Pressure Reducling Selection

การเลือกใช้อุปกรณ์ลดแรงดัน

       ในการเลือกอุปกรณ์ลดแรงดันเราจำเป็นต้องศึกษารายละเอียดของวัสดุที่ใช้ทำวาล์ว อัตราแรงดันที่รับได้สูงสุด ขนาด น้ำหนักรวมถึง อัตราส่วนแรงดันที่สามารถลดได้ ซึ่งต้องสัมพันธ์กับของไหลที่ต้องการลดแรงดัน สำหรับของไหลที่ต้องการลดแรงดันเราจำเป็นต้องรู้ดังต่อไปนี่

- แรงดันขาเข้า

- อัตราการไหล (สามารถคำนวณได้จากอุปกรณ์ที่ต่อใช้งานทั้งหมดหรือดูจากหัวข้อ Process Tank)

- ชนิดของของไหลเช่น น้ำ น้ำมัน อากาศ ไอน้ำ เป็นต้น

- แรงดันขาออก

- เสียงที่ยอมรับได้ในกรณีที่มีการกำหนด

          เมื่อเรารู้รายละเอียดของของไหลเราจะสามารถคำนวณหาค่าสัมประสิทธิ์การไหล K_v หรือ C_v เพื่อนำค่าดังกล่าวไปใช้ในการเลือกวาล์วต่อไปตามหัวข้อ Basic Valve Selection ในบางกรณีการเลือกวาล์วอาจสามารถดูได้จากตารางแสดงอัตราการไหลที่ผู้ผลิตทำไวให้ก็ได้

          วาล์วลดแรงดันมีสามารถแบ่งได้เป็นสองประเภทได้แก่วาล์วลดแรงดันแบบควบคุมด้วย Pilot และวาล์วลดแรงดันแบบสามารถทำงานด้วยตัวเอง ซึ่งทั้งสองแบบมีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันดังนั้นในการเลือกใช้วาล์วลดแรงดันจึงควรศึกษาว่าระบบที่ติดตั้งเหมาะสมกับอุปกรณ์แบบใด

       

วาล์วลดแรงดันแบบควบคุมด้วย Pilot

การทำงานของวาล์วแบบควบคุมด้วย pilot

            การเปิดปิดเมนวาล์วจะถูกควบคุมด้วย pilot ซึ่งมีหลายประเภท โดย pilot ด้านขาเข้าจะต่อกับด้านแรงดันสูง และ ขาออกจะต่อเข้ากับไดอะแฟรมของเมนวาล์ว นอกจากนี้ยังมีช่องรับสัญญาณที่ต้องการควบคุม โดย pilot จะเปิดหรือปิดขึ้นอยู่กับสัญญาณที่จับได้ ขณะที่ pilot เปิดของไหลแรงดันสูงจะไหลผ่าน pilot เข้าสู่ไดอะแฟรมที่เมนวาล์วทำให้หน้าวาล์วถูกยกสูงขึ้น และเมื่อ pilot ปิดลงแรงดันที่ไดอะแฟรมจะถูกระบายออกที่ด้านแรงดันต่ำผ่านรู orifice

       

ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความแม่นยำในการควบคุมแรงดันด้านออกเกิดจากปัจจัยดังต่อไปนี้

1. เกิดจากการทำงานของอุปกรณ์ เนื่องจากลักษณะการไหลของของไหล อัตราส่วนแรงดันที่ลดมากเกินไป และผลจากแรงดันย้อนกลับ
2. เกิดจากอัตราการไหลที่ต้องการมีปริมาณน้อยเกินไปทำให้หน้าวาล์วไม่เปิดเนื่องจากแรงดันที่ด้านออกลดลงเพียงเล็กน้อย โดยปกติการทำงานจะแม่นยำในช่วงมากกว่า 5% ของอัตราการไหลสูงสุด
3. การตั้งค่าแรงดันใช้งานทำขณะที่มีอัตราการไหลน้อยกว่า 5 % ของอัตราการไหลสูงสุด
4. เกิดจากมีอัตราการไหลมากกว่าที่วาล์วกำหนดทำให้แรงดันใช้งานลดลงได้เช่นกัน

       

            จากตัวอย่างกราฟแสดงการทำงานของอุปกรณ์ลดแรงดันด้านบนจะเห็นได้ว่าอัตราการไหลที่เหมาะสมจะอยู่ที่ 5 ~ 95 % ของอัตราการไหลสูงสุดที่ทางโรงงานผู้ผลิตกำหนดไว้ ซึ่งถ้าอัตราการไหลอยู่นอกช่วงที่เหมาะสมแรงดันที่ด้านขาออกจะมากหรือน้อยกว่ากำหนดได้

       

การเลือกใช้ Pilot

การเลือกใช้ pilot จะขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานซึ่ง จะมีหลายประเภทได้แก่

- ควบคุมการลดแรงดัน

- ควบคุมอุณหภูมิ

- ควบคุมผลต่างแรงดัน

- ควบคุมแรงดันย้อนกลับ

     

   

วาล์วลดแรงดันแบบควบคุมโดยตรง Direct Action

            การเปิดปิดวาล์วจะถูกควบคุมด้วยแรงสปริงกับแรงดันด้านต่ำที่กระทำต่อไดอะแฟรมโดยถ้าแรงดันด้านต่ำน้อยกว่าแรงดันสปริงไดอะแฟรมจะดันให้หน้าวาล์วเปิด ถ้าแรงดันด้านต่ำมากกว่าแรงดันสปริงไดอะแฟรมจะดึงให้หน้าวาล์วปิดลง โดยปัญหาความแม่นยำในการควบคุมด้วยวิธีดังกล่าวขึ้นอยู่กับสปริงเนื่องจากแรงดันสปริงแปรผันโดยตรงกับระยะกด ดังนั้นเมื่อมีอัตราการไหลมากขึ้นหน้าวาล์วจะต้องเปิดมากขึ้นทำให้สปริงถูกกดน้อยลงส่งผลให้แรงดันสปริงน้อยลงด้วย โดยอัตราส่วนแรงดันที่ลดต่ำลง(Droop off)นี้สามารถดูได้จากกราฟของผู้ผลิตตัวอย่างดังภาพด้านล่าง

ตัวอย่าง การหาขนาดวาล์ว

ที่อัตราการไหลสูงสุดของกระบวนการคำนวณหาค่า Cv ที่ต้องการได้เท่ากับ 3.2

จากสเป็ควาล์วค่า Cv ของวาล์วขนาด ¾” เท่ากับ 3.3

ดังนั้นที่อัตราการไหลสูงสุดวาล์วจะเปิดเท่ากับ

            % การเปิดวาล์ว = (3.2 / 3.3) x 100 = 97 %

จากกราฟถ้าต้องการลดแรงดันในช่วง 10~30 Psi ที่อัตราเปิดสูงสุด 97 % จะเกิดแรงดันตก 11 Psi

การตั้งแรงดันใช้งาน

            จากตัวอย่างด้านบนทำให้เราทราบว่าการควบคุมแรงดันจะขึ้นอยู่กับอัตราการไหลด้วยซึ่งถ้าอัตราการไหลเพิ่มขึ้นแรงดันตกจะมากขึ้นด้วยเช่นกัน ดังนั้นในการตั้งอุปกรณ์ลดแรงดันประเภทดังกล่าวจึ่งสามารถแบ่งได้เป็นสองวิธีได้แก่ตั้งตั้งขณะไม่มีการใช้งาน และ การตั้งขณะมีการใช้งาน ดังแสดงได้ดังนี้

ตัวอย่าง

จากตัวอย่างด้านบนถ้าต้องการลดแรงดันเหลือ 20 psi ที่อัตราการใช้น้ำตามตัวอย่างจะได้ผลลัพธ์ดังนี้

การตั้งขณะไม่มีการใช้งาน แรงดันขณะใช้งานจะเท่ากับ 20 – 11 = 9 psi

การตั้งขณะมีการใช้งาน แรงดันขณะไม่มีการใช้งานจะเท่ากับ 20 + 11 = 31 psi

       

การติดตั้งอุปกรณ์ลดแรงดัน

การติดตั้งเมนวาล์วของไหลที่อัดตัวได้ (ไอน้ำ และ อากาศ)

1. ตำแหน่งติดตั้งอุปกรณ์ต้องติดบริเวณท่อตรงไม่มีข้องอและอยู่ในแนวระนาบขนานกับพื้นโดยมีระยะทางตามที่กำหนดดังนี้

ด้านขาเข้า อย่างน้อย 10 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

ด้านขาออก อย่างน้อย 20 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

สำหรับท่อ by-pass ให้ต่อติดกับข้อต่อขยายดังรูปด้านล่าง

    2. ตำแหน่งติดตั้งต้องมีพื้นที่เพียงพอสำหรับทำการบำรุงรักษาและควรอยู่ห่างกำแพงประมาณ 1 เมตร เพื่อลดปัญหาเสียงดังขณะใช้งาน

    3. ต้องติดตั้ง steam trap หรือ Water trap ก่อนเข้าอุปกรณ์ลดแรงดันเพื่อป้องกันการเกิด water hammer

    4. ต้องติดตั้ง strainer ก่อนเข้าอุปกรณ์ลดแรงดันเพื่อป้องกันเศษและสิงปนเปื้อนที่มากับของไหล

    5. จัดเตรียมวาล์วสำหรับต่อ by-pass เพื่อใช้สำหรับการซ่อมบำรุง

    6. เพื่อลดปัญหาด้านเสียง ที่ด้านขาออกจะต้องขยายท่อให้ใหญ่ขึ้นเพื่อให้เหมาะสมกับความเร็วของของไหลที่อัดตัวได้ โดยท่อที่ขยายจะต้องเพิ่มขึ้นทีละน้อยและเป็นแบบร่วมศูนย์

    7. ให้ติดตั้ง Pressure gauge ด้านเข้าและออกเพื่อใช้ตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์ลดแรงดัน

    8. ในกรณีแรงดันสูงสุดที่ระบบสามารถรับได้น้อยกว่าแรงดันขาเข้าอุปกรณ์ลดแรงดันให้ติดตั้ง Safety Valve ด้วยเพื่อป้องกันความเสียหายในกรณีที่อุปกรณ์ลดแรงดันทำงานขัดข้อง

    9. การหุ้มฉนวนรอบวาล์วจะลดการถ่ายเทความร้อนกับอากาศ และช่วยลดเสียงได้ประมาณ 3~6 เดซิเบล

  10. ในกรณีต้องต่อท่อส่งสัญญาณแรงดันระหว่าง Pilot กับท่อด้านขาออกให้ใช้ท่อขนาด ¼ โดยตำแหน่งที่ท่อควรมีระยะอย่างน้อย 4 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อหลักเพื่อหลีกเลี่ยงบริเวณที่ไอน้ำมีความปั่นป่วน และจุดเชื่อมต่อต้องไม่อยู่ด้านล่างของตัวท่อเพื่อป้องกันผลกระทบจากน้ำคอนเดนเซท

        

การติดตั้งเมนวาล์วของไหลที่อัดตัวไม่ได้ (น้ำ)

1. ตำแหน่งติดตั้งอุปกรณ์ต้องติดบริเวณท่อตรงไม่มีข้องอและอยู่ในแนวระนาบขนานกับพื้น
2. ตำแหน่งติดตั้งต้องมีพื้นที่เพียงพอสำหรับทำการบำรุงรักษา
3. ต้องติดตั้ง strainer ก่อนเข้าอุปกรณ์ลดแรงดันเพื่อป้องกันเศษและสิงปนเปื้อนที่มากับของไหล
4. จัดเตรียมวาล์วสำหรับต่อ by-pass เพื่อใช้สำหรับการซ่อมบำรุง
5. ให้ติดตั้ง Pressure gauge ด้านเข้าและออกเพื่อใช้ตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์ลดแรงดัน
6. ในกรณีแรงดันสูงสุดที่ระบบสามารถรับได้น้อยกว่าแรงดันขาเข้าอุปกรณ์ลดแรงดันให้ติดตั้ง Relief Valve ด้วยเพื่อป้องกันความเสียหายในกรณีที่อุปกรณ์ลดแรงดันทำงานขัดข้อง

     

รูปแบบการติดตั้งอุปกรณ์

การติดตั้งแบบตัวเดียว

1. สำหรับของไหลที่อัดตัวได้ อัตราส่วนการลดแรงดันจะต้องไม่น้อยกว่า 1/10 เท่า หรือ อัตราส่วนการขยายปริมาตรต้องไม่มากกว่า 3 เท่า
2. สำหรับของไหลที่อัดตัวไม่ได้ อัตราส่วนการลดแรงดันจะต้องไม่น้อยกว่า 1/3 เท่า หรือ อยู่ในช่วง Cavitation Zone ตามสเป็คที่ผู้ผลิตกำหนด

การติดตังสองตัวแบบขนาน

1. สามารถทำได้ในกรณีที่อัตราการไหลของวาล์วหลักไม่เพียงพอ
2. ในกรณีที่มีการใช้งานต่ำกว่า 10 % ของอัตราการไหลวาล์วหลักอาจต่อวาล์วตัวเล็กกว่าเพื่อให้ทำงานในช่วงดังกล่าว โดยในการตั้งค่าแรงดันจะให้วาล์วเล็กทำงานก่อนโดยแรงดันสูงกว่าประมาณ 5 psi

การติดตังสองตัวแบบอนุกรม

กรณีที่การลดแรงดันของไหลที่อัดตัวได้มีสัดส่วนการขยายปริมาตรมากกว่า 3 เท่า หรือ กรณีของไหลที่อัดตัวไม่ได้การลดแรงดันอยู่ในช่วง Cavitation Zone จะเกิดเสียงดังอาจทำการลดเป็นสองครั้งก็ได้