การวินิจฉัยการเข้าข่ายสินค้าที่ใช้ได้สองทาง ตัวอย่างที่ ๒๘ ปั๊มสำหรับสารเคมี MO Memoir : Wednesday 1 July 2569

การเลือกใช้งานปั๊มมีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา ไม่ว่าจะเป็นเรื่อง ความดัน, อันตราการไหล, อุณหภูมิการทำงาน, ชนิดของสารเคมี, การรั่วไหล (จากโครงสร้างตัวปั๊ม) ที่ยอมรับได้ ฯลฯ ในกรณีของสารเคมีที่มีความเป็นพิษสูง ขนาดการรั่วไหลที่ยอมรับได้อาจมีค่าต่ำมากหรือต้องเป็นศูนย์ ทำให้ต้องเลือกใช้ปั๊มที่ให้ความมั่นใจว่าจะไม่เกิดการรั่วไหลของสารเคมีในขณะทำงาน

ถ้าเป็นการทำงานที่อัตราการไหลต่ำ อุณหภูมิต่ำ หรือไม่ได้ใช้ความดันสูง ปั๊มขนาดเล็กเช่น peristaltic pump (ภาษาไทยเรียกว่าปั๊มรีดท่อ) หรือ diaphragm pump ก็จัดว่าเป็นปั๊มที่ไม่มีการรั่วไหล แต่ต้องเลือกชนิดวัสดุที่ใช้ทำตัวท่อหรือแผ่นไดอะแฟรมให้เหมาะสม

ในกรณีที่เป็นการทำงานที่อัตราการไหลที่สูง อุณหภูมิที่สูง หรือความดันที่สูง ก็คงต้องหันมาพิจารณาพวก ปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump), piston pump, rotary pump, gear pump ที่มีกลไกสำหรับเหวี่ยง (กรณีของปั๊มหอยโข่ง) หรือผลักดันของเหลวไปข้างหน้า (พวก piston, rotary และ gear pump) ซึ่งกลไกเหล่านี้มักจะทำงานด้วยการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นส่วนใหญ่ แต่ปั๊มพวกนี้จะมีจุดอ่อนตรงที่จุดที่เพลาของมอเตอร์ขับเคลื่อนนั้นสอดเข้าไปในตัวเรือนเพื่อหมุนใบพัดหรือพวกเฟืองต่าง ๆ ที่ใช้ผลักดันของเหลวนั้นเป็นจุดที่ของเหลวภายในปั๊มสามารถรั่วไหลออกมาได้ (รูปที่ ๑) จึงจำเป็นต้องหาทางป้องกันไม่ให้ของเหลวนั้นรั่วออก ณ ตำแหน่งนี้ และวิธีการหลักวิธีการหนึ่งที่ใช้กันมากคือการใช้ mechanical seal ซึ่งกรณีของของเหลวที่ไม่ได้มีความเป็นพิษสูง การใช้ mechanical seal เพียงตัวเดียวในการปิดกั้นก็เพียงพอแล้ว

รูปที่ ๑ ตัวอย่างของปั๊มหอยโข่งแบบทั่วไปที่มีตัวปั๊มกับมอเตอร์ขับเคลื่อนแยกชิ้นส่วนกัน จุดที่เกิดการรั่วไหลได้คือจุดที่เพลามอเตอร์สอดเข้าไปในตัวเรือนปั๊มเพื่อหมุนใบพัด (รูปซ้ายที่มีของเหลวหยด) แต่ถ้ารวมเอาโรเตอร์ (rotor) ของมอเตอร์เข้าไว้ในตัวเรือนปั๊มโดยมีตัวสเตเตอร์ (stator) อยู่ภายนอก ก็จะได้ปั๊มที่ไม่มีการรั่วไหลที่เรียกว่า canned motor pump (รูปขวา)

แม้ว่าการใช้ mechanical seal เพียงตัวเดียวจะสามารถป้องกันการรั่วไหลได้ดี แต่มันก็มีข้อเสียที่สำคัญคือถ้ามันเกิดความเสียหายเมื่อใด จะเกิดการรั่วไหลในปริมาณมากได้ทำที ดังนั้นเพื่อป้องกันการเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวจึงต้องมีการเปลี่ยน mechanical seal เมื่อครบอายุการใช้งาน โดยไม่ต้องรอให้มันพังจนเกิดการรั่วไหลก่อน หรือไม่ก็ต้องหันไปใช้ปั๊มชนิด multiple-seal (เช่น double mechanical seal pump)

อีกวิธีการหนึ่งก็คือการรวมเอาส่วนที่หมุนของตัวมอเตอร์ ซึ่งก็คือตัวโรเตอร์ (rotor) เข้าไปรวมอยู่ในตัวเรือนปั๊มเลย โดยมีส่วนที่หยุดนิ่งหรือสเตเตอร์ (stator) อยู่ข้างนอกตัวเรือน ปั๊มแบบนี้เรียกว่า seal-less pump (รูปที่ ๒) แต่ในกรณีนี้ต้องดูด้วยว่า ในกรณีที่ทำงานกับสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงนั้น โลหะที่ใช้ทำตัวโรเตอร์สามารถทนการกัดกร่อนดังกล่าวได้หรือไม่ หรือไม่ก็ต้องหาทางห่อหุ้มไม่ให้โลหะของตัวโรเตอร์สัมผัสกับสารเคมีได้ ถ้าเป็นปั๊มแบบนี้ ตัวปั๊มและตัวมอเตอร์ก็จะมาเป็นชุดประกอบสำเร็จรูปเลย

(หมายเหตุ : มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับส่วนใหญ่ที่ใช้กันนั้นเป็นชนิดมอเตอร์เหนี่ยวนำหรือ induction motor มอเตอร์ชนิดนี้จะมีการต่อสายไฟเข้าเฉพาะที่ตัวสเตเตอร์ ที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ที่จะไปผลักให้ตัวโรเตอร์หมุน กล่าวคือไม่มีการต่อสายไฟไปที่ตัวโรเตอร์)

อีกวิธีการหนึ่งในการป้องกันการรั่วไหลก็คือการใช้การเหนี่ยวนำด้วยแรงแม่เหล็ก คือตัวแกนหมุนใบพัดที่อยู่ในตัวเรือนที่ปิดสนิทของปั๊มนั้นจะมีแม่เหล็กอยู่ที่ปลายอีกด้าน และใช้มอเตอร์ที่มีแม่เหล็กติดอยู่ที่ปลายเพลานั้นเป็นตัวหมุน ปั๊มแบบนี้เรียกว่า magnetic drive pump (รูปที่ ๒) ปั๊มแบบนี้ตัวปั๊มและมอเตอร์จะแยกชิ้นส่วนออกจากกัน

รูปที่ ๒ โครงสร้างของ magnetic drive pump

ปั๊มชนิด multiple-seal และ seal-less ที่ทำจากวัสดุทนการกัดกร่อนสูงนั้น จัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual Use Item - DUI) ในหมวด 2B350 ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตทางเคมี (เลข 3 หลักตัวอักษร B บอกว่ารายการนี้มาจาก Australia Group ที่เกี่ยวข้องกับอาวุธเคมี) โดยกำหนดอัตราการไหลตั้งแต่ 0.6 m³/hr (หรือ 600 ลิตรต่อชั่วโมง) ขึ้นไป (รูปที่ ๓) พึงสังเกตว่าไม่ได้มีการกำหนดค่าความดันและอุณหภูมิการทำงาน ระบุไว้เพียงแค่อัตราการไหลเท่านั้น

รูปที่ ๓ ปั๊มที่เป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 2B350

ผู้ผลิตปั๊มจำนวนไม่น้อยผลิตเฉพาะตัวปั๊ม ส่วนตัวมอเตอร์ก็ไปหาซื้อเอาจากผู้ผลิตมอเตอร์มาประกอบ หรือไม่ก็ซื้อตามความต้องการของลูกค้า ข้อดีข้อหนึ่งของการที่สามารถถอดแยกมอเตอร์ออกจากตัวปั๊มได้โดยไม่ต้องไปยุ่งอะไรกับตัวปั๊มคือถ้าพบว่าปั๊มนั้นให้อัตราการไหลที่สูงเกินความต้องการ การหรี่วาล์วด้านขาออกเป็นวิธีการหนึ่งที่ใช้ลดอัตราการไหล แต่มันเป็นการสิ้นเปลืองพลังงาน (เพราะปั๊มต้องทำงานหนักเพื่อเอาชนะความต้านทานของวาล์วที่เปิดเอาไว้ไม่มาก) อีกวิธีการหนึ่งคือเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ที่หมุนช้าลง ซึ่งจะเป็นการประหยัดกว่าในระยะยาว (คือต้องลงทุนค่ามอเตอร์ และไปได้คืนจากค่าไฟที่ประหยัดไปได้)

สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟสนั้น ความเร็วในการหมุนจะต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัส (synchronous speed) อยู่เล็กน้อย โดยความเร็วซิงโครนัสคำนวณได้จากสมการ 120.f/p เมื่อ f คือความถี่กระแสไฟฟ้า (บ้านเราคือ 50 Hz) และ p คือจำนวน pole หรือขั้วของมอเตอร์ (เป็นเลขคู่เสมอ) ดังนั้นถ้าพบว่าปั๊มที่ใช้อยู่นั้นให้อัตราการไหลที่สูงเกินไป ก็สามารถประหยัดพลังงานได้ด้วยการเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วมากขึ้น (เช่นเปลี่ยนจากชนิด 4 ขั้วเป็น 6 ขั้ว)

รูปที่ ๔ เป็นตัวอย่างของ magnetic drive pump ของผู้ผลิตรายหนึ่ง ผู้ผลิตรายนี้จำหน่ายปั๊มที่ทำจากพอลิเมอร์ PVDF หรือ polyvinylidene fluoride -[CH₂CF₂]- ซึ่งถ้าคำนวณจากสูตรโมเลกุลของพอลิเมอรชนิดนี้จะพบว่ามีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบอยู่ประมาณ 59% โดยน้ำหนัก ซึ่งทำให้พอลิเมอร์ชนิดนี้เข้าเกณฑ์ fluoropolymer ในข้อ 4. ของหัวข้อ 2B350.i ที่บอกว่ามีฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบไม่ต่ำกว่า 35% โดยน้ำหนัก

ส่วนที่ว่าปั๊มนี้จะเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางหรือไม่นั้นก็ต้องไปดูที่อัตราการไหลประกอบด้วย

รูปที่ ๔ ตัวอย่างปั๊มที่ทำจาก PVDF (Polyvinylidene fluoride -[CH₂CF₂]-)

จากรูปที่ ๔ จะเห็นว่ามีปั๊มบางรุ่นสามารถให้อัตราการไหลสูงสุดไม่ต่ำกว่ากว่า 600 ลิตรต่อชั่วโมงที่ความเร็วรอบการหมุน 1450 รอบต่อนาที (แสดงว่าใช้มอเตอร์ที่มี 4 ขั้ว) ซึ่งจะทำให้ปั๊มดังกล่าวเข้าข่ายสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (เมื่อทำจากวัสดุที่ระบุไว้ในข้อกำหนด 2B350 ด้วย)

แต่ถ้าเปลี่ยนมอเตอร์เป็นชนิดที่มีจำนวนขั้วมากขึ้น (เช่น 6 หรือ 8 ขั้ว) ปั๊มก็จะหมุนช้าลง อัตราการไหลสูงสุดก็จะลดต่ำลง และอาจต่ำกว่า 600 ลิตรต่อนาทีได้ ทำให้ดูเหมือนว่าปั๊มนี้ไม่เป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางที่สามารถส่งออกได้โดยไม่ต้องขออนุญาต และเมื่อผู้รับได้รับไปแล้วก็ค่อยเปลี่ยนมอเตอร์กลับคืนเดิม

ในทางกลับกันถ้าจะเพิ่มอัตราการไหลให้สูงขึ้นด้วยการเพิ่มความเร็วรอบการหมุนนั้นทำได้ไหม คำตอบก็คือทำได้ แต่มันก็มีข้อจำกัดอยู่ เพราะเมื่อความเร็วรอบการหมุนสูงขึ้น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วยกกำลังสอง ซึ่งจะไปเพิ่มความเค้นที่กระทำต่อใบพัดของปั๊มให้สูงขึ้น เช่นถ้าคิดจะเพิ่มความเร็วรอบการหมุนขึ้นเป็นสองเท่าโดยเปลี่ยนจากมอเตอร์ 4 ขั้วเป็น 2 ขั้ว ความเค้นที่กระทำต่อตัวใบพัดก็จะเพิ่มเป็น 4 เท่า ซึ่งอาจจะทำให้เกิดความเสียหายต่อใบพัดและตัวเรือนของปั๊มได้

อีกวิธีการหนึ่งในการเพิ่มอัตราการไหลก็คือการติดตั้งปั๊มสองตัวเดินคู่ขนานกัน ซึ่งทำให้สามารถใช้ปั๊มที่ให้ค่าอัตราการไหลต่ำกว่า 600 ลิตรต่อนาที (ที่ไม่เข้าเกณฑ์สินค้าที่ใช้ได้สองทาง) สองตัวทำงานร่วมกันเพื่อให้ได้ค่าอัตราการไหลไม่ต่ำกว่า 600 ลิตรต่อนาทีได้

สูบจากท่อประปาโดยตรง MO Memoir : Wednesday 19 April 2566

แรงดันน้ำประปาในท่อมันจะเปลี่ยนไปตามจำนวนผู้ใช้งาน ยิ่งบ้านที่อยู่ปลายเส้นท่อจะเห็นปัญหาชัดเจน ช่วงเวลาที่ไม่ค่อยมีคนใช้น้ำ น้ำก็จะไหลแรง แต่ช่วงเวลาที่คนใช้เยอะ แรงดันก็จะลดต่ำลง อาจถึงขนาดที่อาบน้ำฝักบัวไม่ได้ (บ้านผมก็เป็นอย่างนั้น) ยิ่งถ้าใครมีบ้านสองชั้นและมีห้องน้ำอยู่ชั้นบน ก็ยากที่จะคาดหวังว่าห้องน้ำชั้นบนน้ำจะไหลแรง หรือไหลไปถึง ด้วยเหตุนี้ปั๊มน้ำอัตโนมัติจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นในครัวเรือน

ปั๊มน้ำอัตโนมัติของบ้านผมจะมีสวิตจะมีสวิตช์ควบคุมการเปิดปิดอยู่ ๒ ตัว ตัวแรกคือสวิตช์ความดัน (pressure switch) ที่จะเปิดการทำงานของปั๊มถ้าหากความดันลดต่ำลงกว่าค่าที่กำหนด เช่นเมื่อเปิดก็อกน้ำในน้ำ ตัวที่สองคือสวิตช์การไหล (flow switch) ตัวหลังที่เคยเห็นมีลักษณะเป็นก้านบานพับ ที่การไหลของน้ำจะไปดันให้ก้านบานพับนี้พับไปทางด้านทิศทางการไหล มันเป็นเหมือนกับเป็นตัวป้องกันไม่ให้ปั๊มทำงานโดยไม่มีน้ำไหลผ่าน ปั๊มน้ำอัตโนมัติที่บ้านมีสองตัว เวลาที่มันไม่ทำงานก็ต้องตรวจให้ดีว่าปัญหาอยู่ที่ตัวไหน จะได้ซื้อมาเปลี่ยนถูกตัว

การเดินท่อปั๊มน้ำอัตโนมัตินี้ที่บ้านผมเดินแบบ ๒ ระบบ คือจากมิเตอร์น้ำแยกออกเป็น ๒ เส้นทาง เส้นทางแรกตรงไปยังถังพักน้ำสำหรับให้ปั๊มน้ำสูบจ่ายเวลามีการเปิดน้ำใช้ เส้นทางที่สองจะไปบรรจบกับเส้นที่มาจากด้านขาออกของปั๊มน้ำ เส้นนี้จะมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับติดตั้งอยู่ เส้นนี้มีไว้เผื่อเวลาปั๊มน้ำเสียหรือไฟดับ จะได้ยังคงมีน้ำใช้ อย่างน้อยก็ที่ชั้นล่าง วาล์วกันการไหลย้อนกลับมีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำที่ปั๊มจ่ายออกมา ไหลย้อนกลับไปยังถังเก็บน้ำหรือกลับเข้าระบบท่อ อันที่จริงตรงนี้ถ้าไม่ติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ ก็ต้องคิดตั้งวาล์วปิดเปิดเอาไว้ เวลาไหนจะใช้น้ำจากปั๊มน้ำก็ให้ปิดวาล์วตัวนี้ เวลาที่ปั๊มใช้งานไม่ได้ก็ค่อยมาเปิด

รูปที่ ๑ โฆษณาของร้านค้าแห่งหนึ่งเกี่ยวกับการออกแบบระบบท่อปั๊มน้ำอัตโนมัติที่เลือกได้ทั้งสูบจากถังพักน้ำหรือสูบจากท่อประปาโดยตรง

วันก่อนเห็นโฆษณาทาง facebook ของร้านขายอุปกรณ์ก่อสร้างแห่งหนึ่งเกี่ยวกับปั๊มน้ำอัตโนมัติและรับวางระบบ คือนอกจากจะรับวางระบบแบบที่เล่ามาข้างต้นแล้ว ยังมีการรับวางระบบแบบสูบตรงจากท่อน้ำประปาแล้วจ่ายตรงเข้าไปในบ้าน (รูปที่ ๑) และสูบตรงจากท่อน้ำประปาเพื่อจ่ายตรงเข้าไปในบ้านและวนน้ำกลับไปใส่ในถังเก็บน้ำ (รูปที่ ๒) หลายคนที่เห็นการออกแบบแบบนี้ก็เลยเข้าไปให้ความเห็นดังแสดงในรูป

รูปที่ ๒ โฆษณาของร้านค้าเดียวกันเกี่ยวกับการออกแบบระบบท่อปั๊มน้ำอัตโนมัติที่เลือกได้ทั้งสูบจากถังพักน้ำหรือสูบจากท่อประปาโดยตรง หรือสูบจากท่อป้อนเข้าไปไว้ในถังเก็บ

ปัญหาน้ำประปาไหลอ่อนบ้านเรามีมานานแล้วและมีอยู่ทั่วไป โดยปรกติท่อประปาก็จะเดินฝังดิน เวลาที่ท่อรั่ว เนื่องจากในท่อมีความดัน น้ำในท่อก็จะรั่วออก การรั่วออกนี้เป็นการป้องกันไม่ให้สิ่งปนเปื้อนหลุดรอยเข้ามาในท่อ การต่อปั๊มน้ำสูบน้ำจากท่อประปาโดยตรง จะทำให้ความดันน้ำในท่อลดต่ำลง ถ้าภายนอกท่อเป็นน้ำสกปรก น้ำสกปรกนั้นก็จะรั่วไหลเข้ามาในระบบท่อ ทำให้ผู้ใช้น้ำมีโอกาสเจอกับสารพัดสิ่งออกมาจากก๊อกน้ำ ไม่ว่าจะเป็นสิ่งไม่มีชีวิตหรือสิ่งมีชีวิต

ด้วยเหตุนี้การประปาจึงห้ามไม่ใช้ใช้เครื่องสูบน้ำสูบตรงจากท่อประปา (รูปที่ ๓) ใครจะใช้เครื่องสูบน้ำก็ต้องติดตั้งถังเก็บน้ำหรือบ่อพักน้ำ แล้วค่อยสูบน้ำจากถังเก็บน้ำหรือบ่อพักน้ำนั้นอีกที

รูปที่ ๓ ประกาศการประปานครหลวงเกี่ยวกับการใช้เครื่องสูบน้ำ

แต่ประกาศการประปานครหลวงก็ไม่ได้ห้ามขาดนะ มันมีต่อท้ายข้อห้ามนิดนึงว่า "เว้นแต่ได้รับอนุญาตจากการประปานครหลวง" แต่ตรงนี้ก็นึกไม่ออกเหมือนกันว่าต้องเป็นกรณีเช่นใด จึงจะได้รับการยกเว้น

ท่อประปาจากมิเตอร์เข้ามาในบ้านจะเดินมาตามพื้น การใช้บ่อพักน้ำที่อยู่ต่ำกว่าระดับผิวดินมันมีข้อดีตรงที่เวลาที่น้ำในท่อมีแรงดันต่ำ มันก็ยังไหลลงบ่อได้ แต่เวลาน้ำท่วมบ้านที่ (เช่นตอนปี ๒๕๕๔) ก็ต้องล้างทำความสะอาดกันน่าดู นอกจากนี้มันยังเปิดช่องให้สัตวตัวเล็ก ๆ ที่เดินอยู่บนพื้น ลงไปนอนแช่น้ำในบ่อพักน้ำได้ บ่อพักน้ำนี้มักต้องทำกันตั้งแต่ตอนสร้างบ้าน

การใช้ถังเก็บน้ำตั้งบนพื้นมันก็มีข้อดีตรงที่ไม่ต้องกังวลปัญหาเรื่องน้ำท่วมหรือจะมีตัวอะไรเข้าไปนอนแช่อยู่ในถัง แต่ต้องปิดฝาถังให้ดี คือแค่ป้องกันไม่ให้ตัวอะไรต่อมิอะไรเข้าไปในถังได้ แต่ต้องให้อากาศไหลเข้าออกได้ทันเวลาตามระดับน้ำที่เปลี่ยนแปลงไป โดยเฉพาะเวลาที่มีการสูบน้ำออกจากถัง (ระดับมันจะเปลี่ยนเร็วกว่าเวลาเติมน้ำเข้าถัง) ถังเก็บน้ำที่ใช้กันตามบ้านจะให้น้ำประปาไหลเข้าทาง "ด้านบน" ของถัง ด้วยเหตุผลที่ว่าใช้ระบบลูกลอยเป็นตัวควบคุมการปิดเปิดท่อจ่ายน้ำเข้าไปในถัง แต่ทั้งนี้ต้องมั่นใจนะว่า เวลาที่น้ำไหลอ่อน แรงดันน้ำจะยังคงสูงพอที่จะไหลเข้าทางด้านบนของถังได้ ถ้ากังวลเรื่องนี้ก็คงต้องใช้ถังเก็บน้ำแบบเตี้ย ๆ แทน ที่มีหลายรายทำมาเพื่อใช้เป็นเก้าอี้โซฟาไปด้วยในตัว แต่มันก็จะกินที่วางหน่อย

สิ่งหนึ่งในรูปที่ ๑ และ ๒ ที่สงสัยคือทำไมเขาออกแบบติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับไว้ทางด้านเข้าปั๊ม เพราะปรกติถ้าจำเป็นต้องติดตั้ง เราจะติดตั้งไว้ทางด้านขาออก และในกรณีของปั๊มน้ำอัตโนมัติที่ติดตั้งตามบ้านนั้นก็มักจะมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับในตัวอยู่แล้ว การติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาเข้าปั๊มจะทำกันในกรณีของการสูบน้ำจากระดับที่ต่ำกว่าปั๊ม โดยจะติดตั้งไว้ที่ปลายท่อที่จุ่มอยู่ในน้ำ วาล์วนี้จะมีชื่อเรียกเฉพาะว่า foot valve การติดตั้งนี้เพื่อให้มั่นใจว่าท่อด้านขาเข้าปั๊มมีน้ำเต็มตลอดเวลา เมื่อปั๊มทำงานก็จะจ่ายน้ำได้ทันที

แต่ในกรณีที่ระดับน้ำในถังเก็บน้ำมันสูงกว่าระดับตัวปั๊ม มันไม่จำเป็นต้องติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ

ก็ต่อกลับเข้าทางด้านขาเข้าปั๊มแทน MO Memoir : Wednesday 13 May 2563

เมื่อบ่ายวันจันทร์ที่ผ่านมา มีข้อความถามเข้ามาจากศิษย์เก่ารายหนึ่ง คือเขามีปัญหาเกี่ยวกับการผสมสารเคมีปรับสภาพสารในถังเก็บ คือระบบของเขาประกอบด้วย (รูปที่ ๑) ปั๊มที่สูบของเหลวจากถังเก็บจากมุมหนึ่งและป้อนกลับเข้าไปยังอีกมุมหนึ่ง เพื่อทำให้เกิดการผสมของของเหลวในถัง ของเหลวที่ออกจากปั๊มจะแยกเป็นสองส่วน โดยของเหลวส่วนใหญ่จะวนกลับไปยังถังเก็บโดยตรง จะมีการแยกของเหลวส่วนน้อยออกมาส่วนหนึ่ง (ที่จุด 1 ตามเส้นสีแดง) ไปยังระบบผสมสารเคมี (Chemical Dosing Unit) ที่ใช้ในการปรับสภาพของเหลวในถังเก็บ จากนั้นจะกลับไปบรรจบกับเส้นทางหลัก (ที่จุด 3) ก่อนเข้า Static mixer (อุปกรณ์ที่ติดตั้งในระบบท่อเพื่อทำให้เกิดการไหลปั่นป่วนในเส้นท่อ เพื่อทำการผสมของเหลวให้เป็นเนื้อเดียวกัน) โดยเส้นทางนี้จะมีอัตราการไหลที่ต่ำกว่าเส้นทางหลัก

  

ปัญหาที่เกิดก็คือ ของเหลวที่ไหลไปทางเส้นระบบผสมสารเคมีนั้นไม่สามารถไหลเข้ามาผสมกับเส้นทางหลักที่จุด 3 ได้ สาเหตุก็เป็นเพราะเส้นทางหลักนั้นเป็นเส้นทางที่สั้นกว่าและมีความต้านทานการไหลที่ต่ำกว่า ในขณะที่เส้นทางไประบบผสมสารเคมีนั้นเป็นเส้นทางที่เล็กกว่าและมีความต้านทานการไหลที่สูงกว่า การไหลหมุนเวียนตามเส้นสีแดงจึงไม่เกิด

  

รูปที่ ๑ แผนผังระบบสูบของเหลวไหลหมุนเวียนและเติมสารเคมี

คำถามที่เขาถามผมก็คือ ถ้าเขาติดวาล์วที่ตำแหน่ง 2 แล้วหรี่วาล์ว จะทำให้ของเหลวจากระบบผสมสารเคมีไหลเข้าที่ตำแหน่ง 3 ได้หรือไม่ ซึ่งคำตอบก็คือ ถ้าหรี่มากพอ มันก็ไหลเข้าได้ แต่สิ่งที่ต้องคิดก็คือ ยังสามารถรักษาอัตราการไหลรวมได้หรือไม่ ซึ่งเมื่อดูจากขนาดท่อแล้วคิดว่าไม่น่าจะได้ เพราะท่อเส้นทางสีแดงนั้นเล็กกว่าท่อเส้นทางสีดำอยู่มาก

  

เส้นทางที่ผมแนะให้เขาก็คือ ให้ต่อท่อเข้าทางด้านขาเข้าปั๊ม (จุด 4) แทน เพราะด้านนี้เป็นด้านที่มีความดันที่ต่ำกว่าทางด้านขาออกของปั๊ม แต่ต้องพิจารณาด้วยว่า สารเคมีที่ผสมเข้าไปนั้นก่อปัญหาอะไรกับตัวปั๊มด้วยหรือไม่

  

อันที่จริงการแก้ปัญหาตรงนี้มันมีได้หลายรูปแบบ ขึ้นกับระบบ อย่างเช่นป้อนสายที่มาจากหน่วยผสมสารเคมีไปที่ถังเก็บของเหลวเลยได้ไหม โดยเข้าไปที่ตำแหน่งท่อไหลหมุนเวียนกลับป้อนของเหลวกลับคืนถัง (แต่นั่นหมายถึง static mixer ที่ติดตั้งอยู่จะไม่ได้ใช้ประโยชน์อะไร)

  

การผสมเข้ากลับคืนยังจุด 3 ก็อาจกระทำได้ ถ้าเราไป "ลดความดัน" เส้นทางไหลหลัก ณ จุดเชื่อมต่อนั้นให้ต่ำลง ซึ่งทำได้ด้วยการ "เพิ่มความเร็ว" ของเหลวที่ไหลผ่าน ณ จุดนั้น ซึ่งอันนี้ก็คือหลักการของท่อเวนจูรี่ (Venturi) นั่นเอง

  

พลังงานของของไหลที่ไหลอยู่ในท่อนั้น (ไม่นับพลังงานศักย์) ประกอบด้วยพลังจลน์และความดัน จากกฎการอนุรักษ์พลังงาน ถ้าเราไปเพิ่มพลังงานจลน์ ความดันก็จะลดต่ำลง การเพิ่มพลังงานจลน์ทำได้ด้วยการเพิ่มความเร็วการไหล ซึ่งในกรณีนี้ทำได้ด้วยการลดพื้นที่หน้าตัดการไหลให้เล็กลง (รูปที่ ๒)

  

รูปที่ ๒ โดยหลักการของท่อเวนจูรี่นั้น ของไหลที่ไหลเข้ามาด้วยความเร็ว V1 และความดัน P1 เมื่อไหลผ่านพื้นที่หน้าตัดที่เล็กลง ความเร็วจะเป็น V2 ที่สูงกว่า V1 ในขณะที่ความดันจะเป็น P2 ที่ต่ำกว่า P1 ทำให้ของไหลเข้าที่ตำแหน่งเส้นลูกศรสีแดงนั้นได้ง่ายขึ้น

ในกรณีที่การบรรจบต่อตั้งฉากเข้าโดยตรงกับท่อหลังยังมีปัญหาอยู่ ก็อาจแก้ด้วยการต่อท่อเล็กสอดเข้าไปภาย โดยให้ทิศทางการไหลออกจากท่อเล็กนั้นไปในทิศทางเดียวกับการไหลในท่อใหญ่ (รูปที่ ๓)

  

รูปที่ ๓ เส้นสีแดงคือท่อเส้นทางการไหลต่ำที่ต้องการผสม ลูกศรสีดำแสดงทิศทางการไหลในท่อหลัก

การทำงานแบบ Ejector ก็เป็นอีกแบบหนึ่งในการดึงเอาสายความดันต่ำเข้ามาผสมกับสายความดันสูง ในการทำงานนี้จะใช้การฉีดสายความดันสูงให้ไหลผ่านท่อเวนจูรี่ด้วยความเร็วสูง (รูปที่ ๔) สายความดันต่ำก็จะถูกดูดเข้ามาผสมกับสายการไหลหลักได้เช่นกัน วิธีการนี้มักนิยมใช้ในการทำสุญญากาศด้วยการใช้ไอน้ำฉีดพ่นเข้าไปที่ท่อเวนจูรี่เพื่อดึงแก๊สออกจากระบบ เพราะไอน้ำ (หรือแก๊สใด ๆ) ที่ความดันสูงเมื่อถูกฉีดพ่นออกมาที่ความดันที่ต่ำลง ปริมาณจะเพิ่มขึ้น ทำให้ความเร็วในการไหลนั้นเพิ่มสูงขึ้นมาก

  

รูปที่ ๔ หลักการทำงานของ Ejector

สำหรับวันนี้ ก็คงจะขอจบเพียงแค่นี้

ส่งได้โดยไม่ต้องใช้ปั๊ม ผสมได้โดยไม่ต้องใช้ใบพัดกวน MO Memoir : Sunday 15 December 2562

ช่วงเดือนตุลาคม ๒๕๕๗ ทางสหภาพยุโรปได้จัดวิทยากรมาให้ความรู้เกี่ยวกับการจำแนกสินค้าที่ใช้ได้สองทางที่โรงแรมแห่งหนึ่งในกรุงเทพ ในชื่อเรื่อง "EU workshop on strategic trade control; duel used items for civilian and/or military uses. Chemical engineer and weapon of mass destruction." ซึ่งงานดังกล่าวก็มีอาจารย์จากมหาวิทยาลัยต่าง ๆ จากหลากหลายคณะและภาควิชาเข้าร่วม และในการอบรมนั้นก็ได้มีการแบ่งกลุ่มฝึกพิจารณาสินค้าโดยแยกตามความถนัดของแต่ละกลุ่ม ตัวผมเองก็ได้ไปร่วมอยู่ในกลุ่มรายชื่อของ Australia Group ที่เกี่ยวข้องกับสารตั้งต้นและอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิตอาวุธเคมีและชีวภาพ
 

ในช่วงหนึ่งของการแบ่งกลุ่มพิจารณา ทางวิทยากร (ที่มีพื้นฐานทางด้านเคมี น่าจะเป็นทางด้านห้องปฏิบัติการเป็นหลัก เพราะเห็นเขาเชี่ยวชาญเรื่องอุปกรณ์ป้องกันต่าง ๆ ที่ใช้ในห้องปฏิบัติการเคมีและชีวภาพ) ก็ได้กล่าวว่า ถ้าเราสามารถควบคุมการส่งอุปกรณ์ที่สำคัญบางชนิดไปยังผู้รับที่ไม่เหมาะสมได้ เขาก็จะไม่สามารถผลิตอาวุธทำลายล้างสูงได้ โดยได้ยกตัวอย่างของใบพัดกวน (agitator หรือ stirrer) และปั๊ม แต่ผมก็ได้ให้ความเห็นแย้งไปว่า ในทางปฏิบัตินั้นเราสามารถทำการส่งของเหลวจากถังใบหนึ่งไปยังถังอีกใบหนึ่งได้โดยไม่ต้องใช้ปั๊ม และสามารถทำการผสมสารในถังได้โดยไม่ต้องใช้ใบพัดกวน ก็ทำเอาเขาแปลกใจว่าทำได้ยังไง
 

วิธีการแรกที่ผมเคยเล่นมาก็คือการใช้ความดันแก๊สดันให้ของเหลวจากถังหนึ่งไหลไปยังอีกถังหนึ่ง ซึ่งใช้ในการส่งของเหลวอันตราย (สารประกอบ alkyl aluminium บริสุทธิ์) ระหว่างระหว่างถังโดยไม่ต้องการให้เกิดปัญหาการรั่วซึมที่ตัวปั๊ม (ไม่ว่าจะเป็นที่ตัว seal หรือแผ่น diaphragm ก็ตาม) อีกวิธีการหนึ่งคือการใช้แรงโน้มถ่วง โดยให้ทิศทางการไหลเริ่มจากสูงลงต่ำ จริงอยู่แม้ว่าสองวิธีการนี้จะไม่เหมาะกับกระบวนการผลิตแบบต่อเนื่อง แต่สำหรับการผลิตแต่ละครั้งในปริมาณที่ไม่มาก มันก็ง่ายดี

รูปที่ ๑ แถวบนแสดงตัวอย่างวิธีการในการส่งของเหลวจากถังหนึ่งไปยังอีกถังหนึ่งด้วยการ (1) ใช้ความดันแก๊สภายในถังดันให้ของเหลวจากถังหนึ่งไหลไปยังอีกถังหนึ่ง หรือ (2) ใช้การไหลด้วยแรงโน้มถ่วง ส่วนแถวล่างแสดงตัวอย่างการผสมสารในถังโดยไม่ต้องใช้ใบพัดกวนด้วยการ (3) ใช้ปั๊มสูบจากมุมหนึ่งแล้วให้ไหลหมุนเวียนเข้าอีกด้านหนึ่ง หรือ (4) ใช้แก๊สฉีดลงไปใต้ผิวของเหลว หรือ (5) การใช้การเขย่าหรือหมุน
  

สำหรับการผสมนั้นก็สามารถทำได้ด้วยการใช้ปั๊มสูบของเหลวจากมุมหนึ่งแล้วป้อนกลับเข้ายังอีกตำแหน่งหนึ่ง หรือใช้แก๊สฉีดเข้าไปใต้ผิวของเหลว หรือใช้การหมุนหรือการเขย่า ซึ่งในสองวิธีการแรกนั้นสามารถใช้ได้กับการผลิตในปริมาณมากในกระบวนการต่อเนื่อง ในขณะที่วิธีการหลังนั้นเหมาะกับการผลิตในปริมาณไม่มากและเป็นการผลิตแบบกะ (batch)
  

คำถามหนึ่งที่เกิดขึ้นเป็นประจำเวลาสังเคราะห์สารเคมีขึ้นมาสักตัวหนึ่งคือสารเคมีตัวนั้นควรมีความบริสุทธิ์ขนาดไหน ตรงนี้ก็ขึ้นอยู่กับว่าจะเอาไปใช้ทำอะไร และจะใช้เมื่อใด ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้นั้นควรต้องมีความบริสุทธิ์ขนาดไหน คุณภาพของผลิต ถ้าสารเคมีดังกล่าวเป็นอาวุธเคมีก็ต้องพิจารณาว่าจะใช้เมื่อใด ในกรณีของการผลิตเพื่อเก็บเอาไว้ใช้เมื่อถึงเวลานั้น (ซึ่งก็ไม่รู้ว่าเมื่อใด) เสถียรภาพของผลิตภัณฑ์ถือว่าเป็นปัจจัยสำคัญ เพราะมันต้องไม่กัดกร่อนภาชนะบรรจุหรือเสื่อมสภาพเมื่อผ่านการเก็บเอาไว้เป็นเวลานาน (เรื่องของ shelf life) แต่ในการผลิตโดยคาดหวังไว้แล้วว่ามันจะถูกใช้ในเวลาอันสั้น เช่นในช่วงระหว่างสงครามโลกครั้งที่ ๑ ที่มีการใช้อาวุธเคมีกันอย่างแพร่หลายหรือจะใช้เพื่อการก่อการร้าย เรื่องของเสถียรภาพและ/หรือความบริสุทธิ์ก็อาจไม่ใช่ปัจจัยสำคัญ
  

เท่าที่ดูรายการอุปกรณ์ที่ปรากฎใน EU List นั้นจะเน้นไปที่การวิจัยและการผลิตในปริมาณมากเพื่อใช้ในทางทหาร และกังวลกับการส่งออกไปยังประเทศที่คิดว่าสนับสนุนการก่อการร้าย แต่เอาเข้าจริง ๆ กลับกลายเป็นว่า คนที่โดนเสียเองกลับเป็นประเทศที่มีเทคโนโลยีเหล่านี้และมีมาตรการควบคุมการส่งออก ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือกรณีของการโจมตีด้วยแก๊ส Sarin ในรถไฟใต้ดินของกรุงโตเกียวเมื่อวันจันทร์ที่ ๒๐ มีนาคม ค.ศ. ๑๙๙๕ (พ.ศ. ๒๕๓๘) ที่มีผู้เสียชีวิตกว่า ๑๐ รายและบาดเจ็บกว่าหนึ่งพันคน โดยตัวแก๊สดังกล่าวก็ถูกผลิตขึ้นในประเทศญี่ปุ่นเอง

  

รูปที่ ๒ การโจมตีด้วยแก๊ส Sarin ในรถไฟใต้ดินกรุงโตเกียว (จากเอกสาร DCSINT Handbook No. 1.01 Terror Operations : Case studies in Terrorism 15 August 2005 จัดทำโดยกองทัพสหรัฐอเมริกา)