steam traps (กับดักไอน้ำ)

การเดินเครื่องอุปกรณ์ใช้ไอน้ำชนิดต่างๆ เช่น เครื่องให้ความร้อน เครื่องอบแห้ง ถังให้ความร้อน เครื่องปั๊มด้วยความร้อน เครื่องปรับอากาศร้อน ฯลฯ อย่างมีประสิทธิภาพสูงเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูง จะต้องจ่ายไอน้ำที่มีคุณภาพสูง กล่าวคือ ไอน้ำที่มีความดัน (อุณหภูมิ) คงที่และมีความแห้งสูง ให้แก่อุปกรณ์เหล่านั้น พร้อมกับระบายของผสมอิ่มตัวที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์อย่างรวดเร็ว เพื่อรักษาอุณหภูมิอิ่มตัวที่ความดันไอน้ำอิ่มตัวภายในอุปกรณ์ให้คงที่ นอกจากนี้จะต้องพยายามรวบรวมของผสมอิ่มตัวในท่อซึ่งกลายเป็นกระแสของไหลสองสถานะให้รวมอยู่ที่จุดเดียวเท่าที่จะทำได้ และระบายออกอย่างรวดเร็วโดยอัตโนมัติโดยไม่ให้ไอน้ำรั่ว อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ดังกล่าวนี้ืคือ กับดักไอน้ำ (Steam Traps) หรือเรียกว่า วาล์วอัตโนมัติชนิดหนึ่งนั่นเอง

หน้าที่ของกับดักไอน้ำมีดังต่อไปนี้

1)  ระบายของผสมอิ่มตัวที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์ไอน้ำต่าง ๆ และในท่อออกอย่างรวดเร็ว

2)  กำจัดก๊าซที่ไม่ควบแน่น เช่น อากาศ ออกให้หมด

3)  ต้องไม่มีไอน้ำรั่ว

ประเภทของกับดักไอน้ำ

กับดักไอน้ำที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันแบ่งตามหลักการทำงานได้เป็น กับดักไอน้ำเชิงกล กับดักแบบเทอร์โมสเตติก และกับดักแบบเทอร์โมไดนามิกส์

กับดักไอน้ำเชิงกล

กับดักไอน้ำเชิงกลจะใช้แรงลอยตัวของถ้วยหรือลูกลอย เช่น ทรงกลมกลวง ที่เกิดจากผลต่างความหนาแน่นระหว่างไอน้ำกับ Drain ในการเปิดปิดวาล์วโดยตรง เนื่องจากหลักการทำงานจะขึ้นอยู่กับ Drain โดยตรง จึงมีความเชื่อถือได้สูงที่สุด เหมาะกับ Drain recovery line ที่มี Back pressure ค่อนข้างสูง กับดักแบบนี้แบ่งเป็นแบบถ้วยกับแบบลูกลอย แต่แบบลูกลอย (แบบปิดสนิท แบบหงาย) จะมีจุดอ่อนคือ ไม่สามารถไล่อากาศออกได้ ดังนั้น กับดักลูกลอยแบบปิดสนิทและแบบหงายจะต้องติดตั้งวาล์วไล่อากาศอัตโนมัติเสริมด้วย

กับดักไอน้ำแบบลูกลอยติดคาน

ใช้แรงลอยตัวของลูกลอยแบบปิดสนิท คานจะไปขยับวาล์วเพื่อเปิดปิด Valve seat กับดักแบบนี้โดยโครงสร้างแล้วอาจมีการสึกหรอของกลไกคาน หรือเกิดการเปลี่ยนรูปหรือความเสียหายเนื่องจากแรงกระแทกของ Water hammer หรือ Valve seat ไม่ตรง เป็นต้น แต่โดยทั่วไปจะมีอายุการใช้งานยืนยาว มีความเชื่อถือได้สูง และนิยมใช้กันทั่วไป

รูป กับดักไอน้ำแบบลูกลอยติดคาน

กับดักไอน้ำแบบลูกลอยอิสระ

ไม่มีกลไกคาน ตัวลูกลอยซึ่งปิดสนิทจะทำหน้าที่เป็นวาล์วในการเปิดปิด Valve seat กับดักไอน้ำแบบนี้โดยโครงสร้างแล้วจะเกิดความเสียหายทางกลได้น้อย และมีความเชื่อถือได้สูง จุดที่ต้องระมัดระวังได้แก่ ต้องไม่ให้พื้นผิวของลูกลอยสกปรกหรือมีสิ่งแปลกปลอมเกาะอยู่ นอกจากนี้ กับดักแบบนี้ยังสามารถระบาย Drain ออกอย่างต่อเนื่องได้อีกด้วย

รูป กับดักไอน้ำแบบลูกลอยอิสระ

กับดับไอน้ำแบบถ้วยหงาย 

จะมีวาล์วอยู่ที่ปลายก้านวาล์วซึ่งยึดตายตัวกับกลางถ้วย ถ้วยจะเคลื่อนที่ขึ้นลงด้วยแรงลอยตัวที่ขึ้นอยู่กับปริมาณของ Drain ที่ไหลเข้ามาในถ้วย และทำการเปิดปิด Valve seat กับดักไอน้ำแบบนี้โดยโครงสร้างจะมีข้อดี คือ มีไอน้ำรั่วน้อย แต่บางครั้งแม้จะมีอากาศอยู่วาล์วก็ปิดได้ จึงต้องติดตั้งร่วมกับชุดไล่อากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การไล่อากาศขณะที่เริ่มเดินเครื่องเป็นเรื่องที่สำคัญ

รูป กับดับไอน้ำแบบถ้วยหงาย

กับดักไอน้ำแบบถ้วยคว่ำ  

โดยมากจะมีโครงสร้างที่ไม่ยึดวาล์วตายตัวกับถ้วย แต่จะห้อยด้วยคานแบบ Overhang วาล์วจะติดตั้งกับคาน ไอน้ำในถ้วยจะระบายออกทางรู Vent hole เล็กๆ ที่ส่วนบนสุดแล้วไปควบแน่น กับดักไอน้ำแบบนี้มีข้อดีคือ ไม่ต้องมีวาล์วไล่อากาศขณะที่เริ่มเดินเครื่องเหมือนกับกับดักไอน้ำแบบถ้วยหงาย

รูป กับดักไอน้ำแบบถ้วยคว่ำ

กับดักไอน้ำแบบเทอร์โมสเตติก

กับดักไอน้ำแบบเทอร์โมสเตติกแบ่งเป็นแบบไอน้ำขยายตัว (เบลโลวส์) แบบของเหลวขยายตัว และแบบโลหะสองชนิด ทุกแบบใช้หลักการทำงานด้วยการขยายตัวของก๊าซหรือของเหลวหรือการเปลี่ยนรูปร่างของโลหะเนื่องจากการเปลี่ยนอุณหภูมิ ดังนั้นการทำงานจึงเชื่องช้า วัตถุประสงค์การใช้งานหลักได้แก่ ใช้ในอุปกรณ์ที่มีความดันและอุณหภูมิค่อนข้างต่ำ เช่น ระบบปรับอากาศร้อนหรือ Steam trace line เป็นต้น โดยทั่วไปไม่ค่อยใช้ในอุปกรณ์ไอน้ำอุตสาหกรรม

รูป กับดักไอน้ำแบบไอน้ำขยายตัว

รูป กับดักไอน้ำแบบโลหะสองชนิด

กับดักไอน้ำแบบเทอร์โมไดนามิกส์

กับดักไอน้ำแบบนี้ ใช้ความแตกต่างของสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ระหว่างไอน้ำและ Drain ทำการเปิดปิดวาล์วด้วยการเปลี่ยนแปลงความดันของกระแสของไหล ตัวอย่างที่สำคัญได้แก่ กับดักไอน้ำแบบจานและแบบ Impulse กับดักไอน้ำแบบจานจะใช้ตัวจานเป็นวาล์ว เมื่อมี Drain ไหลเข้ามาความดันจะยกจานขึ้นให้ระบายออกไป

รูป กับดักไอน้ำแบบจาน

การเลือกใช้กับดักไอน้ำ

ในการเลือกใช้กับดักไอน้ำ ก่อนอื่นต้องตรวจสอบคุณลักษณะภาระไอน้ำและปริมาณภาระของอุปกรณ์ที่จะติดตั้งกับดักไอน้ำ แล้วเลือกประเภทและขนาดของกับดักไอน้ำที่เหมาะสม โดยทั่วไปอุปกรณ์ของกระบวนการที่ใช้งานต่อเนื่องจะมีการเปลี่ยนแปลงของภาระน้อย แต่ในอุปกรณ์ของกระบวนการแบบ Batch นั้น ทุกครั้งที่เริ่มเดินเครื่องจะต้องไล่อากาศและระบาย Drain ออกจำนวนมากอย่างรวดเร็ว ดังนั้น จึงต้องเลือกประเภทและขนาดของกับดักไอน้ำให้มีความสามารถในการระบายสอดคล้องกับเงื่อนไขดังกล่าว ในทำนองเดียวกัน เมื่อท่อส่งไอน้ำหยุดทำงานอยู่แล้วต้องการจะเริ่มเดินเครื่องต่อ จะเกิด Drain ขึ้นจำนวนมากเพื่อให้ความร้อนท่อให้ถึงอุณหภูมิใช้งาน ดังนั้น จึงต้องเลือกใช้กับดักไอน้ำให้เหมาะสมเพื่อระบาย Drain ออกอย่างรวดเร็วและไม่ให้เกิดความเสียหายจากค้อนน้ำ (Water hammer)

นอกจากนี้ กับดักไอน้ำแต่ละประเภทยังมีช่วง Back pressure tolerance แตกต่างกัน ในการเลือกใช้กับดักไอน้ำ จึงต้องระมัดระวังเรื่อง Back pressure tolerance นี้เป็นพิเศษ ค่า Back pressure tolerance หมายถึงอัตราส่วนของความดันขาออก (Back pressure) ต่อความดันขาเข้าของ Steam trap (กับดักไอน้ำ) ซึ่งแสดงได้ดังสูตรต่อไปนี้

ค่า Back pressure tolerance ของกับดักไอน้ำเชิงกลจะมีค่าประมาณ 90% ของกับดักไอน้ำแบบเทอร์โมสเตติกและกับดักไอน้ำแบบเทอร์โมไดนามิกส์จะมีค่าประมาณ 30-50% ดังนั้น กับดักไอน้ำเชิงกลจึงเหมาะจะใช้กับ Drain recovery line ที่มี Back pressure ค่อนข้างสูง

การติดตั้งกับดักไอน้ำ

กับดักไอน้ำเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยการที่ Drain ไหลมาตามธรรมชาติเข้ามาในกับดักไอน้ำ ดังนั้น หลักการพื้นฐานในการติดตั้งกับดักไอน้ำคือ จะต้องไม่ให้เกิดอุปสรรคกับกระบวนการดังกล่าว ซึ่งมีข้อควรระวังดังต่อไปนี้

1) ท่อไหลเข้ากับดับไอน้ำต้องหลีกเลี่ยงท่อเอียงขึ้น ให้ใช้ท่อเอียงลง

2) ท่อไหลเข้าต้องมีขนาดใหญ่ มีระยะทางสั้น มีโค้งน้อย เพื่อลดความดันสูญเสีย

3) ในกระบวนการแบบ Batch ต้องติดตั้ง Bypass valve เพื่อไล่อากาศที่เหลือในอุปกรณ์และท่อขณะที่เริ่มเดินเครื่องออกไปอย่างรวดเร็ว ช่วยป้องกัน Steam locking และ Air locking โดย Steam locking หมายถึงสภาพที่แม้ว่าจะมี Drain จำนวนมากอยู่ในเครื่องจักร แต่เมื่อไอน้ำมาสะสมในกับดักไอน้ำและในท่อไหลเข้า กับดักไอน้ำจะปิดค้างไม่ยอมเปิด ส่วน Air locking หมายถึงสภาพที่กับดักไอน้ำถูกปิดตายด้วยอากาศคล้ายๆ กับ Steam locking ซึ่งเกิดขึ้นได้ง่ายเมื่อเริ่มเดินเครื่อง

4) ติดตั้ง Drain separator ที่ท่อส่งไอน้ำและทางเข้าอุปกรณ์ไอน้ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิผลในการแยกไอน้ำกับน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในการส่งไอน้ำคุณภาพสูงไปยังอุปกรณ์ใช้ไอน้ำ โดยทั่วไปจะต้องไม่พา Drain เข้าไปยังอุปกรณ์ไอน้ำด้วย ที่ทางเข้าอุปกรณ์ไอน้ำจึงต้องติดตั้ง Drain separator

รูป ตัวอย่างการติดตั้ง Drain separator

5) กรณีที่มีอุปกรณ์ไอน้ำรุ่นเดียวกันหลายๆ ตัวอยู่ด้วยกัน หรือกรณีที่มีอุปกรณ์ให้ความร้อนหลายตัวอยู่ในระบบเดียวกัน จะต้องหลีกเลี่ยง Group trapping โดยติดตั้งเป็น Single trapping เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถระบาย Drain อย่างแน่นอน

รูป ตัวอย่างการติดตั้ง Trapping

อ้างอิง

สำนักพัฒนาทรัพยากรบุคคลด้านพลังงาน. (2004).Thermal system and steam utilizing equipment . Retrieved from DEDE:http: www2.dede.go.th/bhrd/old/Download/file_handbook/Pre_Heat/pre_heat_9.pdf