เมื่อควบคุมอุณหภูมิของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (Heat Exchanger) หรือฮีตเตอร์ อาจเกิดกรณีที่ในจังหวะที่ภาระโหลดลดลง คอนเดนเสท (น้ำที่ควบแน่น) ระบายออกไม่ได้ ทำให้เกิดการให้ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ อุณหภูมิตก หรือเกิดวอเตอร์แฮมเมอร์ (Water Hammer) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Stall โดยสาเหตุหลักคือ วาล์วควบคุมถูกหรี่ลงจนความดันไอน้ำภายในเครื่องต่ำกว่าความดันย้อนกลับ (Back Pressure) ทางด้านทางออกของกับดักไอน้ำ (Trap) ทำให้สูญเสียความดันต่าง (Differential Pressure) ที่จะดันคอนเดนเสทออกไป มาตรการที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหานี้คือ ปั๊มปิงวาล์ว (Pumping Valve หรือ Mechanical Pump) ซึ่งใช้ความดันของไอน้ำหรือลม (ของไหลขับเคลื่อน) ในการระบายคอนเดนเสทออก จุดเด่นคือ ไม่ใช้พลังงานภายนอกเช่นไฟฟ้า แต่ดันคอนเดนเสทที่สะสมอยู่ออกไปด้วยกลไกทางกล จึงสามารถส่งน้ำควบแน่นออกนอกระบบได้อย่างแน่นอนแม้ในหน้างานที่ไม่มีสายไฟกำลังหรือในกรณีไฟฟ้าดับ
สาระสำคัญของบทความนี้
- ปรากฏการณ์ Stall มีสาเหตุหลักจากสภาวะที่ความดันไอน้ำภายในเครื่องต่ำกว่าความดันย้อนกลับ จนไม่สามารถดันคอนเดนเสทออกได้
- ปั๊มปิงวาล์วระบายคอนเดนเสทด้วยความดันของของไหลขับเคลื่อน โดยไม่ต้องใช้พลังงานภายนอก
- ก่อนการนำมาใช้ กุญแจสำคัญในการตัดสินใจคือการจัดระเบียบเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ความดันขับเคลื่อนที่จำเป็น ความดันย้อนกลับ และปริมาณน้ำควบแน่น
ทำไมปรากฏการณ์ Stall จึงเกิดขึ้น
ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ไอน้ำ จะปรับปริมาณการจ่ายไอน้ำด้วยวาล์วควบคุมเพื่อรักษาอุณหภูมิด้านทุติยภูมิ เมื่อภาระโหลดเบาลง วาล์วควบคุมจะถูกหรี่ลง ทำให้ความดันไอน้ำภายในเครื่องลดต่ำลง ในทางกลับกัน การจะระบายคอนเดนเสทออกจากกับดักไอน้ำได้นั้น จำเป็นที่ความดันภายในเครื่องจะต้องสูงกว่าความดันย้อนกลับทางด้านท่อรับคอนเดนเสท
เมื่อไม่มีความดันต่าง คอนเดนเสทจะคั่งค้าง
เมื่อความดันภายในเครื่องต่ำกว่าหรือเท่ากับความดันย้อนกลับ แม้กับดักไอน้ำจะทำงานปกติ ก็ไม่สามารถรักษาความดันต่างที่จะดันคอนเดนเสทออกได้ ทำให้น้ำควบแน่นคั่งค้างอยู่ภายในเครื่อง นี่คือปรากฏการณ์ Stall ซึ่งอาจเป็นสาเหตุของการที่ผิวถ่ายเทความร้อนจมอยู่ในคอนเดนเสททำให้ความสามารถในการให้ความร้อนลดลง อุณหภูมิแกว่ง (Hunting) รวมถึงวอเตอร์แฮมเมอร์และการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นในสภาวะที่ไอน้ำและน้ำปะปนกัน โดยมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นได้ง่ายในอุปกรณ์ที่มีภาระโหลดเปลี่ยนแปลงมาก หรือในระบบรับคอนเดนเสทที่มีความดันย้อนกลับสูง
กลไกที่ปั๊มปิงวาล์วดันคอนเดนเสทออกได้โดยไม่ใช้พลังงาน
ปั๊มปิงวาล์ว (Mechanical Pump) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ความดันของของไหลขับเคลื่อน เช่น ไอน้ำหรือลมอัด เป็นแหล่งพลังงานในการระบายคอนเดนเสทที่สะสมอยู่ออกไป เนื่องจากไม่ใช้พลังงานภายนอกเหมือนปั๊มไฟฟ้า จึงเป็นโครงสร้างที่ติดตั้งได้ง่ายแม้ในพื้นที่กลางแจ้งที่ไม่สามารถเดินสายไฟกำลังเข้าไปได้ หรือในสถานที่ที่เดินสายไฟได้ยาก
สลับระหว่างการรับน้ำและการระบายด้วยลูกลอย
ในโครงสร้างทั่วไป ภายในตัวเครื่องจะมีลูกลอย (Float) และกลไกสลับ เมื่อคอนเดนเสทที่ไหลเข้ามาทำให้ระดับน้ำสูงขึ้น จะนำของไหลขับเคลื่อนเข้าสู่ภายในและใช้ความดันนั้นดันคอนเดนเสทออก หลังจากระบายออกแล้วจะปล่อยของไหลขับเคลื่อนทิ้งเพื่อรับคอนเดนเสทเข้ามาใหม่ วนเป็นวงจรการรับน้ำและการระบายซ้ำไปเรื่อย ๆ ด้วยการทำงานนี้ ทำให้สามารถส่งคอนเดนเสทออกได้ง่ายแม้ในระบบรับคอนเดนเสทที่มีความดันย้อนกลับสูง หรือในเงื่อนไขที่ความดันภายในเครื่องต่ำกว่าความดันย้อนกลับ
ความแตกต่างด้านหน้าที่กับกับดักไอน้ำ
กับดักไอน้ำเป็นชิ้นส่วนที่ใช้ความดันต่างในการระบายคอนเดนเสท จึงทำงานได้ยากในเงื่อนไขที่ไม่มีความดันต่างตั้งแต่แรก ส่วนปั๊มปิงวาล์วนั้น เพิ่มความดันของของไหลขับเคลื่อนเข้าไปอย่าง Active เพื่อดันคอนเดนเสทออก จึงต่างกันตรงที่สามารถชดเชยสภาวะที่ความดันต่างไม่เพียงพอได้ ในบางอุปกรณ์อาจพิจารณาโครงสร้างที่ใช้ร่วมกับกับดักไอน้ำได้
จุดพิจารณาที่ควรตรวจสอบก่อนนำมาใช้
เมื่อเลือกปั๊มปิงวาล์ว การจัดระเบียบเงื่อนไขบางประการเป็นสิ่งที่ต้องทำก่อน อย่างแรกคือ สามารถจัดหาความดันของไอน้ำหรือลมที่จะใช้เป็นของไหลขับเคลื่อนได้เพียงพอหรือไม่ ถัดมาคือ ความดันย้อนกลับของท่อรับคอนเดนเสทปลายทางที่จะดันไปนั้นมีมากน้อยเพียงใด และปริมาณน้ำควบแน่นที่ต้องจัดการ (ทั้งเมื่อภาระโหลดสูงสุดและต่ำสุด)
ความสามารถในการระบายเปลี่ยนแปลงตามความสัมพันธ์ของความดันขับเคลื่อนและความดันย้อนกลับ
ปริมาณคอนเดนเสทที่ระบายได้จะเปลี่ยนแปลงตามเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ผลต่างระหว่างความดันขับเคลื่อนกับความดันย้อนกลับ โดยทั่วไป ยิ่งความดันย้อนกลับสูง และยิ่งความดันขับเคลื่อนต่ำ ความสามารถในการระบายก็มีแนวโน้มลดลง จึงควรเผื่อระยะในการเลือก ตัวเลขต่าง ๆ เป็นเพียงค่าโดยประมาณเท่านั้น และจะแตกต่างกันไปตามเงื่อนไขของอุปกรณ์จริง หากใช้ในเงื่อนไขที่เกินกำลัง อาจเกิดกรณีที่ระบายไม่ทันและไม่สามารถแก้การคั่งค้างของคอนเดนเสทได้ทั้งหมด ดังนั้นการสำรวจเงื่อนไขต่าง ๆ จึงเป็นสิ่งสำคัญ
คำถามที่พบบ่อย
Q1. ปั๊มปิงวาล์วจำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าหรือไม่
A1. ไม่จำเป็น เนื่องจากเป็นโครงสร้างที่ใช้ความดันของของไหลขับเคลื่อน เช่น ไอน้ำหรือลมอัด เป็นแหล่งพลังงาน จึงโดยพื้นฐานไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้าจากภายนอก จุดเด่นคือใช้งานได้สะดวกแม้ในกรณีไฟฟ้าดับหรือในหน้างานที่ไม่มีสายไฟกำลัง
Q2. หากใช้เพียงกับดักไอน้ำอย่างเดียว จะไม่สามารถแก้ปรากฏการณ์ Stall ได้หรือ
A2. เนื่องจากกับดักไอน้ำเป็นชิ้นส่วนที่ระบายคอนเดนเสทด้วยความดันต่าง จึงระบายได้ยากในเงื่อนไข Stall ที่สูญเสียความดันต่าง ในการชดเชยความดันต่างที่ไม่เพียงพอนั้น การใช้ปั๊มปิงวาล์วร่วมด้วยหรือการเปลี่ยนมาใช้ปั๊มปิงวาล์วเป็นทางเลือกหนึ่ง
Q3. ของไหลขับเคลื่อนควรใช้ไอน้ำหรือลมดี
A3. ความเหมาะสมจะแตกต่างกันไปตามของไหลหรือความดันที่จัดหาได้ง่ายในอุปกรณ์ และตามสภาพแวดล้อมโดยรอบ โดยทั่วไปมักใช้แบ่งกัน เช่น ในระบบที่ใช้ไอน้ำได้ก็ใช้ไอน้ำ ส่วนจุดที่ไม่ต้องการใช้ไอน้ำก็ใช้ลม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข
Q4. สามารถใช้ร่วมกับกับดักไอน้ำที่ติดตั้งอยู่เดิมได้หรือไม่
A4. ในบางโครงสร้างของอุปกรณ์ อาจพิจารณาวิธีที่ใช้ปั๊มปิงวาล์วร่วมกับกับดักไอน้ำได้ เนื่องจากโครงสร้างที่เหมาะสมที่สุดจะเปลี่ยนแปลงไปตามความดันย้อนกลับของระบบรับคอนเดนเสทและเลย์เอาต์ของท่อ การตรวจสอบเงื่อนไขก่อนพิจารณาจึงเป็นสิ่งจำเป็นพื้นฐาน
Q5. สามารถระบายคอนเดนเสทได้ปริมาณมากน้อยเพียงใด
A5. จะเปลี่ยนแปลงตามเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ผลต่างระหว่างความดันขับเคลื่อนกับความดันย้อนกลับ และรุ่นของอุปกรณ์ ควรเลือกโดยเผื่อระยะเทียบกับปริมาณน้ำควบแน่นเมื่อภาระโหลดสูงสุด และตัวเลขเป็นเพียงค่าโดยประมาณ จึงจำเป็นต้องตรวจสอบตามเงื่อนไขเฉพาะแต่ละกรณี
Q6. มักพิจารณานำมาใช้ในอุปกรณ์ประเภทใด
A6. เป็นอุปกรณ์ที่มักถูกพิจารณานำมาใช้ในอุปกรณ์ที่เกิดปรากฏการณ์ Stall ได้ง่ายจากการเปลี่ยนแปลงภาระโหลด เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีการควบคุมอุณหภูมิ ฮีตเตอร์ หรือคอยล์ให้ความร้อน และยังใช้ในระบบรับคอนเดนเสทที่มีความดันย้อนกลับสูงได้อีกด้วย
สรุป
ปรากฏการณ์ Stall มีสาเหตุหลักจากการที่ความดันไอน้ำภายในเครื่องต่ำกว่าความดันย้อนกลับ จนสูญเสียความดันต่างที่จะดันคอนเดนเสทออกไป ปั๊มปิงวาล์ว (Mechanical Pump) ใช้ความดันของไอน้ำหรือลมเป็นแหล่งพลังงานในการดันคอนเดนเสทออก จึงเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ยับยั้งการคั่งค้างของน้ำควบแน่นได้โดยไม่ต้องใช้พลังงานภายนอก การจะให้ทำงานได้อย่างเหมาะสมนั้น การจัดระเบียบเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ความดันขับเคลื่อน ความดันย้อนกลับ และปริมาณน้ำควบแน่น เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้
หากคุณกำลังพบอาการต่าง ๆ เช่น “พอหรี่วาล์วควบคุมแล้วอุณหภูมิตก” “คอนเดนเสทระบายไม่ออกจนเกิดวอเตอร์แฮมเมอร์” หรือกรณีเช่น “ทราบปริมาณน้ำควบแน่นเมื่อภาระโหลดสูงสุด แต่ไม่ทราบด้านภาระโหลดต่ำสุด” “ไม่สามารถตัดสินได้ว่าความดันขับเคลื่อนหรือความดันย้อนกลับที่จำเป็นเหมาะสมหรือไม่” “กำลังลังเลว่าจะนำมาผสานเข้ากับโครงสร้างของกับดักไอน้ำเดิมอย่างไร” ขอเชิญใช้บริการปรึกษาด้านเทคนิคและปรึกษาการเลือกอุปกรณ์ของ Yoshitake เราจะช่วยจัดระเบียบเงื่อนไขของอุปกรณ์ไปพร้อมกับช่วยเลือกกลไกที่เหมาะสมที่สุด