ลักษณะทั่วไปของวาล์วระบายความดัน
(safety
valve หรือ
relief
valve) จะมีทางให้ของไหลไหลเข้าในแนวดิ่งขึ้นบนจากทางด้านล่าง
และไหลออกทางด้านข้างในแนวนอนซึ่งเป็นทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการไหลเข้า
ถ้าของไหลนั้นเป็นของไหลที่มีความปลอดภัย
ไม่เป็นพิษ ก็มักจะปล่อยออกสู่บรรยากาศโดยตรง
(เช่น
อากาศ ไอน้ำ)
สิ่งที่ทำก็เพียงแค่ต่อท่อทางออกนั้นให้หันไปยังทิศทางที่ปลอดภัย
ไม่ใช่พ่นใส่ผู้ปฏิบัติงานที่อาจอยู่ในบริเวณรอบข้างได้
แต่ทั้งนี้ควรต้องคำถึงถึงแรงที่จะกระทำต่อระบบท่อเมื่อวาล์วระบายความดันทำงานด้วย
รูปที่
๑ (ซ้าย)
ระบบก่อนการดัดแปลง
(ขวา)
หลังการติดข้องอเพิ่มเข้าไป
(ไม่ได้วาดตามสัดส่วนที่เป็นจริง)
กรณีตัวอย่างที่ยกมาในวันนี้เป็นบทความเกี่ยวกับอุบัติเหตุที่เกี่ยวข้องกับวาล์วระบายความดันของระบบไอน้ำระบบหนึ่ง
(จากวารสาร
Loss
Prevention Bulletin vol. 31 ค.ศ.
1980 (พ.ศ.
๒๕๒๓)
หน้า
๒๕)
อันที่จริงภาษาอังกฤษของบทความต้นฉบับก็เขียนแบบให้อ่านได้ง่าย
ไม่ได้ใช้ภาษาที่มันซับซ้อนอะไร
เพียงแต่ศัพท์ที่ปรากฏนั้นบางตัวมันเป็นศัพท์ทางเทคนิค
คนไม่เคยเจอก็คงจะอ่านไม่รู้เรื่องว่าเขาพูดถึงอะไรอยู่
ในที่นี้ก็เลยขอนำมาเขียนสรุปใหม่เป็นภาษาไทยและเพิ่มคำอธิบายเพิ่มเติมเข้าไป
ถังความดัน
(pressure
vessel) ส่วนใหญ่นั้นจะขึ้นรูปด้วยการนำเอาโลหะแผ่น
(ส่วนใหญ่ก็คือเหล็ก)
มาม้วนให้เป็นวงเพื่อใช้เป็นส่วนลำตัว
ส่วนฝาปิดหัว-ท้าย
(หรือบน-ล่าง)
ก็มักจะใช้การปั๊มแผ่นเหล็กให้มีความโค้งตามต้องการ
โดยให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับส่วนลำตัวเพื่อที่จะได้ประกบกันได้พอดีกับส่วนลำตัว
ส่วนฝาและลำตัวต้องมีการเจาะรูตรงไหนบ้างก็ทำกันซะให้เรียบร้อย
แล้วก็ต่อเป็นท่อสั้น ๆ
ยื่นออกมาจากรูที่เจาะเอาไว้
(ท่อนี้เรียกว่า
branch)
แล้วติดตั้งหน้าแปลนเข้ากับปลายท่อนี้เพื่อไว้เชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์ต่าง
ๆ (เช่นต่อเข้ากับท่อไหลเข้า-ออก
blind
flange ติดตั้งใบพัดกวน
ฯลฯ)
ทำการเชื่อมติดตั้งชิ้นส่วนสำหรับอุปกรณ์เสริมต่าง
ๆ (เช่น
ห่วงสำหรับยกเพื่อการติดตั้ง
ห่วงสำหรับยึดราวบันได ฯลฯ)
เนื่องจากรอยเชื่อมนั้นเป็นจุดอ่อนของเนื้อโลหะ
เพราะโลหะที่ร้อนจัดและเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจะมีองค์ประกอบที่แตกต่างไปจากโลหะเดิมก่อนได้รับความร้อน
ในกรณีของเหล็กนั้นบริเวณรอยเชื่อมนั้นจะมีแตกหักได้ง่ายกว่าเนื้อโลหะส่วนอื่น
ดังนั้นเพื่อให้ได้ความแข็งแรงของเนื้อโลหะตรงรอยเชื่อมกลับคืนมา
จึงจำเป็นต้องนำเอาถังความดันทั้งใบไปทำการปรับสภาพด้วยความร้อน
(ที่เรียกว่า
heat
treatment)
ด้วยการนำไปอบให้ความร้อนที่อุณหภูมิที่เหมาะสมนานเป็นระยะเวลาที่เหมาะสม
แล้วค่อย ๆ ทำให้เย็นตัวลงอย่างช้า
ๆ
ถังความดันที่ผ่านการทำ
heat
treatment แล้วจะห้ามทำการเชื่อมโลหะเข้ากับส่วนใด
ๆ ของเนื้อโลหะที่เกี่ยวข้องกับการรับความดันภายในถัง
(เช่น
ห้ามทำการเชื่อมโลหะโดยตรงกับ
ส่วนลำตัว ส่วนฝาปิดหัว-ท้าย
ส่วนท่อ branch)
แต่ส่วนที่ไม่เกี่ยวข้องนั้น
(เช่น
ขาตั้ง หูสำหรับใช้ในการยกติดตั้ง)
ยังพอสามารถทำการเชื่อมโลหะได้
(ถ้าจำเป็น
แต่ปรกติก็ไม่ทำกัน)
เวลาที่ของไหลพุ่งออกทางปลายท่อเปิดนั้น
จะมีแรงกระทำต่อตัวท่อในทิศทางตรงข้ามกับทิศทางการพุ่งของของไหลนั้น
(ทำนองเดียวกับเวลาที่เราเปิดน้ำแรง
ๆ ให้ไหลผ่านสายยาง
แล้วปลายสายยางจะสะบัดไปมา)
ในกรณีของวาล์วระบายความดันที่ท่อด้านขาออกนั้นต่อเข้ากับระบบท่ออื่น
(เช่นท่อของระบบเผาแก๊สทิ้ง
(flare
syste)) ปัญหาเรื่องนี้มักจะไม่ค่อยคำนึงถึง
เพราะปลายทั้งสองข้างของท่อขาออกนั้นมันถูกยึดตรึงเอาไว้
แต่ถ้าเป็นการปล่อยออกสู่บรรยากาศก็ควรต้องคำนึงถึงปัญหานี้ด้วย
เพราะแรงดันที่เกิดขึ้นระหว่างที่ของไหลพุ่งออกทางปลายท่อนั้น
ทำให้เกิดโมเมนต์ดัดกับระบบท่อ
ถ้าระบบท่อมีความแข็งแรงไม่เพียงพอ
ท่อนั้นก็จะเสียหายเนื่องจากถูกดัดโค้งได้
ลองดูกรณีตัวอย่างในรูปที่
๑ ถังความดันของระบบไอน้ำระบบหนึ่งที่มีความดันภายใน
27
barg ท่อ
branch
สำหรับติดตั้งวาล์วระบายความดันนั้นมีขนาด
3"
ส่วนท่อด้านขาออกของวาล์วระบายความดันมีขนาด
4"
เดิมทีนั้นท่อด้านขาออกนั้นเป็นเพียงท่อต่อตรงชี้ขึ้นทางด้านบนสูงขึ้นไป
3
เมตร
เวลาที่ไอน้ำฉีดพ่นออกมา
(เช่นเมื่อความดันในระบบสูงเกินไป
หรือเมื่อมีการทดสอบการทำงานของวาล์วระบายความดัน)
จะเกิดแรงกระทำ
F
ดันท่อลงด้านล่าง
ดังนั้นโมเมนต์บิดที่เกิดขึ้นคือผลคูณระหว่างแรงกระทำ
F
กับระยะ
L1
ซึ่งจะว่าไปแล้วระยะ
L1
ก็ไม่ได้มากเท่าใดนัก
(รูปที่
๑ ซ้าย)
แต่ไอน้ำที่ฉีดพ่นออกมาเมื่อเจอกับอากาศที่เย็นกว่าก็จะควบแน่นเป็นหยดน้ำตกลงล่าง
และบริเวณที่หยดน้ำตกลงมานั้นก็เป็นบริเวณทางเดิน
จึงก่อให้เกิดความรำคาญ
ทางโรงงานจึงทำการดัดแปลงระบบท่อดังกล่าวด้วยการติดตั้งข้องอ
90
องศาเพื่อให้ไอน้ำนั้นฉีดพ่นไปในทิศทางอื่นที่จะทำให้ไอน้ำที่ควบแน่นเป็นหยดน้ำนั้นไม่ทำให้เกิดปัญหา
(รูปที่
๑ ขวา)
โดยในการติดตั้งนั้นก็มีการคำนึงถึงโมเมนต์บิดที่จะเกิดขึ้น
ซึ่งในกรณีนี้จะเท่ากับผลคูณระหว่างแรง
F
กับระยะ
L2
ที่ยาวถึง
3
เมตร
โดยทำการติดตั้งเหล็กฉาก
(เชื่อมเข้ากับโครงสร้าง)
ทางด้านของท่อที่ตรงข้ามกับทิศทางการฉีดพุ่งเพื่อรับแรงกระทำดังกล่าว
แต่พอวาล์วระบายความดันทำงานปรากฏว่าเหล็กฉากดังกล่าวไม่สามารถทนต่อแรงกระทำได้
เหล็กชิ้นดังกล่าวหลุดออกจากโครงสร้าง
โมเมนต์บิดที่เกิดขึ้นตรงท่อ
branch
ขนาด
3"
ที่เป็นที่ติดตั้งวาล์วระบายความดันนั้นทำให้ท่อ
3"
ดังกล่าวถูกดัดโค้ง
ผลที่ตามมาก็คือต้องทำการซ่อมแซมท่อ
3"
ดังกล่าวและส่งถังความดันดังกล่าวไปทำ
heat
treatment ใหม่
(คงเป็นเพราะต้องมีการตัดเอาท่อ
3"
ตัวเก่าออก
และติดตั้งตัวใหม่เข้าไป
ซึ่งในงานนี้ต้องมีการตัดท่อเก่าและเชื่อมท่อใหม่เข้ากับลำตัวถัง
ที่เล่ามานั้นเป็นกรณีของอุบัติเหตุที่มีการบันทึกเอาไว้เมื่อ
๓๕ ปีที่แล้ว
(แสดงว่าอุบัติเหตุที่แท้จริงเกิดขึ้นก่อนนั้นอีก)
แต่นั่นก็ไม่ได้หมายความว่ามันจะไม่มีโอกาสได้เกิด
ขึ้นอยู่กับว่าเราได้เรียนรู้ความผิดพลาดของการออกแบบในอดีตหรือเปล่า
รูปที่
๒ ตัวอย่างระบบท่อระบายของวาล์วระบายความดัน
(ในกรอบสี่เหลี่ยมสีเหลือง)
ของระบบไอน้ำแห่งหนึ่ง
(ในภาพยังติดตั้งไม่เสร็จสิ้น)
รูปที่
๒
ข้างบนเป็นรูปที่ถ่ายจากสถานที่จริงแห่งหนึ่งที่อยู่ระหว่างการก่อสร้าง
มีการติดตั้งวาล์วระบายความดัน
(ในกรอบสี่เหลี่ยมสีเหลือง)
เข้ากับท่อ
header
ที่รับไอน้ำจาก
boiler
ก่อนจะแยกจ่ายไปยังหน่วยต่าง
ๆ ของโรงงาน เนื่องจากท่อ
header
นั้นติดตั้งไว้ต่ำเพื่อให้พนักงานทำการเปิด-ปิดวาล์วได้สะดวก
จึงจำเป็นต้องต่อท่อด้านขาออกของวาล์วระบายความดันยกสูงขึ้นไป
(จะได้ไม่เกะกะทางเดินด้านล่าง)
และหักฉากออกไปทางด้านนอกอาคาร
ท่อแบบนี้ต้องคำนึงถึงแรงบิดที่จะเกิดขึ้นตรงท่อ
branch
ของท่อ
header
ที่ใช้ติดตั้งวาล์วระบายความดันเมื่อการวาล์วระบายความดันทำงานด้วย
