การเดินระบบท่อส่งไอน้ำ

    การเดินท่อส่งไอน้ำให้มีความสมบูรณ์พร้อมเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นไม่ง่ายนัก แต่ถ้าหากมีการพิจารณา
ประเด็นสำคัญ หรือ รู้ปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยๆ ในระบบไอน้ำ ก็จะสามารถหาแนวทางป้องกันไว้ก่อนได้
ในระบบไอน้ำ จำเป็นต้องมีการเดินท่อส่งไอน้ำ (ท่อเมน) ไปยังจุดต่างๆ เพื่อใช้งานไอน้ำ ดังนั้นการ
คำนวณขนาดท่อต้องคำนึงถึงหลายๆ ปัจจัย ทั้งการเปลี่ยนแปลงสถานะของไอน้ำที่ทำให้มี การผสม
รวมกันทั้งไอน้ำและคอนเดนเสท (condensate) รวมถึงความดันไอน้ำที่ใช้และความเร็วของไอน้ำที่
มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา อันเนื่องมาจากความต้องการใช้ไอน้ำของกระบวนการผลิตไม่คงที่
การเดินท่อส่งไอน้ำที่สมบูรณ์พร้อม คงเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นได้ไม่ง่ายนัก แต่หากเรารับรู้ประเด็น ที่ต้อง
คำนึงถึง หรือ ปัญหาที่เกิดขึ้นบ่อยๆ ในระบบไอน้ำ ก็จะทำให้เราสามารถทราบถึง ปัญหาที่จะตามมา

และแนวทางป้องกันนั้นๆได้ซึ่งหลายๆ ปัญหาเกิดจากการออกแบบที่ไม่ผ่านการตกผลึกจากข้อมูลที่
แม่นยำและยังเกิดจากการขยายกำลังการผลิตที่เกินความสามารถของระบบท่อส่งไอน้ำนั้นจะใช้ได้

 ผลกระทบหรือปัญหาที่เกิดขึ้นในระบบท่อส่งไอน้ำที่เกิดขึ้นทั่วๆ ไปคือ
 - เสียงดังจากการกระแทกภายในเครื่องจักร
 - การกัดเซาะ (Erosion) ภายในเครื่องจักร
 - ความไม่คงที่ของกระบวนการผลิต
 - ความปลอดภัยในการทำงาน
 - ต้นทุนการผลิตไอน้ำที่สูงขึ้น
 ในโรงงานทั่วไปค่าความเร็วของไอน้ำในท่อส่งอยู่ที่ประมาณ 25-30 m/s ซึ่งถือเป็นค่าความเร็วที่เหมาะสมและมีความประหยัดต้นทุนในการเดินท่อ ซึ่งท่อ Sch.40 สามารถใช้ได
 แต่หากในระบบไอดง (Superheated Steam) ความเร็วที่ใช้ในท่อส่งไอน้ำจะเพิ่มไปถึง 40-45 m/s จึงจำเป็นต้องใช้ Sch.ท่อที่สูงขึ้นซึ่งจะทำให้ ต้นทุนในการเดินท่อรวมทั้งวาล์ว
 เพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน

 ประเด็นที่น่ารู้เกี่ยวกับการเดินระบบท่อไอน้ำที่สำคัญ 5 ประเด็น มีดังนี้

 ประเด็นที่ 1 ปัญหาจากการเลือกขนาดท่อส่งไอน้ำเล็กเกินไป 
 ทำให้เกิดปัญหา ความดันตก (Pressure Drop) ไอน้ำไม่เพียงพอกับการใช้งาน, เกิดการกระแทกของน้ำ (Water Hammer), เสียงหวีดภายในท่อ, และปัญหาการกัดเซาะของท่อ
 ทำให้ท่อบางลงและทะลุได้

 ประเด็นที่ 2 ปัญหาที่เกิดจากการเลือกขนาดท่อส่งไอน้ำใหญ่เกินไป

 ในกรณีนี้คงไม่ใช่ปัญหาที่เกี่ยวกับระบบแต่จะเป็นปัญหากับเงินภายในกระเป๋าของเรามากกว่า ที่ทำให้ต้องจ่ายไปสำหรับค่าท่อ ค่าวาล์ว ค่าข้อต่อต่างๆ แพงเกินความจำเป็นในส่วน
 ของระบบอาจทำให้เกิดคอนเดนเสทเพิ่มขึ้น และสูญเสียความร้อนโดยไม่จำเป็น เพราะขนาดท่อที่ใหญ่ทำให้พื้นที่ผิวในการนำความร้อนสูงกว่าท่อขนาดเล็ก

 ประเด็นที่ 3 ปัญหาที่เกิดจากการเลือกขนาดท่อหลังวาล์วลดแรงดัน(Pressure Reducing Valve ; PRV) เล็กเกินไป

 ทำให้เกิดปัญหาเสียงหวีดในท่อด้านทางออกของวาล์วลดแรงดัน เนื่องจากความเร็วของไอน้ำที่เพิ่มสูงขึ้น และยังส่งผลให้เกิดการกัดเซาะ (erosion) ของท่อด้านทางออก

 ประเด็นที่ 4 ปัญหาที่เกิดจากการเลือกขนาดของท่อหลังสตีมแทรปเล็กเกินไป

 ประเด็นนี้ส่งผลให้เกิดปัญหาอีกหลายปัญหาตามมา เช่น ทำให้เกิดการกระแทกของน้ำ(Water Hammer)ในท่อคอนเดนเสทย้อนกลับ ทำให้เกิดปัญหาต่อเนื่อ คือเมื่อ เลือกขนาด
 ท่อที่เล็กความดันที่ย้อนกลับในท่อทางกลับจะสูงขึ้น (Back Pressure) เมื่อความดันย้อนกลับสูงขึ้น จึงส่งผลถึงการ ระบายคอนเดนเสทจากสตีมแทรปลดลงเมื่อความสามารถ ใน
 เมื่อความสามารถในการระบายลดลง จึงส่งผลทำให้อุณหภูมิของเครื่องจักร (Equipment) ไม่คงที่หรือไม่ได้ตามต้องการหรืออาจทำให้อุปกรณ์ภายในเครื่องจักรเสียหายได้

 ประเด็นที่ 5 การเลือกขนาดของท่อคอนเดนเสทจากปั๊มคอนเดนเสทให้เหมาะสม

 ในประเด็นนี้ต้องการชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่อยู่ในท่อส่งกลับไปถังป้อน (Feed Tank) คือ อยู่ในสถานะ 2 สถานะ คือน้ำ และไอแฟลชในสภาวะที่เป็นน้ำจะมีความเร็วประมาณ 2-2.5 m/s
 ต้องมีการคำนวณขนาดท่อให้เหมาะสม

 ทั้ง 5 ประเด็นนี้เป็นความเกี่ยวเนื่องจากความสัมพันธ์ของ 2 ใน 4 คุณสมบัติของไอน้ำ คือ ความดันและปริมาตร (Pressure&Volume) (ซึ่งอีก 2 คุณสมบัติที่ยังไม่ได้กล่าวถึง คือ
อุณหภูมิ (Temperature) และ ปริมาณความร้อน (Enthalpy) ความสัมพันธ์ทั้ง 4 ส่วนสามารถดูได้จากตารางไอน้ำ (Steam Table) ซึ่งในบทความนี้จะกล่าวถึง ความสัมพันธ์ของ
 ความดัน (Pressure) และปริมาตรจำเพาะของไอน้ำ (Specific Volume of Saturated Steam: Vg ซึ่งต่อไปจะขอใช้คำว่าปริมาตรแทน เพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใจ)
 ยกตัวอย่างเช่น
     ไอน้ำความดันที่ 7 barG จะมีปริมาตร 0.23995 m3/kg
     ไอน้ำความดันที่ 3 barG จะมีปริมาตร 0.46096 m3/kg
 จะพบว่า ไอน้ำที่ความดันสูงจะมีปริมาตรที่น้อยกว่าไอน้ำที่ความดันต่ำ ดังนั้นการเดินท่อที่ไอน้ำมีความดันสูงสามารถใช้ท่อขนาดเล็กกว่า (ปริมาตรน้อยกว่า) การเดินท่อที่ไอน้ำ มี
 ความดันต่ำได้ เมื่อลองย้อนกลับไปเทียบในประเด็นทั้ง 5 ประเด็นแล้ว สามารถเทียบเคียงได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้

 ตัวอย่าง โรงงานแห่งหนึ่ง เครื่องจักรทุกเครื่องมีการใช้ไอน้ำที่ความดัน 3 barG และ มีความต้องการการใช้ไอน้ำรวม 3,000 kg/h โดยสมมติให้ไอน้ำวิ่งด้วยความเร็ว 30 m/sจาก
 การคำนวณพบว่า หากให้หม้อไอน้ำ สร้างความดันที่ 3 barG แล้วส่งมาตามท่อ ต้องใช้ท่อ Sch.40 ขนาด 150 mm. (6”) แต่หากให้หม้อไอน้ำสร้างความดันที่ 7 barG แล้วส่งมา
 ตามท่อจะใช้ท่อขนาดเพียง 100 mm. (4”)

ประเด็นที่ 1 ปัญหาที่เกิดจากการ เลือกขนาดท่อส่งไอน้ำเล็กเกินไป หากยังคงใช้ความดันไอน้ำ ที่
3 barG อยู่เช่นเดิมแต่ใช้ท่อขนาด 100 mm.เพื่อลดค่าใช้จ่ายด้านการลงทุนของท่อ จะทำให้ไอน้ำ
ไอน้ำปริมาณ 3,000 kg/hr. ถูกบีบอัดอยู่ในท่อที่มีขนาดเล็กกว่าที่ควรจะเป็น แต่ด้วยธรรมชาติของ
การใช้งานที่ต้องการใช้ไอน้ำ 3,000 kg/hr.ทำให้ไอน้ำต้องวิ่งด้วยความเร็วที่สูงขึ้นเกินกว่า 30 m/s
ความเร็วที่สูงขึ้นนี้เป็นเหตุให้เกิดเสียงหวีดภายในท่อ และ ทำให้เกิดการกัดเซาะของผนังด้านในท่อ
ทำให้ท่อบางลง และมีโอกาสทะลุหรือรั่วได้นอกจากนี้ ความเร็วที่เพิ่มขึ้นจะเหมือนเป็นการเพิ่มภาระ
เป็นการเพิ่มภาระการใช้งาน ทำให้ดึงไอน้ำจากหม้อไอน้ำเพิ่มสูงขึ้น

 ประเด็นที่ 1 ปัญหาที่เกิดจาก การเลือกขนาดท่อส่ง ไอน้ำเล็กเกินไป หากยังคงใช้ความดันไอน้ำที่ 3 barG อยู่เช่นเดิม แต่ใช้ท่อขนาด 100 mm. เพื่อลดค่าใช้จ่ายด้านการลงทุน
 ของท่อ จะทำให้ไอน้ำปริมาณ 3,000 kg/hr. ถูกบีบอัดอยู่ในท่อที่มีขนาดเล็กกว่าที่ ควรจะเป็น แต่ด้วยธรรมชาติของการใช้งาน ที่ต้องการใช้ไอน้ำ 3,000 kg/hr. ทำให้ไอน้ำต้อง
 วิ่งด้วยความเร็วที่สูงขึ้นเกินกว่า 30 m/s ความเร็วที่สูงขึ้นนี้เป็นเหตุให้เกิดเสียงหวีด ภายในท่อและทำให้เกิดการกัดเซาะของผนังด้านในท่อ ทำให้ท่อบางลง และมีโอกาสทะลุหรือ
 รั่วได้ นอกจากนี้ ความเร็วที่เพิ่มขึ้น จะเหมือนเป็นการเพิ่มภาระการใช้งาน ทำให้ดึงไอน้ำจากหม้อไอน้ำเพิ่มสูงขึ้น เมื่อมีความต้องการใช้ไอน้ำมากเกินกว่ากำลังการผลิต ของหม้อ
 ไอน้ำก็จะทำให้ความดันของหม้อไอน้ำ ระบบลดลงทำให้เกิดปัญหาแรงดันตก และไอน้ำที่ถูกดึงไปใช้งานยังคงมีความเป็นไอน้ำเปียกอยู่ ทำให้ไอน้ำส่วนนี้กลายเป็น คอนเดนเสท
 ทำให้ไอน้ำส่วนนี้กลายเป็นคอนเดนเสทอย่างรวดเร็ว ซึ่งคอนเดนเสทเหล่านี้อาจส่งผลให้เกิดปัญหาการกระแทกของน้ำ (Water Hammer) ได้

ประเด็นที่ 2 ปัญหาที่เกิดจากการเลือกขนาดท่อส่งไอน้ำใหญ่เกินไปหากตกลงใจใช้ไอน้ำที่ความดัน 7 barG แต่มีการคำนวณเผื่อเหลือมากเกินไปโดยเลือกใช้ท่อขนาด200 mm.
 (8”) ซึ่งแน่นอนว่าเสียงหวีดจะไม่เกิดขึ้นในท่อ เพราะไอน้ำเดินทางได้สะดวก แต่เป็นการลงทุนที่เกินความจำเป็น เพราะใช้ท่อขนาด 100 mm. (4”) ก็เพียงพอแล้ว และเมื่อขนาด
 ท่อใหญ่ขึ้นพื้นที่การถ่ายเทความร้อนมากขึ้น ก็จะทำให้ไอน้ำถ่ายเทพลังงานและกลายเป็นคอนเดนเสทมากกว่าปกติอีกด้วย

 ประเด็นที่ 3 ปัญหาที่เกิดจากการเลือกขนาดท่อหลังวาล์วลดความดันเล็กเกินไป ในประเด็นนี้ให้ลองจินตนาการเพิ่มเติมว่า อาคารที่ติดตั้งหม้อไอน้ำ กับอาคารการผลิต อยู่ห่างกัน
 ประมาณ 20 m.โดยหม้อไอน้ำผลิตไอน้ำที่ 7 barGและใช้ท่อขนาด 100 mm.(4”) ส่งไอน้ำมายังอาคารการผลิต ถือว่าเป็นการเดินท่อที่เหมาะสมอยู่แล้ว แต่จากข้อมูลที่เราทราบ
 อยู่แล้วว่า เครื่องจักรใช้ไอน้ำความดันเพียง 3 barG จึงจำเป็นต้องใช้วาล์วลดความดัน ลดความดันจาก 7 barG เหลือ 3 barG แต่ก็ยังคงใช้ท่อขนาด 100 mm. (4”) ทางด้านหลัง
 ของวาล์วลดความดัน ซึ่งในตอนนี้หากลองย้อนกลับไปพิจารณาในประเด็นที่ 1 อีกครั้ง ก็จะเข้าใจได้ง่ายขึ้น หากยังนึกไม่ออก ก็จะเฉลยให้ว่า หลังจากใช้วาล์วลดความดันแล้วท่อ
 ควรจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อรองรับปริมาณไอน้ำ ที่เพิ่มขึ้นจากการลดแรงดัน

ประเด็นที่ 4 ปัญหาที่เกิดจากการเลือกขนาดของท่อหลังสตีมแทรปเล็กเกินไป คอนเดนเสทที่มีความดันสูงภายในเครื่อง เมื่อถูกปล่อยออกไปสู่ท่อคอนเดนเสทกลับ ซึ่งมีความดัน
 ต่ำกว่าจะทำให้คอนเดนเสทบางส่วนเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำอีกครั้งซึ่งเรียกไอน้ำส่วนนี้ว่าไอน้ำแฟลช(Flash Steam)โดยไอน้ำแฟลชนี้เองที่จะทำให้เกิดปัญหาในท่อคอนเดนเสท
 กลับ เพราะหากท่อคอนเดนเสทกลับถูกออกแบบไว้สำหรับคอนเดนเสท ที่มีสภาวะเป็นน้ำเพียงอย่างเดียวก็อาจทำให้ไอน้ำแฟลช (มีปริมาตรมากกว่าน้ำ) เกิดการกระแทก ที่เรียก
 ว่า Thermal Shock ที่ท่อกลับได้ นอกจากนี้หากท่อคอนเดนเสทกลับเล็กเกินไป ไอน้ำแฟลชจะทำให้เกิดความดันภายในท่อคอนเดนเสทกลับเรียกว่า Back Pressureซึ่งจะส่งผล
 ให้การระบายคอนเดนเสทของสตีมแทรปลดลง เมื่อการระบายคอนเดนเสทออกน้อยลง ทำให้เกิดการคั่งค้างของคอนเดนเสทภายในเครื่องจักร ดังนั้น การถ่ายเทอุณหภูมิ จะไม่ดี
 การคั่งค้างของคอนเดนเสทภายในเครื่องจักร ดังนั้นการถ่ายเทอุณหภูมิจะไม่ดี ไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์ได้

 ประเด็นที่ 5 การเลือกขนาดท่อคอนเดนเสทจากปั๊มคอนเดนเสทให้เหมาะสมด้วยอัตราการไหลของน้ำในท่อทั่วไปอยู่ที่ประมาณ2 – 2.5 m/s ดังนั้นการคำนวณขนาดของท่อหลัง
 ปั๊มคอนเดนเสท จึงต้องทราบถึงความสามารถของปั๊มที่ใช้ในการระบายคอนเดนเสท และควรเผื่อขนาดของท่อให้รองรับการไหลได้ 2-3 เท่าของปริมาณคอนเดนเสท ที่ถูกระบาย
 ออกมา

 สุดท้ายนี้การเลือกขนาดท่อส่งไอน้ำให้ถูกต้อง ไม่เพียงแต่เป็นการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังสามารถช่วยในเรื่องของความปลอดภัยและทำให้คุณภาพของไอน้ำดี มี
 ความดันที่คงที่ ลูกค้าได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพตรงตามความต้องการ


 ที่มา : บริษัท อินเตอร์เทคก้า ยูไนเต็ด (เอเซีย) จำกัด