วาล์วระบายแรงดัน (relief valve) และวาล์วนิรภัย (safety valve) ต่างก็เป็นวาล์วที่ระบายของไหลออกเพื่อปกป้องอุปกรณ์เมื่อแรงดันในท่อหรือเครื่องจักรสูงเกินไป แต่เกณฑ์ในการเลือกใช้ให้เหมาะสมอยู่ที่ “ชนิดของไหลที่ต้องการปกป้อง” และ “ลักษณะการเปิดที่ต้องการ” โดยทั่วไป หากเป็นระบบของเหลวที่อัดตัวได้ยาก เช่น น้ำหรือน้ำมัน และต้องการให้เปิดอย่างค่อยเป็นค่อยไปเพื่อระบายแรงดันส่วนเกิน ควรใช้วาล์วระบายแรงดัน ส่วนของไหลที่อัดตัวได้ เช่น ไอน้ำหรือแก๊ส ที่ต้องการให้เปิดกว้างและปล่อยออกทันทีในขณะที่ถึงแรงดันที่ตั้งไว้ ควรใช้วาล์วนิรภัย นอกจากนี้ยังมีการใช้งานอย่างหม้อไอน้ำหรือถังความดันที่กฎหมายกำหนดให้ต้องติดตั้งวาล์วนิรภัย ดังนั้นการพิจารณาจากการใช้งาน ชนิดของไหล และกฎหมายที่เกี่ยวข้องก่อนเป็นวิธีที่แน่นอนที่สุด
ประเด็นสำคัญของบทความนี้
- หลักการเบื้องต้นคือ หากเป็นของเหลวที่ต้องการระบายอย่างค่อยเป็นค่อยไปให้ใช้วาล์วระบายแรงดัน หากเป็นไอน้ำหรือแก๊สที่ต้องการปล่อยออกจำนวนมากในทันทีให้ใช้วาล์วนิรภัย
- ความแตกต่างสามารถจัดระเบียบได้จาก 3 ประเด็น ได้แก่ “ชนิดของไหลที่ปกป้อง” “ลักษณะการเปิด (เปิดตามสัดส่วน/เปิดแบบป็อป)” และ “มีหรือไม่มีข้อกำหนดตามกฎหมาย”
- เนื่องจากยังมีชื่อเรียกและรูปแบบที่ใช้ร่วมกัน (วาล์วระบายแรงดันนิรภัย) หากไม่แน่ใจ ควรปรึกษาพร้อมแนบเงื่อนไขการออกแบบเพื่อความปลอดภัย
ความแตกต่างของกลไกระหว่างวาล์วระบายแรงดันและวาล์วนิรภัย
ความแตกต่างของลักษณะการเปิด (คุณสมบัติการยกตัว)
วาล์วระบายแรงดันโดยทั่วไปเป็นชนิดที่ตัววาล์วจะค่อย ๆ ยกตัวขึ้นตามส่วนที่เกินแรงดันที่ตั้งไว้ และเปิดตามสัดส่วนกับการเพิ่มขึ้นของแรงดัน โดยจะระบายแรงดันส่วนเกินออกทีละน้อยเพื่อรักษาแรงดันภายในอุปกรณ์ให้อยู่ใกล้ค่าที่ตั้งไว้ และจะปิดอีกครั้งเมื่อแรงดันลดลง เนื่องจากของเหลวมีความสามารถในการอัดตัวต่ำ เพียงระบายออกปริมาณเล็กน้อยแรงดันก็ลดลง การทำงานอย่างค่อยเป็นค่อยไปนี้จึงเหมาะสม
ในทางกลับกัน วาล์วนิรภัยมีลักษณะเด่นคือ “การทำงานแบบป็อป (pop action)” ซึ่งตัววาล์วจะเปิดกว้างในทันทีเมื่อถึงแรงดันที่ตั้งไว้ เนื่องจากไอน้ำและแก๊สมีความสามารถในการอัดตัวสูง หากไม่ปล่อยออกจำนวนมากในทันทีแรงดันจะลดลงยาก จึงต้องเปิดเต็มที่อย่างรวดเร็วเพื่อปล่อยออก และปิดเมื่อแรงดันลดลง เนื่องจากมีแนวโน้มที่เสียงการปล่อยและแรงปฏิกิริยาจะมากขึ้น การออกแบบปลายทางของการปล่อย (ท่อระบาย) จึงมีความสำคัญด้วย
ความแตกต่างของชนิดของไหลและการใช้งาน
สิ่งที่ต้องการตรวจสอบเป็นอันดับแรกในการเลือกคือ ชนิดของไหลในระบบที่ต้องการปกป้อง ในระบบของเหลว เช่น น้ำ น้ำอุ่น น้ำมันไฮดรอลิก หรือสารเคมี มักใช้วาล์วระบายแรงดันเพื่อระบายการเพิ่มขึ้นของแรงดันที่เกิดจากการขยายตัวเนื่องจากความร้อนหรือการเดินเครื่องปั๊มแบบปิดวาล์ว ตัวอย่างที่เด่นชัดคือการรับมือการขยายตัวเนื่องจากความร้อนในระบบทำน้ำร้อนและถังเก็บน้ำร้อน
ในระบบของไหลที่อัดตัวได้และระบบแรงดันสูง เช่น หม้อไอน้ำ อากาศอัด แก๊สชนิดต่าง ๆ และถังความดัน จำเป็นต้องปล่อยออกจำนวนมากอย่างแน่นอนเมื่อแรงดันเพิ่มขึ้นผิดปกติ จึงใช้วาล์วนิรภัย ความแตกต่างที่สำคัญจากระบบของเหลวอีกประการหนึ่งคือ อุปกรณ์เหล่านี้อาจมีข้อกำหนดตามกฎหมายเกี่ยวกับการติดตั้งและสมรรถนะ เช่น กฎหมายความปลอดภัยและอาชีวอนามัย หรือข้อกำหนดเกี่ยวกับหม้อไอน้ำและถังความดัน
ระวังเรื่องชื่อเรียกและรูปแบบที่ใช้ร่วมกัน
ในทางปฏิบัติ ชื่อเรียกอย่าง “วาล์วระบายแรงดัน” “วาล์วนิรภัย” “รีลีฟวาล์ว” ปะปนกันในหน้างานและในอุตสาหกรรม และบางครั้งวาล์วชนิดเดียวกันก็ถูกเรียกด้วยชื่ออื่น นอกจากนี้ในมาตรฐานอย่าง JIS ยังมีรูปแบบที่เทียบเท่ากับ “วาล์วระบายแรงดันนิรภัย” ซึ่งเปิดตามสัดส่วนและมีคุณสมบัติการเปิดอย่างรวดเร็วในบริเวณใกล้แรงดันที่ตั้งไว้ด้วย จึงอาจใช้เพื่อการปกป้องทั้งของเหลวและแก๊สในเวลาเดียวกัน
ด้วยเหตุนี้ จึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะไม่ตัดสินจากชื่อเรียกเพียงอย่างเดียว แต่ต้องตรวจสอบข้อกำหนดจากเงื่อนไขการออกแบบ เช่น ชนิดของไหล แรงดันที่ตั้งไว้ ปริมาณการปล่อย และกฎหมายที่ใช้บังคับ โปรดระวังว่าความแตกต่างของชื่อเรียกไม่ได้หมายความว่าหลักการทำงานจะแตกต่างกันเสมอไป
เกณฑ์การตัดสินที่ควรเข้าใจในตอนเลือกใช้
แรงดันที่ตั้งไว้ ปริมาณการเป่าออก และขนาดรูวาล์ว
ทั้งวาล์วนิรภัยและวาล์วระบายแรงดันจำเป็นต้องเลือกแรงดันที่ตั้งไว้ (แรงดันเริ่มเป่า) ให้เหมาะสมกับแรงดันใช้งานสูงสุดของอุปกรณ์ โดยเฉพาะวาล์วนิรภัยนั้นมีข้อกำหนดเบื้องต้นว่าต้องมีปริมาณการเป่าออก (ความสามารถในการปล่อยที่จำเป็น) ที่สามารถปล่อยปริมาณที่เกิดขึ้นในภาวะผิดปกติที่คาดการณ์ได้ออกได้ทั้งหมด หากความสามารถไม่เพียงพอ อาจมีความกังวลว่าแรงดันจะไม่ลดลงจนสุด การเลือกขนาดรูวาล์วโดยพื้นฐานคือเลือกจากปริมาณการปล่อย ต้องระวังไม่ตัดสินจากขนาดของข้อต่อเพียงอย่างเดียว
วัสดุ การเชื่อมต่อ และปลายทางการปล่อย
เลือกวัสดุของตัววาล์ว บ่าวาล์ว และสปริง ตามชนิดของไหล อุณหภูมิ และความสามารถในการกัดกร่อน ปัจจัยที่ส่งผลต่อความเสถียรของการทำงาน ยังรวมถึงการนำของไหลที่ปล่อยออกไปที่ใด (ปล่อยสู่บรรยากาศหรือนำกลับมาใช้) การมีหรือไม่มีแรงดันย้อนกลับ และความเสี่ยงของการแข็งตัวหรือการควบแน่น เนื่องจากคำตอบที่เหมาะสมที่สุดเปลี่ยนไปตามเงื่อนไข จึงควรพิจารณาทั้งระบบโดยรวมแทนการนำคำตอบเดียวมาปรับใช้
คำถามที่พบบ่อย
Q1. วาล์วระบายแรงดันและวาล์วนิรภัยสามารถใช้แทนกันได้หรือไม่
A1. เนื่องจากคุณสมบัติการทำงานและเงื่อนไขการใช้งานแตกต่างกัน โดยหลักการแล้วควรหลีกเลี่ยงการนำมาใช้แทนกันโดยถือว่าเหมือนกัน โดยเฉพาะถังความดันและหม้อไอน้ำที่อยู่ภายใต้กฎหมาย จำเป็นต้องใช้วาล์วนิรภัยที่มีสมรรถนะตามที่กำหนด หากไม่แน่ใจในการตัดสิน โปรดปรึกษาพร้อมแนบเงื่อนไขการออกแบบ
Q2. การใช้วาล์วนิรภัยกับระบบของเหลวไม่ได้เลยหรือไม่
A2. ไม่อาจกล่าวได้ว่าใช้ไม่ได้เสียทีเดียว แต่เนื่องจากของเหลวเพียงปล่อยออกปริมาณเล็กน้อยแรงดันก็ลดลง ในหลายกรณีวาล์วระบายแรงดันที่เปิดตามสัดส่วนจึงเหมาะสมกว่า เนื่องจากขึ้นอยู่กับการใช้งานและแรงดันที่ตั้งไว้ การเลือกตามเงื่อนไขจึงเป็นข้อกำหนดเบื้องต้น
Q3. ควรกำหนดแรงดันที่ตั้งไว้อย่างไร
A3. โดยทั่วไปตั้งภายในช่วงที่ไม่เกินแรงดันใช้งานสูงสุดของอุปกรณ์ โดยเว้นระยะห่างจากแรงดันการเดินเครื่องปกติ เนื่องจากค่าที่เหมาะสมมีเงื่อนไขแตกต่างกันตามข้อกำหนดของอุปกรณ์และกฎหมาย โปรดถือเป็นแนวทางคร่าว ๆ และตรวจสอบเป็นรายกรณี
Q4. เหตุใดปริมาณการเป่าออก (ความสามารถในการปล่อย) จึงสำคัญ
A4. เพราะหากไม่สามารถปล่อยปริมาณที่เกิดขึ้นในภาวะผิดปกติออกได้จนหมด อาจมีความกังวลว่าแรงดันจะไม่ลดลงจนสุด โดยเฉพาะวาล์วนิรภัยของไอน้ำและแก๊ส การเลือกขนาดรูวาล์วที่มีความสามารถในการปล่อยตามที่จำเป็นจึงขาดไม่ได้
Q5. จำเป็นต้องตรวจสอบเป็นระยะหรือไม่
A5. เนื่องจากวาล์วอาจเกิดการรั่วที่บ่าวาล์วหรือการติดขัดตามอายุการใช้งาน จึงแนะนำให้ตรวจสอบการทำงานและบำรุงรักษาเป็นระยะ รอบการตรวจสอบแตกต่างกันตามเงื่อนไขการใช้งานและกฎหมายที่เกี่ยวข้อง
Q6. ชื่อเรียกในหน้างานไม่เหมือนกัน ควรทำอย่างไร
A6. ชื่ออย่าง “รีลีฟวาล์ว” “วาล์วระบายแรงดัน” “วาล์วนิรภัย” มักปะปนกัน วิธีที่แน่นอนคือตรวจสอบจากข้อกำหนด (ชนิดของไหล แรงดันที่ตั้งไว้ ปริมาณการปล่อย กฎหมายที่ใช้บังคับ) ไม่ใช่จากชื่อเรียก
สรุป
วาล์วระบายแรงดันและวาล์วนิรภัยเลือกใช้แยกกันตามความแตกต่างของวัตถุประสงค์ ว่าจะระบายของเหลวอย่างค่อยเป็นค่อยไป หรือปล่อยไอน้ำและแก๊สจำนวนมากในทันที แกนของการตัดสินคือ 3 ประเด็น ได้แก่ “ชนิดของไหลที่ปกป้อง” “ลักษณะการเปิด” และ “ข้อกำหนดตามกฎหมาย” หากจัดระเบียบสิ่งเหล่านี้เป็นเงื่อนไขการออกแบบ จะช่วยลดความลังเลได้
หากคุณประสบปัญหาเช่น “ไม่สามารถตัดสินได้ว่าขนาดรูวาล์วเหมาะสมหรือไม่” “ต้องการหาความสามารถที่จำเป็นจากปริมาณการปล่อยในภาวะผิดปกติ” “ต้องการเลือกสินค้าเทียบเท่าของวาล์วระบายแรงดัน/วาล์วนิรภัยที่ติดตั้งอยู่เดิม” หรือ “ตัดสินข้อกำหนดไม่ได้ว่าเป็นระบบไอน้ำหรือระบบของเหลว” โปรดใช้บริการปรึกษาด้านเทคนิคและการเลือกใช้ของ Yoshitake พร้อมข้อมูลการออกแบบ เช่น ชนิดของไหล แรงดัน อุณหภูมิ และเงื่อนไขการเชื่อมต่อ เราพร้อมสนับสนุนการเลือกข้อกำหนดที่เหมาะสมกับการใช้งานตามเงื่อนไขในทางปฏิบัติ