การเลือกเครื่องวัดอัตราการไหลสำหรับท่อขนาดใหญ่มาก

Thread Content

สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่มากนั้น โดยปกติจะหมายถึงท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 1 เมตร ซึ่งรวมถึงท่อกลม/ท่อสี่เหลี่ยม/ท่อสี่เหลี่ยมผืนผ้า เนื่องจากท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่มากจะมีขนาดใหญ่โต ดังนั้นในการออกแบบจึงมีการพิจารณาหลักๆ ไปที่วิธีการลดพื้นที่ที่ใช้ และลดต้นทุนลง ดังนั้น ความยาวของท่อที่ใช้ในการวางระบบจึงไม่ต้องคำนึงถึงข้อกำหนดในการติดตั้งเครื่องวัดอัตราการไหล และจึงไม่มีความจำเป็นต้องมีช่วงท่อตรงสำหรับการติดตั้งเครื่องวัดอัตราการไหลที่ด้านหน้า 10 เมตร และด้านหลัง 5 เมตรอีกด้วย สิ่งนี้ก่อให้เกิดข้อจำกัดอย่างมากต่อการนำไปใช้กับเครื่องวัดอัตราการไหลส่วนใหญ่ แม้จะพยายามนำไปใช้ก็ตาม แต่ผลลัพธ์ที่ได้ก็ยังไม่ดีนัก จะแก้ปัญหานี้ได้อย่างไร? เรามาพูดถึงลักษณะของอัตราการไหลของท่อขนาดใหญ่กันก่อน: 1. เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อมีขนาดมากกว่า 1 เมตร โดยบางท่อมีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงถึง 5.6 เมตรเลยทีเดียว. ส่วนใหญ่มีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า โครงสร้างมีความซับซ้อน ส่วนที่เป็นท่อตรงมีความยาวน้อยมาก มักจะน้อยกว่า 1D การกระจายตัวของอัตราการไหลมีความซับซ้อน และจะเปลี่ยนแปลงไปตามภาระของพัดลม (โดยปกติแล้ว สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ จะมีการวัดปริมาณลมที่ไหลผ่าน) 2. ภายในท่อมีกระแสวนเกิดขึ้น โดยขนาดและตำแหน่งของกระแสวนนี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณการไหลของของเหลว 3. เพื่อลดการสูญเสียความดัน ความเร็วของกระแสน้ำในท่อจึงมักอยู่ที่ประมาณ 5–10 เมตรต่อวินาที ในอุณหภูมิห้อง ความดันสุทธิของอากาศจะอยู่ที่ประมาณ 15–60 พาสกาลเท่านั้น 4. ในก๊าซมักมีฝุ่นละอองปนอยู่ ทำให้เครื่องวัดความแตกต่างของความดันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายอาจอุดตันได้ง่าย ต่อไปนี้คือการแนะนำเครื่องมือบางชนิดที่ใช้ในการวัดขนาดของท่อขนาดใหญ่ในปัจจุบัน แบ่งตามจำนวนจุดวัด: 1) การวัดจุดเดียว คือการใช้ความเร็วของกระแสไหลผ่านจุดใดจุดหนึ่งในท่อ เช่น จุดศูนย์กลางของวงกลม เพื่อคำนวณปริมาณการไหล เช่น เครื่องวัดอัตราการไหลแบบทอร์บอยน์ แบบวอร์เท็กซ์ แบบวินชิเครตี้คู่ หรือเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบอุณหพลศาสตร์ เป็นต้น โดยเงื่อนไขในการวัดคือ ความยาวของส่วนท่อที่เป็นเส้นตรงควรอยู่ที่ 15–25D (D คือ เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ) เนื่องจากภายในท่อขนาดใหญ่มีกระแสน้ำที่เปลี่ยนแปลงไปมา จึงมีโอกาสน้อยมากที่จะมีความเร็วของกระแสน้ำเฉลี่ยที่คงที่เมื่อมีภาระการทำงานของพัดลมที่แตกต่างกัน ดังนั้นระบบประเภทนี้จึงแทบไม่ถูกนำมาใช้ร่วมกับระบบควบคุมอัตโนมัติเลย ขอชี้แจงสิ่งหนึ่งไว้ตรงนี้ โดยผู้ผลิตเครื่องวัดอัตราการไหลหลายรายอ้างว่าเครื่องวัดของตนเองได้รับการปรับเทียบความแม่นยำในห้องทดลองลมมาแล้ว โดยมีความแม่นยำอยู่ที่ ±1% ทุกคนควรระมัดระวังไว้ให้ดี เพราะนี่คือความแม่นยำของอัตราการไหลเฉพาะจุดเท่านั้น ส่วนอัตราการไหลโดยรวมนั้น ก็คือผลรวมของอัตราการไหลในทุกจุดนั่นเอง โดยรวมแล้ว การวัดจุดเดียวนั้นจะให้ผลลัพธ์ที่ไม่ค่อยดีนัก เมื่อไม่มีส่วนของท่อที่เป็นเส้นตรงเพียงพอ หรือเมื่อมีอุปสรรคในการไหลของของเหลวอยู่ด้านหน้าและด้านหลัง หากต้องการความสม่ำเสมอ/ความน่าเชื่อถือในระดับสูง ในขณะที่ความแม่นยำก็เพียงแค่อยู่ในช่วงที่ยอมรับได้เท่านั้น สำหรับสภาพการทำงานแบบนี้ สามารถใช้วิธี “การกำหนดจุดวัดบนพื้นที่จริง” ซึ่งเป็นวิธีที่บริษัท SIERRA Instruments ได้ออกแบบและพัฒนาขึ้นมาโดยเฉพาะได้ ใช้วิธีนี้เพื่อเลือกจุดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแทรกข้อมูล วิธีนี้ใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบอุณหพลศาสตร์ โดยใช้เครื่องวัดอัตราการไหลเพียงตัวเดียว และวัดค่าอัตราการไหลในหลายจุดบนพื้นที่หน้าตัด (โดยขึ้นอยู่กับความสอดคล้องของข้อมูลที่ได้กับการเปลี่ยนแปลงของปริมาณลม) จากนั้นนำข้อมูลที่ได้จากแต่ละจุดมาคำนวณทางคณิตศาสตร์ เพื่อหาจุดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการวัด ซึ่งจะทำให้ค่าอัตราการไหลที่วัดได้มีความเป็นเส้นตรงสูง และสามารถใช้แทนค่าอัตราการไหลเฉลี่ยของพื้นที่หน้าตัดทั้งหมดได้ 2) การวัดค่าที่หลายจุดบนเส้นทางการไหล โดยการวัดความเร็วของกระแสน้ำในหลายจุดบนเส้นตรงภายในท่อ (สำหรับท่อกลมจะใช้เส้นผ่านศูนย์กลางเป็นเกณฑ์ ส่วนท่อสี่เหลี่ยมจะใช้ความสูงหรือความกว้างเป็นเกณฑ์) เพื่อคำนวณปริมาณน้ำที่ไหล โดยยังคงใช้เครื่องวัดปริมาณน้ำแบบฝังอยู่ในท่อเช่นเดิม เมื่อเทียบกับการใช้จุดวัดแบบเดี่ยว ความแม่นยำจะสูงขึ้น และการติดตั้งก็ทำได้ง่ายขึ้นด้วย แต่ส่วนของท่อที่อยู่ด้านหน้าก็จำเป็นต้องมีความยาวอย่างน้อย 10D เช่นกัน นอกจากนี้ กราฟการไหลของของเหลวภายในท่อก็จำเป็นต้องมีลักษณะเป็นวงกลมที่มีศูนย์กลางเดียวกัน เพื่อให้ได้ความแม่นยำตามที่ต้องการ ตัวอย่างเช่น ท่อในโรงไฟฟ้าบางแห่งมีพื้นที่น้อยกว่า 1 ตารางเมตร และเนื่องจากมีกระแสน้ำวนอยู่ภายในท่อ ดังนั้นขนาดและตำแหน่งของกระแสน้ำวนจึงเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณลมที่ไหลเข้ามา ด้วยเหตุนี้ ในช่วงการปรับปริมาณลมระหว่าง 30–50% จึงเกิดปรากฏการณ์ที่ความแตกต่างของความดันที่ออกมาจากท่อลดลงเมื่อปริมาณลมเพิ่มขึ้น (ผมเองก็เคยเจอปัญหาเหมือนกัน ตอนที่พยายามใช้วิธีการวัดความเร็วของอากาศในท่อลมแบบใช้ความเร็วกับพื้นที่ ปรากฏว่าไม่ว่าจะปรับค่าการเปิดของวาล์วอากาศอย่างไร ค่าความเร็วของอากาศในจุดนั้นก็ยังคงเป็น 0 เสมอ!) ดังนั้น วิธีการวัดแบบนี้จึงยากที่จะนำมาใช้กับระบบควบคุมอุตสาหกรรมเช่นกัน จากสิ่งที่กล่าวมาข้างต้น เราจะเห็นได้ว่าการวัดปริมาณอากาศที่ไหลผ่านท่อขนาดใหญ่นั้นเป็นเรื่องที่ยากมาก เมื่อไม่สามารถเปลี่ยนแปลงสภาพในพื้นที่ก่อสร้างได้ ก็ควรดำเนินมาตรการที่เหมาะสมเพื่อปรับปรุงสภาพในพื้นที่นั้น โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้สามารถวัดปริมาณลมได้อย่างแม่นยำ 《1》ตัวปรับกระแสไฟฟ้า เราทราบกันดีว่าสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดปัญหาในการวัดก็คือการขาดช่วงที่มีกระแสไฟฟ้าไหลเป็นเส้นตรง ดังนั้น หากสามารถทำให้กระแสไฟฟ้าที่เข้าสู่อุปกรณ์วัดมีลักษณะเป็นกระแสที่มีความวุ่นวายอย่างเพียงพอ ก็จะไม่มีปัญหาอีกต่อไป วิธีที่ดีมากๆ ก็คือการติดตั้งรีกูลเตเตอร์เข้าไป ส่วนวิธีที่แนะนำในปัจจุบันคือการใช้ตัวปรับกระแสลมแบบเซลล์ผึ้ง ซึ่งเป็นวิธีที่ได้รับความนิยมมานานกว่าร้อยปีในอุปกรณ์ทดลองลมต่างๆ มีลักษณะคืออัตราส่วนของพื้นที่การไหลต่อพื้นที่หน้าตัดของท่อมีค่าสูง เพื่อลดแรงดันที่เกิดขึ้นระหว่างการไหล 《2》เครื่องวัดความเร็วของกระแสน้ำแบบหลายจุด มีหลักการทำงานเหมือนกับเครื่องวัดความเร็วแบบพิโตทรอป (ในประเทศไทยมักเรียกว่าเครื่องวัดความเร็วแบบพิโตทรอป) โดยจะวัดความแตกต่างของความดันด้านหน้าและด้านหลังของชิ้นส่วนที่ใช้ควบคุมกระแสน้ำ เพื่อคำนวณความเร็วของกระแสน้ำ แต่สิ่งที่แตกต่างก็คือ ตำแหน่งและจำนวนจุดวัดจะถูกจัดเรียงเป็นเมทริกซ์ตามมาตรฐานที่กำหนด เพื่อให้สามารถสะท้อนการกระจายตัวของความเร็วของกระแสน้ำในท่อได้อย่างครบถ้วน ยิ่งมีจุดวัดมากเท่าไร ก็ยิ่งสามารถสะท้อนการกระจายตัวของความเร็วกระแสในท่อได้ตรงตามความเป็นจริงมากขึ้น 《3》อุปกรณ์พัดลมทำความสะอาดอัตโนมัติ เนื่องจากอากาศที่ไหลเข้ามาในโรงไฟฟ้าในขั้นตอนแรกและขั้นตอนที่สองมักมีฝุ่นผงปนอยู่ ดังนั้นเครื่องมือที่ใช้วัดความแตกต่างของความดันเพื่อคำนวณปริมาณอากาศที่ไหลเข้ามา ก็มักจะอุดตันได้ ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้งานในโรงไฟฟ้า เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้ จึงมีการใช้อุปกรณ์พ่นลมย้อนกลับ เพื่อทำความสะอาดท่อเป็นประจำ 《4》การวัดค่า ก็คือการนำข้อมูลทั้งหมดมาประมวลผลในระบบเพื่อได้ค่าการไหลออกมา ซึ่งเป็นกระบวนการที่ละเอียดอ่อนและซับซ้อนมาก เรื่องที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณปริมาณการใช้งานต่างๆ ขอข้ามไปก่อนในที่นี้. ข้อดีของการใช้จุดวัดหลายจุด: 1. มีความแม่นยำสูงในการวัด 2. การติดตั้งค่อนข้างง่าย และมีความสูญเสียแรงดันที่ต่ำ มีข้อมูลบอกว่า (ยังไม่ได้รับการยืนยัน) โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนในสหรัฐอเมริกาครองส่วนแบ่งตลาดมากกว่า 90% แล้ว ประเทศของเราเริ่มนำเทคโนโลยีนี้มาใช้เพียงไม่กี่ปีเท่านั้น และยังอยู่ในระหว่างการปรับปรุงและพัฒนาต่อไป แน่นอนว่าในปัจจุบัน ต่างประเทศเริ่มหันมาใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบมาตริกซ์-เทอร์โมไอคอนิกแทนเครื่องวัดอัตราการไหลแบบความแตกต่างของความดันแบบดั้งเดิมกันแล้ว ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จแล้วในโรงไฟฟ้าบางแห่งของประเทศเรา มีข้อกำหนดที่สูงสำหรับแบรนด์ของเครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบใช้ความร้อน ส่วนผลิตภัณฑ์ในประเทศนั้นมีอายุการใช้งานสั้น และมีอัตราการเกิดข้อผิดพลาดสูง นอกจากนี้คุณสมบัติด้านความเป็นเชิงเส้นก็ไม่ดีเท่าที่ควรด้วย ปัจจุบัน แบรนด์ที่ได้รับความนิยมในการนำมาใช้งานในสาขานี้ทั้งในประเทศและต่างประเทศ ก็คือ SIERRA/FCI/KURZ ซึ่งเป็น 3 แบรนด์หลักนั่นเอง ข้อดีหลักของการเลือกใช้เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซแบบอุณหพลศาสตร์ คือ มีความเป็นเชิงเส้นสูง มีความแม่นยำสูง ไม่มีการสูญเสียความดัน มีช่วงการวัดที่กว้าง สามารถวัดอัตราการไหลของมวลได้โดยตรง ไม่จำเป็นต้องมีการปรับค่าอุณหภูมิและความดัน ขนาดของท่อมีผลต่อราคาของเครื่องวัดน้อยมาก ยิ่งขนาดท่อใหญ่เท่าไร ก็ยิ่งมีข้อได้เปรียบมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้ การติดตั้งก็ง่ายกว่าเครื่องวัดอัตราการไหลชนิดอื่นๆ มีต้นทุนการติดตั้งต่ำ และต้นทุนการบำรุงรักษาก็ต่ำเช่นกัน เนื่องจากลักษณะดังกล่าว การวัดปริมาณการไหลของของเหลวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่จึงกลายเป็นวิธีที่นิยมใช้กันมากขึ้นเรื่อยๆ