ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับปั๊ม ตอนที่ ๑ MO Memoir 2556 Mar 15 Fri

เอกสารฉบับนี้เตรียมขึ้นเพื่อปูพื้นฐานให้กับผู้ที่มีพื้นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ทั่วไป ที่ไม่ได้เรียนและทำงานสายวิศวกรรม เนื้อหาใน Memoir นี้แก้ไขเพิ่มเติมจากเอกสารที่ใช้ในโครงการอบรม Cosmetic Engineering and Production Planning (CEPP) สำหรับสมาคมผู้ผลิตเครื่องสำอางไทย ในวันเสาร์ที่ ๑๖ มีนาคม ๒๕๕๖ แต่เนื่องจากเห็นว่าน่าจะพอให้ประโยชน์แก่บุคคลทั่วไปได้บ้าง จึงนำมาเผยแพร่ใน blog นี้

๑. ของไหล (fluid) ของเหลว (liquid) และแก๊ส (gas)

ของไหล (fluid) เป็นคำกลาง ๆ ที่ใช้เรียกสสารในสถานะของเหลวหรือแก๊ส หรือในสถานะที่บอกไม่ได้ว่าเป็นของเหลวหรือแก๊ส (พวกที่อยู่ที่อุณหภูมิและความดันเหนือจุดวิกฤต (critical temperature))
  

ในการใช้งานตามปรกตินั้น เราถือว่าของเหลวเป็นสสารที่ไม่สามารถอัดตัวได้ (incompressible fluid) ในขณะที่แก๊สเป็นสสารที่สามารถอัดตัวได้ (compressible fluid)
  

การอัดตัวได้ในที่นี้หมายถึงการที่เราสามารถลด "ปริมาตร" สารนั้นที่มี "น้ำหนัก" ค่า ๆ หนึ่ง ได้โดยใช้ความดัน
  

ความความแตกต่างตรงที่ของเหลวไม่สามารถอัดตัวได้ ในขณะที่แก๊สสามารถอัดตัวได้ ทำให้พฤติกรรมการทำงานของระบบเพิ่มความดันให้กับของเหลวและแก๊สนั้นมีความแตกต่างกัน ทั้ง ๆ ที่ตัวอุปกรณ์นั้นต่างก็ใช้หลักการแบบเดียวกัน (ในเรื่องคอมเพรสเซอร์มีปัญหาเรื่อง surging ในขณะที่ปั๊มไม่มีปัญหาเรื่องนี้ ดู Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๗๘ วันเสาร์ที่ ๑๖ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๖ เรื่อง "Centrifugal compressor กับการเกิด Surge และการป้องกัน")

อุปกรณ์เพิ่มความดันให้กับของเหลวเราเรียกว่า "ปั๊ม (pump)" หรือ "เครื่องสูบ" ส่วนอุปกรณ์เพิ่มความดันให้กับแก๊สนั้นเราเรียกว่า "คอมเพรสเซอร์ (compressor)" หรือ "เครื่องอัด" และบ่อยครั้งที่เราเรียกอุปกรณ์เพิ่มความดันให้กับแก๊สที่มีขนาดเล็กว่า "ปั๊ม" เหมือนกัน เช่นปั๊มลม ปั๊มอากาศ

เนื้อหาในที่นี้จะกล่าวถึง "ปั๊ม" ที่ใช้ในการเพิ่มความดันให้กับของเหลวเป็นหลัก

๒. วัตถุประสงค์ของการเพิ่มความดันให้กับของเหลว

วัตถุประสงค์ของการเพิ่มความดันให้กับของเหลวเราอาจทำเพื่อ
  

๒.๑ เพิ่มอัตราการถ่ายเทของเหลวจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง (หรือเพิ่มพลังงานจลน์ให้กับของเหลว) เช่นในงานส่งถ่ายของเหลวตามระบบท่อ จากแทงค์ลูกหนึ่งไปยังแทงค์อีกลูกหนึ่ง หรือในงานที่ต้องการการฉีดพ่นของเหลว
  

๒.๒ ส่งผ่านของเหลวจากระบบความดันต่ำให้เข้าสู่ระบบความดันสูง เช่นงานในกระบวนการผลิตของอุตสาหกรรมเคมี ปิโตรเคมี และกลั่นน้ำมัน ทั่วไป
  

๒.๓ ส่งผ่านของเหลวจากระดับต่ำ ไปยังระดับที่สูงกว่า เช่นงานสูบน้ำจากแหล่งน้ำ งานประปา
  

ซึ่งอาจเป็นการทำไปเพื่อความต้องการเพียงข้อใดข้อหนึ่งข้างต้นหรือทั้งสามข้อเลยก็ได้

รูปที่ ๑  ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตร (V) และความดัน (P) ของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ที่อุณหภูมิต่าง ๆ

๓. วิธีการเพิ่มความดันให้กับของเหลว

การเพิ่มความดันให้กับของเหลวอาจกระทำโดย
  

๓.๑ การใช้แรงดันแก๊สกระทำต่อของเหลว โดยอาจเป็นแก๊สที่ได้จากเครื่องอัดแก๊ส (เช่นอากาศอัดความดัน) หรือแก๊สจากถังแก๊ส 
   

วิธีการนี้มีข้อดีตรงที่สามารถป้องกันการรั่วไหลในระหว่างการส่งของเหลวจากถังเก็บไปยังถังรับเพราะไม่มีการใช้ปั๊ม เพราะปั๊มมักเป็นจุดที่มีการเกิดการรั่วไหลของของเหลว ตรงตำแหน่งที่เป็นรอยต่อระหว่างโครงสร้างที่หยุดนิ่ง (เช่นตัวเรือนปั๊มและกระบอกสูบ) และโครงสร้างที่เคลื่อนที่ (เช่นเพลาและลูกสูบ) และปั๊มบางแบบก็ต้องยอมให้มีการรั่วไหลด้วยเพราะใช้ของเหลวนั้นในการหล่อลื่นและ/หรือระบายความร้อน 
   

๓.๒ การเพิ่มความดันให้กับของเหลวโดยตรง โดยการให้แรงอัดผ่านทางอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ใช้ระบบกระบอกสูบและลูกสูบ (ปั๊มลูกสูบ หรือ reciprocating pump) แผ่นไดอะแฟรม (diaphragm pump) เฟือง (gear pump และ rotary pump) และสกรู (screw pump) การรีดผ่านสายยาง (peristatic pump) วิธีการนี้คือหลักการทำงานของปั๊มพวก positive displacement pump
  

๓.๓ การเพิ่มพลังงานจลน์ให้กับของเหลว จากนั้นจึงให้ของเหลวเปลี่ยนพลังงานจลน์นั้นเป็นความดัน พลังงานจลน์ที่ให้จะอยู่ในรูปของแรงเหวี่ยง วิธีการนี้เป็นหลักการทำงานของปั๊มหอยโข่งหรือ centrifugal pump

รูปที่ ๒ (บน) การทำให้ของเหลวไหลจากภาชนะใบหนึ่งไปยังภาชนะอีกใบหนึ่งด้วยการใช้แรงดันแก๊ส ในระบบนี้ของเหลวด้านส่งต้องอยู่ในภาชนะปิด (ล่างซ้าย) การส่งของเหลวจากระดับต่ำไปยังระดับสูง (หรือเข้าสู่ระบบที่มีพลังานศักย์ที่สูงกว่า) โดยปั๊มที่ใช้สูบของเหลว ติดตั้งอยู่ที่ระดับที่ต่ำกว่าระดับผิวของเหลว ในกรณีนี้การเริ่มเดิมเครื่องปั๊มมักจะไม่มีปัญหาเพราะของเหลวสามารถเติมเต็มท่อด้านขาเข้าปั๊มได้เอง (ล่างขวา) การส่งของเหลวจากระดับต่ำไปยังระดับสูง โดยปั๊มที่ใช้สูบของเหลวอยู่ที่ระดับที่สูงว่าระดับผิวของเหลว ในกรณีนี้สำหรบปั๊มบางประเภทจะเดินเครื่องไม่ได้ถ้าไม่มีการเติมของเหลวให้เต็มท่อด้านเข้าก่อน (พวกปั๊มหอยโข่งมีปัญหาเช่นนี้)
  

๔. ความดัน (pressure) กับเฮด (head)

ความดันเป็นการวัดแรงที่กระทำต่อหน่วยพื้นที่ หน่วยที่นิยมใช้กันเพราะมองเห็นภาพชัดเจนได้แก่ บรรยากาศ (atm หรือ bar) กิโลกรัมต่อตารางเซนติเมตร (kg/cm²) หรือปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi - pound per square inch ในบ้านเราหน่วยนี้ใช้กับการเติมลมยางรถยนต์อยู่) 
   

ความกดอากาศที่ระดับน้ำทะเลนั้นมีค่าประมาณ 1 bar หรือ 1 atm หรือ 1 kg/cm² หรือ 15 psi หรือประมาณเทียบเท่าความสูงของน้ำ 10 เมตร หน่วยปาสคาล (Pa - Pascal) เป็นหน่วยที่ใช้กันในทางวิทยาศาสตร์ เพราะสะดวกต่อการคำนวณ แต่เป็นหน่วยที่มองไม่เห็นภาพและมีขนาดเล็กเกินไป (เหมือนกับที่เราไม่บอกราคาสินค้าด้วยหน่วยสตางค์)
  

อันที่จริงความดัน 1 bar หรือ 1 atm หรือ 1 kg/cm² หรือ 15 psi หรือความสูงของน้ำ 10 เมตรมันไม่ได้เท่ากันพอดี แต่เพื่อความสะดวกในการมองภาพหรือการประมาณค่าหรือการคิดเลขในใจ เรามักจะประมาณว่ามันเท่ากัน (ตัวเลขที่ละเอียดคือ 1 atm = 1.01325 bar = 760 mmHg = 14.69595 psi = 101325 Pa = 1.03 kg/cm² หรือเทียบเท่าแรงกดของน้ำ (ความหนาแน่น 1000 kg/m³) สูงประมาณ 9.81 เมตร)
  

ในกรณีที่เป็นการวัดความดันต่ำ ๆ (อาจจะสูงหรือต่ำกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย) จะใช้หน่วยเป็นเทียบเท่าความสูงของน้ำ เช่น นิ้วน้ำ (in H₂O) หรือเซนติเมตรน้ำ (cm H₂O) ตัวอย่างของงานที่ใช้หน่วยประเภทนี้ได้แก่ห้องทำงานที่ต้องรักษาความดันบรรยากาศในห้องให้สูงกว่าหรือต่ำกว่าความดันบรรยากาศข้างนอกห้อง ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศสกปรกนอกห้องเข้ามาปนเปื้อนของอากาศในห้อง (รักษาความดันข้างในให้สูงกว่าข้างนอก) หรือป้องกันไม่ให้สารอันตรายในห้องรั่วไหลออกไปนอกห้อง (รักษาความดันข้างในห้องให้ต่ำกว่าความดันข้างนอกห้อง)

การบอกความดันนั้นมีการบอกเป็นความดันเกจ (gauge pressure) และความดันสัมบูรณ์ (absolute pressure)
  

ความดันเกจจะใช้ความดันบรรยากาศเป็นฐานในการเปรียบเทียบ โดยทั่วไปถ้าไม่มีการระบุใด ๆ ความดันที่กล่าวถึงมักจะหมายถึงความดันเกจ แต่ในบางกรณีเพื่อป้องกันไม่ให้สับสน จะมีการเติมตัว g (ย่อมาจาก gauge) ข้างหลังหน่วยบอกความดัน ที่ความดันบรรยากาศปรกติจะมีค่าเท่ากับ 0 bar.g (ศูนย์บาร์เกจ) ความดัน 0.5 barg คือความดันที่สูงกว่าความดันบรรยากาศปรกติอีก 0.5 bar
  

ความดันสัมบูรณ์จะใช้สุญญากาศเป็นฐานในการเปรียบเทียบ การระบุว่าค่าความดันนั้นเป็นความดันสัมบูรณ์นั้นจะเติมตัวอักษร a (ย่อมาจาก absolute) เข้าที่ท้ายหน่วยบอกความดัน ที่ความดันบรรยากาศปรกติจะมีค่าเท่ากับ 1 bar.a (หนึ่งบาร์สัมบูรณ์) ความดัน 1.5 bar.a คือความดันที่สูงกว่าความดันบรรยากาศ 0.5 bar 
   

กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ 0 bar.g = 1 bar.a และ 0.5 bar.g = 1.5 bar.a 
   

การทำงานเกี่ยวกับของเหลวนั้นเรามักจะใช้ความดันเกจเป็นหลัก เว้นแต่ในกรณีที่มีการทำงานในภาวะความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศปรกติ จึงมีการใช้หน่วยเป็นความดันสัมบูรณ์
  

มีพิเศษหน่อยก็ตรงงานอุตุนิยมวิทยาที่ใช้หน่วย hPa (เฮกโตปาสคาลหรือเท่ากับ 100 Pa) ในการรายงานความกดอากาศ ดังนั้นที่ความดัน 1000 kPa (หรือเทียบเท่า 100000 Pa หรือ 0.1 MPa) คือกดอากาศปรกติ ถ้าความกดอากาศต่ำกว่า 1000 kPa ก็จะเป็นความกดอากาศต่ำ ถ้าสูงกว่า 1000 kPa ก็จะเป็นความกดอากาศสูง และค่าความดันที่บอกคือค่าความดันสัมบูรณ์

สำหรับปั๊มสูบของเหลวนั้นหน่วยวัดความดันที่ใช้กันมากนั้นคือ "เฮด (head)" ซึ่งหมายถึงความสามารถของปั๊มนั้นในการดันน้ำให้ขึ้นที่สูงได้กี่เมตร เช่นถ้าปั๊มตัวหนึ่งบอกว่ามีเฮด 15 เมตร นั่นหมายความว่าปั๊มตัวนั้นสามารถส่งน้ำขึ้นได้สูงสุด 15 เมตร (หรือให้ความดันด้านขาออกประมาณ 1 barg)

รูปที่ ๓ แผนที่อากาศจากกรมอุตุนิยมวิทยาวันที่ ๑๓ มีนาคม ๒๕๕๖ เวลา ๑๘.๐๐ น (เวลา UTC ซึ่งจะตรงกับเวลาประเทศไทยวันที่ ๑๔ มีนาคม ๒๕๕๖ เวลา ๐๑.๐๐ น) ตัวเลขสีน้ำเงินที่แสดงคือความกดอากาศ หน่วยเป็น hPa  อักษร "H" คือหย่อมความกดอากาศสูง  อักษร "L" คือหย่อมความกดอากาศต่ำ

สำหรับของเหลวชนิดเดียวกันความดันใต้ผิวของเหลวจะขึ้นอยู่กับความดันของแก๊สที่อยู่เหนือผิวของเหลวบวกกับความดันที่เกิดจากความสูงของของเหลวจากจุดที่วัดไปจนถึงพื้นผิวบนของของเหลวเท่านั้น โดยไม่ขึ้นกับรูปร่างหรือขนาดภาชนะที่บรรจุของเหลวนั้น

รูปที่ ๔ ความดัน P ที่ด้านล่างของ (ซ้าย) ท่อน้ำ (กลาง) ถังเก็บน้ำขนาดใหญ่ หรือ (ขวา) ถังเก็บน้ำขนาดเล็ก จะเท่ากันหมดถ้าระดับความสูงของน้ำเท่ากัน โดยไม่ขึ้นกับขนาดพื้นที่หน้าตัดว่าจะเล็กหรือใหญ่ หรือคงที่หรือไม่

Centrifugal compressor กับการเกิด Surge และการป้องกัน MO Memoir : Saturday 16 February 2556

ว่าจะเขียนเรื่องนี้หลังจากกลับจากเที่ยวโรงเบียร์แล้ว แต่กว่าจะได้ลงมือจริงก็ล่วงไปเกือบ ๒ เดือน

ในการทำงานตามปรกตินั้น เราถือว่าของเหลวนั้นไม่สามารถอัดตัวได้ ดังนั้นเมื่อเราเพิ่มความดันให้กับของเหลว (เช่นโดยการใช้ปั๊ม) ปริมาณของเหลวก่อนและหลังเพิ่มความดันจะถือว่าเท่ากัน ส่วนอุณหภูมิอาจมีการเพิ่มขึ้นบ้าง ปรกติในการปั๊มของเหลวเราก็ไม่ค่อยสนอุณหภูมิของเหลวด้านขาออกจากปั๊ม เราสนแต่อุณหภูมิของเหลวด้านขาเข้าของปั๊มมากว่า เพราะมันเกี่ยวข้องกับการป้องกันไม่ให้ของเหลวเกิดการเดือดกลายเป็นไอภายในปั๊ม
    

นอกจากนี้สำหรับของเหลวประเภทเดียวกัน (เช่นน้ำมันปิโตรเลียม) ความหนาแน่นของของเหลวไม่ค่อยจะเปลี่ยนแปลงมากนั้นเมื่อน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของของเหลวที่ทำการปั๊มนั้นเปลี่ยนไป (เช่นไฮโดรคาร์บอนอัลเคน C12 มีน้ำหนักโมเลกุลเป็น 2 เท่าของอัลเคน C6 แต่ความหนาแน่นของอัลเคน C12 ก็ไม่ได้เป็นสองเท่าของอัลเคน C6) ดังนั้นแม้ว่าในกระบวนการผลิต ของเหลวที่ทำการปั๊มจะมีองค์ประกอบที่ไม่แน่นอน (ส่งผลให้ความหนาแน่นเปลี่ยนแปลงไป) การทำงานของปั๊มก็ไม่ค่อยจะได้รับผล กระทบจากความหนาแน่นที่เปลี่ยนไปเท่าใดนัก
      

ในกรณีของแก๊สนั้นแตกต่างกันไป แก๊สเป็นของไหลที่สามารถอัดตัวได้ การเพิ่มความดันให้กับแก๊สจะทำให้ปริมาตรแก๊สลดลง แถมอุณหภูมิยังเพิ่มขึ้นมากอีกด้วย นอกจากนี้ความหนาแน่นของแก๊สยังแปรผันตามน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยและอุณหภูมิของแก๊สอีก ทำให้การเพิ่มความดันให้กับแก๊สมีปัญหามากกว่า

 รูปที่ ๑ รูปร่างหน้าตา performance curve ของ centrifugal compressor แกนนอนคืออัตราการไหลที่แก๊สไหลเข้าคอมเพรสเซอร์ เส้นสีน้ำเงินคือความเร็วรอบการหมุนของใบพัด (S1 < S2 < S3) เส้นสีเขียวคือประสิทธิภาพ (n1 < n2 < n3) เส้นสีแดงคือ Surge line หรือขอบเขตที่ compressor สามารถทำงานได้ (แก๊สไหลเข้าได้แต่ไหลออกไม่ได้) ส่วนเส้นประสีส้มคือ Surge control line คือจุดที่ระบบป้องกันการเกิด surging เริ่มทำงาน ระยะห่างระหว่างเส้นสีส้มและเส้นสีแดง (เส้นสีม่วง) คือ safety margin 

    

เวลาที่เราทำงานเกี่ยวกับปั๊มเราจำเป็นต้องรู้จักพฤติกรรมของปั๊ม ซึ่งพฤติกรรมของปั๊มมันรวมอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า "Pump curve" ซึ่งเรื่องนี้ได้เล่าไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๒๑ วันจันทร์ที่ ๑๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๕ Pump curve" ซึ่งเป็นเรื่องเกี่ยวกับปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump)
   

ในทำนองเดียวกันเวลาที่เราทำงานเกี่ยวกับคอมเพรสเซอร์ (compressor) เราก็จำเป็นต้องรู้จักพฤติกรรมของคอมเพรสเซอร์ ซึ่งพฤติกรรมดังกล่าวก็รวมอยู่ในสิ่งที่เรียกว่า "Compressor performance curve" สำหรับใน Memoir ฉบับนี้จะขอจำกัดอยู่เพียงแค่ centrifugal compressor ส่วนหน้าตาของ Compressor performance curve นั้นแสดงไว้แล้วในรูปที่ ๑
   

centrifugal compressor ทำงานโดยการเพิ่มพลังงานจลน์ (kinetic head) ด้วยการเหวี่ยงให้กับแก๊ส และเมื่อโมเลกุลแก๊สที่ถูกเหวี่ยงออกจากใบพัดด้วยความเร็วสูงพบกับแรงต้าน พลังงานจลน์ก็จะเปลี่ยนเป็นความดัน (pressure head) อัตราการไหลและความดันด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์นั้นจะขึ้นอยู่กับความเร็วรอบการหมุน ถ้าคอมเพรสเซอร์หมุนเร็วขึ้นก็จะส่งผ่านแก๊สได้ที่อัตราการไหลและความดันที่สูงขึ้น ที่ความเร็วรอบค่า ๆ หนึ่ง ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการไหลกับความดันด้านขาออกจะเป็นดังเส้นสีน้ำเงิน
   

สมมุติว่าเริ่มแรกนั้นคอมเพรสเซอร์ทำงานที่ค่าอัตราการไหลและความดันด้านขาออกที่ค่า ๆ หนึ่ง (จุด A ในรูปที่ ๑) ถ้าหากความต้านทานการไหลเพิ่มสูงขึ้นและคอมเพรสเซอร์ยังคงหมุนด้วยความเร็วรอบเท่าเดิม อัตราการไหลของแก๊สจะลดลง (วิ่งจากจุด A ไปยังจุด B) ในขณะนี้แก๊สยังคงสามารถไหลออกไปได้
   

แต่ถ้าความต้านทานด้านขาออกของแก๊สเพิ่มสูงขึ้นอีกจนอัตราการไหลลดลงถึงจุด C อัตราการไหลของแก๊สที่คอมเพรสเซอร์ดึงเข้าจะลดลง แก๊สที่ถูกเพิ่มความดันจะถูกอัดตัวอยู่ทางด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์ แต่ไม่สามารถไหลออกไปได้ จุดนี้เป็นจุดสุดท้ายที่คอมเพรสเซอร์ยังสามารถทำงานได้อยู่ และถ้าความต้านทานด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์สูงเกินกว่าจุด C แก๊สด้านขาออกที่อัดตัวด้วยความดันสูงนั้นจะไหลย้อนกลับเข้าตัวคอมเพรสเซอร์ ปรากฏการณ์นี้เรียกกว่าเกิดการ "surge (หรือ surging)" ซึ่งสามารถทำความเสียหายให้กับชิ้นส่วนของคอมเพรสเซอร์ได้

ของเหลวนั้นไม่สามารถอัดตัวได้ ปริมาตรของเหลวที่ไหลเข้าปั๊มจะเท่ากับปริมาตรของเหลวที่ไหลออกจากปั๊ม แต่แก๊สนั้นสามารถอัดตัวได้ ปริมาตรแก๊สที่ไหลเข้าคอมเพรสเซอร์จะสูงกว่าปริมาตรแก๊สที่ไหลออกจากคอมเพรสเซอร์ ดังนั้นในกรณีของของเหลวนั้นถ้าหากปั๊มไม่สามารถดันให้ของเหลวไหลออกไปได้ ปั๊มก็จะไม่สามารถดูดของเหลวเข้าได้ อัตราการไหลก็จะเป็นศูนย์ (ปริมาตรเข้าเท่ากับปริมาตรออก) 
    

แต่ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นแม้ว่าแก๊สด้านขาออกไม่สามารถเคลื่อนตัวออกไปได้ แต่คอมเพรสเซอร์กัยังสามารถดึงแก๊สด้านขาเข้าได้อยู่ เมื่อแก๊สด้านขาออกเกิดการสะสมกันมากขึ้นก็จะเกิดการไหลย้อนสวนทิศทางกับแก๊สที่คอมเพรสเซอร์ดึงเข้ามา ในระหว่างการเกิด surge นั้นการไหลย้อนของแก๊สด้านขาออกจะเอาชนะแก๊สที่ถูกคอมเพรสเซอร์ดูดเข้ามาได้ ถ้าสังเกต compressor performance curve เทียบกับ pump curve จะเห็นว่าอัตราการไหลต่ำสุดที่ปั๊มยังสามารถทำงานได้คือศูนย์ แต่ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นอัตราการไหลต่ำสุดนั้นจะมากกว่าศูนย์

ในกรณีของปั๊มหอยโข่งนั้น ถ้าปั๊มไม่สามารถส่งผ่านของเหลวได้ ของเร็วที่ค้างอยู่ในตัวปั๊มจะมีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนเกิดการเดือดและทำความเสียหายให้กับปั๊มเนื่องจากเกิด cavitation ได้ วิธีการหนึ่งในการป้องกันปัญหาดังกล่าวก็คือการติดตั้ง minimum flow line หรือท่อ bypass ทางด้านขาออกเพื่อให้มีของเหลวไหลย้อนกลับไปทางด้านขาเข้าของปั๊มตลอดเวลาที่ปั๊มทำงาน เมื่อเกิดเหตุการณ์ที่ปั๊มไม่สามารถส่งของเหลวเข้าระบบได้ ก็จะยังคงมีของเหลวในปริมาณน้อย ๆ ไหลผ่านตัวปั๊มและกลับไปยังด้านขาเข้าผ่านทาง minimum flow line นี้ ทำให้ของเหลวไม่มีการค้างในตัวปั๊มและปั๊มจะปลอดภัยจากการเกิด cavitation
   

แต่การอัดแก๊สนั้นสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่าการอัดของเหลว และแก๊สที่ถูกอัดตัวแล้วก็ยังมีอุณหภูมิสูงขึ้นอีกด้วย ดังนั้นวิธีการที่ให้มีของไหลในปริมาณน้อย ๆ ไหลวนกลับไปทางด้านขาเข้าตลอดเวลาแบบที่ใช้กับปั๊มนั้นจึงไม่เหมาะสมกับคอมเพรสเซอร์ ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นจึงต้องมีการติดตั้งระบบป้องกันการเกิด surge ที่เรียกว่า Anit surge system หรือ Surge control system

รูปที่ ๒ ตัวอย่างแผนผังระบบท่อของ centrifugal compressor

รูปที่ ๒ เป็นตัวอย่างหนึ่งของการเดินท่อรอบคอมเพรสเซอร์ แก๊สที่จะทำการอัดนั้นจะไหลเข้าสู่ Suction knock out drum หรือ compressor suction drum ก่อน หน้าที่ของถังนี้คือแยกเอาของเหลว (ที่อาจมีติดมากับแก๊ส) ออกจากส่วนที่เป็นแก๊ส โครงสร้างในถังก็ไม่มีอะไร เป็นแค่ถังเปล่า ๆ ติดตั้งวัสดุที่มีรูพรุนที่เรียกวา mist eliminator เอาไว้ทางด้านบนเหนือทางแก๊สไหลเข้า ถ้ามีของเหลวติดมากับแก๊สที่ไหลเข้าถัง เมื่อแก๊สไหลเข้าถังพื้นที่หน้าตัดการไหลจะเพิ่มมากขึ้น อัตราการไหลจะลดต่ำลง ของเหลวส่วนหนึ่งที่ถูกพัดพามากับแก๊สก็จะตกลงสู่เบื้องล่าง ของเหลวส่วนที่ยังติดไปกับแก๊สที่ไหลออกทางด้านบนนั้นเมื่อไปกระทบกับวัสดุที่ใช้ทำ mist eliminator ก็จะเกาะติดวัสดุนั้นและรวมตัวกันเป็นหยดของเหลวใหญ่ขึ้นและตกลงสู่เบื้องล่าง
   

ทางด้านขาออกนั้นจะมีท่อสำหรับการไหลย้อนกลับที่ติดตั้งวาล์วควบคุมที่เรียกว่า Anti surge valve เอาไว้ วาล์วตัวนี้จะเปิดเมื่ออุปกรณ์ตรวจวัดการเกิด surge (ไม่ได้แสดงไว้ในรูป) ตรวจพบว่ากำลังจะมีการเกิด surge ขึ้น กล่าวคือเมื่อภาวะการทำงานของคอมเพรสเซอร์มาถึงตำแหน่ง D (รูปที่ ๑) โดยไม่รอให้ถึงตำแหน่ง C ระยะห่างระหว่างเส้นสีส้มที่ระบบ Anti surge system เริ่มทำงานกับเส้นสีแดงที่คอมเพรสเซอร์เริ่มเกิดการ surge นั้นคือ safety margin ของการทำงาน

ถ้าเป็นการอัดอากาศ ระบบที่ใช้จะไม่ซับซ้อนเหมือนที่แสดงในรูปที่ ๒ เพราะอากาศนั้นมีอยู่ทั่วไป ถ้ามีการเกิด surge ขึ้น ระบบ Anti surge system สามารถที่จะระบายอากาศด้านขาออกทิ้งไปได้เลย ไม่จำเป็นต้องมีการวนกลับไปยังด้านขาเข้า และก็ไม่จำเป็นต้องมี compressor suction drum ทางด้านขาเข้าด้วย อาจมีแค่กรองอากาศเท่านั้น (เพราะปรกติในอากาศก็ไม่มีของเหลวอยู่แล้ว เว้นแต่จะดูดเอาอากาศที่มีฝนตกเข้ามา แต่โดยทั่วไปการติดตั้งท่อดูดอากาศเข้าก็ต้องคำนึงถึงปัญหานี้อยู่แล้ว)
   

ท่อแก๊สวนกลับหรือท่อระบายอากาศทิ้งยังใช้เป็นประโยชน์ได้ในตอนเริ่มเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ เพราะเมื่อเราเริ่มเดินเครื่องมอเตอร์ขณะที่มอเตอร์หยุดนิ่งนั้น กระแสไฟฟ้าปริมาณมากจะไหลเข้ามอเตอร์ แต่จะลดลงเมื่อมอเตอร์เริ่มหมุน ดังนั้นเพื่อลดปริมาณกระแสที่ไหลเข้ามอเตอร์ในขณะที่เริ่มเดินเครื่อง เราจำเป็นต้องทำให้ภาระ (load) ของมอเตอร์ในขณะที่เริ่มเดินเครื่องนั้นต่ำที่สุด 
     

ในกรณีของปั๊มนั้นเราทำโดยการปิดวาล์วด้านขาออกให้อัตราการไหลเป็นศูนย์ (พลังงานที่มอเตอร์ใช้จะลดลงตามอัตราการไหล และต่ำสุดเมื่ออัตราการไหลเป็นศูนย์) โดยอาจมีการเปิดวาล์ว minimum flow line (ถ้ามี) ร่วมด้วยเพื่อไม่ให้ของเหลวเดือด (ดู Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๒๒ วันพฤหัสบดีที่ ๑๘ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๖ ระบบ piping ของปั๊มหอยโข่งฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๖ ระบบ piping ของปั๊มหอยโข่ง") ซึ่งในภาวะเช่นนี้ความดันด้านขาออกของปั๊มจะมีค่ามากที่สุด
   

แต่ในกรณีของคอมเพรสเซอร์นั้นตรงข้ามกัน ภาระของคอมเพรสเซอร์จะต่ำสุดเมื่อความดันด้านขาออกเท่ากับความดันด้านขาเข้า ดังนั้นเพื่อลดปริมาณกระแสเข้ามอเตอร์จึงต้องปิดวาล์วด้านขาออกและเปิดวาล์วเส้นแก๊สไหลย้อนกลับให้เต็มที่เพื่อให้แก๊สไหลกลับไปยังด้านขาเข้าได้สะดวก ในขณะนี้ความดันด้านขาออกของคอมเพรสเซอร์จะต่ำสุด ถ้าเป็นการอัดอากาศก็จะเป็นการดูดอากาศเข้าและปล่อยออกสู่บรรยากาศใหม่ และเมื่อความเร็วรอบมอเตอร์ได้ที่แล้วก็จะปิดวาล์วไหลย้อนกลับหรือระบายอากาศทิ้งนี้ และเปิดวาล์วให้แก๊สไหลเข้าระบบต่อไป
   

ปิดท้าย Memoir ฉบับนี้ด้วยรูประบบ piping รอบคอมเพรสเซอร์ตัวเล็ก ๆ ตัวหนึ่งที่ใช้อัตแก๊สชีวภาพ รายละเอียดต่าง ๆ ดูในรูปที่ ๓ เอาเองก็แล้วกัน

รูปที่ ๓ คอมเพรสเซอร์ที่ใช้อัดแก๊สชีวภาพจากบ่อบำบัดน้ำเสียของโรงงานผลิตเบียร์เพื่อส่งไปเป็นเชื้อเพลิงให้กับหม้อไอน้ำของโรงงาน (ต้องขอขอบคุณทางโรงงานที่อนุญาตให้ถ่ายรูป) ท่อที่อยู่ด้านบนคือท่อสำหรับให้แก๊สไหลวนกลับ ในกรณีนี้เป็นแก๊สเชื้อเพลิงจึงไม่สามารถปล่อยทิ้งออกสู่บรรยากาศได้ ระบบในรูปนี้เป็นระบบขนาดเล็กที่ไม่มีการติดตั้ง compressor suction drum ทางด้านขาเข้าของคอมเพรสเซอร์ ที่เห็นอยู่ในกรอบสีเหลืองเดาว่าคือวาล์วปีกผีเสื้อ (butterfly valve) ที่บอกว่าต้องเดาก็เพราะไม่ได้เข้าไปดูใกล้ ๆ รูปที่เห็นเป็นการใช้กล้องโทรศัพท์มือถือถ่ายเอาไว้แล้วขยายดู