท่อให้ความร้อน (tracing) หรือไม่ ต้องการท่อระบายแก๊ส (vent) หรือไม่ ต้องการท่อระบายของเหลว (drain) หรือไม่ ต้องการระบบวัดการรั่วซึมด้วยหรือไม่ และต้องการอุปกรณ์วัดความดันคร่อมตัวกรองด้วยหรือไม่ อุปกรณ์วัดความดันคร่อม (PDG) บอกให้รู้ว่าตัวกรองตันหรือยัง ถ้าความดันคร่อมสูงก็แสดงว่าตัวกรองตันแล้ว

รูปที่ ๔ ในกรณีของโรงงานที่มีการผลิตไอน้ำจำนวนมากเกินความต้องการของการให้ความร้อน (เช่นการผลิตเอทิลีนที่มีการผลิตไอน้ำที่ transfer line cxchanger เพื่อลดอุณหภูมิแก๊สร้อน) ก็อาจใช้ไอน้ำที่ผลิตได้นี้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ขนาดใหญ่ที่สำคัญแทนการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าขับเคลื่อน เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาการสูญเสียการทำงานทันทีที่ไฟฟ้าดับ ไอน้ำที่ใช้ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำจะเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) และแทนที่จะควบแน่นไอน้ำความดันต่ำด้านขาออกให้กลายเป็นของเหลวเหมือนโรงไฟฟ้า ก็นำเอาไอน้ำความดันต่ำด้านขาออกนี้ไปใช้ในส่วนอื่นแทน

รูปที่ ๕ การส่งไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) เป็นระยะทางไกลจะมีปัญหาเรื่องการควบแน่นในเส้นท่อ วิธีการเลี่ยงวิธีหนึ่งคือการส่งในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) และค่อยลดอุณหภูมิไอน้ำร้อนยวดยิ่งนั้นลงด้วยการฉีดน้ำที่เกิดจากไอน้ำควบแน่น (steam condensate) เข้าไปผสม เพื่อให้ได้ไอน้ำอิ่มตัว ณ อุณหภูมิและความดันที่ต้องการ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ผสมนี้เรียกว่า desuperheater พึงสังเกตว่าขนาดของวาล์วควบคุมนั้นจะเล็กกว่าขนาดท่อ (ในแบบจะเห็นมี reducer อยู่) ซึ่งเป็นเรื่องที่พบเห็นได้ตามปรกติสำหรับท่อขนาดใหญ่

รูปที่ ๖ Dampener เป็นอุปกรณ์ลดการกระเพื่อมของการไหลของของเหลว (พวกปั๊มน้ำอัตโนมัติที่ใช้กันตามบ้านก็มักมีรวมอยู่ในตัว) โครงสร้างประกอบด้วยถังที่มีอากาศ (หรือแก๊สเฉื่อย) อยู่ทางด้านบนและของเหลวอยู่ทางด้านล่าง โดยมีแผ่นไดอะแฟรมที่เป็นวัสดุยืดหยุ่นกั้นระหว่างชั้นของเหลวกับอากาศ เมื่อความดันขึ้นสูง อากาศในถังจะถูกอัด อัตราการไหลจะถูกหน่วงไม่ให้เพิ่มขึ้นมาก ในทางกลับกันเมื่อความดันลดต่ำลง อากาศในถังจะดันของเหลวในถังให้ไหลออกมาชดเชย อัตราการไหลจะได้ไม่ลดต่ำลงมากเกินไป ทำให้รูปแบบการไหลราบเรียบขึ้น
 

ไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) หรือไอน้ำที่จุดเดือดของน้ำที่ความดันนั้น ๆ เป็นไอน้ำที่เหมาะกับการให้ความร้อน ในขณะที่ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) หรือไอน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของน้ำที่ความดันนั้น เป็นไอน้ำที่เหมาะกับการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ แต่การส่งไอน้ำอิ่มตัวไปตามระบบท่อเป็นระยะทางไกลจะเกิดปัญหาการสูญเสียเนื่องจากการควบแน่น วิธีการแก้ปัญหาวิธีการหนึ่งคือทำการส่งในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง และเมื่อจะใช้งานก็ให้เปลี่ยนไอน้ำร้อนยวดยิ่งนั้นเป็นไอน้ำอิ่มตัวด้วยการฉีดน้ำที่เป็นของเหลวเข้าไปผสม อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดังกล่าวมีชื่อว่า Desuperheater
 

Steam condensate หรือน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำนั้นไม่เหมือนกับน้ำป้อนเข้าหม้อน้ำหรือ Boiler Feed Water (BFW) ที่ใช้ในการผลิตไอน้ำ น้ำที่นำไปผลิตไอน้ำนั้นจะยังมีแร่ธาตุต่าง ๆ ละลายปนอยู่บ้าง ซึ่งเมื่อนำไปต้ม แร่ธาตุเหล่านี้จะสะสมอยู่ในหม้อน้ำและต้องทำการระบายทิ้งเป็นระยะเพื่อไม่ให้สะสมมากเกินไป ส่วนไอน้ำที่ระเหยออกไปนั้นจะไม่มีแร่ธาตุติดไปด้วย ดังนั้นน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำจึงไม่มีแร่ธาตุละลายปะปนเหมือนกับน้ำที่นำมาต้มเพื่อผลิตไอน้ำ การลดความร้อนไอน้ำร้อนยิ่งยวดให้กลายเป็นไอน้ำอิ่มตัวด้วยการฉีดน้ำเข้าไป จึงควรนำเอา steam condensate มาฉีดผสม เพราะถ้าเอาน้ำที่มีเกลือแร่ละลายปนอยู่ เกลือแร่เหล่านั้นจะตกตะกอนสะสมในระบบท่อได้
  

ปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ (piston type หรือ reciprocating type) จะให้รูปแบบการไหลที่มีลักษณะกระเพื่อมเป็นจังหวะตามจังหวะการทำงานของลูกสูบ ในส่วนของตัวเครื่องเองนั้นถ้าเป็นเครื่องที่มีหลายลูกสูบทำงานเหลื่อมจังหวะกัน การไหลก็จะมีลักษณะรายเรียบขึ้น ปัญหาเรื่องการไหลที่มีลักษณะกระเพื่อมจากอุปกรณ์พวกนี้ ถ้าเป็นกรณีของแก๊สก็แก้ไม่ยาก ด้วยการติดตั้งถังพัก โดยให้คอมเพรสเซอร์อัดแก๊สเข้าถังพัก และดึงแก๊สจากถังพักไปใช้ ด้วยปริมาตรถังพักที่ใหญ่พอก็จะทำให้สามารถดึงแก๊สออกจากถังพักด้วยด้วยรูปแบบการไหลที่ไม่กระเพื่อมได้
  

ในกรณีของของเหลวจะมีปัญหามากกว่าเพราะของเหลวนั้นอัดตัวไม่ได้ แต่วิธีการแก้ก็มีรูปแบบที่อาจเรียกได้ว่าลอกเลียนแบบกันคือมีการติดตั้งถังพักที่เรียกว่า dampener แต่ในถังพักนี้มีการแบ่งบรรจุของเหลวและแก๊สโดยมีแผ่นไดอะแฟรมที่เป็นวัสดุยืดหยุ่นขวางกั้นเอาไว้ ในขณะที่ความดันของการไหลเพิ่มขึ้น ของเหลวส่วนหนึ่งจะถูกอัดเข้าไปในถัง ทำให้อัตราการไหลด้านขาออกนั้นไม่เพิ่มสูงตามอัตราการไหลที่ออกจากปั๊ม ในทางกลับกันเมื่ออัตราการไหลด้านขาออกจากปั๊มลดต่ำลง ความดันในถังจะดันให้ของเหลววที่สะสมอยู่ไหลออกมาชดเชย ทำให้อัตราการไหลด้านขาออกนั้นไม่ลดต่ำลงตามอัตราการไหลที่มาจากปั๊ม ทำให้รูปแบบการไหลราบเรียบขึ้น 
 

ปั๊มน้ำอัตโนมัติที่ใช้กันตามบ้านที่ใช้สวิตช์ความดันเป็นตัวควบคุมการเปิด-ปิดปั๊ม แม้ว่าจะเป็นปั๊มหอยโข่งก็มักจะมีตัว dampener นี้ติดตั้งอยู่ โดยมีขนาดเล็กติดตั้งอยู่ภายในฝาครอบตัวปั๊ม (รูปที่ ๗ และ ๘) แต่บางยี่ห้อก็มีลักษณะเป็นถังกลมใบใหญ่ติดตั้งอยู่บนตัวปั๊ม ในกรณีนี้ตัว dampener จะช่วยทำให้ความดันในระบบท่อไม่เปลี่ยนแปลงเร็วเกินไปโดยเฉพาะเวลาที่เปิดน้ำให้ไหลน้อย ๆ เพราะไม่เช่นนั้นจะทำให้ปั๊มน้ำเปิด-ปิดสลับกันตลอดเวลา (คือพอเปิดน้ำใช้ปุ๊ม ความดันในท่อจะตกลงทันที ปั๊มก็จะทำงาน แต่ด้วยการไหลต่ำ ๆ พอปั๊มทำงาน ความดันในระบบท่อก็จะขึ้นสูงทันที ปั๊มก็จะหยุดการทำงาน และจะเป็นอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ ตัว dampener จะช่วยลดปัญหานี้)
  
 
รูปที่ ๖  ปั๊มน้ำอัตโนมัติที่ใช้กันตามบ้าน 
 

รูปที่ ๗  พอเปิดฝาครอบออกก็จะเป็นดังนี้  ปั๊มเป็นชนิดปั๊มหอยโข่ง  ตัว Dampener ระบุไว้ว่าบรรจุแก๊สไนโตรเจนที่ความดัน 1.2 kg/cm²

ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๙ ความดันลดกับอัตราการไหล MO Memoir : Thursday 29 April 2553

จากการที่ได้ไปตรวจเยี่ยมนิสิตฝึกงานมาเมื่อวาน (เรียกให้ถูกคือพาไปเลี้ยงข้าวเย็นริมทะเล ในสถานที่ที่มีภูเขาบดบังไม่ให้เห็นดวงอาทิตย์ตกทะเล แต่สามารถเห็นพระจันทร์เต็มดวงคืนวันเพ็ญโผล่ขึ้นมาจากทะเล) ก็มีคำถามหนึ่งเกี่ยวกับการตรวจสอบอัตราการไหลของของไหลในท่อด้วยการวัดความดันลด (pressure drop) ระหว่างตำแหน่งต่าง ๆ ของระบบท่อ ซึ่งเทคนิคดังกล่าวก็เหมือนกับการวัดโดยใช้ orifice ที่เรียนกันมาแล้ว แต่การแปลผลระหว่างความดันลดที่วัดได้กับอัตราการไหลที่แท้จริงนั้นต้องมีการระวังอยู่เหมือนกัน

Memoir ฉบับนี้เลยถือโอกาสเล่าเรื่องเกี่ยวกับอุปกรณ์และหลักการการวัดอัตราการไหล วิธีการวัดอัตราการไหลของของไหลในท่อนั้นมีอยู่หลายรูปแบบ แต่ในที่นี้จะกล่าวถึง ๒ รูปแบบที่มักจะพบเห็นกันได้อยู่ทั่วไป คือการใช้ Rotameter และ Orifice

Rotameter ทำจากหลอดแก้วหรือพลาสติกใสที่มีรูอยู่ตรงกลาง ขนาดพื้นที่หน้าตัดของรูที่ปลายด้านล่าง (ช่องทางให้ของไหลไหลเข้า) จะเล็กกว่าด้านบน (ด้านที่ของไหลไหลออก) ภายในรูนี้จะบรรจุลูกลอย (float) ที่จะลอยขึ้นลงตามอัตราการไหลของของไหล การทำงานและตัวอย่าง rotameter แสดงไว้ในรูปที่ 1 ข้างล่าง

รูปที่ 1 (ซ้าย) การทำงานของ rotameter และ (ขวา) ตัวอย่าง rotameter

(รูปซ้ายจาก http://www.globalspec.com/reference/9771/349867/Rotameters-Simplicity-Utility

รูปขวาจาก http://www.atspecialties.com/downloads/Color%20VA.GIF)

เมื่อของไหลไหลเข้าทางด้านล่าง rotameter ของไหลนั้นจะไปดันผิวด้านล่างของลูกลอย ทำให้ลูกลอยลอยตัวสูงขึ้น ยิ่งของไหลไหลเร็วเท่าใด แรงที่ดันลูกลอยก็จะสูงตามไปด้วย แต่เนื่องจากรูด้านในนั้นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ขยายใหญ่ขึ้น ดังนั้นเมื่อลูกลอยลอยตัวสูงขึ้น พื้นที่การไหลก็จะเพิ่มขึ้นไปด้วย จนในที่สุดเมื่อแรงที่ของไหลดันลูกลอยให้ลอยตัวสูงขึ้นเท่ากับน้ำหนักของลูกลอยในของไหลนั้น ลูกลอยก็จะอยู่นิ่ง

รูปร่างและวัสดุที่ใช้ทำลูกลอยขึ้นอยู่กับชนิดของไหลและช่วงอัตราการไหลที่ต้องการวัด เช่นถ้าต้องการวัดอัตราการไหลของอากาศที่ค่าต่ำ ๆ ก็อาจใช้ลูกลอยทำจากพลาสติก แต่ถ้านำไปใช้วัดค่าอัตราการไหลของอากาศที่ค่าสูง หรือนำไปใช้วัดอัตราการไหลของน้ำ ก็สามารถเปลี่ยนไปใช้ลูกลอยที่ทำจากโลหะ (เช่น ทองเหลืองหรือสแตนเลส) โดยที่ยังคงใช้ rotameter ตัวเดิมได้

rotameter ที่มากับตัวอุปกรณ์ต่าง ๆ นั้นมักเลือกใช้ลูกลอยและทำการสอบเทียบให้เหมาะสมกับของไหลที่อุปกรณ์ตัวนั้นใช้ ในกรณีที่ของไหลเป็นแก๊สมีสิ่งหนึ่งที่ต้องระวังคือความหนาแน่นของแก๊สนั้นเปลี่ยนไปตามความดันและอุณหภูมิของระบบ เพราะถ้าความดันในระบบสูงขึ้นหรืออุณหภูมิของแก๊สลดลง ความหนาแน่นของแก๊สที่ไหลผ่านลูกลอยจะสูงขึ้น ที่ค่าอัตราการไหลเดียวกัน (ถ้าคิดเทียบที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิเดียวกัน) ลูกลอยของระบบที่มีความดันสูงกว่า (และ/หรืออุณหภูมิต่ำกว่า) จะลอยต่ำกว่าลูกลอยของระบบที่มีความดันต่ำกว่า (และ/หรืออุณหภูมิสูงกว่า) ส่วนในกรณีของของเหลวนั้น ความดันไม่ส่งผลใดต่อการลอยตัวของลูกลอย แต่อุณหภูมิ (ซึ่งส่งผลต่อความหนาแน่นมากกว่า) จะส่งผลต่อการลอยตัวของลูกลอยมากกว่า

ส่วน rotameter ที่ไม่ได้กำหนดมาว่าจะใช้กับของไหลชนิดใดนั้น ผู้ผลิตมักจะทำสเกลเช่น 0-100 มาให้ (ซึ่งมักหมายถึงช่วงการไหล 0-100% ดังแสดงในรูปที่ 1 ซ้าย) เมื่อผู้ใช้งานต้องการนำ rotameter ดังกล่าวไปใช้งาน จึงจำเป็นต้องมีการสอบเทียบก่อนว่าที่ตำแหน่งความสูงต่าง ๆ กันของลูกลอยนั้น ค่าอัตราการไหลที่แท้จริงเป็นเท่าใด

การวัดอัตราการไหลด้วย orifice ใช้การวัดการเปลี่ยนแปลงความดันเมื่อของไหลไหลผ่านบริเวณที่มีพื้นที่หน้าตัดการไหลลดลง (ดูรูปที่ 2 ข้างล่างประกอบ) การทำให้เกิดบริเวณที่มีพื้นที่หน้าตัดการไหลลดลงมักทำโดยการสอดแผ่นกั้นที่มีรูเจาอยู่ตรงกลาง (เรียกว่าแผ่น orifice) เข้าไปขวางทิศทางการไหลเอาไว้ เมื่อทำการวัดความดันของไหลก่อนไหลผ่านและหลังจากที่ไหลผ่านแผ่น orifice นี้ก็สามารถนำค่าผลต่างความดันนี้ไปคำนวณหาอัตราการไหลได้

การทำให้พื้นที่หน้าตัดการไหลลดลงนี้ไม่จำเป็นต้องใช้แผ่น orifice เสมอไป อาจใช้วิธีการลดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อลงก็ได้ (แล้วค่อยขยายขึ้นกลับเป็นขนาดเดิม) แต่การใช้แผ่น orifice ก็มีข้อดีตรงที่ประหยัดพื้นที่ติดตั้ง และด้วยการเปลี่ยนแผ่น orifice ที่มีขนาดรูต่างกันก็ทำให้สามารถวัดอัตราการไหลในช่วงต่าง ๆ ได้

รูปที่ 2 การทำงานของ orifice (รูปจาก http://www.hydrotherms.com/orifice.htm)

การติดตั้งแผ่น orifice จะใช้หน้าแปลนพิเศษแตกต่างไปจากหน้าแปลนที่ใช้เชื่อมต่อท่อทั่วไป กล่าวคือหน้าแปลนที่ใช้สำหรับติดตั้งแผ่น orifice จะมีการเจาะรูสำหรับต่อท่อไปยังอุปกรณ์วัดความดันลดคร่อมแผ่น orifice (ดูรูปที่ 3 ประกอบ)

เนื่องจากข้อกำหนดในการติดตั้ง orifice นั้นจำเป็นต้องให้ของไหลในท่อไหลอย่างราบเรียบก่อนและหลังจากที่ไหลผ่านออกไป จึงมีข้อกำหนดให้ท่อด้านขาเข้าและท่อด้านขาออกจาก orifice ต้องเป็นท่อตรงอย่างน้อยเป็นช่วงระยะหนึ่ง ช่วงระยะที่ต้องเป็นท่อตรงนี้ขึ้นกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ ถ้าท่อที่ใช้นั้นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ ระยะทางดังกล่าวก็จะยาวเพิ่มขึ้นไปด้วย ซึ่งจะทำให้ต้องใช้พื้นที่มากในการติดตั้ง orifice วิธีการหนึ่งที่สามารถทำให้ลดระยะความยาวท่อดังกล่าวได้คือการทำให้ท่อช่วงที่ติดตั้ง orifice นั้นมีขนาดเล็กลง ตัวอย่างเช่นสมมุติว่าเราต้องการวัดอัตราการไหลในท่อ 12 นิ้ว ดังนั้นท่อช่วงที่ติดตั้ง orifice นั้นอาจใช้ท่อขนาด 8 นิ้วแทน (พอพ้นออกไปแล้วก็ขยายขึ้นเป็นท่อ 12 นิ้วเหมือนเดิม) ซึ่งก็จะทำให้ลดพื้นที่ที่ต้องใช้ในการติดตั้ง orifice ลงไปได้

รูปที่ 3 ชุด orifice ตัว orifice คือแผ่นกลมมีรูตรงกลาง

(รูปจาก http://www.directindustry.com/prod/aplitex-sl/orifice-plate-for-differential-pressure-flow-measurement-50657-361553.html)

ทีนี้กลับมายังคำถามเกี่ยวข้องกับการฝึกงานที่มีคนถามมาเมื่อวาน อย่างที่ได้บอกไปแล้วว่าถ้าของไหลในท่อไหลเร็วขึ้น ผลต่างความดัน (differential pressure) ที่คร่อมระหว่างจุด ๒ จุดบนแนวท่อนั้นก็จะเพิ่มมากขึ้น (เหมือนกับการทำงานของ orifice นั่นแหละ) แต่การแปลค่าผลต่างความดันระหว่างจุด ๒ จุดที่สูงว่าเป็นเพราะมีอัตราการไหลที่สูงก็ต้องระวัง เพราะถ้าหากเกิดกรณี "ท่อตัน" เราก็จะพบว่าผลต่างความดันระหว่างจุด ๒ จุดนั้นสูงได้ทั้ง ๆ ที่ของไหลนั้นไหลด้วยอัตราการไหลที่ต่ำ

ในการคิดนั้นอย่าไปด่วนสรุปว่า "ถ้าเงื่อนไข (ก) ทำให้เกิดเหตุการณ์ (ข) ดังนั้นถ้าตรวจพบเหตุการณ์ (ข) ก็แสดงว่ามีเงื่อนไข (ก) เกิดขึ้น" เพราะมันไม่จำเป็นว่าเหตุการณ์ (ข) เกิดได้จากเงื่อนไข (ก) เพียงอย่างเดียว เหตุการณ์ (ข) อาจเกิดจากเงื่อนไข (ค) (ง) ฯลฯ ก็ได้ หลายปัญหาที่เกิดขึ้นและแก้ไม่ตกหรือทำให้เรื่องมันไปกันใหญ่ก็เพราะแนวความคิดแบบด่วนสรุปเช่นนี้