ทำความรู้จัก Data Sheet สำหรับ Shell and Tube Heat Exchanger MO Memoir : Tuesday 21 July 2558

คั่นฉากด้วยเรื่องอื่นไปสามฉบับ ก็ได้เวลากลับมายังเรื่อง Shell and Tube Heat Exchanger สักที

เริ่มจากบรรทัดที่ 1 ที่ให้ระบุชื่อลูกค้าและหมายเลขรหัสของอุปกรณ์ (TAG NO.)

บรรทัดที่ 2 ให้ระบุตำแหน่งที่ตั้งโรงงานและผู้ผลิตอุปกรณ์

บรรทัดที่ 3 ให้ระบุว่านำไปใช้กับหน่วยผลิตใด ใช้ทำหน้าที่อะไร และวางนอน (HORIZ.) หรือวางตั้ง (VERT.)

บรรทัดที่ 4 ให้ระบุขนาด และถามว่ามีการเชื่อมต่อกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวอื่นแบบขนาน (PARREL) หรืออนุกรม (SERIES)

ตรงนี้ขออธิบายเพิ่มเติมนิดนึง การออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อไม่จำเป็นต้องมีตัวใหญ่เพียงตัวเดียว อาจประกอบด้วยตัวที่เล็กกว่าหลายตัวต่อขนานหรืออนุกรมกัน หรือในกรณีที่สายการไหลสายหนึ่งมีการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสายการไหลสายอื่นมากกว่า 1 สาย อย่างเช่นเรามีสายร้อนสายหนึ่งต้องการลดอุณหภูมิให้เย็นลงก่อนส่งเข้าถังเก็บที่อุณหภูมิห้อง แทนที่จะลดความร้อนสายนี้ด้วยการใช้น้ำหล่อเย็นเพียงอย่างเดียว (ความร้อนที่ถ่ายเทให้น้ำหล่อเย็นต้องถือว่าเป็นความร้อนที่เอาไปทิ้ง เพราะมันเอาไปทิ้งที่ cooling tower โดยไม่สามารถดึงเอากลับมาใช้งานได้) ก็อาจออกแบบให้มีการดึงเอาความร้อนของสายนี้ไปใช้กับสายอื่นที่ต้องการอุ่นให้ร้อนก่อน จากนั้นจึงค่อยใช้น้ำหล่อเย็นรับความร้อนเป็นครั้งสุดท้าย ในกรณีเช่นนี้ก็จะมีการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองตัวต่ออนุกรมกัน หรือในกรณีที่คาดการณ์ว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีโอกาสอุดตันในระหว่างการใช้งาน ก็อาจมีสองเครื่องต่อคู่ขนานกัน โดยใช้งานเพียงทีละเครื่อง เมื่อเครื่องที่ใช้งานอยู่เกิดการอุดตัน ก็จะเปลี่ยนไปใช้อีกเครื่องหนึ่งแทน

บรรทัดที่ 5 ให้ระบุพื้นที่ผิวถ่ายเทความร้อน แต่ที่ผมไม่เข้าใจคือพื้นที่ผิวต่อหน่วย (SURFACE/UNIT) และพื้นที่ผิวต่อเชลล์ (SURFACE/SHELL) นั้นมีนิยามแตกต่างกันอย่างใด

บรรทัดที่ 6-7 เป็นหัวข้อตารางในบรรทัดต่อไปที่แยกเป็นส่วน SHELL และ TUBE

บรรทัดที่ 8 ให้ระบุชนิดของของไหลที่ไหลในด้าน shell และ tube

บรรทัดที่ 9 ให้ระบุปริมาณการไหล (กิโลกรัมต่อชั่วโมง kg/h) จะเห็นว่าช่องนี้ไม่มีการระบุเฟส

บรรทัดที่ 10 ให้ระบุปริมาณไอที่เข้า/ออก (กิโลกรัมต่อชั่วโมง kg/h) จากบรรทัดนี้จะเห็นว่าทั้งช่อง SHELL และ TUBE มีการแบ่งออกเป็นสองช่อง คือให้ระบุว่าเฟสที่เข้ามานั้นมีเฟสที่เป็นของเหลวและแก๊สในปริมาณเท่าใด

บรรทัดที่ 11 ให้ระบุปริมาณของเหลว (กิโลกรัมต่อชั่วโมง kg/h) แต่ทำไมยังแบ่งตารางเป็นสองช่องก็ไม่รู้เหมือนกัน

บรรทัดที่ 12 ให้ระบุปริมาณไอน้ำ (กิโลกรัมต่อชั่วโมง kg/h) ถ้ามีการใช้

บรรทัดที่ 13 ให้ระบุปริมาณน้ำ (กิโลกรัมต่อชั่วโมง kg/h) ถ้ามีการใช้

บรรทัดที่ 14 ให้ระบุปริมาณสารที่ไม่ควบแน่น (กิโลกรัมต่อชั่วโมง kg/h)

บรรทัดที่ 15 ให้ระบุอุณหภูมิเข้า/ออกของแต่ละด้าน

บรรทัดที่ 16 ให้ระบุความถ่วงจำเพาะของของเหลว

บรรทัดที่ 17 ให้ระบุความหนืดของของของเหลว

บรรทัดที่ 18 ให้ระบุน้ำหนักโมเลกุลของส่วนที่เป็นไอ (ไอยังสามารถควบแน่นเป็นของเหลวได้)

บรรทัดที่ 19 ให้ระบุน้ำหนักโมเลกุลของส่วนที่ไม่ควบแน่นเป็นของเหลว

บรรทัดที่ 20 ให้ระบุค่าความจุความร้อนจำเพาะ
  

รูปที่ ๑ Data sheet สำหรับ Shell and Tube heat exchanger

บรรทัดที่ 21 ให้ระบุค่าการนำความร้อน

บรรทัดที่ 22 ให้ระบุค่าความร้อนแฝงที่อุณหภูมิ .... ºC

บรรทัดที่ 23 ให้ระบุความดันขาเข้า

บรรทัดที่ 24 ให้ระบุความเร็วเชิงเส้นของการไหล

บรรทัดที่ 25 ให้ระบุค่าความดันลด (pressure drop) ที่ยอมรับได้และที่คำนวณได้ (ALLOW/CALC.)

บรรทัดที่ 26 ให้ระบุค่าความต้านทานการเกิด fouling การเกิด fouling คือการมีสิ่งสกปรกเกาะที่ผิวแลกเปลี่ยนความร้อน ทำให้ประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนลดลง ดังนั้นในการออกแบบจึงต้องมีการคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปอันเป็นผลของการเกิด fouling ด้วย

บรรทัดที่ 27 ให้ระบุค่าปริมาณความร้อนที่มีการแลกเปลี่ยนและค่าอุณหภูมิเฉลี่ยนปรับแก้ (MTD - Mean Temperature Difference)

บรรทัดที่ 28 ให้ระบุค่าอัตราการถ่ายเทความร้อนในขณะที่ใช้งานจริง (SERVICE) และในขณะที่พื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนยังสะอาดอยู่ (CLEAN)

จากบรรทัดที่ 29 ลงไปเป็นเรื่องเกี่ยวกับการสร้างอุปกรณ์ โดยช่องว่างทางด้านขวามีไว้สำหรับให้ร่างรูปช่องทางท่อเข้า-ออกหรือการจัดเรียง ส่วนบรรทัดที่ 30 เป็นหัวข้อตารางสำหรับบรรทัดที่ 31-37

บรรทัดที่ 31 ให้ระบุความดันที่ใช้ในการออกแบบและทดสอบทั้งด้าน Shell และ Tube ส่วนบรรทัดที่ 32 ให้ระบุอุณหภูมิที่ใช้ในการออกแบบ พึงสังเกตว่ามีทั้งความดันและอุณหภูมิที่ใช้ในการออกแบบด้าน Shell และ Tube นั้นไม่จำเป็นต้องเท่ากัน เพราะสายของไหลที่ไหลเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนั้นมันไม่จำเป็นต้องมีความดันที่เท่ากัน (อุณหภูมิมันแตกต่างกันอยู่แล้ว)

บรรทัดที่ 33 ให้ระบุจำนวนเที่ยวของการไหลผ่าน ถ้ามากกว่า 1 เที่ยวก็เป็นการไหลแบบมีการวนกลับ

บรรทัดที่ 34 ให้ระบุค่าการสึกหรอที่ยอมรับได้ (corrosion allowance) จะได้เผื่อความหนาของเนื้อโลหะ

บรรทัดที่ 35-37 เป็นข้อมูลเกี่ยวกับขนาดจุดต่อท่อเข้าออก และความสามารถในการรับความดัน (RATING) ในกรณีที่ความดันของของไหลที่ไหลใน tube นั้นสูงกว่า design pressure ของ shell จำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วระบายความดัน (pressure relief valve) ให้กับตัว shell ด้วย เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับตัว shell ถ้าหาก tube มีการรั่ว ดังนั้นจุดต่อท่อเข้าออกส่วน shell ต้องเผื่อจุดสำหรับติดตั้งวาล์วระบายความดันเอาไว้ด้วย

บรรทัดที่ 38 เป็นการระบุรายละเอียดของ tube ว่ามีจำนวนเท่าใด ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก ความหนา ความยาว ระยะห่างและรูปแบบการจัดเรียง (ส่วนที่เป็นรูปอยู่ทางด้านขวา - ดูรูปที่ ๒ ข้างล่าง)

รูปที่ ๒ รูปแบบการจัดเรียง tube เทียบกับทิศทางการไหล (ลูกศรสีแดง) จากซ้ายไปขวา Triangular 30 degree, Triangular 60 degree, Square และ Rotated squared

บรรทัดที่ 39 ให้ระบุชนิดของ tube (สงสัยว่าคงให้ระบุว่าเป็นท่อตรงหรือท่อรูปตัว U) และวัสดุที่ใช้ทำ tube

บรรทัดที่ 40 ด้านซ้ายให้ระบุมิติของ shell คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในและภายนอก ส่วนด้านขวาให้ระบุส่วนฝาปิดว่าเป็นแบบรวมติดเป็นชิ้นเดียวหรือถอดออกได้
 

บรรทัดที่ 41 ด้านซ้ายที่ถามถึง CHANNEL OR ฺBONNET เกี่ยวกับรูปทรงฝาปิดด้านส่วนหน้า แต่ช่องด้านขวาหมายถึงฝาปิดด้านหัว (channel cover) ชิ้นส่วนเหล่านี้อยู่ตรงไหนดูได้ในรูปที่ ๑-๓ ใน memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๑๕ วันพุธที่ ๑๕ กรกฎาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "ทำความรู้จัก Shell and Tube Heat Exchanger"
 

บรรทัดที่ 42 ให้ระบุว่าตัว tube sheet นั้นเป็นชนิดตรึงอยู่กับที่ (stationary) หรือปลายข้างหนึ่งขยายตัวได้อย่างอิสระ (floating)
 

บรรทัดที่ 43 ด้านซ้ายให้ระบุรายละเอียดของฝาปิดในกรณีที่เป็น floating head ส่วนด้านขวาให้ระบุการป้องกันการปะทะ (impingement protection) โดยให้ระบุค่าความหนาแน่นคูณความเร็วกำลังสอง (บ่งบอกถึงพลังงานจลน์) ส่วนนี้คือบริเวณที่ของไหลที่ไหลเข้า shell นั้นจะพุ่งเข้าปะทะทางด้านข้างของ tube ที่อยู่บริเวณตำแหน่งของไหลไหลเข้า shell

บรรทัดที่ 44 ให้ระบุรายละเอียดแผ่นกั้นในแนวขวางว่าเป็นชนิดใด มีช่องเปิดกว้างเท่าใด (% CUT) และระยะห่าง ส่วนบรรทัดที่ 45 ให้ระบุรายละเอียดแผ่นกั้นในแนวนอน (เช่นในกรณีที่ในส่วน shell นั้นมีการไหล 2 เที่ยว และรูปแบบการปิดผนึกที่ใช้ (เพื่อไม่ให้ของไหลมีการไหลลัดเส้นทาง)

บรรทัดที่ 46 ถามรายละเอียดเกี่ยวกับการรองรับท่อ หรือเป็นท่อรูปตัว U และชนิด

บรรทัดที่ 47 ถามรายละเอียดเกี่ยวกับการป้องกันไม่ให้ของไหลไหลลัด (ซึ่งเกิดได้ตรงรอยต่อบริเวณแผ่นกั้นกับตัวผนัง shell) ชนิดข้อต่อและปะเก็นที่ใช้

บรรทัดที่ 48 ถามเรื่องการมีข้อต่อเผื่อไว้สำหรับการขยายตัว และชนิด

บรรทัดที่ 49 ถามว่าต้องการให้เป็นไปตามมาตรฐานของใคร (ASME ย่อมาจาก American Society of Mechanical Engineers หน้าเว็บไซต์คือ www.asme.org ใครที่ทำงานเกี่ยวกับงาน piping และ pressure vessel ต่าง ๆจะต้องพบกับมาตรฐานนี้เป็นประจำ ส่วน TEMA ย่อมาจาก Tubular Exchanger Manufacturers Association หน้าเว็บไซต์คือ www.tema.org เป็นหน่วยงานเฉพาะด้านที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบ shell and tube โดยเฉพาะ)

บรรทัดที่ 50 เป็นข้อมูลเกี่ยวกับน้ำหนักในการขนส่ง และน้ำหนักเมื่อมีการเติมน้ำ (เมื่อทำการทดสอบความสามารถในการรับความดันด้วยการทำ hydraulic test หรือเมื่อในขณะใช้งานที่จะมีของเหลวเติมเต็ม ข้อมูลส่วนนี้จำเป็นสำหรับการออกแบบโครงสร้างติดตั้ง) และน้ำหนักของ tube bundle

บรรทัดที่ 51-52 เป็นช่องสำหรับเติมหมายเหตุ และบันทัดที่ 53 เป็นช่องสำหรับบันทึกข้อมูลการจัดเตรียมเอกสารว่าใครเป็นผู้เตรียม ใครเป็นผู้เห็นชอบ และเป็นฉบับที่มีการแก้ไขครั้งที่เท่าใดแล้ว

เรื่องของ Data Sheet สำหรับ Shell and Tube Heat Exchanger ก็คงจะจบลงเพียงแค่นี้