เนื้อหาวันที่ : 2009-11-09 11:46:19 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 25594 views

วาล์วควบคุมในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน (ตอนที่ 1) (Refinery Control Valves)

วาล์วควบคุมเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งที่ใช้ในระบบควบคุมกระบวนการผลิตประเภทต่าง ๆ การเลือกวาล์วควบคุมที่เหมาะสมจะทำให้การควบคุมกระบวนการผลิตเป็นไปตามความต้องการ, มีอายุการใช้งานยาวนานและมีความปลอดภัยในการใช้งาน ในบทความนี้เป็นการแสดงคำแนะนำความต้องการสำหรับการเลือกใช้งานวาล์วควบคุมในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน โดยจะแสดงบรรทัดฐานในการเลือกใช้, การกำหนดรายละเอียดและการใช้งานวาล์วควบคุมที่ใช้หัวขับแบบลูกสูบ (Piston Actuator) และใช้หัวขับแบบไดอะเฟรม (Diaphragm Actuator)

ทวิช ชูเมือง

.

.

วาล์วควบคุมเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งที่ใช้ในระบบควบคุมกระบวนการผลิตประเภทต่าง ๆ การเลือกวาล์วควบคุมที่เหมาะสมจะทำให้การควบคุมกระบวนการผลิตเป็นไปตามความต้องการ, มีอายุการใช้งานยาวนานและมีความปลอดภัยในการใช้งาน ในบทความนี้เป็นการแสดงคำแนะนำความต้องการสำหรับการเลือกใช้งานวาล์วควบคุมในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน      

.

โดยจะแสดงบรรทัดฐานในการเลือกใช้, การกำหนดรายละเอียดและการใช้งานวาล์วควบคุมที่ใช้หัวขับแบบลูกสูบ (Piston Actuator) และใช้หัวขับแบบไดอะเฟรม (Diaphragm Actuator) นอกจากนั้นยังกล่าวถึงข้อควรพิจารณาในการออกแบบวาล์วควบคุมและแสดงรายละเอียดเกี่ยวกับการคำนวณขนาดของวาล์ว, เสียง และการรั่วระยะสั้น ๆ (Fugitive Emission) รวมไปถึงการกำหนดชนิดของวาล์วควบคุมและหัวขับ (Actuator) ที่มีใช้งานกันทั่วไป

.

นอกจากนั้นยังมีข้อแนะนำสำหรับวาล์วควบคุมในการปิดแบบฉุกเฉิน (Emergency Block), วาล์วปล่อยออก (Vent Valve) และวาล์วปิดเปิดที่ตั้งใจสำหรับใช้แยกระบบในกรณีฉุกเฉินหรือระบบปล่อยออก และวาล์วพิเศษชนิดอื่น ๆ ที่มีใช้งานในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน

.

วาล์วควบคุม (Control Valve)
 วาล์วควบคุมดังแสดงในรูปที่ 1 ประกอบด้วยส่วนหลัก 2 ส่วนประกอบเข้าด้วยกันคือ
* ตัววาล์ว (Valve Body)
* หัวขับ (Actuator)

.

ตัววาล์วจะเป็นส่วนที่ต้องสัมผัสอยู่กับของไหลในกระบวนการผลิตตลอดเวลาจะประกอบไปด้วย
* ตัววาล์ว (Body)
* ชิ้นส่วนภายใน (Internal Trim)
* Bonnet

.

ส่วนประกอบย่อย ๆ เหล่านี้ต้องมีความเหมาะสมกับความดัน, อุณหภูมิ และความต้องการด้านการกัดกร่อนของระบบท่อที่วาล์วควบคุมติดตั้งอยู่

.

รูปที่ 1 วาล์วควบคุม (Control Valve)

.

หัวขับมีส่วนประกอบที่จะทำให้วาล์วควบคุมเคลื่อนที่เพื่อการตอบสนองต่อสัญญาณเอาต์พุตจากตัวควบคุม นอกจากนั้นแล้วหัวขับยังต้องถูกพัฒนาให้มีแรงขับเพียงพอเพื่อทำให้ชนะแรงเสียดทานภายในส่วนประกอบของตัววาล์วและในขณะเวลาเดียวกัน ยังต้องตอบสนองให้เพียงพอกับตำแหน่งของ Plug ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการผลิต

.
ตัววาล์ว (Valve Body)

การออกแบบตัววาล์วให้เหมาะสมต่อสภาวะความดันจะแสดงอยู่ในมาตรฐาน ANSI ทั้งค่าความดันและวัสดุในการสร้างวาล์วควบคุม เพื่อทำให้วาล์วควบคุมมีความเหมาะสมหรือดีกว่าความต้องการจากระบบท่อหรือจากกระบวนการผลิต จุดเชื่อมต่อกับวาล์วควบคุมและอัตราการทนความดันอย่างต่ำสุดต้องเป็นไปตามความต้องการของระบบท่อ วัสดุของวาล์วควบคุมต้องมีความเหมาะสมกับสภาวะกระบวนการผลิตที่จะนำไปใช้งาน

.

วัสดุที่เป็น Nickel Alloy หรือ Stainless Steel ควรจะต้องถูกกำหนดให้นำไปใช้งานกับของไหลที่อุณหภูมิต่ำกว่า -20 องศาฟาห์เรนไฮต์ (๐F)สำหรับวัสดุที่มีความแข็งดังเช่น Chrome-Molybdenum ควรจะถูกนำไปใช้งานกับไอน้ำความดันสูง (High Pressure Steam), การใช้งานกับน้ำที่เป็นสภาวะ Flashing และน้ำที่จ่ายให้กับเครื่องกำเนิดไอน้ำที่มีความดันแตกต่างกัน 200 psig 

.

สำหรับงานที่เกี่ยวข้องกับสารกำมะถันหรือ Sour Service วัสดุที่ใช้ต้องมีความเหมาะสมกับความต้องการของมาตรฐาน NACE MR0175-90วัสดุภายในของวาล์วควบคุมควรจะเป็นมาตรฐานของผู้ผลิต ถ้าเป็นที่ยอมรับได้ Harded Trim อาจมีความต้องการสำหรับการนำไปใช้งานในบริเวณที่มีการกัดกร่อน (Corrosive), การกัดเซาะ (Erosive), Cavitation หรือ Flashing และที่มีความดันแตกต่างกันมากกว่า 200 psig    

.

จุดเชื่อมต่อแบบหน้าแปลนเป็นสิ่งที่ต้องการสำหรับวาล์วควบคุมในรูปแบบ Globe สำหรับจุดเชื่อมต่อแบบ Butt-Weld end เป็นที่ยอมรับได้สำหรับความดัน ANSI Class 900 หรือสูงกว่า สำหรับจุดเชื่อมต่อแบบเกลียวและ weld end ไม่แนะนำให้ใช้งานกับสารไฮโดรคาร์บอนและต้องได้รับความยินยอมจากเจ้าของงานก่อน

.
วาล์วควบคุมแบบหน้าแปลนมีให้เลือกใช้ทั้ง 2 แบบคือ

* หน้าแปลนที่รวมกับตัววาล์วควบคุม (Integral Flange) โดยการขึ้นรูปร่วมตัววาล์วด้วยการหล่อแบบ (Casting) หรือการหลอมละลาย (Forge) หรือการเชื่อมหน้าแปลนเข้ากับตัววาล์ว
* แบบแยกหน้าแปลนออกมาเป็น 2 ชิ้นทำการล็อกหรือยึดภายหลัง

.

วาล์วแบบไม่มีหน้าแปลนที่เป็นส่วนหนึ่งของตัววาล์ว โดยตัววาล์วจะยึดกับระบบท่อด้วยหน้าแปลนของระบบท่อด้วยน็อตยาว ๆ ซึ่งสามารถขยายตัวได้เมื่อโดนไฟไหม้และเป็นสาเหตุให้มีการรั่วไหลออกมาได้ จึงมีข้อแนะนำให้ติดตั้งฉนวนกันไฟหรือใช้ Bolt ที่เป็นแบบ High-tensile Strength

.

ความลึกบนร่องของผิวหน้าแปลนจะถูกจัดเตรียมไว้เพื่อให้เกิดการยึดแน่นกับปะเก็น (Gasket) ถ้าต้องการผิวหน้าแปลนแบบพิเศษจะต้องกำหนดในรายละเอียดความต้องการ มาตรฐานความลึกบนร่องของผิวหน้าแปลนจะอยู่ที่ 125-250 RMS ซึ่งจะเป็นค่าที่ยึดติดได้ดีกับปะเก็นทั่วไป

.

ระยะความห่างระหว่างหน้าแปลนของวาล์วควบคุมควรจะเป็นไปตามมาตรฐาน ANSI/ISA S75.03 สำหรับวาล์วควบคุมแบบไม่มีหน้าแปลนควรจะเป็นไปตามมาตรฐาน ANSI/ISA S75.04 สำหรับวาล์วควบคุมที่มีหน้าแปลนแยกออกมาควรจะเป็นไปตามมาตรฐาน ANSI/ISA S75.20 และ ISA S75.03 สำหรับ Butterfly Valve ควรจะเป็นไปตามมาตรฐาน API 609

.

ขนาดของตัววาล์วควรจะมีขนาดไม่น้อยกว่าขนาดท่อ 2 ขนาด วาล์วควบคุมขนาดเล็กต้องมีการตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าทนต่อแรงทางกลของระบบท่อได้ การคำนวณขนาดของวาล์วควรจะถูกตรวจสอบโดยผู้ผลิต      ซีลแบบเกลียวควรจะต้องมีการหลีกเลี่ยงถ้าเป็นไปได้ เพราะว่าการกัดกร่อนบ่อยครั้งทำให้การถอดเปลี่ยนยาก

.
Bonnets

Bonnets ควรจะเป็นแบบสลักเกลียว (Bolted) วัสดุที่ใช้ทำสลักเกลียวควรจะเป็นไปตามมาตรฐาน ASTM A193/194/320 และต้องมีความเหมาะสมกับตัววาล์วและ Bonnets ดังตัวอย่างต่อไปนี้

.

* สำหรับอุณหภูมิระหว่าง -50 และ 1,000 องศาฟาห์เรนไฮต์ สลักเกลียวควรเหมาะสมกับรายละเอียด ASTM A193 Grade B7
* สำหรับอุณหภูมิระหว่าง 1,000 และ 1,100 องศาฟาห์เรนไฮต์ สลักเกลียวควรเหมาะสมกับรายละเอียด ASTM A193 Grade B16

.

* สำหรับอุณหภูมิระหว่าง -50 และ -150 องศาฟาห์เรนไฮต์ สลักเกลียวควรเหมาะสมกับรายละเอียด ASTM A320 Grade B7
 สำหรับ Nuts ควรจะเป็น ASTM A194 Grade 2H เพื่อใช้งานกับสลักเกลียวทั้งหมดข้างบน    

.

*  สำหรับตัววาล์วที่เป็น Stainless Steel ต้องการสลักเกลียวที่เป็น Stainless Steel ส่วนวัสดุที่สูงขึ้นไปต้องการสลักเกลียวที่เป็น Stainless Steel 316 เป็นอย่างต่ำ

.

Bonnets ที่ขยายออกมา (Extended) ควรจะพิจารณาใช้สำหรับกระบวนการผลิตที่อุณหภูมิต่ำกว่า -32 องศาฟาห์เรนไฮต์ หรือสูงกว่าขีดจำกัดของวัสดุที่ใช้ทำ Packing

.

ปะเก็นสำหรับ Bonnets ควรจะเป็นแบบ 316 SST Spiral Wound พร้อมกับ Polytetrafloroethelene หรือ Graphite filter ปะเก็นหน้าเรียบที่ทำจาก PTFE สามารถยอมรับได้ถ้ามีความเหมาะสมกับสภาวะที่ใช้งาน ส่วนเสริมความแข็งแรงควรจะเป็น 316 SST หรือวัสดุที่เหมาะสมตามความต้องการ

.
Packing

ช่องของ Packing ควรจะอยู่ในตำแหน่งที่เข้าถึงได้ง่าย เพื่อความสะดวกในช่วงเวลาที่ต้องเข้าไปปรับตั้ง วัสดุที่ใช้ทำ Packing ควรจะเป็นดังนี้

* ยืดหยุ่นได้และเปลี่ยนรูปได้ง่าย
* ไม่มีปฏิกิริยาตอบโต้กับสารเคมี
* สามารถทนต่อการใช้งานที่สภาวะของกระบวนการ
* มีความต้านทานต่อการไหม้ไฟ
* มีแรงเสียดทานต่ำ
* ช่วยลดการรั่วระยะสั้น ๆ (Fugitive Emission) ที่ตรงกับความต้องการของข้อกำหนด

.
ข้อจำกัดด้านอุณหภูมิของ Packing จะอ้างอิงที่บริเวณช่องของ Packing      

PTFE เป็นวัสดุที่ดีเลิศทางด้านไม่มีปฏิกิริยาตอบโต้กับสารเคมี, มีคุณลักษณะหล่อลื่นที่ดีและเป็นวัสดุชนิดหนึ่งที่มีความนิยมนำไปใช้ทำ Packing ของวาล์วควบคุม มันอาจจะถูกใช้ในรูปแบบ 

.

* Solid Molded
* Braided
* Turned Form (V-Ring)
* เป็นตัวหล่อลื่นสำหรับ Packing ที่ไม่มีสาร Asbestos

.

ข้อจำกัดทางด้านอุณหภูมิของช่อง Packing มาตรฐานที่ถูกสร้างขึ้นมาเป็นที่อุณหภูมิ 450 องศาฟาห์เรนไฮต์ ถ้าถูกใช้ให้เหมาะสมกับการรั่วระยะสั้น ๆ PTFE จะเป็นทางเลือกพร้อมกับ Carbon-filled PTFE หรือวัสดุที่คล้ายคลึงกันและเป็นแบบ Live Loaded แผ่น Graphite (Graphite laminated) หรือขึ้นรูปเป็นวงแหวน เป็นอีกวัสดุหนึ่งที่ไม่มีปฏิกิริยาตอบโต้กับสารเคมี ยกเว้นเมื่อนำไปใช้งานกับ Oxidizers ที่รุนแรง

.

Packing ชนิดนี้สามารถนำไปใช้กับอุณหภูมิที่มีค่าเข้าใกล้ 2,000 องศาฟาห์เรนไฮต์ ความยุ่งยากมากที่สุดสำหรับวัสดุชนิดนี้มาจากแรงเสียดทานสูง ซึ่งบางครั้งต้องการหัวขับที่มีขนาดใหญ่ขึ้น บางครั้งสมรรถนะการทำงานต้องเป็นที่ยอมรับได้เพราะว่ามีค่า Hysteresis และ Deadband เพิ่มขึ้นอย่างมาก      วัสดุที่เป็น Asbestos ไม่ควรมีการนำมาใช้งาน

.
การรั่วระยะสั้น ๆ (Fugitive Emission)

Clean Air Act of 1990 หรือข้อกำหนดในภูมิภาคได้จัดทำข้อจำกัดในการแพร่กระจายสารที่เป็นอันตรายสู่บรรยากาศ สารเหล่านี้เป็นของเสียอันตรายที่ระเหยออกไปอย่างรวดเร็วถูกแสดงรายการใน NESHAP (National Emission Standard for Hazardous Air Pollutants)

.

การให้ความสำคัญบนข้อจำกัดการรั่วไหลของ Packing มีเพิ่มขึ้นอย่างมาก จึงเป็นผลลัพธ์ทำให้มีการพัฒนาวัสดุ Packing หรือวิธีการใหม่ จากผู้ผลิตแต่ละรายได้นำเสนอการออกแบบที่มีประสิทธิภาพและผู้ผลิตควรจะเป็นที่ปรึกษาสำหรับการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง ดังเช่น Packing แบบ Live Loaded ดังแสดงในรูปที่ 2

.

รูปที่ 2 Live loaded

.

วัสดุ Kalrez เป็นวัสดุที่ไม่มีปฏิกิริยาตอบโต้กับสารเคมีและมีคุณสมบัติหล่อลื่นที่ดีและไม่ต้องการ Packing ในรูปแบบ Live Loaded มีรูปแบบให้เลือกในรูป V-Ring ข้อจำกัดทางด้านอุณหภูมิของช่อง Packing เป็น 700 องศาฟาห์เรนไฮต์

.
การรั่วไหลของวาล์วควบคุม (Seat Leakage)

มาตรฐาน ANSI/FCI-70-2 ได้แสดงข้อกำหนดการรั่วไหลของ Plug กับ Seat ในแต่ละระดับ (Leakage Class) โดยทั่วไปวาล์วควบคุมควรจะมีการรั่วไหลไม่น้อยกว่า Class II สำหรับ Class IV ก็มีความเพียงพอต่อการใช้งานในเกือบทุกประเภท สำหรับ Class VI ควรจะถูกเลือกใช้เฉพาะการใช้งานที่ต้องการรั่วไหลต่ำที่สุดและต้องได้รับการยินยอมจากเจ้าของงาน

.
วาล์วแบบ Double-Ported จะทำได้ที่ Class II

วาล์วแบบ Single-Seat แบบ Metal-to-Metal จะทำได้ที่ Class IV สำหรับ Class V Shut Off สามารถทำได้โดยการปรับปรุง Plug กับ Seat ให้มีศูนย์เดียวกันหรือการวางซ้อนของพื้นผิว Seat และ/หรือการเพิ่มแรงจากหัวขับ Seat แบบดีดกลับ (Resilient Seats) บนวาล์วแบบ Single-Seat สามารถทำได้ที่ Class VI Shut Off

.

อย่างไรก็ตามก่อนที่จะใส่วัสดุที่เลือกไว้ ควรจะต้องมีการค้นหาว่ามีความเหมาะสมกับของไหลในกระบวนการผลิต, ความดันและอุณหภูมิ นอกจากนั้นยังต้องเหมาะสมกับสภาวะกระบวนการปกติ, สภาวะการหยุดทำงาน (Shut Down) ควรจะถูกพิจารณา ในการเลือก Resilient Seats ไอน้ำที่ผ่านตัววาล์วสามารถทำให้เกิดความเสียหายหรือการสูญเสียตำแหน่งของ Resilient Seats ดังแสดงในรูปที่ 3

.

รูปที่ 3 Resilient Seats

.

คุณลักษณะของวาล์วควบคุม (Control Valve Characteristic)
คุณลักษณะการไหลของตัววาล์วควบคุมถูกกำหนดโดยหลักการออกแบบวาล์ว Trim คุณลักษณะประจำตัว 3 แบบจะเป็นดังนี้
* Quick Opening
* Linear
* Equal Percentage

.
โดยทั้ง 3 แบบแสดงได้ดังรูปที่ 4 โดยทั่วไป Modified Equal Percentage จะอยู่ระหว่างคุณลักษณะ Linear และ Equal Percentage

รูปที่ 4 คุณลักษณะของวาล์วควบคุม (Control Valve Characteristic)

.

Positioner ของวาล์วควบคุมอาจใช้เป็นแบบ Mechanical Cam หรือการโปรแกรมที่ใช้จัดเตรียมคุณลักษณะแบบอื่น ๆ ได้      คุณลักษณะของวาล์วควบคุมที่ถูกติดตั้งไปแล้วบ่อยครั้งมีความแตกต่างอย่างมากจากคุณลักษณะประจำตัว ถ้าความดันตกคร่อมตัววาล์วควบคุมมีการเปลี่ยนแปลงกับการไหล

.

ด้วยผลลัพธ์นี้ Plug แบบ Equal Percentage จึงถูกเลือกใช้สำหรับการใช้งานในการควบคุมการไหลเพราะว่าการใช้งานเกือบทั้งหมดความดันตกคร่อมของระบบ (System Pressure Drop) ไม่ได้ตกคร่อมที่ตัววาล์วควบคุม สำหรับ Plug แบบ Linear โดยทั่วไปถูกเลือกใช้สำหรับการใช้งานที่ความดันตกคร่อมของระบบ เกือบทั้งหมด ตกคร่อมที่ตัววาล์วควบคุม

.

ชนิดวาล์วควบคุม (Control Valve Type)
ในปัจจุบันวาล์วควบคุมจะทำงานในรูปแบบใดแบบหนึ่งนั่นคือ
* การเคลื่อนที่ขึ้นลง (Sliding Stem) ดังแสดงในรูปที่ 5A
* การหมุนรอบแกน (Rotary) ดังแสดงในรูปที่ 5B

.

การเลือกวาล์วควบคุมสำหรับใช้งาน จะพิจารณาตัวแปรหลักให้เป็นไปตามความต้องการตามกระบวนการ ดังนี้
* สมรรถนะการควบคุม
* ความดันตกคร่อม
* อุณหภูมิ
* ย่านการควบคุม

.

รูปที่ 5A Sliding Stem                                    รูปที่ 5B Rotary

.
การคำนวณขนาดวาล์วควบคุม (Sizing)

สมการสำหรับการคำนวณหาขนาดวาล์วจะใช้พื้นฐานจากมาตรฐาน ISA S75.01 การทดสอบความสามารถของวาล์วควบคุม ค่าที่ยอมรับได้สำหรับค่า Cv (Valve Flow Coefficient) ของการทดสอบวาล์วควบคุมเป็นที่ ?5 เปอร์เซ็นต์ของการเปิดสูงสุด ค่ายอมรับได้สำหรับการเปิดบางส่วนไม่ได้แสดงไว้ ข้อมูลของวาล์วควบคุมอยู่บนพื้นฐานของการทดสอบด้วยของไหลที่เป็นน้ำกับการจำกัดจำนวนชุดของขนาดของวาล์วควบคุม การคำนวณจะมีความแม่นยำต่ำในกรณีต่าง ๆ ดังนี้

.

* สำหรับของไหลที่มีความแตกต่างอย่างมากจากน้ำ
* สำหรับวาล์วควบคุมขนาดใหญ่และเล็กมาก
* สำหรับสภาวะที่แตกต่างจากสภาวะในห้องทดลอง

.
ตัวแปรที่ควรจะต้องทราบสำหรับการคำนวณขนาดที่แม่นยำจะเป็นดังนี้
* ความดันที่ด้านขาเข้าและขาออกที่อัตราไหลที่พิจารณา
* อุณหภูมิของไหล
* สภานะของไหล (Gas, Liquid, Slurry) และความหนาแน่นของไหล (SG, SW, MW)

* ความหนืดของเหลว (Viscosity)
* ความดันไอ (Vapor Pressure: Pv) และความดันวิกฤติ (Critical Pressure: Pc) สำหรับของเหลว
* Specific Heat Ratio สำหรับก๊าซ
* ตัวแปรการอัดตัว (Compressibility) สำหรับก๊าซ

.

ส่วนหนึ่งของการเลือกวาล์ว ระบบโดยรวมที่วาล์วถูกติดตั้งอยู่ควรจะต้องมีการพิจารณา ตัวอย่างระบบที่รวมไปด้วย ปั๊ม (Pump) หรือคอมเพรสเซอร์ (Compressor) ซึ่งเป็นตัวจัดเตรียมพลังงานและอุปกรณ์ชนิดอื่นในโรงกลั่นน้ำมัน ดังเช่น

.

* ระบบท่อ (Piping System)
* ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchange) 
* เตาเผา (Furnaces)
* วาล์วควบคุมด้วยมือ (Manual Valve)

.

ซึ่งอุปกรณ์ต่าง ๆ เหล่านี้เป็นความต้านทานการไหล ความดันแตกต่างระหว่าง Pump Head Curve และ System Pressure Drop Curve เป็นความดันทั้งหมดที่มีไว้สำหรับวาล์วควบคุม ถ้าวาล์วควบคุมไม่ได้ถูกใช้ในระบบ การไหลโดยปกติเป็นอัตราที่แสดงโดยจุดตัดกันของเส้นโค้งทั้งสอง

.

การลดลงของความดันขาเข้าและ/หรือขาออกของวาล์วโดยปกติจะเป็นผลลัพธ์ที่ทำให้ความสามารถของวาล์วลดลงเพราะว่าการเกิดความดันตกคร่อมเพิ่มขึ้นในระบบ โดยการเพิ่มหรือการหดตัวของสิ่งเหล่านี้ที่ต่ออนุกรมอยู่กับวาล์วควบคุม ระบบท่อทั้งสองด้านทั้งด้านขาเข้าและขาออกที่ใหญ่กว่าตัววาล์วจะเป็นผลลัพธ์ทำให้มีความต้องการค่า Cv (Valve Flow Coefficient) ที่เพิ่มขึ้น ตัวแปรความถูกต้องซึ่งสามารถถูกประยุกต์ใช้ในการคำนวณหาขนาด Cv จะมีพร้อมให้ใช้งานจากผู้ผลิตวาล์วและสำหรับวาล์วทุกชนิด

.

ในการจำกัดการไหลใด ๆ ความดันของไหลด้านเข้า (Pressure Head) จะถูกเปลี่ยนไปเป็นความเร็ว (Velocity Head) เป็นผลลัพธ์ในการลดความดันที่ Vena Contracta ดังแสดงในรูปที่ 6 ของไหลที่ออกจากจุดจำกัดการไหลและสันนิษฐานความเร็วที่ด้านขาออก ส่วนหนึ่งของความเร็วเปลี่ยนกลับไปเป็นความดัน  

.

กระบวนการนี้เรียกว่า Pressure Recovery โดยมีระดับขึ้นอยู่กับชิ้นส่วนภายในที่ใช้จำกัดการไหล ความดันเดินทางในระยะสั้นในการไหลของเหลวเป็นผลลัพธ์ทำให้ ความดันใน Vena Contracta ต่ำกว่าความดันขาเข้า ความดันที่ Vena Contracta อาจจะต่ำกว่าความดันไอของไหล (Vapor Pressure)   

.

ความดันที่กลับคืนมาอาจจะยังคงต่ำกว่าค่าความดันไอซึ่งจะทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่าการ Flashing หรืออาจกลับคืนมาสูงกว่าความดันไอซึ่งจะทำให้เกิดสภาวะที่เรียกว่าการ Cavitations ทั้งสภาวะ Flashing และ Cavitations เป็นสภาวะของ Chocked flow บางส่วนหรือทั้งหมด ซึ่งอาจจะส่งผลกระทบต่อการคำนวณขนาดของวาล์ว

.

ปริมาณการไหลในสภาวะ Chocked (Chocked Volumetric Flow) เกิดขึ้นในการนำไปใช้งานกับก๊าซหรือไอ เมื่อความเร็วของการไหลถึงความเร็วเสียงที่ Vena Contracta ถ้าความดันด้านเข้าคงที่การเพิ่มความดันตกคร่อมจะไม่ทำให้การไหลเพิ่มขึ้น สภาวะนี้จะกระทบต่อการคำนวณขนาดวาล์ว     

.

โดยการจำกัดความดันตกคร่อมที่มีอยู่ในการคำนวณความดันคืนกลับ (Pressure Recovery) มีผลกระทบของการทำให้เกิดการไหล Chocked ที่ความดันตกคร่อมจะน้อยกว่าการคาดการณ์โดยอัตราส่วนความดันวิกฤติ ซึ่งสามารถเป็นปัญหาสำหรับวาล์วที่มีความดันคืนกลับสูง ดังเช่นวาล์วแบบหมุนตามแกน มีความจำเป็นต้องใช้วาล์วขนาดใหญ่หรือรูปแบบที่แตกต่างกันไป

.
Cavitation

Cavitation เป็นการเกิดฟองอากาศในส่วนที่มีความดันต่ำสุดของวาล์วและจากนั้นทำให้เกิดการแตกของฟองอากาศเหล่านี้ ดังแสดงในรูปที่ 6 การแตกของฟองอากาศจะปล่อยของไหลพุ่งออกมาอย่างรุนแรง ซึ่งสามารถทำลายชิ้นส่วนภายในของวาล์วในเวลาอันสั้น ดังแสดงในรูปที่ 7 มันสามารถแสดงให้เห็นได้ง่ายโดยการเกิดเสียงที่มีคุณลักษณะเหมือนกับมีก้อนหินไหลผ่านตัววาล์ว ของไหลที่มีส่วนประกอบเดียวดังเช่น น้ำเป็นของไหลหนึ่งที่มีความเสียหายทั้งหมด     

.

สารไฮโดรคาร์บอนที่ผสมกันสามารถมีความดันไอได้หลากหลาย สำหรับส่วนประกอบที่แตกต่างกันในการผสม ทำให้มีความยากในการคาดคะเน ความรุนแรงของการ Cavitation วาล์วที่มี Trim แบบพิเศษซึ่งถูกออกแบบโดยผู้ผลิต ส่วนเหล่านี้สามารถช่วยลดหรือป้องกันการ Cavitation 

.

Trim ประเภทนี้บางส่วนเป็นสาเหตุให้เกิดการอุดตันเมื่อนำไปใช้งานกับของไหลที่สกปรกและต้องมีการตรวจสอบสำหรับการนำไปใช้งานแต่ละประเภท

.

รูปที่ 6 Pressure drop through a restriction

.

รูปที่ 7 Cavitation damage

.

วาล์วที่มีความดันคืนกลับต่ำควรจะถูกนำมาใช้ป้องกันหรือทำให้การ Cavitation ต่ำที่สุด ในบางกรณีอาจจะมีความจำเป็นในการใช้ส่วนประกอบพิเศษหรือการลดความดันเป็นระดับโดยผ่านการใช้วาล์ว 2 ตัวหรือมากกว่าหรือการออกแบบอุปกรณ์พิเศษเพื่อต่ออนุกรมเข้าไป

.
Flashing

Flashing เกิดขึ้นเมื่อความดันขาออกมีค่าน้อยกว่าความดันไอ ดังแสดงในรูปที่ 6 และการ Flashing เหมือนกับการ Cavitation สามารถเป็นสาเหตุให้เกิดความเสียหายทางกายภาพหรือทำให้ความสามารถในการไหลลดลง ความเร็วเป็นส่วนหลักที่เกี่ยวข้อง การไหลด้านขาออกมีความเร็วเพิ่มขึ้น

.

เนื่องจากของไหลเปลี่ยนจากของเหลวไปเป็นก๊าซ วาล์วควบคุมขนาดใหญ่ที่มีการลดขนาด Trim และมีขนาดท่อด้านออกใหญ่ โดยปกติมีความต้องการสำหรับป้องกันปัญหา Chocking และความเร็วสูงเกิน

.

รูปที่ 8 Typical Plug Damage from flashing

.

ความเสียหายจากการ Flashing โดยปกติมีความรุนแรงน้อยกว่าความเสียหายจากการ Cavitation อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดรูปแบบท่อที่ด้านขาออกของวาล์วสามารถเป็นสาเหตุให้ Flashed vapour ทำให้เป็น Cavitation และเป็นสาเหตุให้ระบบท่อเสียหายที่ด้านขาออกของวาล์วควบคุม ผู้ผลิตวาล์วควรจะให้คำแนะนำและคำปรึกษา

.

ก๊าซที่เกิดขึ้นบางชนิดจะถูกดูดซับโดยการสัมผัส (ดังเช่น  Amine) จึงทำให้มีลักษณะคล้ายคลึงกับการ Flashing แต่ก๊าซทั้งหมดที่ปล่อยออกมามีความยากในการคาดคะเน วิศวกรเคมีควรจะเป็นที่ปรึกษาในการค้นหาความถูกต้องของอัตราส่วนของเหลวและก๊าซที่ด้านขาออก

.

Range Ability ของวาล์วควบคุมควรจะถูกพิจารณาในระหว่างการเลือกวาล์ว โดยวาล์วควบคุมควรจะมีให้เลือกพร้อมกับค่า Cv ที่มี Range Ability จาก 50 ต่อ 1 หรือที่ดีกว่า ที่ค่าความดันตกคร่อมคงที่ ซึ่งเป็นสภาวะที่หาได้ยากในการใช้งานจริง ดังตัวอย่างวาล์วถูกเลือกขนาดที่ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ที่เกินกว่าความสามารถที่จุดสูงสุดและที่ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ที่ต่ำกว่าค่าความสามารถต่ำสุดที่ต้องการที่จุดต่ำสุด

.

Range Ability สูง ๆ จะมีความสำคัญน้อย ถ้าในการใช้งานไม่มีความต้องการ ความต้องการค่า Range Ability ต้องครอบคลุมอัตราการไหลสูงสุดและต่ำสุดที่สภาวะการไหลจริง

.

ผู้ผลิตวาล์วควรวิเคราะห์รายละเอียดของวาล์วทั้งหมด ตั้งแต่การ Cavitation, เสียง หรือตัวแปรอื่น ๆ ที่เป็นอันตราย โดยใช้ข้อมูลจากข้อมูลอุปกรณ์เป็นพื้นฐาน สภาวะการทำงานที่ไม่ถูกพิจารณา ควรจะแจ้งให้ผู้ซื้อได้ทราบ รวมไปถึง เสียงหรือความรุนแรงของการ Cavitation ผู้ผลิตควรจะนำเสนอทางเลือกที่เป็นไปได้ในปัญหาเหล่านี้ภายในการออกแบบที่จำกัดของชนิดของวาล์วควบคุม โดยรายละเอียดหรือแสดงว่ามีความต้องการออกแบบพิเศษ

.
เสียง (Noise)

การคาดคะเนระดับเสียงที่แพร่ออกจากตัววาล์วควบคุมเป็นการคำนวณที่ซับซ้อนและระดับเสียงที่อนุญาตในพื้นที่ติดตั้งไม่สามารถแสดงจำนวนได้ง่าย ๆ สำหรับการกำหนดในทุกสถานการณ์ ซึ่งเป็นเรื่องจริงเมื่อมีแหล่งกำเนิดเสียงอื่น ๆ ในบริเวณใกล้เคียง ทำให้มีผลกระทบมากขึ้น ระดับเสียงขึ้นอยู่กับจำนวนของตัวแปร ดังเช่น

.

* บรรยากาศ
* ตำแหน่งทางกายภาพ
* แหล่งกำเนิดเสียงและความรุนแรงของเสียงใกล้เคียง
* รูปแบบระบบท่อ
* ความหนาของฉนวน
* ชนิดของฉนวนบนระบบท่อ
* แหล่งสะท้อนเสียง

.

การคาดคะเนเสียงที่เกิดขึ้นจากวาล์วควบคุมเป็นวิทยาศาสตร์ที่ไม่แน่นอน การคาดคะเนระดับเสียงสำหรับการทำงานของวาล์วควบคุมที่ถูกกำหนดอยู่ในรายละเอียด สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างกว้างขวางโดยใช้วิธีการต่าง ๆ ของผู้ผลิต

.

การจัดเตรียมพื้นฐานการวิเคราะห์ระดับเสียงที่ยอมรับได้ การคำนวณวาล์วควบคุมที่ให้กำเนิดระดับเสียงเกิน ควรมีตัวเลือกวาล์วควบคุมที่มีค่าไม่เกิน 85 dBA ที่ระยะ 1 เมตร จากด้านหลังของวาล์วควบคุมและห่างจากท่อออกไป 1 เมตร สำหรับระบบท่อหรือวาล์วที่ระบายออกบรรยากาศระดับเสียงไม่ควรเกิน 90 dBA ที่ระยะ 4 เมตรจากจุดปล่อยออกและต่ำลงมาเป็นมุม 45 องศาไม่อนุญาตให้ใช้ฉนวนหรือเพิ่มระดับความหนาท่อที่เกินกว่าข้อกำหนดในการคำนวณระดับสียงหรือในตัววาล์วควบคุมหรือในระบบลดระดับเสียง

.

การคำนวณระดับเสียงต่อเนื่องไม่ควรเกิน  85 dBA อาจถูกลดลงไปถ้ามีผู้ปฏิบัติงานอาจจะทำงานอย่างต่อเนื่องในบริเวณนั้น ซึ่งอาจจะไม่ใช่ 1 เมตรจากด้านหลังและ 1 เมตรจากระบบท่อ OSHA (Occupational Safety and Health Administration) จะลดระยะเวลาที่อนุญาตให้ทำงานในพื้นที่ ๆ มีระดับเสียงสูงและผู้ใช้งานควรจะอ้างอิงไปยัง OSHA 1910.95 สำหรับแนวทางข้อกำหนดเป็นความรับผิดชอบของผู้ใช้งานในการกำหนดค่าระดับเสียงจะตรงกับความต้องการของ OSHA 

.

ระดับเสียงที่เกินกว่า  85 dBA อาจจะอนุญาตในสถานที่ไม่มีผู้ปฏิบัติงานอย่างต่อเนื่อง
ระดับเสียงแบบไม่ต่อเนื่องสูงสุดโดยปกติจะถูกจำกัดอยู่ที่  110 dBA 

.

โปรแกรมคอมพิวเตอร์และขั้นตอนบนเอกสารในการประเมินเสียงของวาล์วควบคุมจะมีอยู่กับผู้ผลิตและควรจะถูกใช้ในการกำหนดระดับเสียงที่พิจารณา อย่างไรก็ตามการคาดคะเนระดับเสียงและการยับยั้งถูกกำหนดให้เหมาะสมโดยทั่วไปต้องการคำแนะนำจากผู้ผลิตสำหรับการออกแบบที่เป็นผล

.

วาล์วควบคุมที่ใช้ Trim แบบลดระดับเสียงหรือการ Cavitation จะมีช่องผ่านเล็ก ๆ มีความเป็นไปได้ในการอุดตันโดยเฉพาะช่วงเริ่มเดินกระบวนการผลิต ดังแสดงในรูปที่ 9 ควรจะต้องมีการป้องกันด้วย Strainer

.

รูปที่ 9 Multistage Trim

.
เอกสารอ้างอิง

[1] API RP 553, Refinery Control Valve
[2] ทวิช ชูเมือง, “Industrial Instrumentation Engineering and Design Part II: Instrument Engineering and Selection, Chapter 8 control valve,” บริษัท ดวงกมลสมัย จำกัด, 2549.

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด