ในบรรดาข้อต่อท่อ (tube fitting) นั้น ยี่ห้อ Swagelok ดูเหมือนจะได้รับความนิยมมากที่สุด โดยเฉพาะในวงการอุตสาหกรรมที่ต้องการ tube fitting ที่ไว้วางใจได้ ส่วนในงานวิจัยหรือในห้องปฏิบัติการเองก็นิยมใช้เนื่องจากข้อต่อดังกล่าวสามารถถอด-ประกอบได้หลายครั้งโดยที่ยังคงความสามารถในการป้องกันการรั่วซึม
คำว่า "ท่อ" ในภาษาไทยนั้น ถ้าแปลเป็นอังกฤษจะมีคำอยู่ 2 คำคือ "Pipe" กับ "Tube" แต่ท่อชนิด "Pipe" กับ "Tube" ตามภาษาอังกฤษนั้นมีข้อกำหนดคุณลักษณะที่แตกต่างกัน ทั้งส่วนตัวท่อเองและข้อต่อที่ใช้ เอาไว้วันหลังจะเล่าให้ฟังอีกที สำหรับในบทความนี้คำว่า "ท่อ" จะหมายความถึงท่อชนิด "Tube" เท่านั้น และคำว่า "ข้อต่อท่อ" จะหมายความถึง "Tube fitting" เท่านั้น เว้นแต่จะมีการระบุไว้เป็นอย่างอื่น
Catalogue เดิมของ Swagelok นั้น ตัว Swagelok เองจะหมายถึงส่วนที่เป็นข้อต่อท่อ ในส่วนของวาล์วและอุปกรณ์ตัวอื่นที่ปรากฏอยู่ใน catalogue เล่มเดียวกันจะเป็นของบริษัทอื่น โดยบริษัทอื่นที่ทำวาล์ว ฯลฯ จะใช้ข้อต่อท่อของ Swagelok ในการเชื่อมต่อวาล์วของบริษัทเองเข้ากับท่อ แต่ภายหลังเห็นเปลี่ยนไปใช้ชื่อ Swagelok เพียงชื่อเดียว
ข้อต่อท่อของ Swagelok นั้นมีชิ้นส่วนที่สำคัญที่เป็นตัวทำให้ข้อต่อของ Swagelok ป้องกันการรั่วซึมได้ดีอยู่ 2 ชิ้นคือ Front ferrule (ตาไก่หน้า) กับ Back ferrule (ตาไก่หลัง) front ferrule มีลักษณะเป็นกรวยยอดตัดส่วน back ferrule มีลักษณะเป็นวงแหวนดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 Ferrule ของ Swagelok (ภาพจาก http://www.swagelok.com)
รูปที่ 2 ภาพตัดขวางเมื่อท่อถูกสอดเข้าไปในข้อต่อ (ภาพจาก http://www.swagelok.com)
ในการเชื่อมต่อนั้น เราจะต้องทำการสอดท่อผ่าน back ferrule และ front ferrule จนกระทั่งปลายท่อชนเข้ากับไหล่ของ fitting (หรือตัววาล์ว) ดังแสดงในรูปที่ 2 จากนั้นจึงทำการขันนอตให้ตึงด้วยมือก่อน ตามด้วยการใช้ประแจขันต่อไปอีก 1 1/4 รอบ (ตามข้อกำหนดของ Swagelok)
ในขณะที่เราทำการขันนอตเข้าไปนั้น ตัวนอตจะค่อย ๆ ดันให้ back ferrule และ front ferrule เคลื่อนตัวไปข้างหน้าจนกระทั่งพื้นผิวรูปกรวยด้านนอกของ front ferrule สัมผัสกับพื้นผิวรองรับรูปกรวยด้านในของข้อต่อ และเมื่อเราทำการขันให้แน่นต่อไปอีก back ferrule จะพยายามดัน front ferrule ให้เคลื่อนที่ไปข้างหน้า แต่เนื่องจาก front ferrule ไม่สามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าได้เนื่องจากสัมผัสกับตัวข้อต่อแล้ว ขอบด้านหน้าของตัว front ferrule ก็จะเคลื่อนที่จิกลงไปบนผิวด้านนอกของท่อพร้อม ๆ กับการบานออกของตัว front ferrule เนื่องจากการดันของ back ferrule และในขณะเดียวกันขอบด้านหน้าของตัว back ferrule ก็จะจิกลงไปบนผิวด้านนอกของท่อเช่นเดียวกันดังแสดงในรูปที่ 3
รูปที่ 3 การทำงานของ front ferrule และ back ferrule เมื่อถูกขันให้แน่น (ภาพจาก http://www.swagelok.com)
ปัจจัยหลักที่ทำหน้าที่ป้องกันการรั่วซึมของข้อต่อคือ (1) ความราบเรียบของผิวสัมผัสระหว่าง front ferrule กับ fitting และ (2) การกัดลงไปของ ferrule บนผิวท่อ พึงสังเกตว่าส่วนที่เป็นเกลียวไม่มีส่วนร่วมใด ๆ ทั้งสิ้นในการป้องกันการรั่วซึม (ดูรูปที่ 2) แต่ก่อนในห้องแลปของเรานั้นเวลาที่นิสิตใช้ข้อต่อ Swagelok จะต้องพันเทปเทฟลอนที่เกลียวของนอตทุกครั้ง เรื่องนี้ผมได้เคยอธิบายไปหลายครั้งแล้วแต่เขาก็ไม่รับฟังกัน (เพราะรุ่นพี่เขาทำกันอย่างนี้ ก็เลยขอทำอย่างนี้ตาม) ใช้เวลาอยู่นานเหมือนกันกว่าพฤติกรรมเช่นนี้จะหมดไป
จากประสบการณ์ที่ผ่านมาพบว่าการใช้ ferrule หรือการติดตั้ง ferrule อย่างไม่เหมาะสมมักเป็นตัวการหลักที่ทำให้เกิดปัญหาการรั่วซึม ตัวอย่างเช่นการใช้ ferrule ที่ทำจากโลหะที่มีความแข็งน้อยกว่าผิวท่อ เช่นการใช้ ferrule ชนิดทองเหลืองกับท่อสเตนเลส ท่อสเตนเลสนั้นแข็งกว่าทองเหลือง ดังนั้น ferrule ทองเหลืองจะไม่สามารถจิกเข้าไปในผิวท่อได้ ในกรณีนี้ถ้าความดันไม่สูงมากนั้นก็จะตรวจไม่พบ
ส่วนอีกกรณีที่ตรงข้ามกันคือการใช้ ferrule ที่แข็งกว่าตัวข้อต่อ เช่นการใช้ ferrule ที่ทำจากสเตนเลสกับข้อต่อที่ทำจากทองเหลือง แม้ว่า ferrule ที่เป็นสเตนเลสจะจิกเข้าไปในเนื้อท่อทองแดงได้ แต่การที่สเตนเลสนั้นมีความแข็งแรงมากกว่าทองเหลืองจึงทำให้เมื่อทำการขันแน่นซ้ำหลายครั้ง (ซึ่งต้องทำเมื่อทำการถอด-ประกอบใหม่) ตัว ferrule เองจะดันให้ตัวข้อต่อบานออกจนสูญเสียรูปร่างถาวร เมื่อนำตัวข้อต่อทองเหลืองดังกล่าวมาใช้กับ ferrule ที่เป็นทองเหลืองจึงพบว่ามุมลาดเอียงของ front ferrule แตกต่างไปจากมุมลาดเอียงของพื้นผิวสัมผัสของตัวข้อต่อ ทำให้ front ferrule ไม่แนบสนิทเข้ากับตัวข้อต่อ
เมื่อไม่นานมานี้พึ่งจะมีประสบการณ์อีกรูปแบบหนึ่ง ซึ่งตอนนี้ไม่รู้เหมือนกันว่าเกิดได้อย่างไร คือในระหว่างการตรวจสอบเครื่องปฏิกรณ์เครื่องหนึ่งที่สงสัยว่ามีปัญหาการรั่วซึม (ตรวจพบออกซิเจนในระบบทั้ง ๆ ที่ไม่น่าจะมี) พบว่าข้อต่อที่หลายตำแหน่งนั้น เมื่อ ferrule กัดลงไปบนผิวท่อแล้ว ตัว front ferrule เองยังไม่ทันสัมผัสกับพื้นผิวของตัวข้อต่อ กล่าวคือระยะจากปลายท่อถึงตำแหน่งที่ front ferrule กัดผิวท่อนั้นมีค่ามากเกินไป เมื่อถอดตัวข้อต่อท่อออกมาดูและสวมตัวท่อลงไปจะเห็นว่า front ferrule ไม่แนบกับตัวข้อต่อ ดังนั้นในระหว่างทดลอง ในช่วงที่ความดันในระบบสูงกว่าความดันบรรยากาศก็จะเกิดการรั่วออกมาข้างนอก แต่พอถึงช่วงที่ความดันในระบบต่ำกว่าความดันบรรยากาศ อากาศก็จะรั่วเข้าไปในระบบ
ในระหว่างการทดลองนั้น ผู้ทดลองผ่านแก๊สที่มีความดันสูงกว่าบรรยากาศเล็กน้อยให้ไหลผ่านเครื่องปฏิกรณ์ (ตรงนี้ไม่ทราบเหมือนกันว่ามีการตรวจสอบว่ามีการรั่วซึมหรือไม่ หรือมีการตรวจสอบ แต่เนื่องจากความดันในระบบสูงกว่าความดันบรรยากาศเพียงเล็กน้อย ก็เลยทำให้ตรวจสอบการรั่วออกไม่เห็น) แต่พอตอนจะวิเคราะห์องค์ประกอบของแก๊สตัวอย่าง ผู้ทดลองใช้วิธีต่อท่อแก๊สออกจากเครื่องปฏิกรณ์เข้ากับเครื่องมือวิเคราะห์แก๊ส (NOA-7000) โดยตรง
เครื่องวิเคราะห์แก๊สที่ใช้นั้นต้องการแก๊สตัวอย่างในปริมาณที่สูงกว่า 1000 ml/min โดยใช้ปั๊มดูดแก๊สเข้าเครื่อง แต่แก๊สที่ไหลผ่านเครื่องปฏิกรณ์มีเพียงแค่ 200 ml/min ดังนั้นเมื่อปั๊มดูดแก๊สตัวอย่างทำงานจึงทำให้เกิดสุญญากาศขึ้นในระบบท่อ อากาศจากภายนอกจึงรั่วเข้าไปในระบบ จากข้อมูลที่ทราบคร่าว ๆ พอจะประมาณได้ว่ามีอากาศรั่วเข้าไปในระบบไม่น้อยกว่าเท่าตัว
การแก้ปัญหาทำโดยรื้อตรวจข้อต่อทุกจุด และทำการตะไบเอาปลายท่อส่วนที่ยาวเกินไปออกเพื่อให้ระยะจากปลายท่อถึงตำแหน่งที่ front ferrule กัดผิวท่อสั้นลง ก็ทำให้ front ferrule แนบกับตัวข้อต่อได้
ที่น่าแปลกก็คือ การเกิดการรั่วซึมดังกล่าวปรากฏอยู่ตลอดในระหว่างการทำการทดลอง ซึ่งจะเห็นความเข้มข้นของออกซิเจนที่วัดได้ขึ้นสูงกว่าค่าที่ป้อนเข้ามามาก แต่ผู้ทำการทดลองได้มองข้ามปัญหาดังกล่าวนี้ไป โดยไปโทษว่าการที่เครื่องวัดรายงานว่ามีปริมาณออกซิเจนในระบบสูงขึ้นนั้นเกิดจากการที่เครื่องวัดมีความบกพร่อง และยังไปบอกคนที่จะมารับช่วงงานต่อด้วยว่าไม่ต้องไปสนใจตัวเลขดังกล่าว (ทั้ง ๆ ที่เมื่อทดสอบโดยไม่ได้ป้อนสารตัวอย่างเข้าไปก็พบว่าเครื่องวัดออกซิเจนทำงานปรกติ) เพราะตัวเลขอีกตัวที่เป็นที่สนใจนั้นให้ค่าออกมาดีเป็นพิเศษ (ก็แน่นอนอยู่แล้ว เมื่อมีอากาศรั่วซึมเข้ามาเจือจาง ก็ทำให้เห็นความเข้มข้นของสารตั้งต้นในสายออกจากเครื่องปฏิกรณ์มีค่าลดลง ทำให้คำนวณค่า conversion ได้สูง เห็นตัวเลขอย่างนี้ใคร ๆ ก็ชอบ) ปัญหาเรื่องนี้สงสัยว่าจะไม่จบเพียงแค่นี้ เพราะตัวเลขผลการทดลองดังกล่าวได้ถูกส่งให้บริษัทหนึ่งไปเป็นที่เรียบร้อยแล้ว
ผมมักบอกเสมอว่า "ในการทำการทดลองนั้น สิ่งสำคัญที่สุดคือวิธีการทำการทดลอง ถ้าวิธีการผิดพลาด ผลการทดลองที่ได้และข้อสรุปต่าง ๆ ก็โยนทิ้งไปได้เลย ไม่มีค่าแก่การพิจารณาใด ๆ"
แต่ในการพิจารณาผลงานนั้น จากประสบการณ์ที่ผ่านมาพบว่าคนส่วนมากมักดูที่ตัวเลขสุดท้ายที่ได้มาเป็นหลัก ถ้าตัวเลขออกมาดีก็รีบสรุปเลยว่างานนั้นได้ผลดี โดยไม่ได้ใส่ใจเลยว่าที่มาของตัวเลขนั้นได้มาอย่างไร ในเมื่อเป็นอย่างนี้ก็ไม่รู้เหมือนกันว่าเสียเวลาทำการทดลองไปทำไม สู้เอาเวลาไปนั่งแต่งตัวเลขให้มันดูดี ๆ และไม่ขัดแย้งกันก็น่าจะพอแล้ว
เคยมีอยู่ครั้งหนึ่งพบในระหว่างการสอบวิทยานิพนธ์ว่าตัวเลขที่นิสิตรายงานนั้นไม่ได้มีการวิเคราะห์จริง เพียงแต่คิดว่าจะต้องได้ตามนี้ก็ใส่ตัวเลขที่คิดไว้เข้าไปในผลการทดลอง งานนี้นิสิตสอบผ่านด้วยมติเสียงข้างมาก เพราะตัวเลขเหล่านั้นได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการเรียบร้อยแล้ว
