ทำความรู้จัก Data Sheet สำหรับ Double Pipe Heat Exchanger MO Memoir : Thursday 24 November 2559

เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้นเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีโครงสร้างเรียบง่าย แบบที่ง่ายที่สุดที่เคยเห็นตัวช่างเชื่อมท่อก็ทำกันเองหน้างานได้ด้วยการเอาท่อเล็กสอดเข้าไปในท่อใหญ่ (โดยให้ท่อเล็กนั้นยาวกว่าท่อใหญ่) เอา cap ของท่อใหญ่มาเจาะรูตรงกลางให้ท่อเล็กสอดผ่านได้พอดี ทำการเจาะรูบนผิวท่อใหญ่ที่ปลายคนละด้านโดยให้รูเจาะนั้นอยู่ฝั่งตรงข้ามกัน จากนั้นก็ทำการเชื่อม cap เข้ากับผิวด้านนอกของท่อเล็กและปลายท่อใหญ่ เชื่อมต่อข้อต่อสำหรับให้ของเหลวเข้า-ออกในท่อใหญ่ ก็เป็นอันเสร็จ ที่เคยเห็นนั้นเป็นท่อสำหรับลำเลียงของเหลวที่หนืดหรือแข็งตัวได้ง่ายที่อุณหภูมิต่ำ จึงจำเป็นต้องทำให้ท่อร้อนตลอดเวลา การทำ steam tracing ไม่สามารถให้ความร้อนที่เพียงพอได้ เขาก็เลยออกแบบท่อนั้นเป็นท่อให้เป็นครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้นที่วางต่อ ๆ กันไปตามแนวเดินท่อ เอาไอน้ำเข้าทางด้านบน และเอาไอน้ำที่ควบแน่น (steam condensate ออกทางด้านล่าง) (ดังรูปบนในรูปที่ ๑) การเดินท่อแบบนี้ไปตาม pipe rack จะเดินท่อเป็นระยะทางยาวไกล ๆ ก็ไม่เป็นไร 
  

(การทำ steam tracing นั้นไอน้ำจะไหลอยู่ในท่อเล็กที่พันรอบท่อใหญ่ ความร้อนจากไอน้ำควบแน่นจะต้องไหลผ่านผนังท่อเล็ก ผ่านจุดสัมผัสระหว่างผนังท่อเล็กและผนังท่อใหญ่ ผ่านผนังท่อใหญ่ ก่อนส่งผ่านให้กับของเหลวที่ไหลอยู่ในท่อใหญ่ แต่ในกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้นนั้น ไอน้ำที่ควบแน่นส่งผ่านความร้อนให้กับผนังท่อชั้นในโดยตรง และพื้นที่ถ่ายเทความร้อนให้กับผนังท่อชั้นในก็สูงกว่าด้วย)
 

ในกรณีที่ต้องการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้นทำหน้าที่เป็นหน่วยแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างสองสาย ก็สามารถนำเอาท่อสองชั้นดังกล่าวมาวางเรียงซ้อนกันหลาย ๆ ชั้นซ้อนกันสูงขึ้นไปและ/หรือมาต่อขนานกันทางด้านข้างหลาย ๆ แถว ในกรณีเช่นนี้เครื่องแลกเปลี่ยนควาร้อนชนิดท่อสองชั้นมีข้อดีคือสามารถทำการเพิ่มหรือลดพื้นที่ถ่ายเทความร้อนได้ง่ายด้วยการเพิ่มจำนวนท่อที่ต่อซ้อนกัน ไม่เหมือนกับกรณีของ shell and tube heat exchanger ที่ไม่สามารถทำแบบเดียวกันนี้ได้

รูปที่ ๑ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบท่อสองชั้น (Double Pipe Heat Exchanger) อาจเป็นการเรียงต่อยาวไปเรื่อย ๆ ตามแนวท่อที่เดิน (รูปบน) หรือนำมาซ้อนกันโดยให้มีการไหลวน (รูปล่าง)
 

ข้อเสียอย่างหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้นคือไม่สามารถทำความสะอาดช่องทางการไหลในส่วน shell (ระหว่างท่อด้านและด้านนอก) ด้วยวิธีทางกลได้ (เช่นการขัดหรือฉีดด้วยน้ำความดันสูง) เพราะส่วนปิดหัว-ท้ายของท่อนอกต้องถูกเชื่อมยึดเข้ากับผนังด้านนอกของท่อในเพื่อป้องกันการรั่วซึม ถ้าจะล้างก็คงต้องใช้วิธีทางเคมี (เอาสารเคมีเข้าไปละลายออกมา) ดังนั้นจึงควรเลือกของเหลวที่สะอาดให้ไหลด้าน shell 
  

รูปที่ ๒ เป็นตัวอย่างของ Data Sheet สำหรับ Double Pipe Heat Exchanger ที่เป็นเอกสารเก่าอายุก็กว่า ๓๐ ปีแล้ว แต่ก็เชื่อว่ายังเป็นประโยชน์สำหรับวิศวกรมือใหม่ในปัจจุบัน จะได้มองเห็นรายละเอียดอื่น ๆ นอกเหนือไปจากตำราเรียน (ที่มักจะสอนกันเฉพาะการคำนวณหาขนาดพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน) โดยจะขอบรรยายเป็นบรรทัด ๆ ไป (เอาเท่าที่พอจะรู้นะ เพราะผมเองก็ไม่ได้รู้รายละเอียดไปซะทุกบรรทัดเหมือนกัน)

บรรทัดที่ 1 และ 2 เป็นรายละเอียดเกี่ยวกับ ลูกค้า ชื่ออุปกรณ์ ที่ตั้งโรงงาน และผู้ผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
 

บรรทัดที่ 3-5 เป็นรายละเอียดเกี่ยวกับหน้าที่การงานของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ว่าใช้งานกับหน่วยใด วางในแนวนอนหรือแนวดิ่ง ขนาน การเชื่อมต่อ (หลายชุดต่อแบบขนานหรือต่อแบบอนุกรม) พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนทั้งหมด พื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนต่อหน่วย (หน่วยในที่นี้อาจเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้นเพียงท่อเดียว หรือเป็นชุดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้นหลายท่อที่ต่อเชื่อมกันอยู่)
 

บรรทัดที่ 7-26 เป็นรายละเอียดเกี่ยวกับของเหลวที่ไหลอยู่ในส่วน Shell คือภายในท่อด้านนอกและส่วน Tube คือภายในท่อด้านใน ไม่ว่าจะเป็นชนิดของไหล (เป็นไปได้ทั้งของเหลวและแก๊ส) อัตราการไหล อุณหภูมิเข้า-ออก ความถ่วงจำเพาะ ความหนืด น้ำหนักโมเลกุลทั้งส่วนที่เป็นไอและของเหลวที่ควบแน่น ความร้อนจำเพาะ ค่าการนำความร้อน ค่าความร้อนแฝง ความดันด้านขาเข้า ความเร็วเชิงเส้นในการไหล ค่าความดันลด และค่าปัจจัยความสกปรก (fouling factor)
 

บรรทัดที่ 27-28 เป็นข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณความร้อนที่ทำการแลกเปลี่ยน และอัตราการถ่ายเทความร้อน
 

บรรทัดที่ 29-37 เป็นข้อมูลเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้าง ไม่ว่าจะเป็นค่าความดันสำหรับการออกแบบและการทดสอบ อุณหภูมิที่ใช้ในการออกแบบ จำนวนเที่ยวการไหลผ่านของแต่ละชุด ระดับการกัดกร่อนที่ยอมรับได้ ชนิด รูปแบบ และตำแหน่งติดตั้งจุดต่อท่อ
 

บรรทัดที่ 38-40 เป็นรายละเอียดเกี่ยวกับท่อเส้นใน ไม่ว่าจะเป็น ขนาด ความหนา ความยาว ระยะห่าง มีครีบด้วยหรือไม่ (ช่วยเพิ่มพื้นที่ถ่ายเทความร้อนกับของไหลที่อยู่ในท่อเส้นนอก) และวัสดุที่ใช้
 

บรรทัดที่ 41-42 เป็นรายละเอียดเกี่ยวกับท่อเส้นนอก ไม่ว่าจะเป็น ขนาด ความหนา ความยาว แต่จะไม่มีครีบเหมือนท่อเส้นใน
 

บรรทัดที่ 43-44 อันนี้ไม่แน่ใจ แต่สงสัยว่าคงเป็นกรณีที่มีการนำมาเรียงซ้อนและต่อเข้าด้วยกัน
 

บรรทัดที่ 45 เกี่ยวกับมาตรฐานที่จะใช้ในการออกแบบ
 

บรรทัดที่ 46 เกี่ยวกับน้ำหนักเปล่า (สำคัญสำหรับการขนส่ง) และน้ำหนักเมื่อมีน้ำเติมเต็ม (สำคัญสำหรับการออกแบบฐานรองรับน้ำหนักอุปกรณ์)

เรื่องทำความรู้จัก Data Sheet สำหรับ Double Pipe Heat Exchanger ก็คงต้องขอจบลงแบบสั้น ๆ เพียงแค่นี้

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง Data sheet สำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดท่อสองชั้น