ผลจากสลักเกลียวหลุดเพราะไม่มีแหวนรอง MO Memoir : Friday 18 October 2562

รูปข้างล่างนี้ผมเคยโพสไว้เมื่อ ๕ ปีที่แล้วใน facebook พร้อมกับตั้งคำถามว่าเห็นอะไรผิดปรกติไหมครับ ลองสังเกตที่ขนาดหัวของสลักเกลียว (หรือน็อตตัวเมียที่เห็นอยู่ข้างหลังก็ได้) กับขนาดของรูหน้าแปลนซิครับ จะเห็นว่ามันค้างอยู่ได้ด้วยเพียงแค่ที่มุมเท่านั้นเอง

      

รูปที่ ๑ โปรดสังเกตที่ขนาดของหัวสลักเกลียวกับรูที่หน้าแปลน

ปัญหานี้บางคนอาจคิดว่าแก้ได้ง่าย ๆ ด้วยการใส่แหวนรอง (washer) เข้าไป (คือใช้แหวนรองที่รูของแหวนรองนั้นเล็กกว่ารูของหน้าแปลนและหัวสลักเกลียว) แต่ในความเป็นจริงมันยังมีปัจจัยอื่นที่ต้องนำมาพิจารณาอีก แต่ก่อนอื่นขอทำความเข้าใจเรื่องศัพท์กันนิดนึงก่อน
    

คำว่า "น็อต" ที่เรียกกันในภาษาไทยที่เป็นคำที่ไปยืมมาจากคำภาษาอังกฤษนั้นเป็นคำที่คนไทยใช้กำกวมอยู่หน่อย คือภาษาอังกฤษจะแยกออกเป็น "bolt" ที่แปลเป็นไทยว่า "สลักเกลียว" หรือเรียกเป็นภาษาพูดว่า "น็อตตัวผู้" ส่วน "nut" ที่คนไทยมาเรียกเป็นน็อตนั้นแปลเป็นทางการก็คือ "แป้นเกลียว" หรือที่ภาษาพูดเรียกว่า "น็อตตัวเมีย" ตัวสลักเกลียวนั้นยังมีแบ่งออกเป็น "machine bolt" คือน็อตตัวผู้ที่มีหัวอยู่ที่ปลายข้างหนึ่งและทำเกลียวไว้สำหรับสวมน็อตตัวเมียไว้ที่ปลายอีกข้างหนึ่ง และ "stud bolt" คือน็อตตัวผู้ที่ไม่มีหัวแต่มีการทำเกลียวที่ปลายทั้งสองข้าง ต้องใช้น็อตตัวเมียสวมทั้งสองข้าง 
      

คำว่า "น็อต" ที่เราเรียกกันนั้นบางทีก็หมายถึงน็อตตัวผู้บ้างน็อตตัวเมียบ้าง หรือทั้งชุดเลย ดังนั้นเพื่อไม่ให้สับสน ในที่นี้จะขอใช้คำว่าสลักเกลียวเมื่อกล่าวถึง bolt และแป้นเกลียวเมื่อกล่าวถึง nut
     

การรับแรงของสลักเกลียวนั้นอาจเป็นการรับแรงดึง (การรับแรงในทิศทางความยาวของสลักเกลียว) เช่นในกรณีของสลักเกลียวที่ใช้ยึดหน้าแปลนในรูปที่ ๑ เวลาที่เราขันตึงแป้นเกลียวเข้าไป ส่วนหัวของสลักเกลียวและแป้นเกลียวจะกดเข้ากับตัวหน้าแปลนในขณะที่ตัวสลักเกลียวจะยืดตัวออก ในกรณีที่หัวของสลักเกลียวหรือขนาดของแป้นเกลียวนั้นเล็กกว่ารูที่ร้อยสลักเกลียว แม้ว่าเราจะใช้แหวนรองช่วยก็ตาม แต่การที่เราไปขันตึงสลักเกลียวจะทำให้ตัวแหวนรองยุบเข้าไปในรูได้ และสลักเกลียวที่มีขนาดเล็กจะไม่สามารถให้แรงกดที่มากเท่ากับสลักเกลียวที่มีขนาดใหญ่ได้
     

การรับแรงอีกแบบหนึ่งของสลักเกลียวคือการรับแรงเฉือน (การรับแรงในทิศทางตั้งฉากกับความยาวของสลักเกลียว) การรับแรงในแนวนี้ความตึงในการขันนั้นไม่ค่อยสำคัญเท่าใดนัก หน้าที่ของส่วนหัวหรือแป้นเกลียวมีเพียงแค่ทำให้สลักเกลียวไม่หลุดออกจากตำแหน่งที่มันร้อยในระหว่างใช้งาน (ที่อาจเป็นผลจากการสั่นสะเทือนหรือด้วยสาเหตุใดก็ตาม)
    

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้เกี่ยวกับอุบัติเหตุที่เกิดจากการที่หัวของสลักเกลียวนั้นมีขนาดเล็กว่ารูที่มันร้อยเข้าไป ผลที่เกิดขึ้นตามมาก็ดังแสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง ซึ่งนำมาจากรายงานฉบับแปลเป็นภาษาอังกฤษ (ต้นฉบับรายงานการสอบสวนเป็นภาษาญี่ปุ่น) เรื่อง "AIRCRAFT ACCIDENT INVESTIGATION REPORT, CHINA AIRLINES (TAIWAN), BOEING 737-800, B18616, SPOT 41 AT NAHA AIRPORT, AUGUST 20, 2007, AT ABOUT 10:33 JST" ที่จัดทำโดย Japan Transport Safety Board เผยแพร่เมื่อวันที่ ๒๘ สิงหาคม ปีค.ศ. ๒๐๐๙ (พ.ศ. ๒๕๕๒) หรือถ้าใครขี้เกียจอ่านรายงานก็ลองค้นดูสารคดี Air crash investigation ตอน "Deadly detail" ดูก็ได้ครับ

    

รูปที่ ๒ เครื่องบิน Boeing 737-800 ของสายการบิน China Airlines flight 120 หลังเกิดเพลิงไหม้ที่ Naha airport เมื่อวันที่ ๒๐ สิงหาคม ปีค.ศ. ๒๐๐๗ (พ.ศ. ๒๕๕๐)

เหตุการณ์เกิดในวันที่ ๒๐ สิงหาคม ปีค.ศ. ๒๐๐๗ (พ.ศ. ๒๕๕๐) เมื่อเครื่องบิน Boeing 737-800 ของสายการบิน China Airlines flight (ของไต้หวัน) เที่ยวบินที่ 120 ลงจอดที่สนามบิน Naha ที่เกาะโอกินาวาของประเทศญี่ปุ่น โดยในขณะที่เครื่องกำลังร่อนลงจอดและวิ่งไปตามทางวิ่งนั้นก็ไม่มีปัญหาอะไร แต่เมื่อเครื่องลดความเร็วลงเพื่อจะเข้าช่องจอดก็พบว่ามีไฟไหม้เกิดขึ้นบริเวณเครื่องยนต์ที่ปีกขวา ทำให้ต้องรีบอพยพผู้โดยสารและลูกเรือทั้งหมดออกจากเครื่อง อุบัติเหตุครั้งนี้ไม่มีผู้เสียชีวิตหรือได้รับบาดเจ็บ แต่เครื่องบินเสียหายหนักดังแสดงในรูปที่ ๒
     

รูปที่ ๓ ภาพถ่ายจากภายในถังน้ำมันแสดงให้เห็นว่ามีชิ้นส่วนที่เหมือนสลักเกลียวแทงทะลุถังน้ำมัน

การเกิดไฟไหม้นั้นต้องประกอบด้วยสามส่วนด้วยกันคือ สารออกซิไดซ์ (ซึ่งในกรณีนี้ก็คืออากาศที่มีอยู่รอบตัวเครื่องอยู่แล้ว) เชื้อเพลิง และแหล่งพลังงานที่จะทำให้เชื้อเพลิงลุกไหม้ได้ ตำแหน่งที่เกิดเพลิงไหม้นั้นคือบริเวณของเครื่องยนต์ที่เป็นแหล่งความร้อนอยู่แล้ว ส่วนปีกเครื่องบินนั้นก็เป็นที่ตั้งของถังน้ำมันและท่อน้ำมันไฮดรอลิกต่าง ๆ คำถามก็คือน้ำนั้นตัวไหนที่รั่วออกมา และรั่วออกมาได้อย่างไร
    

ผลการสอบสวนนำไปสู่การรั่วไหลที่น่าจะมาจากถังน้ำมัน ซึ่งเมื่อทำการตรวจสอบก็พบว่าถังน้ำมันถูกเจาะทะลุเป็นรูจริงด้วยชิ้นส่วนที่เป็นเหมือนกับสลักเกลียวที่ทำหน้าที่ยึดอะไรสักอย่าง คำถามก็คือชิ้นส่วนนั้นมาจากไหน และถังน้ำมันถูกเจาะทะลุเมื่อใด ได้อย่างไร
    

สำหรับผู้ที่เคยโดยสารเครื่องบินและเคยนั่งใกล้กับตำแหน่งปีกของเครื่องบิน เคยสังเกตที่ปีกเวลาที่เครื่องบินจะบินขึ้นหรือลงไหมครับ คือมันจะมีชิ้นส่วนบางชิ้นที่เวลาบินขึ้นมันจะยื่นออกมา (Slat ที่อยู่ทางด้านหน้าและ Flap ที่อยู่ทางด้านหลัง - ดูรูปที่ ๔) และพอบินขึ้นได้แล้วก็จะถอยกลับเข้าไป ในทางกลับกันเวลาที่เครื่องบินลดความเร็วเพื่อที่จะร่อนลง มันก็จะยื่นออกมา และพอเครื่องลงแตะพื้นแล้วมันก็จะถอยกลับเข้าไป การยืดออกมาของชิ้นส่วนนี้จะเป็นเสมือนการเพิ่มพื้นที่ปีกให้กับเครื่องบิน ทำให้สามารถบินด้วยความเร็วต่ำได้ ซึ่งเหมาะสำหรับการบินขึ้นหรือลง แต่จะไม่ค่อยเหมาะกับการบินด้วยความเร็วสูง
    

ตำแหน่งของถังน้ำมันที่ถูกสลักเกลียวเจาะทะลุคือบริเวณที่เรียกว่า Track can ที่มีลักษณะเป็นกระเปาะยื่นเข้ามาในตัวถังน้ำมัน Track can นี้เป็นช่องสำหรับให้แขน (Main track) ที่ทำหน้าที่ดัน/ดึงส่วน Slat เคลื่อนตัวไปข้างหน้าและถอยกลับได้ และขนาดช่องว่างของมันก็ไม่ได้ใหญ่มากมายอะไรนักเมื่อเทียบกับขนาดของ Main track
    

รูปที่ ๔ ตำแหน่งติดตั้งและการทำงานของ Downstop fitting ส่วน Track can เป็นช่องว่างที่เว้าเข้าไปในถังน้ำนัน

      

รูปที่ ๕ ชุดสลักเกลียวที่ทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันไม่ให้ตัว slat เคลื่อนตัวออกไปข้างหน้ามากเกินไป (Downstop fitting) พึงสังเกตขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของ Nut ทางด้านซ้ายและของ Sleeve
    

จากการตรวจเทียบชิ้นส่วนพบว่า ชิ้นส่วนที่แทงทะลุถังน้ำมันคือสลักเกลียวที่ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้ตัว Main track ของ Slat นั้นยื่นเลยออกไปข้างหน้ามากเกินไป (จนอาจหลุดออกไปได้) ตัวสลักเกลียวนี้ (รูปที่ ๕) มีส่วนของแหวนรองทางด้านหัว ตัว Downstop และ Sleeve ที่ไม่สามารถถอดแยกออกจากตัวสลักเกลียวได้ โดยตัวมันจะร้อยอยู่ในรูที่ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของ Main track ที่นี้ลองเปรียบเทียบชิ้นส่วนที่ได้จากถังน้ำมัน (รูปที่ ๕) กับที่มันควรเป็น (รูปที่ ๖) ว่ามันมีอะไรขาดหายไป

    

รูปที่ ๖ รูปแบบการประกอบที่ถูกต้อง ที่ต้องมีแหวน (washer) รองแป้นเกลียว (nut) ตัวด้านซ้ายเอาไว้

การออกแบบชิ้นส่วนตัวนี้แปลกตรงที่หัวของ Bolt นั้นมีขนาดใหญ่กว่ารูที่มันร้อย แต่ส่วนของแป้นเกลียว (Nut) นั้นมีขนาดเล็กกว่ารูที่ร้อย จึงจำเป็นต้องมีแหวนรอง (washer) เพื่อให้เมื่อขันแป้นเกลียวแล้วจะทำให้สลักเกลียวคงอยู่ในรูได้โดยไม่หลุด การตรวจสอบประวัติการซ่อมบำรุงพบว่าในการซ่อมบำรุงครั้งสุดท้ายมีการทำงานตรงบริเวณ Main track ตัวนี้ ทำให้คณะกรรมการสอบสวนคาดว่าในการซ่อมบำรุงครั้งสุดท้าย แหวนรองแป้นเกลียวนั้นหลุดร่วงในขณะที่ช่างซ่อมทำการขันแป้นเกลียวโดยที่ช่างไม่รู้ (พบแหวนตกค้างอยู่ในปีก - รูปที่ ๗) ทำให้ตัวสลักเกลียวเพียงแค่ร้อยไว้ในรูเท่านั้น และเมื่อเครื่องบินมีการขึ้นลงหลายครั้ง ตัวสลักเกลียวก็ค่อย ๆ เคลื่อนตัวจนหลุดออกมาจากรูที่ร้อยนั้นโดยตกค้างอยู่ใน Track can ในการลงจอดครั้งสุดท้าย พอเครื่องลงแตะพื้นตัว Main track ก็เคลื่อนตัวถอยหลังกลับ ประกอบกับการที่ Track can ไม่ได้มีที่ว่างมาก ตัว Main track จึงไปดันให้สลักเกลียวที่ตกค้างอยู่นั้นแทงทะลุถังน้ำมัน (คือถ้า Track can มีขนาดใหญ่หน่อย เหตุการณ์นี้อาจไม่เกิดขึ้นก็ได้ เพราะมันสามารถดิ้นหลุดออกไปทางด้านข้างได้เมื่อถูกดัน) ในช่วงแรกที่ยังไม่เกิดไฟลุกไหม้นั้นเป็นเพราะเครื่องบินยังมีความเร็ว น้ำมันที่รั่วออกมาจึงปลิวออกไปพ้นจากบริเวณปลายท่อของตัวเครื่องยนต์ แต่พอเครื่องบินลดความเร็วลงเพื่อเข้าจอด น้ำมันที่รั่วออกมาจึงหยดลงไปตรงบริเวณตัวเครื่องยนต์ ทำให้เกิดเพลิงลุกไหม้ขึ้น
     

รูปที่ ๗ ถังน้ำมันทะลุเนื่องจาก downstop ถูก main track ที่เคลื่อนถอยหลัง ดันให้แทงทะลุถังน้ำมัน

 

เหตุการณ์นี้จัดว่าเป็นความผิดพลาดของการออกแบบ กล่าวคือถ้าใช้แป้นเกลียวที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่กว่ารูที่ร้อยสลักเกลียว หรือใช้แป้นเกลียวที่มีการเชื่อมแหวนติดรวมเป็นชิ้นเดียว (เพื่อให้มันลอดผ่านรูร้อยสลักเกลียวไม่ได้) โอกาสที่จะเกิดความผิดพลาดแบบนี้ก็จะไม่มี

จะสรุปว่าเพราะขาดแหวนรองตัวเล็ก ๆ เพียงตัวเดียว จึงต้องจ่ายด้วยเครื่องบินทั้งลำก็ไม่น่าจะผิด

เก็บตกจากการเดินเล่นรอบโรงงาน MO Memoir : Saturday 4 July 2558

ผมกับอาจารย์อีกท่านหนึ่งถือโอกาสหลบจากการประชุม (ที่มักจะเข้าร่วมในฐานะผู้เข้าฟังและร่วมรับประทานข้าวเที่ยงซะเป็นส่วนใหญ่) ออกมาเดินเล่นอาบแดดช่วงก่อนเที่ยงรอบโรงงาน ด้วยว่าอาจารย์ท่านนั้นท่านไม่เคยมาเยี่ยมโรงงานนี้ผมก็เลยอาสาเป็นไกด์นำเที่ยวเดินชมรอบ ๆ ในขณะเดียวกันก็ตรวจหาดูว่ามีอะไรที่ทำเอาไว้ไม่เรียบร้อย หรือมีการแก้ไขปรับปรุงตามที่แนะนำบ้างหรือไม่ เรื่องบางเรื่องมันดูเหมือนเป็นเรื่องเล็กน้อยใน punch list ที่เอามาเล่าให้ฟังก็เพราะมันไม่มีการสอนกันในมหาวิทยาลัย (คงเป็นเพราะอาจารย์คงไม่รู้จักอุปกรณ์ของจริง หรือรู้แต่เรื่องที่ตัวเองทำวิจัย) แต่เป็นเรื่องสำคัญสำหรับการทำงานปฏิบัติภาคสนามวิศวกร
  

"Punch list" คือรายการของสิ่งที่ควรต้องทำการแก้ไขหลังการก่อสร้างหรือการซ่อมบำรุง รายการนี้มีการแบ่งออกเป็น Major คือต้องทำการแก้ไขก่อนที่จะเริ่มเดินเครื่อง โดยมักจะเกี่ยวข้องกับความปลอดภัยและความราบรื่นของการทำงาน ส่วน Minor นั้นอาจเก็บเอาไว้ภายหลังก็ได้ เรื่องที่นำเสนอวันนี้มีอะไรบ้างก็ติดตามชมได้เลย

๑. กว่าจะยอมแก้แบบ

ปลายปีที่แล้ว (ใน Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๐๔ วันศุกร์ที่ ๑๒ ธันวาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "เก็บตกงานก่อสร้างถังเก็บน้ำสำรอง") ผมได้เล่าถึงการติดตั้งวาล์วปิด-เปิดน้ำดิบเข้าถังเก็บน้ำสำรองของโรงงาน ที่ตามแบบก่อสร้างนั้นเอาไปติดตั้งไว้ซะบนสุดแถมไม่มีที่ให้ยืนเปิด-ปิดวาล์วอีก ตอนแรกที่มีคนทักท้วงไปนั้น ทางผู้ก่อสร้างก็ยืนยันว่าจะติดตั้งอย่างนี้เพราะแบบมันเขียนเอาไว้อย่างนั้น (รูปที่ ๑ ซ้าย)
  

ตรงนี้ต้องทำความเข้าใจหน่อยก็คือ เป็นเรื่องปรกติที่ผู้ออกแบบกับผู้ก่อสร้างนั้นเป็นคนละกลุ่มกัน ผู้ออกแบบทำหน้าที่ก่อสร้างตามแบบที่ผู้ออกแบบกำหนด เขาจะไม่ทำการแก้ไขแบบ ถ้ามีการตรวจสอบและพบข้อสงสัยว่าแบบนั้นไม่ถูกต้องหรือไม่เหมาะสมในทางปฏิบัติ ผู้ตรวจสอบพบก็อาจจะขอให้ผู้ก่อสร้งทำก็คือหยุดการก่อสร้างตรงนั้นไว้ก่อน และสอบถามไปยังผู้ออกแบบให้ทำการตรวจสอบความถูกต้องและ/หรือแก้ไขแบบให้เหมาะสมกับสภาพการทำงานจริง
  

รายการนี้ก็เช่นกัน กว่าจะคุยกันรู้เรื่องและมีการปรับแก้ให้เหมาะสมกับสภาพการทำงานจริง ด้วยการปรับย้ายวาล์วปิด-เปิดน้ำดิบเข้าถังลงมาไว้ข้างล่าง ก็กินเวลาเข้าไปกว่าครึ่งปี (รูปที่ ๑ ขวา)
  

รูปที่ ๑ ระบบท่อป้อนน้ำดีเข้าถังเก็บ (ซ้าย) ก่อนการปรับปรุง (ขวา) หลังปรับปรุงแล้ว

๒. Machine bolt สั้นไปหน่อย

การยึดด้วยการใช้ bolt (ไม่ว่าจะเป็น machine bolt หรือ stud bolt) ก็ควรที่ใช้ bolt ที่ไม่สั้นเกินไป เพราะจะทำให้ตัว nut ไม่สามารถจับ bolt ได้ครบทุกร่องเกลียว การใช้ bolt ที่ยาวเกินไปมันไม่ทำให้เกิดปัญหาเรื่อง nut จับกับเกลียวที่ตัว bolt ไม่เต็มตัว เพียงแต่มันจะดูเกะกะรกลูกตาหน่อยแค่นั้นเอง (ดูรูปที่ ๔)
  

รูปที่ ๒ และ ๓ แสดงตัวอย่างการประกอบ bolt ที่ไม่ค่อยจะเรียบร้อยของวาล์วตัวหนึ่ง
  

รูปที่ ๒ Globe วาล์วตัวนี้ใช้หน้าแปลนในการเชื่อมต่อกับระบบท่อ โดยใช้ machine bolt เป็นตัวยึด
  

รูปที่ ๓ machine bolt ตัวที่ลูกศรชี้นั้นสั้นเกินไป ทำให้ตัว nut นั้นจับได้ไม่เต็มตัวเหมือนตัวทางด้านขวา (รูปที่ ๒)

หน้าแปลนทางด้านซ้ายที่เป็นทิศทางไหลเข้าของวาล์วนั้นใช้ machine bolt ที่มีขนาดที่เหมาะสม (ไม่สั้นและไม่ยาวเกินไป) ที่ประกอบแล้วทำให้ดูเรียบร้อยดี แต่หน้าแปลนทางด้านขวาที่เป็นด้านไหลออก กลับใช้ machie bolt ที่สั้นเกินไป ทำให้ตัว nut นั้นจับกับตัว bolt ไม่เต็มตัว ดังเห็นได้จากการที่ตัว bolt ไม่โผล่พ้นตัว nut ออกมา

๓. นอกจากซ้าย-ขวา ก็ยังมี บน-ล่าง อีก

steam trap เป็นอุปกรณ์ที่ใช้แยกไอน้ำที่ควบแน่นเป็นของเหลวออกจากระบบท่อไอน้ำ การติตตั้ง steam trap นั้นจะมีทั้งท่อที่ผ่าน steam trap และท่อ bypass (ดูรูปที่ ๔ ประกอบ) ท่อที่ผ่าน steam trap ประกอบด้วยส่วนประกอบต่าง ๆ เรียงลำดับดังนี้คือ block valve ด้านขาเข้า - ตัวกรอง (strainer) - steam trap - block valve ด้านขาออก ส่วนท่อ bypass นั้นมีเพียงแค่ block valve เอาไว้ใช้ในกรณีที่ต้องถอด steam trap ไปซ่อม หรือใช้ในการระบายสิ่งสกปรกออกจากระบบท่อไอน้ำเมื่อเริ่มเดินเครื่อง การทำงานของ steam trap หลายชนิดนั้นใช้แรงโน้มถ่วงด้วย ดังนั้นการติดตั้งจึงต้องทำให้ถูกทั้งทิศทางการไหล (ด้านไหนไหลเข้า-ออก) และทิศทางการวาง (ด้านไหนต้องหันขึ้นด้านบน)
  

ตรงนี้ขอขยายความเพิ่มเติมนิดนึง ท่อไอน้ำสำหรับการใช้งานทั่วไป (ที่ไม่ใช่ท่อไอน้ำความสะอาดสูงเช่นพวกที่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหารและยา) จะใช้ท่อเหล็กกล้า และเป็นเรื่องปรกติที่ท่อเหล็กกล้านี้จะขึ้นสนิม เวลาสร้างโรงงานเสร็จ (หรือหลังการปิดระบบท่อไอน้ำเพื่อซ่อมบำรุงใหญ่) ภายในท่อก็จะมีสนิมอยู่ ทีนี้พอท่อร้อนขึ้นจากไอน้ำที่ป้อนเข้าไปในระบบ สนิมเหล็กกับท่อเหล็กต่างก็ขยายตัว แต่ด้วยอัตราการขยายตัวที่ไม่เท่ากัน ทำให้สนิมเหล็กหลุดร่อนออกจากผิวท่อ ดังนั้นไอน้ำที่ควบแน่นในช่วงนี้จะมีสิ่งสกปรกปนเปื้อนมาก (ได้แก่สนิมเหล็กและขยะต่าง ๆ ที่อาจมีอยู่ในท่อหลังการก่อสร้าง) จำเป็นต้องมีช่องทางระบายน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำนี้ออกทางท่อ bypass โดยไม่ปล่อยให้ไหลผ่าน steam trap จนกว่าจะเห็นว่าน้ำที่ไหลออกมาจากท่อนั้นสะอาดแล้ว จึงค่อยปิดท่อ bypass และเปิดใช้ steam trap แทน
  

รูปที่ ๔ และ ๕ เป็น steam trap รุ่นเดียวกัน แต่ติดตั้งอยู่คนละส่วนของโรงงาน ตอนที่เดินผ่านก็ไม่รู้สึกอะไร แต่พอเอารูปถ่ายมาดูเปรียบเทียบกันก็พบว่ามันมีความแตกต่างกันอยู่ คือดูเหมือนว่าตัวในรูปที่ ๔ มันติดตั้งผิดทิศ
  

รูปที่ ๔ การติดตั้ง steam trap ตัวหนึ่ง พึงสังเกตหน้าแปลนของท่อ bypass ที่ใช้ machine bolt ที่ยาวมากไปหน่อย bolt ที่ยาวมากไปมันไม่มีปัญหาใด ๆ เพียงแค่อาจจะดูรกลูกตาแค่นั้นเอง
  

รูปที่ ๕ Steam trap รุ่นเดียวกัน แต่ติดตั้งไว้ที่ท่ออีกระบบหนึ่ง จะเห็นชัดว่ามีการระบุว่าด้านไหนต้องหันขึ้นด้านบน
  

๔. Rising stem/Inside stem screw ดูออกไหมครับว่าวาล์วเปิดหรือปิด

stem ของวาล์วคือชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อตัว gate หรือ plug ที่ทำหน้าที่ปิดกั้นการไหล กับตัว wheel หรือก้านหมุนที่ใช้ในการปรับตำแหน่งของตัว gate หรือ plug ตัว stem นี้มีแยกเป็นแบบ rising ที่ยกตัวสูงขึ้นให้เห็นเมื่อตำแหน่งของ gate หรือ plug ยกตัวขึ้นเพื่อเปิดวาล์ว และลดตัวต่ำลงเมื่อตำแหน่งของ gate หรือ plug ลดลงเพื่อปิดวาล์ว ถ้าเป็นแบบ non-rising นั้นเราจะมองไม่เห็นการยกตัวสูงขึ้นหรือลดต่ำลงของตัว stem เพราะการเคลื่อนตัวมันอยู่ภายในตัววาล์ว
  

ตัว wheel ก็เช่นกัน วาล์วตัวเล็กนั้นตัว wheel จะยึดติดอยู่กับ stem เมื่อ stem ยกตัวสูงขึ้น ตัว wheel ก็ยกตัวสูงขึ้นตาม แต่สำหรับวาล์วตัวใหญ่ตัว wheel มักจะอยู่กับที่เมื่อเทียบกับตัววาล์ว เวลาหมุน wheel ก็จะเห็นเพียงแค่ตัว stem ปรับเปลี่ยนระดับเท่านั้น แต่ตัว wheel ยังคงอยู่ที่ระดับเดิม
  

รูปที่ ๖ (ซ้าย) เป็นวาล์วสองตัวของระบบท่อ steam trap ที่แสดงในรูปที่ ๔ ที่เป็นชนิด Rising stem/Inside stem screw ที่เอามาให้ดูก็เพื่อจะได้เปรียบเทียบได้ว่าวาล์วตัวไหนอยู่ไหนตำแหน่งเปิดหรือปิด ตรงนี้ต้องอาศัยประสบการณ์ว่าเคยเห็นของจริงและเคยลองหมุนวาล์วของจริงบ้างหรือไม่ ไม่เช่นนั้นก็คงจะบอกไม่ได้ว่าวาล์วอยู่ในตำแหน่งเปิดหรือปิด ส่วนรูปที่ ๖ (ขวา) นั้นเป็นวาล์วของท่อน้ำร้อนท่อหนึ่งที่เป็นชนิด Rising stem/Outside stem screw
  

รูปที่ ๖ (ซ้าย) วาล์วทั้งสองตัวเป็นชนิด Rising stem/Inside stem screw การดูตำแหน่งว่าวาล์วเปิดหรือปิดต้องสังเกตเอาจากระดับความสูงของ wheel (ล้อสำหรับหมุนเปิด-ปิดวาล์ว) เทียบกับตัววาล์ว (ขวา) วาล์วทางด้านขวาเป็นแบบ Rising stem/Outside stem screw ในวงเขียวคือตัว stem ที่เปลี่ยนระดับตามระดับการเปิด-ปิดของวาล์ว (ในรูปคือ gate valve) ในขณะที่ตัว wheel นั้นอยู่ที่ระดับเดิม ไม่ได้ปรับตามระดับการเปิด-ปิดวาล์ว ส่วนในกรอบสีเหลืองเป็นวาล์วแบบ Rising stem/Inside stem screw
   

๕. นอตมันดูสะอาดไปหน่อย

เหล็กเป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่มีการติดตั้งโครงสร้างเหล็กที่มีการติดตั้งอุปกรณ์ไฟฟ้าเข้ากับโครงสร้าง (ไม่ว่าจะเป็นโครงสร้างอาคารหรือรั้วกั้น) จึงมักต้องทำการต่อต่อสายดินให้กับโครงสร้างเหล็กเหล่านั้น เพื่อให้กระแสไฟฟ้าที่หากเกิดการรั่วไหลจากอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่กับโครงสร้าง ไหลลงสายดินแทนที่จะทำอันตรายต่อบุคคลที่สัมผัสอยู่กับโครงสร้างเหล็กนั้น
  

อาคารหนึ่งที่ผมเดินไปดู สร้างจากโครงสร้างเหล็กด้วยการใช้เหล็กรูปตัว H ทำเป็นเสาโครงสร้าง 4 ต้น เสา 4 ต้นนี้วางบนฐานรากคอนกรีตอีกชั้นหนึ่ง (ไม่ได้ฝังลงไปในดิน) ที่ฐานของเสาแต่ละต้นก็มีการต่อสายดินลงไปยังแท่งทองแดงที่ฝังอยู่ข้างเสาลึกลงไปในชั้นดิน
  

ดูตอนแรกงานติดตั้งสายดินตรงนี้มันก็ดูเรียบร้อยดี แต่ดูเหมือนว่ามันจะเรียบร้อยเกินไปหน่อย คือตัว bolt ที่ใช้ในการยึดหางปลาของสายดินเข้ากับโครงสร้างเหล็กนั้นมัน "สะอาดมาก" คือไม่เลอะเทอะสีอะไรเลย ลักษณะเช่นนี้มันเป็นเหมือนกับว่ามีการทาสีโครงสร้างเหล็กก่อน จากนั้นจึงทำการติดตั้งสายดินด้วยการร้อยหางปลาของสายดินเข้ากับนอตร้อยผ่านรูที่ทำขึ้นบนโครงสร้างเหล็ก คำถามที่เกิดขึ้นก็คือเนื่องจากชั้นสีเป็น "ฉนวนไฟฟ้า" การทาสีโครงสร้างเหล็กก่อนแล้วค่อยทำการติดตั้งนอตหางปลาจะมีชั้นสีคั่นอยู่ระหว่างตัวนอตหางปลาและผิวโลหะของโครงสร้าง ทำให้เกิดคำถามขึ้นมาว่าโครงสร้างเหล็กกับสายดินนั้นมีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าหรือ (อาจมีได้ถ้าหากส่วนที่เป็นเกลียวของตัว bolt ในรูเจาะนั้นสัมผัสกับผิวโลหะของโครงสร้างเหล็ก)
  

อันที่จริงก็ไม่ได้มีเพียงแค่สีที่เป็นฉนวนไฟฟ้า สนิมเหล็กเองก็เป็นฉนวนไฟฟ้า ด้วยเหตุนี้วิธีการที่เหมาะสมกว่าในการต่อนอตหางปลาเข้ากับพื้นผิวโลหะควรต้องใช้ "tooth washer" เพราะตัวฟันของ tooth washer จะกัดเข้าไปในเนื้อโลหะของทั้งตัวนอตหางปลาและของโครงสร้างเหล็ก ทำให้มีการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าที่ดีกว่า แม้ว่าจะมีการทาสีทับก็ยังคงรักษาการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าเอาไว้ได้ แต่จากที่เดินตรวจดูไม่พบเห็นการใช้ tooth washer สักตำแหน่ง
  

รูปที่ ๗ machine bolt ตัวที่ใช้ยึดหางปลาของสายดินเข้ากับโครงเหล็ก
 

รูปที่ ๘ ด้านหัวของ bolt ที่แสดงในรูปที่ ๗ ที่เป็นตำแหน่งที่ใช้ยึดหางปลาตัว
  

รูปที่ ๙ อีกด้านหนึ่งของ bolt ตัวที่แสดงในรูปที่ ๗ ด้านนี้จะมีแหวนสปริงรองอยู่ ถ้านอตไม่มีการคลายตัวก็จะเห็นรอยตัดของแหวนสปริง (ตรงลูกศรสีเหลืองชี้) วางตัวราบประกบกัน แต่ถ้านอตมีการคลายตัวก็จะเห็นรอยตัดดังกล่าวเผยอขึ้น

มาถึงตรงนี้ก็คงต้องขอจบบทความอีกหนึ่งเรื่องในชุด "วิศวกรรมเคมีภาคปฏิบัติ"

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๕ (ตอนที่ ๗) MO Memoir : Friday 8 February 2556

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวข้องกับงานที่มอบหมายไปเมื่อเย็นวันอังคาร ที่ให้ทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยา TS-1 ที่เตรียมได้ และการทดสอบระบบเครื่องปฏิกรณ์สำหรับการทำปฏิกิริยา

Memoir ที่เกี่ยวข้องกับการทดลองที่ควรอ่านก่อนทำการทดลองมีดังนี้

  
ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๑๒ วันเสาร์ที่ ๙ ตุลาคม ๒๕๕๓ เรื่อง "การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติตอนที่ ๔ การใช้ประแจและการขันนอต" เนื้อหาส่วนนี้เกี่ยวข้องกับการปิดฝาเครื่องปฏิกรณ์ให้สนิทโดยไม่มีการรั่วซึม

  
ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๓๓๒ วันอังคารที่ ๑๒ กรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๕๔ เรื่อง "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๒ (ตอนที่ ๓๔)" เนื้อหาส่วนนี้เกี่ยวกับเทคนิคการฉีดสารเข้า autoclave ที่มีความดัน

๑. ตัวเร่งปฏิกิริยา

๑.๑ จากผล XRD ของ TS-1 ที่พวกคุณเตรียมได้นั้นจะเห็นพีคประหลาดที่มีขนาดใหญ่อยู่ 1 พีค ที่ยังไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นพีคอะไร พีคดังกล่าวจะส่งผลในด้านบวกหรือด้านลบต่อการทำปฏิกิริยาหรือไม่นั้นต้องทดสอบด้วยการทำปฏิกิริยาเท่านั้น

๑.๒ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นควรที่จะส่งไปวิเคราะห์พื้นที่ผิว BET ก่อนด้วย

๑.๓ แต่สำหรับการทำปฏิกิริยานั้น ให้ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นทดสอบก่อน ในขณะเดียวกันก็ให้เตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา TS-1 ขึ้นมาใหม่ด้วย

๒. การทดสอบเครื่องปฏิกรณ์

๒.๑ ก่อนเริ่มการทดลองจริง ให้ทำการทดสอบระบบการทำปฏิกิริยาก่อน โดยทำทุกอย่างเหมือนจริง เว้นแต่ใช้น้ำแทนสารตั้งต้น และไม่มีการใส่ตัวเร่งปฏิกิริยา

๒.๒ วิธีการทดลองให้ใช้วิธีการที่กล่าวไว้ในวิทยานิพนธ์ของ ฤดีมาศ มโนศักดิ์ เรื่อง "ผลของไอออนต่อการออกซิไดซ์เบนซีนเป็นฟีนอลโดยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์บนตัวเร่งปฏิกิริยาไททาเนียมซิลิกาไลท์-1" ปีการศึกษา ๒๕๕๔ แต่ในกรณีของพวกคุณนั้นให้ใช้น้ำแทนปริมาณเบนซีน และฉีดน้ำแทนการฉีด H₂O₂

  
เช่นในการทดลองนั้นเขาใช้น้ำ 120 ml กับเบนซีน 8.9 ml เติมเข้าไปใน reactor ก็ให้เปลี่ยนเป็นเติมน้ำ 120 + 8.9. = 128.9 ml แทน ขั้นตอนการคงอุณหภูมิไว้ที่ 70ºC เป็นเวลา 1 ชั่วโมงนั้นให้คงไว้เหมือนเดิม ขั้นตอนนี้ยังจำเป็นอยู่สำหรับการทดสอบการรั่วไหลของระบบ

๒.๓ จากนั้นเพิ่มอุณหภูมิไปจนถึงอุณหภูมิที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาคือ 90ºC แล้วทำการฉีดน้ำ 1 ml แทนการฉีด H₂O₂

  
วิธีการฉีดน้ำ (หรือ H₂O₂ เมื่อทดลองจริง) ให้ทำตามวิธีการที่กล่าวไว้ใน Memoir ฉบับที่ ๓๓๒ ที่กล่าวไว้ข้างต้น

๒.๔ สำหรับในขั้นตอนการทดสอบเครื่องปฏิกรณ์นี้ อาจผลัดเปลี่ยนกันทดลองฉีดน้ำเข้าเครื่องปฏิกรณ์หลาย ๆ ครั้งเพื่อให้เกิดความชำนาญ

  
septum ที่ใช้ในการปักเข็มนั้นเป็นชนิดเดียวกับที่ใช้กับ GC ถ้ามันใช้งานมานานแล้วหรือผ่านการฉีดซ้ำหลายครั้งก็จะรั่วได้ ดังนั้นถ้าพบว่าเกิดการรั่วไหลที่ septum ก็ให้เปลี่ยน septum ตัวใหม่

๒.๕ เมื่อเสร็จสิ้นการทดลองฉีดน้ำเข้าเครื่องปฏิกรณ์แล้ว ก็ไม่จำเป็นต้องรอ 2 ชั่วโมง ให้ทดลองทำการหยุดปฏิกิริยาด้วยการนำเครื่องปฏิกรณ์มาแช่ในอ่างน้ำแข็งได้เลย (เตรียมทำน้ำแข็งไว้ล่วงหน้าในช่องแข่แข็งก่อนก็ดี)

 
ในการนี้ไม่จำเป็นต้องทำการเติมเอทานอลเพื่อทำการประสานเฟส

๓. การทำปฏิกิริยาไฮดรอกซิเลชันของเบนซีนไปเป็นฟีนอล

๓.๑ ที่ให้ทำการทดลองนี้เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาที่พวกคุณเตรียมนั้นเป็นชนิดเดียวกับที่ฤดีมาศใช้คือ TS-1 ส่วนปฏิกิริยาการออกซิไดซ์โทลูอีนไปเป็นเบนซัลดีไฮด์นั้นเราใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา Al-TS-1

๓.๒ การทดลองให้กระทำเลียนแบบการทดลองของฤดีมาศ โดยทำการทดลองที่อุณหภูมิทำปฏิกิริยา 90ºC และใช้น้ำเปล่าเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา

๓.๓ GC ที่พวกคุณใช้นั้นอาจต้องใช้ GC-8A ที่ปรับตั้งระบบขึ้นมาใหม่ ของเดิมใช้ GC-9A ที่อยู่อีกห้องหนึ่ง แต่ขณะนี้ GC-9A มีปัญหาเรื่องพัดลม oven ไม่หมุน ทำให้อุณหภูมิใน oven ระหว่างการทำ temperature programmed นั้นไม่สม่ำเสมอ ส่งผลต่อเวลาที่พีคออกจากคอลัมน์

  
ดังนั้นพวกคุณคงต้องทดสอบหา retention time ของสารแต่ละตัว และ calibration curve ของสารแต่ละตัวด้วย

๔. นอตสำหรับปิดฝาเครื่องปฏิกรณ์

๔.๑ ในที่นี้ขอใช้ภาษาไทยที่เรียกสั้น ๆ ว่า"นอต" ซึ่งจะตรงกับภาษาอังกฤษว่า "bolt" หรือแปลเป็นไทยว่า "นอตตัวผู้"

  
ขอย้ำก่อนว่านอตที่ใช้นั้นต้องใช้เกลียวที่ถูกต้อง ถ้าหมุนด้วยมือแล้วพบว่าไม่สามารถไปต่อได้แสดงว่าเกลียวผิดขนาด ห้ามฝืนหมุนต่อไป เพราะจะทำให้เกลียวตัวเมียเสียได้ การแก้ปัญหาจะวุ่นวายขึ้นไปอีก เพราะจะต้องทำการคว้านรูใหม่ และต้องเปลี่ยนไปใช้นอตขนาดใหญ่ขึ้น แต่ความหนาผนังของเครื่องปฏิกรณ์จะบางลงไปอีก

๔.๒ เครื่องปฏิกรณ์ของเรานั้นจะใช้นอตทั้งหมด 6 ตัวในการปิดฝา โดย 4 ตัวจะเป็นตัวสั้น และ 2 ตัวเป็นตัวยาว นอกตัวสั้นที่ใช้นั้นต้องมีขนาดที่ไม่ยาวจนเกินไป เพราะถ้าขันเข้าไปจนลงสุดแล้วตัวหัวนอตยังไม่สัมผัสกับฝาบน มันก็จะไม่สามารถกดให้ฝาบนปิดสนิทได้ ถ้าเกิดปัญหาเช่นนี้หรือเกรงว่าจะเกิด ก็ให้ใช้แหวนรองเอาไว้ (ดูรูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ (ซ้าย) นอตที่สั้นกว่าขนาดรูเล็กน้อยจะสามารถขันอัดให้ฝากดแน่นกับตัวเครื่องปฏิกรณ์ได้ (กลาง) แต่ถ้ายาวเกินไปจะทำให้ไม่สามารถขันอัดกดได้ (ขวา) การแก้ปัญหาคือใช้แหวนรอง แต่ถ้าต้องเสริมมากก็อาจใช้นอตขันแทนตัวเมีย (ดูรูปที่ ๒)

๔.๓ เราจะมีนอตตัวยาว 2 ตัววางอยู่ในตำแหน่งที่ตรงข้ามกัน (ส่วนจะอยู่รูไหนนั้นต้องดูตอนนำเครื่องปฏิกรณ์เข้าไปติดตั้งว่าวางตำแหน่งใดจึงจะไม่เกะกะกับระบบ piping) นอตสองตัวนี้มีไว้สำหรับใช้จับเมื่อต้องการยกเครื่องปฏิกรณ์ขึ้นจาก oil bath

๔.๔ ในการขันนอตตัวยาว (ดูรูปที่ ๒ ประกอบ) เราจะเอานอตตัวเมียขันเข้าไปก่อน จากนั้นก็ขันนอตตัวยาวเข้าไปในรูจนสุด แล้วหมุนคลายออกเล็กน้อย จากนั้นขันนอตตัวเมียอัดลงไป ตรงนี้เราอาจใช้แหวนรองช่วยด้วยก็ได้

๔.๕ นอตตัวเมียนั้นจะมีผิวสองด้านไม่เหมือนกัน ด้านหนึ่งจะเรียบแบน อีกด้านหนึ่งจะมีการปาดมุมให้มน ด้านที่เรียบแบนจะเป็นด้านที่กดลงไปบนตัวแหวน

รูปที่ ๒ การขันนอตบนฝาเครื่องปฏิกรณ์ความดัน