บทนำ - ทำไมต้องใช้ Steam Trap?

หน้าที่ของกับดักไอน้ำคือการระบายน้ำควบแน่น อากาศ และก๊าซที่ไม่ควบแน่นอื่นๆ ออกจากระบบไอน้ำ โดยไม่ปล่อยให้ไอน้ำสดรั่วไหล ความจำเป็นในการใช้กับดักไอน้ำ ข้อพิจารณาเกี่ยวกับการทำงาน โหมดการทำงานพื้นฐาน และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ล้วนครอบคลุมในบทเรียนนี้

ตลอดประวัติศาสตร์การใช้ประโยชน์จากไอน้ำ Spirax Sarco อยู่แถวหน้าในการปรับปรุงประสิทธิภาพของโรงจ่ายไอน้ำ ตั้งแต่ปี 1935 ผลิตภัณฑ์ Spirax Sarco ได้ขยายขอบเขตกว้างขวางอย่างมาก และปัจจุบันได้รับการกำหนดใช้ทั่วโลกในโรงงานหลายประเภทที่ใช้ไอน้ำ วันนี้ มีกระบวนการผลิตเพียงไม่กี่ประเภทที่ไม่พึ่งพาไอน้ำในการให้ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป

กับดักไอน้ำเป็นส่วนสำคัญของระบบไอน้ำทุกประเภท เป็นจุดเชื่อมต่อที่สำคัญระหว่างการจัดการไอน้ำและน้ำควบแน่นที่ดี เก็บรักษาไอน้ำไว้ในกระบวนการเพื่อการใช้ประโยชน์จากความร้อนสูงสุด แต่ปล่อยน้ำควบแน่นและก๊าซที่ไม่ควบแน่นออกในเวลาที่เหมาะสม แม้จะเป็นเรื่องที่ดึงดูดใจที่จะมองกับดักไอน้ำแยกออกมา แต่ผลกระทบที่มีต่อระบบไอน้ำโดยรวมมักไม่ได้รับการประเมินค่า คำถามต่อไปนี้จึงมีความสำคัญ

เป็นเรื่องจริงอยู่บ่อยครั้งว่าหากเลือกกับดักไอน้ำที่ไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานเฉพาะ จะไม่สังเกตเห็นผลกระทบที่เป็นอันตราย บางครั้ง กับดักไอน้ำถูกปิดสนิทโดยไม่มีปัญหาที่เห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น บนท่อหลักไอน้ำ ที่การระบายน้ำควบแน่นไม่สมบูรณ์จากจุดระบายน้ำหนึ่ง มักหมายความว่าส่วนที่เหลือถูกพัดพาไปยังจุดถัดไป นี่อาจเป็นปัญหาได้หากจุดระบายน้ำถัดไปถูกอุดตันหรือถูกปิดเช่นกัน

วิศวกรที่สังเกตการณ์อาจรับรู้ว่าการสึกหรอของวาล์วควบคุม การรั่วไหล และการลดลงของผลผลิตโรงงาน ล้วนสามารถแก้ไขได้โดยให้ความสนใจที่เหมาะสมกับระบบกับดักไอน้ำ เป็นเรื่องธรรมชาติที่กลไกทุกชนิดจะเสื่อมสภาพ และกับดักไอน้ำก็ไม่มีข้อยกเว้น เมื่อกับดักไอน้ำเปิดค้าง ไอน้ำบางส่วนอาจผ่านเข้าสู่ระบบควบแน่น แม้ว่าปริมาณมักจะน้อยกว่าที่คาดคิด โชคดีที่ปัจจุบันมีวิธีการตรวจจับและแก้ไขความล้มเหลวดังกล่าวอย่างรวดเร็วสำหรับผู้ใช้ไอน้ำ

‘หน้าที่ของกับดักไอน้ำคือการระบายน้ำควบแน่นโดยไม่ปล่อยให้ไอน้ำสดรั่วไหล’

ไม่มีระบบไอน้ำใดสมบูรณ์ได้โดยปราศจากชิ้นส่วนสำคัญ ‘กับดักไอน้ำ’ (หรือ trap) นี่คือจุดเชื่อมต่อที่สำคัญที่สุดในวงจรน้ำควบแน่น เพราะเชื่อมต่อการใช้ไอน้ำกับการส่งคืนน้ำควบแน่น

กับดักไอน้ำทำหน้าที่ ‘ล้าง’ น้ำควบแน่น (รวมถึงอากาศและก๊าซที่ไม่ควบแน่นอื่นๆ) ออกจากระบบ ช่วยให้ไอน้ำไปถึงจุดหมายในสภาพแห้งที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อปฏิบัติภารกิจอย่างมีประสิทธิภาพและประหยัด ปริมาณน้ำควบแน่นที่กับดักไอน้ำต้องจัดการอาจแตกต่างกันมาก อาจต้องระบายน้ำควบแน่นที่อุณหภูมิไอน้ำ (เช่น ทันทีที่เกิดขึ้นในพื้นที่ไอน้ำ) หรืออาจต้องระบายน้ำที่ต่ำกว่าอุณหภูมิไอน้ำ โดยคาย ‘ความร้อนแฝง’ บางส่วนในกระบวนการ แรงดันที่กับดักไอน้ำสามารถทำงานได้มีตั้งแต่สุญญากาศจนถึงเกินร้อยบาร์ เพื่อรองรับเงื่อนไขที่หลากหลายเหล่านี้จึงมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีข้อดีข้อเสียของตนเอง ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ากับดักไอน้ำทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อคุณสมบัติตรงกับการใช้งาน จำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องเลือกกับดักที่ถูกต้องเพื่อดำเนินงานที่กำหนดภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ในเบื้องต้นอาจไม่ชัดเจนว่าเงื่อนไขเหล่านี้คืออะไร อาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันการทำงาน โหลดความร้อน หรือแรงดันน้ำควบแน่น กับดักไอน้ำอาจถูกสัมผัสกับอุณหภูมิสุดขั้วหรือแม้แต่แรงกระแทกน้ำ อาจต้องทนทานต่อการกัดกร่อนหรือสิ่งสกปรก ไม่ว่าเงื่อนไขจะเป็นเช่นไร การเลือกกับดักไอน้ำที่ถูกต้องมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพระบบ จะเห็นได้ชัดว่ากับดักไอน้ำประเภทหนึ่งไม่สามารถเป็นตัวเลือกที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานทั้งหมด

ข้อพิจารณาในการเลือกกับดักไอน้ำ

การระบายอากาศ เมื่อ ‘เริ่มต้นเดินเครื่อง’ คือจุดเริ่มต้นของกระบวนการ พื้นที่เครื่องทำความร้อนจะเต็มไปด้วยอากาศ ซึ่งหากไม่ถูกไล่ออก จะลดการถ่ายเทความร้อนและเพิ่มเวลาอุ่นเครื่อง เวลาเริ่มต้นเดินเครื่องเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพโรงงานลดลง ควรไล่อากาศออกโดยเร็วที่สุดก่อนที่จะมีโอกาสผสมกับไอน้ำที่เข้ามา หากอากาศและไอน้ำผสมกัน จะแยกได้เพียงการควบแน่นไอน้ำเพื่อเหลืออากาศไว้ จากนั้นต้องระบายอากาศไปยังที่ปลอดภัย อาจต้องใช้ช่องระบายอากาศแยกในพื้นที่ไอน้ำขนาดใหญ่หรือซับซ้อน แต่ในกรณีส่วนใหญ่ อากาศในระบบจะถูกระบายผ่านกับดักไอน้ำ ในจุดนี้ กับดักแบบเทอร์โมสแตติกมีข้อได้เปรียบชัดเจนเหนือกับดักบางประเภท เนื่องจากเปิดเต็มที่เมื่อเริ่มต้นเดินเครื่อง กับดักแบบลอยตัวที่มีช่องระบายอากาศเทอร์โมสแตติกในตัวมีประโยชน์อย่างยิ่ง ในขณะที่กับดักแบบเทอร์โมไดนามิกหลายรุ่นก็สามารถจัดการอากาศปานกลางได้ดีเช่นกัน อย่างไรก็ตาม รูเล็กในช่องระบายน้ำควบแน่นแบบรูคงที่และรูระบายในกับดักแบบถังกลับหัวล้วนระบายอากาศได้ช้า ซึ่งอาจเพิ่มเวลาผลิต เวลาอุ่นเครื่อง และการกัดกร่อน การระบายน้ำควบแน่น เมื่อระบายอากาศแล้ว กับดักต้องปล่อยน้ำควบแน่นผ่านได้แต่ไม่ปล่อยไอน้ำ การรั่วไหลของไอน้ำ ณ จุดนี้ไม่มีประสิทธิภาพและไม่ประหยัด กับดักไอน้ำต้องปล่อยให้น้ำควบแน่นผ่านในขณะที่ดักไอน้ำไว้ในกระบวนการ หากการถ่ายเทความร้อนที่ดีมีความสำคัญต่อกระบวนการ น้ำควบแน่นต้องถูกระบายออกทันทีที่อุณหภูมิไอน้ำ การท่วมขังเป็นสาเหตุหลักประการหนึ่งของโรงจ่ายไอน้ำที่ไม่มีประสิทธิภาพอันเนื่องมาจากการเลือกกับดักไอน้ำที่ไม่ถูกต้อง ประสิทธิภาพโรงงาน เมื่อพิจารณาความต้องการพื้นฐานในการกำจัดอากาศและน้ำควบแน่นแล้ว อาจหันมาให้ความสนใจกับ ‘ประสิทธิภาพโรงงาน’ พูดง่ายๆ ว่า เว้นแต่จะออกแบบมาเพื่อท่วมขังโดยเฉพาะ เพื่อให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนทำงานได้ดีที่สุด พื้นที่ไอน้ำต้องเต็มไปด้วยไอน้ำสะอาดแห้ง ประเภทของกับดักไอน้ำจะมีอิทธิพลต่อเรื่องนี้ ตัวอย่างเช่น กับดักแบบเทอร์โมสแตติกจะเก็บน้ำควบแน่นไว้จนกว่าจะเย็นต่ำกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว หากน้ำควบแน่นนี้ยังคงอยู่ในพื้นที่ไอน้ำ จะลดพื้นที่ถ่ายเทความร้อนและประสิทธิภาพเครื่องทำความร้อน การระบายน้ำควบแน่นที่อุณหภูมิต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้อาจดูน่าสนใจ แต่โดยทั่วไปการใช้งานส่วนใหญ่ต้องการให้น้ำควบแน่นถูกกำจัดออกจากพื้นที่ไอน้ำที่อุณหภูมิไอน้ำ ซึ่งต้องใช้กับดักไอน้ำที่มีคุณสมบัติการทำงานต่างจากแบบเทอร์โมสแตติก และโดยปกติหมายถึงกับดักแบบกลไกหรือแบบเทอร์โมไดนามิก ก่อนเลือกกับดักเฉพาะ จำเป็นต้องพิจารณาความต้องการของกระบวนการ ซึ่งมักจะตัดสินประเภทของกับดักที่ต้องการ วิธีที่กระบวนการเชื่อมต่อกับระบบไอน้ำและน้ำควบแน่นอาจตัดสินประเภทของกับดักที่ต้องการเพื่อทำงานได้ดีที่สุดภายใต้สถานการณ์ เมื่อเลือกแล้ว จำเป็นต้องกำหนดขนาดกับดักไอน้ำ ซึ่งจะถูกกำหนดโดยเงื่อนไขระบบและพารามิเตอร์กระบวนการเช่น:

• แรงดันสูงสุดของไอน้ำและน้ำควบแน่น
• แรงดันทำงานของไอน้ำและน้ำควบแน่น
• อุณหภูมิและอัตราการไหล
• กระบวนการมีการควบคุมอุณหภูมิหรือไม่ พารามิเตอร์เหล่านี้จะถูกอภิปรายเพิ่มเติมในโมดูลถัดไปภายในบล็อกนี้ ความน่าเชื่อถือ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่า ‘การกักเก็บไอน้ำที่ดี’ เป็นสิ่งที่เหมือนกับความน่าเชื่อถือ คือ ประสิทธิภาพสูงสุดด้วยการดูแลน้อยที่สุด สาเหตุของความไม่น่าเชื่อถือมักเกี่ยวข้องกับสิ่งต่อไปนี้:
• การกัดกร่อน เนื่องจากสภาพของน้ำควบแน่น สามารถแก้ไขได้โดยใช้วัสดุก่อสร้างเฉพาะและการปรับสภาพน้ำป้อนที่ดี
• แรงกระแทกน้ำ มักเกิดจากท่อยกหลังกับดักไอน้ำ บางครั้งถูกมองข้ามในขั้นตอนการออกแบบและมักเป็นสาเหตุของความเสียหายที่ไม่จำเป็นต่อกับดักไอน้ำที่น่าเชื่อถือ
• สิ่งสกปรก สะสมจากระบบที่สารบำบัดน้ำถูกพัดพาออกจากหม้อไอน้ำ หรือที่เศษท่อรบกวนการทำงานของกับดัก งานหลักของกับดักไอน้ำคือการกำจัดน้ำควบแน่นและอากาศอย่างเหมาะสม และต้องอาศัยความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับวิธีการทำงานของกับดักไอน้ำ ไอน้ำลอยflash ผลกระทบที่เกิดจากการส่งน้ำควบแน่นร้อนจากระบบแรงดันสูงไปยังระบบแรงดันต่ำคือปรากฏการณ์ธรรมชาติของไอน้ำลอย (flash steam) ซึ่งอาจทำให้ผู้สังเกตสับสนเกี่ยวกับสภาพของกับดักไอน้ำ พิจารณาค่าเอนทัลปีของน้ำควบแน่นที่เพิ่งเกิดขึ้นที่แรงดันและอุณหภูมิไอน้ำ (หาได้จากตารางไอน้ำ) ตัวอย่างเช่น ที่แรงดัน 7 bar g น้ำควบแน่นจะมี 721 kJ/kg ที่อุณหภูมิ 170.5°C หากน้ำควบแน่นนี้ถูกระบายสู่บรรยากาศ จะคงอยู่ได้เฉพาะในรูปแบบน้ำที่ 100°C ที่มี 419 kJ/kg ของเอนทัลปีของน้ำอิ่มตัว ค่าเอนทัลปีส่วนเกิน 721 - 419 คือ 302 kJ/kg จะต้มน้ำบางส่วนออก ผลิตไอน้ำปริมาณหนึ่งที่แรงดันบรรยากาศ ไอน้ำแรงดันต่ำที่ผลิตได้เรียกว่า ‘ไอน้ำลอย’ (flash steam) ปริมาณ ‘ไอน้ำลอย’ ที่ปล่อยออกมาสามารถคำนวณได้ดังนี้: หากกับดักกำลังระบายน้ำควบแน่น 500 kg/h ที่ 7 bar g สู่บรรยากาศ ปริมาณไอน้ำลอยที่เกิดขึ้นคือ 500 x 0.134 = 67 kg/h เทียบเท่ากับการสูญเสียพลังงานประมาณ 38 kW! นี่เป็นปริมาณพลังงานที่มีประโยชน์ค่อนข้างมาก ซึ่งบ่อยครั้งสูญหายจากสมดุลความร้อนของวงจรไอน้ำและน้ำควบแน่น และเสนอโอกาสที่ง่ายในการเพิ่มประสิทธิภาพระบบ หากสามารถจับกักและใช้ประโยชน์ได้

วิธีการทำงานของกับดักไอน้ำ

มีกับดักไอน้ำสามประเภทพื้นฐานซึ่งทุกรูปแบบอยู่ในหมวดนี้ ทั้งสามประเภทถูกจัดประเภทตามมาตรฐานสากล ISO 6704:1982 ประเภทของกับดักไอน้ำ:

• แบบเทอร์โมสแตติก (ทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของไหล) อุณหภูมิของไอน้ำอิ่มตัวถูกกำหนดโดยแรงดัน ในพื้นที่ไอน้ำ ไอน้ำคายเอนทัลปีของการระเหย (ความร้อน) ผลิตน้ำควบแน่นที่อุณหภูมิไอน้ำ อันเนื่องมาจากการสูญเสียความร้อนเพิ่มเติม อุณหภูมิของน้ำควบแน่นจะลดลง กับดักแบบเทอร์โมสแตติกจะปล่อยน้ำควบแน่นเมื่อรับรู้อุณหภูมิที่ต่ำกว่านี้ เมื่อไอน้ำมาถึงกับดัก อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นและกับดักจะปิด
• แบบกลไก (ทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของไหล) กับดักไอน้ำกลุ่มนี้ทำงานโดยตรวจจับความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างไอน้ำและน้ำควบแน่น กับดักเหล่านี้รวมถึง ‘กับดักบอลลอย’ และ ‘กับดักถังกลับหัว’ ใน ‘กับดักบอลลอย’ บอลจะลอยขึ้นเมื่อมีน้ำควบแน่น เปิดวาล์วที่ปล่อยน้ำควบแน่นที่หนาแน่นกว่า สำหรับ ‘กับดักถังกลับหัว’ ถังกลับหัวจะลอยเมื่อไอน้ำมาถึงกับดักและยกขึ้นเพื่อปิดวาล์ว ทั้งสองประเภทเป็น ‘กลไก’ ในวิธีการทำงาน
• แบบเทอร์โมไดนามิก (ทำงานโดยการเปลี่ยนแปลงพลศาสตร์ของไหล) กับดักไอน้ำเทอร์โมไดนามิกพึ่งพาการเกิดไอน้ำลอยจากน้ำควบแน่นบางส่วน กลุ่มนี้รวมถึง ‘กับดักเทอร์โมไดนามิก’ ‘กับดักดิสก์’ ‘กับดักอิมพัลส์’ และ ‘กับดักลาบรินท์’ นอกจากนี้ยังรวมถึง ‘กับดักรูคงที่’ อย่างหลวมๆ ซึ่งไม่สามารถนิยามได้ชัดเจนว่าเป็นอุปกรณ์อัตโนมัติ เนื่องจากเป็นเพียงรูขนาดคงที่ที่กำหนดให้ปล่อยน้ำควบแน่นปริมาณที่คำนวณได้ภายใต้เงื่อนไขชุดหนึ่ง ทั้งหมดพึ่งพาความจริงที่ว่าน้ำควบแน่นร้อน เมื่อปล่อยภายใต้แรงดันพลวัต จะเกิดการ flash กลายเป็นส่วนผสมของไอน้ำและน้ำ โมดูลถัดไปมีการอ้างอิงถึงกับดักไอน้ำเหล่านี้

ISO 6552:1980

อภิศัพท์ทางเทคนิคสำหรับกับดักไอน้ำอัตโนมัติ **ISO 6553:2016

EN ISO 6553:2017**

การทำเครื่องหมายกับดักไอน้ำอัตโนมัติ ISO 6554:1980

มิติหน้าต่อหน้าสำหรับกับดักไอน้ำอัตโนมัติแบบหน้าแปลน EN 558:2017

วาล์วอุตสาหกรรม มิติหน้าต่อหน้าและศูนย์ต่อหน้าของวาล์วโลหะสำหรับใช้ในระบบท่อหน้าแปลน วาล์ว PN และ Class

(แม้ว่า ISO 6554:1980 ยังคงมีผลใช้บังคับ ในยุโรปได้ถูกรวมเข้าในมาตรฐานวาล์วอุตสาหกรรมทั่วไป EN 558:2017 ซึ่งมีขอบเขตกว้างกว่า ISO 6554:1980 มาก และระบุ ‘ซีรีส์’ หน้าต่อหน้าแตกต่างจาก EN 26554:1991) **ISO 6704:1982

EN 26704:1991**

การจำแนกประเภทกับดักไอน้ำอัตโนมัติ ISO 5117 :2023

การทดสอบลักษณะการผลิตและประสิทธิภาพสำหรับกับดักไอน้ำอัตโนมัติ

(แทนที่ ISO 6948:1981, ISO 7841:1988 และ ISO 7842:1988 จึงรวมวิธีการกำหนดการสูญเสียไอน้ำและวิธีการกำหนดความสามารถในการระบายของกับดักไอน้ำอัตโนมัติเป็นภาคผนวกของข้อความหลักซึ่งคือการทดสอบลักษณะการผลิตและประสิทธิภาพสำหรับกับดักไอน้ำอัตโนมัติ)