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))

รูระบายของเหลวที่ท่อด้านขาออกของ Safety valve MO Memoir 2558 July 28 Wed

การทำงานของวาล์วระบายความดัน (Safety หรือ Relief valve) นั้นขึ้นอยู่กับความดันด้านขาออกของวาล์ว เพราะวาล์วจะเปิดก็ต่อเมื่อผลต่างระหว่างความดันด้านขาเข้าและด้านขาออกนั้นสูงถึงค่าที่ออกแบบไว้ ถ้าความดันในท่อด้านขาออกนั้นสูงกว่าค่าที่ออกแบบไว้ วาล์วจะเปิดก็ต่อเมื่อความดันด้านขาเข้าสูงเกินกว่าความดันที่แท้จริงที่ต้องการให้เปิด ตัวอย่างเช่นถ้าเราต้องการให้วาล์วเปิดเมื่อความดันในระบบสูงถึง 5 barg โดยด้านขาออกมีความดัน 0 barg (หรือความดันบรรยากาศ) แต่ถ้าความดันด้านขาออกนั้นสูงกว่า 0 barg เช่นสมมุติให้เป็น 0.2 barg ในกรณีนี้วาล์วจะเปิดเมื่อความดันด้านขาเข้านั้นสูงถึง 5.2 barg
  

ถ้าเป็นการระบายความดันเข้าสู่ระบบท่อรวม เช่นท่อ header ของระบบ flare ที่มีท่อระบายความดันจากวาล์วระบายความดันหลายตัวต่อเชื่อมเข้ามายังท่อหลักเดียวกัน เพื่อนำแก๊สที่ระบายออกมาไปเข้าสู่ระบบกำจัดก่อนที่จะปล่อยออกสู่บรรยากาศนั้น ผลของความดันด้านขาออกมักจะถูกรวมเอาไว้ในการคำนวณอยู่แล้ว เพราะตัวระบบกำจัดเองก็ทำให้เกิดแรงต้านการไหล และการระบายความดันจากวาล์วระบายความดันหลาย ๆ ตัวพร้อมกัน (เช่นในกรณีเพลิงไหม้หรือต้องหยุดเดินเครื่องฉุกเฉิน) ก็จะทำให้ความดันในท่อ header นี้สูงกว่าความดันบรรยากาศ และปัจจัยเหล่านี้มักจะถูกรวมเอาไว้ในการคำนวณเพื่อหาขนาดที่เหมาะสมของวาล์วอยู่แล้ว
  

รูปที่ ๑ ตัวอย่างการติดตั้งวาล์วระบายความดันโดยระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรง (พวกถังเก็บอากาศหรือแก๊สไม่อันตราย (เช่นไนโตรเจน) หรือระบบท่อไอน้ำ มักจะเป็นแบบนี้ ในกรณีเช่นนี้ควรต้องคำนึงถึงโอกาสที่จะมีไอน้ำควบแน่นสะสมในท่อระบายด้านขาออกของวาล์ว และมักจะมีการเจาะรูเล็ก ๆ ที่ตัดต่ำสุด (ในกรอบสี่เหลี่ยมเส้นประ) เพื่อระบายน้ำที่อาจสะสมในระบบท่อออกไป (รูปจาก http://www2.spiraxsarco.com/resources/steam-engineering-tutorials/safety-valves/safety-valve-installation.asp)
  

แต่ก็มีหลายกรณีด้วยกันที่การระบายความดันนั้นระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรง กรณีเช่นนี้มักใช้กับการระบายความดันจากระบบกักเก็บสารที่ไม่เป็นอันตราย ที่เห็นได้ชัดทั่วไปในโรงงานคือถังเก็บอากาศและระบบไอน้ำ สิ่งที่ทำก็คือหันท่อทางออกนั้นไปในทิศทางที่ปลอดภัย แต่ก็มีบางกรณีเหมือนกันสำหรับสารที่เป็นเชื้อเพลิง เช่นวาล์วระบายความดันจากถังลูกโลก (spherical tank) ที่ใช้เก็บแก๊สปิโตรเลียมเหลม (LPG) ที่มีการระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรง แต่นั้นเป็นกรณีเมื่อมีเหตุการณ์ไฟไหม้ลุกครอกถังดังกล่าว ในกรณีเช่นนี้การยอมให้มีการระบายแก๊สนั้นออกสู่บรรยากาศโดยตรง (ซึ่งแก๊สที่ออกมาก็จะลุกติดไฟตรงปากทางออก) ถือว่าปลอดภัยว่าการปล่อยให้ความดันในถังสูงขึ้นจนถังระเบิด การออกแบบระบบระบายกรณีนี้เรียกว่า Fire relief ซึ่งมีแนวความคิดที่แตกต่างไปจาก Pressure relief ในขณะใช้งานตามปรกติ
  

ท่อระบายความดันออกสู่บรรยากาศนั้นไม่มีปัญหาเรื่องความดันบรรยากาศเพิ่มขึ้นจนส่งผลให้ความดันด้านขาออกของวาล์วระบายความดันนั้นสูงจนส่งผลกระทบต่อการทำงานของวาล์วระบายความดัน แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีโอกาสที่ความดันด้านขาออกของวาล์วระบายความดันจะสูงจนส่งผลกระทบต่อการทำงานของวาล์วระบายความดัน มันมีอยู่เหมือนกัน นั่นคือเมื่อมี "ของเหลว" โดยเฉพาะ "น้ำ" สะสมอยู่ในท่อทางออกของวาล์วระบายความดัน
  

วาล์วระบายความดันนั้นจะติดตั้งโดยท่อทางเข้านั้นไหลขึ้นในแนวดิ่ง และท่อทางออกไหลออกในแนวนอนตั้งฉากกับทิศทางไหลเข้า การออกแบบท่อทางออกนี้ต้องคำนึงไม่ให้น้ำมีโอกาสสะสมในท่อได้ น้ำที่สะสมนี้อาจเป็นน้ำฝน (ถ้าติดตั้งนอกอาคาร) หรือน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำในอากาศ (ตามฤดูกาล) หรือน้ำที่เกิดจากการระบายความดัน (เช่นในระบบไอน้ำ)
  

รูปที่ ๒ วาล์วระบายความดันของระบบท่อไอน้ำระบบหนึ่ง เป็นการระบายออกสู่บรรยากาศ ตอนที่ถ่ายรูปนั้นระบบอยู่ระหว่างการติดตั้ง ก็เลยยังไม่มีการเจาะรูสำหรับระบายไอน้ำควบแน่นที่อาจสะสมในท่อทางออกได้ ส่วนเมื่อติดตั้งเสร็จแล้วจะช่างจะทำการเจาะรูหรือไม่นั้นก็คงเป็นอีกเรื่องหนึ่ง
  

ถ้าตำแหน่งวาล์วระบายความดันนั้นอยู่สูงพอ (เรียกว่าไม่อยู่ในระดับที่คนเดินผ่านไปผ่านมา) ท่อทางออกก็จะเดินออกไปข้าง ๆ ได้โดยตรง โดยอาจให้มีความลาดเอียงเล็กน้อย เพื่อให้ของเหลว (ถ้าเกิดขึ้นในท่อ) ไหลออกทางปลายท่อ แต่ถ้าจำเป็นต้องยกปลายด้านขาออกให้สูงขึ้นเพื่อให้ปลายท่อนั้นระบายความดันออกไปยังตำแหน่งที่ปลอดภัย ในกรณีหลังนี้จำเป็นที่ต้องพิจารณาตำแหน่งที่ของเหลวสามารถสะสมได้ในระบบท่อ และต้องหาทางระบายของเหลวดังกล่าวออก (ถ้ามีการสะสมเกิดขึ้น) และวิธีการทั่วไปที่กระทำกันก็คือ "การเจาะรูระบายเล็ก" ไว้ตรงตำแหน่งต่ำสุดของท่อนั้น
  

รูปที่ ๓ อีกตัวอย่างการติดตั้งวาล์วระบายความดันที่ระบายออกสู่บรรยากาศ ในกรณีนี้จะเจาะรูระบายของเหลวที่ตำแหน่งต่ำสุดของข้องอ (ในกรอบสี่เหลี่ยมประ) (รูปจาก http://www.pipingguide.net/2010/08/piping-layout.html)
  

รูปที่ ๑ และ ๓ เป็นตัวอย่างการเจาะรูระบายของเหลวที่อาจสะสม โดยในรูปที่ ๑ นั้นจะมีท่อสั้น ๆ ต่อออกมาจากวาล์วระบายความดันก่อนที่จะเข้าข้องอ ดังนั้นในกรณีนี้จะทำการเจาะรูตรงท่อสั้น ๆ เส้นนั้น ส่วนในรูปที่ ๓ นั้นเป็นการต่อข้องอโดยตรงกับด้านขาออกของวาล์วระบายความดัน ในกรณีนี้จำเป็นต้องเจาะรูระบายไว้ที่ตัวข้องอ รูปที่ ๒ เป็นตัวอย่างการติดตั้งจริงของโรงงานแห่งหนึ่งที่ผมไปถ่ายรูปมา เป็นวาล์วระบายความดันของระบบท่อไอน้ำระบบหนึน่ง (ตอนถ่ายรูปนั้นอยู่ระหว่างการติดตั้งวาล์วระบายความดันตัวดังกล่าว) จะเห็นว่ารูปแบบการติดตั้งเป็นการต่อข้องอเข้ากับวาวล์วระบายความดันโดยตรงดังรูปที่ ๓
  

แน่นอนว่าเมื่อเกิดการระบายความดันนั้นจะต้องมีแก๊สบางส่วนรั่วไหลออกทางรูระบายนี้ แต่ด้วยการที่รูไม่ได้มีขนาดใหญ่มาก (แค่ให้น้ำไหลออกได้) และไม่ได้อยู่ในแนวทิศทางการไหล (เพราะอยู่ตั้งฉาก) ประกอบกับแก๊สที่ระบายออกมานั้นไม่ใช่แก๊สอันตราย การรั่วไหลที่รูระบายนี้จึงถือว่ายอมรับได้

อีกประเด็นที่ต้องคำนึงในการวางท่อระบายความดันด้านขาออกก็คือ แรงกระทำที่เกิดจากการไหลของแก๊สที่ระบายออก โดยเฉพาะท่อระบายที่มีการโค้งงอเปลี่ยนทิศทาง (ดูรูปที่ ๔) จำเป็นต้องนำเอาแรงที่เกิดขึ้นนี้มาพิจารณาออกแบบระบบยึดตรึงท่อให้มีความแข็งแรงเพียงพอที่จะรับแรงดังกล่าวได้ เพราะเคยมีเหตุการณ์บันทึกเอาไว้ว่าท่อที่ถูกแรงกระทำดังกล่าวดัดจนพับพาดลงมานั้นก่อให้เกิดความเสียหายกับอุปกรณ์รอบข้างและผู้ปฏิบัติงานจนเสียชีวิตมาแล้ว
  

รูปที่ ๔ แรงที่กระทำต่อระบบท่อเมื่อมีแก๊สระบายออก ปรกติความยาวท่อเมื่อออกจากวาล์วระบายความดันไปในแนวนอนมักจะเป็นท่อสั้นอยู่แล้ว ตัวที่อาจก่อเรื่องได้คือส่วนที่อยู่ในแนวดิ่ง (L) เพราะเมื่อแก๊สพุ่งออกทางปลายท่อก็จะทำให้เกิดแรงดัดและโมเมนต์บิดในระบบท่อได้ ถ้าแนวพุ่งออกนั้นอยู่ในระนาบเดียวกันกับทิศทางการพุ่งออกจากวาล์วระบายความดัน (เช่นในรูปซ้าย) ก็จะมีแต่โมเมนต์ดัดที่เกิดขึ้น แต่ถ้าแนวพุ่งออกนั้นอยู่ในระนาบที่ตั้งฉากกับทางทิสทางการพุ่งออกจากวาล์วระบายความดัน (เช่นในรูปขวา) ในกรณีนี้ต้องคำนึงถึงโมเมนต์บิดที่เกิดขึ้นด้วย

รูปที่สุดท้ายในหน้าถัดไปไม่ได้เกี่ยวข้องกับการออกแบบท่อด้านขาออกของวาล์วระบายความดัน เพียงแค่บังเอิญเห็นมันอยู่ใกล้ ๆ กับวาล์วดังกล่าว อันนี้เป็นตัวอย่างหนึ่งของการป้องกันไม่ให้ใครมาหมุนวาล์วเล่น (ไม่ว่าจะโดยจงใจหรือไม่ตั้งใจก็ตาม) วิธีการของเขาก็คือถ้าเป็นพวก gate valve หรือ globe valve ที่เป็นตัวเล็ก ก็จะถอดล้อหมุน (wheel) ออกซะเลย แต่ถ้าเป็นตัวใหญ่ก็จะใช้การใช้โซ่คล้องและเอากุญแจมาล๊อคเอาไว้ ถ้าเป็น ball valve ก็จะใช้วิธีการถอดก้านหมุนวาล์วออก พวก ball valve ตัวเล็กนี่ยิ่งต้องระวัง เพราะแค่เดินชนหรือเผลอเอาอะไรไปกระแทกก้านวาล์ว มันก็เปลี่ยนจากตำแหน่งเปิดเต็มที่เป็นปิดเต็มที่ หรือจากปิดเต็มที่เป็นเปิดเต็มที่ได้ทันที
  

รูปที่ ๕ วาล์วตัวซ้ายเป็นของระบบท่อที่ต่อไปยังอุปกรณ์วัดที่ส่งสัญญาณไปยังระบบควบคุม มีการติดตั้งวาล์วเอาไว้เผื่อเวลาที่อุปกรณ์วัดนั้นเสียจะได้ถอดไปซ่อมหรือเปลี่ยนตัวใหม่ได้ แต่ในขณะใช้งานนั้นไม่ต้องการให้ใครมาปิดวาล์วตัวดังกล่าว เพราะถ้ามีการปิดเมื่อใด อุปกรณ์วัดจะไม่สามารถตรวจพบความผิดปรกติได้ เพื่อป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้นก็เลยต้องถอดตัวล้อหมุนวาล์ว (wheel) ออก เป็นการป้องกันไม่ให้ใครมือซนไปหมุนเล่น (จะโดยจงใจหรือไม่จงใจก็ตาม)

เก็บตกจากงานก่อสร้างอาคาร (ตอนที่ ๒) MO Memoir : Thursday 8 May 2557

วันก่อนได้มีโอกาสไปเยี่ยมชมงานก่อสร้างอาคารแห่งหนึ่ง ก็เลยถือโอกาสถ่ายรูปมาให้ดูกัน เพื่อจะได้รู้จักว่าในงานก่อสร้างนั้นมีอะไรบ้าง แม้ว่าในสาขาวิชาชีพของเรานั้น เรื่องเหล่านี้มันไม่อยู่ในหลักสูตร แต่บ่อยครั้งที่เราต้องไปเจอกับมันในชีวิตจริง

๑. Cat walk

Cat walk ในที่นี้ไม่ใช่ทางเดินสำหรับแมว แต่เป็นสำหรับคน และไม่ใช่สำหรับให้นางแบบนายแบบเดิน แต่สำหรับให้ช่างซ่อมบำรุงเป็นคนเดิน
  

ในอาคารหรือห้องปฏิบัติการหลายแห่งนั้น ระบบสาธารณูปโภคต่าง ๆ จะเดินอยู่สูงจากพื้น โดยอยู่ใต้เพดาน และอาจมีฝ้าเพดานปิดเอาไว้เพื่อความสวยงาม หรือไม่มีก็ได้ ขึ้นอยู่กับการออกแบบ ระบบสาธารณูปโภคเหล่านี้อาจเป็น ท่อแอร์ ท่อน้ำ ท่อไอน้ำ ท่อร้อยสายไฟ ระบบไฟแสงสว่าง ท่อไอน้ำ รางวางสายไฟ สายโทรศัพท์ ฯลฯ
  

ระบบสาธารณูปโภคเหล่านี้ต้องการการบำรุงรักษาเป็นระยะ การที่จะรื้อฝ้าเพดานหรือออกแบบให้ฝ้าเพดานรับน้ำหนักคนเดินได้นั้นเป็นเรื่องที่ไม่เหมาะสมในทางปฏิบัติ เพราะจะไปรบกวนการทำงานของห้องที่อยู่ใต้ฝ้านั้นและทำให้ฝ้ากลายเป็นพื้นอาคารไปอีกชั้น วิธีการที่เหมาะสมกว่าในทางปฏิบัติคือการทำทางเดินเล็ก ๆ อยู่เหนือฝ้าเพดานนั้น ทางเดินนี้เรียกว่า "Cat walk"

รูปที่ ๑ ที่เห็นเป็นรางในภาพที่มีลูกศรสีเหลืองกำกับคือโครงสร้างที่ช่างกำลังขึ้นรูปเพื่อใช้เป็น Cat walk เหนือฝ้าเพดาน เพื่อไว้สำหรับช่างซ่อมบำรุงใช้เป็นทางเดินในการตรวจซ่อมแซมระบบสาธารณูปโภค

  

๒. Pipe support

Pipe support เป็นโครงสร้างรองรับท่อ ทำหน้าที่ยกท่อให้สูงขึ้นจากพื้น pipe rack เพื่อให้สามารถหุ้มฉนวนรอบตัวท่อได้ ท่อนั้นอาจเพียงแค่วางอยู่บน ถูกตรึง (ไม่ให้มีการขยับในแนวแกนและทางด้านข้าง) หรือเพียงแค่ป้องกันไม่ให้มีการเคลื่อนตัวทางด้านข้าง (แต่ให้ขยับได้ตามแนวความยาว) แต่ที่เห็นกันประจำคือสำหรับท่อที่มีการยืดหดตัวค่อนข้างมากเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ท่อเหล่านี้มักจะไม่ยึดตรึงแน่นกับ pipe rack ไว้ทุกตำแหน่ง อาจทำแค่บางตำแหน่งเท่านั้น แต่จะปล่อยให้ท่อยืด-หดได้ในแนวความยาวตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

รูปที่ ๒ ตัวอย่างการวางท่อบน pipe rack สำหรับท่อที่ไม่ต้องมีการหุ้มฉนวนนั้นอาจวางแบบวางลงบน pipe rack โดยตรง โดยอาจมีการยึดตรึงเข้ากับ pipe rack ในบางตำแหน่งด้วย U-Bolt (2) แต่สำหรับท่อที่มีการหุ้มฉนวนนั้นจะไม่วางลงบน pipe rack โดยตรง แต่จะมีการใช้เหล็กตัว T เชื่อมติดกับท่อ (3) เพื่อให้ท่อยกตัวสูงขึ้นตามความหนาของฉนวนที่จะทำการหุ้ม โดยในกรณีของท่อประเภทนี้มักจะมีการยืด-หดตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ดังนั้นจะไม่มีการยึดท่อให้ติดแน่นกับ pipe rack แต่จะมีการสร้างขอบประคองเอาไว้ไม่ให้ท่อเคลื่อนตัวได้ทางด้านข้าง ด้วยการเชื่อมเหล็กประกบกับฐานของ pipe suppport อีกที โดยไม่ได้เป็นการประกบติดแน่น (4)
  

รูปที่ ๓ ตัวอย่างการวางท่อบน pipe rack

รูปที่ ๔ ในกรอบสีเขียวคือรอยเชื่อมเหล็กที่ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้ฐานของ pipe support มีการเคลื่อนตัวทางด้านข้าง การทำเช่นนี้ไม่จำเป็นต้องทำทุกตำแหน่งที่ pipe support วางบน pipe rack ทำเพียงแค่บางตำแหน่งก็พอ พึงสังเกตรอยเชื่อมเหล็กตัว T เข้ากับท่อ (ลูกศรสีเหลือง) เขาจะไม่เชื่อมเป็นแนวยาวแนวเดียวตลอดทั้งแนว แต่จะเชื่อมแล้วเว้นห่างเป็นช่วง ๆ

รูปที่ ๕ ที่ pipe rack ตัวนี้ pipe support จะวางอยู่บน pipe rack โดยไม่มีการเชื่อมเหล็กป้องกันไม่ใช้ pipe support เคลื่อนที่ในแนวข้าง พึงสังเกตว่าความยาวของเหล็กตัว T ที่เป็น pipe support นั้นจะยาวกว่าความกว้างของเหล็กที่ใช้ทำ pipe support อยู่มาก เพราะเมื่อท่อมีการขยายตัว pipe support จะมีเคลื่อนที่ตามการขยายตัวของท่อไปด้วย จึงต้องเผื่อความยาวเอาไว้เพื่อไม่ให้ตกจาก pipe rack

๓. ท่อมีตะเข็บ

ท่อเหล็กส่วนใหญ่ที่ใช้กันทั่วไปนั้นมักขึ้นรูปด้วยการนำเหล็กแผ่นมาม้วนเป็นรูปท่อ แล้วทำการเชื่อมตรงจุดบรรจบ ท่อแบบนี้เรียกว่าท่อแบบ "มีตะเข็บ (weld seam pipe)" แต่สำหรับท่อที่ใช้งานเพื่อรับความดันสูงนั้นจะขึ้นรูปจากแท่งเหล็กที่ร้อน นำมาทะลวงและรีดให้เป็นท่อที่มีขนาดตามต้องการ ท่อแบบนี้เรียกว่า "ท่อไม่มีตะเข็บ (seamless pipe)"
  

ท่อแบบมีตะเข็บนั้นจะถูกขัดรอยเชื่อมด้านนอกให้เรียบ บางครั้งมีการทาสีหรือชุบสังกะสีเอาไว้อีก ทำให้สังเกตเห็นรอยเชื่อมได้ยากหรือมองไม่เห็น แต่รอยเชื่อมดังกล่าวยังปรากฏชัดอยู่ทางด้านในท่อ
  

รูปที่ ๖ แนวเส้นสีเหลืองคือแนวรอยเชื่อมเหล็กแผ่นที่นำมาม้วนเป็นท่อ

๔. ฐานแผ่ (Spread footing)

ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๗๓ วันพุธที่ ๑๙ มีนาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "เก็บตกจากงานตอกเสาเข็ม" นั้น ผมได้เกริ่นถึงฐานรากอาคารชนิดฐานแผ่ไปแล้ว วันก่อนมีโอกาสเดินผ่านอาคารที่สร้างอยู่บนฐานแผ่ก็เลยถือโอกาสถ่ายรูปมาให้ดูกัน
  

ฐานแผ่นของอาคารนี้สร้างโดยขุดดินลงไปจนถึงชั้นที่ดินไม่ทรุดตัว จากนั้นจึงหล่อฐานแผ่และเสาขึ้นจากระดับชั้นดินนั้น แต่เมื่อทำฐานเสร็จแล้วเขาไม่ได้ฝังกลบฐานแผ่นั้น เพราะต้องการให้มีที่ว่างข้างใต้พื้นอาคารชั้นล่าง เพื่อเอาไว้สำหรับการซ่อมแซมและบำรุงรักษาระบบท่อน้ำทิ้งต่าง ๆ
  

รูปที่ ๗ แนวเส้นสีเหลืองคือ "ฐานแผ่" เสาอาคารตั้งอยู่บนฐานแผ่นี้ ใต้ฐานแผ่นี้ไม่มีเสาเข็มรองอยู่ข้างใต้

  

หลังจาก Memoir ฉบับนี้ผมจะหายหน้าไปสักพัก ขอเวลาไปพักผ่อนหลบร้อนกับเขาบ้าง :)