การติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาเข้าปั๊มหอยโข่ง MO Memoir : Wednesday 14 March 2561

ปั๊มหอยโข่ง (centrifutal pump) ที่จ่ายของเหลวขึ้นที่สูง หรือไปยังระบบที่มีความดันสูง จำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non-return valve) ด้านขาออก เพื่อที่ว่าเวลาที่ปั๊มหยุดเดินเครื่อง ของเหลวด้านขาออกจะไม่ไหลย้อนกลับมาทางท่อด้านขาเข้าผ่านตัวปั๊ม โดยจะติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับไว้ระหว่างตัวปั๊มกับ block valve ด้านขาออก นอกจากนี้ตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับยังอาจทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์นิรภัยด้วย เช่นในกรณีที่ความดันท่อด้านขาออกและด้านขาเข้าต่างกันมากหรือของเหลวด้านขาออกนั้นมีอุณหภูมิที่แตกต่างกว่าด้านขาเข้ามาก (เช่นส่งของเหลวเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) ทำให้การเลือกวัสดุที่ใช้ทำระบบท่อด้านขาเข้า (และอาจรวมถึงตัวปั๊ม) นั้นแตกต่างไปจากวัสุดที่ใช้ทำระบบท่อด้านขาออก (เช่นทนได้เพียงแค่อุณหภูมิปรกติของของเหลวที่สูบและจ่ายออก แต่ไม่ทนต่ออุณหภูมิที่ร้อนจัดหรือเย็นจัดทางด้านขาออก) ในกรณีเช่นนี้ถ้าปล่อยให้ของเหลวด้านขาออกนั้นไหลย้อนกลับมาทางด้านขาเข้า ก็อาจทำความเสียหายให้กับตัวปั๊มและระบบท่อด้านขาเข้าได้ (รูปที่ ๑ (บน))
 

การติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาเข้าปั๊มหอยโข่งก็มีเหมือนกัน แต่จะเป็นกรณีที่ระดับของเหลวที่จะทำการสูบนั้นอยู่ต่ำกว่าระดับตัวปั๊ม เช่นการสูบน้ำขึ้นจากบ่อ ในกรณีนี้จะติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับไว้ที่ปลายท่อดูดที่จุ่มอยู่ในของเหลว (โดยอาจมีกระโหลกหุ้มอีกทีเพื่อกันสิ่งสกปรกขนาดใหญ่ไม่ให้ถูกดูดเข้าท่อ) วาล์วกันการไหลย้อนกลับแบบนี้เรียก foot valve หรือที่บ้านเราเรียกว่าวาล์วหัวกะโหลก (รูปที่ ๑ (ล่าง)) เหตุผลที่ต้องติดตั้งวาล์วหัวกระโหลกก็เพราะปั๊มหอยโข่งไม่สามารถทำสุญญากาศได้มากพอที่จะดึงน้ำจากระดับที่อยู่ต่ำกว่าได้ จำเป็นต้องมีการ "ล่อน้ำ" คือเต็มน้ำให้เต็มตัวปั๊มและท่อด้านขาเข้าก่อน วาล์วหัวกระโหลกทำให้น้ำยังคงค้างอยู่ในตัวปั๊มและท่อด้านขาเข้าเมื่อหยุดเดินเครื่องปั๊ม ทำให้สามารถเริ่มเดิมเครื่องปั๊มได้ใหม่โดยไม่ต้องทำการล่อน้ำใหม่ทุกครั้ง แต่ถ้าเป็นปั๊มลูกสูบจะไม่มีปัญหานี้ เพราะมันล่อน้ำด้วยตัวเองได้

รูปที่ ๑ (บน) ในกรณีที่ของเหลวในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีอุณหภูมิแตกต่างไปจากของเหลวด้านขาเข้ามาก วัสดุของตัวปั๊มและท่อด้านขาเข้าอาจทนต่ออุณหภูมิดังกล่าวไม่ได้ ตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นอุปกรณ์นิรภัยตัวหนึ่งด้วย (ล่าง) การติดตั้ง foot valve เพื่อช่วยในการล่อน้ำ
 

เมื่อวานมีโอกาสได้ไปเยี่ยมสถาบันการศึกษาแห่งหนึ่ง ผมก็ได้เล่าให้อาจารย์ท่านที่พาผมเดินเยี่ยมชมว่า จะว่าไปแล้วเรื่องที่เราจะเอามาสอนนิสิตได้นั้นมันก็มีอยู่ทั่วไปหมด แม้กระทั่งสิ่งที่อยู่ใกล้ตัว เช่นเรื่องวาล์วกับปั๊ม บางทีก็ไม่ต้องไปหาตัวอย่างของจริงให้นิสิตดูไกล ๆ หลายเรื่องที่ผมเอามาเขียนลง blog ก็ไปถ่ายภาพจากห้องใต้ถุนอาคารที่นั่งทำงานอยู่ เพราะเป็นที่ตั้งของปั๊มส่งน้ำขึ้นอาคารและปั๊มน้ำดับเพลิง
 

และระหว่างที่เดินจากห้องแลปหนึ่งเพื่อไปยังอาคารโรงอาหาร ก็บังเอิญไปเห็นปั๊มน้ำส่งน้ำขึ้นอาคาร ๒ ตัว ที่ติดตั้งอยู่ใต้บันไดทางขึ้นตึก (รูปที่ ๒) ข้างล่าง เห็นบางอย่างมันสะดุดตา ก็เลยต้องขอมุดเข้าไปเยี่ยมชม ลองพิจารณาดูเองก่อนไหมครับว่ามันมีอะไรไม่เหมือนทั่วไปอยู่ตรงไหน

รูปที่ ๒ ภาพด้านข้างของปั๊มส่งน้ำขึ้นอาคารแห่งหนึ่ง

ปรกติตัวอาคารนั้นมักจะมีการสร้างบ่อเก็บน้ำประปาไว้ใต้ดิน (ใช้ระบบลูกลอยปิดทางน้ำเข้าเมื่อน้ำเต็มบ่อ) แล้วค่อยใช้ปั๊มสูบน้ำจ่ายขึ้นไปบนอาคารอีกที (เช่นส่งขึ้นถังเก็บชั้นบนก่อนปล่อยลงมาใหม่) บางอาคารนั้นตัวบ่อพักน้ำนี้เป็นส่วนหนึ่งของห้องใต้ดิน ตัวปั๊มน้ำก็อยู่ในห้องใต้ดิน อยู่ต่ำกว่าระดับน้ำในบ่อพัก ในกรณีเช่นนี้มันไม่ต้องมีการติดตั้ง foot valve ด้านขาเข้าปั๊มเพราะมันไม่ต้องล่อน้ำ เพียงแค่เปิดวาล์วด้านขาเข้าน้ำก็จะไหลเข้ามาเต็มตัวปั๊มเอง แต่ถ้าตัวปั๊มนั้นตั้งอยู่บนพื้นดิน ท่อดูดต้องจุ่มแช่ลงไปในบ่อพักน้ำ ก็ต้องมีการติดตั้ง foot valve ไว้ที่ปลายท่อดูดที่จมอยู่ใต้ระดับน้ำ แต่กรณีนี้มาแปลกก็คือมีการติดตั้ง swing check valve ไว้ทางด้านขาเข้าของปั๊มน้ำ (ส่วนปลายท่อดูดจะมี foot valve ด้วยหรือไม่ผมก็ไม่รู้) นอกเหนือไปจากทางด้านขาออกที่มันต้องมีอยู่แล้ว ดูจากสภาพแล้ววาล์วด้านขาเข้านี้น่าจะเป็นวาล์วตัวเก่า ส่วนที่ว่าจำเป็นต้องติดตั้งมันเอาไว้ทำไปนั้น ก็ยังนึกเหตุผลไม่ออกเหมือนกัน วานใครก็ได้ที่รู้ช่วยบอกที
 

รูปที่ ๓ ภาพจากทางด้านหน้า ตรงลูกศรสีเหลืองชี้เป็นแกนหมุน (บานพับ) ของตัว disc ทำให้รู้ว่าวาล์วเหล่านี้เป็น swing check valve

ปั๊มน้ำดับเพลิงในอาคาร MO Memoir : Saturday 16 June 2555

ตอนแรกนึกว่ามีคนมืออยู่ไม่สุขเอาแก้วน้ำพลาสติกไปแขวนเล่นบนท่อดับเพลิง แต่พอสังเกตดูดี ๆ ก็เห็นว่าเป็นการแก้ปัญหาเฉพาะหน้า (รูปที่ ๑)

ผมจอดรถที่อาคารดังกล่าวเป็นประจำ แก้วน้ำพลาสติกดังกล่าวก็อยู่ตรงท่อดับเพลิงหน้าลิฟต์ที่ใช้ขึ้นลง เห็นการแก้ปัญหาดังกล่าวก็ทำให้นึกถึงอุปกรณ์ดับเพลิงในอาคารที่คิดว่าไม่เคยมีการทดสอบเมื่อติดตั้งเสร็จ และหลังจากอาคารสร้างเสร็จแล้วก็เป็นระบบที่ไม่สามารถทำการทดสอบได้อีก

ระบบดังกล่าวคือระบบท่อน้ำดับเพลิงในอาคาร

รูปที่ ๑ แก้วน้ำพลาสติกแขวนอยู่ที่ท่อดับเพลิงหน้าลิฟต์อาคารจอดรถแห่งหนึ่ง

ระบบท่อน้ำดับเพลิงในอาคารมีอยู่ ๒ แบบด้วยกันคือ ระบบท่อแห้ง (dry pipe system) และระบบท่อเปียก (wet pipe system)

ระบบท่อแห้งนั้นจะไม่มีน้ำอยู่ในท่อ น้ำจะถูกส่งเข้าไปในระบบท่อด้วยปั๊มก็ต่อเมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้ ดังนั้นจะต้องใช้เวลาช่วงหนึ่งกว่าที่น้ำจะไหลไปถึงบริเวณที่เกิดเหตุ แต่ระบบดังกล่าวเหมาะกับประเทศที่มีอากาศหนาวจนน้ำในท่อกลายเป็นน้ำแข็งได้ เพราะเมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งปริมาตรจะเพิ่มขึ้น น้ำที่อยู่ในที่ปิด (เช่นท่อน้ำดับเพลิงที่ไม่มีการไหล และไม่มีช่องว่างอากาศให้ขยายตัว) เมื่อกลายเป็นน้ำแข็งจะขยายตัวและดันให้ท่อแตกได้ (น้ำอัดลมขวดแก้วที่แช่ช่องแช่แข็งจนน้ำอัดลมกลายเป็นน้ำแข็งแล้วขวดไม่แตกก็เป็นเพราะมันที่ที่ว่างสำหรับให้น้ำแข็งขยายตัว)

ระบบท่อเปียกนั้นจะมีน้ำบรรจุอยู่เต็มระบบท่อ น้ำจะไปจ่ออยู่ที่หัวฉีดตลอดเวลา เพื่อเกิดเพลิงไหม้ขึ้นเมื่อใดก็จะฉีดน้ำได้อย่างรวดเร็ว (ไม่ต้องเสียเวลารอให้น้ำไหลมาถึง เพราะมันมารออยู่แล้ว) แต่ระบบท่อเปียกก็ไม่เหมาะกับประเทศที่อากาศจะเย็นจนทำให้น้ำเป็นน้ำแข็งได้ แต่บ้านเรามันไม่มีปัญหาเช่นนี้อยู่แล้ว จะไปเจอปัญหาตรงที่ถ้าระบบท่อมันรั่วซึมเมื่อไรก็จะทำให้เกิดน้ำหยดได้ตลอดเวลา เหมือนดังที่ถ่ายรูปมาให้ดูในรูปที่ ๑ ข้างบน

อันที่จริงตอนที่เขาออกแบบระบบท่อเปียกก็มักจะคำนึงถึงปัญหาเรื่องการรั่วซึมดังกล่าวเอาไว้แล้ว รูปที่ ๒ เป็นแผนผังอย่างง่ายของระบบท่อเปียกของน้ำดับเพลิงในอาคาร น้ำส่วนหนึ่งจะสะสมไว้ในถังเก็บน้ำและมีท่อต่อไปยังปั๊มน้ำหลัก ในการต่อท่อเข้าไปยังปั๊มน้ำหลักนั้นจะวางให้ปั๊มและท่อด้านขาเข้าอยู่ต่ำกว่าระดับน้ำในถังเก็บ ทั้งนี้เพื่อให้มีน้ำไหลเข้าไปจ่อที่ตัวปั๊มตลอดเวลา สามารถเดินเครื่องปั๊มได้ทันทีโดยไม่ต้องมีการ "ล่อน้ำ"

รูปที่ ๒ แผนผังอย่างง่ายของระบบปั๊มน้ำดับเพลิงในอาคาร ตัวปั๊มและท่อทางเข้าปั๊มจะอยู่ต่ำกว่าระดับน้ำ ดังนั้นเมื่อเปิดวาล์วด้านขาเข้าของปั๊มน้ำก็จะไหลเข้าปั๊มทันที (หรือถ้าเปิดทิ้งไว้ก็จะมีน้ำเข้าไปรอในปั๊มตลอดเวลา) ทำให้ไม่ต้องเสียเวลาทำการล่อน้ำก่อนที่จะเดินเครื่องปั๊มได้

การ "ล่อน้ำ" คือการที่ต้องเติมน้ำเข้าไปให้เต็มในท่อระหว่างทางเข้า "ปั๊มหอยโข่ง" กับแหล่งน้ำ ซึ่งต้องทำในกรณีที่ตัวปั๊มนั้นอยู่สูงกว่าระดับน้ำ สาเหตุก็เพราะปั๊มหอยโข่งไม่สามารถสร้างสุญญากาศมากพอที่จะทำให้น้ำยกระดับขึ้นถึงตัวปั๊มได้ ปลายท่อด้านที่จุ่มอยู่ในน้ำจะมีวาล์วที่เรียกว่า foot valve (เป็น check valve หรือวาล์วกันการไหลย้อนกลับแบบหนึ่ง ใช้สำหรับติดตั้งที่ปลายท่อ ก็เลยมีชื่อเรียกต่างหาก) เพื่อกันไม่ให้น้ำไหลออกจากท่อในขณะที่เติมน้ำเข้าไป (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ การตั้งปั๊มหอยโข่งโดยตัวปั๊มอยู่สูงกว่าระดับน้ำ ต้องมีการติดตั้ง foot valve ที่ปลายท่อด้านที่จุ่มอยู่ในน้ำ และต้องมีการล่อน้ำก่อนที่จะเริ่มเดินเครื่องปั๊ม

แผนผังที่ผมเอามาวาดในรูปที่ ๒ (และที่ถ่ายรูปมาให้ดู) นั้นเป็นของอาคารที่ผมนั่งทำงานอยู่ ตัวปั๊มหลักจะใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นตัวขับเคลื่อน ทั้งนี้เพราะเมื่อเกิดเหตุเพลิงไหม้มักจะมีการตัดระบบจ่ายไฟฟ้าเพื่อป้องกันอันตรายจากไฟฟ้า ถ้าปั๊มดับเพลิงขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้าก็จะทำงานไม่ได้ จึงต้องใช้เครื่องยนต์ดีเซลเป็นตัวขับเคลื่อน นอกจากนี้ยังมีปั๊มตัวเล็กอีกตัวหนึ่งเรียกว่า jocking pump jocking pumpนี้เป็นปั๊มอัตโนมัติที่ทำหน้าที่รักษาความดันในระบบท่อให้เหมาะสมอยู่ตลอดเวลา

การทำงานของ main pump และ jocking pump จะอาศัยการวัดความดันในระบบท่อน้ำ โดยอาศัยหลักที่ว่าความดันในระบบที่ไม่มีน้ำไหลจะสูงกว่าความดันในระบบที่มีน้ำไหล สมมุติว่าความดันในระบบท่อน้ำดับเพลิงเมื่อไม่มีการไหลของน้ำคือ 12 bar (ก็เทียบเท่ากับเฮด 120 เมตร หรืออาคาร ๒๐-๒๕ ชั้น) ถ้ามีการไหลของน้ำออกจากท่อน้ำดับเพลิง ความดันในระบบก็จะตกลง jocking pump จะเริ่มทำงานเมื่อความดันในระบบลดลงถึงระดับหนึ่ง แต่ก็ยังเป็นระดับความดันที่สูงกว่าระดับความดันที่ทำให้ main pump ทำงาน

ในที่นี้สมมุติให้ jocking pump ทำงานที่ความดัน 11 bar และ main pump ทำงานที่ความดัน 10 bar (ตัวเลขยกขึ้นมาลอย ๆ เพื่อให้เห็นภาพนะ อย่าเอาไปอ้างอิง) ถ้ามีการไหลของน้ำออกจากท่อ (ไม่ว่าจะเป็นการรั่วหรือการเปิดหัวฉีดเพื่อฉีดน้ำดับเพลิง) ความดันในระบบท่อก็จะลดลงจาก 12 bar เมื่อความดันในระบบท่อลดลงเหลือ 11 bar jocking pump ก็จะทำงานเพื่ออัดความดันให้กลับไปอยู่ที่ 12 bar ใหม่

ถ้าหากการลดลงของความดันนั้นเกิดจากการรั่วซึมที่มีการรั่วไหลของน้ำออกจากระบบอย่างช้า ๆ jocking pump ก็จะสามารถอัดความดันในระบบท่อกลับคืนไปยัง 12 bar ได้และหยุดการทำงาน และถ้าเมื่อใดที่ความดันลดลงกลับเหลือ 11 bar อีก jocking pump ก็จะเริ่มทำงานใหม่

แต่ถ้าการลดลงของความดันนั้นเกิดจากการเปิดหัวฉีดน้ำดับเพลิง เมื่อความดันในระบบท่อลดลงเหลือ 11 bar jocking pump ก็จะเริ่มการทำงานเพื่ออัดความดันกลับคืน แต่เนื่องจากมีการจ่ายน้ำออกจากระบบเป็นปริมาณมาก (จากหัวฉีดน้ำดับเพลิง) ทำให้ jocking pump ไม่สามารถรักษาความดันในระบบท่อน้ำดับเพลิงเอาไว้ได้ ความดันในระบบท่อน้ำดับเพลิงก็จะลดต่ำลงไปอีก และเมื่อลดต่ำลงไปถึงระดับ 10 bar main pump ก็จะเริ่มการทำงาน

รูปที่ ๔ ระบบ main pump ของท่อน้ำดับเพลิงในอาคาร ตัวนี้ใช้เครื่องยนต์ดีเซลขับเคลื่อน

ลองดูระบบในรูปที่ ๔ ที่เป็นตัว main pump ของอาคารที่ผมนั่งทำงานอยู่ ปั๊มตัวนี้เป็นปั๊มหอยโข่ง 2 stage (เพื่อให้สามารถสร้างความดันที่สูงมากพอ) น้ำจะไหลเข้ามาทางท่อ (1) เข้าสู่ stage แรกของปั๊มหอยโข่ง (2) และถูกเหวี่ยงออกทางท่อ (3) ซึ่งเป็นการวกท่อกลับเข้ามายังด้านขาเข้าของ stage ที่สองที่อยู่ตรงแกนกลางใบพัด จุดบนสุดของท่อ (3) จะมีวาล์วระบายอากาศ (4) ติดตั้งอยู่ น้ำที่ออกมาจาก stage แรกจะไหลเข้าสู่ stage ที่สอง (5) ก่อนที่จะถูกส่งออกเข้าระบบท่อน้ำดับเพลิง (6) ส่วน (7) คือเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้เป็นตัวขับเคลื่อน (8) คือท่อระบายควันไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซล

ในขณะที่การเปิด-ปิดการทำงานของ jocking pump นั้นเป็นไปอย่างอัตโนมัติ แต่สำหรับตัว main pump นั้นเฉพาะการเริ่มต้นเดินเครื่องที่เป็นไปอย่างอัตโนมัติ การปิดเครื่อง main pump นั้นปิดโดยระบบ manual (ใช้คนปิด) ทั้งนี้เพราะเมื่อ main pump เริ่มการทำงานจะทำให้ความดันในระบบท่อเพิ่มสูงขึ้น ถ้าหากสั่งปิด main pump โดยอาศัยความดันก็จะทำให้เกิดปัญหา main pump หยุดทำงาน ทำให้การจ่ายน้ำหยุดลงด้วย ทั้ง ๆ ที่เพลิงไหม้นั้นยังคงลุกติดอยู่

รูปที่ ๕ ตัว jocking pump ปั๊มตัวนี้ขับเคลื่อนด้วยระบบไฟฟ้า เห็นเกจวัดความดัน (ในวงกลมเหลือง) ชี้ที่ 170 psi แต่ไม่รู้ว่าเขาตั้งให้มันทำงานที่ความดันเท่าใด

รูปที่ ๖ ฐานของ jocking pump จะเห็นว่ามีการใช้สปริงรองรับแท่นติดตั้งปั๊มเพื่อดูดซับการสั่นสะเทือน แต่ต้องมีการใช้ท่ออ่อนเชื่อมต่อระหว่างท่อของตัวปั๊มกับระบบท่อของอาคาร

รูปที่ ๗ รูปซ้ายเป็นวาล์วรับน้ำเข้าปั๊มจากถังนั้น ส่วนรูปขวาเป็นวาล์วปีกผีเสื้อ (butterfly valve) ของท่อจ่ายน้ำในแต่ละชั้นของอาคาร ที่ถ่ายมาให้ดูก็เพื่อให้เห็นว่ามีการติดตั้งอุปกรณ์ชี้บอกตำแหน่งวาล์วว่าอยู่ในตำแหน่งปิดหรือเปิด ซึ่งจะเห็นว่ามีท่อร้อยสายไฟต่อออกไปจากตัววาล์ว (กล่องตรงลูกศรสีเขียวชี้) วาล์วในรูปซ้ายนั้นเป็น gate วาล์วชนิด rising stem gate valve ที่ก้านวาล์ว (stem - ตรงลูกศรสีน้ำเงิน) ยกขึ้น-ลงตามระดับของแผ่น disc ถ้าเห็นตัวก้านวาล์วยกสูงขึ้นก็แสดงว่าวาล์วเปิดอยู่ แต่ถ้าเห็นตัวก้านวาล์วนี้จมลงไปก็แสดงว่าวาล์วปิดอยู่

อันที่จริงในสายวิชาชีพของเรานั้น เรื่องบางเรื่องก็ไม่ต้องไปหาตัวอย่างถึงที่โรงงาน เพียงแค่เดินลงไปในห้องใต้ดินใต้ถุนตึกที่ทำงานหรือตึกที่เรียนอยู่ ก็สามารถหาตัวอย่างมาเรียนรู้กันได้แล้ว