บางสิ่งที่ไม่มีปรากฏใน P&ID MO Memoir : Friday 15 March 2562

Piping and Instrumentation Diagram หรือที่ย่อว่า P&ID นั้น จัดว่าเป็นแบบที่สำคัญในการก่อสร้างโรงงานและเดินเครื่อง เพราะมันแสดงอุปกรณ์ทุกตัวที่เกี่ยวข้องกับการทำงาน ไม่ว่าจะเป็นอุปกรณ์ระบบท่อหรืออุปกรณ์วัดคุม และแสดงความสัมพันธ์ระหว่างกัน จะมียกเว้นบ้างก็พวกเช่น อุปกรณ์ระบบท่อและอุปกรณ์วัดคุมที่ติดตั้งมาพร้อมกับตัวเครื่องจักรที่ทางโรงงานทำหน้าเพียงต่อท่อเข้าและออกจากเครื่องจักรตัวนั้นเท่านั้น
 

ในการเดินท่อนั้นต้องอาศัยทั้ง P&ID และ plot plan ที่เป็นแผนผังแสดงที่ตั้งอุปกรณ์ต่าง ๆ กล่าวคือกระบวนการผลิตเดียวกันที่ใช้ P&ID เดียวกัน แต่ตำแหน่งที่ตั้งเครื่องจักรนั้นแตกต่างกัน (ขึ้นอยู่กับ รูปร่าง ขนาดของพื้นที่ที่เป็นที่ก่อสร้างโรงงาน และตำแหน่งการวางเครื่องจักร (เช่นปั๊ม ถัง ฯลฯ) ต่าง ๆ) เวลาก่อสร้างจริงก็เลยออกมาไม่เหมือนกัน ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลต่อการออกแบบโครงสร้างรองรับ (pipe support ต่าง ๆ) และรูปทรงสามมิติของท่อในการก่อสร้างจริง
 

นอกจากนี้ยังมีบางสิ่งที่ไม่สามารถระบุไว้ใน P&ID ได้ตั้งแต่แรก เพราะต้องรอให้ออกแบบ isometric drawing (ที่แสดงรูปทรงสามมิติของท่อที่จะประกอบขึ้นจริง) ให้เรียบร้อยก่อน เช่นจุดต่อที่ต้องมีเพื่อการทดสอบความแข็งแรงของท่อและ/หรือใช้ในการระบายแก๊ส/ของเหลวออกจากท่อในระหว่างการเริ่มต้นเดินเครื่องหรือหยุดเดินเครื่องโรงงาน
 

และก็มีหลายกรณีที่สิ่งที่ไม่ปรากฏใน P&ID นั้นก่อปัญหาให้กับการทำงานได้ ถ้าหากในระหว่างการก่อสร้างนั้นผู้ตรวจสอบงานไม่ได้คำนึงถึงว่าเมื่อใช้งานจริงนั้นระบบมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร อย่างบางเรื่องที่จะยกมาเล่าให้ฟังในวันนี้

๑. สิ่งที่หลงเหลือจากการทำ hydraulic test

คำภาษาอังกฤษ "Nipple" มีหลายความหมาย แต่ในที่นี้จะหมายถึง nipple ที่ใช้ในงานท่อที่ภาษาไทยแปลว่า "ข้อต่อเกลียวนอก" ที่อาจเป็นชนิดที่มีเกลียวตัวผู้ที่ปลายทั้งสองข้าง หรือมีเพียงข้างเดียว โดยปลายอีกข้างหนึ่งใช้การเฃื่อมต่อด้วยวิธีการอื่น เช่นการเชื่อม (รูปที่ ๑)
 

ข้อเสียอย่างหนึ่งของข้อต่อเกลียวก็คือ ตัวเกลียว (ทั้งฝั่งด้านเกลียวตัวผู้และเกลียวตัวเมีย) ที่ทำหน้าที่ยึดชิ้นส่วนสองชิ้นเข้าด้วยกันนั้น สัมผัสกับ process fluid (ที่อาจทั้งมีอุณหภูมิสูงและกัดกร่อน) โดยตรง และไม่สามารถตรวจสอบสภาพความสมบูรณ์ของเกลียวได้ เว้นแต่จะทำการรื้อออกมา ซึ่งตรงนี้ต่างจากการใช้หน้าแปลนตรงที่ นอต (หมายถึงทั้ง bolt และ nut) ที่ทำหน้าที่กดหน้าแปลนทั้งสองฝั่งเข้าด้วยกันนั้นไม่ได้สัมผัสกับ process fluid โดยตรง จึงไม่ได้รับผลกระทบจาก process fluid โดยตรง ด้วยเหตุนี้ในกระบวนการผลิตนั้นจึงจำกัดการใช้ข้อต่อเกลียวเฉพาะกับ process fluid ที่ไม่มีอันตราย (เช่น น้ำประปา อากาศอัดความดัน) หรือกับท่อขนาดเล็ก

รูปที่ ๑ (ซ้าย) nipple ชนิดที่มีเกลียวทั้งสองข้าง (ขวา) nipple ชนิดที่มีเกลียวเพียงข้างเดียว อีกข้างไว้สำหรับการเชื่อม
 

ระบบท่อในโรงงานที่ใช้การเชื่อมในการต่อท่อเข้าด้วยกันเป็นหลักนั้น ก่อนการใช้งานจำเป็นต้องมีการทดสอบความสามารถในการรับความดันของระบบท่อ และวิธีการหนึ่งที่นิยมใช้กันก็คือการทำ hydraulic test ที่ใช้การเติมน้ำเข้าไปให้เต็มระบบท่อ (โดยต้องไม่มีอากาศตกค้างภายใน) จากนั้นจึงเพิ่มความดันให้สูงขึ้น (แต่ก่อนจะใช้ 1.5 เท่าของ design pressure แต่ตอนนี้ดูเหมือนจะเหลือแต่ 1.3 เท่าแล้ว) ถ้าท่อผ่านการทดสอบนี้ก็เรียกว่าปลอดภัยสำหรับการใช้งาน ก็ระบายน้ำที่เติมเข้าไปนั้นทิ้งได้
 

ปัญหามันอยู่ตรงที่จุดที่จะใช้สำหรับ เติมน้ำ/ระบายน้ำทิ้ง และจุดที่จะใช้สำหรับการระบายอากาศออกจากท่อในขณะที่เติมน้ำเข้าไปนั้น มันขึ้นอยู่กับรูปทรงสามมิติของระบบท่อ กล่าวคือจุดเติมน้ำ/ระบายน้ำทิ้ง (จุด drain) จะต้องอยู่ในตำแหน่งที่ต่ำสุดเมื่อเทียบกับบริเวณรอบข้าง และจุดที่จะใช้สำหรับระบายอากาศออกตอนเติมน้ำหรือปล่อยให้อากาศเข้าตอนระบายน้ำทิ้ง (จุด vent) จะต้องอยู่ในตำแหน่งที่สูงสุดเมื่อเทียบกับบริเวณรอบข้าง และตำแหน่งเหล่านี้มันก็ไม่สามารถระบุได้ใน P&ID มันต้องไประบุใน piping isometric drawing หรือดูกันหน้างาน (อ่านเรื่องนี้เพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๔๙๒ วันจันทร์ที่ ๑๓ สิงหาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "Drain อยู่ล่าง Vent อยู่บน")
 

ท่อ vent หรือ drain มันก็ไม่ได้ใหญ่อะไรเมื่อเทียบกับขนาดท่อหลัก เวลาจะติดตั้งท่อ vent หรือ drain ก็จะใช้การเจาะผนังท่อหลักให้เป็นรู ทำการแต่งรูที่เจาะนั้นให้เรียบร้อยให้รับเข้ากับ nipple (ที่ปลายข้างหนึ่งนั้นไม่มีเกลียว) หรือ boss (ต่างจาก nipple ที่อันนี้เป็นเกลียวตัวเมีย) ที่จะนำมาเชื่อมติด ส่วนด้านที่เป็นเกลียวนั้นก็ใช้สำหรับติดตั้งวาล์วและ/หรือเกจวัดความดัน และพอเสร็จสิ้นการทดสอบก็ถอดเอาวาล์วออกแล้วอุด nipple หรือ boss นั้นด้วยการเชื่อม

รูปที่ ๒ เหตุการณ์ nipple และวาล์วที่หลงเหลือจากการทำ hydralic test ตอนทดสอบท่อเมื่อประมาณ ๒๐ ปีก่อนหน้า หลุดออก (จากหนังสือ What Went Wrong? หัวข้อ 9.1.6(e))

กรณีที่บรรยายไว้ในหนังสือ What Went Wrong? หัวข้อ 9.1.6(e) นั้นสงสัยว่าน่าใช้ nipple ชนิดที่มีเกลียวตัวผู้ทั้งสองข้าง คงใช้วิธีการเจาะรูที่ผนังท่อที่ต้องการทดสอบก่อน จากนั้นจึงทำเกลียวที่รูที่เจาะนั้นเพื่อทำการติดตั้ง nipple ไว้สำหรับติดตั้งวาล์ว ซึ่งเมื่อเสร็จสิ้นงานทดสอบแล้วก็ต้องถอดเอา nipple ออกและอุดรูที่เจาะนั้นไว้ด้วยการเชื่อม plug อุด
 

แต่ด้วยการที่ลืมรื้อเอา nipple นี้ออก ประกอบกับเป็นท่อร้อนที่คงมีการหุ้มฉนวนปิดทับ nipple กับวาล์วที่ต่ออยู่เอาไว้ ทำให้ไม่มีใครรู้ว่ามันมี nipple และวาล์วที่ใช้สำหรับการทดสอบความสามารถในการรับความดันท่อนั้นตกค้างอยู่ พอเวลาผ่านไปส่วนที่เป็นเกลียวของ nipple ที่ยึดอยู่กับผนังท่อก็เสื่อมสภาพ ทั้ง nipple และวาล์วก็เลยหลุดออกมา
 

ปรกติเวลาทำ hydraulic test ก็ทำการทดสอบที่อุณหภูมิห้อง พวกวาล์วต่าง ๆ ที่นำมาใช้สำหรับท่อ vent หรือ drain ที่แข็งแรงเพียงแค่สามารถรองรับความดันทดสอบที่อุณหภูมิก็สามารถนำมาใช้ได้ โดยที่มันไม่จำเป็นต้องสามารถทดต่อ process fluid หรืออุณหภูมิของ process fluid ในเหตุการณ์นี้จะว่าไปก็โชคดีอย่างหนึ่งตรงที่ตัววาล์วที่นำมาใช้ตอนทำ hydralic test นั้นสามารถทนต่อ process fluid และอุณหภูมิการทำงานที่สูงได้ ไม่เช่นนั้นก็คงจะเกิดการรั่วไหลตั้งแต่เริ่มต้นเดินเครื่องโรงงาน
 

๒. Pipe support

Pipe support หรือระบบรองรับและยึดตัวท่อนั้นเป็นสิ่งที่เรียกว่าต้องพิจารณากันหน้างานอยู่เยอะเหมือนกัน ว่าตำแหน่งไหนควรจะยึดตรึง และตรงไหนไม่ควรจะยึดตรึง เพื่อให้ท่อสามารถขยายตัวได้เมื่อร้อน ท่อที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องนั้นอาจใช้ U-clamp ยึดเข้ากับโครงสร้างรองรับน้ำหนักโดยตรงเลยก็ได้ ในขณะที่ท่อร้อนหรือท่อเย็นที่ต้องมีการหุ้มฉนวน ก็ต้องใช้เหล็กรูปตัวที (T) เชื่อมใต้ท่อตรงบริเวณตำแหน่งโครงสร้างรองรับก่อน เพื่อให้สามารถหุ้มฉนวนรอบท่อได้โดยไม่ติดโครงสร้าง (ดูเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๙๗ วันพฤหัสบดีที่ ๘ พฤษภาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "เก็บตกจากงานก่อสร้างอาคาร (ตอนที่ ๒)")

ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนกรกฎาคม ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๒๕๑๑) ยกกรณีตัวอย่างที่การขยายตัวของท่อร้อนนั้นมีมากจนกระทั่งท่อแยกขนาดเล็กที่แยกออกทางด้านล่างของท่อหลักนั้นถูกกดเข้ากับโครงสร้างที่รองรับน้ำหนัก อันเป็นผลจากการที่ท่อหลักนั้นขยายตัวเมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น จนการกดนั้นทำให้ท่อแยกขนาดเล็กเกิดความเสียหาย
 

ดังนั้นการตรวจงานก่อสร้างจึงไม่ควรดูเพียงแค่การสร้างนั้นครบและถูกต้องตามแบบหรือไม่เท่านั้น แต่ควรคำนึงด้วยว่าในสภาพการทำงานจริงนั้นสิ่งที่ก่อสร้างไว้จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรบ้าง และการเปลี่ยนแปลงนั้น (เช่นการขยายตัวเนื่องจากอุณหภูมิ) จะส่งผลต่อสิ่งที่ได้ก่อสร้างเอาไว้หรือไม่ แต่ในบางกรณีมันก็ดูยากอยู่เหมือนกัน อย่างเช่นในกรณีนี้จะสามารถบอกได้อย่างไรว่า เมื่อท่อหลักขยายตัวเมื่อร้อน ท่อแยกขนาดเล็กนั้นจะเคลื่อนตัวเข้าหาคานหรือเคลื่อนออก ซึ่งถ้ามันเคลื่อนออกมันก็จะไม่มีเหตุการณ์ดังที่เล่ามานี้เกิดขึ้น

รูปที่ ๓ ท่อแยกถูกกดเข้ากับโครงสร้างอันเป็นผลจากการขยายตัวของท่อหลัก จนกระทั่งท่อแยกเสียหาย (จาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนกรกฎาคม ค.ศ. ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๒๕๑๑))

เมื่อการออกแบบนั้นกระทำโดยอาศัยแบบจำลองย่อส่วนหรือภาพปรากฏบนคอมพิวเตอร์ ประกอบด้วยการที่คนออกแบบไม่ได้มีโอกาสมาดูหน้างานก่อสร้างว่าแบบที่ออกไปนั้นมีปัญหาอะไรหรือไม่ เมื่อคนก่อสร้างถือว่าไม่ได้เป็นคนออกแบบและไม่มีหน้าที่ตรวจสอบว่าแบบที่รับมาก่อสร้างนั้นเหมาะสมกับความเป็นจริงหรือไม่ ก็เลยก่อสร้างตรงตามแบบที่ได้รับ คนตรวจรับงานก็ตรวจสอบว่าสิ่งที่จ้างให้ผู้รับเหมาสร้างตามแบบนั้น ได้มีการสร้างตามแบบนั้นจริง และอาจไม่ได้เป็นคนเดินเครื่อด้วย ส่วนคนเดินเครื่องก็ไม่ได้มายุ่งอะไรกับงานก่อสร้าง อะไรต่อมิอะไรมันก็เกิดขึ้นได้เสมอเมื่อเริ่มเดินเครื่องครั้งแรก
  

๓. การเปลี่ยนระดับความสูงของท่อ

วาล์วปรับความดัน (reducing valve) นั้นใช้ความดันด้านขาออกมากดแผ่นไดอะแฟรมเพื่อดันให้วาล์วปิด กล่าวคือถ้าความดันด้านขาออกต่ำกว่ากำหนด แรงกดที่แผ่นไดอะแฟรมก็จะลดลง แรงสปริงก็จะดันให้วาล์วเปิดกว้างขึ้น แต่ถ้าความดันด้านขาออกสูงกว่ากำหนด แรงกดที่แผ่นไดอะแฟรมก็จะเพิ่มขึ้น วาล์วก็จะเปิดน้อยลง ดังนั้นถ้าท่อด้านขาออกมีของเหลวค้างอยู่จนเต็ม แรงดันจากความสูงของของเหลวก็อาจดันให้วาล์วนั้นปิดตลอดเวลาได้
 

ถังเก็บชนิด fixed roof นั้น จะมีช่องระบายด้านบนเพื่อให้แก๊สข้างในไหลออกเมื่อสูบของเหลวเข้าถัง (ป้องกันไม่ให้ความดันในถังสูงเกินไป) และให้อากาศข้างนอกไหลเข้าเมื่อสูบของเหลวออกจากถัง (ป้องกันไม่ให้ความดันในถังต่ำกว่าความดันบรรยากาศ) แต่ในกรณีที่ใช้เก็บของเหลวที่ไวไฟนั้น การให้อากาศไหลเข้าออกถังนั้นไม่เป็นการดี เพราะจะทำให้ส่วนไอที่อยู่เหนือผิวของเหลวกลายเป็น explosive mixture ได้ ดังนั้นเพื่อป้องกันอันตรายดังกล่าวจึงต้องมีการป้อนไนโตรเจนเข้าไปป้องกันไม่ให้อากาศไหลเข้า กล่าวคือถ้าสูบของเหลวเข้าถัง ไนโตรเจน (+ ไอระเหย) จะไหลออก แต่ถ้าสูบของเหลวออกจากถัง แก๊สไนโตรเจนที่จ่ายเข้ามาจะช่วยป้องกันไม่ให้ความดันในถังลดต่ำเกิดไป โดยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาการให้อากาศจากภายนอกไหลเข้ามาช่วย
 

ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนสิงหาคม ค.ศ. ๑๙๗๐ เล่าถึงเหตุการณ์ที่ระบบดังกล่าวไม่ทำงาน (รูปที่ ๔) อันเป็นผลจากการติดตั้งวาล์วลดความดันที่ป้อนไนโตรเจนนั้นอยู่ที่ระดับต่ำกว่าจุดต่อท่อเข้าถัง ทำให้ไอระเหยของของเหลวในถังมาควบแน่นเป็นของเหลวทางด้านขาออกของวาล์วลดความดัน ส่งผลให้วาล์วลดความดันไม่สามารถจ่ายไนโตรเจนเข้าถังได้ วิธีการที่ถูกต้องคือต้องให้ท่อด้านขาออกของวาล์วลดความดันลาดลงไปสู่ถังโดยของเหลวไม่มีโอกาสที่จะสะสมได้

รูปที่ ๔ ไอระเหยของน้ำมันมาควบแน่นอยู่ในท่อป้อนไนโตรเจนเข้าถัง ขัดขวางการป้อนไนโตรเจนเข้าถัง (จาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนสิงหาคม ค.ศ. ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓))

Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Centrifugal pump (ปั๊มหอยโข่ง) MO Memoir : Wednesday 4 January 2560

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

ทำความรู้จัก Piping Isometric Drawing MO Memoir : Tuesday 30 July 2558

ในการออกแบบโรงงานอุตสาหกรรมเคมีนั้น เราเริ่มจากการคัดเลือกกระบวนการผลิต จากนั้นก็จัดทำ Process Flow Diagram (PFD) ที่แสดง อัตราการไหล อุณหภูมิ ความดัน สภาวะอื่น ๆ (เช่นความหนืด การมีของแข็งแขวนลอย ฯลฯ) ของสารที่ไหลจากอุปกรณ์ผลิตหนึ่งไปยังอีกอุปกรณ์การผลิตหนึ่ง ข้อมูลตรงนี้เราใช้ในการกำหนดขนาดของอุปกรณ์การผลิตแต่ละอุปกรณ์ (เช่นขนาดของ หอกลั่น vessel ต่าง ๆ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน cooling tower หม้อน้ำ ฯลฯ)
  

เมื่อได้ขนาดของอุปกรณ์การผลิตต่าง ๆ แล้ว ขั้นตอนต่อไปก็คือการกำหนดตำแหน่งที่ตั้งของอุปกรณ์ต่าง ๆ ตรงนี้คือการกำหนด Plot Plan ซึ่งขึ้นกับพื้นที่ก่อสร้างที่มีอยู่ (ไม่ว่าจะเป็นรูปร่างพื้นที่ ระดับชั้นความสูงที่เป็นที่ตั้งของอุปกรณ์การผลิตแต่ละชิ้น) เพราะตรงนี้มันส่งผลถึงการออกแบบขนาดของปั๊มและท่อที่ต้องใช้ เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น เราลองมาพิจารณากรณีตัวอย่างของโรงงานในรูปที่ ๑ ข้างล่างดูกันก่อน ที่มีการจัดเรียงหน่วยผลิตด้วยรูปแบบที่แตกต่างกัน (คือมี plot plan ที่แตกต่างกัน) โดยโรงงานดังกล่าวประกอบด้วย (ก) หน่วยผลิต A (ข) หน่วยผลิต B (ค) หน่วยแยกผลิตภัณฑ์ออกจากตัวทำละลาย และ (ง) หน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์เพื่อนำกลับไปใช้ใหม่ที่หน่วยผลิต A
  

รูปที่ ๑ (บน) วางตำแหน่งหน่วยผลิตตามแนวยาว หน่วยกลั่นตัวทำละลายอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของสายการผลิต (กลาง) วางตำแหน่งหน่วยผลิตตามแนวยาว หน่วยกลั่นตัวทำละลายอยู่ทางต้นทางของสายการผลิต และ (ล่าง) วางตำแหน่งหน่วยผลิตในพื้นที่รูปสี่เหลี่ยม พึงสังเกตว่าแต่ละแบบนั้นการเดินท่อจะมีความแตกต่างกันอยู่
  

ในรูปที่ ๑ (บน) และ (กลาง) นั้นเป็นการวาง plot plan ของหน่วยผลิตต่าง ๆ ในแนวยาว ความแตกต่างอยู่ที่ตำแหน่งที่ตั้งของหน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์ ในกรณีของรูปที่ ๑ (บน) นั้นหน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์อยู่ถัดจากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ออกจากตัวทำละลาย ดังนั้นการเดินท่อส่งตัวทำละลายที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์จากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ไปยังหน่วยกลั่นตัวทำละลายนี้จะสั้น แต่การเดินท่อส่งตัวทำละลายที่บริสุทธิ์จากหน่วยกลั่นไปยังหน่วยผลิต A จะเดินท่อยาว แต่ถ้าเป็นกรณีของรูปที่ ๑ (กลาง) หน่วยกลั่นตัวทำละลายให้มีความบริสุทธิ์จะอยู่ทางต้นทางของหน่วยผลิต A ดังนั้นการเดินท่อส่งตัวทำละลายที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์จากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ไปยังหน่วยกลั่นตัวทำละลายนี้จะยาว แต่การเดินท่อส่งตัวทำละลายที่บริสุทธิ์จากหน่วยกลั่นไปยังหน่วยผลิต A จะเดินท่อสั้น
   

ถ้าตัวทำละลายที่ยังไม่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์นั้นมีความหนืดมากกว่าตัวทำละลายที่บริสุทธิ์แล้ว การใช้ plot plan แบบรูปที่ ๑ (กลาง) จะทำให้ต้องสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าเพราะต้องส่งของเหลวที่มีความหนืดสูง (คือตัวทำละลายที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์) เดินทางเป็นระยะทางไกลกว่า (คือจากหน่วยแยกผลิตภัณฑ์ส่งไปยังหน่วยกลั่นตัวทำละลาย) แต่ถ้าใช้การวาง plot plan ตามรูปที่ ๑ (ล่าง) คือวนรอบเป็นรูปสี่เหลี่ยม ระยะทางเชื่อมต่อระหว่างหน่วยต่าง ๆ จะสั้นที่สุด แต่ทั้งนี้ก็ขึ้นกับว่าทางโรงงานมีพื้นที่สำหรับก่อสร้างที่มีรูปร่างหน้าตาอย่างไร
  

และตรงนี้ก็เป็นสาเหตุที่ทำให้โรงงานที่ใช้กระบวนการผลิตเดียวกัน แต่มีการใช้ plot plan ที่แตกต่างกัน การส่งของเหลวจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่งก็ไม่จำเป็นต้องใช้ปั๊มและท่อที่มีขนาดเดียวกัน
  

รูปที่ ๒ Piping isometric drawing (จาก http://www.flow-techs.com/wp-content/uploads/2012/01/d1.gif) พึงสังเกตความยาวท่อตรงอักษร A จะเห็นว่ามันไม่ได้สัดส่วนกับความยาวที่แท้จริง
  

หลังจากที่ได้ plot plan แล้ว ต่อไปก็คือการคำนวณหาขนาดท่อและปั๊ม เพราะรู้ตำแหน่งแล้วว่าต้นทางและปลายทางนั้นห่างกันเท่าใด และการเดินท่อนั้นต้องเดินรูปแบบใด (เช่น ฝังลงใต้ดิน วางบน pipe rack ที่คดเคี้ยวหรือวิ่งขึ้น-ลงไปตามแนวเส้นทางใดบ้าง) ขั้นตอนนี้ก็จะได้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่ต้องใช้ ลำดับต่อไปก็คือรูปร่างที่แท้จริงของท่อที่ต้องประกอบขึ้นเพื่อใช้ในการส่งผ่านของเหลวนั้น ตรงนี้เป็นจุดที่ piping isometric drawing เข้ามามีบทบาท
  

piping isometric drawing ก็คือรูปร่างของท่อในสามมิติ ว่ามีการหักเลี้ยว ขึ้น-ลง ลาดเอียงทำมุม มีการติดตั้งอุปกรณ์อะไรบ้างที่ตำแหน่งใดบ้าง และอยู่ห่างกันเป็นระยะเท่าใด มีการระบุความยาวท่อและระยะห่างระหว่าง วาล์วและอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ต้องติดตั้งเข้ากับตัวท่อ (เช่นตำแหน่งติดตั้งเกจต่าง ๆ) ที่ชัดเจน ดังตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๒ แต่สิ่งหนึ่งที่ต้องระวังในการอ่าน piping isometric drawing คือภาพนั้นมันไม่ได้แสดงสัดส่วนที่เป็นจริงเสมอไป กล่าวคือถ้าเห็นท่อเส้นหนึ่งในรูปมีความยาวเป็นสองเท่าของท่ออีกเส้นหนึ่ง ก็ไม่ได้หมายความว่าท่อในรูปมีเส้นท่อที่ยาวกว่านั้นจะมีความยาวที่แท้จริงมากกว่า ความยาวที่แท้จริงของท่อต้องดูที่ "ตัวเลข" ที่เขาระบุไว้ ลองดูท่อในรูปที่ ๒ ตรงที่มีอักษร A กำกับ เช่นท่อที่ยาว 19 1/2" (19 นิ้วครึ่ง) นั้นในรูปจะสั้นกว่าท่อที่ยาว 14' 3" (14 ฟุต 3 นิ้ว) เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
   

ความยาวท่อมาตรฐานจากผู้ผลิตจะอยู่ที่ 6 เมตร ดังนั้นถ้าหากว่ามีการเดินท่อตรงที่ยาวกว่า 6 เมตรก็ต้องมีการเชื่อมต่อท่อเข้าด้วยกัน วิธีการเชื่อมต่อท่อตรงเข้าด้วยกันตรงนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของท่อและข้อกำหนดของโรงงาน (ขึ้นอยู่กับว่าเป็นท่อใช้ในงานอะไร) ท่อขนาดใหญ่ก็จะใช้ปลายท่อต่อชนกันและใช้การเชื่อม ถ้าเป็นท่อขนาดเล็กไม่มากก็อาจใช้การเชื่อมต่อปลายท่อเข้าด้วยกันโดยตรงแบบท่อใหญ่ หรือไม่ก็ใช้ข้อต่อตรง (union) ที่เป็นข้อต่อเกลียว (thread) หรือข้อต่อเชื่อมที่เรียกว่า socket weld รายละเอียดการต่อท่อในแนวตรงตรงนี้มันจะไม่ปรากฏใน piping isometric drawing เว้นแต่จะเป็นการเชื่อมต่อที่แตกต่างออกไป เช่นต้องการเดินท่อตรงยาว 18 เมตร (ต้องใช้ท่อยาว 6 เมตร 3 ท่อน) โดยมีการติดตั้งข้อต่อชนิดหน้าแปลนที่ตำแหน่ง 6 เมตรจากปลายด้านซ้าย การเชื่อมต่อท่อท่อนที่ 1 และท่อนที่ 2 (นับจากซ้าย) ด้วยการใช้หน้าแปลนจะมีปรากฏใน piping isometric drawing แต่การเชื่อมต่อท่อท่อนที่ 2 และท่อนที่ 3 (ท่อนขวาสุด) ด้วยการต่อชนท่อโดยตรงนั้น จะไม่มีปรากฏใน piping isometric drawing
  

รูปที่ ๓ ตัวอย่างสัญลักษณ์ข้อต่อ (จาก http://www.flow-techs.com/wp-content/uploads/2012/01/symble.jpg)
  

รูปที่ ๓ เป็นตัวอย่างสัญลักษณ์แสดงชนิดของท่องอ ท่อโค้ง ท่อลด และท่อแยก ที่ใช้ใน piping isometric drawing (แต่ละโรงงานไม่จำเป็นต้องเหมือนกันนะ) สำหรับการเชื่อมต่อในรูปแบบต่าง ๆ ตรงนี้ขออธิบายเพิ่มเติมให้กับผู้ที่กำลังศึกษาอยู่หรือไม่มีประสบการณ์เรื่องงานท่อเกี่ยวกับชนิดของข้อต่อที่ปรากฏในรูปโดยขอให้ดูรูปที่ ๔ ข้างล่างประกอบ การเชื่อมต่อชนิด Butt weld นั้นเป็นการเชื่อมต่อแบบต่อชน โดยมีการเจียรแต่งขอบที่จะต่อชนกันก่อนการเชื่อมเข้าด้วยกัน ท่อขนาดใหญ่มักจะใช้วิธีการนี้ในการเชื่อมต่อ (อ่านเพิ่มเติมได้จาก Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๑๗ วันอังคารที่ ๙ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ขอยัดไส้ก่อนนะ แล้วค่อยราดหน้าตาม")
  

การเชื่อมต่อแบบ socket weld นั้นใช้กับท่อที่มีขนาดเล็ก โดยใช้ข้อต่อที่มีลักษณะเป็นเบ้าสวม (แบบข้อต่อท่อ PVC) โดยการสวมข้อต่อเข้ากับท่อจนปลายท่อชนกับบ่าที่อยู่ในข้อต่อ จากนั้นก็จะดึงข้อต่อถอยหลังออกเล็กน้อยเพื่อให้ปลายท่อไม่ชนกับบ่า ก่อนที่จะเชื่อมยึดท่อกับข้อต่อที่ขอบด้านนอก เหตุผลที่ต้องไม่ให้ปลายท่อชนบ่าก็เพราะถ้าท่อช่วงที่อยู่ในข้อต่อนั้นเกิดการขยายตัว จะทำให้เกิดความเสียหายกับรอยเชื่อมได้ (มันถูกดึงออก) ส่วนการเชื่อมต่อด้วยข้อต่อเกลียวเป็นอย่างไรนั้นขออนุญาตไม่กล่าวถึง
  

รูปที่ ๔ (บน) การเชื่อมต่อแบบ Butt weld (ล่าง) การเชื่อมต่อแบบ Socket weld

รูปที่ ๕ เป็นตัวอย่างสัญลักษณ์ของหน้าแปลน (flange) และวาล์วที่ใช้ใน piping isometric drawing วิธีการเชื่อมต่อหน้าแปลนเข้ากับท่อนั้นมีหลายแบบ ชนิด weld neck ก็ใช้การเชื่อมต่อแบบ butt weld ที่กล่าวมาข้างต้น ชนิด socket weld และแบบเกลียว (threaded) ก็เป็นแบบเดียวกับที่กล่าวมาในรูปที่ ๓ และ ๔ จะมีเพิ่มเติมก็คือหน้าแปลนแบบ Slip on และ Lap joint ที่จะขอขยายความเพิ่มเติม (ดูรูปที่ ๖ ประกอบ)
  

หน้าแปลนแบบ slip on นั้นเป็นแบบที่สวมเข้ากับท่อได้พอดี จากนั้นก็ทำการเชื่อมยึดหน้าแปลนเข้ากับตัวท่อทั้งทางด้านนอกและด้านใน ทีนี้พอเชื่อมหน้าแปลนเข้ากับตัวท่อแล้วก็จะขยับไม่ได้ ดังนั้นในการประกอบนั้นต้องตรวจสอบให้ดีว่ารูสำหรับร้อย bolt นั้นของท่อทั้งสองชิ้นที่จะนำมาต่อเข้าด้วยกันต้องตรงกัน และเมื่อประกอบท่อทั้งสองชิ้นเข้าด้วยกันแล้วจะได้รูปร่างดังต้องการ (คือปลายท่ออีกด้านของท่อแต่ละชิ้นจะต้องหันไปในทิศทางและตำแหน่งที่ถูกต้องด้วย) หน้าแปลนแบบ slip on นี้มักจะใช้กับท่อขนาดเล็กที่ไม่ได้รับความดันมาก
  

รูปที่ ๕ ตัวอย่างสัญลักษณ์เพิ่มเติม (จาก http://mechanicalapp.blogspot.com/2014/01/isometric-drawing.html)

หน้าแปลนแบบ Lap joint นั้นมีส่วนประกอบสองส่วน คือตัวหน้าแปลนที่เป็นแบบ Slip on แต่หน้าแปลนตัวนี้ไม่ได้สวมเข้ากับท่อโดยตรง แต่จะสวมเข้ากับท่อแกนกลางที่เป็นตัวเชื่อมต่อเข้ากับปลายท่อ ตัวหน้าแปลนเองนั้นไม่ได้ถูกยึดเข้ากับท่อแกนกลางหรือตัวท่อ ทำให้มันสามารถหมุนได้ หน้าแปลนแบบ Slip on นี้เหมาะกับท่อขนาดใหญ่ (ที่ไม่ได้รับความดันสูง) เพราะมันยากต่อการจัดตำแหน่งรูร้อย bolt ให้ตรงกัน
  

รูปที่ ๖ (ซ้าย) หน้าแปลนแบบ Slip on ตัวหน้าแปลน (สีเขียว) ถูกเชื่อมยึดติดเข้ากับท่อ (สีฟ้า) โดยตรง (ขวา) หน้าแปลนแปลนแบบ Lap joint ตัวหน้าแปลน (สีเขียว) นั้นเป็นอิสระ ไม่ได้ถูกเชื่อมยึดติดกับตัวท่อ (สีฟ้า) หรือท่อแกนกลาง (สีส้ม)
  

รูปที่ ๗ เป็นตัวอย่างระบบ piping ของระบบหนึ่ง (ของระบบ Steam trap) ที่แสดงให้เห็นข้อต่อทั้งแบบเกลียว (ที่ตัววาล์วและ strainer) หน้าแปลนชนิด Slip on (ที่ตัว Steam trap) และข้อต่อ Butt weld (ท่อเหล็กกล้าไร้สนิมของระบบ process fluid ที่อยู่ด้านหลัง)
 

 

รูปที่ ๗ ตัวอย่างข้อต่อที่ใช้ในระบบ piping ระบบหนึ่ง
  

ถ้าอ่านมาถึงตรงนี้ก็คิดว่าคงจะพอมีความรู้พื้นฐานสำหรับการอ่านแบบ piping เพิ่มขึ้นบ้างแล้วนะครับ :) :) :)

ทำความรู้จัก Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) MO Memoir : Saturday 27 June 2558

Piping and Instrumentation Diagram ที่มักเขียนย่อว่า P&ID (อ่านพีแอนด์ไอไดอะแกรม) เป็นแบบแสดงรายละเอียดของระบบ piping และอุปกรณ์วัดคุมต่าง ๆ รายละเอียดของระบบ piping มีทั้ง ขนาดท่อ Class (ชนิดของท่อ) วาล์วต่าง ๆ ที่ติดตั้งอยู่ในระบบท่อ (ทั้งชนิด ขนาด และลำดับการติดตั้ง) การหุ้มฉนวนท่อ ข้อต่อลด (reducer) ความลาดเอียงของท่อ (ถ้าท่อนั้นจำเป็นต้องมี) ฯลฯ ในส่วนของอุปกรณ์วัดคุมนั้นก็จะมีการระบุชนิด (อุณหภูมิ ความดัน อัตราการไหล ฯลฯ) รูปแบบการวัด (แสดงผลที่ตัวอุปกรณ์วัด ส่งสัญญาณไปแสดงผลยังห้องควบคุม ทั้งแสดงผลที่ตัวอุปกรณ์และส่งสัญญาณไปแสดงผลที่ห้องควบคุม ส่งสัญญาณไปควบคุมวาล์วปรับอัตราการไหล ฯลฯ) ตำแหน่งการติดตั้ง ฯลฯ
  

ลำดับการเรียงอุปกรณ์ตามแนวเส้นท่อใน P&ID และการเรียงลำดับที่ปรากฏในเส้นท่อจริงนั้นจะต้องตรงกัน ถ้าหากพบว่ามีความแตกต่างกันอยู่ก็ต้องตรวจสอบว่าความผิดพลาดนั้นอยู่ที่ P&ID หรือการประกอบท่อ ตัวอย่างเช่นในรูปที่ ๑ ข้างล่าง ระบบท่อทั้งสองเส้นต่างประกอบด้วยอุปกรณ์ชนิดเดียวกันในจำนวนที่เท่ากัน ถ้าเป็นตาม P&ID รูปบน ถ้าเราไล่เส้นท่อมาจนถึงตำแหน่งวาล์วควบคุมตัวนี้ เราจะต้องเจอ Flow controller ก่อน ตามด้วย gate valve จากนั้นจะมีท่อแยกย่อย (ในรูปคือท่อ drain) โดยท่อแยกย่อยจะมี globe valve ติดตั้งอยู่ จากนั้นจึงเป็น control valve (ที่รับสัญญาณมาจาก Flow controller ที่ติดตั้งไว้ทางด้าน upstream) และตามด้วย gate valve อีกที แต่ถ้าเป็นตามรูปล่างเราจะเจอ gate valve ก่อน ตามด้วย control valve (ที่รับสัญญาณมาจาก Flow controller ที่ติดตั้งไว้ทางด้าน downstream) จากนั้นจะเป็นท่อ drain (ที่ globe valve ติดตั้งอยู่) ตามด้วย gate valve และ Flow controller ที่ติดตั้งไว้ทางด้าน downstream ของ control valve
  

รูปที่ ๑ ลำดับการเรึยงอุปกรณ์ตามแนวเส้นท่อใน P&ID นั้นมีความสำคัญ ถ้าลำดับการต่ออุปกรณ์ใน P&ID ไม่ตรงกับลำดับการต่อจริง ก็ต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องว่า P&ID หรือการต่อจริงนั้นถูกต้อง และต้องทำการปรับให้ตรงกัน
  

สัญลักษณ์ที่ใช้ใน P&ID ของแต่ละโรงงานไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน แต่มักจะคล้าย ๆ กัน ดังนั้นก่อนที่จะอ่าน P&ID ของโรงงานไหนก็ควรที่จะหาแผ่นที่เป็นข้อตกลงเรื่องการกำหนดสัญลักษณ์มาดูก่อนว่าสัญลักษณ์ไหนใช้แทนอะไร (ชนิดของวาล์ว ตำแหน่งวาล์วว่าปิดหรือเปิด อุปกรณ์อื่น ๆ ของระบบท่อ ความหมายของอุปกรณ์วัดคุม ฯลฯ) รูปแบบของเส้นแต่ละเส้นมีความหมายอย่างไร (เช่นรูปแบบเส้นที่ใช้แทน การส่งสัญญาณด้วยสัญญาณไฟฟ้า การส่งสัญญาณด้วยอากาศอัดความดัน (instrument air) เส้นท่อที่ต้องมีการ tracing (ให้ความร้อนด้วยการพันท่อไอน้ำไปรอบ ๆ หรือใช้ heater ไฟฟ้า) เป็นต้น) รูปที่ ๒-๔ เป็นตัวอย่างของ P&ID ของโรงงาน ๓ โรงงาน จะเห็นว่าสัญญลักษณ์ต่าง ๆ โดยเฉพาะอุปกรณ์พื้นฐานนั้นมักจะเหมือนกัน แต่ก็ยังมีบางส่วนที่มีความแตกต่างกันอยู่
  

รูปที่ ๕ เป็นตัวอย่าง P&ID ของระบบกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน (แยกเป็น ๒ รูปเพราะต้นฉบับมันใหญ่เกินกว่าหน้า A4) และรูปที่ ๖ เป็น P&ID ของระบบ Quench tower ความหมายของสัญลักษณ์ต่าง ๆ นั้นดูได้จากรูปที่ ๒ ปรกตินั้นการต่ออุปกรณ์วัดคุมต่าง ๆ (เช่นพวกวัดความดัน วัดระดับด้วย sight glass ฯลฯ) มักจะมีรูปแบบของมันเองในการต่อเข้ากับระบบท่อ เช่นต้องมี block valve ระหว่างท่อกับ pressure gauge เผื่อไว้เวลาที่ต้องถอด pressure gauge ออกมาซ่อม หรือต้องมีการใช้ lead pipe เชื่อมต่อ transmitter ต่าง ๆ เข้ากับท่อที่ต้องการวัด รายละเอียดเหล่านี้จะไม่ปรากฏใน P&ID ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ แต่จะไปปรากฏอยู่ในแบบที่แสดงรายละเอียดข้อกำหนดว่าการติดตั้งอุปกรณ์วัดคุมแต่ละชนิดนั้นมีรูปแบบอย่างไร ตัวอย่างหนึ่งดูได้จาก Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๔ วันศุกร์ที่ ๒ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง ""Lead pipe" เรื่องของท่อที่ไม่ใช่ท่อตะกั่ว"
  

รายละเอียดการต่อท่อเข้าด้วยกันหรือท่อกับอุปกรณ์เข้าด้วยกันนั้นมักจะไม่แสดงไว้ เว้นแต่มีความต้องการเป็นพิเศษจึงจะระบุรูปแบบการต่อนั้นไว้ใน P&ID เช่นท่อเส้นหนึ่งจำเป็นต้องมีบริเวณหนึ่งที่ต้องใช้หน้าแปลน (flange) ในการเชื่อมต่อเพื่อสะดวกในการถอด (เช่นบริเวณที่ติดตั้ง slip plate) ในขณะที่ส่วนอื่นของท่อนั้นจะใช้การเชื่อม ในกรณีเช่นนี้ก็จะมีการระบุตำแหน่งที่ควรต้องมีหน้าแปลนไว้ใน P&ID ตำแหน่งท่อ vent และ drain ที่ทำขึ้นชั่วคราวเพื่อใช้ในการทดสอบความสามารถในการรับความดันของท่อด้วยวิธี hydraulic test นั้นจะไม่มีการระบุเอาไว้ใน P&ID เพราะบางทีตำแหน่งท่อเหล่านี้เมื่อท่อผ่านการทดสอบแล้วก็มักจะอุดเอาไว้ด้วย plug แต่ถ้าเป็นท่อ vent และ drain ที่ต้องใช้ในการเดินเครื่องและ/หรือซ่อมบำรุง (เช่น drain ของ control valve และ vent เพื่อระบายความดันออกจากตัวอุปกรณ์) จะมีปรากฏใน P&ID
  

สำหรับท่อเล็กที่มีรายละเอียดค่อนข้างมากนั้นบางทีก็จะไม่ใส่ไว้ใน P&ID ตัวหลัก ตัวอย่างเช่นกรณีของจุดเก็บตัวอย่างสารในระบบท่อเพื่อส่งให้ห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ รูปแบบจุดเก็บตัวอย่างนี้ขึ้นอยู่กับสถานะของสาร (เช่น เป็นแก๊ส ของเหลว ของเหลวที่มีสารแขวนลอย) ความดัน และอุณหภูมิ ในกรณีเช่นนี้อาจมีการกำหนดรูปแบบระบบ piping สำหรับการเก็บตัวอย่างที่สภาวะต่าง ๆ เอาไว้ และทำรายละเอียด piping แยกออกมาต่างหาก เช่นในรูปที่ ๓ก ตรงหัวข้อ sample connection
  

P&ID นั้นมักจะเขียนแยกระหว่าง piping ที่เป็นส่วนของสารที่เป็นสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ กับส่วนที่เป็นระบบสาธารณูปโภค (เช่นน้ำหล่อเย็นและไอน้ำ) เช่นหน่วยผลิตหน่วยหนึ่ง สารที่ไหลเข้ามาในหน่วยนี้จนออกไปพ้นหน่วยนี้นั้นต้องไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลายเครื่อง ที่มีทั้งการใช้ไอน้ำให้ความร้อนและน้ำระบายความร้อน รายละเอียดของท่อไอน้ำและน้ำหล่อเย็นของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละตัวนั้นจะแสดงเพียงแค่มีไหลเข้าและไหลออก วาล์วปิดเปิดท่อสาธารณูปโภคเหล่านี้มักจะไม่แสดงไว้ (เว้นแต่เกี่ยวข้องกับการควบคุมอุณหภูมิ) แต่จะไปปรากฎใน P&ID ของระบบสาธารณูปโภคว่าการต่อท่อไอน้ำหรือน้ำหล่อเย็นเข้ากับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแต่ละเครื่องนั้น ต้องใช้ท่อขนาดเท่าใด ชนิดไหน มีการใช้วาล์วอะไรบ้าง ฯลฯ

เขียนมาถึงตรงนี้คิดว่าผู้ที่กำลังศึกษาทางด้านวิศวกรรมเคมีคงจะพอเห็นภาพบ้างแล้วว่า P&ID คืออะไร
    

รูปที่ ๒ก ตัวอย่างสัญลักษณ์ของ P&ID
  

รูปที่ ๒ข ตัวอย่างสัญลักษณ์ของ P&ID อีกส่วนหนึ่งของรูปที่ ๒ก
  

รูปที่ ๓ก ตัวอย่างสัญลักษณ์ของ P&ID ของอีกโรงงานหนึ่ง
  

รูปที่ ๓ข ตัวอย่างสัญลักษณ์ของ P&ID ของอีกโรงงานหนึ่งอีกส่วนหนึ่งของรูปที่ ๓ก
  

รูปที่ ๔ ตัวอย่างสัญลักษณ์ของ P&ID ของอีกโรงงานหนึ่ง
  

รูปที่ ๕ก P&ID ของหน่วยกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน
  

รูปที่ ๕ข P&ID ของหน่วยกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน ส่วนต่อของรูปที่ ๕ก
  

รูปที่ ๖ P&ID ของระบบ Quench tower (ลดความร้อนให้กับแก๊สร้อนด้วยการให้แก๊สร้อนสัมผัสกับน้ำโดยตรง)