เมื่อระบายคอนเดนเสท (น้ำควบแน่น) อุณหภูมิสูงที่ถูกปล่อยออกจากสตีมแทรป (Steam Trap) ไปยังฝั่งความดันต่ำ ส่วนหนึ่งของคอนเดนเสทจะกลับกลายเป็นไอน้ำอีกครั้ง นี่คือ “แฟลชสตีม (ไอน้ำระเหยซ้ำ / Flash Steam)” ซึ่งหากปล่อยทิ้งสู่บรรยากาศไปเฉย ๆ ก็เท่ากับทิ้งความร้อนที่มันมีอยู่ไปทั้งหมด หลักการพื้นฐานของการนำกลับมาใช้คือ การแยกสถานะแก๊ส-ของเหลวด้วยแฟลชแทงก์ (Flash Tank) แล้วนำไอน้ำความดันต่ำที่เกิดขึ้นกลับไปใช้ในงานที่ “ใช้ความดันต่ำก็เพียงพอ” เช่น การอุ่นน้ำป้อนล่วงหน้าหรือไลน์ความดันต่ำ หากทั้งสามเงื่อนไข ได้แก่ ปริมาณที่เกิดขึ้น ความต้องการของฝั่งความดันต่ำ และความดันย้อนกลับ (Back Pressure) เป็นไปตามที่กำหนด ก็มีโอกาสที่จะช่วยลดปริมาณการใช้เชื้อเพลิงได้ บทความนี้จะสรุปกลไกการเกิดแฟลชสตีมและจุดพิจารณาสำคัญเมื่อต้องการประเมินการนำกลับมาใช้
ประเด็นสำคัญของบทความนี้
- แฟลชสตีมคือไอน้ำที่ระเหยซ้ำเมื่อระบายน้ำควบแน่นความดันสูงไปยังฝั่งความดันต่ำ หากปล่อยทิ้งไปจะกลายเป็นการสูญเสียความร้อน
- หลักการพื้นฐานของการนำกลับมาใช้คือ การแยกสถานะแก๊ส-ของเหลวด้วยแฟลชแทงก์ และนำกลับมาใช้เป็นไอน้ำความดันต่ำ
- หัวใจของการตัดสินใจนำมาใช้อยู่ที่ว่า “ปริมาณที่เกิดขึ้น ความต้องการของฝั่งความดันต่ำ และความดันย้อนกลับ” นั้นเป็นไปได้หรือไม่
แฟลชสตีมคืออะไร และเหตุใดจึงนำกลับมาใช้ได้
กลไกการเกิดการระเหยซ้ำ
เมื่อไอน้ำปล่อยความร้อนออกที่อุปกรณ์ ไอน้ำจะกลายเป็นน้ำควบแน่น (คอนเดนเสท) โดยยังคงรักษาอุณหภูมิอิ่มตัวไว้ น้ำควบแน่นนี้ยังคงเป็น “น้ำร้อน” ที่มีทั้งความดันสูงและอุณหภูมิสูง เมื่อมันผ่านสตีมแทรปและถูกระบายไปยังฝั่งความดันต่ำ มันจะพยายามลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็วจนถึงอุณหภูมิอิ่มตัวที่ความดันนั้น ทำให้ความร้อนสัมผัส (Sensible Heat หรือความร้อนที่กักเก็บไว้ในสถานะของเหลว) ส่วนเกินบางส่วนเปลี่ยนเป็นความร้อนแฝง และน้ำส่วนหนึ่งจึงกลับกลายเป็นไอน้ำอีกครั้ง นี่คือแฟลชสตีม
สัดส่วนที่ระเหยซ้ำ (อัตราการแฟลช / Flash Rate) ถูกกำหนดโดยส่วนต่างระหว่าง “ความดันก่อนการระบาย” และ “ความดันของปลายทางที่ระบายไป” เป็นหลัก โดยทั่วไปเป็นที่เข้าใจกันว่า เมื่อระบายน้ำควบแน่นที่มีความดันค่อนข้างสูงไปยังบริเวณใกล้ความดันบรรยากาศ ประมาณไม่กี่เปอร์เซ็นต์จนถึงราวสิบกว่าเปอร์เซ็นต์ของมวลจะระเหยซ้ำ แต่ค่าจริงจะเปลี่ยนแปลงไปตามเงื่อนไขความดัน จึงจำเป็นต้องตรวจสอบเป็นรายกรณี
เหตุผลที่นำกลับมาใช้ได้ (การนำกลับมาใช้เป็นไอน้ำความดันต่ำ)
แม้แฟลชสตีมจะมีความดันต่ำ แต่ก็ยังมีความร้อนแฝงในฐานะไอน้ำอยู่ หากปล่อยทิ้งไปก็เป็นการสูญเสีย แต่หากเป็นงานที่ใช้ความดันต่ำก็เพียงพอ เช่น การอุ่นน้ำป้อนหรือน้ำเติมหม้อไอน้ำล่วงหน้า การไล่แก๊ส (Deaeration) หรือไลน์ให้ความร้อนความดันต่ำ ก็มีความเป็นไปได้ที่จะใช้มันเป็นแหล่งความร้อนได้โดยตรง ในโรงงานที่ลดความดันไอน้ำจากหม้อไอน้ำความดันสูงเพื่อนำไปใช้ในงานความดันต่ำ หากสามารถทดแทนบางส่วนด้วยแฟลชสตีมได้ ก็คาดหวังผลในการลดภาระของฝั่งจ่ายไอน้ำได้
กลไกการนำกลับมาใช้และจุดพิจารณาในการตัดสินใจนำมาใช้
การแยกสถานะแก๊ส-ของเหลวด้วยแฟลชแทงก์และการใช้งานความดันต่ำ
อุปกรณ์ที่เป็นศูนย์กลางของการนำกลับมาใช้คือแฟลชแทงก์ (Flash Tank หรือ Flash Vessel) โดยนำน้ำควบแน่นจากฝั่งความดันสูงเข้ามา แล้วลดความดันและขยายตัวภายในถัง เพื่อแยกไอน้ำที่ระเหยซ้ำออกจากน้ำที่เหลือ (คอนเดนเสทความดันต่ำ) กระบวนการพื้นฐานคือ นำไอน้ำความดันต่ำที่ดึงออกจากด้านบนส่งไปยังเฮดเดอร์ความดันต่ำของฝั่งที่มีความต้องการ ส่วนคอนเดนเสทที่เหลืออยู่ด้านล่างจะส่งไปยังไลน์นำกลับหรือระบบน้ำป้อน โดยทั่วไปจะเป็นโครงสร้างที่ผสมผสานวาล์วลดความดันและวาล์วนิรภัยเข้าด้วยกันเพื่อรักษาความดันฝั่งความดันต่ำให้คงที่
เงื่อนไขที่ควรตรวจสอบก่อนนำมาใช้ (ปริมาณที่เกิดขึ้น ความต้องการความดันต่ำ ความดันย้อนกลับ)
การจะพิจารณาว่าการนำกลับมาใช้เป็นไปได้หรือไม่ ให้ตัดสินจากสามประเด็นต่อไปนี้ ประการแรกคือปริมาณที่เกิดขึ้น ยิ่งปริมาณน้ำควบแน่นและส่วนต่างความดันของฝั่งความดันสูงมากเท่าใด ก็ยิ่งได้แฟลชสตีมมากขึ้นเท่านั้น ประการที่สองคือความต้องการของฝั่งความดันต่ำ เพราะแม้จะนำกลับมาแล้วแต่หากไม่มีที่ใช้ก็จะเหลือทิ้ง จึงต้องตรวจสอบว่างานที่ใช้ไอน้ำความดันต่ำและจังหวะเวลานั้นสอดคล้องกันหรือไม่ ประการที่สามคือความสมดุลของความดันในระบบท่อโดยรวม หากความดัน (ความดันย้อนกลับ) ของไลน์นำกลับสูงเกินไป จะส่งผลกระทบต่อความสามารถในการระบายของสตีมแทรปที่อยู่ต้นทาง
ข้อควรระวัง (ความดันย้อนกลับ ส่วนเกิน มาตรการด้านความปลอดภัย)
การเพิ่มขึ้นของความดันย้อนกลับจะขัดขวางการระบายคอนเดนเสทของแทรป และอาจกลายเป็นสาเหตุให้คอนเดนเสทค้างอยู่ฝั่งอุปกรณ์ได้ จึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะกำหนดค่าความดันของระบบนำกลับโดยคำนึงถึงช่วงที่ต้นทางยอมรับได้ นอกจากนี้ ในกรณีที่ความต้องการความดันต่ำมีความผันผวน ควรพิจารณาเส้นทางระบายไอน้ำส่วนเกินและการตั้งค่าวาล์วนิรภัย และในฐานะมาตรการป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์ (Water Hammer) ที่เกิดจากการไหลเข้าอย่างฉับพลันของน้ำควบแน่น การใส่ใจเรื่องความลาดเอียงของท่อและการระบายคอนเดนเสทก็เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ เนื่องจากคำตอบที่เหมาะสมที่สุดของสิ่งเหล่านี้จะเปลี่ยนไปตามเงื่อนไขของอุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่เดิม เราจึงขอแนะนำให้พิจารณาในระดับระบบโดยรวม ไม่ใช่เพียงการเพิ่มอุปกรณ์อย่างง่าย ๆ
คำถามที่พบบ่อย
Q1. แฟลชสตีมเกิดขึ้นมากน้อยเพียงใด
A1. ถูกกำหนดโดยส่วนต่างความดันระหว่างก่อนการระบายและปลายทางที่ระบายไป โดยทั่วไปมักใช้ค่าประมาณไม่กี่เปอร์เซ็นต์จนถึงราวสิบกว่าเปอร์เซ็นต์เป็นเกณฑ์ แต่เนื่องจากเปลี่ยนแปลงไปตามเงื่อนไข จึงจำเป็นต้องคำนวณประเมินเป็นรายกรณี
Q2. ไอน้ำที่นำกลับมาสามารถใช้ได้เลยหรือไม่
A2. เนื่องจากมีความดันต่ำ จึงเน้นที่งานซึ่งใช้ความดันต่ำก็เพียงพอ (การอุ่นล่วงหน้า การไล่แก๊ส เป็นต้น) เป็นหลัก ให้ตรวจสอบความสอดคล้องกับความดันที่ฝั่งงานต้องการ
Q3. หากติดตั้งแฟลชแทงก์แล้วจะประหยัดพลังงานได้อย่างแน่นอนหรือไม่
A3. คาดหวังผลได้ในกรณีที่ปริมาณที่เกิดขึ้นและความต้องการความดันต่ำนั้นสมดุลกัน หากไม่มีที่ใช้ก็จะกลายเป็นส่วนเกิน จึงต้องมีการตรวจสอบเงื่อนไขเป็นข้อกำหนดเบื้องต้น
Q4. สามารถติดตั้งเพิ่มเข้ากับไลน์นำกลับคอนเดนเสทที่มีอยู่เดิมได้หรือไม่
A4. ให้พิจารณาหลังจากตรวจสอบผลกระทบของความสมดุลความดันและความดันย้อนกลับแล้ว การประเมินผลกระทบต่อความสามารถในการระบายของแทรปที่มีอยู่เดิมเป็นสิ่งสำคัญ
Q5. หากความดันย้อนกลับสูงขึ้นจะเกิดอะไรขึ้น
A5. ความสามารถในการระบายของสตีมแทรปที่อยู่ต้นทางจะลดลง และอาจนำไปสู่การค้างของคอนเดนเสทที่อุปกรณ์ได้ จำเป็นต้องพิจารณากำหนดความดันที่ตั้งไว้ให้เหมาะสม
Q6. มีจุดที่ต้องระวังในด้านความปลอดภัยหรือไม่
A6. ให้พิจารณาในระดับระบบโดยรวม ทั้งเส้นทางระบายไอน้ำส่วนเกิน วาล์วนิรภัย และมาตรการป้องกันวอเตอร์แฮมเมอร์ (ความลาดเอียงของท่อ การระบายคอนเดนเสท) เป็นต้น
สรุป
การนำแฟลชสตีมกลับมาใช้ คือความพยายามในการนำไอน้ำที่ระเหยซ้ำซึ่งเดิมถูกปล่อยทิ้งไปมาใช้ประโยชน์เป็นแหล่งความร้อนความดันต่ำ กุญแจสำคัญอยู่ที่ว่าสามประเด็น “ปริมาณที่เกิดขึ้น ความต้องการของฝั่งความดันต่ำ และความดันย้อนกลับ” นั้นเป็นไปได้หรือไม่ และจำเป็นต้องตัดสินจากความสมดุลของระบบโดยรวม ไม่ใช่เพียงการเพิ่มอุปกรณ์เท่านั้น
หากท่านมีความกังวลที่เป็นรูปธรรม เช่น “ทราบปริมาณคอนเดนเสทความดันสูงอยู่แล้ว แต่ต้องการคำนวณประเมินว่าจะได้แฟลชสตีมมากน้อยเพียงใด” “กำลังลังเลว่าที่ใช้ไอน้ำความดันต่ำที่นำกลับมานั้นเหมาะสมหรือไม่” หรือ “กังวลเรื่องผลกระทบต่อแทรปหรือไลน์นำกลับคอนเดนเสทที่มีอยู่เดิม” ขอเชิญใช้บริการปรึกษาด้านเทคนิคและการคัดเลือกอุปกรณ์ของ Yoshitake เราจะร่วมกันจัดระเบียบแนวคิดของระบบการนำกลับมาใช้ ซึ่งรวมถึงแฟลชแทงก์ วาล์วลดความดัน และวาล์วนิรภัย โดยคำนึงถึงเงื่อนไขของอุปกรณ์ของท่าน