Level Controls and Alarms for Steam Boilers
หม้อไอน้ำจะออกแบบระดับน้ำที่เหมาะสม (Normal water level: NWL) โดยการออกแบบจะควบคุมความสูงของช่องว่างน้อยที่สุดเหนือผิวน้ำที่ยอมรับได้เพื่อไม่ให้น้ำหลุดออกจากหม้อไอน้ำพร้อมกับไอ เมื่อน้ำส่วนหนึ่งระเหยกลายเป็นไอระบบจะทำการเติมน้ำเข้ามาเพื่อชดเชยส่วนที่ขาดหายไป ถ้าระดับน้ำภายในหม้อไอน้ำลดลงอาจทำให้ความร้อนภายในหม้อสูงจนอาจก่อให้เกิดการระเบิดได้นั้นจึงเป็นเหตุผลที่ระบบจะต้องมีระบบควบคุมและสามารถดูระดับน้ำภายในหม้อได้ และถ้าตรวจพบว่าระดับน้ำต่ำกว่าที่กำหนดระบบจะต้องหยุดการทำงาน
วาล์วหลอดแก้ว (water level indication)
เป็นอุปกรณ์หนึ่งสำหรับหม้อไอน้ำซึ่งใช้ในการดูระดับน้ำในหม้อไอน้ำ เนื่องจากน้ำภายในหม้อไอน้ำมีแรงดันและความร้อนสูงดังนั้นจึงต้องมีการป้องกันหลอดแก้วแตก โดยปกติอาจออกแบบปลอกเหล็กหุ้มหรือแท่งเหล็กเพื่อป้องกันหลอดแก้ว ในกรณีที่หม้อไอน้ำแรงดันสูงจะใช้เป็นแท่งแก้วแทนก็ได้
เป็นไปไม่ได้ที่จะสามารถบอกระดับน้ำในหม้อไอน้ำได้อย่างแน่นนอนเนื่องจากผิวน้ำมีการเดือดมีฟองของไอน้ำจำนวนมาก ดังนั้นระดับน้ำที่เห็นในหลอดแก้วจึงเป็นระดันน้ำต่ำสุด ไม่ใช้ระดับน้ำเฉลี่ยที่เกิดขึ้นจริงในหม้อไอน้ำ ความแตกต่างของระดับของเหลวจะขึ้นอยู่กับ ปริมาณไอน้ำที่ผลิต ตำแหน่งและความสูงของหลอดแก้วที่ติดกับหม้อไอน้ำ ปริมาณเคมีที่อยู่ในน้ำ และ ขนาดของหม้อไอน้ำ
การเปลี่ยนแปลงระดับน้ำขณะเครื่องทำงาน
ที่การทำงานสูงสุดของหม้อไอน้ำ น้ำภายในจะมีการหมุนเวียนเกิดขึ้นตามแนวยาวของหม้อไอ้น้ำโดยกระแสน้ำจะขึ้นบริเวณด้านหน้าด้านหลังและแนวกลางตลอดความยาวของหม้อไอน้ำ (บริเวณท่อไฟ) ส่วนกระแสน้ำไหลลงจะพบบริเวณด้านข้าง โดยไอน้ำจะเกิดส่วนใหญ่ที่บริเวณกระแสน้ำขึ้น ดังนั้นตำแหน่งในการติดตั้งหลอดแก้วจะมีผลต่อระดับน้ำในหลอดแก้วด้วยดังภาพด้านล่าง
ขณะเครื่องหยุดการทำงานหรือขณะโหลดต่ำระดับน้ำทั้งหมดเท่ากัน
เครื่องเปลี่ยนการทำงานจากโหลดน้อยมาที่มากทันที ปริมาณน้ำเท่ากับช่วงโหลดน้อยแต่ระดับน้ำที่วัดได้ไม่เท่ากัน
ขณะเครื่องทำงานที่ตำแหน่งโหลดมากอย่างต่อเนื่อง ระดับน้ำในหม้อต้มและหลอดแก้วลดลง
ขณะที่โหลดของเครื่องลดน้อยลง อัตราการเดือดน้อยลง ระดับน้ำในหม้อไอน้ำลดลง สัญญาณเตือนอาจดังได้
เมื่อโหลดคงที่ระบบมีการเติมน้ำระดับน้ำจะสูงขึ้น ตัวควบคุมแบบ External chamber Low Conn. และแบบ long length protection tube สามารถอ่านค่าระดับน้ำได้อย่างถูกต้อง
การควบคุมระดับน้ำในหม้อไอน้ำ Level Control
เพื่อให้แน่ใจว่าระดับน้ำภายในหม้อไอน้ำอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้อง จึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์ควบคุม สำหรับมาตรฐานหม้อไอน้ำจะมีอุปกรณ์ควบคุมระดับน้ำจำนวนสองตัวประกอบด้วย
- High Water Alarm สำหรับป้องกันน้ำท่วมเข้าสู่ระบบไอน้ำ โดยระบบจะหยุดจ่ายน้ำถ้าระดับน้ำอยู่สูงกว่ากำหนด
- Low Water Alarm สำหรับป้องกันอันตราย โดยระบบจะหยุดการเผาไหม้ ถ้าระดับน้ำต่ำกว่ากำหนด
การควบคุมระดับของเหลวภายในหม้อไอน้ำสามารถทำได้สองวิธีได้แก่
Probe controls - อาศัยการนำไฟฟ้า
Float controls - อาศัยกลไกของลูกลอย
Probe Type Level Controls
การทำงานจะอาศัยการนำไฟฟ้าโดยมีวงจรดังรูปด้านล่าง ซึ่งโพรพอาจมีก้านอิเล็กโทรดมากกว่าหนึ่งแท่งก็ได้แล้วแต่ระบบควบคุม โดยปกติ จะเป็น เปิด-ปิด
Capacitance Probes
อาศัยความสามารถในการเก็บประจุโดยโพรพจะประกอบด้วยโลหะสองชั้นถ้าโลหะทั้งสองชิ้นแช่ในน้ำมากความสามารถในการเก็บประจุก็จะมาก แต่ถ้าโพรพแช่น้ำน้อยความสามารถในการเก็บประจุก็จะน้อยไปด้วย(การทำงานคลายกับแบตเตอรี่รถยนต์) ดังนั้นระบบควบคุมจะสามารถวัดระดับน้ำในถังได้ว่าอยู่สูงเท่าใด
Float Type Level Controls
การทำงานจะอาศัยลูกลอยโดยมีกลไกลสำหรับเปิด-ปิดสวิทช์ที่ด้านบนดังรูปด้านล่าง
 |  | ||
ระบบควบคุมจะสั่งให้ปั๊มทำงานเพื่อเติมน้ำเข้าหม้อต้มเมื่อระดับน้ำต่ำถึงจุดที่กำหนดและจะหยุดเติมน้ำเมื่อระดับน้ำสูงถึงจุดที่กำหนด ตามมาตรฐาน UK ถ้าหม้อไอน้ำขนาดไม่เกิน 8,000 kg/h สามารถใช้การควบคุมแบบ เปิด-ปิดได้ อย่างไรก็ตามการควบคุมแบบเปิด-ปิดไมได้รับความนิยมมากนักเนื่องจากเมื่อปั๊มทำงานน้ำเย็นที่เข้ามาในหม้อต้มจะทำให้แรงดันในหม้อลดลง ซึ่งเป็นสาเหตุให้ระบบเผาไหม้ต้องทำงานเปิดปิดบ่อยครั้ง
เป็นอีกวิธีในการควบคุมระดับน้ำภายในหม้อไอน้ำโดยการเติมน้ำจะถูกควบคุมด้วย Controller โดยอุปกรณ์ควบคุมจะรับสัญญาณจากโพรพและส่งสัญญาณไปยังวาล์วเพื่อเร่งหรี่ การเติมน้ำ โดยลักษณะการเติมเป็นแบบตลอดเวลา
สำหรับวิธีการควบคุมแบบเร่งหรี่ เพื่อป้องกันความร้อนที่ปั๊มสูงอันเนื่องจากแรงดันย้อนกลับซึ่งเกิดจากการทำงานของวาล์วควบคุมจึงต้องเดินท่อบายพาสน้ำส่วนเกินกลับเข้าสู่ฟีดแท็งก์โดยใช้วาล์วหรือ Orifice plate ควบคุมก็ได้
Two Element Water Level Control
สำหรับระบบควบคุมแบบ single element proportional ระดับน้ำจะถูกควบคุมให้อยู่ระหว่างระดับต่ำสุดกับสูงสุด แต่ในกรณีที่แรงดันในถังเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเนื่องจากมีโหลดมาก น้ำที่มีแรงดันสูงจะขยายตัวน้ำบางส่วนกลายเป็นไอแต่ระดับของเหลวไม่เปลี่ยนแปลงดังนั้นวาล์วควบคุมการจ่ายน้ำเข้าจึงไม่เปิด ดังนั้นจึงมีการควบคุมแบบ Two element โดยการติดตั้งมิเตอร์วัดอัตราการไหลของไอน้ำเพื่อนำมาวิเคราะห์ร่วมด้วย ดังนั้นในกรณีที่มีโหลดเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ววาล์วควบคุมการจ่ายน้ำเข้าจะเปิดให้น้ำเข้ามาในหม้อไอน้ำ
โดยทั่วไปหม้อไอน้ำที่มีขนาดน้อยกว่า 7,000 kg/h จะควบคุมด้วยระบบ on/off สำหรับหม้อไอน้ำที่ใหญ่กว่านี้จะควบคุมแบบ modulating ซึ่งถ้าหม้อไอน้ำมีขนาดมากกว่า 16,000 kg/h และมีการเปลี่ยนแปลงโหลดมากกว่า 25% บ่อย ๆ จะใช้สัญญาณแบบ two elements
สัญญาณเตือนระดับน้ำ
ระดับน้ำต่ำ
เมื่อระบบทำงานผิดปกติมีการเตือนระดับน้ำต่ำกว่าที่กำหนดเครื่องจะหยุดการทำงาน สาเหตุที่ระดับน้ำต่ำอาจมาจากไม่มีน้ำใน feed tank ปั๊มน้ำเสีย ท่อส่งน้ำแตกหักเสียหาย หรือระบบควบคุมระดับน้ำมีปัญหา ซึ่งถ้าระบบไม่หยุดการทำงานของเครื่องอาจทำให้หม้อไอน้ำเกิดการระเบิดขึ้นได้ ในกรณีที่น้ำต่ำกว่าที่กำหนดท่อไฟจะพ้นมาเหนือน้ำ เมื่อไม่มีน้ำมาระบายความร้อนท่อจะร้อนเกินขีดจำกัดเกิดการแอนตัวและแตกหักในที่สุด เมื่อท่อไฟรั่วแรงดันไอน้ำจำนวนมากจะดันออกมาจากรูรั่วทำให้เกิดการระเบิดขึ้น โดยทั่วไปการเตือนแบ่งออกเป็นสองระดับได้แก่
- 1st low level alarm ระบบหยุดการทำงานของหัวพ่นไฟและส่งเสียงเตือนแต่ระบบสามารถทำงานได้อีกครั้งถ้าระดับน้ำเพิ่มสูงขึ้น
- 2nd low level alarm (often called lockout).ระบบหยุดการทำงานของหัวพ่นไฟและส่งเสียงเตือน เมื่อระดับน้ำกลับมาสูจุดปกติระบบยังไม่สามารถทำงานได้ จนกว่าพนังงานควบคุมจะตรวจสอบจนแน่ใจว่าทุกอย่างได้รับการแก้ไขเรียบร้อยจึ่งทำการ เปิดเครื่องอีกครั้งหนึ่งระบบจึงสามารถทำงานได้อีกครั้ง
ระบบจะหยุดการทำงานของปั๊มน้ำเข้า โดยปกติจะมีหนึ่งหรือสองจุดก็ได้ การที่ระดับน้ำเกินอาจก่อให้เกิดอันตรายไม่มากแต่ก็ไม่สามารถเพิกเฉยได้ ผลของการที่ระดับน้ำมากได้แก่
- ทำให้เกิด carryover ระบบท่อและอุปกรณ์ไอน้ำจะมีคราบเคมีและก่อให้เกิดการผุกร่อนได้
- เนื่องจากไอเปียกไม่บริสุทธิ์เมื่อนำไปฉีดใส่อาหารอาจทำให้เกิดสารปนเปื้อนได้
- เมื่อมีน้ำปนกับไอน้ำค่าพลังงานความร้อนที่ได้จะลดลงทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลงไปด้วย
- น้ำที่ปนอาจก่อให้เกิดค้อนน้ำสร้างความเสียหายให้กับระบบได้
การติดตั้งระบบสัญญาณเตือน
ถ้าระบบมีการติดตั้งตัวควบคุมระดับน้ำใหม่เมื่อระดับน้ำแตะโพรพอันล่างสุดทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันอย่างรวดเร็วระบบควบคุมจะเข้าใจว่าระดับน้ำอยู่ต่ำกว่าทีกำหนดระบบควบคุมจะหยุดระบบเผาไหม้และจะมีเสียงเตือนซึ่งถือเป็นเรื่องปกติของการติดตั้ง
ในบางมาตรฐานอาจกำหนดให้ติดตั้งระบบควบคุมระดับน้ำสองจุด โดยจุดที่หนึ่งจะส่งสัญญาณควบคุมเปิด-ปิด และ เตือนระดับน้ำต่ำตำแหน่งที่หนึ่ง ส่วนจุดที่สองจะส่งสัญญาณเตือนระดับน้ำต่ำตำแหน่งที่สอง และ ระดับน้ำสูง
Probe Controls Type
| | |
| ด้านข้างของหม้อแนวนอน | ด้านข้างของหม้อแนวตั้ง |
| | |
| ด้านหน้าของหม้อแนวนอน | ด้านหน้าบริเวณท่อน้ำสำหรับหม้อไอน้ำแบบ water tube |
สำหรับการติดตั้งระบบควบคุมระดับน้ำภายในหม้อไอน้ำ โดยส่วนใหญ่จะต้องติดกระบอกกันโพรพซึ่งมีขนาดประมาณ 80 mm และ 100 mm สำหรับการติดโพรพสองอัน โดยการติดโพรพจะต้องติดตั้งให้อยู่บริเวณกึ่งกลาง ความยาวของกระบอกกันโพรพส่วนใหญ่จะยื่นอยู่ระหว่างกึ่งกลางท่อไฟ ตำแหน่งของโพรพจะต้องหางจากหัวท้ายของหม้อไอน้ำอย่างน้อย 1 m เพื่อป้องกันอิทธิพลของกระแสน้ำ เพื่อป้องกันการอ่านค่าผิดพลาดจากฟองของไอน้ำท่อที่นำมาใช้จะต้องปิดปลายด้านล่าง และ เจาะรูด้านบนและล่างเพื่อให้น้ำเข้ามาในโพรพได้
สำหรับหม้อไอน้ำสมัยใหม่นิยมใช้ไฟฟ้าในการควบคุมทั้งหมด โดยใช้รูปแบบติดตั้งโพรพภายในเนื่องจากราคาถูกกว่าการติดตั้งภายนอก นอกจากนี้ยังหมดปัญหาการซ่อมบำรุงวาล์วด้วย
Float Controls Type
ตำแหน่งการติดตั้งวาล์วควบคุมระดับน้ำแบบลูกลอยจะติดที่บริเวณด้านข้างของหม้อไอน้ำโดยช่องเติมน้ำจะต้องห่างจากโพรพเพื่อป้องกันผลกระทบในการวัดระดับน้ำภายในหม้อไอน้ำ
การติดตั้งวาล์วควบคุมระดับน้ำแบบลูกลอยในช่องพักที่ติดด้านข้างหม้อไอน้ำ ช่องพักจะมีขนาดเท่าลูกลอย ในบางที่อาจติดตั้งที่ผิวถังของหม้อไอน้ำโดยตรงซึ่งกระบอกสำหรับกันน้ำกระแทกกับลูกลอยจะติดกับถังเช่นเดียวกันโดยอาจติดตายหรือแบบถอดได้ แต่ทั้งหมดต้องมั่นใจว่าลูกลอยจะไม่เสียหายและสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างถูกต้อง
