บางสิ่งที่ไม่มีปรากฏใน P&ID MO Memoir : Friday 15 March 2562

Piping and Instrumentation Diagram หรือที่ย่อว่า P&ID นั้น จัดว่าเป็นแบบที่สำคัญในการก่อสร้างโรงงานและเดินเครื่อง เพราะมันแสดงอุปกรณ์ทุกตัวที่เกี่ยวข้องกับการทำงาน ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ระบบท่อหรืออุปกรณ์วัดคุม และแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกัน จะมียกเว้นบ้างก็พวกเช่น อุปกรณ์ระบบท่อและอุปกรณ์วัดคุมที่ติดตั้งมาพร้อมกับตัวเครื่องจักรที่ทางโรงงานทำหน้าเพียงต่อท่อเข้าและออกจากเครื่องจักรตัวนั้นเท่านั้น
 

ในการเดินท่อนั้นต้องอาศัยทั้ง P&ID และ plot plan ที่เป็นแผนผังแสดงที่ตั้งอุปกรณ์ต่าง ๆ กล่าวคือกระบวนการผลิตเดียวกันที่ใช้ P&ID เดียวกัน แต่ตำแหน่งที่ตั้งเครื่องจักรนั้นแตกต่างกัน (ขึ้นอยู่กับ รูปร่าง ขนาดของพื้นที่ที่เป็นที่ก่อสร้างโรงงาน และตำแหน่งการวางเครื่องจักร (เช่นปั๊ม ถัง ฯลฯ) ต่าง ๆ) เวลาก่อสร้างจริงก็เลยออกมาไม่เหมือนกัน ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อการออกแบบโครงสร้างรองรับ (pipe support ต่าง ๆ) และรูปทรงสามมิติของท่อในการก่อสร้างจริง
 

นอกจากนี้ยังมีบางสิ่งที่ไม่สามารถระบุไว้ใน P&ID ได้ตั้งแต่แรก เพราะต้องรอให้ออกแบบ isometric drawing (ที่แสดงรูปทรงสามมิติของท่อที่จะประกอบขึ้นจริง) ให้เรียบร้อยก่อน เช่นจุดต่อที่ต้องมีเพื่อการทดสอบความแข็งแรงของท่อและ/หรือใช้ในการระบายแก๊ส/ของเหลวออกจากท่อในระหว่างการเริ่มต้นเดินเครื่องหรือหยุดเดินเครื่องโรงงาน
 

และก็มีหลายกรณีที่สิ่งที่ไม่ปรากฏใน P&ID นั้นก่อปัญหาให้กับการทำงานได้ ถ้าหากในระหว่างการก่อสร้างนั้นผู้ตรวจสอบงานไม่ได้คำนึงถึงว่าเมื่อใช้งานจริงนั้นระบบมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร อย่างบางเรื่องที่จะยกมาเล่าให้ฟังในวันนี้

๑. สิ่งที่หลงเหลือจากการทำ hydraulic test

คำภาษาอังกฤษ "Nipple" มีหลายความหมาย แต่ในที่นี้จะหมายถึง nipple ที่ใช้ในงานท่อที่ภาษาไทยแปลว่า "ข้อต่อเกลียวนอก" ที่อาจเป็นชนิดที่มีเกลียวตัวผู้ที่ปลายทั้งสองข้าง หรือมีเพียงข้างเดียว โดยปลายอีกข้างหนึ่งใช้การเฃื่อมต่อด้วยวิธีการอื่น เช่นการเชื่อม (รูปที่ ๑)
 

ข้อเสียอย่างหนึ่งของข้อต่อเกลียวก็คือ ตัวเกลียว (ทั้งฝั่งด้านเกลียวตัวผู้และเกลียวตัวเมีย) ที่ทำหน้าที่ยึดชิ้นส่วนสองชิ้นเข้าด้วยกันนั้น สัมผัสกับ process fluid (ที่อาจทั้งมีอุณหภูมิสูงและกัดกร่อน) โดยตรง และไม่สามารถตรวจสอบสภาพความสมบูรณ์ของเกลียวได้ เว้นแต่จะทำการรื้อออกมา ซึ่งตรงนี้ต่างจากการใช้หน้าแปลนตรงที่ นอต (หมายถึงทั้ง bolt และ nut) ที่ทำหน้าที่กดหน้าแปลนทั้งสองฝั่งเข้าด้วยกันนั้นไม่ได้สัมผัสกับ process fluid โดยตรง จึงไม่ได้รับผลกระทบจาก process fluid โดยตรง ด้วยเหตุนี้ในกระบวนการผลิตนั้นจึงจำกัดการใช้ข้อต่อเกลียวเฉพาะกับ process fluid ที่ไม่มีอันตราย (เช่น น้ำประปา อากาศอัดความดัน) หรือกับท่อขนาดเล็ก

รูปที่ ๑ (ซ้าย) nipple ชนิดที่มีเกลียวทั้งสองข้าง (ขวา) nipple ชนิดที่มีเกลียวเพียงข้างเดียว อีกข้างไว้สำหรับการเชื่อม
 

ระบบท่อในโรงงานที่ใช้การเชื่อมในการต่อท่อเข้าด้วยกันเป็นหลักนั้น ก่อนการใช้งานจำเป็นต้องมีการทดสอบความสามารถในการรับความดันของระบบท่อ และวิธีการหนึ่งที่นิยมใช้กันก็คือการทำ hydraulic test ที่ใช้การเติมน้ำเข้าไปให้เต็มระบบท่อ (โดยต้องไม่มีอากาศตกค้างภายใน) จากนั้นจึงเพิ่มความดันให้สูงขึ้น (แต่ก่อนจะใช้ 1.5 เท่าของ design pressure แต่ตอนนี้ดูเหมือนจะเหลือแต่ 1.3 เท่าแล้ว) ถ้าท่อผ่านการทดสอบนี้ก็เรียกว่าปลอดภัยสำหรับการใช้งาน ก็ระบายน้ำที่เติมเข้าไปนั้นทิ้งได้
 

ปัญหามันอยู่ตรงที่จุดที่จะใช้สำหรับ เติมน้ำ/ระบายน้ำทิ้ง และจุดที่จะใช้สำหรับการระบายอากาศออกจากท่อในขณะที่เติมน้ำเข้าไปนั้น มันขึ้นอยู่กับรูปทรงสามมิติของระบบท่อ กล่าวคือจุดเติมน้ำ/ระบายน้ำทิ้ง (จุด drain) จะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ต่ำสุดเมื่อเทียบกับบริเวณรอบข้าง และจุดที่จะใช้สำหรับระบายอากาศออกตอนเติมน้ำหรือปล่อยให้อากาศเข้าตอนระบายน้ำทิ้ง (จุด vent) จะต้องอยู่ในตำแหน่งที่สูงสุดเมื่อเทียบกับบริเวณรอบข้าง และตำแหน่งเหล่านี้มันก็ไม่สามารถระบุได้ใน P&ID มันต้องไประบุใน piping isometric drawing หรือดูกันหน้างาน (อ่านเรื่องนี้เพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๔๙๒ วันจันทร์ที่ ๑๓ สิงหาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "Drain อยู่ล่าง Vent อยู่บน")
 

ท่อ vent หรือ drain มันก็ไม่ได้ใหญ่อะไรเมื่อเทียบกับขนาดท่อหลัก เวลาจะติดตั้งท่อ vent หรือ drain ก็จะใช้การเจาะผนังท่อหลักให้เป็นรู ทำการแต่งรูที่เจาะนั้นให้เรียบร้อยให้รับเข้ากับ nipple (ที่ปลายข้างหนึ่งนั้นไม่มีเกลียว) หรือ boss (ต่างจาก nipple ที่อันนี้เป็นเกลียวตัวเมีย) ที่จะนำมาเชื่อมติด ส่วนด้านที่เป็นเกลียวนั้นก็ใช้สำหรับติดตั้งวาล์วและ/หรือเกจวัดความดัน และพอเสร็จสิ้นการทดสอบก็ถอดเอาวาล์วออกแล้วอุด nipple หรือ boss นั้นด้วยการเชื่อม

รูปที่ ๒ เหตุการณ์ nipple และวาล์วที่หลงเหลือจากการทำ hydralic test ตอนทดสอบท่อเมื่อประมาณ ๒๐ ปีก่อนหน้า หลุดออก (จากหนังสือ What Went Wrong? หัวข้อ 9.1.6(e))

กรณีที่บรรยายไว้ในหนังสือ What Went Wrong? หัวข้อ 9.1.6(e) นั้นสงสัยว่าน่าใช้ nipple ชนิดที่มีเกลียวตัวผู้ทั้งสองข้าง คงใช้วิธีการเจาะรูที่ผนังท่อที่ต้องการทดสอบก่อน จากนั้นจึงทำเกลียวที่รูที่เจาะนั้นเพื่อทำการติดตั้ง nipple ไว้สำหรับติดตั้งวาล์ว ซึ่งเมื่อเสร็จสิ้นงานทดสอบแล้วก็ต้องถอดเอา nipple ออกและอุดรูที่เจาะนั้นไว้ด้วยการเชื่อม plug อุด
 

แต่ด้วยการที่ลืมรื้อเอา nipple นี้ออก ประกอบกับเป็นท่อร้อนที่คงมีการหุ้มฉนวนปิดทับ nipple กับวาล์วที่ต่ออยู่เอาไว้ ทำให้ไม่มีใครรู้ว่ามันมี nipple และวาล์วที่ใช้สำหรับการทดสอบความสามารถในการรับความดันท่อนั้นตกค้างอยู่ พอเวลาผ่านไปส่วนที่เป็นเกลียวของ nipple ที่ยึดอยู่กับผนังท่อก็เสื่อมสภาพ ทั้ง nipple และวาล์วก็เลยหลุดออกมา
 

ปรกติเวลาทำ hydraulic test ก็ทำการทดสอบที่อุณหภูมิห้อง พวกวาล์วต่าง ๆ ที่นำมาใช้สำหรับท่อ vent หรือ drain ที่แข็งแรงเพียงแค่สามารถรองรับความดันทดสอบที่อุณหภูมิก็สามารถนำมาใช้ได้ โดยที่มันไม่จำเป็นต้องสามารถทดต่อ process fluid หรืออุณหภูมิของ process fluid ในเหตุการณ์นี้จะว่าไปก็โชคดีอย่างหนึ่งตรงที่ตัววาล์วที่นำมาใช้ตอนทำ hydralic test นั้นสามารถทนต่อ process fluid และอุณหภูมิการทำงานที่สูงได้ ไม่เช่นนั้นก็คงจะเกิดการรั่วไหลตั้งแต่เริ่มต้นเดินเครื่องโรงงาน
 

๒. Pipe support

Pipe support หรือระบบรองรับและยึดตัวท่อนั้นเป็นสิ่งที่เรียกว่าต้องพิจารณากันหน้างานอยู่เยอะเหมือนกัน ว่าตำแหน่งไหนควรจะยึดตรึง และตรงไหนไม่ควรจะยึดตรึง เพื่อให้ท่อสามารถขยายตัวได้เมื่อร้อน ท่อที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องนั้นอาจใช้ U-clamp ยึดเข้ากับโครงสร้างรองรับน้ำหนักโดยตรงเลยก็ได้ ในขณะที่ท่อร้อนหรือท่อเย็นที่ต้องมีการหุ้มฉนวน ก็ต้องใช้เหล็กรูปตัวที (T) เชื่อมใต้ท่อตรงบริเวณตำแหน่งโครงสร้างรองรับก่อน เพื่อให้สามารถหุ้มฉนวนรอบท่อได้โดยไม่ติดโครงสร้าง (ดูเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๙๗ วันพฤหัสบดีที่ ๘ พฤษภาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "เก็บตกจากงานก่อสร้างอาคาร (ตอนที่ ๒)")

ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนกรกฎาคม ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๒๕๑๑) ยกกรณีตัวอย่างที่การขยายตัวของท่อร้อนนั้นมีมากจนกระทั่งท่อแยกขนาดเล็กที่แยกออกทางด้านล่างของท่อหลักนั้นถูกกดเข้ากับโครงสร้างที่รองรับน้ำหนัก อันเป็นผลจากการที่ท่อหลักนั้นขยายตัวเมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น จนการกดนั้นทำให้ท่อแยกขนาดเล็กเกิดความเสียหาย
 

ดังนั้นการตรวจงานก่อสร้างจึงไม่ควรดูเพียงแค่การสร้างนั้นครบและถูกต้องตามแบบหรือไม่เท่านั้น แต่ควรคำนึงด้วยว่าในสภาพการทำงานจริงนั้นสิ่งที่ก่อสร้างไว้จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง และการเปลี่ยนแปลงนั้น (เช่นการขยายตัวเนื่องจากอุณหภูมิ) จะส่งผลต่อสิ่งที่ได้ก่อสร้างเอาไว้หรือไม่ แต่ในบางกรณีมันก็ดูยากอยู่เหมือนกัน อย่างเช่นในกรณีนี้จะสามารถบอกได้อย่างไรว่า เมื่อท่อหลักขยายตัวเมื่อร้อน ท่อแยกขนาดเล็กนั้นจะเคลื่อนตัวเข้าหาคานหรือเคลื่อนออก ซึ่งถ้ามันเคลื่อนออกมันก็จะไม่มีเหตุการณ์ดังที่เล่ามานี้เกิดขึ้น

รูปที่ ๓ ท่อแยกถูกกดเข้ากับโครงสร้างอันเป็นผลจากการขยายตัวของท่อหลัก จนกระทั่งท่อแยกเสียหาย (จาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนกรกฎาคม ค.ศ. ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๒๕๑๑))

เมื่อการออกแบบนั้นกระทำโดยอาศัยแบบจำลองย่อส่วนหรือภาพปรากฏบนคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วยการที่คนออกแบบไม่ได้มีโอกาสมาดูหน้างานก่อสร้างว่าแบบที่ออกไปนั้นมีปัญหาอะไรหรือไม่ เมื่อคนก่อสร้างถือว่าไม่ได้เป็นคนออกแบบและไม่มีหน้าที่ตรวจสอบว่าแบบที่รับมาก่อสร้างนั้นเหมาะสมกับความเป็นจริงหรือไม่ ก็เลยก่อสร้างตรงตามแบบที่ได้รับ คนตรวจรับงานก็ตรวจสอบว่าสิ่งที่จ้างให้ผู้รับเหมาสร้างตามแบบนั้น ได้มีการสร้างตามแบบนั้นจริง และอาจไม่ได้เป็นคนเดินเครื่อด้วย ส่วนคนเดินเครื่องก็ไม่ได้มายุ่งอะไรกับงานก่อสร้าง อะไรต่อมิอะไรมันก็เกิดขึ้นได้เสมอเมื่อเริ่มเดินเครื่องครั้งแรก
  

๓. การเปลี่ยนระดับความสูงของท่อ

วาล์วปรับความดัน (reducing valve) นั้นใช้ความดันด้านขาออกมากดแผ่นไดอะแฟรมเพื่อดันให้วาล์วปิด กล่าวคือถ้าความดันด้านขาออกต่ำกว่ากำหนด แรงกดที่แผ่นไดอะแฟรมก็จะลดลง แรงสปริงก็จะดันให้วาล์วเปิดกว้างขึ้น แต่ถ้าความดันด้านขาออกสูงกว่ากำหนด แรงกดที่แผ่นไดอะแฟรมก็จะเพิ่มขึ้น วาล์วก็จะเปิดน้อยลง ดังนั้นถ้าท่อด้านขาออกมีของเหลวค้างอยู่จนเต็ม แรงดันจากความสูงของของเหลวก็อาจดันให้วาล์วนั้นปิดตลอดเวลาได้
 

ถังเก็บชนิด fixed roof นั้น จะมีช่องระบายด้านบนเพื่อให้แก๊สข้างในไหลออกเมื่อสูบของเหลวเข้าถัง (ป้องกันไม่ให้ความดันในถังสูงเกินไป) และให้อากาศข้างนอกไหลเข้าเมื่อสูบของเหลวออกจากถัง (ป้องกันไม่ให้ความดันในถังต่ำกว่าความดันบรรยากาศ) แต่ในกรณีที่ใช้เก็บของเหลวที่ไวไฟนั้น การให้อากาศไหลเข้าออกถังนั้นไม่เป็นการดี เพราะจะทำให้ส่วนไอที่อยู่เหนือผิวของเหลวกลายเป็น explosive mixture ได้ ดังนั้นเพื่อป้องกันอันตรายดังกล่าวจึงต้องมีการป้อนไนโตรเจนเข้าไปป้องกันไม่ให้อากาศไหลเข้า กล่าวคือถ้าสูบของเหลวเข้าถัง ไนโตรเจน (+ ไอระเหย) จะไหลออก แต่ถ้าสูบของเหลวออกจากถัง แก๊สไนโตรเจนที่จ่ายเข้ามาจะช่วยป้องกันไม่ให้ความดันในถังลดต่ำเกิดไป โดยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาการให้อากาศจากภายนอกไหลเข้ามาช่วย
 

ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนสิงหาคม ค.ศ. ๑๙๗๐ เล่าถึงเหตุการณ์ที่ระบบดังกล่าวไม่ทำงาน (รูปที่ ๔) อันเป็นผลจากการติดตั้งวาล์วลดความดันที่ป้อนไนโตรเจนนั้นอยู่ที่ระดับต่ำกว่าจุดต่อท่อเข้าถัง ทำให้ไอระเหยของของเหลวในถังมาควบแน่นเป็นของเหลวทางด้านขาออกของวาล์วลดความดัน ส่งผลให้วาล์วลดความดันไม่สามารถจ่ายไนโตรเจนเข้าถังได้ วิธีการที่ถูกต้องคือต้องให้ท่อด้านขาออกของวาล์วลดความดันลาดลงไปสู่ถังโดยของเหลวไม่มีโอกาสที่จะสะสมได้

รูปที่ ๔ ไอระเหยของน้ำมันมาควบแน่นอยู่ในท่อป้อนไนโตรเจนเข้าถัง ขัดขวางการป้อนไนโตรเจนเข้าถัง (จาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนสิงหาคม ค.ศ. ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓))

MO Memoir รวมบทความชุดที่ ๑๔ กระบวนการผลิตเอทิลีน และ Piping & Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ MO Memoir : Tuesday 7 February 2560

"คำตอบของการออกแบบกระบวนการทางด้านวิศวกรรมเคมีมันไม่ได้มีคำตอบตายตัว และไม่ได้มีคำตอบที่ดีที่สุดที่ใช้ได้กับทุกสถานการณ์ แต่เป็นคำตอบที่เหมาะสมที่สุดกับสถานการณ์ใดสถานการณ์หนึ่ง 
  

โรงงานที่ผลิตผลิตภัณฑ์เดียวกัน กำลังการผลิตเท่ากัน สร้างในช่วงเวลาเดียวกัน แต่ต่างสถานที่กัน ที่มีสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ก็ไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน
 

รวมบทความชุดที่ ๑๔ นี้เป็นการนำเอาเรื่องราวเกี่ยวกับแนวความคิดการออกแบบโรงงานผลิตเอทิลีนโรงงานหนึ่งเมื่อกว่า ๓๐ ปีที่แล้ว ที่ได้นำมาเขียนลง blog โดยแยกย่อยเป็น ๒๓ ตอนมารวมเข้าด้วยกัน แม้ว่าโรงงานที่สร้างขึ้นใหม่ในช่วงหลังจะมีความแตกต่างไปจากเดิมบ้าง แต่หลักการที่ใช้ในการออกแบบนั้นยังคงอยู่"

ข้อความข้างต้นเป็นส่วนหนึ่งของคำนำที่ผมเขียนไว้ในรวมบทความชุดที่ ๑๔ ที่นำเอาบทความเกี่ยวกับกระบวนการผลิตเอทิลีน ๒๓ ตอน และตัวอย่าง Piping & Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์อีก ๑๒ ตอน รวมทั้งสิ้นกว่า ๒๐๐ หน้ากระดาษ A4 ที่เขียนแยกไว้บน blog นั้นนำมารวมเป็นไฟล์ pdf ไฟล์เดียวเพื่อสะดวกแก่การอ่าน โดยมีวัตถุประสงค์หลักเพื่อให้ผู้ที่กำลังศึกษาอยู่นั้นพอมีภาพการทำงานจริงบ้างก่อนที่จะไปเผชิญหน้ากับของจริงเมื่อฝึกงานหรือจบไปทำงาน และหวังว่าคงจะมีประโยชน์ต่อผู้อ่านบ้าง ไม่มากก็น้อย

ดาวน์โหลดไฟล์รวมบทความชุดที่ ๑๔ กดที่ลิงก์นี้

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Storage Tank (ถังเก็บของเหลว) MO Memoir : Sunday 29 January 2560

ถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric storage tank) ดูเผิน ๆ ก็ไม่น่าจะมีอะไรบ้าง แต่เอาเข้าจริง ๆ แล้วจะพบว่าตัวอุปกรณ์ประกอบนั้นจะมีมากน้อยเท่าใดขึ้นอยู่กับของเหลวที่ทำการเก็บ พวกของเหลวไวไฟก็มีความต้องการแบบหนึ่ง พวกของเหลวที่มีจุดเดือดสูงมีความหนืดสูงก็มีความต้องการอีกแบบหนึ่ง
 

และจะว่าไปแล้วเรื่องถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศก็เคยเขียนเอาไว้แล้วหลายเรื่องด้วยกัน เช่น
 

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๓ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)"

ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๑๐ วันเสาร์ที่ ๑๔ ธันวาคม ๒๕๕๖ เรื่อง "เมื่อความดันในถังต่ำกว่าความดันบรรยากาศ"

ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๒ วันอาทิตย์ที่ ๓๑ ธันวาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "Breather valve กับ Flame arrester"

ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๔ วันศุกร์ที่ ๒๐ พฤษภาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "เมื่อความดันในถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric tank) ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ"

ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๕ วันเสาร์ที่ ๒๑ พฤษภาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "เมื่อความดันในถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric tank) สูงกว่าความดันบรรยากาศ"

รูปที่ ๑ coned roof tank ที่ใช้เก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ ของเหลวที่เก็บในถังที่เห็นอาจเป็นของเหลวที่ไม่ติดไฟหรือมีอุณหภูมิจุดวาบไฟสูงมาก (ความดันไอต่ำ) จึงทำการติดตั้งเฉพาะท่อ vent ที่ทำหน้าที่ระบายอากาศเข้า-ออกเวลาสูบของเหลวออกจากถังหรือเข้าถัง 
  

นิยามของ "ของเหลวไวไฟ" (Flammable liquid หรือ Inflammable liquid) เป็นสิ่งหนึ่งที่ต้องทำความเข้าใจให้ดี เพราะมันขึ้นอยู่กับสภาพอากาศของแต่ละท้องถิ่น ในประเทศเขตหนาวอาจกำหนดนิยามของเหลวไวไฟโดยดูจากจุดวาบไฟของของเหลวนั้น โดยถือว่าถ้าของเหลวนั้นมีจุดวาบไฟสูงกว่า 37ºC (หรือ 100ºF) จะถือว่าไม่ใช่ของเหลวไวไฟ ไม่จำเป็นต้องเก็บในถังแบบ floating roof หรือถ้าเก็บในถังแบบ coned roof ก็ไม่จำเป็นต้องการใช้ไนโตรเจนป้องกันที่ว่างเหนือผิวของเหลว แต่สำหรับประเทศเขตร้อนและมีแดดแรงอย่างบ้านเรา คงจะใช้อุณหภูมิค่านี้ไม่ได้ ต้องใช้อุณหภูมิค่าที่สูงกว่านี้เป็นตัวกำหนด ทั้งนี้ต้องพิจารณาอุณหภูมิอากาศตลอดช่วงฤดูกาล โดยเฉพาะเวลาที่ถังโดดแสงแดดแรงส่องเป็นเวลานาน
 

ในกรณีของของเหลวที่มีความหนืดสูง (เช่นน้ำมันเตาหรือน้ำมันพืช) มักต้องพิจารณาระบบให้ความร้อนแก่ของเหลวในถังเพื่อให้ความหนืดลดต่ำลงจนสามารถสูบออกมาได้ง่าย ส่วนในกรณีของของเหลวที่มีความดันไอสูงมักต้องพิจารณาการลดการสูญเสียเนื่องจากการระเหย และในกรณีของของเหลวที่ไวไฟยังต้องพิจารณาหามาตรการป้องกันไม่ให้ไอระเหยของของเหลวนั้นผสมกับอากาศจนเกิดเป็นส่วนผสมที่มีความเข้มข้นสูงพอที่สามารถระเบิดได้ และยังต้องคำนึงต่อไปด้วยว่าถ้าเกิดการระเบิดเกิดขึ้น จะจำกัดหรือลดความรุนแรงของความเสียด้วยวิธีการใดด้วย
 

ฉบับนี้ก็เป็นฉบับสุดท้ายของบทความชุด Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์แล้ว คงได้เวลานำไปรวมเป็นรวมชุดบทความร่วมกับเรื่องทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีนเสียที

รูปที่ ๒ บริเวณที่ตั้ง storage tank นั้นจะต้องมีกำแพงป้องกัน เผื่อไว้ในกรณีที่ถังเกิดความเสียหายจนกระทั่วของเหลวในถังรั่วออกมาจนหมด ความสูงของกำแพงนี้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่ล้อมรอบและขนาดของถังเก็บที่กำแพงล้อมรอบอยู่ กล่าวคืออย่างน้อยถ้าถังเก็บใบใหญ่ที่สุดเกิดพังขึ้นมา กำแพงดังกล่าวจะต้องป้องกันไม่ให้ของเหลวนั้นรั่วไหลออกมาข้างนอกได้ แต่การมีกำแพงก็ทำให้เกิดปัญหาน้ำฝนท่วมขังภายในได้ จึงจำเป็นต้องมีท่อระบายน้ำฝนที่ต้องมีวาล์วปิดเปิด ซึ่งวาล์วปิดเปิดนี้จะต้องปิดอยู่เสมอ จะมาเปิดก็ต่อเมื่อต้องทำการระบายน้ำท่วมขังทิ้ง(เช่นหลังฝนตก) การไม่ได้ปิดวาล์วดังกล่าวเคยส่งผลให้เกิดการระเบิดครั้งใหญ่ในโรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่ง เพราะมันปล่อยให้น้ำมันที่ไหลล้นถังนั้นรั่วไหลลงท่อระบายน้ำทิ้ง แพร่ออกไปไกลนอกเขตโรงงานจนพบแหล่งจุดระเบิด เกิดการระเบิดย้อนกลับมายังถังเก็บ เรื่องนี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๘๕๑ วันอาทิตย์ที่ ๓๑ สิงหาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "การระเบิดที่โรงกลั่นน้ำมันเนื่องจากน้ำมันไหลล้นจาก tank เมื่อวันพฤหัสบดีที่ ๒ ธันวาคม ๒๕๔๒" 
 

รูปที่ ๓ สัญลักษณ์ที่ใช้แสดง coned roof tank เวลาที่วาดลงในP&ID นั้นจะใหญ่แค่ไหนขึ้นอยู่กับว่าต้องการแสดงให้เห็นรายละเอียดอะไรบ้าง

รูปที่ ๔ Gauging hatch เป็นช่องเปิดเล็กอยู่บนหลังคาของ coned roof tank มีไว้สำหรับตรวจสอบระดับของเหลวในถัง (จะด้วยการหย่อนอุปกรณ์วัดระดับหรือตรวจด้วยสายตาก็ตามแต่ ใช้เวลาที่ต้องการตรวจสอบว่าอุปกรณ์วัดระดับของเหลวในถังนั้นวัดระดับได้ถูกต้องหรือไม่) ช่องนี้อาจทำเป็นช่องแยกต่างหากบนหลังคา (ดูรูปที่ ๑) หรือเป็นช่องเล็ก ๆ บนหน้าแปลน manhole ของหลังคาอีกที ช่องนี้ไม่จำเป็นสำหรับ floating roof tank เพราะหลังคาของ floating roof tank มันลอยขึ้นลงตามระดับของเหลวในถังอยู่แล้ว
 

รูปที่ ๕ coned roof tank ที่เก็บของเหลวที่ลุกติดไฟได้ ต้องคำนึงถึงโอกาสที่ส่วนผสมระหว่างไอระเหยของของเหลวที่เก็บไว้ในถังกับอากาศที่มีการรั่วไหลเข้าถัง จะเกิดการระเบิดขึ้นมาได้ ในการนี้เพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนลำตัวของถังเกิดความเสียหาย (ที่จะทำให้ของเหลวที่เก็บไว้นั้นทะลักออกมาก่อความเสียหายต่อไปได้อีก) จะออกแบบให้โครงสร้างหลังคา (เช่นตรงรอยเชื่อมระหว่างฝาถังกับลำตัว) นั้นมีความแข็งแรงต่ำกว่าโครงสร้างส่วนลำตัว หรือมีช่องระบายความดันพิเศษ (เช่น blowoff manhole) ที่จะเปิดออกเมื่อเกิดการระเบิดในถัง เป็นการลดความดันในถังลงก่อนที่ส่วนลำตัวจะเกิดความเสียหาย
 

รูปที่ ๖ สัญลักษณ์แสดง floating roof tank ที่มีการติดตั้ง flame arrester ไว้ข้างบนโดยอยู่ตรงกลางท่อ vent ปลายท่อ vent ที่โค้งลงล่างก็เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนไหลเข้าไปในถังได้เวลาฝนตก รูปนี้เป็นรูปที่ผมยังไม่เข้าใจเหมือนกันว่าทำไมบนฝา floating roof จึงต้องมีท่อ vent (ซึ่งทำให้ต้องมีการติดตั้ง flame arrester) ในเมื่อมันไม่มีที่ว่างเหนือผิวของเหลว ถ้าเป็น coned roof ก็ว่าไปอย่าง ถ้าจะมีก็ควรเป็นท่อรระบายน้ำฝนเพื่อระบายออกจากฝาถัง

รูปที่ ๗ รูปนี้เป็นรูปตัวอย่าง P&ID ของท่อไอน้ำสำหรับให้ความร้อนแก่ของเหลวในถัง ที่ใช้สำหรับของเหลวที่มีความหนืดสูง (เช่นน้ำมันเตา น้ำมันพืช) จนยากที่จะทำการสูบ หรือเมื่ออากาศเย็นอาจเกิดการแข็งตัวได้ ในกรณีนี้จึงจำเป็นต้องมีการให้ความร้อนแก่ของเหลวในถัง วิธีที่ใช้กันทั่วไปคือการวางขดท่อไอน้ำไว้ภายในถัง เพื่อให้ของเหลวในถังร้อนจนมีความหนืดลดลง ง่ายต่อการสูบจ่าย

รูปที่ ๘ อีกตัวอย่างหนึ่งของ P&ID ของท่อไอน้ำสำหรับให้ความร้อนแก่ของเหลวในถัง เวลาให้ความร้อนก็ให้เฉพาะทางด้านล่าง เพราะของเหลวที่ร้อนจะลอยขึ้นบน ของเหลวที่เย็นและหนักกว่าจะเคลื่อนตัวลงมาข้างล่าง กระติกน้ำร้อนบางยี่ห้อก็ใช้วิธีให้ความร้อนเฉพาะที่พื้นล่างแทนการให้ทางด้านข้าง ทั้งนี้เพื่อจะได้ไม่มีปัญหาในกรณีที่ระดับน้ำในกระติกต่ำเกินไปเหมือนในกรณีที่ให้ความร้อนทางด้านข้าง

รูปที่ ๙ อีกตัวอย่างหนึ่งของ P&ID ของท่อไอน้ำสำหรับให้ความร้อนแก่ของเหลวในถัง รูปนี้เน้นไปที่บริเวณท่อทางเข้าปั๊ม โดยเป็นระบบให้ความร้อนเพื่อลดความหนืดของของเหลวที่ไหลเข้าปั๊ม เพื่อให้ปั๊มทำงานได้สะดวกขึ้น ความแตกต่างของรูปนี้คือตัวขดท่อไอน้ำจะเป็นคล้ายกับชุด tube ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ shell and tube โดยนำไปประกบเข้ากับหน้าแปลนที่เตรียมไว้และต่อเข้ากับท่อไอน้ำ

รูปที่ ๑๐ โดยทั่วไปการมีน้ำอยู่ในถังน้ำมันก็ไม่ใช่เรื่องผิดปรกติ (เพราะในกระบวนการผลิตนั้นก็มีหลายขั้นตอนเหมือนกันที่มีการใช้ไอน้ำให้ความร้อนแก่น้ำมันด้วยการฉีดไอน้ำผสมเข้าไปในน้ำมันโดยตรง) น้ำที่ตกค้างอยู่ในน้ำมันจะแยกตัวออกจากน้ำมันที่ถังเก็บ จึงจำเป็นต้องมีบ่อรองรับน้ำที่สะสมและต้องคอยระบายออกเป็นระยะ น้ำที่อยู่ในบ่อรองรับนั้นไหลออกมาโดยอาศัยแรงกดจากชั้นน้ำมันที่อยู่เหนือผิวหน้าชั้นน้ำ

รูปที่ ๑๑ สำหรับ coned roof tank ที่เก็บของเหลวที่ไวไฟนั้น เพื่อไม่ให้เกิดไอเหนือผิวของเหลวการระเบิดจึงต้องทำการป้องกันไม่ให้อากาศเข้าไปในถังได้ วิธีการหนึ่งที่ใช้กันก็คือการให้แก๊สเฉื่อย (ปรกติก็คือไนโตรเจน) ไหลเข้าไปในถังจนความดันในถังสูงกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย โดยอาจต้องยอมให้แก๊สเฉื่อยไหลรั่วออกมาเล็กน้อยบ้าง เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศแพร่ย้อนเข้าไปข้างใน แต่ในกรณีที่ความดันภายในถังลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว (เช่นถังที่ตากแดดร้อนแล้วเจอฝนตกหนักใส่) จนระบบป้อนแก๊สเฉื่อยจ่ายให้ไม่ทัน จะยอมให้อากาศเข้าไปในถังได้บางส่วนเพื่อป้องกันไม่ให้ถังเกิดความเสียหาย

รูปที่ ๑๒ รูปนี้เป็นตัวอย่าง pressure vessel เก็บของเหลวที่ความดันสูงกว่าบรรยากาศ หรืออาจเป็นถังแยกของเหลวออกจากแก๊ส (เช่นถังเก็บสำรองอากาศอัดความดัน ที่รับอากาศมาจากเครื่องคอมเพรสเซอร์)

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Shell and Tube Heat Exchanger (๓) MO Memoir : Thursday 26 January 2560

ฉบับนี้เป็นตอนที่ ๓ และเป็นตอนสุดท้ายในชุด Shell and tube heat exchanger สิ่งหนึ่งที่อยากขอย้ำก็คือรูปต่าง ๆ ที่นำมาให้ดูนั้นเป็นเพียงแค่ "ตัวอย่าง" การใช้งานเพียงแค่ "ส่วนหนึ่ง" เท่านั้น เพื่อให้ผู้ที่ไม่มีโอกาสได้เห็นของจริงได้มีภาพการทำงานจริงเอาไว้บ้าง ที่สำคัญคืออย่าไปยึดว่าในการออกแบบจริงนั้นจะต้องเป็นไปตามรูปที่นำมาให้ดู ในการออกแบบจริงจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างประกอบด้วย
 

ฉบับนี้คงไม่มีอะไรบ้าง ดูรูปและอ่านคำบรรยายประกอบเล่น ๆ ก็แล้วกันครับ

รูปที่ ๑ Plate heat exchanger ของโรงงานผลิตน้ำมันพืชแห่งหนึ่ง ท่อด้านบนเป็นวาล์วควบคุมปริมาณไอน้ำให้ความร้อน ส่วนด้านล่างเป็นท่อให้ไอน้ำที่ควบแน่นระบายออก ท่อของ process fluid ที่มารับความร้อนนั้นอยู่ด้านหลังท่อไอน้ำ ข้อดีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบนี้คือพื้นที่ผิวถ่ายเทความร้อนต่อหน่วยปริมาตรเครื่องมีค่าสูง สามารถทำการปรับเปลี่ยนพื้นที่ผิวถ่ายเทความร้อนได้ง่ายด้วยการเพิ่มหรือลดจำนวนแผ่นที่เรียงซ้อนกันอยู่ แต่ก็มีข้อเสียคือด้วยรูปร่างที่แบนของมันจึงไม่เหมาะกับระบบความดันสูง และยังต้องใช้ปะเก็นในการป้องกันการรั่วซึมระหว่างแผ่นที่ประกบเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดการรั่วซึมได้ง่าย ปัญหานี้เห็นได้ในรูปจากการที่ฐานตัวเครื่องจึงต้องมีการก่อเป็นขอบล้อมรอบเพื่อรองรับของเหลวที่อาจรั่วออกมา อย่างน้อยก็ตอนที่ทำการถอดเครื่องออกมาทำความสะอาด เพราะตัวแผ่นมันไม่มีท่อ drain

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง P&ID ของระบบไอน้ำให้ความร้อน โดยไอน้ำไหลเข้าทางด้าน shell ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด shell and tube ในรูปนี้ CD คือ continuous drainer หรือ steam trap ท่อที่ออกจาก CD ไปบรรจบกับท่อไอน้ำด้านขาเข้าคือท่อ vent line (ที่มีการกล่าวใน Note 4)

รูปที่ ๓ อีกตัวอย่างหนึ่งของ P&ID ของระบบไอน้ำให้ความร้อน โดยไอน้ำไหลเข้าทางด้าน shell ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด shell and tube พึงสังเกตว่าวาล์วระบายความดัน (PSV) ของระบบท่อไอน้ำนั้นจะปล่อยออกสู่อากาศโดยตรง (เพราะถือว่าน้ำเป็นสารที่ปลอดภัย) แต่ทิศทางการหันท่อด้านขาออกนั้นอาจต้องพิจารณากันหน้างานว่าแนวไหนปลอดภัยที่สุด คือต้องคำนึงถึงอุปกรณ์ที่ไอน้ำร้อนจะพุ่งเข้าใส่ และเส้นทางที่อาจมีคนเดินผ่านด้วย

รูปที่ ๔ รูปนี้เป็นลักษณะของหม้อต้มซ้ำ (reboiler) ที่ก้นหอกลั่น เป็นชนิด thermosyphon ที่มีลักษณะเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด shell and tube ที่วางตั้ง โดยไอน้ำจะไหลเข้าส่วน shell จากทางด้านบน ควบแน่นเป็นของเหลวและไหลออกทางด้านล่าง ส่วนของเหลวที่ต้องการต้มให้เดือดจะไหลเข้าส่วน tube ทางด้านล่าง และเดือดกลายเป็นไอออกไปทางด้านบน กลับเข้าไปในหอกลั่นไป ของเหลวที่ก้นหอกลั่นก็จะไหลเข้ามาทดแทนส่วนที่เดือดกลายเป็นไอ เกิดการไหลหมุนเวียนโดยไม่ต้องใช้ปั๊มช่วย

รูปที่ ๕ รูปแบบหม้อต้มซ้ำที่คล้ายกับในรูปที่ ๔ แตกต่างตรงที่มีถังเก็บรวบรวม steam condensate เพิ่มเติมเข้ามา โดยระดับของถังเก็บรวบรวมไอน้ำที่ควบแน่นนี้จะต้องอยู่ต่ำกว่าระดับของหม้อต้มซ้ำ ทั้งนี้เพื่อให้ไอน้ำที่ควบแน่นไหลโดยอาศัยแรงโน้มถ่วงลงมาในถังเก็บรวบรวมดังกล่าวได้ ส่วนจะเอาไอน้ำที่ควบแน่น (ที่ยังคงมีพลังงานความร้อนและอาจอยู่ภายใต้ความดัน) ไปใช้ทำอะไรก็อีกเรื่องหนึ่ง (เช่นนำไป flash เป็นไอน้ำความดันต่ำ หรือใช้ในรูปของ steam condensate ที่นำไปใช้ผลิต saturated steam ที่ desuperheater

รูปที่ ๖ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ shell and tube ชนิด kettle type คือส่วน shell จะมีที่ว่างอยู่เหนือระดับของ tube (ที่เป็นท่อรูปตัวยู) เพื่อใช้เป็นที่อยู่ของไอของของเหลวในด้าน shell ปรกติที่เคยเจอจะใช้เป็นหม้อต้ำซ้ำโดยไอน้ำจะไหลเข้าทางด้าน tube และของเหลวที่ต้องการต้มจะไหลเข้าทางด้านล่างของส่วน shell และระเหยกลายเป็นไอออกไปทางด้านบน แต่ทำไมรูปนี้จึงเอาน้ำหล่อเย็นเข้าด้าน tube แทนก็ยังหาเหตุผลไม่ได้เหมือนกัน จะใช้เป็นเครื่องควบแน่น (condenser) ก็ไม่น่าจะใช่ เพราะถ้าเป็นเช่นนี้ ส่วน tube จะต้องแลกเปลี่ยนความร้อนกับส่วนไอ ไม่ใช่ส่วนของเหลว

รูปที่ ๗ ตัวอย่าง P&ID ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อสองชั้น (double pipe) ที่ท่อด้านมีผิวนอกที่มีครีบ (fin type) ช่วยในการถ่ายเทความร้อน ข้อดีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อสองชั้นแบบนี้คือสามารถทำการปรับเปลี่ยนพื้นที่ผิวในการถ่ายเทความร้อนได้ง่ายด้วยการปรับเปลื่ยนจำนวนจำนวนท่อที่นำมาต่อเข้าด้วยกัน

รูปที่ ๘ ตัวอย่าง P&ID ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด plate รูปนี้อันที่จริงจะเรียกว่าเป็น P&ID ก็ไม่น่าจะถูกนัก เพราะมันเป็นเหมือนสัญลักษณ์แสดงที่จะใช้ใน P&ID มากกว่า แบบเดียวกับรูปที่ ๗

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Shell and Tube Heat Exchanger (๒) MO Memoir : Monday 23 January 2560

การแลกเปลี่ยนความร้อนในโรงงานนั้นมีทั้งการทำเพื่อการประหยัดพลังงาน คือการนำเอาความร้อนจากสาย process fluid ที่ต้องการทำให้เย็นตัวลง ถ่ายเทให้กับสาย process fluid ที่ต้องการทำให้ร้อนขึ้น และการทำให้ process fluid นั้นมีอุณหภูมิที่เหมาะสม เช่นการลดอุณหภูมิด้วยน้ำหล่อเย็น (ความร้อนที่น้ำหล่อเย็นรับไปจะเอาไปปล่อยทิ้งที่หอทำน้ำเย็น) และการให้ความร้อนด้วยไอน้ำ (ที่ใช้ความร้อนจากภายนอกมาต้มน้ำให้ร้อน)
 

การจับคู่ process fluid ที่จะนำมาแลกเปลี่ยนความร้อนกันนั้น ปัจจุบันยังคงเป็นโจทย์ที่สำคัญในการออกแบบกระบวนการเพื่อให้กระบวนการผลิตสิ้นเปลืองพลังงานน้อยที่สุด กล่าวคือทำอย่างไรจึงจะมีการปล่อยความร้อนทิ้งทางสายน้ำหล่อเย็นต่ำสุด และมีการนำเอาแหล่งพลังงานจากภายนอกมาใช้น้อยที่สุดที่นำมาผลิตไอน้ำ (หรือตัวกลางอื่นที่ใช้ในการให้ความร้อน เช่น thermal oil) เพื่อให้ความร้อน 
   

การจับคู่ระหว่าง process fluid สองสายที่สายหนึ่งต้องการทำให้เย็นตัวลงและอีกสายหนึ่งต้องการทำให้ร้อนขึ้นนั้น ไม่เพียงแต่ต้องพิจารณาถึงปริมาณความร้อนของสายร้อนที่ต้องดึงออกและของสายเย็นที่ต้องเพิ่มเข้าไป ถ้าพบว่ามันจับคู่กันได้พอดีก็ต้องมีการพิจารณาต่ออีกว่าปริมาตรการไหลของสายทั้งสองเป็นอย่างไร เพราะปริมาตรการไหลส่งผลต่อพื้นที่หน้าตัดการไหลในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ที่จะต้องไม่มากเกินไปและไม่น้อยเกินไป
  

รูปที่ ๑ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด shell and tube ขนาดเล็กสองตัว ตั้งในแนวดิ่ง (ลูกศรสีแดงชี้) ระหว่างการติดตั้ง ตัวที่อยู่ข้างหลังนั้น A คือช่องทางไอจากยอดหอกลั่นไหลเข้าส่วน shell ของเหลวที่เกิดจากการควบแน่นจะไหลออกทางด้านล่าง (ท่อทางออกอยู่ใต้พื้น) ส่วน B และ C คือช่องทางเข้าออกของหน้ำหล่อเย็นที่ไหลเข้าส่วน tube
 

ถ้าพื้นที่หน้าตัดการไหลใหญ่เกินไป ความเร็วในการไหลจะต่ำ การถ่ายเทความร้อนจะไม่ดีเพราะมีการเกิดชั้นฟิล์มหุ้มพื้นผิวถ่ายเทความร้อนเอาไว้ แต่ถ้าพื้นที่หน้าตัดการไหลเล็กเกินไป ความเร็วในการไหลจะสูงเกินไป ค่าความดันลดคร่อมตัวอุปกรณ์ก็จะสูง และอาจส่งผลต่อค่าความดันย้อนกลับ (back pressure) ของระบบได้ ถ้าอัตราการไหลโดยปริมาตรของ process fluid สองสายไม่ต่างกันเท่าใดนัก ก็อาจใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพียงเครื่องเดียวได้ แต่ถ้าสายใดสายหนึ่งมีอัตราการไหลที่สูงกว่าอีกสายหนึ่งมาก ในกรณีนี้อาจต้องใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องต่อกัน โดยให้สายที่มีอัตราการไหลต่ำนั้นไหลในเส้นทางอนุกรม (พื้นที่หน้าตัดการไหลคงที่ โดยไหลเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องหนึ่งก่อน และค่อยไหลเข้าอีกเครื่องหนึ่ง) และสายที่มีอัตราการไหลสูงนั้นให้ไหลในเส้นทางขนาน (เพิ่มพื้นที่หน้าตัดการไหล โดยการแบ่งแยกการไหล ไหลแบบคู่ขนานเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่อง เช่นในรูปที่ ๓-๕) หรือไม่ก็ทำการจับคู่สายที่มีอัตราการไหลต่ำสาย (ที่ต้องการรับหรือระบายความร้อนเหมือนกัน) เข้ากับสายที่มีอัตราการไหลสูงเพียงสายเดียว
  

รูปที่ ๒ อีกตัวอย่างหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด shell and tube ขนาดเล็กตั้งในแนวดิ่ง A คือช่องทางเข้า-ออกส่วน shell (อีกช่องทางหนึ่งอยู่ทางด้านล่างใต้พื้น) ส่วน B และ C คือช่องทางเข้า-ออกส่วน tube
 

รูปที่ ๓ ตัวอย่าง P&ID ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องวางคู่ขนานกัน โดยของไหลที่ไหลเข้าส่วน shell นั้นถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละเครื่อง โดยของไหลที่ไหลเข้าส่วน tube ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละเครื่องนั้นไม่จำเป็นต้องเป็นของไหลชนิดเดียวกัน (กล่าวคือสายที่มีอัตราการไหลสูง 1 สาย จับคู่กับสายที่มีอัตราการไหลต่ำ 2 สาย) ในรูปนี้เข้าใจว่าต้องการสื่อว่าของไหลที่ไหลเข้าส่วน shell นั้นไหลจากล่างขึ้นบน ซึ่งจะแตกต่างไปจากรูปที่ ๔ ที่ไหลจากบนลงล่าง (ดูจากตำแหน่งของ PSV ที่ติดตั้งอยู่ทางด้านขาออก)

รูปที่ ๔ อีกตัวอย่างหนึ่งของ P&ID ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องวางคู่ขนานกัน โดยของไหลที่ไหลเข้าส่วน shell นั้นถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละเครื่อง โดยของไหลที่ไหลเข้าส่วน tube ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละเครื่องนั้นไม่จำเป็นต้องเป็นของไหลชนิดเดียวกัน ในรูปนี้ของไหลที่ไหลเข้าส่วน shell นั้นไหลจากบนลงล่าง
 

รูปที่ ๕ ตัวอย่าง P&ID ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องวางคู่ขนานกัน โดยของไหลที่ไหลเข้าส่วน tube นั้นถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละเครื่อง โดยของไหลที่ไหลเข้าส่วน shell ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละเครื่องนั้นไม่จำเป็นต้องเป็นของไหลชนิดเดียวกัน
 

รูปที่ ๖ ตัวอย่าง P&ID ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องต่ออนุกรมกัน โดยน้ำหล่อเย็นไหลเข้าส่วน shell ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องแรก จากนั้นจึงไหลเข้าส่วน shell ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องที่สอง ส่วนของไหลที่ไหลในส่วน tube นั้นพอออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องแรกก็ไหลต่อเข้าไปในส่วน tube ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องที่สอง รูปนี้คำบรรยายแบบมีผิดตรงนี้บอกว่าน้ำหล่อเย็นไหลเข้าส่วน tube ทั้ง ๆ ที่ในรูปน้ำหล่อเย็นไหลเข้าส่วน shell
   

รูปที่ ๗ ตัวอย่าง P&ID ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องต่ออนุกรมกัน โดยน้ำหล่อเย็นไหลเข้าส่วน tube ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องแรก จากนั้นจึงไหลเข้าส่วน tube ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องที่สอง ส่วนของไหลที่ไหลในส่วน shell นั้นพอออกจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องแรกก็ไหลต่อเข้าไปในส่วน shell ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องที่สอง
  

สิ่งหนึ่งที่พึงควรคำนึงคือการจับคู่ process fluid ที่จะนำมาทำการแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อการประหยัดพลังงาน ที่ออกมาดูดีบนโปรแกรม simulation นั้นไม่ได้หมายความว่าจะนำมาใช้ได้จริงในทางปฏิบัติ เพราะมีสิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่ไม่มีการรวมเข้าไปในการคำนวณคือ "ตำแหน่งที่ตั้ง" ของตัวอุปกรณ์ เพราะถ้าคู่ process fluid ที่จะนำมาแลกเปลี่ยนความร้อนกันนั้นต่างอยู่คนละฟากที่ตั้งของตัวโรงงาน การที่ต้องเดินท่อสาย process fluid ทั้งสองเป็นระยะทางไกลเพื่อให้มาแลกเปลี่ยนความร้อนกันนั้น ค่าใช้จ่ายในการเดินท่อ (รวมทั้งค่าซ่อมบำรุงต่าง ๆ ที่จะตามมา) และการสูญเสียพลังงานตามแนวเส้นท่อที่เดิน คงเป็นสิ่งที่จะหลีกเลี่ยงไม่คำนึงถึงไม่ได้
  

ความยาวท่อโลหะที่ขายกันอยู่ทั่วไปในท้องตลาดนั้น แม้ว่าจะไม่มีมาตรฐานกำหนดว่าท่อแต่ละเส้นต้องผลิตออกมายาวเท่าใด แต่ที่ผลิตจำหน่ายกันก็จะมีความยาวประมาณ 6 หรือ 12 เมตร สำหรับงานที่ต้องการใช้ท่อที่สั้นกว่านี้ก็ต้องนำท่อยาวนี้มาตัดให้สั้นลง ในกรณีของงานที่ต้องการท่อที่สั้นกว่าความยาวที่จำหน่ายนี้เป็นจำนวนมาก (เช่นในกรณีของ tube ที่ใช้ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ shell and tube) จะเป็นการดีถ้าหากเลือกความยาวท่อที่ตัดแล้วจะไม่มีเศษเหลือ
  

พื้นที่ผิวสำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อนเพิ่มตามจำนวนท่อและความยาวท่อ ในส่วนของ tube นั้นการเพิ่มจำนวนท่อจะทำให้ความเร็วในการไหลภายในท่อลดลง ซึ่งไม่ส่งผลดีต่อการแลกเปลี่ยนความร้อน (มีชั้นฟิล์มต้านทานการไหลเกิดขึ้น) แต่การเพิ่มความยาวท่อจะทำให้คงความเร็วในการไหลเอาไว้ได้ ดังนั้นแทนที่จะใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพียงเครื่องเดียวที่มีจำนวนท่อมาก ก็อาจใช้เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองเครื่องที่แต่ละเครื่องมีจำนวนท่อน้อยกว่า แต่นำมาเรียงต่ออนุกรมกัน (ดังตัวอย่างในรูปที่ ๖ และ ๗)

ปิดท้ายที่ว่างของหน้าด้วยภาพบรรยากาศห้องพักนิสิตป.โท ยามเช้าที่ถ่ายเอาไว้เมื่อวันศุกร์ที่ ๒๐ ที่ผ่านมาก็แล้วกันครับ