อุปกรณ์เครื่องมือวัดในปัจจุบันส่วนใหญ่จะประกอบไปด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือประเภทวงจรรวม ซึ่งจะมีความไวต่ออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป
การป้องกันตัวเครื่องมือวัดความดันจากอุณหภูมิสูง
(High Temperature Protection for Pressure Instrument)
ทวิช ชูเมือง
เครื่องมือวัดความดันประเภทต่าง ๆ เช่น วัดความดันทั่วไป, วัดความดันแตกต่าง, วัดระดับ เป็นต้น ที่มีใช้งานในระบบควบคุมและเครื่องมือวัดในอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตประเภทต่าง ๆ โดยทั่วไปจะเป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่ต้องมีการจัดเตรียมสำหรับใช้ในการควบคุมกระบวนการผลิต เนื่องจากเป็นอุปกรณ์พื้นฐานและมีความจำเป็นในการควบคุมกระบวนการผลิตให้ทำงานได้ตามวัตถุประสงค์และมีความปลอดภัยต่อส่วนต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง ในการออกแบบ, เลือกใช้ หรือการติดตั้ง
ดังนั้นจึงต้องมีการพิจารณาในรายละเอียดให้ครบถ้วน เพื่อทำให้อุปกรณ์เหล่านี้มีความเชื่อมั่นในการใช้งานและทนทานต่อสภาพแวดล้อมหรือจากของไหลที่ทำการวัด โดยทั่วไปแล้วเครื่องมือวัดความดันที่มีอยู่ในกระบวนการผลิตจะถูกนำไปติดตั้งในจุดต่าง ๆ ของกระบวนการ ซึ่งจะมีค่าตัวแปรกระบวนการที่แตกต่างกันไป ทั้งจากกระบวนการผลิตเอง หรือจากสิ่งแวดล้อมภายนอก
เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปว่าอุปกรณ์เครื่องมือวัดในปัจจุบันส่วนใหญ่จะประกอบไปด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์หรือประเภทวงจรรวม ซึ่งจะมีความไวต่ออุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป หรือมีขีดจำกัดในการทำงานที่อุณหภูมิสูง ๆ ซึ่งอาจทำให้ค่าการวัดที่อ่านได้ไม่ถูกต้องแม่นยำหรืออาจเกิดความเสียหายต่อตัวอุปกรณ์ได้ ดังนั้นจึงต้องเลือกวิธีการป้องกันและมีการวางตำแหน่งเครื่องมือวัดประเภทนี้ให้เหมาะสม สามารถแสดงแนวทางได้ดังนี้
* เครื่องมือวัดควรจะถูกติดตั้งในตำแหน่งที่ไม่เสี่ยงต่อการเกิดความเสียหายทางด้านกายภาพ, เกิดมีความร้อนสะสม, มีการสั่นสะเทือน หรือเกิดการเสียดสีกับอุปกรณ์อื่น ๆ
* เครื่องมือวัดควรจะถูกติดตั้งให้ใกล้กับจุดที่ต้องการวัดมากที่สุด
* เครื่องมือวัดต้องทำจากวัสดุที่ทนทานต่อสิ่งแวดล้อมในการทำงานได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการป้องกัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษเกี่ยวกับ อุปกรณ์ห่อหุ้ม, การป้องกันพื้นผิว, วัสดุป้องกันการรั่ว, วัสดุฉนวน
นอกจากการวางตำแหน่งและการเลือกวัสดุที่เหมาะสมแล้ว ยังสามารถเลือกวิธีการติดตั้งให้เหมาะสม สำหรับใช้เป็นการป้องกันเครื่องมือวัดจากความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นจากของไหลจากกระบวนการที่สัมผัสอยู่กับเครื่องมือวัด เพื่อให้เครื่องมือวัดทำงานได้อย่างถูกต้องและมีอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น เครื่องมือวัดในที่นี้จะรวมถึงตัวเครื่องมือวัดและ Impulse Line ที่ใช้ต่อออกมาจากจุดที่ต้องการวัด ในการเลือกใช้การป้องกันนี้เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องมือวัดสามารถทำงานได้อย่างถูกต้องจากสภาวะต่าง ๆ ดังนี้
* การแข็งตัวของของไหล
* การรบกวนจากความหนืด
* การกัดกร่อนจากของไหล
* ความร้อนจากของไหล
* การเสียหายเนื่องจากสิ่งแวดล้อม
* ของแข็งในของไหลเข้าไปอุดตันใน Impulse Line
ปัญหาหลักสำหรับการออกแบบติดตั้งเครื่องมือวัดความดันในอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตจะเป็นการป้องกันความร้อนสูง ๆ ที่มาจากของไหลที่ทำการวัด สำหรับในบทความนี้ก็จะมาพิจารณาวิธีการป้องกันเครื่องมือวัดจากอุณหภูมิสูงจากกระบวนการผลิต โดยจะพิจารณาตามข้อแนะนำของมาตรฐาน API 551นอกจากนั้นยังมีการแสดงการวิเคราะห์เพื่อยืนยันข้อแนะนำตามมาตรฐานว่าสามารถนำไปใช้งานได้อย่างเหมาะสม
การป้องกันความเสียหายของตัวเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรม
ในการใช้งานเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรมสำหรับระบบควบคุมในอุตสาหกรรมกระบวนการผลิตนั้น ความเชื่อถือได้ของเครื่องมือวัดเป็นสิ่งที่ถูกคาดหวังอย่างมากสำหรับการติดตั้งระบบเครื่องมือวัดและควบคุมในโรงกลั่นน้ำมันหรืออุตสาหกรรมปิโตรเคมี
ดังนั้นสิ่งสำคัญที่ต้องมีการพิจารณาในการเลือกใช้และการติดตั้งระบบเครื่องมือวัดจะเป็นรูปแบบและวิธีการป้องกันเครื่องมือวัดจากสิ่งแวดล้อมและจากกระบวนการ ตั้งแต่เริ่มต้นการออกแบบโครงการโดยความต้องการวิธีการป้องกันอุปกรณ์ขั้นพื้นฐานควรจะต้องถูกกำหนดอยู่บนแผนภาพกระบวนการผลิตหรือบนเอกสารอื่นที่เกี่ยวข้อง เพื่อให้ผู้ออกแบบสามารถนำข้อมูลเหล่านี้ไปใช้ได้อย่างเหมาะสม
วิธีการรายละเอียดและข้อแนะนำทางเทคนิคต่าง ๆ เพื่อนำไปใช้สำหรับการป้องกันความเสียหายของตัวเครื่องมือวัดจากกระบวนการและสิ่งแวดล้อม จะสามารถจัดเตรียมได้หลายวิธีการตามมาตรฐานสากล โดยจะมีเทคนิคต่าง ๆ เป็นดังนี้
* การปิดผนึก (Sealing)
* การล้างออกไป (Purging)
* การให้ความร้อน (Heating)
สำหรับในบทความนี้จะแสดงในรายละเอียดการป้องกันด้วยวิธีการปิดผนึกเพื่อใช้ในการป้องกันอุณหภูมิสูงเท่านั้น โดยการปิดผนึกอาจเป็นส่วนกั้นทางกล (Mechanical Barrier) ระหว่างกระบวนการและตัวเครื่องมือวัด หรือสามารถเป็นส่วนของท่อหรือ Tube ที่เต็มไปด้วยของไหลจากกระบวนการ หรือเต็มไปด้วยของเหลวที่ใช้ปิดผนึก ตัวอย่างทั่วไปการใช้เทคนิคการปิดผนึกจะถูกนำไปใช้งานกับเครื่องมือวัดความดัน (Pressure Transmitters) และเกจวัดความดัน (Pressure Gauge) และเครื่องมือวัดความดันแตกต่าง (Differential Pressure) โดยใช้ท่อหรือ Tube ที่เชื่อมต่อเข้ากับตัวเครื่องมือวัด เพื่อใช้ในการป้องกันอุณหภูมิสูงจากของไหลในกระบวนการผลิตที่จะมาทำความเสียหายต่อตัวเครื่องมือวัด
การปิดผนึก (Seals)
1. การปิดผนึกด้วยแผ่นไดอะแฟรม (Diaphragm Seals)
การปิดผนึกด้วยไดอะแฟรมจะถูกใช้เมื่อมีความต้องการที่จะแยกของไหลจากกระบวนการออกจากเครื่องมือวัด โดยทั่วไปจะถูกใช้กับของเหลวที่มีลักษณะต่าง ๆ ดังนี้
* มีส่วนผสมกับของแข็ง (Slurry Service)
* ของไหลกระบวนการเป็นพิษ (Toxic)
* กัดกร่อน (Corrosion)
* มีอุณหภูมิสูง (High Temperature)
นอกจากนั้นยังสามารถถูกใช้เพื่อลดปัญหาความต้องการความร้อน เมื่อเกิดปัญหาการแช่แข็งหรือใช้งานกับของไหลที่มีความหนืดสูง
โดยปกติการปิดผนึกในเกจวัดความดันและสวิตช์ความดัน มักจะประกอบด้วยแผ่นไดอะแฟรมและตัวยึดซึ่งจะถูกต่อเข้ากับเครื่องมือวัด ดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 แผ่นไดอะแฟรมและตัวยึด
จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าของเหลวที่ใช้ในการปิดผนึกจะอยู่ระหว่างแผ่นไดอะแฟรมกับตัวเครื่องมือวัด วัสดุที่ใช้ทำแผ่นไดอะแฟรม, ตัวยึด และวัสดุปะเก็นจะต้องถูกเลือกให้เหมาะสมกับของไหลในกระบวนการ โดยทั่วไปแผ่นไดอะแฟรมจะถูกเชื่อมเข้ากับตัวยึด แต่บางครั้งใช้การยึดรัด
คุณสมบัติของเหลวที่ใช้ในการปิดผนึกควรจะต้องมีคุณสมบัติดังนี้
* ไม่ควรติดไฟได้ (Nonflammable)
* ความดันไอต่ำ
* การขยายตัวจากความร้อนต่ำ
* ต้องไม่เข้าไปเจือปนกับของไหลกระบวนการในกรณีที่ไดอะแฟรมแตกออก
การปิดผนึกที่ถูกนำไปใช้สำหรับเครื่องมือวัดความดันและความดันแตกต่างสามารถมีหลายรูปแบบในการเลือกใช้งาน ลักษณะทั่วไปของการปิดผนึกเป็นแบบ เวเฟอร์ (Wafer), การรัดระหว่างหน้าแปลนของท่อและเชื่อมต่อกับเครื่องมือวัดด้วย Armored Capillary ดังแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2 การเชื่อมต่อกับเครื่องมือวัดด้วย Armored Capillary
ในรูปแบบดังแสดงในรูปที่ 2 นี้ ถ้าใช้ลักษณะการปิดผนึกที่ตัวเครื่องมือวัดความดันแตกต่างทั้ง 2 ด้าน จะถูกนำไปใช้สำหรับวัดการไหลและการวัดระดับในถังที่มีความดันหรือเป็นสุญญากาศ ในบางการใช้งานท่อ Capillaries สามารถมีความยาวได้ถึง 35 ฟุต (10 เมตร) แต่ต้องมีความระมัดระวังในการใช้งานเพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการวัด การติดตั้งและการเลือกใช้จำเป็นต้องเลือกท่อ Capillaries ให้มีความยาวเท่ากันและรักษาให้ท่อ Capillaries อยู่ที่อุณหภูมิเดียวกัน ท่อ Capillaries ควรจะเลือกความยาวให้สั้นที่สุด ในการรักษาการตอบสนองที่ดีและเพื่อลดผลกระทบด้านอุณหภูมิใน Capillaries ให้ต่ำที่สุด
ในลักษณะคล้ายกัน สำหรับกรณีที่ใช้การปิดผนึกเพียงข้างเดียว ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการวัดความดันหรือความดันแตกต่างระหว่าง 2 จุด เมื่อต้องการปิดผนึกเพียงด้านเดียว ตัวอย่างการใช้งานเป็นการวัดความแตกต่างความดันระหว่างการเผาไหม้น้ำมัน เชื้อเพลิงและ Atomizing Steam
การวัดระดับในถังบรรยากาศสามารถถูกวัดได้ด้วยการปิดผนึกที่ยึดติดโดยตรงกับตัวของเครื่องมือวัด เมื่อไม่มีวัสดุที่สามารถกลั่นตัวได้ปะปนอยู่ในพื้นที่บริเวณเป็นไอเหนือของเหลวที่ต้องการวัด มีความเป็นไปได้ในการต่อเชื่อมจุดอ้างอิงไปยังด้านความดันต่ำ (Low Pressure Side) ของเครื่องมือวัดและใช้สำหรับการวัดระดับในถังภายใต้ความกดดัน
รูปแบบอื่น ๆ ที่มีให้เลือกใช้งานสำหรับการเชื่อมต่อโดยตรงไปยังอุปกรณ์การวัดแบบพิเศษกับ Chemical Tees การปิดผนึกสามารถถูกจัดเตรียมกับการขยายเพื่อลดปริมาณของไหลในส่วนกักเก็บ
เมื่อใดก็ตามที่ระบุว่าระบบการปิดผนึกมีความต้องการ ผู้ใช้ควรทำงานอย่างใกล้ชิดกับผู้ผลิตเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องมือวัดมีความเหมาะสมกับการใช้งาน ต้องมีความระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าของเหลวในระบบปิดผนึกจะทำงานในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด และเหมาะสมกับกระบวนการ
2. การปิดผนึกด้วยของเหลว (Liquid Seals)
ในหลายมาตรฐานสำหรับการติดตั้งเครื่องมือวัดทางอุตสาหกรรมจะแนะนำให้ใช้ของเหลวในการปิดผนึกเป็นของไหลที่อยู่ในกระบวนการผลิต (ดูรูปที่ 1 และ 3) สำหรับเครื่องมือวัดการไหลของไอน้ำและของไหลที่กลั่นตัวได้จะใช้การปิดผนึกในลักษณะนี้ เมื่อของเหลวในการปิดผนึกเย็น เครื่องมือวัดจะไม่ได้ผลกระทบจากอุณหภูมิกระบวนการ ในสถานที่อากาศหนาวต่าง ๆ จะมีการใช้ไอน้ำในการให้ความอบอุ่น
ซึ่งน้ำที่กลั่นตัวจะต้องมีการป้องกันจากการแข็งเนื่องจากอุณหภูมิที่เย็นจัดจากอุณหภูมิแวดล้อม ในการใช้งานทั่วไปแล้วมีความเป็นไปได้ที่ของไหลกระบวนการจะถูกใช้เป็นของเหลวในการปิดผนึก เนื่องจากมีพร้อมให้ใช้งานตลอดเวลาถ้ามีการสูญหายหรือการรั่วไหลจากการใช้งานที่ผิดพลาด
ถ้าของไหลในกระบวนการมีส่วนประกอบของไฮโดรคาร์บอนและน้ำ ซึ่งมีโอกาสที่ของไหลในท่อ Impulse จะแยกออกเป็นสองส่วน ถ้าเป็นเครื่องมือวัดอัตราการไหลความดันแตกต่างที่เกิดจากการสะสมของน้ำจะถูกแยกออกเป็นสองส่วนในท่อ ซึ่งอาจสามารถทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดได้ เพื่อป้องกันเหตุการณ์ในลักษณะนี้ท่อ Impulse ควรจะเต็มไปด้วยน้ำหรือ Ethylene-glycol ผสมน้ำ (ดูรูป ที่ 3)
รูปที่ 3 การติดตั้งที่ใช้ของเหลวในการปิดผนึก
ในหลาย ๆ พื้นที่มีการใช้ Glycol ผสมกับน้ำสามารถลดความต้องการระบบให้ความร้อนหรือ Heat Tracing ที่จะนำมาใช้ได้
ของเหลวในการปิดผนึกต้องเหมาะสมกับของไหลในกระบวนการ ของไหลที่เลือกใช้จะต้องมีความหนาแน่นสูงกว่าของไหลกระบวนการ ต้องไม่กัดกร่อนและมีค่าความดันไอต่ำ (Vapor Pressure) ที่อุณหภูมิกระบวนการต้องมีการใช้ป้ายเตือนเมื่อใดก็ตามที่ใช้ของเหลวในการปิดผนึกชนิดพิเศษ
การลดอุณหภูมิเครื่องมือวัดความดันด้วยของเหลวปิดผนึก
* อุณหภูมิของเครื่องมือวัดความดันที่ถูกแยกโดยใช้ท่อบรรจุของเหลวที่สภาวะคงที่ (Steady State Condition)
สำหรับในหัวข้อนี้จะเป็นการพิจารณาเพื่อต้องการวัดค่าความดันในกระบวนการและของไหลที่ต้องการวัดความดันนั้นมีค่าอุณหภูมิที่สูงเกินกว่าขีดจำกัดของเครื่องมือวัดความดันที่จะทนได้ จะต้องมีการนำ Tube หรือท่อที่บรรจุของเหลวมาใช้เพื่อเป็นตัวแยกเครื่องมือวัดออกจากระบบที่ต้องการวัด ซึ่งจะใช้เป็นวัตถุประสงค์ในการแสดงรายละเอียด สำหรับเพื่อใช้ในการพิจารณาตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับการลดอุณหภูมิสำหรับสภาวะคงที่, และแสดงกราฟตัวอย่างซึ่งอาจใช้ในการแนะนำกับผู้ใช้งานที่มีปัญหาเกี่ยวกับอุณหภูมิสูงในการนำไปใช้งาน
รูปที่ 4 รูปแบบในการวิเคราะห์
การวิเคราะห์ปัญหา
ก่อนอื่นต้องทำการพิจารณาหาเส้นทางที่จะทำให้ความร้อนเดินทางเข้าไปถึงตัวเครื่องมือวัดและต้องมีเหตุผลตัดสินใจที่เหมาะสมในการตรวจสอบรายละเอียดดังนี้
1. การถ่ายโอนความร้อนจะเป็นวิธีการโดยการนำ (Conduction), การพา (Convection) และการแผ่รังสี (Radiation) ถ้าหากแหล่งจ่ายความดันอยู่ภายในถังที่มีการหุ้มฉนวน การถ่ายเทความร้อนโดยการแผ่รังสีจะมีขนาดเล็กน้อยและสามารถตัดทิ้งออกไปได้ การถ่ายเทความร้อนโดยการพาและการนำจะมีการเดินทางอยู่สองเส้นทางดังนี้
a. ผ่านผนัง Tube หรือ ท่อ (Tube or Pipe Wall)
b. ผ่านสื่อความดัน (Pressure Media)
2. สื่อความดันที่เป็นก๊าซหรือของเหลวและจะมีค่าสัมประสิทธิ์ของการนำ (Conductivity) ความร้อนในระดับ 0.1 BTU/hr-ft-?F สำหรับโลหะใด ๆ จะมีสัมประสิทธิ์มากกว่า 10 BTU/hr-ft-? F จะเห็นได้ว่าค่าสัมประสิทธิ์ของการนำความร้อนระหว่างผนัง Tube กับตัวของไหลมีค่าแตกต่างกันมาก จากการเปรียบเทียบนี้จะทำให้เห็นว่าผนังของ Tube จะช่วยเป็นตัวนำความร้อนที่ดีกว่าของไหลที่บรรจุอยู่ใน Tube
แหล่งที่มาของสูตรและกราฟ (Curves)
Tube ที่มีผนังบางจะใช้เป็นแบบจำลองเหมือนกับการทำงานของครีบ (Fin) ระบายความร้อนในการนำและการพาความร้อน ครีบมีระยะความยาวที่มีขอบเขตและมีการสูญเสียความร้อนโดยการพาที่ปลายสิ้นสุด
อุณหภูมิรูปแบบที่ 1 เป็นดังนี้ [1]
เมื่อ
และ
T = อุณหภูมิของจุดที่สนใจบนครีบระบายความร้อน
T = อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม, ในการวิเคราะห์นี้ใช้ค่าเป็น 100 องศาฟาเรนไฮต์
T0 = อุณหภูมิของแหล่งจ่ายความดันในการวัด
L = ความ ยาวของท่อ
X = ระยะทางจากแหล่งกำเนิดความดัน
H = อัตราการถ่ายเทความร้อนจาก Tube ไปยังอากาศโดยการพาธรรมชาติ, ในการวิเคราะห์นี้จะใช้ค่าเป็น 1.44
BTU/hr/ft2/องศาฟาเรนไฮต์
P = เส้นรอบวงของท่อ, ในที่นี้จะใช้เป็น (D1) เส้นผ่าศูนย์กลางนอกคูณด้วย
K = สัมประสิทธิ์ของการถ่ายเทความร้อน, ในการวิเคราะห์นี้ใช้ค่าเป็น 16 Btu/hr/ft/องศาฟาเรนไฮต์
A = พื้นที่รูปตัดของท่อ, ใช้เป็นความแตกต่างของพื้นที่หน้าตัดภายนอกและภายใน หรือ
สมการที่ (1) นี้สามารถลดความยุ่งยากได้ในสองวิธีดังนี้
1. ในการวิเคราะห์จะสนใจอุณหภูมิที่ตัวเครื่องมือวัด, ที่ความยาว L ทำให้จำนวนที่เป็นเศษส่วนจะลดเป็นจำนวนเต็ม
2. ในส่วนของ cosh มีความสำคัญมาก มีขนาดใหญ่เป็นสองลำดับของส่วน sinh ทำให้ส่วน sinh นี้จะถูกตัดทิ้งไปเพื่อความสะดวกในการวิเคราะห์
สมการที่ (1) ทำให้ลดลงได้เป็นดังนี้
เพื่อทำให้หน่วยมีความสอดคล้องกันโดยการใช้ตัวแปรเป็นจำนวน 12 สำหรับการแปลงจากฟุตไปเป็นนิ้ว สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนจะแสดงในหน่วยของฟุต ในขณะที่เส้นผ่าศูนย์กลาง (Diameters) และยาวของ Tube จะแสดงในหน่วยนิ้ว ดังนั้นสมการที่ 2 จะเป็นดังนี้
เมื่อ
T = อุณหภูมิของจุดที่สนใจในครีบระบายความร้อน
T = อุณหภูมิของสิ่งแวดล้อม
T0 = อุณหภูมิของแหล่งกำเนิดความดันในการวัด
L = ความยาวของ Tube เป็นนิ้ว
H = อัตราการถ่ายเทความร้อนจาก Tube ไปยังอากาศโดยการพาธรรมชาติ ในหน่วย BTU/hr/ft2/องศาฟาเรนไฮต์
K = สัมประสิทธิ์ของการถ่ายเทความร้อน ในหน่วย Btu/hr/ft/องศาฟาเรนไฮต์
D1 = เส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก, นิ้ว
D2 = เส้นผ่าศูนย์กลางภายใน, นิ้ว
การแปลงหน่วยจะถูกคูณด้วยจำนวนเลข 12 ส่วนจำนวนเลข 4 เป็นผลของการคำนวณพื้นที่ (D21-D22) โดยการตัดส่วนเส้นรอบวงและ ออกไป โดยตัวแปร L จะไม่อยู่ภายใต้เครื่องหมายราก (Radical Sign)
ค่าสัมประสิทธิ์ของการถ่ายเทความร้อนเป็นค่าทั่วไปที่ระมัดระวังมาก (More Conservative) จะใช้ที่ 16 Btu/hr/ft/ องศาฟาเรนไฮต์ สำหรับวัสดุต่าง ๆ สัมประสิทธิ์ของการถ่ายเทความร้อนอยู่ในตารางด้านล่างนี้
สมการที่ 3 สามารถนำไปวาดกราฟดังรูปที่ 5 เป็นสภาพอุณหภูมิสูงสุดของแหล่งความดัน (t 0) โดยสันนิษฐานว่าอุณหภูมิสิ่งแวดล้อมรอบตัวเครื่องมือวัดเท่ากับ (t ) 100 องศาฟาเรนไฮต์ และ อัตราการถ่ายเทความร้อน (h) จาก Tube ไปยังอากาศเป็น 1.44 BTU/hr/ft2/องศาฟาเรนไฮต์ โดยการรวมค่าการนำความร้อน (Conductivity) ผ่านสื่อความดันและใช้ตัวแปรความปลอดภัยเป็น 200 องศาฟาเรนไฮต์ และให้ขีดจำอุณหภูมิต่ำสุดที่อนุญาตได้ สำหรับเครื่องมือวัดเป็น 0 องศาฟาเรนไฮต์
การใช้งานกราฟการลดอุณหภูมิ
จากกราฟการลดอุณหภูมิ เมื่อกำหนดค่าความยาวของ Tube ที่ค่าหนึ่ง โดยมีการแยกส่วนหรือปิดผนึกที่ดี โดยใช้วัสดุที่เป็นเหล็กมากกว่าวัสดุอื่น ๆ เช่น ทองเหลืองหรือทองแดง เมื่อพิจารณาความถี่ในการตอบสนองให้ใช้ท่อเหล็กในระยะสั้นที่สุด เมื่อมีการใช้งานที่อุณหภูมิมากกว่า 1,000 oF จะเป็นข้อจำกัดสำหรับการใช้วัสดุที่เป็นทองเหลืองและทองแดง เมื่อต้องการใช้ระยะสั้นต้องเลือกใช้เส้นผ่าศูนย์กลางเล็ก เพื่อแยกตัวเครื่องมือวัดออกจากระบบ สำหรับแหล่งที่กำหนดอุณหภูมิต้องมีการยอมรับระหว่าง เส้นผ่าศูนย์กลางท่อและความยาวและความถี่ตอบสนอง
ตามกฎของการใช้งานทั่วไป ท่อเหล็กความยาว 1 ฟุตที่เส้นผ่าศูนย์กลางใด ๆ จะสามารถใช้ในการแยกตัวเครื่องมือวัดออกจากอุณหภูมิที่ค่าใด ๆ ได้
รูปที่ 5 กราฟการลดอุณหภูมิ
ตัวอย่างการใช้งาน เครื่องมือวัดระดับด้วยความดันแตกต่างสำหรับของไหลในถังที่เป็น Hot Fluid มีความร้อนที่ 300 องศาเซลเซียส (572 องศาฟาเรนไฮต์) โดยจากคู่มือการใช้งานเครื่องมือวัดความดันจะทนอุณหภูมิใช้งานได้สูงสุดที่ 80 องศาเซลเซียส (176 องศาฟาเรนไฮต์) ในการใช้งานจะใช้ Tube 316 SS ขนาด ½ นิ้วเป็น Impulse Line จากถังไปยังเครื่องมือวัดมีความยาวของ Tube ประมาณ 1 เมตร จากนั้นหาค่าอุณหภูมิที่ปลายทางโดยใช้สมการจากหัวข้อที่ผ่านมา
ตัวอย่างการใช้งาน เครื่องมือวัดระดับด้วยความดันแตกต่างสำหรับของไหลในถังที่เป็น Hot Fluid มีความร้อนที่ 300 องศาเซลเซียส (572 องศาฟาเรนไฮต์) โดยจากคู่มือการใช้งานเครื่องมือวัดความดันจะทนอุณหภูมิใช้งานได้สูงสุดที่ 80 องศาเซลเซียส (176 องศาฟาเรนไฮต์) ในการใช้งานจะใช้ Tube 316 SS ขนาด ½ นิ้วเป็น Impulse Line จากถังไปยังเครื่องมือวัดมีความยาวของ Tube ประมาณ 1 เมตร จากนั้นหาค่าอุณหภูมิที่ปลายทางโดยใช้สมการจากหัวข้อที่ผ่านมาจากสมการที่ (2) สามารถหาค่าอุณหภูมิที่จุดวัด (T) เป็นดังนี้
เมื่อ
จากการออกแบบมีการเลือกใช้ Tube ที่ทำจากวัสดุเป็น 316 SS ขนาด ½ นิ้ว มีเส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก เป็น 0.04164 ฟุต (12.69 มิลลิเมตร) และมีเส้นผ่าศูนย์กลางภายในเป็น 0.03081 ฟุต (9.390 มิลลิเมตร)
เพราะฉะนั้นจะได้ตัวแปรต่าง ๆ เป็นดังนี้
h = 1.44 BTU/hr/ft2/องศาฟาเรนไฮต์
p = (0.04164) = 0.13082 ฟุต
K(316 ss) = 9.4 BTU/ft-h-Deg.F
A = (/4) (D21-D22) = (/4) (0.041642-0.030812) = 0.000616 ตารางฟุต (ft2)
= 100 องศาฟาเรนไฮต์
T0 = 572 องศาฟาเรนไฮต์
แทนค่าในสมการเพื่อหาค่า m จะได้เป็นดังนี้
ฟุต
แทนค่าในสมการเพื่อหาค่าอุณหภูมิที่ความยาว 1 เมตรหรือ 3.28 ฟุต จะได้เป็นดังนี้
องศาฟาเรนไฮต์
จากผลลัพธ์จะเห็นได้ว่าค่าอุณหภูมิที่ระยะทาง 1 เมตรหรือที่ตำแหน่งตัวเครื่องมือวัดจะมีค่าอุณหภูมิประมาณเท่ากับอุณหภูมิแวดล้อม ซึ่งยังไม่เกินขีดจำกัดอุณหภูมิสูงสุดของตัวเครื่องมือวัดที่ทนได้
จากการคำนวณก็จะเป็นการยืนยันได้ว่า การติดตั้งที่ถูกออกแบบไว้ สามารถใช้งานได้ โดยไม่เกินขีดจำกัดของตัวเครื่องมือวัด และยังเป็นไปตามมาตรฐานสากลที่ได้ให้ข้อแนะนำไว้
ในการเลือกใช้งานการปิดผนึกทั้งแบบแผ่นไดอะแฟรมและแบบเติมด้วยของเหลวนั้น สามารถใช้ในการป้องกันอุณหภูมิสูงจากกระบวนการผลิตได้ทั้ง 2 แบบ แต่ค่าใช้จ่ายสำหรับแผ่นไดอะแฟรมจะสูงกว่าแบบเติมด้วยของเหลว ทั้งค่าจัดหาอุปกรณ์และการซ่อมบำรุง
ดังนั้นผู้ใช้งานจะเลือกใช้แบบใดควรมีการพิจารณาตัวแปรอื่น ๆ ร่วมประกอบด้วย เช่น ถ้าของไหลมีอุณหภูมิสูงพร้อมกับมีของแข็งเจือปน ก็อาจจะพิจารณาในแบบแผ่นไดอะแฟรม เป็นต้น สำหรับหรับของไหลที่มีความหนืดหรือต้อง Heat Tracing ตลอดเวลา ก็อาจใช้แบบเติมด้วยของเหลวในกระบวนการผลิตพร้อมทั้ง Heat Tracing ที่ Impulse Line เป็นต้น
นอกจากนั้นในการออกแบบหรือเลือกใช้งาน ควรจะเป็นไปตามข้อแนะนำของมาตรฐานสากลที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากข้อแนะนำที่แสดงอยู่ในมาตรฐานสากลจะเป็นข้อแนะนำที่มีการยอมรับและมีการรับรองจากผู้ใช้งานส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องโดยตรงว่าเป็นหลักปฏิบัติที่ดี เมื่อดำเนินการตามข้อแนะนำจากมาตรฐานสากลแล้วก็จะทำให้มีความมั่นใจได้ว่าการออกแบบหรือเลือกอุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถใช้งานได้อย่างถูกต้องและปลอดภัย
เอกสารอ้างอิง
[1] API RP 551, Process Measurement Instrumentation
[2] Holman, J.P., Heat Transfer, McGraw Hill, 1986, p. 43-45
[3] Kulite, Application note AN 84/01, Pressure Transducer Temperature Isolation Using Tubing (State State Condition)
[4] ทวิช ชูเมือง, “Industrial Instrumentation Engineering and Design Part II: Instrument Engineering and Selection, Chapter 9 Instrument Protection,” บริษัท ดวงกมลสมัย จำกัด, 2549, ISBN 974-933-207-5.
สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.
ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด
Thailandindustrycom_official
