หอกลั่นแยก H2 และ D2 MO Memoir : Tuesday 26 May 2569

ในบทความเรื่อง "การกลั่นแยก H₂ และ D₂" ที่เขียนลง blog ไปเมื่อวันเสาร์ที่ ๗ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๙ ที่ผ่านมานั้นได้กล่าวไว้ว่าหอกลั่นแยก H₂ และ D₂" ออกจากกันนั้นถูกจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual use item หรือ DUI) ในหมวด 1B228 ที่มีคุณลักษณะดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

ตามข้อกำหนด 1B228 นั้น ข้อ b. ที่กำหนดความดันทำงานในช่วง 0.1 MPa (1 bar) ถึง 10 MPa (10 bar) ซึ่งก็จัดว่าไม่ได้เป็นความดันที่สูงอะไร ส่วนข้อ d. ที่กำหนดว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในตั้งแต่ 30 cm ขึ้นไปและ "effective lengths" ตั้งแต่ 4 m ขึ้นไปก็ไม่ได้จัดว่ามีขนาดที่ใหญ่อะไร

ข้อกำหนด a. และ c. นั้นมันผูกกันอยู่ คือข้อ a. กำหนดช่วงอุณหภูมิการทำงาน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดชนิดวัสดุที่สามารถนำมาใช้สร้างได้ ส่วนข้อ c. นั้นกำหนดชนิดวัสดุที่สามารถนำมาใช้สร้างได้ โดยข้อ c. นั้นยังแยกออกเป็นอีก ๒ ข้อย่อยคือ c.1 Austenitic stainless steel หรือ c.2 วัสดุอื่นที่เทียบเท่าที่สามารถทนอุณหภูมิต่ำได้และใช้งานกับระบบที่มีแก๊สไฮโดรเจนได้ (ความหมายของข้อ c.2 คือมันมีวัสดุอื่นที่ใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำระดับข้อ a. แต่ใช้ไม่ได้กับกรณีของไฮโดรเจน)

รูปที่ ๑ คุณลักษณะหอกลั่นแยก H₂ และ D₂ ตามหัวข้อ 1B228

ที่น่าสนใจคือวัสดุในข้อ c.1 ที่บอกว่าเป็น Austenitic stainless steel ซึ่งชื่อนี้สำหรับคนทั่วไปก็คงจะไม่ค่อยคุ้นหูเท่าใดนัก แต่ถ้าบอกว่าเป็นเหล็กสแตนเลสเบอร์ 304 หรือ 316 ก็คงจะคุ้นกันมากกว่า (คือมันมีเบอร์อื่นอีกนะ เพียงแค่สองเบอร์นี้ใช้กันมากที่สุด เช่นเบอร์ 304 ที่เอามาทำเป็นเครื่องครัวสแตนเลสต่าง ๆ) และในบ้านเรา ช่างเชื่อมเหล็กที่มีความสามารถในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมก็ใช่ว่าจะหายาก

ที่ความดันบรรยากาศ ของเหลว cryogenic ที่ราคาถูกและใช้กันมากที่สุดเห็นจะได้แก่ไนโตรเจนเหลวที่มีจุดเดือด -196ºC ส่วนไฮโดรเจนเหลวจะมีจุดเดือดที่ประมาณ -253ºC ในขณะที่แก๊สที่มีจุดเดือดต่ำสุดคือฮีเลียมที่อยู่ที่ -269ºC

ที่อุณหภูมิสูง ความแข็งแรงในการรับแรงดึงของโลหะจะลดต่ำลง ดังนั้นถ้าจะดูว่าโลหะนั้นใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงสุดเท่าใด ก็จะไปพิจารณาค่าความสามารถในการรับแรงดึง (tensile strength) ที่อุณหภูมิต่ำนั้น แม้ว่าโลหะจะสามารถรับแรงดึงได้มากขึ้น (ดังค่าที่แสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง) แต่พฤติกรรมของโลหะจะเปลี่ยนจากเหนียวเป็นเปราะ คือแตกหักได้ง่ายเมื่อได้รับแรงกระแทก (เหมือนแก้วแตก) ดังนั้นความสามารถในการรับแรงกระแทก (Impact toughness) ของโลหะจะเป็นตัวกำหนดว่าโลหะนั้นใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำสุดเท่าใด

รูปที่ ๒ ข้อมูลจากหน้าเว็บของบริษัท Penflex
(https://www.penflex.com/news/cryogenic-temperatures-austenitic-steels/)

ข้อมูลจากหน้าเว็บของบริษัท Penflex (รูปที่ ๒) กล่าวว่า austenistic stainless steel เบอร์ 304 และ 316 คงคุณสมบัติในการรับแรงกระแทกที่สภาวะ cryogenic ได้ และยังสามารถใช้ทำภาชนะเก็บฮีเลียมเหลวที่มีอุณหภูมิ -269ºC ได้ด้วย ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าไฮโดรเจนเหลว (ที่มีอุณหภูมิ -253ºC) อีก

ส่วนข้อมูลจากหน้าเว็บของ British Stainless Steel Association (รูปที่ ๓) ที่ได้ทำการทดสอบความสามารถในการรับแรงกระแทกของเหล็กกล้าไร้สนิมที่อุณหภูมิ -196ºC (อุณหภูมิจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว) ก็กล่าวว่าเหล็กกล้าไร้สนิมในกลุ่ม austenitic stainless steel ก็ยังสามารถรับแรงกระแทกได้ดี จึงเหมาะสมสำหรับการใช้งานกับระบบ cryogenic และจะดียิ่งขึ้นถ้ามีการเติมไนโตรเจนเข้าไปเช่นเกรด 304LN

(หมายเหตุ : ตัวอักษร L ที่ต่อท้ายเลขหมายถึงมีปริมาณคาร์บอนต่ำ เช่นเบอร์ 304L จะมีองค์ประกอบเหมือนกับเบอร์ 304 แต่เบอร์ 304L จะมีคาร์บอนที่ต่ำกว่า เบอร์ 316L จะมีองค์ประกอบเหมือนกับเบอร์ 316 แต่เบอร์ 316L จะมีคาร์บอนที่ต่ำกว่า ส่วน N นั้นหมายถึงมีการเพิ่มธาตุไนโตรเจนเข้าไป)

รูปที่ ๓ ข้อมูลจากหน้าเว็บของ British Stainless Steel Association 
(https://bssa.org.uk/bssa_articles/selection-of-stainless-steels-for-cryogenic-applications/)

ดังนั้นจะว่าไป หอกลั่นขนาดเท่านี้ ด้วยวัสดุที่มีอยู่ทั่วไปแบบนี้ ในบ้านเราก็คงหาคนสร้างให้ได้ไม่ยากนะ

วิ่งสัก ๑๐๐ ใช้กี่แรงม้า MO Memoir : Sunday 17 May 2569

สงสัยมานานแล้วว่า เวลาเขาโฆษณรถยนต์ อย่างเช่นเครื่อง 1500 cc มีแรงม้าระดับ 100 ต้น ๆ ซึ่งก็มักจะเป็นค่าที่รอบสูง (5000-6000 rpm) แต่เวลาใช้งานจริงอยู่ที่ 2000-2500 rpm (80-100 km/hr) นั้น ใช้จริงกี่แรงม้า

รูปที่ ๑ เครื่องยนต์ของ Honda City 1500 cc รุ่นแรก (เปลี่ยนจากรุ่น 1300 cc)

รถยนต์คันแรกที่ซื้อ (ปี ๒๕๔๑) คือฮอนด้าซิตี้ เครื่อง 1500 cc รุ่นแรก ที่ออกมาประกบกับโซลูน่า เครื่องรุ่นนี้เขาบอกแรงม้าสูงสุดก็ร้อยนิด ๆ ที่ 6400 rpm แต่เวลาใช้งานเดินทางต่างจังหวัดมักจะขับอยู่ที่ระดับ 80-100 km/hr รอบเครื่องก็อยู่ราว ๆ 2000-2500 rpm ซึ่งถ้าดูกราฟของเครื่องยนต์รุ่นนี้ในรูปที่ ๑ แรงม้าที่ใช้จริงก็จะอยู่ในช่วง 30-40 แรงม้า

อันที่จริงก่อนหน้านี้ฮอนด้าซิตี้รุ่นแรกเลยที่ทำตลาดในบ้านเราใช้เครื่อง 1300 cc เครื่องรุ่นนี้เขาบอกแรงม้าสูงสุดที่ 94 แรงม้าที่ 6400 rpm ถ้าอิงจากรถหนักพอ ๆ กัน แรงม้าที่ใช้ในการทำความเร็วระดับ 80-100 km/hr ก็ควรจะระดับเดียวกัน (ก็รถรูปทรงเดียวกัน) แต่ด้วยเครื่องที่เล็กกว่า รอบเครื่องก็เลยไปอยู่ที่ราว ๆ 2200-2700 rpm

แสดงว่าเมื่อ cc ลดคง รอบเครื่องก็ต้องสูงขึ้นเพื่อให้ได้แรงม้าเท่ากับเครื่องที่ cc สูงกว่า

รูปที่ ๒ เครื่องยนต์ของ Honda City รุ่นแรกที่ทำตลาดในบ้านเรา เป็นเครื่อง 1300 cc ก่อนเปลี่ยนมาเป็นเครื่อง 1500 cc

รถคันที่สองซื้อในปี ๒๕๔๖ เป็นฮอนด้าซิตี้ 1500 cc รุ่นที่สอง (ที่เขาเรียกรุ่นแมงสาบ) รุ่นนี้แรงม้าสูงสุดลดลงเหลือ 87 แรงม้าที่ 5500 rpm ก็เลยโดนคู่แข่งที่ออกเครื่อง 1500 cc แต่แรงม้าร้อยกว่า ๆ ตีตลาดซะยับ แต่ตอนใช้งานจริงที่ระดับความเร็ว 80-100 km/hr รอบเครื่องก็อยู่ราว ๆ 2000-2500 rpm เช่นเดิม และเมื่อดูแรงม้าที่ใช้จริงก็อยู่ในระดับเดียวกันกับรุ่นก่อนหน้า (รูปที่ ๑)

มาปีนี้ได้เวลาปลดระวางซิตี้ทั้งสอง คันแรกถูกแทนที่ด้วยรถที่ใหญ่ขึ้น (รถไฮบริด) ส่วนคันที่สองถูกแทนที่ด้วยเครื่อง K15B ของซูซูกิที่เป็นเครื่อง 1500 cc ซึ่งเมื่อขับที่ความเร็ว 80-100 km/hr รอบเครื่องก็อยู่ที่ราว ๆ 2000-2500 rpm (รูปที่ ๔)

รูปที่ ๓ เครื่องยนต์ของ Honda City 1.5 i-DSi เครื่องรุ่นนี้โฆษณาแรงม้าสูงสุดที่ 88 แรงม้า

 

รูปที่ ๔ กราฟแรงม้ากับแรงบิดของเครื่องยน K15B 1500 cc ของซูซูกิ

ที่แรงม้าระดับนี้ พอลองดูเครื่องที่ใหญ่ขึ้นก็พบว่าจะได้ที่ความเร็วรอบที่ต่ำลง ดังนั้นที่ช่างเก่า ๆ เขาบอกว่าขับรถทางไกลเป็นประจำ การใช้เครื่องยนต์ที่ใหญ่กว่าก็จะเหมาะสมกว่า คือถ้าไม่นับเรื่องต้องเร่งแซงนะ ก็คงเป็นเพราะเครื่องที่ cc มากกว่ามันทำงานที่รอบเครื่องที่ต่ำกว่า การสึกหรอมันก็เลยน้อยกว่า ในขณะที่เครื่องที่ cc น้อยกว่านั้นแม้ว่ามันก็ใช้เดินทางได้เช่นกัน แต่เครื่องยนต์ก็ต้องทำงานที่รอบเครื่องที่สูงกว่า การสึกหรอก็จะสูงตามไปด้วย

และจะว่าไปนาน ๆ ครั้งผมถึงจะเร่งเครื่องไปถึง 3000 rpm และนานขึ้นไปอีกที่จะเร่งไปจนถึง 3500 rpm เรียกว่าส่วนใหญ่ใช้กำลังเครื่องไม่ถึงครึ่งของกำลังสูงสุด แต่ตรงนี้ก็คงขึ้นอยู่กับพฤติกรรมการขับรถของแต่ละคน

หมายเหตุ : รูปทั้งหมดมาจาก https://www.automobile-catalog.com