นานาสาระเรื่องการเปิดวาล์ว (๒) MO Memoir : Wednesday 2 June 2564

ผมเขียนเรื่องนี้ครั้งแรกลง blog เอาไว้เมื่อเกือบ ๗ ปีที่แล้ว (วันเสาร์ที่ ๑๕ พฤศจิกายน ๒๕๕๗) ตอนนั้นจะเน้นไปที่คำขยายต่าง ๆ (ภาษาอังกฤษ) ที่เกี่ยวข้องกับการเปิด-ปิดวาล์ว เช่นการเปิดเพียงเล็กน้อย การเปิดเพียงแค่รู้สึกว่าวาล์วเปิดแล้ว การค่อย ๆ เปิด-ปิด ฯลฯ เพราะว่ามันจำเป็นเมื่อต้องเขียนคู่มือการทำงานเป็นลายลักษณ์อักษร มาวันนี้จะเป็นอีกเรื่องหนึ่งคือ จากวาล์วที่เห็นติดตั้งอยู่ในระบบนั้น จะรู้ได้อย่างไรว่าวาล์วตัวนั้นเปิดหรือปิดอยู่

คำตอบสั้น ๆ ก็คือ มันไม่มีสูตรลัดพิเศษ เพราะมันขึ้นอยู่กับการออกแบบ "Stem"

"Stem" ของวาล์วคือชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่เชื่อมต่อระหว่าง ชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลผ่านวาล์ว (ที่อาจเป็น disk, plug หรือ ball) และกลไกที่ใช้ในการปรับเปลี่ยนตำแหน่งของชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลผ่านวาล์ว (ที่กลไกนี้อาจเป็น hand wheel, handle หรือระบบ actuator ต่าง ๆ ที่ใช้กับวาล์วควบคุม) ในกรณีของ gate valve และ globe valve นั้น การทำให้ตัว disk หรือ plug ที่ปิดกั้นช่องทางการไหลนั้นเคลื่อนที่ขึ้น (เพื่อเปิด) หรือเคลื่อนที่ลง (เพื่อปิด) อาจใช้ การเคลื่อนที่ "ขึ้น-ลง" หรือการ "หมุน" ตัว stem ก็ได้ ส่วนในกรณีของ ball valve, plug valve และ butterfly valve นั้นจะใช้การ "หมุน" ตัว stem เพื่อไปทำให้ตัว ball, plug หรือ disk เปิดหรือปิดช่องทางการไหล

รูปที่ ๑ เป็น gate valve ชนิด rising stem with outside screw เวลาที่เราหมุน hand wheel นั้น ตัว hand wheel จะอยู่ที่เดิม แต่ตัวสกรูที่อยู่ตรงกลางตัว hand wheel จะยื่นออกมาหรือหดตัวเข้าไปก็ขึ้นอยู่กับว่าเราหมุนเพื่อเปิดหรือปิดวาล์ว ถ้ามันโผล่ยื่นออกมา วาล์วก็จะเปิด แต่มันหดหายเข้าไปข้างใน วาล์วก็จะปิด วาล์วแบบนี้มันดูง่ายว่าเปิดหรือปิดอยู่ แต่มันก็มีข้อเสียข้อหนึ่งคือใช้พื้นที่มากหน่อยในการติดตั้ง (ต้องมีที่ว่างให้ตัว stem เคลื่อนที่)

สิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่ต้องระวังก็คือ เวลาที่เราเปิดวาล์วนั้น เราจะหมุน hand wheel จนกระทั่งหมุนต่อไม่ได้ คือเห็นตัว stem โผล่ยื่นออกมาจนไม่สามารถเคลื่อนที่ต่อได้แล้ว ซึ่งตรงนี้แม้ว่าวาล์วจะเปิด "เกือบเต็มที่" ในขณะที่เราต้องการให้มันเปิด "เต็มที่" มันก็ไม่ส่งผลอะไรกับการทำงานของระบบนั้น แต่สำหรับการปิดวาล์วนั้นเราจำเป็นต้องรู้ว่าต้องเห็นตัว stem หดตัวเข้าไปจนถึงตำแหน่งไหนจึงจะทำให้วาล์ว "ปิดสนิท" โดยเฉพาะกรณีของ gate valve ที่อาจมีสิ่งสกปรกที่เป็นของแข็งค้างอยู่ในร่องสำหรับให้ตัว disk เคลื่อนที่ ทำให้ตัว disk ไม่สามารถเคลื่อนตัวจนปิดวาล์วได้สนิท ของไหลในระบบยังสามารถไหลผ่านช่องว่างเล็ก ๆ นี้ได้ อุบัติเหตุหนึ่งที่เกิดจากการที่วาล์วปิดไม่สนิทนี้ (คือโอเปอร์เรเตอร์หมุน hand wheel จนกระทั่งมันปิดไม่ได้อีกแล้ว ก็เลยคิดว่าวาล์วปิดสนิทแล้ว แต่ในความเป็นจริงมีสิ่งสกปรกขวางอยู่ในร่อง) เคยเล่าไว้ในบทความชุด "เพลิงไหม้และการระเบิดที่ BP Oil (Grangemouth) Refinery 2530 (1987) Case 1-4 เพลิงไหม้ที่ระบบ Flare" ที่เขียนไว้ในช่วงเดือนตุลาคม ๒๕๖๑ การป้องกันได้ด้วยการติดตั้งตัวชี้บอกระดับการเปิดของวาล์วเพื่อให้รู้ว่าวาล์วปิดสนิทแล้วหรือยัง

รูปที่ ๒ เป็น globe valve ชนิด rising stem เช่นกัน แต่เป็นชนิด inside screw เวลาที่เราหมุน hand wheel ตัว hand wheel ก็จะเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงก็ขึ้นอยู่กับว่าเราหมุนเพื่อเปิดหรือปิดวาล์ว ถ้าเห็น hand wheel ยกตัวขึ้นสูงก็อาจเดาได้ว่าวาล์วตัวนั้นเปิดอยู่ แต่ถ้าเห็น hand wheel อยู่ที่ระดับต่ำ ๆ มันก็ยากที่จะบอกว่าวาล์วตัวนั้นเปิดอยู่เล็กน้อยหรือปิดอยู่ (เว้นแต่ว่าเคยทำงานกับวาล์วตัวนั้นจนจำตำแหน่งปิดสนิทได้) ต้องใช้การทดลองหมุน hand wheel เอา ส่วนหมุนด้านไหนเพื่อเปิดหรือปิด ก็ให้นึกถึงเวลาที่เราหมุนก็อกน้ำที่บ้านหรืออ่างล้างมือ มันหมุนในทิศทางเดียวกัน

รูปที่ ๑ Rising stem with outside screw gate valve ตัวที่ ๑ และ ๒ นั้นเปิดอยู่ ส่วนตัวที่ ๓ และ ๔ นั้นปิดอยู่

รูปที่ ๒ Rising stem with inside screw globe valve ตัวที่ ๑ และ ๒ นั้นเปิดอยู่ ส่วนตัวที่ ๓ นั้นปิดอยู่ ตัว steam trap ในรูปนั้นติดผิดทิศทาง ตัวนี้มันต้องเอาด้านที่มี name plate อยู่ด้านบน

วาล์วที่ดูจากภายนอกไม่ได้ว่าเปิดหรือปิดอยู่คือวาล์วชนิด non-rising stem ในกรณีของ non-rising stem นั้นการหมุน hand wheel คือการหมุนตัว stem ที่จะทำให้ตัว disk หรือ plug เคลื่อนขึ้นหรือลงโดยที่ตัว stem ไม่ได้มีการโผล่ยื่นออกมาเหนือตัว hand wheel และตัว hand wheel ก็ยังคงอยู่ที่ระดับเดิม ไม่มีการเคลื่อนที่ขึ้นหรือลง ข้อดีของ stem แบบนี้ก็คือใช้พื้นที่ติดตั้งน้อยกว่า แต่ข้อเสียก็คือดูด้วยตาเปล่าไม่ได้ว่าวาล์วปิดหรือเปิดอยู่ ต้องใช้การลองหมุนวาล์วดูเอาเอง ถ้าสงสัยว่าวาล์วแบบนี้เป็นอย่างไร ลองดูได้ที่มิเตอร์ประปาหน้าบ้าน

อุบัติเหตุหนึ่งที่เกิดจากการใช้วาล์ว non-rising stem คือกรณีของการรั่วไหลของน้ำมันผ่านวาล์วระบายน้ำฝนลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติที่คลังน้ำมัน Caribbean Petroleum Corporation (CAPECO) ที่เมือง Bayamón, Puerto Rico ในคืนวันศุกร์ที่ ๒๓ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๕๒ (ค.ศ. ๒๐๐๙) จนทำให้เกิดการระเบิดที่รุนแรงตามมา (รายละเอียดอยู่ในเรื่อง "UVCE case 6 Puerto Rico 2552(2009) MO Memoir : Sunday 17 February 2562") สาเหตุเป็นเพราะวาล์วระบายน้ำฝนตัวหนึ่งเป็นชนิด non-rising stem เมื่อโอเปอร์เรเตอร์ตรวจด้วยการขับรถผ่านแล้วไม่เห็น stem โผล่ออกมา ก็เข้าใจว่าวาล์วปิดอยู่ ทั้ง ๆ นี้ในความเป็นจริงวาล์วมันเปิดอยู่ (วาล์วระบายตัวฝนตัวอื่นใช้แบบ rising stem ยกเว้นวาล์วตัวนี้)

ดังนั้นการจำว่าให้ดูตำแหน่งของ stem เพื่อที่จะบอกว่า gate valve นั้นเปิดหรือปิดอยู่ มันใช้ได้กับกรณีของ rising stem มันใช้ไม่ได้ถ้าไปเจอกับ gate valve ที่เป็น non-rising stem

ต่อไปจะมาดูกรณีของ ball valve กันบ้าง

รูปที่ ๓ ball valve ตัวนี้ด้านบนของ stem เป็นหัวสี่เหลี่ยมจตุรัส (ที่สามารถถอด handle ออกแล้วสวมใหม่ในทิศทางตั้งฉากกับทิศเดิมได้) โดยมีการบากร่องเพื่อให้รู้ว่า ball อยู่ในตำแหน่งเปิดหรือปิด

Ball valve ตัวเล็ก ๆ จะมี handle ยึดติดมากับตัววาล์ว การดูว่า ball valve เปิดหรือปิดก็ดูว่า handle นั้นอยู่ในแนวเดียวกับท่อหรืออยู่ขวางท่อ ถ้าอยู่ในแนวเดียวกับท่อมันก็เปิดอยู่ ถ้าขวางท่อมันก็ปิดอยู่ แต่ก็เคยเจอเหมือนกันกรณีที่มีการถอด handle ออกมาแล้วใส่ผิด (เช่นในระหว่างการติดตั้ง) ทำให้มันสลับกัน

ball valve ตัวใหญ่จะสามารถถอดตัว handle ออกจากวาล์วได้ หรือไม่ก็ไม่ได้ยึดติดมากับตัววาล์ว โดยส่งมาแยกชิ้นอยู่ พอจะหมุนเปิดหรือปิดก็จะเอา handle มาสวมเข้ากับหัว stem บนตัววาล์ว (คือพอวาล์วตัวใหญ่ขึ้น handle มันจะยาวเกะกะมาก บางทีเขาก็เอาโซ่แขวนห้อย ๆ ไว้อยู่ข้าง ๆ ตัววาล์ว ball valve ขนาด 4" ความยาว handle ก็จะอยู่ที่ประมาณ 60 cm แล้ว) ดังนั้นการดูว่าวาล์วเปิดหรือปิดก็ต้องไปดูว่า stem อยู่ที่ตำแหน่งใด อย่างเข่นในรูปที่ ๓ ด้านบนของ stem เป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส รูสำหรับสวมบนตัว handle ก็จะมีรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสเช่นกัน ทำให้เราสามารถสวม handle เข้ากับ stem ได้สองทิศทาง ส่วนที่ว่าการหมุนนั้นจะเป็นการเปิดหรือปิดวาล์วก็ให้ดูที่ร่องบากบนหัว stem ว่ามันอยู่ในแนวท่อ (คือเปิด) หรือขวางแนวท่อ (คือปิด)

รูปที่ ๔ ball valve ตัวนี้ด้านบนของตัว stem ทำเป็นรูป Double "D" ที่เห็นได้ชัดจากรูปร่างรูของด้ามจับข้างล่าง

วาล์วของบางบริษัทแก้ปัญหาว่ามองทิศทางของร่องบากยาก ก็ใช้วิธีทำให้รูปร่างส่วนหัวของ stem มันมีรูปทรงที่บ่งบอกตำแหน่งวาล์วเลยว่าเปิดหรือปิดอยู่ ดังเช่นตัวอย่างที่ยกมาในรูปที่ ๔ ที่เขาทำให้ส่วนด้านบนของ stem มีรูปร่างที่เขาเรียกว่า Double "D" คือเปรียบเสมือนสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ฝั่งด้านกว้างแทนที่จะเป็นเส้นตรงกลับเป็นเส้นโค้งนูนออกแทน โดยที่เมื่อหันแนวยาวไปตามแนวท่อก็แสดงว่าวาล์วเปิดอยู่ และถ้าแนวยาวมันหันขวางแนวท่อก็แสดงว่าวาล์วปิดอยู่

เรื่องสุดท้ายสำหรับวันนี้คือสามารถติดตั้ง swing check valve เข้ากับท่อในแนวดิ่งได้ แต่ต้องเป็นแบบไหลจากล่างขึ้นบน แต่ถ้ากังวลว่ามันอาจจะเปิดค้างได้ ก็อาจติดตั้ง counter weight ช่วยครับ (ถ้าวาล์วที่ใช้มันยอมให้ติดตั้งได้) แต่ถ้ากังวลเรื่องมันจะเปิดค้างก็หันไปใช้พวกที่ออกแบบสำหรับติดตั้งกับท่อในแนวดิ่งเลยก็แล้วกัน (เช่น vertical lift check valve)

รูปที่ ๕ swing check valve ตัวนี้ติดตั้งในแนวดิ่ง โดยทิศทางการไหลเป็นจากล่างขึ้นบน ตัวนี้ทำหน้าที่เป็น vacuum breaker กล่าวคือถ้าความดันในระบบต่ำกว่าความดันบรรยากาศ มันจะยอมให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปข้างในระบบได้

UVCE case 7 Shell Olefin Plant 2540 (1997) ตอนที่ ๒ MO Memoir : Tuesday 22 December 2563

เวลาผมสอนนิสิตทำการทดลอง ผมจะบอกกับเขาเสมอว่า อย่าคิดว่าแค่ดูแต่ตัวเลขหน้าจอหรือรอว่าตอนสุดท้ายจะได้อะไรก็พอ แต่ให้ใช้ประสาทสัมผัสอื่น ๆ ด้วยว่า ในสภาพการทำงานที่ปรกตินั้น ระบบมีพฤติกรรมอย่างไร ไม่ว่าจะเป็นเรื่องกลิ่น เสียง อุณหภูมิ สัญญาณไฟแสดงการทำงานของอุปกรณ์ ฯลฯ

กลิ่นเป็นตัวบอกให้รู้ว่ามีการรั่วไหลอะไรเกิดขึ้นไหม ในขณะที่เสียงที่ผิดไปจากเดิมอาจบ่งบอกถึงการทำงานที่ผิดปรกติของเครื่องจักรกล (เช่นมีการสั่นที่ผิดปรกติ) ความผิดปรกติของอุณหภูมิที่สูงเกินอาจมาในรูปของกลิ่น (เช่นกลิ่นไหม้) หรือบางทีอาจเห็นการลอยตัวขึ้นของมวลอากาศที่อยู่รอบ ๆ พื้นผิวที่ร้อนจัดนั้น อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิที่ทำงานด้วยการ ON-OFF ขดลวดความร้อนนั้น การที่สัญญาณไฟแสดงว่ามีการกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวดนานผิดปรกติหรือตลอดเวลาแม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในช่วงเพิ่มอุณหภูมิก็ตาม ก็อาจบ่งบอกถึงการที่ขดลวดความร้อนบางเส้นขาดไป ทำให้ขวดลวดที่เหลือต้องรับภาระแทน เป็นต้น

การสั่นสะเทือนสามารถทำให้ชิ้นส่วนที่ยึดติดแน่น (เช่นนอตที่ขันตึง หรือลิ่มที่ตอกอัดรอยต่อระหว่างชิ้นส่วนสองชิ้นเพื่อให้ติดกันแน่น) หลวมตัวได้ และยังสามารถทำให้ชิ้นส่วนที่หลวมตัวนั้นเคลื่อนตัวจนหลุดออกมาได้ นอกจากนี้การสั่นและการกระแทกยังสามารถทำให้ชิ้นส่วนบางชนิด (เช่น ลิ่ม หมุดและสลักเกลียว หรือชิ้นงานที่ทำจากวัสดุที่มีความแข็งเกร็ง) เสียหายด้วยการแตกหักได้

กลับมายังเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นต่อ (คงไม่ขอลงรายละเอียดทั้งหมด ถ้าใครสนใจก็สามารถอ่านได้จากรายงานการสอบสวนที่สามารถหาดาวน์โหลดได้ทางอินเทอร์เน็น) แต่หลังจากที่ประสบปัญหาหลายครั้งเรื่องการที่คอมเพรสเซอร์หยุดทำงานเนื่องจากมีการสั่นสะเทือนมากเกินไป ในที่สุด ณ เวลาประมาณ ๑๐.๐๐ น โอเปอร์เรเตอร์ก็สามารถเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์ได้ และระบบก็ดูเหมือนว่าทำงานได้อย่างปรกติ

เวลาประมาณ ๑๐.๐๓ น โอเปอร์เรเตอร์ที่ปฏิบัติงานอยู่ภายนอกได้ยินเสียง "Pop" ตามด้วยเสียงที่มีลำแก๊สฉีดพุ่ง (รายงานบอกว่าโอเปอร์เรเตอร์บางคนบอกว่าเสียงเหมือนเครื่องยนต์เจ็ต ในขณะที่บางคนบอกว่าเหมือนกับวาล์วระบายความดันของไอน้ำความดัน 1250 psi (ที่ใช้ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์) เปิดระบายความดัน) มีการติดต่อถามเข้าไปในห้องควบคุมว่ามีสัญญาณผิดปรกติแสดงในห้องควบคุมบ้างหรือไม่ แต่ได้รับคำตอบว่าไม่มี

ตรงนี้ในรายงานการสอบสวนกล่าวว่า เมื่อย้อนกลับไปดูบันทึกการทำงานของเครื่องคอมเพรสเซอร์ในช่วงเวลานั้นโดยละเอียดพบว่า อัตราการไหลออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 เริ่มที่จะค่อย ๆ ลดลงอย่างช้า ๆ ในขณะที่อัตราการไหลออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4 เพิ่มขึ้นเล็กน้อยชั่วขณะก่อนที่จะลดลง แต่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงนี้มีค่าน้อยเมื่อเทียบกับอัตราการไหลทั้งหมดของแก๊ส จึงทำให้โอเปอร์เรเตอร์สังเกตไม่เห็น

ข้อมูลนี้อาจถือได้ว่าเป็นตัวบ่งบอกว่ามีการรั่วไหลเกิดขึ้นระหว่างด้านขาออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4 และด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 กล่าวคือเมื่อเกิดการรั่วไหลเกิดขึ้น ทำให้ความดันด้านขาออก (ซึ่งเป็นตัวต้านทานการไหลออก) ของขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4 ลดลง อัตราการไหลจึงเพิ่มขึ้นชั่วขณะ ก่อนที่ระบบควบคุมจะปรับให้อัตราการไหลกลับมาที่ระดับเดิม แต่การรั่วไหลไปทำให้แก๊สที่ไหลเข้า (และความดันแก๊สที่ไหลเข้า) ขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 ลดลง ทำให้อัตราการไหลของแก๊สด้านขาออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 ลดต่ำลง

รูปที่ ๗ บริเวณที่เกิดเหตุ รูปนี้เป็นการมองจากทิศเหนือลงใต้ จุดที่เกิดการรั่วไหลอยู่ทางด้านหลังของ 5th Stage Suction Drum ที่อยู่ทางด้นขวามือของคนตรงกลางรูป (ดูรูปที่ ๑ ประกอบ)

ในช่วงระหว่างเวลา ๑๐.๐๓ - ๑๐.๐๕ น โอเปอร์เรเตอร์ที่ปฏิบัติงานอยู่ภายนอกหลายรายสังเกตเห็นการรั่วไหลของแก๊ส (จากระยะห่าง ทำให้ไม่สามารถระบุได้ว่ารั่วออกมาจากจุดใด) รู้แต่ว่าจุดรั่วไหลนั้นอยู่ระหว่าง suction drum ของขั้นตอนการอัดที่ 4 และที่ 5 และแก๊สที่รั่วนั่นพุ่งในทิศทางจากเหนือไปใต้ลอดใต้ pipe rack และโอเปอร์เรเตอร์รายหนึ่งรายงานว่ากลิ่นแก๊สที่รั่วออกมานั้น "sweet, like hydrocarbon smell" จึงได้ติดต่อห้องควบคุมให้หยุดการทำงานของเครื่องคอมเพรสเซอร์และให้ระบายทุกสิ่งออกสู่ระบบ flare ทันที การแจ้งเหตุนี้กระทำย้ำ 3 ครั้งแต่ไม่ได้รับการตอบรับกลับมา

ตรงจุดนี้รายงานการสอบสวนกล่าวว่าทางฝั่งห้องควบคุมหรือ control room นั้นได้ยินข้อมูลที่ว่านี้ แม้ว่าบางส่วนจะไม่ชัดเจน (เนื่องจากเสียงรบกวน) และได้ทำการปรึกษากับโอเปอเรเตอร์คนอื่นที่ควบคุมการทำงานส่วนอื่นอยู่ที่อยู่ในห้องควบคุมเดียวกันก่อนที่จะตัดสินใจหยุดการทำงานของคอมเพรสเซอร์และเปิดวาล์วระบายแก๊สออก flare แต่วาล์วระบายแก๊สออก flare ก็เปิดได้เพียงแค่บางส่วนก็เกิดการระเบิดขึ้น ส่วนสิ่งที่ทำให้แก๊สที่รั่วออกมาเกิดการจุดระเบิดนั้นไม่สามารถระบุแน่ชัดได้ เนื่องจากในบริเวณดังกล่าวนั้นเต็มไปด้วยหลายสิ่งที่มีความเป็นไปได้ว่าสามารถทำการจุดระเบิดได้

เครื่องคอมเพรสเซอร์นี้ ในช่วงเริ่มเดินเครื่องจะทำการควบคุมจากแผงควบคุมหน้างาน และเมื่อเดินเครื่องได้ปรกติแล้วก็จะส่งผ่านการควบคุมไปยังห้องควบคุม ตรงนี้ถ้ามองจากมุมมองของโอเปอร์เรเตอร์ที่อยู่ในห้องควบคุมเขาก็น่าจะงงอยู่เหมือนกันในเมื่อจากข้อมูลที่เขาเห็นก็คือเครื่องคอมเพรสเซอร์ทำงานได้ปรกติ แล้วอยู่ดี ๆ ก็มีคนร้องขอให้หยุดเครื่องทันที และนี่อาจเป็นสาเหตุให้เขาต้องใช้เวลาตัดสินใจครู่หนึ่งก่อนที่จะทำตามสิ่งที่ได้รับการร้องขอจากโอเปอร์เรเตอร์ที่อยู่ข้างนอก

การเข้าไปตรวจที่เกิดเหตุหลังเพลิงสงบเพื่อหาจุดเริ่มต้นของการรั่วไหลนั้น ทีมสอบสวนตรวจพบช่องเปิดที่เป็นไปได้จำนวน 52 ช่อง (ซึ่งต้องมาตรวจสอบกันอีกทีว่าเกิดก่อนการระเบิดหรือเป็นผลจากการระเบิดและเพลิงไหม้) ในจำนวนนี้ 18 ช่องถูกตัดทิ้งไปเพราะของไหลที่อยู่ภายในไม่ใช่เชื้อเพลิง 10 ช่องถูกตัดออกเพราะสิ่งที่อยู่ภายในนั้นแม้ว่าจะเป็นเชื้อเพลิงแต่ก็เป็นของเหลวที่มีจุดเดือดสูงและมีความดันไอต่ำ ไม่สามารถก่อตัวเป็นไอเชื้อเพลิงกับอากาศที่เข้มข้นมากพอจนจุดระเบิดได้ 9 ช่องถูกตัดออกไปเนื่องจากขนาดเล็กเกินไป และด้วยเวลาเพียง 4 นาทีไม่สามารถทำให้เกิดการรั่วไหลที่มากพอจนเกิดการระเบิดที่รุนแรงได้ 2 ช่องถูกตัดออกไปเพราะเป็นส่วนของ "Sour gas" (แก๊สที่มาจาก pyrolysis furnace จะมีสารประกอบกำมะปนอยู่ ดังนั้นแก๊สนี้จะมีกลิ่นไม่พึงประสงค์ แต่เนื่องจากโอเปอร์เรเตอร์รายงานว่าแก๊สที่รั่วออกมานั้นมีกลิ่น "Sweet" จึงแสดงว่าจุดรั่วไหลนั้นต้องอยู่ทางด้าน downstream ของระบบกำจัดแก๊สกรด (Acid gas removal system)) และอีก 8 ช่องถูกตัดออกเพราะนั้นหันไปในทิศทางที่ไม่ใช่ทิศทางที่พยานผู้เห็นเหตุการณ์เห็น ดังนั้นขณะนี้จึงเหลือตัวเลือกเพียงแค่ 5

จาก 5 ช่องทางที่เหลือ ผลการตรวจสอบเนื้อโลหะพบว่า 4 ช่องทางนั้นเป็นความเสียหายที่เกิดจากการโดนไฟคลอก (คือเกิดหลังจากการระเบิดและเพลิงลุกไหม้) ดังนั้นจึงเหลือเพียงแค่ตัวเลือกเดียวคือ รูที่ตัว swing check valve ขนาด 36 นิ้วที่อยู่ระหว่างระบบกำจัดแก๊สกรดและ suction drum ของขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 ซึ่งปรกติรูนี้มีไว้สำหรับสอดเพลาที่มี counterweight และ air piston ติดตั้งอยู่ด้านนอก โดยด้านในนั้นจะสอดเข้ากับหูร้อย (ear) ของตัว valve disk โดยตัวเพลาและตัว valve disk จะถูกยึดเข้าด้วยการด้วยการใช้ลิ่มหรือสลัก (key) และ dowel pin

โครงสร้างของ swing check valve ตัวดังกล่าวแสดงในรูปที่ ๘ ตัว valve disk จะมีส่วนที่เป็นหูร้อยไว้สำหรับสอดเพลาที่ทำหน้าที่เป็นแกนหมุน โดยตัวเพลานี้แยกเป็น 2 ส่วน ส่วนที่อยู่ทางด้านซ้ายที่ในรูปเรียกว่า shaft นั้น เป็นส่วนที่ไม่ได้โผล่ยื่นออกมาข้างนอก ในขณะที่ส่วนที่อยู่ทางด้านขวาที่ในรูปเรียกว่า drive shaft นั้นจะโผล่ยื่นออกมาทางด้านนอก ทั้งตัว shaft และ drive shaft ถูกยึดเข้ากับหูร้อยของ valve disk ด้วยการเจาะรูในแนวรัศมี และสอด dowel pin เพื่อป้องกันไม่ให้มีการเคลื่อนตัวในแนวแกนยาวของเพลา (คือกันไม่ให้เพลาหลุดออกจากหูร้อย) แต่ตัว drive shaft นั้นจะมีการเซาะร่องที่ตัวเพลา (ที่เรียกว่า key seat) และที่ตัวหูร้อย (ที่เรียกว่า key way) เพื่อไว้สอดสลัก (key) (ดูรูปที่ ๖ ในตอนที่ ๑) รูปที่ลำตัววาล์วที่มีเพลาสอดอยู่นั้นต้องมีการใส่ปะเก็น (packing) เพื่อป้องกันแก๊สรั่ว แต่ยังต้องให้ตัวเพลาหมุนได้อย่างอิสระ

รูปที่ ๘ ภาพตัดขวางของวาล์วกันการไหลย้อนกลับตัวที่ทำให้เกิดการรั่วไหล

ทีนี้มาลองดูภาพตัดแนวขวางตรงส่วนหูร้อยและเพลา จะเห็นว่ามีชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อระหว่างหูร้อยของ valve disk กับตัวเพลาอยู่ 2 ชิ้นด้วยกัน ดังนั้นเมื่อ valve disk มีการหมุนตัว การหมุนของ valve disk ก็จะไปดันตัว key หรือ dowel pin ส่วนที่ว่ามันจะไปดันตัวไหนก็ขึ้นอยู่กับว่าช่องว่างระหว่าง key กับ valve disk และ dowel pin กับ valve disk นั้น ช่องว่างไหนกว้างกว่ากัน จุดไหนมีช่องว่างที่แคบกว่าก็จะถูกดันก่อนและเป็นฝ่ายรับแรงเอาไว้ทั้งหมด โดยหลักแล้วเนื่องจากตัว key มีขนาดใหญ่และมีวัตถุประสงค์เพื่อส่งผ่านการหมุนของ valve disk ให้กลับเพลา (เพื่อให้เพลาหมุนตาม) ในขณะที่ตัว dowel pin นั้นมีวัตถุประสงค์เพียงแค่เพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวในแนวแกนของเพลาเท่านั้น (ไม่ได้ออกแบบมาให้รับแรงเฉือนที่เกิดจากน้ำหนัก valve disk กด) ดังนั้นตัว key ควรจะมีขนาดที่พอดีกับช่อง key way และ key seat ส่วนช่องว่างระหว่าง dowel pin กับ valve disk นั้นควรที่จะมีขนาดที่ใหญ่กว่า

จากหลักฐานที่พบในที่เกิดเหตุที่พบตัว key นั้นตกค้างอยู่ในตัววาล์ว และส่วนหนึ่งของ dowel pin หักคาอยู่ที่ส่วนหูร้อยของ valve disk ในขณะที่ตัว driving shaft นั้นกระเด็นหลุดออกมาจากตัววาล์วนั้น ทีมสวนสวนพบว่าขนาดของ key นั้นเล็กกว่าช่อง key way และ key seat อยู่อย่างมีนัยสำคัญ คือเอา feeler gauge สอดได้สบาย (feeler gauge มีลักษณะเป็นแผ่นโลหะบางที่มีความหนาที่แน่นอน ใช้สำหรับวัดระยะหว่างระหว่างช่องว่าง ระยะห่างระหว่างช่องว่างจะอยู่ระหว่างชนาดของแผ่นโลหะที่หนาที่สุดที่สอดเข้าช่องนั้นได้ และขนาดของแผ่นโลหะที่บางที่สุดที่สอดเข้าช่องนั้นไม่ได้) ในขณะที่ dowel pin นั้นสวมพอดีเข้ากับขนาดรู

ดังนั้นเมื่อ valve disk มีการหมุนตัว sowel pin (ที่มีขนาดเล็กว่า key มาก) จึงรับแรงกระทำจาก valve disk เอาไว้ทั้งหมด และเป็นตัวส่งผ่านแรงนี้ไปยัง drive shaft แทนที่จะเป็นตัว key และเมื่อรับไม่ไหวตัว dowel pin ก็เลยขาด ประกอบกับการที่การประกอบตัว key นั้นค่อนข้างจะหลวม ทำให้เมื่อตัว drive shaft ถูกแรงดันภายในให้เคลื่อนตัวออกมาด้านนอก ตัว key ก็เลยหลุดออกจากร่องได้ง่าย drive shaft ทั้งชิ้นก็เลยหลุดออกมา ทำให้เกิดรูรั่วไหล (รูปที่ ๑๐)

รูปที่ ๙ Key ควรทำหน้าที่ส่งผ่านโมเมนต์การหมุนของ valve disk ไปยังเพลาที่ต่อเข้ากับ counterweight และ air piston ที่อยู่ภายนอก เพื่อให้เพลานั้นหมุนตามการหมุนตัวของ valve disk ในขณะที่ dowel pin ควรทำหน้าที่เพียงแค่ป้องกันไม่ให้ตัวเพลามีการเคลื่อนที่ตามแนวแกนเมื่อเทียบกับตัว valve disk (ไม่ให้เพลาหลุดออกจากตัววาล์ว)

รูปที่ ๑๐ วงกลมสีเหลืองในรูปบนคือรูที่ตัวเพลานั้นหลุดออกมาจากตัววาล์ว ส่วนแนวเส้นสีเหลืองในรูปล่างคือแนวแกนหมุนของ valve disk (ตัวเพลาไม่ได้ยาวตลอดแนว แต่แยกเป็นสองส่วนทางด้านซ้ายและขวา (รูปที่ ๘)

ตัว packing นั้นมันไม่ได้บีบรัดตัวเพลา มันทำหน้าที่เพียงแค่ป้องกันการรั่วไหลของแก๊สจากภายในสู่ภายนอกโดยที่ยังยอมให้เพลาหมุนได้อย่างอิสระ (พูดง่าย ๆ คือผิวสัมผัสระหว่าง packing กับเพลาควรต้องมีความลื่น ดังนั้นเมื่อ dowel pin ขาดและ key หลุดออกจากร่อง แรงดัน (ความดันภายในตัววาล์วคูณกับพื้นที่หน้าตัดเพลา) ก็เลยดันให้ตัวเพลาลื่นหลุดออกมาได้ง่าย

- เป็นเพียงแค่การซ่อมบำรุง ไม่ถือว่าเป็นอุบัติเหตุ ก็เลยไม่มีการสอบสวนหาสาเหตุ

จากการตรวจสอบประวัติการซ่อมบำรุงของทีมสอบสวน ก็ทำให้ได้พบข้อมูลที่น่าตกใจ กล่าวคือเหตุการณ์ทำนองเดียวกันนี้เคยเกิดขึ้นมาก่อนหน้านี้แล้ว ๔ ครั้ง กับ check valve แบบเดียวกัน เพียงแต่ไม่มีการรั่วไหลออกมาจนเกิดเพลิงไหม้ ความเสียหายที่เกิดขึ้นจึงถูกบันทึกว่าเป็นการซ่อมบำรุง โดยไม่มีการสอบสวนหาสาเหตุว่ามันเกิดได้อย่างไร

สองเหตุการณ์เกิดขึ้นที่ Shell facility ที่เมือง Norco ในปีพ.ศ. ๒๕๒๓ และ ๒๕๓๗ (ค.ศ. ๑๙๘๐ และ ๑๙๙๔) ในทั้งสองเหตุการณ์นั้นตัว disk หลุดออกมาจาก drive shaft แต่ตัว drive shaft ไม่ถูกดันจนหลุดออกมาจากตัววาล์ว เพียงแค่เคลื่อนตัวออกมาจนโอเปอร์เรเตอร์สังเกตเห็นได้ ทั้งนี้อาจเป็นเพราะว่าไม่ได้ใช้งานกับระบบความดันสูง โดยเหตุการณ์ในปี ๒๕๒๓ นั้นอาจเป็นไปได้ว่าไม่ได้มีการติดตั้ง dovel pin จากผู้ผลิตมาตั้งแต่ต้น ส่วนเหตุการณ์ในปี ๒๕๓๗ นั้นตัว dowel pin รับแรงเฉือนจนขาด

เหตุการณ์ในปีพ.ศ. ๒๕๓๔ (ค.ศ. ๑๙๙๑) เกิดขึ้นที่ระบบคอมเพรสเซอร์ของโรงงานที่เกิดเหตุนี้ โดยในระหว่างที่คอมเพรสเซอร์เกิดการ surge นั้น โอเปอร์เรเตอร์สังเกตุพบว่าวาล์วกันการไหลย้อนกลับที่อยู่ทางด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดที่ 3 (ซึ่งก็คือด้านขาออกของขั้นตอนการอัดที่ 2) มีการปิดกระแทกอย่างรุนแรงทุก ๆ 10-15 วินาที และท่อที่มีการสั่นทุก ๆ ครั้งที่วาล์วมีการปิดกระแทก นอกจากนี้จากการสังเกตโดยละเอียดพบว่ามีการรั่วไหลของแก๊สออกมาทางรูที่สอด drive shaft และตัว drive shaft มีการเคลื่อนตัวออกมาเล็กน้อย และยังตรวจพบการรั่วของแก๊สที่วาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาออกของขั้นตอนการอัดที่ 4 และ 5 และเมื่อทำการหยุดเดินเครื่องเพื่อตรวจสอบก็พบว่า dowel pin ทั้งสองตัวของวาล์วกันการไหลย้อนกลับที่อยู่ทางด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดที่ 3 นั้นขาดและตัว key นั้นหายไป จึงได้ทำการเปลี่ยนชิ้นส่วน dowel pin และติดตั้ง key ใหม่ ส่วนวาล์วอีกสองตัวที่ตรวจพบการรั่วไหลนั้นก็ต้องทำการเปลี่ยน packing ซึ่งในการนี้ต้องมีการถอด dowel pin ออก และไม่พบว่าเกิดความเสียหายใด ๆ จึงได้ใช้ตัวเดิมใส่กลับเข้าไป

ส่วนวาล์วตัวที่เกิดเรื่องในเหตุการณ์นี้ ในช่วงเวลานั้นไม่ได้แสดงปัญหาใด ๆ จึงไม่ได้รับการตรวจสอบ และหลังจากการซ่อมบำรุงครั้งนี้ ก็ไม่ได้มีบันทึกการตรวจสอบหรือซ่อมบำรุงใด ๆ กับวาล์วกันการไหลย้อนกลับของหน่วยนี้อีก

เดือนธันวาคมปีพ.ศ. ๒๕๓๔ (ค.ศ. ๑๙๙๑) เกิดการรั่วไหลของโพรเพนที่หน่วยทำความเย็นด้วยโพรเพนของโรงงานแห่งหนึ่งในประเทศซาอุดิอาระเบีย (ที่ Shell เข้าไปเป็นเจ้าของร่วมด้วย ในเหตุการณ์นี้หลังจากวาล์วกันการไหลย้อนกลับ(แบบเดียวกัน) มีการเปิด-ปิดอย่างรุนแรงซ้ำไปมา ผลก็คือ drive shaft นั้นถูกดันให้เคลื่อนตัวออกจากตัววาล์ว แต่โชคดีที่ด้านข้างของวาล์วนั้นมีท่อไอน้ำอยู่ จึงทำให้ตัว drive shaft ทั้งชุดไม่หลุดออกมาจากตัวเพลา โดยยังมีส่วนปลายค้างอยู่ในรูประมาณ 70 มิลลิเมตร แต่ถึงกระนั้นก็ทำให้มีแก๊สโพรเพนรั่วไหลออกมา โชคดีที่สองของเหตุการณ์นี้คือไม่มีการระเบิดเกิดขึ้น

จากการตรวจสอบตัววาล์วพบว่า dowel pin นั้นฉีกขาด และตัว key นั้นหลุดออกจาก key way ซึ่งเป็นปรากฏการณ์แบบเดียวกับที่เกิดขึ้นในการระเบิดนี้

เมื่ออุปกรณ์มีความเสียหายที่ไม่ได้เกิดจากการเสื่อมสภาพตามการใช้งานเกิดขึ้น การทำเพียงแค่การซ่อมมันให้กลับมาทำหน้าที่ได้เหมือนเดิมโดยไม่มีการพิจารณาว่าทำไมจึงเกิดความเสียหายนั้น ไม่ได้ช่วยรับรองว่าความเสียหายแบบเดียวกันจะเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ตัวเดิมนี้ หรืออุปกรณ์แบบเดียวกันนี้ที่ใช้ที่อื่น การพิจารณาว่าอะไรจะเกิดขึ้นตามมาได้ถ้าตรวจไม่พบความเสียหายนั้นจึงไม่ได้รับการพิจารณา (อย่างเช่นในกรณีนี้คืออะไรจะเกิดขึ้นถ้า drive shaft หลุดออกมาจากตัววาล์ว) จึงเป็นเรื่องสำคัญที่ควรได้รับการพิจารณา นอกจากนี้เหตุการณ์นี้ยังแสดงให้เห็นถึงการส่งผ่านประสบการณ์ให้กับผู้อื่น จะเห็นว่าจากเหตุการณ์แรกที่มีบันทึกไว้จนกระทั่งเกิดเหตุการณ์แบบเดียวกันที่ทำให้เกิดความเสียหายขนาดใหญ่นั้น ห่างกันถึง ๑๗ ปี หรือแม้แต่เหตุการณ์แบบเดียวกันที่เกิดขึ้นที่เดียวกันในเวลาห่างกันเพียงแค่ ๖ ปี ก็ยังถูกลืมเลือน

UVCE case 7 Shell Olefin Plant 2540 (1997) ตอนที่ ๑ MO Memoir : Sunday 20 December 2563

ตอนสายของวันอาทิตย์ที่ ๒๒ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๔๐ (ค.ศ. ๑๙๙๗) เวลาประมาณ ๑๐ โมงเศษ ได้เกิดการรั่วไหลของแก๊สก่อนที่จะเกิดการระเบิดตามมาในอีกไม่กี่นาที ณ โรงงานผลิตโอเลฟินส์ของบริษัท Shell ในมลรัฐเท็กซัส ประเทศสหรัฐอเมริกา อุบัติเหตุครั้งนี้แม้ว่าจะไม่มีผู้เสียชีวิตแต่ก็มีหลายประเด็นที่น่าสนใจ เช่นสาเหตุที่ทำให้เกิดการรั่วไหลนั้นต้นตอมาจากความเสียหายของชิ้นส่วนเล็ก ๆ ชิ้นส่วนหนึ่ง และความเสียหายดังกล่าวก็ไม่ได้เกิดขึ้นครั้งแรก แต่เคยได้เกิดขึ้นก่อนหน้านี้หลายครั้งแม้ว่าจะเกิดที่โรงงานอื่นแต่ก็เป็นของเครือบริษัทเดียวกัน ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นว่าข้อมูลอุบัติเหตุที่เกิดก่อนหน้านั้นไม่ได้มีการเผยแพร่ให้รับทราบกันอย่างทั่วถึง และมีการประเมินผลกระทบที่ตามมาต่ำเกินไป อาจเป็นเพราะว่าเหตุที่เกิดก่อนหน้านี้มีการตรวจพบก่อนที่จะเกิดความเสียหายรุนแรงตามมา

เรื่องที่นำมาเล่านี้นำมาจาก EPA/OSHA Joint Chemical Accident Investigation Report : Shell Chemical Company, Deer Park, Texas เผยแพร่เมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. ๒๕๔๑ (ค.ศ. ๑๙๙๘) ที่เป็นรายงานการสอบสวนที่เกิดขึ้นที่ Olefin Plant Number III (OP-III) แต่ก่อนอื่นจะขอปูพื้นฐานกระบวนการผลิตเอทิลีน โดยจะเน้นเฉพาะส่วนเพิ่มความดันให้กับแก๊ส ซึ่งเป็นจุดต้นตอของการรั่วไหลในเหตุการณ์นี้ แต่สำหรับผู้ที่สนใจสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ในบทความเรื่อง

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๙ Charge gas compression ภาค ๑" (Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๗ วันอาทิตย์ที่ ๒๙ พฤษภาคม ๒๕๕๙)

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๐ Charge gas compression ภาค ๒" (Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๘ วันพฤหัสบดีที่ ๒ มิถุนายน ๒๕๕๙) และ

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๑ Charge gas compression ภาค ๓" (Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๘๑ วันพุธที่ ๘ มิถุนายน ๒๕๕๙)

ในการผลิตเอทิลีน (Ethylene C₂H₄ หรือ Ethene) นั้นจะนำไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่มาให้ความร้อนใน Pyrolysis furnace จนไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่นั้นแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงจนกลายเป็นเอทิลีนร่วมกับโอเลฟินส์ตัวอื่น เช่นโพรพิลีน (Propylene C₃H₆ หรือ Propene) เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดี ความดันการเกิดปฏิกิริยาจึงไม่สูงมาก (มากกว่าความดันบรรยากาศไม่มาก ทั้งนี้เพราะในปฏิกิริยานี้จำนวนโมลของผลิตภัณฑ์เพิ่มสูงกว่าสารตั้งต้น) การผลิตในส่วนนี้เป็นส่วนที่ใช้อุณหภูมิสูง (Hot side) ก็เรียกว่าตั้งแต่ระดับประมาณอุณหภูมิห้องไปจนถึงเกือบ 1000ºC (ขึ้นกับชนิดไฮโดรคาร์บอนที่ใช้เป็นสารตั้งต้น)

แก๊สผลิตภัณฑ์ร้อนที่ออกมาจาก Pyrolysis furnace นั้นจะถูกลดอุณหภูมิให้ต่ำลง (โดยใช้การดึงเอาความร้อนกลับไปใช้ประโยชน์) ก่อนจะเข้าสู่ขั้นตอนการอัดเพิ่มความดัน การอัดเพิ่มความดันนี้ก็เพื่อทำให้สามารถทำให้แก๊สเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิที่ไม่ต่ำเกินไป และให้มีความดันมากพอที่แก๊สจะไหลผ่านระบบกลั่นแยกต่าง ๆ ไปจนถึงปลายทางสายการผลิต การผลิตส่วนนี้เป็นส่วนที่ใช้อุณหภูมิต่ำ ก็เรียกว่าประมาณอุณหภูมิห้องไปจนต่ำสุดก็ประมาณระดับ -100ºC

เพื่อที่จะรักษาประสิทธิภาพการอัดแก๊สและป้องกันไม่ให้เอทิลีนเกิดปฏิกิริยาถ้าอุณหภูมิแก๊สสูงเกินไป การอัดแก๊สให้ได้ระดับความดันที่ต้องการจึงต้องค่อย ๆ เพิ่มความดันทีละขั้น อย่างเช่นในโรงงานที่เกิดเหตุนี้ใช้การอัด 5 ขั้นตอนด้วยกัน โดยในระหว่างแต่ละขั้นตอนการอัดนั้นจะมีการแยกเอาส่วนที่เป็นของเหลวที่ควบแน่นออกมาเมื่อลดอุณหภูมิแก๊สความดันสูงที่ออกมาจากขั้นตอนการอัดแต่ละขั้น รูปที่ ๑ เป็นแผนผังของโรงงานที่เกิดเหตุ ส่วนรูปที่ ๒ เป็นแผนผังของหน่วยเพิ่มความดัน

รูปที่ ๑ แผนผังหน่วยการผลิตที่เกิดเหตุ ส่วนด้านทิศใต้เป็นส่วนที่เรียกว่า "Hot side" คือเป็นด้านที่รับวัตถุดิบ (ไฮโดรคาร์บอน) เข้ามา ให้ความร้อนใน Pyrolysis furnace เพื่อให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่แตกตัวเป็นเอทิลีน หน่วยนี้จะทำงานที่ความดันต่ำ (สูงกว่าบรรยากาศไม่มาก) จากนั้นแก๊สที่ออกจาก Pyrolysis furnace จะเข้าสู่หน่วยเพิ่มความดัน (Process gas compressor) ที่อยู่ทางด้านทิศเหนือ (เรียกว่า "Cold side") เพื่อเพิ่มความดันแก๊สให้สูงขึ้นก่อนส่งต่อเข้าระบบทำความเย็น และการกลั่นแยกต่อไป

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการอัดแก๊สที่มีการอัดเพิ่มความดัน 5 ขั้นตอนด้วยกัน

กระบวนการอัดแก๊สของโรงงานนี้เป็นกระบวนการอัด 5 ขั้นตอน (รูปที่ ๒) ใช้กังหันไอน้ำ (Steam turbine) ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ 5 ตัวที่ต่อร่วมแกนกัน การผลิตเอทิลีนนั้นเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานความร้อนสูง และเมื่อได้ผลิตภัณฑ์แล้วก็ต้องลดอุณหภูมิให้ต่ำลงก่อนทำการกลั่นแยก การลดอุณหภูมินี้ก็มีทั้งการนำความร้อนนั้นไปผลิตไอน้ำความดันสูงและถ่ายเทให้กับสายอื่นที่ต้องการอุ่นให้ร้อนขึ้น ส่วนหนึ่งของไอน้ำความดันสูงที่ได้มาก็นำมาใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องอัดแก๊ส (จะได้ลดการพึ่งพาพลังงานไฟฟ้าไปด้วยในตัว)

แก๊สที่ผ่านการอัดแต่ละขั้นตอนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งต้องลดให้ต่ำลงก่อนที่จะเข้าสู่ขั้นตอนถัดไป (ในรูปที่ ๒ ไม่ได้เขียนส่วนที่เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเอาไว้) แก๊สร้อนที่มีความดันสูงขึ้นเมื่อทำให้เย็นลงก็จะมีไฮโดรคาร์บอนหนักบางส่วนควบแน่นออกมา ซึ่งต้องแยกออกจากแก๊สก่อนที่จะเข้าสู่ขั้นตอนอัดถัดไปโดยใช้ Liquid knock-out drum

อุปกรณ์สำคัญอีกตัวหนึ่งที่ต้องติดตั้งไว้ทางท่อด้านขาออกของปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ก็คือวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non-return valve) ทั้งนี้เพราะด้านขาออกมีความดันสูงกว่าด้านขาเข้า ถ้าหากปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดทำงาน (ไม่ว่าจะเป็นด้วยการกดปุ่มหยุดหรือไฟฟ้าดับก็ตาม) ของไหลความดันสูงทางด้านขาออกก็จะไหลย้อนกลับเข้าสู่ตัวปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ได้ และสามารถทำให้อุปกรณ์หมุนกลับทิศทาง ซึ่งถ้าหมุนด้วยความเร็วรอบสูงเกินไปก็จะเกิดความเสียหายต่อตัวอุปกรณ์ได้ หรืออาจทำให้ระบบท่อและ/หรืออุปกรณ์ด้านขาเข้าที่ไม่ได้ออกแบบไว้รองรับความดันที่สูงเกินนั้นเกิดความเสียหายได้

รูปที่ ๓ เหตุการณ์ในขณะเริ่มต้นเดินเครื่องเครื่องคอมเพรสเซอร์ใหม่หลังไฟฟ้าดับ

ทีนี้เราลองกลับมาดูเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่โรงโอเลฟินส์ดังกล่าว เริ่มจากการที่เกิดเหตุไฟฟ้าดับเมื่อเวลาประมาณ ๐๒.๑๕ น อันเป็นผลจากหม้อแปลงไฟฟ้าระเบิดจากพายุฝนฟ้าคะนอง ในช่วงเวลาดังกล่าวระบบไฟฟ้าสำรองได้ทำงานเพื่อจ่ายไฟให้กับระบบที่สำคัญบางส่วน ในช่วงเวลานี้ยังมี pyrolysis furnace บางตัวทำงานอยู่ ซึ่งจำเป็นต้องให้มีแก๊สไหลผ่านเพื่อรับความร้อน แต่เนื่องจากคอมเพรสเซอร์ที่จะดูดเอาแก๊สนั้นส่งต่อไปยังหน่วยกลั่นแยกไม่ทำงาน จึงต้องระบายแก๊สออกไปเผาทิ้งที่ระบบ flare ซึ่งถือว่าเป็นการสูญเสียและก่อให้เกิดควันดำมาก (เพราะหม้อไอน้ำที่ผลิตไอน้ำเพื่อไปเจือจางการเผาไหม้ที่ปากปล่อง flare หยุดทำงาน) ดังนั้นโอเปอร์เรเตอร์จึงได้ตัดสินใจที่จะเริ่มเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์ใหม่อีกครั้งเพื่อลดการสูญเสียและปัญหาการเกิดควันดำ เนื่องจากคอมเพรสเซอร์ขับเคลื่อนด้วยการใช้กังหันไอน้ำ ดังนั้นการเริ่มเดินเครื่องจึงเริ่มด้วย "Slow roll" หรือค่อย ๆ หมุนอย่างช้า ๆ ก่อน (รูปที่ ๓)

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับพวก Induction motor ที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายที่สุดจะหมุนด้วยความเร็วรอบคงที่ที่ขึ้นอยู่กับความถี่กระแสไฟฟ้า ในช่วงที่มอเตอร์เริ่มหมุนนั้นกระแสจะไหลเข้าขดลวดสูงมาก แต่เมื่อหมุนจนได้ความเร็วรอบแล้วกระแสจะลดต่ำลงมาก ดังนั้นอุปกรณ์ที่ใช้มอเตอร์พวกนี้ขับเคลื่อน ตอนเริ่มเดินเครื่องจึงต้องทำให้มอเตอร์หมุนจนถึงความเร็วรอบให้เร็วที่สุด และให้มี load ตอนเริ่มเดินเครื่องต่ำสุด เพื่อไม่ให้กระแสตอนเริ่มเดินเครื่องนั้นสูงมากเกินไป

ด้วยเหตุนี้ในกรณีของปั๊มหอยโข่ง เวลาเริ่มเดินเครื่องจึงมักจะปิดวาล์วด้านขาออกของปั๊มหรือเปิด minimum flow line เอาไว้ เพื่อให้มอเตอร์มี load ต่ำสุดซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่ออัตราการของของเหลวเป็นศูนย์ ในกรณีของคอมเพรสเซอร์ที่ถ้าเป็นการอัดอากาศธรรมดา ก็จะใช้การเปิดท่อทางออกสู่บรรยากาศเพื่อให้มอเตอร์มี load ต่ำสุดเช่นกัน เพราะเป็นการดูดอากาศที่ความดันบรรยากาศและปล่อยออกไปที่ความดันบรรยากาศเช่นเดิม

แต่ถ้าเป็นการขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำจะแตกต่างออกไป เพราะไอน้ำจะทำให้ตัวกังหันไอน้ำร้อนขึ้น และเมื่อโลหะร้อนก็จะมีการขยายตัว ดังนั้นเพื่อป้องกันความเสียหายที่เกิดขึ้นจากชิ้นส่วนโลหะแต่ละชิ้นส่วนขยายตัวแตกต่างกัน จึงจำเป็นที่ต้องให้อุปกรณ์ค่อย ๆ ร้อนขึ้นอย่างช้า ๆ (ทำนองเดียวกับการเปิดไอน้ำเข้าระบบท่อที่เย็น ที่ต้องค่อย ๆ เปิดเพื่ออุ่นท่อให้ร้อนและลดการเกิด water hammer เนื่องจากไอน้ำควบแน่นในปริมาณมากในระบบท่อที่เย็น) ขั้นตอนนี้คือขั้นตอน "Slow roll" ที่เขียนไว้ในรูปที่ ๓ ซึ่งขั้นตอนทั้งหมดจะกินเวลาอย่างน้อย 2 ถึง 4 ชั่วโมง

พวก rotating machinery หรือเครื่องจักรกลที่มีชิ้นส่วนที่หมุนจะมีช่วงความเร็วเชิงมุมของการหมุนช่วงหนึ่งที่เรียกว่า "critical speed" (รูปที่ ๔) ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นจะมีการสั่นด้วยความถี่ธรรมชาติที่ค่า ๆ หนึ่ง และเมื่อใดก็ตามที่ความเร็วเชิงมุมนี้สอดคล้องกับความถี่การสั่นตามธรรมชาติ ก็จะทำชิ้นส่วนนั้นเกิดการสั่นที่รุนแรงขึ้น ถ้าความเร็วรอบการหมุนอยู่นอกช่วงนี้ (ไม่ว่าจะเป็นช้ากว่าหรือเร็วกว่า) การสั่นก็จะลดลง ในกรณีของอุปกรณ์ที่สามารถเพิ่มความเร็วรอบการหมุนได้เร็ว ช่วงเวลาที่ชิ้นส่วนมีความเร็วรอบในช่วง critical speed ก็จะสั้น แต่ถ้าเป็นกรณีของอุปกรณ์ที่ต้องเพิ่มความเร็วรอบการหมุนอย่างช้า ๆ เช่นกรณีของกังหันแก๊สในที่นี้ ช่วงเวลาที่ความเร็วรอบการหมุนอยู่ในช่วง critical speed ก็จะนานมากขึ้น ด้วยเหตุนี้เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับตัวอุปกรณ์ จึงได้มีการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดการสั่นสะเทือน (vibration sensor) ที่จะหยุดการทำงานของอุปกรณ์ถ้าตรวจพบการสั่นที่สูงมากเกินไป

และในระหว่างการเริ่มต้นเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์นี้ vibration sensor ก็ได้ตรวจพบการสั่นสะเทือนที่มากเกินไป จึงได้ทำการหยุดการทำงานของคอมเพรสเซอร์ เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นหลายครั้ง แต่เนื่องจากโอเปอร์เรเตอร์เข้าใจว่าสาเหตุเกิดจากการเร่งความเร็วรอบผ่าน critical speed ที่ช้าเกินไป จึงได้ทำการ reset สัญญาณและเริ่มต้นเดินเครื่องใหม่

อนึ่งในรายงานการสอบสวนบันทึกไว้ว่า โอเปอร์เรเตอร์ที่ทำหน้าที่เดินเครื่องคอมเพรสเซอร์นั้นได้ข้ามขั้นตอนหนึ่งไปก็คือการระบายของเหลวที่ควบแน่นออกจากระบบ เพราะถ้ามีของเหลวเหล่านี้สะสมมากเกินไป มันจะสามารถหลุดรอดเข้าไปในตัวกังหันไอน้ำและคอมเพรสเซอร์ได้ ซึ่งจะนำไปสู่การสั่นอย่างรุนแรง ค่าการสั่นปรกติจะอยู่ที่ 0.2 mil แต่ตรวจวัดการสั่นได้ถึง 1.0 mil

หน่วย "mil" ในที่นี้คือ 1 ใน 1000 นิ้วนะ ไม่ใช่มิลลิเมตรที่เขียนย่อว่า mm

รูปที่ ๔ ช่วงความเร็ววิกฤตหรือ Critical speed ของ rotating machinery

เมื่อปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดทำงานนั้น ของไหลทางด้านความดันสูงจะไหลย้อนกลับ การไหลย้อนกลับนี้จะทำให้วาล์วกันการไหลย้อนกลับปิดตัว ในกรณีของวาล์วกันการไหลย้อนกลับแบบ swing check valve นั้น ตัว valve disc จะปิดตัวเร็วแค่ไหนก็ขึ้นอยู่กับความดันด้านขาเข้าว่าลดลงเร็วแค่ไหน ถ้าของไหลเป็นแก๊ส ความเร็วในการปิดก็จะเร็วกว่ากรณีที่ของไหลเป็นของเหลว (แบบเดียวกับที่เราเห็นการเติมของเหลวเข้าไปใน pressure gauge เพื่อหน่วงการสั่นของอุปกรณ์เวลาที่ใช้กับระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างรวดเร็ว) และในส่วนของคอมเพรสเซอร์นั้นยังมีเรื่องการเกิด surging เข้ามาเกี่ยวข้องอีก (อ่านเพิ่มเติมได้ในเรื่อง "Centrifugal compressor กับการเกิด Surge และการป้องกัน" Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๗๘ วันเสาร์ที่ ๑๖ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๖)

รูปที่ ๕ ตัวอย่างรูปร่างหน้าตาของ Pneumatically-assisted swing check valve ที่มีกระบอกสูบลมช่วยในการดึงให้วาล์วอยู่ในตำแหน่งปิดสนิท/ป้องกันการกระแทกของ valve disc ในขณะปิด ตัวกระบอกสูบลมนี้จะมีวาล์วปรับแต่งการปิดว่าจะให้ปิดช้าหรือเร็วแค่ไหน ส่วน counterweight หรือน้ำหนักถ่วงนั้นถ้าติดตั้งอยู่ทางฝั่งเดียวกับ valve disc ก็จะช่วยให้วาล์วเคลื่อนตัวเพื่อปิดได้ง่ายขึ้น แต่ก็จะทำให้ต้องใช้แรงดันมากขึ้นเพื่อดันให้วาล์วเปิด ในทางกลับกันถ้าน้ำหนักถ่วงนั้นอยู่คนละฟากของ valve disc ก็จะช่วยให้วาล์วเปิดได้ง่ายขึ้น แต่ก็จะปิดได้ยากขึ้น (รูปจาก https://www.made-in-china.com)

รูปที่ ๕ เป็นตัวอย่างหนึ่งของ swing check valve ที่มีอุปกรณ์ประกอบคือ Counter weight หรือน้ำหนักถ่วง และ Pneumatic cylinder หรือกระบอกสูบลม ตัวน้ำหนักถ่วงนี้ไม่เพียงแต่จะใช้ช่วยในการเปิดหรือปิดวาล์ว (ขึ้นอยู่กับว่าติดตั้งน้ำหนักถ่วงไว้ทางด้านไหน) แต่ยังช่วงแสดงให้เห็นด้วยว่าในขณะนั้นวาล์วเปิดหรือปิดอยู่ ส่วนตัวกระบอกสูบลมนั้นก็ทำหน้าที่ทั้งช่วยเพิ่มแรงต้านทานการเปิด (ลดปัญหาการเปิดปิดอย่างรวดเร็ว) และยังช่วงหน่วงการปิด (ไม่ให้ปิดกระแทกแรง) เพลา (shaft) ที่ติดตั้งน้ำหนักถ่วงนี้อาจเป็นเพลาตัวเดียวกับที่ติดตั้ง valve disc หรืออาจเป็นคนละตัวกัน

ตัว valve disc อยู่ข้างในตัววาล์วในขณะที่ counter weight อยู่ข้างนอก ดังนั้นเพื่อให้ counter weight หมุนไปตามการเคลื่อนตัวของ valve disc จึงจำเป็นที่ต้องให้การเคลื่อนตัวของ valve disc นั้นทำให้เพลาที่ใช้เป็นแกนหมุน หมุนตามไปด้วย ดังนั้นจำเป็นต้องมีการตรึงตัว valve disc และแขนติดตั้ง counter weight เข้ากับตัวเพลา วิธีการหนึ่งที่ใช้กันที่เหมาะสำหรับการส่งกำลังและสามารถรับแรงได้ดีคือการใช้ระบบ key, key seat/key way (รูปที่ ๖) โดยตัว key นั้นทำหน้าที่ส่งผ่านแรงการหมุนจากชิ้นส่วนหนึ่งไปยังอีกชิ้นส่วนหนึ่ง

รูปที่ ๖ ระบบ key, keyseat และ keyway ที่ใช้ส่งผ่านการหมุนระหว่างชิ้นส่วนสองชิ้นที่สวมเข้าด้วยกัน (ภาพจาก https://www.lovejoy-inc.com)

นอกจากนี้ตรงจุดที่เพลาโผล่ทะลุตัววาล์วออกมา ก็ต้องมีการป้องกันไม่ให้ของไหลข้างในรั่วไหลออกมาข้างนอกได้ โดยที่ยังต้องให้เพลานั้นหมุนได้โดยมีแรงเสียดทานน้อยที่สุด เทคนิคหนึ่งที่ใช้กันตรงนี้ก็คือการใช้ stuffing box (สำหรับผู้ที่ยังไม่รู้จัก stuffinb box ของให้อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๙ ฉบับที่ ๑๓๑๐ วันพฤหัสบดีที่ ๑๒ มกราคม ๒๕๖๐ เรื่อง "Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Auxiliary piping ของปั๊มหอยโข่ง")

สำหรับตอนที่ ๑ นี้ก็ถือว่าเป็นการแนะนำให้รู้จักกับตัวละครสำคัญที่เกี่ยวข้องในเหตุการณ์ก่อนก็แล้วกัน ส่วนที่ว่าแล้วมันเกิดอะไรขึ้นต่อก็ขอเอาไว้เล่าต่อในตอนที่ ๒

การติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ MO Memoir : Friday 4 January 2556

เรื่องวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non-return valve) เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๓๓ วันพุธที่ ๒๙ เมษายน ๒๕๕๒ เรื่อง "วาล์วและการเลือกใช้ (ตอนที่ 2)" เอาไว้ครั้งหนึ่งแล้ว บังเอิญได้สังเกตเห็นการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับของระบบปั๊มน้ำของ cooling tower สองตัวที่เลือกใช้วาล์วต่างชนิดกัน และติดตั้งในตำแหน่งท่อที่แตกต่างกัน ดูเผิน ๆ ตอนแรกมันก็เหมือนกับว่าไม่มีอะไร แต่พอพิจารณาให้ละเอียดก็พบว่ามันมีเรื่องน่าสนใจอยู่เหมือนกัน ก็เลยขอนำมาเล่าสู่กันฟัง

    
(cooling tower ในที่นี้หอระบายความร้อนจากน้ำ ด้วยการให้น้ำร้อนตกลงสู่แอ่งข้างล่างสวนทางกับอากาศที่ไหลขึ้นข้างบน น้ำร้อนจะระเหยกลายเป็นไอไปบางส่วน โดยส่วนที่ระเหยไปนั้นจะดึงเอาความร้อนออกจากน้ำไปด้วย ทำให้น้ำร้อนเย็นตัวลงกลายเป็นน้ำเย็น และสามารถนำไประบายความร้อนได้ใหม่ (เช่นจากระบบเครื่องปรับอากาศหรือเครื่องยนต์ที่ติดตั้งอยู่กับที่)

    
วาล์วกันการไหลย้อนกลับมีหลายแบบ แต่ที่จะกล่าวถึงใน Memoir นี้คือชนิด swing check valve (รูปที่ ๑) และ lift check valve (รูปที่ ๒) โดยปรกติในการทำงานของวาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้น การเปิดทางให้ของไหลไหลผ่านวาล์วได้นั้นจะอาศัยแรงดันของของไหลในทิศทางการไหลที่ถูกต้อง ส่วนการปิดกั้นการไหลนั้นจะอาศัยแรงดันของของไหลที่ไหลกลับทิศร่วมกับ "แรงโน้มถ่วงของโลก รูปที่ ๑ และ ๒ เป็นการทบทวนการทำงานของวาล์วทั้งสองแบบเอาไว้แล้ว

รูปที่ ๑ Swing check valve รูปซ้ายเป็นการไหลจากซ้ายไปขวา (รูปจาก http://www.spiraxsarco.com) ตัว disc จะเปิดตัวขึ้นตามลูกศรสีแดง (ไปอยู่ที่ตำแหน่งเส้นสีเขียว โดยไม่ขนานไปกับทิศทางการไหล) ถ้ามีการไหลย้อนกลับจากขวามาซ้าย แรงดันจากการไหล (ลูกศรสีน้ำเงิน) ก็จะดันให้ตัว disc ตกกลับมาอยู่ที่ตำแหน่งปิด วาล์วชนิดนี้ติดตั้งในแนวดิ่งได้ แต่ต้องเป็นการไหลจากล่างขึ้นบน (รูปขวา) การติตตั้งเข้ากับท่อในแนวราบก็ห้ามติดตั้งกลับหัวหรือวางเอียง เพราะจำเป็นต้องใช้แรงดึงดูดของโลกในการทำให้ตัว disc ปิดเวลาที่มีการไหลย้อนกลับ และที่บอกว่าตัว disc ต้องไม่เปิดจนขนานไปกับทิศทางการไหลก็เพราะถ้าตัว disc เปิดจนขนานกับทิศทางการไหลและนำไปติดตั้งในแนวดิ่ง เมื่อเกิดการไหลย้อนกลับจะไม่มีแรงดันให้ตัว disc ปิดตัวลงมา

รูปที่ ๒ Lift check valve (รูปจาก http://www.flosteer.com/checkvalves.htm) วาล์วตัวซ้ายเป็นชนิดไม่มีสปริงช่วยกด plug แรงต้านการเปิดจะต่ำ (ตามน้ำหนักของตัว plug) แต่ใช้ได้สำหรับการติดตั้งเข้ากับท่อในแนวราบเท่านั้น ห้ามกลับหัวหรือวางเอียงด้วย ตามรูปเมื่อมีของไหลไหลจากซ้ายไปขวา ของไหลนั้นจะดันตัว plug (หรือ disc) ให้ยกตัวขึ้น (ตามลูกศรสีแดง) และเปิดช่องให้ของไหลไหลผ่านไปได้ แต่ถ้าเป็นการไหลกลับทางจากขวามาซ้าย ตัว plug จะถูกของไหลร่วมกับแรงโน้มถ่วงของโลกกดให้ตัว plub ตกลงมาปิดรูการไหล ส่วนตัวขวาเป็นชนิดที่มีสปริงช่วยกด plug (ตามแรงสปริง) (รูปจากhttp://www.dalsonsvalves.com/lcv.htm) รูปแบบหลังนี้จะมีแรงต้านทานการเปิดที่สูงกว่าแบบแรก บางคนก็บอกว่าแบบที่มีสปริงช่วยนี้สามารถติดตั้งในท่อแนวดิ่งได้ แต่ตัวผมเองไม่มั่นใจว่าจะไว้วางใจได้สักเท่าใด

ที่นี้ลองมาดูตัวอย่างการติดตั้งที่ได้ไปถ่ายรูปมา รูปที่ ๓ เป็นการติดตั้ง swing check valve ทางท่อด้านขาออกของปั๊มในส่วนที่น้ำไหลจากล่างขึ้นบน จุดสังเกตที่ทำให้รู้ว่าวาล์วตัวนั้นเป็นชนิด swing check valve คือมันมีหัวนอตตัวเล็ก ๆ ที่ทำหน้าที่เป็นส่วนของแกนบานพับปรากฏให้เห็นข้างตัววาล์ว ระบบวาล์วตัวนี้ไม่มีปัญหาอะไร

ที่ทำให้ผมแปลกใจคือระบบ piping ของ cooling tower อีกตัวหนึ่ง พบว่ามีการติดตั้ง lift check valve อยู่ด้วยกันสามตัว ตัวแรกเป็นวาล์วด้านขาออกจาก cooling tower โดยปั๊มสูบน้ำเย็นที่อยู่ในอ่างที่อยู่ด้านล่างเพื่อส่งออกไปใช้เป็นน้ำระบายความร้อน (รูปที่ ๔ ด้านซ้ายบนและซ้ายล่าง) โดยในกรณีนี้เป็นการไหลจากล่างขึ้นบน (ตามลูกศรสีแดง) ซึ่งผมเองก็ไม่เข้าใจว่าทำไปถึงเลือกติดตั้งวาล์วชนิด lift check valve ในแนวดิ่ง ในกรณีนี้คิดว่าการใช้ swing check valve น่าจะดีกว่า

อีกสองตัว (รูปที่ ๔ ด้านขวาบนและขวาล่าง) เป็นตัวที่ทำให้ผมประหลาดใจ ตอนแรกคิดว่าเป็นการไหลจากล่างขึ้นบนเหมือนกับวาล์วตัวแรก แต่พอไล่ระบบท่อพบว่าเป็นการไหลจากบนลงล่าง โดยการไหลเมื่อผ่าน check valve ทั้งสองตัวแล้วจะรวมเป็นท่อเดียวกัน และไหลตรงลงสู่อ่างรับน้ำที่อยู่ด้านล่างของ cooling tower

ประเด็นคำถามของผมสำหรับวาล์วตัวนี้มีสองประเด็นคือ

(ก) การติดตั้ง lift check valve ในรูปแบบนี้ lift check valve จะทำงานป้องกันการไหลย้อนกลับได้หรือไม่ ซึ่งสำหรับคำถามข้อนี้เองผมเองก็คิดว่าไม่น่าจะไว้ใจได้ (ส่วน swing check valve ไม่ต้องพูดถึง มันทำงานแบบการไหลจากบนลงล่างไม่ได้) และ

(ข) จำเป็นต้องมีการติดตั้ง check valve ในระบบท่อส่วนนี้หรือไม่

คำถามข้อ (ข) อาจทำให้หลายคงงง ก็ในเมื่อน้ำไหลจากที่สูง (มาตามท่อสีส้มในรูปที่ ๔ ขวาล่างที่มีลูกศรสีแดงกำกับ) ตรงลงมายังถังรับน้ำที่อยู่ต่ำกว่า แล้วน้ำจะไหลย้อนกลับขึ้นไปยังที่สูงกว่าได้อย่างไร

รูปที่ ๓ ตัวอย่างการติดตั้ง swing check valve เข้ากับท่อด้านขาออกปั๊มซึ่งเป็นท่อในแนวดิ่ง ในกรณีนี้เป็นการไหลจากล่างขึ้นบน ที่วงแดงเอาไว้คือหัวนอตที่เป็นส่วนหนึ่งของแกนหมุนของ disc ทำให้บอกให้รู้ว่าเป็นชนิด swing check valve

คำตอบคือ เป็นไปได้ "โดยมีข้อแม้ว่า" ท่อที่อยู่อีกฟากหนึ่งของกำแพงนั้นมีส่วนที่มีระดับต่ำกว่าระดับน้ำในถังรับน้ำของ cooling tower และท่อส่วนดังกล่าวมีจุดให้น้ำรั่วไหลได้ (ดูรูปที่ ๕ ประกอบ) ซึ่งถ้าเกิดเหตุการณ์เช่นนี้เกิดขึ้นก็จะทำให้เกิดปรากฏการณ์ "กาลักน้ำ - siphon" ที่สามารถทำให้น้ำในถังรับน้ำของ cooling tower ไหลย้อนขึ้นที่สูงก่อนที่จะรั่วออก ณ ตำแหน่งที่อยู่ที่ระดับต่ำกว่าระดับผิวน้ำในถังรับน้ำได้

ถ้าไม่ต้องการให้เกิดปรากฏการณ์นี้ก็คงต้องทำการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ ตามรูปที่ ๕ นั้นบริเวณที่เหมาะสมได้แก่ตำแหน่งที่ 1 และตำแหน่งที่ 3 ที่สามารถติดตั้งได้ทั้งชนิด swing check valve และ lift check valve หรือตำแหน่งที่ 2 ที่ควรเป็นชนิด swing check valve หรือไม่ก็พวก ball check valve (ลองไปค้นรูปดูเอาเองก็แล้วกัน) ที่ติดตั้งได้ทั้งในแนวราบและในแนวดิ่งที่เป็นการไหลจากล่างขึ้นบน

รูปที่ ๔ วาล์วกันการไหลย้อนกลับชนิด lift check valve (แบบที่แสดงในรูปที่ ๒ แต่จะมีสปริงช่วยดันหรือเปล่าผมก็ไม่รู้) พึงสังเกตว่ารอบตัววาล์วนั้นจะไม่มีหัวนอตที่เป็นส่วนของแกนบานพับเหมือนชนิด swing check valve ที่แสดงในรูปที่ ๓ ให้เห็น ส่วนในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดงคือลูกศรบอกทิศทางการไหล ของปั๊มหอยโข่งในรูปซ้ายจะเป็นการไหลจากล่างขึ้นบน ส่วนของท่อในรูปขวาเป็นการไหลจากบนลงล่าง

ในระบบที่เป็นการไหลของน้ำด้วยแรงโน้มถ่วง (gravity flow) เช่นที่ใช้กันในระบบ water seal นั้นใช้วิธีการที่แตกต่างกันออกไปโดยไม่ต้องพึ่งการใช้วาล์วกันการไหลย้อนกลับ เรื่องนี้จะขอยกไปเป็นเรื่องต่างหาก คอยติดตามได้ในตอนหน้า (ซึ่งไม่รู้เหมือนกันว่าจะเป็นเมื่อไร)

รูปที่ ๕ ในกรณีนี้ drain valve อยู่ที่ระดับต่ำกว่าระดับผิวบนสุดของน้ำในถังรับน้ำ ดังนั้นถ้า drain valve เปิดออกจะทำให้น้ำระบายออกทางวาล์วตัวนี้ และน้ำในถังรับน้ำจะไหลย้อนขึ้นสูงก่อนที่จะไหลออกทาง drain valve ได้เนื่องจากเกิดปรากฏการณ์ "กาลักน้ำ - siphon"