จากการที่ได้มีโอกาสพบกับผู้ที่สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีทางด้านวิศวกรรมเคมีจากหลากหลายสถาบันในประเทศไทยพบว่า
การเรียนการสอนเกี่ยวกับการออกแบบอุปกรณ์นั้นมักจะเน้นไปที่การหาขนาด
(sizing)
เป็นหลัก
เช่นปั๊มควรมีขนาดเท่าใด
ท่อควรมีขนาดกี่นิ้ว
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนควรมีพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนเท่าใด
เป็นต้น
รองลงมาที่พอจะพบว่ามีการสอนกันอยู่บ้างเห็นจะได้แก่สอนให้รู้ว่ามีชนิดใดบ้าง
เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีกี่แบบ
ปั๊ม วาล์วมีกี่ชนิด เป็นต้น
และที่พบว่ามีการสอนน้อยลงไปอีกเห็นจะได้แก่
การเลือกชนิด (type
selection) ของอุปกรณ์นั้นให้เหมาะสมกับงานแต่ละประเภท
(เช่นควรเลือกใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดไหน
ใบพัดของปั๊มหอยโข่งควรเป็นชนิดใด)
และที่ดูเหมือนว่าจะไม่มีการสอนกันเลยในสาขาวิชาวิศวกรรมเคมีก็คงเป็นระบบ
piping
รอบตัวอุปกรณ์นั้นเมื่อทำการติดตั้งว่าควรต้องประกอบด้วยอุปกรณ์
(เช่น
วาล์วชนิดใดที่ตำแหน่งใด
อุปกรณ์วัดคุมชนิดใดที่ตำแหน่งใด
ลำดับการติดตั้ง เป็นต้น)
ปัญหาเหล่านี้ไม่ใช่เพิ่งจะมี
แต่มีมานานแล้ว ตั้งแต่สมัยผมเรียนเมื่อ
๓๐ ปีที่แล้วก็เป็นเช่นนี้
เรื่องความรู้ต่าง ๆ
ภาคปฏิบัติเกี่ยวกับอุปกรณ์ต่าง
ๆ
ที่ผมเอามาเล่าให้ฟังในที่นี้ก็ได้มาจากประสบการณ์การก่อสร้างโรงงานตอนเรียนจบใหม่
ๆ ที่ต้องไปเรียนเพิ่มเติมเอาที่หน้างานจากรุ่นพี่ต่าง
ๆ และศึกษาเองเพิ่มเติมจากบทความที่พอจะมีคนเขียนลงวารสารบ้าง
มาถึงช่วงเวลานี้พอจะมีเวลาบ้างก็เลยจะเอาความรู้นอกหลักสูตร
(แต่จำเป็นสำหรับการทำงานภาคปฏิบัติ)
ที่พอมีอยู่บ้างมาเผยแพร่เป็นวิทยาทานให้กับผู้ที่กำลังศึกษาอยู่หรือเพิ่งจะเริ่มทำงาน
จะได้มีแหล่งความรู้ให้ค้นคว้าบ้าง
(เพราะเดี๋ยวนี้ได้ยินว่าการเรียนจากหน้างานโดยมีรุ่นพี่คอยสอนนั้นลดน้อยลงไปมาก)
โดยจะขอเริ่มจากเรื่อง
Piping
and Instrumentation Diagram หรือที่เรียกกันย่อ
ๆ ว่า P&I
Diagram หรือ
P&ID
ของอุปกรณ์บางตัว
โดยจะเริ่มจากปั๊มหอยโข่ง
(centrifugal
pump) ก่อน
ในการออกแบบระบบปั๊มนั้นจะเริ่มจากการเลือกประเภทปั๊มก่อน
(จะหอยโข่ง
ลูกสูบ หรืออะไรก็ตามแต่)
โดยพิจารณาจากคุณสมบัติของของเหลว
(เช่น
หนืดแค่ไหน มีของแข็งแขวนลอยปนหรือไม่
ต้องการอัดให้มีอัตราการไหลและความดันเท่าใด)
จากนั้นจึงทำการระบุขนาด
(sizing)
และเมื่อจะทำการออกแบบระบบเพื่อทำการก่อสร้างก็ต้องมีการระบุรายละเอียดอุปกรณ์ประกอบต่าง
ๆ (เช่น
ชนิดวาล์ว อุปกรณ์วัดคุม
การหล่อลื่น การป้องกันการรั่วซึม
เป็นต้น)
ซึ่งการที่จะสามารถระบุรายละเอียดอุปกรณ์ประกอบต่าง
ๆ ได้นี้จำเป็นต้องรู้จักวิธีการใช้งานตัวปั๊ม
(ไม่ว่าจะเป็นขั้นตอนการเริ่มเดินเครื่อง
ขั้นตอนการหยุดเดินเครื่องต้องทำอย่างไร)
สภาพการทำงานของกระบวนการ
(เช่น
อัตราการไหลคงที่หรือไม่
หรือปรับเปลี่ยนไปตามสภาวะการผลิต)
รูปแบบการใช้งาน
(เช่น
ใช้เป็นครั้งคราว
หรือเดินเครื่องต่อเนื่อง
๒๔ ชั่วโมงต่อวัน
เป็นปั๊มสำรองที่ต้องพร้อมจะเดินเครื่องตลอดเวลา
เป็นต้น)
ความถี่ในการซ่อมบำรุง
เป็นต้น
แต่อย่างน้อยที่สุดสิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงในการออกแบบระบบท่อเข้า-ออกตัวอุปกรณ์ก็คือ
ต้องสามารถทำการแยกอุปกรณ์ออกจากระบบ
(ที่เรียกว่า
isolation)
ในกรณีที่จำเป็นต้องมีการหยุดการทำงานของอุปกรณ์เพื่อทำการซ่อมบำรุง
ซึ่งตรงนี้ก็หนีไม่พ้นการที่ต้องมีการติดตั้ง
block
valve ที่ระบบท่อด้านขาเข้า-ออก
และท่ออื่น ๆ
(เช่นไอน้ำที่ใช้ในการอุ่นปั๊มให้ร้อนในกรณีที่ใช้กับของเหลวที่แข็งตัวเมื่อเย็น
น้ำมันหล่อลื่น
ตัวทำละลายที่ใช้ในการชะล้าง
(flushing)
mechanical seal เป็นต้น)
ที่เกี่ยวข้องกับตัวปั๊มทั้งหมด
ในที่นี้ผมเลือกใช้คำว่า
"Block
valve" ที่เป็นคำกลาง
ๆ ในส่วนของวาล์วท่อด้านขาเข้า-ออกตัวปั๊ม
คำนี้หมายถึงวาล์วที่มีหน้าที่หลักคือเปิดเต็มที่และปิดสนิท
ส่วนจะเป็นวาล์วประเภทไหน
(Gate,
Globe, Plug หรือ
Butterfly)
นั้นค่อยว่ากันอีกที
แม้สัญลักษณ์ในรูปต่าง ๆ
ที่นำมาแสดงนั้นมักจะหมายถึง
gate
valve ก็ตาม
รูปที่
๑ ตัวอย่าง P&ID
รอบปั๊มหอยโข่งในกรณีของการติดตั้งเดี่ยว
(M
คือมอเตอร์)
รูปบนและล่างเหมือนกัน
ต่างกันเพียงแค่กลับด้านซ้าย-ขวาเท่านั้น
การติดตั้งปั๊มตัวเดียว
(ไม่มีสำรอง)
มักใช้กับระบบที่ไม่ได้ทำงานต่อเนื่อง
๒๔ ชั่วโมงตลอดทั้งปี
เช่นการส่งของเหลวระหว่างถังเก็บ
(ปั๊มที่ทำงานต่อเนื่อง
๒๔
ชั่วโมงตลอดทั้งปีมักเป็นปั๊มที่อยู่ในกระบวนการผลิตที่มีการเดินเครื่องกันทั้งวันทั้งคืนไปตลอดทั้งรอบการเดินเครื่อง
เช่น ๓๐๐ วัน จึงค่อยหยุดซ่อมบำรุงใหญ่กัน)
สัญลักษณ์ต่าง
ๆ ในรูปที่นำมาแสดงนี้ไม่จำเป็นต้องใช้เหมือนกันทุกบริษัทนะ
โดยหลักแล้วปั๊มหอยโข่งที่ใช้ในการสูบของเหลวจากถังเก็บใบหนึ่งไปยังถังเก็บอีกใบหนึ่งในโรงงานนั้น
จะต้องมีวาล์วอย่างน้อย ๒
ตัวแล้วคือ block
valve ด้านขาเข้าและด้านขาออก
วาล์วสองตัวนี้จำเป็นต้องมีโดยเฉพาะกรณีที่ระดับผิวของเหลวด้านขาเข้าและด้านขาออกนั้นอยู่สูงกว่าตัวปั๊ม
ซึ่งเป็นเรื่องปรกติของปั๊มในโรงงานที่ระดับของเหลวด้านขาเข้านั้นจะอยู่สูงกว่าตัวปั๊ม
ทั้งนี้ก็เพื่อเมื่อเปิดวาล์วด้านขาเข้า
ของเหลวก็จะได้ไหลเข้าเต็มตัวปั๊มได้เลย
(ไม่ต้องทำการล่อน้ำเหมือนในกรณีที่ระดับของเหลวอยู่ต่ำกว่าระดับท่อทางเข้าปั๊ม)
ทำให้ปั๊มพร้อมที่จะเดินเครื่องได้ทันที
ตรงนี้ไม่เหมือนปั๊มสูบน้ำออกจากท่อระบายลงคลองของกทม.
นะ
ที่ไม่มีวาล์วที่ท่อทั้งด้านขาเข้าและขาออก
ก็เพราะตัวปั๊มมันอยู่สูงกว่าระดับน้ำทั้งด้านขาเข้าและออก
แต่ก็เห็นหลายตัวเขาใช้ปั๊มหอยโข่งชนิดล่อน้ำได้ด้วยตัวเอง
(self
priming)
สัญลักษณ์ต่าง
ๆ ที่ปรากฏใน P&ID
ของแต่ละบริษัทนั้นมักจะคล้ายกันเป็นส่วนมาก
ไม่เหมือนกันทุกตัว
แต่ถ้ามีความรู้เรื่องนี้อยู่บ้างก็พอจะเดารูปสัญลักษณ์ที่เห็นว่ามันไม่คุ้นตาได้
อย่างเช่นสัญลักษณ์วาล์วกันการไหลย้อนกลับ
(check
valve หรือ
non-return
valve) ในรูปเป็นชนิด
swing
check valve (คือในที่นี้ใช้วงกลมดำ
ๆ ตรงมุมหนึ่งเพื่อแสดงถึงตำแหน่งบานพับ
และยังเป็นตัวบ่งบอกทิศทางการไหลผ่านวาล์ว)
แต่ถ้ายังไม่รู้ว่า
P&ID
คืออะไรและอ่านอย่างไรนั้น
สามารถไปอ่านย้อนหลังได้ใน
Memoir
ปีที่
๗ ฉบับที่ ๑๐๐๘ วันเสาร์ที่
๒๗ มิถุนายน ๒๕๕๘ เรื่อง
"ทำความรู้จัก Piping and Instrumentation Diagram (P&ID)"
P&ID
ที่นำมาแสดงนี้เมื่อนำไปใช้งานจริงอาจมีชิ้นส่วนอื่นเพิ่มเติมเข้ามาอีก
(ขึ้นอยู่กับแต่ละงาน)
ซึ่งไม่มีแสดงไว้ในรูปที่นำมาให้ดูเป็นตัวอย่าง
เช่น Reducer
(หรือท่อลด)
ที่ใช้ในกรณีที่ท่อเข้า-ออกตัวปั๊มนั้นมีขนาดเล็กกว่าท่อของระบบ
(ไม่ได้เป็นเรื่องผิดปรกติที่จะเห็นท่อด้านขาเข้าปั๊มหอยโข่งมีขนาดใหญ่กว่าทางเข้าปั๊มหอยโข่ง
เพราะในบางกรณีมันมีเรื่องเกี่ยวกับ
Net
Positive Suction Head หรือ
NPSH
เข้ามาเกี่ยวข้อง)
Strainer (หรือตัวกรอง)
ที่ติดตั้งทางด้านขาเข้าของปั๊มโดยอยู่ระหว่าง
block
valve กับตัวปั๊ม
ในกรณีที่ต้องการดักของแข็งที่ติดมากับของเหลวที่ไหลเข้าปั๊ม
Flexible
hose หรือ
Bellow
(ข้อต่ออ่อน)
ในกรณีที่ต้องการตัดการส่งผ่านแรงสั่นสะเทือนหรือแนวท่อของระบบกับแนวท่อเข้า-ออกของปั๊มอยู่ไม่ตรงแนวกัน
เป็นต้น
หรือในกรณีที่เกรงว่าของเหลวนั้นที่จะไหลเข้าปั๊มนั้นจะมีแก๊สปะปน
(เช่นการสูบของเหลวจากถังปั่นกวนที่มีการฉีดพ่นแก๊สให้เป็นฟองในของเหลว)
ก็จะมีการกำหนดความลาดเอียงของท่อเข้าตัวปั๊มเอาไว้ด้วย
คือให้ท่อนั้นลาดลงต่ำเข้าหาตัวปั๊มเพื่อป้องกันไม่ให้แก๊สไหลเข้าไปในตัวปั๊ม
drain
valve เป็นวาล์วขนาดเล็ก
(ถ้าเป็นปั๊มในกระบวนการผลิตปรกติมักจะไม่เล็กกว่า
3/4
นิ้ว
ส่วนจะเป็น gate
หรือ
ball
valve ก็อีกเรื่องหนึ่ง)
ใช้สำหรับระบายของเหลวที่ค้างอยู่ในท่อออกเมื่อต้องการถอดปั๊มมาซ่อมบำรุง
(ปั๊มบางชนิดอาจมีรูระบายของเหลวนี้อยู่ที่ตัวปั๊ม)
เส้นขีดนอนสั้น
ๆ ใต้ตัว drain
valve ในรูปหมายถึงการปิดด้วย
blind
flange (แสดงว่าเป็นวาล์วที่ต่อด้วยหน้าแปลน)
แต่ถ้าเป็นวาล์วตัวเล็ก
(เช่นท่อ
3/4
นิ้ว)
และไม่ได้ใช้ในระบบที่ความดันสูง
อาจปิดด้วย cap
หรือ
plug
แทนก็ได้
(สองอันหลังนี้มันเป็นข้อต่อเกลียวหมุนขันเข้าไป)
drain valve
นี้ไม่จำเป็นต้องมีเพียงตัวเดียวหรือต้องอยู่ทางด้านขาออกเท่านั้นดังในรูปตัวอย่าง
ขึ้นอยู่กับระบบท่อที่สร้างจริงว่ามันเปิดโอกาสให้ของเหลวค้างอยู่ที่ไหนได้บ้าง
ของเหลวที่อยู่ระหว่าง
block
valve ด้านขาเข้าปั๊มกับวาล์วกันการไหลย้อนกลับอาจระบายออกได้โดยผ่าน
drain
ของตัวปั๊ม
ส่วนที่เป็นปัญหาคือส่วนที่ค้างอยู่ระหว่างวาล์วกันการไหลย้อนกลับและ
block
valve ด้านขาออก
ท่อที่ต่อเข้ากับเกจวัดความดันจะมี
block
valve อยู่เสมอ
(เอาไว้เวลาต้องการถอดเกจวัดความดันไปซ่อม)
เพียงแต่มักไม่ปรากฏใน
P&ID
แต่จะไปปรากฏในแบบมาตรฐานการติดตั้งอุปกรณ์วัดคุมต่าง
ๆ และใน Piping
Isometric Drawing ที่ช่างประกอบท่อต้องใช้ในการประกอบท่อ
พึงสังเกตนะว่าในรูปนี้จะติดตั้งเกจวัดความดันอยู่ก่อนถึงวาล์วกันการไหลย้อนกลับ
เพราะถ้าปั๊มหยุดเดินเครื่องโดยที่ยังไม่ปิดวาล์วด้านขาออก
ของเหลวด้านขาออกจะไหลย้อนกลับมายังปั๊มและโดยวาล์วกันการไหลย้อนกลับขวางเอาไว้
การติดตั้งเกจวัดความดันอยู่ก่อนถึงวาล์วกันการไหลย้อนกลับจะทำให้เห็นความดันด้านขาออกลดลงเนื่องจากปั๊มหยุดการทำงาน
แต่ถ้าเอาไปไว้ทางด้านขาออกของวาล์วกันการไหลย้อนกลับจะทำให้เห็นความดันค้างอยู่
อันเป็นผลจากของเหลวที่ไหลย้อนกลับ
Memoir
ฉบับนี้คงพอแค่นี้ก่อน
รูปที่
๒ เป็นเรื่องปรกติที่จะพบว่าปั๊มหอยโข่งที่เดินเครื่องต่อเนื่อง
๒๔ ชั่วโมงนั้นจะต้องมีปั๊มสำรองไว้
๑ ตัว เพราะว่ามันไม่สามารถทำงานได้ต่อเนื่องตลอดทั้งปี
(หมายถึงอย่างน้อยก็
๓๐๐ วัน)
โดยไม่ต้องทำการซ่อมบำรุง
ชิ้นส่วนหนึ่งที่ต้องมีการเปลี่ยนเป็นระยะก็คือ
mechanical
seal การสลับปั๊มสามารถทำได้ในขณะที่กระบวนการผลิตกำลังดำเนินการอยู่
ด้วยการเดินเครื่องปั๊มสำรอง
จากนั้นก็ค่อย ๆ
เปิดวาล์วด้านขาออกของปั๊มสำรองและค่อย
ๆ ปิดวาล์วด้านขาออกของปั๊มหลัก
(เพื่อไม่ให้อัตราการไหลด้านขาออกเปลี่ยนแปลงมาก)
พอปิดวาล์วด้านขาออกของปั๊มหลักเสร็จ
ก็หยุดเดินเครื่องปั๊มหลักได้
รูปที่
๓ ในรูปนี้ OR
คือ
restriction
orifice (แผ่นโลหะมีรูตรงกลาง)
ที่ทำหน้าที่จำกัดอัตราการไหลไม่ให้สูงเกินไป
แผ่น OR
นี้ติดตั้งในสาย
minimum
flow line (หรือ
kick
back line) ที่เป็นท่อที่มีขนาดเล็กกว่าท่อจ่ายของเหลวออก
โดยท่อนี้จะวนกลับไปยังท่อด้านขาเข้าหรือถังเก็บของเหลวที่สูบเข้ามา
ท่อเส้นนี้จำเป็นต้องมีในกรณีที่มีความเป็นไปได้ว่าท่อด้านขาออกมีโอกาสที่จะปิดสนิทหรือมีอัตราการไหลต่ำเกินไป
(อันเป็นผลจากการทำงานของ
control
valve หรือวาล์วควบคุมอัตโนมัติ)
จนอาจทำให้ของเหลวที่ไหลผ่านปั๊มไม่มากพอที่จะระบายความร้อนออกไปได้
หรือใช้ในการเริ่มเดินเครื่องปั๊ม
รูปที่
๔
ปั๊มที่สูบของเหลวประเภทเดียวกันที่มีขนาดปั๊มเท่ากันและติดตั้งอยู่ใกล้กันนั้น
(เช่นสายการผลิตที่เหมือนกันและเดินคู่ขนานกัน)
สามารถใช้ปั๊มสำรองร่วมกันเพียงตัวเดียวได้
ไม่จำเป็นต้องมีสำรองของแต่ละตัว
โดยมีข้อแม้ว่าปั๊มสองตัวนั้นมีโอกาสเสียพร้อมกันต่ำมาก
ปั๊มสำรองแบบนี้เรียกว่า
common
spare ปั๊ม
ระบบ piping
ยังคล้ายคลึงกับในรูปที่
๓ เพียงแต่ว่ามีความซับซ้อนเพิ่มเติมเข้ามาหน่อยเท่านั้น
ในรูปนี้ไม่ได้แสดง minimum
flow line แต่ไม่ได้หมายความว่าไม่จำเป็นต้องมีท่อเส้นนี้นะ
จะมีหรือไม่มันขึ้นอยู่กับการทำงานของปั๊ม
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น
หมายเหตุ: มีเพียงสมาชิกของบล็อกนี้เท่านั้นที่สามารถแสดงความคิดเห็น