วาล์วและการเลือกใช้ ตอนที่ ๓ MO Memoir : Sunday 4 September 2554

ก่อนอื่นก็ต้องขอกล่าวต้อนรับว่าที่สมาชิกใหม่ของกลุ่ม ที่คาดว่าจะมาเข้าร่วมงานกันในภาคต้นปีการศึกษา ๒๕๕๕ จำนวน ๕ คน (เลข ๕ มาเยอะหน่อย) งานนี้ต้องขอขอบคุณสาวน้อยนักแสดงและสาวน้อยหน้าบาน (คนหลังตั้งชื่อให้อย่างนี้ไม่รู้เจ้าตัวจะชอบหรือเปล่า) ที่ช่วยประชาสัมพันธ์ให้เป็นอย่างดี หวังว่าปีการศึกษาหน้าคงมาครบกันทุกคน แต่ถ้าเปลี่ยนใจจะไปทำอย่างอื่นก็ขอความกรุณาช่วยแจ้งให้ทราบด้วย ทางกลุ่มจะได้เปิดรับคนอื่นเข้ามาแทน ตอนนี้อยากทราบเรื่องอะไรเกี่ยวกับทางกลุ่มก็ขอให้ติดตามทาง blog นี้ไปก่อนก็แล้วกัน ผมจะะเริ่มส่ง Memoir ฉบับ pdf ให้กับสมาชิกใหม่ก็ต่อเมื่อเริ่มเข้ามาเรียนแล้ว

ผมเขียนเรื่อง "วาล์วและการเลือกใช้ ตอนที่ ๑" ไปใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๓๒ วันจันทร์ที่ ๒๗ เมษายน ๒๕๕๒ และเรื่อง "วาล์วและการเลือกใช้ ตอนที่ ๒" ไปใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๓๓ วันพุธที่ ๒๙ เมษายน ๒๕๕๒ ในตอนที่ ๒ นั้นผมขึ้นเรื่องวาล์วระบายความดันเอาไว้ แต่ก็ไม่ได้เขียนสักที นี่ก็ค้างมาเกือบสองปีครึ่งแล้ว แถมมี Memoir คั่นกลางอีกกว่า ๓๐๐ ฉบับ ก็เลยคิดว่าได้เวลาที่ต้องลงมือเขียนแล้ว

อันที่จริงก่อนหน้านี้ก็ได้เขียนเรื่องเกี่ยวกับ Breather valve ใน Memoir ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๓ เมษายน ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)" ซึ่งก็เป็นเรื่องเกี่ยวกับวาล์วระบายความดัน แต่วาล์วดังกล่าวไม่เพียงแต่ยอมให้แก๊สในถังระบายออกเมื่อความดันในถังสูงเกินไป แต่ยังยอมให้อากาศข้างนอกเข้าไปในถังได้เมื่อความดันในถังต่ำเกินไป

ส่วนวาล์วระบายความดันใน Memoir ฉบับนี้เป็นวาล์วที่ใช้ระบายความดันในกรณีที่ความดันภายในภาชนะนั้นสูงเกินกว่าความดันที่กำหนดไว้ และเนื้อหาในนี้ไม่ได้เน้นไปที่การออกแบบหรือการเลือกใช้ เพียงแต่ต้องการให้รู้จักว่าวาล์วระบายความดันนั้นทำงานอย่างไร

ตามมาตรฐานอเมริกานั้นจะแยกวาล์วระบายความดันออกเป็น ๓ ประเภทตามชนิดของไหลดังนี้

(ก) Safety valve ใช้กับแก๊ส

(ข) Relief valve ใช้กับของเหลว

(ค) Safety relief valve ใช้ได้ทั้งแก๊สและของเหลว

แต่ถ้าเป็นตามมาตรฐานอังกฤษนั้น (BS 6759 ปีค.ศ. 1984) เรียกรวม ๆ ว่าวาล์วที่ทำงานด้วยระบบกลไกใด ๆ ก็ตามที่ออกแบบมาเพื่อเปิดอัตโนมัติเพื่อการระบายความดันที่สูงเกินนั้น เรียกรวมว่า safety valve โดยไม่มีการกำหนดว่าใช้กับของเหลวหรือแก๊ส⁽¹⁾

ที่ระดับความดันที่ใช้งานกันทั่วไปในอุตสาหกรรมนั้น ถือได้ว่าไม่สามารถทำให้ของเหลวมีปริมาตรเปลี่ยนแปลงได้ ดังนั้นถ้าถัง (หรือท่อ) ที่บรรจุของเหลวนั้นมีความดันสูงเกินไป ถ้าเปิดวาล์วให้ของเหลวรั่วไหลออกมาได้หรือมีที่ว่างให้ขยายตัวได้ ความดันในระบบก็จะลดลงอย่างรวดเร็ว

แต่ในกรณีของแก๊สนั้นเนื่องจากเป็นของไหลที่อัดตัวได้ ดังนั้นถ้าความดันในถัง (หรือท่อ) ที่บรรจุแก๊สนั้นสูงเกินไป การเปิดช่องว่างให้แก๊สรั่วไหลออกมาได้ก็จะทำให้ความในระบบนั้นลดลง แต่การลดลงจะช้ากว่าของเหลว

ดังนั้นในกรณีของวาล์วระบายความดันที่ใช้กับแก๊สนั้น ทันทีที่ความดันในระบบสูงเกินค่าที่กำหนดไว้ (แม้ว่าจะเกินไปเพียงเล็กน้อย) วาล์วจะต้องเปิดเต็มที่ทันทีอย่างรวดเร็ว เพื่อให้การระบายความดันเป็นไปได้อย่างสะดวกและทันท่วงที ในขณะที่วาล์วที่ใช้ในการระบายความดันของของเหลวนั้น จะเปิดกว้างมากน้อยเท่าใดก็ขึ้นอยู่กับว่าความดันในระบบนั้นสูงเกินค่าที่กำหนดไว้มากน้อยเท่าใด ถ้าความดันสูงเกินไปมาก วาล์วก็เปิดเพียงเล็กน้อย ถ้าความดันสูงเกินไปมาก วาล์วก็เปิดกว้างมากขึ้น

ทีนี้เรามาดูกันว่าวาล์วแต่ละแบบนั้นมีหลักการทำงานอย่างไรโดยจะใช้รูปวาดแบบง่าย โดยจะเริ่มจากวาล์วระบายความดันสำหรับของเหลวที่แสดงในรูปที่ ๑ ก่อน

รูปที่ ๑ หลักการทำงานของวาล์วระบายความดันสำหรับของเหลว

สมมุติว่าท่อที่ต่อเข้าวาล์วนั้นมีพื้นที่หน้าตัด 10 cm² ตัววาล์วเองที่ปิดท่อระบายความดันก็มีขนาดพื้นที่หน้าตัด 10 cm² และแรงกด (ปรกติจะใช้สปริงกด แต่ในรูปแสดงเป็นก้อนน้ำหนัก) ที่กดให้วาล์วปิดนั้นคือ 100 kg (ตัวนี้เทียบได้กับ set pressure หรือความดันที่กำหนดให้วาล์วเปิด) ตราบใดก็ตามที่ความดันในระบบต่ำกว่า 10 kg/cm² ผลคูณระหว่างความดันกับพื้นที่หน้าตัดก็จะน้อยกว่า 100 kg กล่าวอีกนัยหนึ่งคือความดันในระบบยังไม่สามารถทำให้วาล์วยกตัวขึ้นได้

แต่ถ้าความดันในระบบเท่ากับ 10 kg/cm² ผลคูณระหว่างความดันกับพื้นที่หน้าตัดก็จะเท่ากับ 100 kg วาล์วก็พร้อมที่จะยกตัวขึ้น

และเมื่อความดันในระบบสูงเกินกว่า 10 kg/cm² ผลคูณระหว่างความดันกับพื้นที่หน้าตัดก็จะมากกว่า 100 kg วาล์วก็เริ่มยกตัวขึ้น และเปิดช่องให้ของเหลวในระบบระบายออกไปได้ (รูปที่ ๑ กลาง)

แต่อย่างที่บอกไว้ในหน้าที่แล้วคือ ของเหลวนั้นถ้าเราเปิดช่องให้มันรั่วไหลไปได้หรือมีที่อยู่มากขึ้น ความดันในระบบก็จะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นทันทีที่วาล์วเริ่มเปิดออก ความดันในระบบก็จะลดต่ำลงอย่างรวดเร็วโดยที่วาล์วไม่จำเป็นต้องเปิดจนสุด แต่ถ้าความดันในระบบยังคงสูงอยู่ วาล์วก็จะยกตัวเปิดกว้างมากขึ้นอีกเพื่อให้ของเหลวระบายได้รวดเร็วขึ้นอีก (รูปที่ ๑ ขวา)

และเมื่อความดันในระบบลดลง วาล์วก็จะค่อย ๆ ปิดตัวลงตามความดัน จนกระทั่งปิดสนิทเมื่อความดันในระบบลดลงต่ำกว่า 10 kg/cm²

รูปที่ ๒ แสดงวาล์วระบายความดันสำหรับระบบที่เป็นแก๊ส ตัววาล์วจะมีโครงสร้างที่แตกต่างไปจากวาล์วที่ใช้กับระบบที่เป็นของเหลวอยู่เล็กน้อย โดยเฉพาะตรงส่วนพื้นที่หน้าตัดของส่วนที่เป็นวาล์วซึ่งจะมีพื้นที่หน้าตัดใหญ่กว่าพื้นที่หน้าตัดของท่อที่ต่อเข้าวาล์ว ในกรณีนี้สมมุติว่าท่อที่ต่อเข้าวาล์วนั้นมีพื้นที่หน้าตัด 10 cm² ตัว plug ของวาล์วเองที่ใช้ปิดท่อระบายความดันก็มีขนาดพื้นที่หน้าตัด 12.5 cm² และแรงกดที่กดให้วาล์วปิดนั้นคือ 100 kg ตราบใดก็ตามที่ความดันในระบบต่ำกว่า 10 kg/cm² ผลคูณระหว่างความดันกับพื้นที่หน้าตัดก็จะน้อยกว่า 100 kg วาล์วก็จะยังไม่เปิด

ทีนี้ถ้าความดันในระบบสูงกว่า 10 kg/cm² เพียงเล็กน้อย ผลคูณระหว่างความดัน (10+ kg/cm²) กับพื้นที่หน้าตัดของท่อ (10 cm²) ก็จะมากกว่า 100 kg ตัววาล์วก็จะยกตัวสูงขึ้น แต่ทันทีที่ตัววาล์วยกตัวสูงขึ้นเพียงเล็กน้อย พื้นที่หน้าตัดที่ความดันในระบบกระทำจะเพิ่มจาก 10 cm² เป็น 12.5 cm² ซึ่งจะทำให้ผลคูณระหว่างความดัน (10+ kg/cm²) กับพื้นที่หน้าตัดของวาล์ว (12.5 cm²) เพิ่มขึ้นเป็นกว่า 125 kg ซึ่งสูงกว่าน้ำหนักที่กดเอาไว้มาก วาลว์ก็จะเปิดตัวขึ้นอย่างรวดเร็วจนสุดเพื่อระบายความดันส่วนเกินในระบบออกไป

รูปที่ ๒ หลักการทำงานของวาล์วระบายความดันสำหรับแก๊ส

ที่นี้ถ้าความดันในระบบลดลงเหลือต่ำกว่า 10 kg/cm² เช่นลงมาเหลือแค่ 9 kg/cm² ผลคูณะหว่างความดัน (9 kg/cm²) กับพื้นที่หน้าตัดของวาล์ว (12.5 cm²) ก็จะเท่ากับ 112.5 kg ซึ่งยังคงมากกว่า 100 kg วาล์วก็จะยังคงไม่ปิด วาล์วจะเริ่มปิดตัวได้ก็ต่อเมื่อความดันในระบบลดลงเหลือ 8 kg/cm² ซึ่งเป็นค่าความดันที่ทำให้ผลคูณะหว่างความดัน (8 kg/cm²) กับพื้นที่หน้าตัดของวาล์ว (12.5 cm²) เท่ากับ 100 kg และทันทีที่ความดันในระบบลดลงต่ำกว่า 8 kg/cm² วาล์วก็จะปิดตัวลงทันที

ดังนั้นจากตัวอย่างข้างบนจะเห็นว่าในกรณีของวาล์วระบายความดันสำหรับแก๊สนั้น วาล์วจะเริ่มเปิดก็ต่อเมื่อความดันสูงเกินกว่า 10 kg/cm² แต่จะปิดก็ต่อเมื่อความดันในระบบต่ำกว่า 8 kg/cm² ซึ่งจะเห็นว่ามีความแตกต่างกันอยู่ ช่วงความดันนี้มีชื่อว่าช่วง blowdown

วาล์วระบายความดันนั้นแม้ว่าทางผู้ผลิตจะทำการปรับตั้งความดันตามที่ผู้ใช้กำหนดไว้ แต่ก็เป็นหน้าที่ของผู้ใช้ว่า "ต้องตรวจสอบ" ด้วยการอัดความดันว่าวาล์วทุกตัวว่าเปิดได้จริงตามความดันที่ผู้ผลิตกล่าวอ้าง สิ่งหนึ่งที่ต้องระวังคือปรกติแล้ววาล์วระบายความดันมักจะใช้สปริงในการกดให้วาล์วปิด (ไม่ได้ใช้น้ำหนักแบบที่แสดงในรูป) ความแข็งแรงของสปริงที่อุณหภูมิต่ำและอุณหภูมิสูงนั้นแตกต่างกัน โดยปรกติแล้วโลหะจะอ่อนตัวลงที่อุณหภูมิสูงทำให้แรงกดของสปริงลดลงได้เมื่อสปริงร้อนขึ้น ดังนั้นเวลาตั้งความดันที่จะให้วาล์วเปิดก็ต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย เพราะปรกติการตั้งความดันวาล์วมักจะกระทำที่อุณหภูมิห้อง แต่ถ้าต้องนำวาล์วตัวนั้นไปใช้กับระบบที่มีอุณหภูมิสูงก็ต้องมีการเผื่อความดันเอาไว้ด้วย

การติดตั้งวาล์วระบายความดันนั้นจะติดตั้งให้วาล์วตั้งในแนวดิ่ง ในหลายแห่งนั้นจะใช้กฎที่ว่าท่อระหว่างตัววาล์วและภาชนะที่ต้องการระบายความดัน "ต้อง" ไม่มีวาล์วใดที่สามารถทำให้การไหลถูกปิดกั้นได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือต้องไม่มีการติดตั้งวาล์วใด ๆ เลย แต่การทำเช่นนี้อาจเกิดปัญหาได้ถ้าหากตัววาล์วระบายความดันเกิดการรั่วไหล ทำให้ไม่สามารถถอดออกมาซ่อมแซมได้เว้นแต่ต้องหยุดการเดินเครื่อง ดังนั้นจึงมีอีกกลุ่มหนึ่งที่พิจารณากฎการติดตั้งว่าท่อระหว่างวาล์วระบายความดันกับภาชนะที่ต้องการระบายความดัน "ต้องไม่มีโอกาส" ที่ภาชนะนั้นจะไม่ได้รับการป้องกันจากวาล์วระบายความดัน ซึ่งทำได้โดยการติดตั้งวาล์วระบายความดัน 2 ตัว และมีวาล์วควบคุมทิศทางการไหล ถ้าหมุนวาล์วควบคุมทิศทางการไหลนั้นให้เปิดในทิศทางหนึ่ง อีกทิศทางหนึ่งก็จะปิด ลักษณะเช่นนี้ก็ทำให้ภาชนะความดันนั้นได้รับการป้องกันจากวาล์วระบายความดันตลอดเวลาเช่นเดียวกัน (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ รูปด้านซ้ายเป็นการติดตั้งวาล์วระบายความดันที่ไม่สามารถถอดออกมาซ่อมได้ถ้าเกิดการรั่วไหล เว้นแต่จะมีการหยุดเดินเครื่อง ส่วนรูปด้านขวาเป็นการติดตั้งวาล์วระบายความดันสองตัวโดยมีระบบวาล์วที่ทำให้ต้องมีวาล์วระบายความดันอย่างน้อยหนึ่งตัวปกป้องภาชนะเอาไว้ตลอดเวลา

ในกรณีที่คาดการณ์ว่าความดันในระบบอาจมีการเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วได้นั้น (เช่นเกิดการระเบิดภายใน) วาล์วระบายความดันจะไม่สามารถระบายความดันที่เพิ่มขึ้นนี้ได้ทัน จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า rupture disc หรือ bursting disc ซึ่งมีลักษณะเป็นแผ่นโลหะบางสำหรับปิดกั้นระหว่างภายในภาชนะกับท่อระบายความดัน bursting disc นี้ออกแบบมาให้ฉีกขาดหรือแตกออก ณ ความดันที่กำหนดไว้ การระบายความดันของ bursting disc นั้นอาจระบายออกสู่บรรยากาศโดยตรง (ให้พุ่งขึ้นตรงไปข้างบน) เพราะการระบายออกสู่อากาศโดยตรงเป็นเส้นทางที่มีการต้านทานการไหลน้อยที่สุด ไม่เหมือนกับการระบายเข้าระบบ flare (ระบบเผาแก๊สทิ้ง) ของโรงงาน

รูปที่ ๔ Bursting disc รูปซ้ายเป็นรูปก่อนการฉีกขาด รูปขวาเป็นรูปหลังการฉีกขาดแล้ว⁽²⁾

หมายเหตุ

(1) Cyril F. Parry, "Relief Systems Handbook", Institute of Chemical Engineers, 1992.

(2) http://www.directindustry.com/prod/bs-b-safety-systems-llc/bursting-discs-61984-403736.html

ทำอย่างไรไม่ให้รางโก่ง MO Memoir : Friday 2 September 2554

ตอนเด็ก ๆ สมัยที่ยังอยู่บ้านเช่าในตรอกข้าวเม่า แถวบ้านเนิน (สุดถนนอิสรภาพทางด้านสถานีรถไฟธนบุรี) นั้น สถานที่ที่หนึ่งที่ใช้เป็นที่วิ่งเล่นกันก็คือสถานีรถไฟธนบุรี สมัยนั้นสถานีรถไฟธนบุรีมีหัวรถจักรไอน้ำที่ไม่ใช้งานแล้วจอดทิ้งไว้เป็นแถวไปหมด ตอนเช้ามืดจะมีรถไฟเข้าสถานี ขนบรรดาชาวไร่ชาวสวนจากชานกรุงเทพ พอมาถึงสถานีก็จะลงมาขายของกันตามชานชาลาเต็มไฟหมด ตอนเช้ามืดของราคาจะถูก พอสายหน่อยก็จะแพงขึ้นเพราะเปลี่ยนหลายมือแล้ว การจะเข้าไปซื้อของที่ชานชาลาจะต้องมีการตีตั๋วชานชาลา (มีเจ้าหน้าที่สถานีคอยเก็บตังค์) เพื่อเข้าไปซื้อของ ใกล้ ๆ กันมีตลาดเรียกศาลาน้ำร้อน อยู่ใต้สะพานอรุณอัมรินทร์ ส่วนด้านหน้าสถานีรถไฟเป็นปากคลองบางกอกน้อย มีสวนหย่อมและท่าเรือข้ามฟากชื่อท่ารถไฟ สำหรับนั่งเรือข้างฟากไปท่าพระจันทร์ ตอนช่วงเย็นบริเวณนี้จะเป็นบริเวณที่สงบร่มรื่น ไม่มีคนพลุกพล่าน ไม่เหมือนสมัยนี้ที่โดนรุกพื้นที่กลายเป็นตึกคอนกรีตสูง ๆ ไปหมดแล้ว

สำหรับเด็ก ๆ แล้วเวลาช่วงหน้าร้อนก็จะใช้สถานีรถไฟธนบุรีเป็นสถานที่เล่นว่าว เพราะบริเวณรางรถไฟทางเข้าสถานีจะเป็นที่โล่งที่ไม่มีต้นไม้และเสาไฟขึ้นเกะกะ

การเล่นว่าวแต่ก่อนก็มีการเอาว่าวมาสู้กันโดยการชักว่าวให้สายเชือกทาบกัน จากนั้นก็จะผ่อนสายเชือกว่าวให้ขัดสีกันจนเชือกฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งขาดออก ว่าวฝ่ายนั้นก็จะหลุดลอยออกไป เชือกที่นำมาขัดสีกันนั้นไม่ใช่เชือกว่าวที่เป็นเส้นด้ายธรรมดา แต่จะเป็น "เชือกป่าน"

ความหมายของเชือกป่านของเด็กสมัยนั้นคือเส้นเชือกที่เอาไปคลุกกับกาวผสมแก้วที่บดเป็นผง เส้นเชือกดังกล่าวจะมีความคมมากน้อยเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับชนิด ปริมาณและความละเอียดของเศษแก้วที่ยึดเกาะติดเส้นเชือก การทดสอบว่าเชือกป่านคมแค่ไหนทำได้ง่าย ๆ โดยลองเอามือลูบดู (วิธีนี้อาจได้แผลแม้ว่าจะลูบเบา ๆ) หรือไม่ก็ต้องเอามาทดลองขัดสีกัน เส้นไหนไม่ขาดก็แสดงว่าคมกว่า

การทำเชือกป่านนั้นเริ่มจากการหาเศษแก้วหรือเศษกระจกมาก่อน เอากระดาษหนังสือพิมพ์ห่อ แล้วก็เอาค้อนทุบให้เป็นผงละเอียด ยิ่งละเอียดมากยิ่งดี จากนั้นเอาไปผสมกับ "กาวหนังควาย" ซึ่งเป็นก้อนของแข็ง สีน้ำตาลเข้ม ในการใช้งานก็ต้องเอากาวหนังควายมาเคี่ยวก่อนให้ละลาย จากนั้นก็ผสมผงแก้วบดละเอียดลงไปกวนให้ผสมเข้ากัน

ต่อจากนั้นก็ต้องหาหลักสองหลักวางห่างกันหน่อยเพื่อไว้สำหรับขึงเชือก (ปรกติจะใช้ต้นไม้หรือไม่ก็เสาไฟฟ้าช่วย) ผูกปลายเชือกข้างหนึ่งไว้กับหลักที่หนึ่ง เอากาวหนังควายที่ผสมเศษแก้วแล้วใส่ลงในเศษผ้า แล้วก็เดินขึงเชือกไปยังหลักที่สอง ในระหว่างที่เดินขึงเชือกนี้มือหนึ่งก็ใช้จับเชือกขึง อีกมือหนึ่งก็ใช้ถือเศษผ้าที่ใส่กาวหนังควายผสมเศษแก้วนั้นรูดไปตามเส้นเชือก เศษแก้วก็จะเกาะไปบนเส้นเชือกโดยมีกาวหนังความเป็นตัวยึด

ในระหว่างการรูดเศษแก้วนี้ต้องให้ราบเรียบตลอดทั้งเส้น ไม่ให้มีจุดที่มีการเกาะตัวเป็นก้อนหรือเป็นปุ่ม เพราะถ้าหากนำเชือกป่านที่มีปุ่มไปตัดกับเชือกเส้นอื่น เราจะไม่สามารถผ่อนเชือกเส้นที่มีปุ่มนี้ให้รูดต่อไปได้ (เพราะติดปุ่ม) และจะถูกเชือกอีกเส้นหนึ่งผ่อนตัดเชือกของเราจนขาด (เพราะถูกขัดสีซ้ำที่เดิม) พอเดินรูดเชือกไปจนถึงเสาที่สองก็วนกลับมายังเสาแรกใหม่ ถ้าเศษแก้วผสมกาวหนังควายในเศษผ้าหมดก็ต้องคอยเติมใหม่ ทำอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ จนเชือกหมดม้วน

งานที่น่าเบื่อที่สุดในการทำเชือกป่านก็คืองานบดเศษแก้ว เศษแก้วที่บดละเอียดได้ดีที่สุดและเด็ก ๆ แถวบ้านผมในสมัยนั้นชอบกันมากที่สุดคือหลอดฟลูออเรสเซนต์ (ที่เรียกกันว่าหลอดนีออน) เพราะว่ามันบางและทุบให้ละเอียดได้ง่ายดี ไม่เหมือนแก้วทำขวดที่หนากว่า และวิธีการหนึ่งที่เราใช้ผ่อนแรงช่วยในการทำให้เศษแก้วมันละเอียดคือ "เอาไปให้รถไฟทับ"

การเอาเศษแก้วไปให้รถไฟทับ ถ้าเป็นเศษขวดก็ต้องมีการทุบให้แตกเป็นชิ้นย่อยก่อน แต่ถ้าเป็นหลอดฟลูออเรสเซนต์ก็ไม่ต้องทุบเพราะมันวางบนรางได้ ก่อนจะเอาไปวางบนรางก็ต้องเอากระดาษหนังสือพิมพ์ห่อหลายชั้นหน่อย จากนั้นก็ไปกันที่สถานีรถไฟธนบุรี ที่นั้นจะมีหัวรถจักรวิ่งคอยย้ายตู้รถไฟอยู่เป็นประจำ (ตอนนั้นที่สถานีดังกล่าวมีคลังสินค้าด้วย เท่าที่จำได้คือมีคลังปูนซิเมนต์) ดังนั้นไม่ต้องห่วงว่าจะไม่มีรถไฟวิ่งทับ คอยดูว่าขบวนไหนจะออกวิ่งก็เอาเศษแก้วห่อกระดาษหนังสือพิมพ์นี้ไปวางตามแนวยาวของราง จากนั้นก็รอ ถ้าได้รถไฟขบวนยาว ๆ ก็สบายไป เพราะทับครั้งเดียวก็ได้เศษแก้วละเอียดเรียบร้อย แต่ถ้าได้ขบวนสั้น ๆ ก็ต้องใช้สัก ๒-๓ ขบวน

ที่เล่ามาข้างต้นเป็นเรื่องเมื่อเกือบ ๔๐ ปีที่แล้ว

รางรถไฟแต่ก่อนนั้นหมอนรองรางรถไฟจะใช้ไม้ เราก็เลยเรียกกันว่าไม้หมอน การยึดรางกับไม้หมอนจะใช้หมุด (รูปร่างเหมือนตะปูตัวใหญ่ หัวโต) ตอกลงไปในไม้หมอนให้ชิดกับราง พอตอกหมุดลงจนสุดตัวหัวหมุดก็จะกดรางให้อยู่กับที่ การตอกนั้นก็มักจะตอกทั้งทางด้านนอกและด้านในของราง

ตอนสมัยผมเด็ก ๆ เวลาเรียนวิทยาศาสตร์ ครูก็จะสอนว่าเวลาที่วัสดุต่าง ๆ นั้นมีอุณหภูมิสูงขึ้น วัสดุนั้นก็จะขยายตัว ในกรณีของรางรถไฟที่เป็นเหล็กท่อนยาว ๆ นั้นเวลาที่แดดร้อนจัด รางก็จะขยายตัวยืดยาวออก ถ้าไม่มีช่องว่างให้รางขยายตัวได้ รางก็จะโก่ง (การโก่งคือการเกิดการเคลื่อนที่ทางด้านข้าง) ซึ่งเป็นอันตรายสามารถทำให้รถไฟตกรางได้ ดังนั้นการวางรางรถไฟจึงจำเป็นต้องมีการเว้นรอยต่อระหว่างรางเพื่อให้รางเหล็กขยายตัวได้ (รูปที่ ๑)

เรื่องวิธีการป้องกันไม่ให้รางโก่งด้วยการเว้นช่องว่างนี้ เด็กสมัยนี้ก็เรียนแบบนี้เหมือนกัน เพราะถามดูหลายรุ่นแล้วก็พบว่าเรียนมาแบบเดียวกัน

รูปที่ ๑ รอยต่อระหว่างรางที่วางต่อเนื่องกัน จะมีการเว้นช่องว่างเอาไว้

ตอนไปเรียนที่อังกฤษนั้นมีโอกาสได้นั่งรถไฟไปเที่ยวตามเมืองต่าง ๆ ระหว่างที่ยืนรอรถไฟอยู่ที่ชานชาลาก็สังเกตเห็นว่ารางรถไฟของที่นั่นมันไม่มีรอยต่อระหว่างรางแบบที่เห็นในบ้านเรา เห็นเชื่อมรางต่อเนื่องกันเป็นเส้นยาวและก็ไม่เห็นเขาจะมีปัญหาเรื่องรางโก่งเมื่อร้อน

ด้วยความสนใจก็เลยไปหาหนังสือเกี่ยวกับรถไฟมาอ่าน ก็เลยทราบว่าเทคนิคการวางรางด้วยการเชื่อมรางต่อเป็นเส้นยาวนี้มีมานานแล้ว เพียงแต่ต้องทำความเข้าใจว่าการโก่งคืออะไร ถ้าเรามองว่าการโก่งของรางคือการที่รางมีการเคลื่อนที่ทางด้านข้าง ดังนั้นถ้าไม่ต้องการให้รางโก่งก็ต้องหาทางป้องกันไม่ให้รางมีการเคลื่อนที่ทางด้านข้าง วิธีการป้องกันที่เขาทำคือยึดรางเข้ากับไม้หมอนรองรางให้แน่น และถมหินรอบ ๆ รางและไม้หมอนให้กว้างมากพอที่จะป้องกันไม่ให้ไม้หมอนเคลื่อนตัวทางด้านข้างได้ และใช้รางที่มีขนาดหน้าตัดใหญ่ขึ้น

สำหรับคนที่เคยเรียนวิชา mechanic of material หรือที่บางภาควิชาเรียกว่า strength of material นั้นคงจะเคยผ่านเรื่องการรับแรงกดของเสามาบ้างแล้ว เวลาที่เสารับแรงกดนั้นถ้าเป็นเสายาว เสาก็จะพังด้วยการโก่ง แต่ถ้าเป็นเสาสั้น เสาก็จะพังด้วยแรงกดอัด

เสาต้นหนึ่งจะเป็นเสาสั้นหรือเสายาวนั้นขึ้นอยู่กับความยาวของเสาและพื้นที่หน้าตัด เสาที่ยาวเท่ากันมีพื้นที่หน้าตัดรูปแบบเดียวกัน ต้นที่มีพื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่กว่าจะเป็นเสาที่สั้นกว่า (มองในแง่การรับแรง) ในกรณีของรางรถไฟนั้นเราอาจมองว่าความยาวของเสาคือระยะหว่างระหว่างไม้หมอน ดังนั้นถ้าหากใช้รางที่มีพื้นที่หน้าตัดที่ใหญ่ขึ้น เรานั้นก็จะเปรียบเสมือนเป็นเสาที่สั้นลง โอกาสที่จะเกิดการโก่งก็น้อยลงไปหรือไม่เกิด ความแข็งแรงของรางนั้นจะต้องมากพอที่จะรับแรงกดอัดที่เกิดขึ้นเนื่องจากการขยายตัวด้วย

รางที่เชื่อมต่อเป็นเส้นเดียวกันนี้ทำให้รถไฟวิ่งได้ราบเรียบขึ้น และสามารถรองรับรถไฟที่วิ่งด้วยความเร็วสูงขึ้นได้ด้วย

รูปที่ ๒ (ซ้าย) แนวรอยเชื่อมต่อรางแต่ละท่อนให้กลายเป็นท่อนเดียวกัน (ขวา) คือการยึดรางในปัจจุบันที่ใช้หมอนรองรางทำจากคอนกรีต

ถ้าใครยังนึกภาพไม่ออกเวลาที่มีโอกาสขึ้นรถไฟฟ้า BTS เวลายืนรอรถไฟอยู่ที่ชานชาลา ก็ลองมองหาดูเอาเองว่ามีการเว้นช่องว่างที่รอยต่อระหว่างรางเอาไว้หรือไม่ รอบ ๆ ตัวเรานี้มีสิ่งต่าง ๆ ให้เราเรียนรู้มากมาย เพียงแต่ว่าเราสนใจที่จะสังเกตมันและนำมาเปรียบเทียบกับสิ่งที่เราได้เรียนมาหรือเปล่าเท่านั้นเอง

ฝากทิ้งท้ายสำหรับคนที่ไม่ได้มาในบ่ายวันนี้ว่า ได้พลาดโอกาสที่จะเห็นพวกเราทำการตั้งทฤษฎีการเกิดปฏิกิริยาโดยไม่ได้ใช้วิธีแบบที่คนอื่นทำกัน (คือไปหาว่าเคยมี paper กล่าวไว้ว่าอย่างไร แล้วก็อ้าง paper นั้นมา) โดยกลุ่มเราใช้ความรู้พื้นฐานต่าง ๆ ที่มีอยู่ในตำราเคมีอินทรีย์มาเขียนเป็นสมมุติฐานกลไกการเกิด (ส่วนจะถูกทั้งหมดหรือไม่นั้นเป็นอีกเรื่องหนึ่ง แต่ถ้าดูตามตำราแล้วก็คาดหวังว่าน่าจะมีส่วนถูกอยู่มากเหมือนกัน) การเรียนของกลุ่มเรามันไม่มีตารางสอนที่แน่นอนหรอก มันขึ้นอยู่กับว่ามันมีปัญหาอะไรเกิดขึ้นเมื่อใด ซึ่งก็ต้องแก้ไขกันตรงนั้นขณะนั้น เปรียบเหมือนหมอฝึกหัดต้องหาประสบการณ์การรักษาคนไข้ จะใช้วิธีกำหนดให้มีคนป่วยด้วยโรคที่ต้องการศึกษามาพบในเวลาที่ต้องการไม่ได้หรอก ต้องมานั่งรอที่โรงพยาบาลแล้วคอยว่าจะมีคนไข้ในโรคที่ต้องการศึกษามาให้รักษาหรือไม่