ขนาดของท่อไอน้ำ (Pipe Sizing)

เมื่อมีการกำหนดความดันที่จำเป็นของระบบขึ้นมา ทำให้ท่อต้องมีขนาดที่ถูกต้อง  ถ้าท่อมีขนาดเล็กเกินไป  ก็มีไอน้ำไม่เพียงพอที่จะส่งความดันให้สูงเพียงพอที่จะผ่านเข้าไปในกระบวนการ  แต่ถ้าท่อมีขนาดใหญ่มากเกินไปก็จะทำให้การสูญเสียความร้อนที่พื้นผิวเพิ่มมากขึ้น  ไม่ว่าขนาดของท่อจะเล็กหรือใหญ่ไปก็ตามจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบโดยรวมต่ำลง  ขนาดของท่อไอน้ำที่เหมาะสม  หมายถึงการเลือกท่อที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อให้มีความดันสูญเสียในท่อ (Pressure Drop) ต่ำสุดระหว่างหม้อไอน้ำและผู้ใช้ไอน้ำ

หลายปีที่ผ่านมาผู้ออกแบบและวิศวกรจะใช้ “วิธีปฏิบัติแบบอาศัยความชำนาญ” (Rule of Thumb)  เพื่อกำหนดขนาดของท่อสำหรับการใช้ประโยชน์โดยเฉพาะ  กฎเกณฑ์เหล่านี้ได้รับการประเมินผลจากสถานการณ์จริงและโดยทั่วๆ ไปก็ยังเป็นกฎเกณฑ์ที่ใช้ได้ดีอยู่

วิธีที่ง่ายที่สุดคือ  การคำนวณอัตราความเร็ว (Velocity) ของไอน้ำในท่อเพื่อหาอัตราการไหลของน้ำ  ข้อมูลที่ต้องการก็เพียงปริมาตรจำเพาะของไอน้ำ (Spcific Volume of Steam)  สำหรับความดันของการจ่ายไอน้ำที่ใช้  ข้อมูลเหล่านี้สามารถหาได้จากตารางไอน้ำ องค์ประกอบอื่น ๆ ที่จำเป็นต้องมีคือ คุณภาพของไอน้ำ ไม่ว่าจะเป็นไอน้ำเปียก (Wet)  หรือไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (Superheated) ก็ตาม สำหรับไอน้ำเปียก (Wet Steam) จะมีหยดน้ำซึ่งเป็นสาเหตุทำให้เกิดความเสียหายและเกิดการกัดกร่อน  เมื่อหยดน้ำเหล่านี้ไปกระทบกับผนังท่อที่จุดโค้งงอหรือที่วาล์วและข้อต่อต่าง ๆ ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (Superheat Steam)  จะไม่มีหยดน้ำและไม่มีแม้แต่การควบแน่นออกมาจากท่อ  ดังนั้น ท่อจึงไม่เกิดความเสียหายจากหยดน้ำทำให้ท่อสามารถใช้งานที่ความเร็วสูงได้

แนวทางการปฏิบัติมีดังต่อไปนี้

  • อัตราความเร็วของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง  =  50-70  เมตร/วินาที
  • อัตราความเร็วของไอน้ำอิ่มตัว  =  30-40  เมตร/วินาที
  • อัตราความเร็วของไอน้ำเปียกหรืออัตราความเร็วของไอเสีย  =  20-30  เมตร/วินาที

หลายปีมานี้มีแผนภูมิและตารางคำนวณค่ามากมายที่เผยแพร่ออกมาเพื่อใช้หาค่าความดันตกในระบบการจ่ายไอน้ำ  และถึงแม้ว่าในปัจจุบันวิธีการเหล่านี้สามารถใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์มาช่วยได้แล้วก็ตาม  ผลที่ได้รับออกมาก็ยังเกี่ยวข้องกับช่วงความแตกต่างของอัตราความเร็ว (Velocity Bands)  ซึ่งแผนภูมิและตารางคำนวณนี้ไม่เหมาะสมที่จะใช้สำหรับไอน้ำที่ความดันต่ำมาก (ต่ำกว่า 1.0 บาร์)  และสำหรับไอน้ำที่ความดันสูงมาก (สูงกว่า 20.0 บาร์)  แนวทางนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อให้นำไปใช้ประโยชน์ในเชิงอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์  ซึ่งมีความดันไอน้ำโดยปกติจะอยู่ระหว่าง 3.0 บาร์ถึง 17.0 บาร์

ตามที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นว่า เหตุผลที่จะต้องคำนึงถึงเรื่องของเส้นผ่าศูนย์กลางของท่องานก็คือ ต้องการลดค่าใช้จ่ายในการลงทุนและพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อนให้น้อยที่สุด  การใช้ท่อที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 75 มม.  แทนท่อที่มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 50 มม.  จะเพิ่มค่าใช้จ่ายในการลงทุนของท่อและการหุ้มฉนวนประมาณ 50%  ซึ่งเป็นตัวอย่างที่ค่าใช้จ่ายเป็นสัดส่วนโดยตรงต่อขนาดของเส้นผ่าศูนย์กลางของท่อ เป็นต้น  เช่นเดียวกันกับการสูญเสียความร้อนจากท่อก็เป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นผิวภายนอกของท่อเช่นเดียวกัน  ซึ่งก็หมายความว่าการสูญเสียความร้อนก็จะเพิ่มขึ้น 50% เมื่อเพิ่มขนาดท่อ

ท่อที่มีขนาดเล็กเกินไป   ——>  การต้องการความดันก็สูงขึ้น
                                    ——>  การสูญเสียจากการรั่วไหลก็มากขึ้น
ท่อที่มีขนาดใหญ่เกินไป  ——>  การสูญเสียที่พื้นผิวมากขึ้น
Tagged with: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,
Posted in ระบบงานท่อ boiler, ระบบหม้อไอน้ำ boiler