บทที่ 29 — วาล์ว ท่อ และระบบเสริม

29.1 ประเภทวาล์วและการเลือกใช้ (Valve Types & Selection)

ทั่วทั้งโรงไฟฟ้ามีวาล์วติดตั้งอยู่นับพันตัว สิ่งที่ตัดสินว่าจุดนั้นควรใช้วาล์วชนิดใดคือ "งาน" ที่วาล์วตัวนั้นต้องทำ ไม่ใช่แค่ขนาดท่อหรือความดันเพียงอย่างเดียว งานหลักมีสามแบบ ได้แก่ isolation คือตัดแยกระบบให้เปิดสุดหรือปิดสุดเท่านั้น throttling คือคุมอัตราไหลอย่างละเอียดในตำแหน่งเปิดบางส่วน และการกันไหลย้อนกลับอัตโนมัติ การเลือกวาล์วผิดประเภทไม่ใช่แค่เรื่องประสิทธิภาพที่ลดลง แต่มักทำให้วาล์วตัวนั้นสึกหรอเสียหายเร็วผิดปกติจนต้องเปลี่ยนก่อนกำหนด

Gate valve ออกแบบมาให้ตัวกั้น (disc) ยกขึ้นลงในแนวตั้งจนพ้นทางไหลไปเลยเมื่อเปิดสุด ทำให้ได้ช่องไหลเต็มขนาดท่อ (full bore) และมีค่าความดันตกคร่อม (pressure drop) ต่ำมากเมื่อเปิดสุด จึงเหมาะกับงาน isolation ล้วนๆ เช่น main steam isolation valve หรือ feedwater isolation valve ข้อห้ามสำคัญคือห้ามใช้ gate valve หรี่ค้างเพื่อคุมอัตราไหล เพราะเมื่อเปิดเพียงบางส่วน ความเร็วไหลที่สูงมากผ่านช่องแคบจะกัดกร่อนผิว disc และ seat อย่างรวดเร็ว (seat/disc erosion) พร้อมกับทำให้ตัว disc สั่นสะเทือนเป็นจังหวะ (chattering) จนเสียหายในเวลาไม่นาน Globe valve ในทางกลับกันถูกออกแบบมาเพื่องาน throttling โดยเฉพาะ เส้นทางไหลภายในหักเลี้ยวเป็นรูปตัว S ทำให้ควบคุมอัตราไหลได้ละเอียดในทุกตำแหน่งเปิด แลกกับค่าความดันตกคร่อมที่สูงกว่า gate valve มากแม้เปิดสุด จึงนิยมใช้เป็นวาล์วระบาย (drain) วาล์วไล่อากาศ (vent) วาล์ว bypass และวาล์วฉีดน้ำ spray (attemperator)

Check valve ทำหน้าที่กันการไหลย้อนกลับโดยอัตโนมัติไม่ต้องมีคนสั่ง มีให้เลือกหลายแบบตามลักษณะงาน แบบ swing เป็นแบบที่พบทั่วไปที่สุด ใช้บานพับ (hinge) ให้แผ่นกั้นแกว่งเปิด-ปิดตามทิศทางไหล แบบ lift หรือ piston ใช้กับงานความดันสูงที่ต้องการความแน่นหนากว่า แบบ dual-plate wafer มีน้ำหนักเบาและกินพื้นที่ติดตั้งน้อยกว่าด้วยแผ่นกั้นสองชิ้นพับกลางท่อ และแบบ nozzle check ที่ปิดตัวได้เร็วเป็นพิเศษ ใช้ป้องกันปรากฏการณ์ valve slam ที่ท่อจ่ายออกของ BFP (Boiler Feed Pump — ปั๊มน้ำป้อนหม้อไอน้ำ ดูรายละเอียดในบทที่ 24) เมื่อปั๊มหยุดกะทันหันแล้วน้ำพยายามไหลย้อนกลับ

Ball valve เป็นวาล์วแบบหมุนหนึ่งในสี่รอบ (quarter-turn) เปิด-ปิดได้เร็วมากและซีลแน่นระดับ bubble-tight นิยมใช้ในระบบ fuel gas (ดูบทที่ 25) และระบบ instrument air เพราะเปิดปิดฉับไวและรั่วซึมต่ำ แต่มีข้อจำกัดคือวัสดุซีล (seat) มักเป็นพอลิเมอร์อ่อนอย่าง PTFE ที่ทนอุณหภูมิได้จำกัดราว 200°C เท่านั้น จึงไม่เหมาะกับงานไอน้ำร้อนจัด Butterfly valve มีน้ำหนักเบา ราคาถูก และติดตั้งง่ายกว่าวาล์วชนิดอื่นมากในขนาดท่อใหญ่ นิยมใช้กับงานความดันต่ำอย่างระบบ circulating water (ดูบทที่ 22) และสาย condensate ส่วนแบบ triple-offset ที่มีซีลโลหะสามารถใช้ในงานความดันสูงขึ้นได้ Plug valve เป็นวาล์วหมุนหนึ่งในสี่รอบเช่นกัน ออกแบบมาให้ทนของเหลวที่มีตะกอนปนหรือหนืดสูง (slurry) จึงนิยมใช้ในระบบเชื้อเพลิงเหลวและระบบลำเลียงเถ้า (ash handling)

อีกจุดที่มักถูกมองข้ามแต่สำคัญมากคือทิศทางการติดตั้ง วาล์วประเภท globe และ check เกือบทั้งหมดมีลูกศรกำกับทิศทางการไหล (flow direction) ปั๊มไว้ที่ตัวเรือนวาล์ว หากช่างติดตั้งกลับด้านโดยไม่สังเกต ผลที่ตามมาคือวาล์วอาจไม่ทำงานตามที่ออกแบบไว้เลย หรือในกรณีเลวร้ายกว่านั้นคือตัววาล์วเสียหายจากแรงดันที่กระทำผิดทิศทาง

1. Handwheel — พวงมาลัยหมุนมือสำหรับเปิด-ปิดวาล์ว หมุนตามเข็มเพื่อปิด ทวนเข็มเพื่อเปิด ตามธรรมเนียมวาล์วอุตสาหกรรมทั่วไป
2. Rising stem — ก้านวาล์วชนิดยกขึ้น-ลง เมื่อหมุน handwheel ก้านนี้จะเคลื่อนที่ขึ้นลงให้เห็นได้จากภายนอก บอกตำแหน่งเปิด-ปิดของ gate ได้ทันทีโดยไม่ต้องเปิดฝาดู
3. Yoke — โครงเหล็กที่ยึดชุด handwheel และ stem ให้อยู่ในแนวดิ่งขณะรับแรงจากการหมุน ส่งแรงลงไปยัง gate ด้านใน
4. Bonnet — ฝาครอบด้านบนตัววาล์วที่ปิดผนึกโพรงภายในซึ่งเป็นทางเคลื่อนที่ของ gate ยึดกับ valve body ด้วยสลักเกลียวรอบวง
5. Valve body — ตัวเรือนหลักของวาล์วที่รับแรงดันจากของไหลโดยตรง ภายในบรรจุ gate (แผ่นกั้น) ที่เลื่อนขึ้นพ้นทางไหลเมื่อเปิดสุด ให้ช่องไหลเต็มขนาดท่อตามหลักการที่อธิบายไว้ข้างต้น
6. Outlet pipe — ท่อด้านขาออกของวาล์ว ต่อเนื่องไปยังระบบท่อถัดไป
7. High-pressure inlet pipe — ท่อด้านขาเข้าที่รับแรงดันสูงจากระบบ ก่อนไหลผ่านตัววาล์ว
8. Flanged connection and bolts — จุดต่อแบบหน้าแปลนพร้อมสลักเกลียวรอบวง เป็นวิธีต่อท่อแรงดันสูงมาตรฐานที่ถอดประกอบเพื่อซ่อมบำรุงได้โดยไม่ต้องตัดท่อ
9. Body/bonnet joint — รอยต่อระหว่างตัวเรือนวาล์วกับฝา bonnet ซึ่งเป็นจุดที่ต้องตรวจสอบการรั่วซึมเป็นพิเศษเพราะรับทั้งแรงดันภายในและความร้อนจากของไหล

29.2 Safety Valve และ PSV (Safety & Relief Valves)

Safety valve คือด่านป้องกันสุดท้าย (last line of defense) ของภาชนะรับความดันทุกใบในโรงไฟฟ้า หลักการทำงานคือเปิดตัวเองด้วยแรงดันของไหลที่กระทำต่อสปริงภายในตัววาล์วโดยตรง (spring-loaded) ไม่ต้องพึ่งพาไฟฟ้า ลมอัด หรือคำสั่งจากคน และเปิดแบบทันที (pop action) เมื่อแรงดันถึงจุดที่ตั้งไว้ การออกแบบและทดสอบวาล์วประเภทนี้อยู่ภายใต้ ASME (American Society of Mechanical Engineers — สมาคมวิศวกรเครื่องกลแห่งสหรัฐอเมริกา) Boiler Code Section I ซึ่งเป็นมาตรฐานที่โรงไฟฟ้าทั่วโลกยึดถือ

ค่าที่สำคัญที่สุดของ safety valve คือ set pressure หรือความดันที่วาล์วจะเปิด (pop) โดย drum safety valve จะตั้งค่าไว้ไม่เกิน design pressure ของหม้อไอน้ำ ส่วน superheater safety valve จะตั้งค่า set pressure ให้ "ต่ำกว่า" drum safety valve เสมอ เหตุผลคือต้องการให้ superheater valve เปิดก่อน เพื่อรักษาให้มีไอน้ำไหลผ่านท่อ superheater อยู่ตลอดช่วง relief ป้องกันไม่ให้ท่อ superheater ไหม้เพราะขาดไอน้ำพาความร้อนออกไป ค่าสำคัญอีกสองค่าคือ accumulation ซึ่งหมายถึงความดันที่เกินจาก set pressure ระหว่างที่วาล์วกำลังระบายเต็มที่ (โค้ดหม้อไอน้ำกำหนดไม่เกิน 3%) และ blowdown ซึ่งหมายถึงผลต่างระหว่างความดันที่วาล์ว pop เปิด กับความดันที่วาล์ว reseat กลับมาปิดสนิท ปกติอยู่ที่ราว 2–6% ของ set pressure และปรับแต่งได้ด้วยชิ้นส่วนที่เรียกว่า blowdown ring ความสามารถระบาย (capacity) ของ safety valve ทุกตัวรวมกันต้องระบายไอน้ำได้ไม่น้อยกว่าอัตราการผลิตไอน้ำสูงสุดของหม้อไอน้ำ ด้วยเหตุนี้หม้อไอน้ำขนาดใหญ่จึงมักติดตั้ง drum safety valve สองตัวบวก superheater safety valve อีกหนึ่งตัว โดยตั้ง set pressure แบบเหลื่อมกัน (staggered) ไม่ให้เปิดพร้อมกันทั้งหมดในคราวเดียว

เนื่องจากไม่สามารถทดสอบด้วยการดันความดันหม้อไอน้ำจริงขึ้นไปถึง set pressure ได้บ่อยครั้งนัก การทดสอบ safety valve จึงมีสองวิธีหลัก วิธีแรกคือ bench test ซึ่งถอดวาล์วไปทดสอบยกจริงที่โรงซ่อมด้วยแท่นทดสอบความดันเฉพาะ และวิธีที่สองคือ online test ด้วยอุปกรณ์ช่วยยก (lift assist) เช่นเครื่องมือยี่ห้อ Trevitest ที่สามารถตรวจสอบว่าสปริงยังยกตัวได้อย่างถูกต้องขณะวาล์วยังติดตั้งอยู่กับระบบจริง โดยไม่ต้องเสี่ยงดันความดันหม้อไอน้ำขึ้นไปถึงจุด set จริง

ข้อควรเข้าใจสุดท้ายคือความแตกต่างระหว่างคำสามคำที่มักสับสนกัน safety valve เปิดแบบ pop เต็มทันทีเหมาะกับของไหลอัดตัวได้ (compressible fluid) อย่างไอน้ำ ส่วน relief valve เปิดแบบค่อยเป็นค่อยไปตามสัดส่วนความดัน (proportional) เหมาะกับของเหลว ในขณะที่คำว่า PSV (Pressure Safety Valve — วาล์วนิรภัย/ระบายความดัน) เป็นคำเรียกรวมทั้งสองแบบที่ใช้กันทั่วไปในภาษาช่าง

ในการประเมินอัตราการรั่วผ่านรูรั่วขนาดเล็กหรือประเมินความสามารถระบายไอน้ำเบื้องต้น วิศวกรมักใช้สูตร Napier อย่างง่ายสำหรับไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) ดังนี้

โดย W คืออัตราไหลไอน้ำโดยประมาณ (kg/h), A คือพื้นที่หน้าตัดของรู (mm²) และ P คือความดันสัมบูรณ์ต้นทาง (bar abs) สูตรนี้เป็นค่าประมาณที่ใช้ได้ดีสำหรับการประเมินการรั่ว/ระบายเบื้องต้น ไม่ใช่สูตรออกแบบวาล์วละเอียด

1. Exhaust stack — ท่อระบายไอน้ำที่ safety valve ปล่อยออกสู่ภายนอกโดยตรงเมื่อวาล์ว pop ทำงาน ยิงขึ้นเหนือหลังคาเพื่อความปลอดภัย
2. Test lever — คันโยกทดสอบที่ใช้ยกวาล์วด้วยมือ (manual lift) เพื่อตรวจสอบว่าวาล์วยังเคลื่อนที่ได้อิสระ มักทดสอบตอนหยุดเครื่องหรือความดันต่ำเท่านั้น
3. Spring-loaded safety valve — ตัววาล์วนิรภัยที่ใช้แรงสปริงภายในต้านความดันไอน้ำ เมื่อความดันถึง set pressure สปริงจะถูกเอาชนะและวาล์วเปิดแบบ pop ทันทีตามหลักการที่อธิบายไว้ข้างต้น
4. Safety railing — ราวกันตกรอบแท่นทำงานด้านบน steam drum เพื่อความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงานที่ขึ้นมาตรวจสอบหรือทดสอบวาล์ว
5. Access platform — แท่นทางเดินสำหรับเข้าถึง safety valve เพื่อตรวจสอบ ทดสอบคันโยก หรือบำรุงรักษา
6. Steam drum (boiler) — ถังไอน้ำของหม้อไอน้ำที่ safety valve ติดตั้งอยู่ด้านบนโดยตรง เป็นภาชนะรับความดันหลักที่ safety valve ต้องปกป้อง

29.3 Steam Traps — เล็กแต่เงินไหล (Steam Traps)

Steam trap คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ระบาย condensate (น้ำควบแน่นจากไอน้ำ) ออกจากระบบไอน้ำโดย "ไม่ปล่อยไอน้ำ" ทิ้งไปด้วย ติดตั้งอยู่ที่จุดต่ำสุดของท่อไอน้ำ ที่ drip leg (ท่อแยกดักน้ำ) และที่ heater ทุกตัวที่ใช้ไอน้ำเป็นตัวกลางถ่ายเทความร้อน แม้จะเป็นอุปกรณ์ชิ้นเล็กราคาไม่แพง แต่ trap ที่เสียเพียงตัวเดียวสามารถสร้างความสูญเสียพลังงานมหาศาลได้อย่างเงียบๆ ตลอดทั้งปีโดยไม่มีใครสังเกตเห็น

Thermodynamic disc trap เป็นแบบที่มีกลไกง่ายที่สุดคือจานเดียว (single disc) ทำงานด้วยหลักการความดันพลวัต (dynamic pressure) ของ flash steam ที่เกิดขึ้นเหนือจาน ทำให้จานปิดกั้นทางออกชั่วขณะ ก่อนจะเปิดใหม่เมื่อไอน้ำนั้นควบแน่นลง แบบนี้มีความทนทานสูงและราคาถูก เหมาะกับงาน drip service ที่ความดันสูง เสียงเปิด-ปิดเป็นจังหวะ (clack) ที่ได้ยินจาก trap ชนิดนี้ถือเป็นเสียงทำงานปกติ ไม่ใช่สัญญาณเสีย Mechanical float & thermostatic หรือ F&T (Float & Thermostatic — ลูกลอยและเทอร์โมสแตติก) ใช้ลูกลอยที่เปิดวาล์วตามระดับ (level) ของ condensate ที่สะสมอยู่ภายใน ทำให้ระบายได้อย่างต่อเนื่องสม่ำเสมอ เหมาะกับ heat exchanger ที่โหลดแกว่งขึ้นลงบ่อย และยังมีวาล์วไล่อากาศในตัว (air vent) ช่วยระบายอากาศที่ค้างอยู่ในระบบด้วย

Inverted bucket trap ใช้ถังคว่ำ (bucket) ที่ลอยหรือจมสลับกันไปตามสัดส่วนของไอน้ำและน้ำที่อยู่ภายในถัง ทนต่อแรงกระแทกจาก waterhammer ได้ดี เหมาะกับงาน drip service เช่นกัน แต่มีข้อควรระวังคือต้องมี water seal อยู่ภายในถังตลอดเวลา หากถังแห้งสนิทจะทำให้ trap fail open (เปิดค้าง) ทันที ส่วน Bimetallic/thermostatic trap ทำงานตามอุณหภูมิ โดยจะปล่อยให้ condensate ที่เย็นกว่าจุดอิ่มตัว (subcooled) ไหลผ่านออกไปก่อน เหมาะกับสาย tracing line ที่ต้องการประหยัดพลังงาน แต่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างช้ากว่าแบบอื่น

Failure mode ของ steam trap แบ่งเป็นสองแบบที่ผลลัพธ์ต่างกันมาก fail open คือ trap เปิดค้างปล่อยไอน้ำรั่วทิ้งตลอดเวลา ซึ่งเป็นความสูญเสียที่ "แพงเงียบๆ" เพราะมองไม่เห็นด้วยตาแต่กินเงินทุกชั่วโมง ส่วน fail closed คือ trap ปิดค้างทำให้ condensate สะสมท่วมอยู่ในท่อไอน้ำ ซึ่งอันตรายกว่ามากเพราะอาจนำไปสู่ waterhammer หรือ water induction เข้ากังหันไอน้ำโดยตรง ด้วยเหตุนี้การสำรวจ trap ทั้งโรงเป็นประจำทุกปีด้วยเครื่องมือ ultrasound ฟังเสียงและ thermography ถ่ายภาพความร้อน จึงเป็นสิ่งจำเป็น เพราะสถิติทั่วไปในโรงไฟฟ้าและโรงงานที่ไม่เคยสำรวจ trap มาก่อนมักพบว่ามี trap เสียอยู่ถึง 10–20% ของทั้งหมด

1. Bypass line — ท่อสำรองที่เชื่อมข้าม trap ไว้ สำหรับให้ระบายน้ำผ่านได้ชั่วคราวขณะถอด trap ออกไปซ่อมหรือเปลี่ยน โดยไม่ต้องหยุดระบบทั้งสาย
2. Bypass valve — วาล์วที่ควบคุมการเปิด-ปิดท่อ bypass ปกติปิดสนิท เปิดเฉพาะเวลาซ่อมบำรุง trap เท่านั้น
3. Inlet isolation valve — วาล์วตัดแยกด้านขาเข้าของสถานี trap ใช้ปิดก่อนถอด trap ออกซ่อม
4. Strainer — ตะแกรงกรองสิ่งสกปรกก่อนเข้า trap ป้องกันเศษตะกอนหรือสนิมไปอุดกลไกภายใน trap จนเสียหาย
5. Steam trap — ตัว trap เองที่ทำหน้าที่ระบาย condensate โดยไม่ปล่อยไอน้ำหลุดออกไปด้วยตามหลักการที่อธิบายไว้ข้างต้น
6. Outlet isolation valve — วาล์วตัดแยกด้านขาออกของสถานี trap คู่กับ inlet isolation valve เพื่อแยก trap ออกจากระบบได้สมบูรณ์ทั้งสองด้าน
7. Steam main — ท่อไอน้ำหลักที่หุ้มฉนวน เป็นแหล่งที่มาของ condensate ที่ trap สถานีนี้ต้องคอยระบายทิ้ง
8. Condensate discharge (to return system) — ทางออกของ condensate ที่ผ่าน trap แล้ว ส่งต่อไปยังระบบท่อรวบรวม condensate กลับเข้าสู่วงจร

29.4 ระบบท่อแรงดันสูง (High-Energy Piping)

ท่อในโรงไฟฟ้าไม่ได้ออกแบบด้วยความหนาเดียวกันทั้งหมด แต่แบ่งตามระดับความดันเป็น pressure class ตามมาตรฐาน ASME B16.5 ได้แก่ 150 / 300 / 600 / 900 / 1500 / 2500 ยิ่งอุณหภูมิใช้งานสูงขึ้นเท่าไร rating ความดันที่ pressure class เดียวกันรับไหวจริงก็ยิ่งลดลง ความสัมพันธ์นี้เรียกว่า pressure-temperature rating curve และวิศวกรต้องอ้างอิงเสมอเมื่อเลือกวัสดุและ class ให้เหมาะกับจุดใช้งาน วัสดุท่อจะถูกเลือกตามช่วงอุณหภูมิที่ต้องทนด้วยเช่นกัน เริ่มจาก carbon steel เกรด A106 ใช้ได้ถึงราว 425°C ถัดมาคือ P11 (โลหะผสม 1.25Cr-0.5Mo) แล้วจึงเป็น P22 (2.25Cr-1Mo) ที่นิยมใช้กับ main steam ในโรงไฟฟ้ายุคเก่าที่อุณหภูมิราว 540°C และวัสดุรุ่นใหม่ที่สุดคือ P91 (9Cr-1Mo-V) ซึ่งมีความแข็งแรงต้านการคืบตัว (creep strength) สูงกว่ามาก ทำให้ผนังท่อบางลงได้ถึงราว 40% เมื่อเทียบกับ P22 ที่ทนความดันเท่ากัน แลกกับการเชื่อมที่ยากกว่ามาก ต้องควบคุมอุณหภูมิ preheat และ PWHT (Post-Weld Heat Treatment — การอบคลายความเค้นหลังการเชื่อม) อย่างเข้มงวด

เมื่อได้รับความร้อน เหล็กจะขยายตัวยืดออกตามความยาว ประมาณ 1.2 มิลลิเมตรต่อความยาวท่อหนึ่งเมตรทุกๆ 100°C ที่เพิ่มขึ้น ท่อ main steam ที่มีความยาวหลายสิบเมตรเมื่อร้อนขึ้นถึง 540°C จึงยืดออกได้หลายร้อยมิลลิเมตร วิศวกรต้องออกแบบ expansion loop (ห่วงท่อรูปตัว U หรือ Z) และตัวรองรับท่อ (support) ให้รองรับการเคลื่อนที่นี้ได้โดยไม่ทำให้ท่อฉีกขาดหรือดึง nozzle ของอุปกรณ์ที่ต่ออยู่จนเสียหาย ตัวรองรับท่อมีสามแบบหลัก แบบ rigid คือจุดยึดตายตัวไม่ให้ท่อขยับเลยที่จุดนั้น แบบ variable spring ใช้สปริงที่แรงรองรับเปลี่ยนแปลงไปตามระยะยุบตัวของสปริง มีสเกลให้อ่านตำแหน่งทั้งตอนเย็น (cold) และตอนร้อน (hot) และแบบ constant support ที่ให้แรงรองรับคงที่ตลอดช่วงการเคลื่อนที่ด้วยกลไกภายในพิเศษ ใช้ในจุดที่วิกฤต (critical) ต่อแรงที่กระทำกับอุปกรณ์ข้างเคียง การเดินสำรวจตำแหน่ง hanger ทั้งตอนเย็นและตอนร้อนในทุกช่วง outage จึงถือเป็นการตรวจสุขภาพระบบท่อที่ตรงจุดและคุ้มค่าที่สุดวิธีหนึ่ง

อันตรายสำคัญของระบบท่อไอน้ำคือปรากฏการณ์ steam hammer หรือ water hammer ซึ่งเกิดเมื่อมี condensate ตกค้างอยู่ในท่อไอน้ำ แล้วถูกไอน้ำความเร็วสูงพัดพาไปกระแทกกับข้อศอกท่ออย่างรุนแรง พลังงานจากการกระแทกนี้มากพอที่จะฉีกท่อหรือหักตัวรองรับท่อได้ วิธีป้องกันคือต้อง warming ท่อ (อุ่นท่อให้ร้อนสม่ำเสมอ) และระบายน้ำผ่าน drain ให้หมดก่อนรับไอน้ำเข้าสู่ระบบเสมอ ตามที่เคยกล่าวถึงขั้นตอน warming ก่อนรับไอน้ำเข้ากังหันไว้แล้วในบทที่ 20 ส่วนท่อวัสดุ P91 มีข้อควรระวังเพิ่มเติมเรื่องอายุการใช้งานเนื่องจากปัญหาคืบตัว (creep) ที่จำกัด จึงต้องมีแผนตรวจสอบ hardness ตรวจ replica microstructure และตรวจรอยเชื่อมที่จุดเสี่ยงตามรอบที่กำหนดไว้ ดังจะได้เรียนรายละเอียดเพิ่มเติมในบทที่ 41

โดย ΔL คือระยะยืดตัวของท่อ (mm), α คือสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (ประมาณ 12×10⁻⁶ ต่อ °C สำหรับเหล็ก), L คือความยาวท่อเดิม (mm) และ ΔT คือผลต่างอุณหภูมิระหว่างสภาวะร้อนกับสภาวะเย็น (°C)

1. U-shaped expansion loop — ห่วงท่อรูปตัว U ที่ยอมให้ท่อยืด-หดตัวเนื่องจากความร้อนได้โดยไม่ดันตัวท่อตรงจนแตกหรือดึง nozzle อุปกรณ์ปลายทางเสียหาย ตามหลักการที่อธิบายไว้ข้างต้น
2. Spring hanger — ตัวรองรับท่อชนิดสปริงที่ปรับแรงรองรับตามระยะยุบตัว ใช้แขวนท่อให้เคลื่อนที่ขึ้น-ลงได้เมื่อท่อขยายตัว
3. Steel pipe rack — โครงเหล็กที่ใช้วางระบบท่อทั้งหมดให้เป็นระเบียบ ยกพ้นระดับพื้นดิน
4. Insulated steam pipe — ท่อไอน้ำที่หุ้มฉนวนกันความร้อนสูญเสียออกสู่บรรยากาศตลอดเส้นทาง
5. Welded expansion joint — รอยเชื่อมต่อท่อที่ออกแบบมาเป็นส่วนหนึ่งของระบบรองรับการขยายตัว
6. Pipe support (slide) — ฐานรองรับท่อแบบเลื่อนได้ในแนวนอน รองรับน้ำหนักท่อขณะยอมให้ท่อเลื่อนไปตามการยืด-หดตัว
7. Steam flow direction — ทิศทางการไหลของไอน้ำภายในท่อเส้นนี้

29.5 ระบบอากาศอัด (Compressed Air Systems)

โรงไฟฟ้าแบ่งระบบอากาศอัดออกเป็นสองสายที่แยกจากกันเด็ดขาด สายแรกคือ IA (Instrument Air — ลมเครื่องมือวัด) ซึ่งต้องสะอาด แห้ง และปราศจากน้ำมัน (oil-free) เพื่อป้อนให้ control valve และ positioner ทุกตัวทำงานได้แม่นยำ (ดูรายละเอียดเครื่องมือวัดในบทที่ 38) และสายที่สองคือ SA (Service Air — ลมใช้งานทั่วไป) สำหรับงานทั่วไปอย่างเป่าทำความสะอาดหรือขับเครื่องมือลมหน้างาน คุณภาพของ IA ต้องเป็นไปตามมาตรฐานสากล ISO 8573-1 ซึ่งกำหนดจุดกลั่นตัว (dew point) ไว้ประมาณ −40°C (class 2) หากอากาศมีความชื้นสูงเกินมาตรฐานนี้ ไอน้ำจะกลั่นตัวเป็นหยดน้ำภายในท่อหรือใน positioner ทำให้วาล์วควบคุมค้างหรือตอบสนองผิดพลาด โดยเฉพาะในช่วงที่อากาศแวดล้อมชื้นจัดอย่างหน้าฝน

เครื่องจักรหลักของระบบประกอบด้วย oil-free screw compressor จำนวน 2–3 ตัวที่ทำงานสลับกันแบบ duty/standby/auto-start ตามด้วย aftercooler ลดอุณหภูมิลมที่ออกจากคอมเพรสเซอร์ air receiver ถังเก็บสำรองลมอัด และ desiccant dryer แบบ twin tower ที่สลับหอดูดความชื้นระหว่างทำงานกับ regenerate (ไล่ความชื้นออก) พร้อม filter กรองอนุภาคก่อนจ่ายเข้าท่อจริง ความดันของระบบโดยทั่วไปอยู่ที่ 6–8 bar และ IA มีลำดับความสำคัญสูงสุดในระบบเสมอ หากความดันในระบบตกลง จะมีวาล์วอัตโนมัติตัดจ่าย SA ทิ้งก่อนเพื่อรักษาความดัน IA ไว้ให้ได้ ลักษณะนี้เรียกว่า load shedding ของระบบลมอัด

เหตุผลที่ IA ต้องได้รับการดูแลเป็นพิเศษเพราะหาก IA หมดหรือความดันตกจนใช้งานไม่ได้ โรงไฟฟ้าทั้งโรงจะหยุดเดินเครื่องทันที เนื่องจาก control valve ทุกตัวจะเคลื่อนไปยังตำแหน่งปลอดภัยเมื่อไม่มีลม (fail-safe position ตามที่จะเรียนรายละเอียดในบทที่ 38) เหตุการณ์ระบบ IA ล้มเหลวจึงถูกจัดเป็น critical failure ของโรงไฟฟ้า จำเป็นต้องมีระบบสำรอง (redundancy) และสัญญาณเตือน (alarm) ที่ชัดเจนเสมอ

1. Oil-free rotary screw air compressor — เครื่องอัดลมชนิดสกรูที่ไม่ใช้น้ำมันหล่อลื่นในห้องอัด ป้องกันไม่ให้ไอน้ำมันปนเปื้อนลมที่จะส่งไปเป็น instrument air ตามหลักการที่อธิบายไว้ข้างต้น
2. Aftercooler — ชุดลดอุณหภูมิลมอัดที่ร้อนออกมาจากคอมเพรสเซอร์ให้เย็นลงก่อนเข้าสู่ระบบท่อถัดไป
3. Filtration — ชุดกรองอนุภาคและละอองน้ำมันที่หลงเหลือออกจากลมอัดก่อนเข้าสู่ dryer
4. Twin tower desiccant air dryer — เครื่องอบลมแห้งแบบสองหอสลับกัน หอหนึ่งทำงานดูดความชื้นขณะอีกหอ regenerate ไล่ความชื้นออก ทำให้ได้ dew point ต่ำถึง −40°C ตามที่ต้องการ
5. Air receiver tank — ถังเก็บสำรองลมอัดที่ผ่านการอบแห้งแล้ว ช่วยรักษาความดันให้นิ่งเมื่อมีการใช้ลมเป็นช่วงๆ
6. Compressed air distribution header — ท่อรวมแจกจ่ายลมอัดไปยังจุดใช้งานต่างๆ ทั่วโรงไฟฟ้า
7. Condensate drain — จุดระบายน้ำที่กลั่นตัวออกมาระหว่างกระบวนการอัดและทำความเย็นลม ต้องระบายทิ้งเป็นระยะเพื่อไม่ให้น้ำสะสมในถัง

29.6 ระบบดับเพลิง (Fire Protection Systems)

ระบบน้ำดับเพลิง (fire water system) ของโรงไฟฟ้าวางท่อเป็นวงแหวนรอบพื้นที่ทั้งโรง (ring main) เชื่อมกับหัวจ่ายน้ำดับเพลิง (hydrant) และปืนฉีดน้ำ (monitor) ตามจุดต่างๆ ความดันในระบบถูกรักษาไว้ตลอดเวลาด้วย jockey pump ปั๊มขนาดเล็กที่คอยชดเชยการรั่วซึมเล็กน้อยโดยไม่ต้องให้ปั๊มหลักทำงาน ปั๊มหลักของระบบมีสองตัวเสมอ ตัวหนึ่งขับด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าและอีกตัวขับด้วยเครื่องยนต์ดีเซล ตามข้อกำหนดของ NFPA (National Fire Protection Association — สมาคมป้องกันอัคคีภัยแห่งชาติสหรัฐอเมริกา) มาตรฐานเลขที่ 20 ซึ่งกำหนดให้ต้องมีปั๊มดีเซลสำรองไว้เผื่อกรณีไฟฟ้าทั้งโรงดับพร้อมกับเหตุเพลิงไหม้ ทั้งสองปั๊มจะสตาร์ทอัตโนมัติทันทีเมื่อความดันในระบบตกลงถึงจุดที่กำหนด

Deluge system คือระบบสเปรย์น้ำที่เปิดพร้อมกันทั้งโซนทันทีเมื่อตรวจจับความร้อนได้ (trigger จาก heat detector) นิยมใช้ป้องกันหม้อแปลงไฟฟ้าหลัก (main transformer ดูบทที่ 32) ห้องเดินสายเคเบิล (cable gallery) และพื้นที่เก็บน้ำมันเชื้อเพลิง ส่วนระบบดับเพลิงด้วยแก๊ส (gas suppression) ใช้ CO₂ หรือแก๊สเฉื่อย (inert gas) สำหรับพื้นที่ปิดของ GT (Gas Turbine — กังหันก๊าซ ดูบทที่ 25) enclosure ซึ่งก่อนฉีดแก๊สจะมีสัญญาณเตือนและช่วงหน่วงเวลาให้คนออกจากพื้นที่ก่อนเสมอ พร้อมระบบล็อกประตู (interlock) ป้องกันคนเข้าไปขณะระบบทำงาน ส่วนพื้นที่ห้องควบคุมและห้องรีเลย์ที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาแพงจะใช้สาร clean agent อย่าง FM-200 หรือ Novec แทน เพราะดับไฟได้เร็วโดยไม่ทิ้งคราบหรือความชื้นเสียหายต่ออุปกรณ์

สำหรับพื้นที่เก็บน้ำมันเชื้อเพลิง (จะกล่าวถึงรายละเอียดในหัวข้อ 29.7) ใช้ระบบโฟม (foam system) ที่มี foam chamber ติดตั้งอยู่ด้านบนถังพร้อมสเปรย์น้ำหล่อเย็นผนังถังร่วมด้วย ระบบตรวจจับอัคคีภัยของทั้งโรงประกอบด้วยตัวตรวจจับควัน (smoke) ความร้อน (heat) เปลวไฟ (flame) และสายเคเบิลตรวจจับความร้อนแบบเส้น (linear heat cable) ที่มักใช้ตามแนวสายพานลำเลียงถ่านหิน (ดูโรงไฟฟ้าถ่านหินในบทที่ 17) สัญญาณทั้งหมดเชื่อมเข้าแผงสัญญาณเตือนอัคคีภัย (fire alarm panel) ซึ่งต่อเชื่อมกับ DCS (Distributed Control System — ระบบควบคุมแบบกระจายศูนย์) ของโรงไฟฟ้าด้วย ระบบดับเพลิงทั้งหมดต้องผ่านการทดสอบตามวาระอย่างเคร่งครัด เช่น ทดสอบเดินปั๊มดับเพลิงทุกสัปดาห์หรือทุกเดือน และทดสอบระบบ deluge ทุกปี โดยผลการทดสอบต้องบันทึกไว้เป็นเอกสาร ซึ่งเป็นข้อกำหนดหนึ่งของกรมธรรม์ประกันภัยโรงไฟฟ้าด้วยเช่นกัน

1. Discharge Header — ท่อรวมด้านขาออกของปั๊มดับเพลิงที่ส่งน้ำเข้าสู่วงแหวน ring main ของทั้งโรง
2. Discharge Pressure Gauge — เกจวัดความดันด้านขาออกของปั๊ม ใช้ตรวจสอบว่าปั๊มยังรักษาความดันระบบได้ตามที่ออกแบบ
3. Diesel Engine — เครื่องยนต์ดีเซลที่ขับปั๊มดับเพลิงตัวนี้โดยตรง ไม่ต้องพึ่งพาไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าเลยตามข้อกำหนด NFPA 20 ที่อธิบายไว้ข้างต้น
4. Exhaust System — ท่อไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซลที่ระบายออกนอกอาคารปั๊ม
5. Air Cleaner — ตัวกรองอากาศเข้าเครื่องยนต์ดีเซลก่อนเผาไหม้
6. Radiator and Cooling Fan — ชุดหม้อน้ำและพัดลมระบายความร้อนของเครื่องยนต์ดีเซลขณะทำงาน
7. Fire Pump Controller — ตู้ควบคุมอัตโนมัติที่สั่งสตาร์ทเครื่องยนต์เมื่อความดันในระบบตกลงถึงจุดที่กำหนด
8. Fuel System — ชุดถังและท่อเชื้อเพลิงดีเซลที่ป้อนเครื่องยนต์ ต้องมีปริมาณสำรองเพียงพอให้เดินเครื่องได้ตามเวลาที่มาตรฐานกำหนด
9. Vibration Isolators — ฐานรองกันสั่นสะเทือนที่รองรับชุดเครื่องยนต์-ปั๊ม ลดแรงสั่นสะเทือนที่ส่งลงพื้นอาคาร
10. Battery Bank — ชุดแบตเตอรี่สำรองสำหรับสตาร์ทเครื่องยนต์ดีเซล เพราะต้องทำงานได้แม้ไม่มีไฟฟ้าจากภายนอกเลย
11. Fire Water Pump — ตัวปั๊มหลักที่สูบน้ำดับเพลิงเข้าสู่ระบบ ring main เมื่อเครื่องยนต์ดีเซลขับหมุน
12. Jockey Pump (Pressure Maintenance) — ปั๊มขนาดเล็กที่ทำงานตลอดเวลาเพื่อชดเชยการรั่วซึมเล็กน้อยในระบบ รักษาความดันไว้ไม่ให้ปั๊มหลักต้องสตาร์ทโดยไม่จำเป็นตามที่อธิบายไว้ข้างต้น

29.7 ระบบเชื้อเพลิงเหลว (Fuel Oil Handling)

โรงไฟฟ้าส่วนใหญ่มีเชื้อเพลิงเหลวติดตั้งไว้เป็นเชื้อเพลิงสำรองหรือใช้จุดเตาตอนสตาร์ทเครื่อง โดยแบ่งเป็นสองชนิดหลัก คือ ดีเซล (light oil) ที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำรองของ GT และใช้เป็นเชื้อเพลิงจุดไฟ (ignitor) และ HFO (Heavy Fuel Oil — น้ำมันเตาหนัก) ที่บางโรงใช้เป็นเชื้อเพลิงหลักหรือสำรองของหม้อไอน้ำ ถังเก็บเชื้อเพลิง (storage tank) ต้องมีคันดินหรือกำแพงกันรั่ว (bund wall) ที่รองรับปริมาตรได้ไม่น้อยกว่าปริมาตรของถังใบใหญ่ที่สุด พร้อมระบบตรวจวัดระดับและอุณหภูมิ และระบบโฟมกับสเปรย์หล่อเย็นตามที่กล่าวถึงในหัวข้อ 29.6

HFO มีความหนืดสูงมากที่อุณหภูมิห้อง จำเป็นต้องอุ่นตลอดเส้นทางตั้งแต่ถังเก็บไปจนถึงหัวเผา โดยใช้ทั้ง tank heater ในถังเก็บและ heat tracing (สายให้ความร้อนตามท่อ ทั้งแบบไอน้ำและแบบไฟฟ้า) เพื่อควบคุมความหนืดให้พอเหมาะสำหรับให้ปั๊มสูบได้และให้หัวเผาพ่นเป็นฝอยละเอียด (atomize) ได้ดี ซึ่งต้องรักษาอุณหภูมิไว้ราว 100–130°C ที่หัวเผา หาก heat tracing เสียหายจนน้ำมันเย็นตัวลงและแข็งตัวอยู่ในท่อ จะเป็นปัญหาใหญ่ที่แก้ไขยากมาก สายการลำเลียงเชื้อเพลิงทั่วไปเริ่มจากการขนถ่าย (unloading) จากเรือหรือรถบรรทุกเข้าสู่ storage tank จากนั้นสูบผ่าน transfer pump ไปยัง day tank (ถังใช้งานประจำวัน) แล้วจึงสูบต่อด้วย forwarding pump ผ่าน duplex strainer (ตะแกรงกรองคู่ที่สลับทำความสะอาดได้โดยไม่ต้องหยุดไหล) ก่อนเข้าสู่หัวเผา ขนาดของ day tank โดยทั่วไปออกแบบให้มีปริมาณเพียงพอสำหรับเดินเครื่องต่อเนื่องได้ราว 8–24 ชั่วโมง คุณภาพน้ำมันที่ต้องตรวจสอบทุกล็อตที่รับเข้ามาคือปริมาณน้ำปน (water content) ตะกอน (sludge) และความหนืด เพราะน้ำที่ปนอยู่ในน้ำมันเป็นสาเหตุให้เปลวไฟไม่เสถียร (flame instability) และเกิดการกัดกร่อนตามมา

1. Fuel oil storage tank — ถังเก็บน้ำมันเชื้อเพลิงหลักทรงกระบอกยืน เก็บสำรองเชื้อเพลิงไว้ใช้ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น
2. Tank vent — ช่องระบายไอน้ำมันและปรับความดันภายในถังให้สมดุลกับบรรยากาศภายนอก
3. Access hatch and handrail — ช่องเปิดตรวจสอบด้านบนถังพร้อมราวกันตกโดยรอบสำหรับผู้ปฏิบัติงานที่ขึ้นไปตรวจสอบ
4. Power plant — ตัวอาคารโรงไฟฟ้าหลักที่อยู่ด้านหลัง ซึ่งเป็นปลายทางที่เชื้อเพลิงจากถังเหล่านี้จะถูกส่งไปเลี้ยง
5. External stairway — บันไดภายนอกที่พันรอบตัวถังสำหรับขึ้นไปยัง access hatch ด้านบน
6. Level gauge — อุปกรณ์วัดระดับน้ำมันภายในถังที่ติดตั้งด้านข้าง ใช้ตรวจสอบปริมาณคงเหลือได้จากภายนอกโดยไม่ต้องเปิดฝาถัง
7. Secondary containment bund (110% of largest tank) — คันกั้นคอนกรีตรอบกลุ่มถังที่ออกแบบให้รองรับปริมาตรได้อย่างน้อย 110% ของถังใบใหญ่ที่สุด ป้องกันน้ำมันไหลออกนอกพื้นที่หากถังรั่วหรือแตก ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น
8. Access stairs — บันไดทางเข้าพื้นที่ tank farm ผ่านคันกั้นด้านนอก
9. Piping manifold — ท่อรวมพร้อมวาล์วหลายตัวที่ควบคุมการรับ-จ่ายน้ำมันระหว่างถังแต่ละใบกับระบบสูบจ่ายไปยังโรงไฟฟ้า

สรุปท้ายบท

ศัพท์เทคนิคในบทนี้

แบบทดสอบท้ายบท