วาล์ว (Valve)

Gate valve เป็นวาล์วชนิดที่ใช้กันแพร่หลายมากที่สุดตัวหนึ่ง ถ้านึกไม่ออกว่าหน้าตาเป็นอย่างไรให้ลองไปดูที่มิเตอร์น้ำประปาหน้าบ้าน ซึ่งท่อน้ำที่ต่อแยกออกมาจากท่อหลัก ก่อนเข้ามิเตอร์จะต้องมีวาล์วปิด-เปิดอยู่ตัวหนึ่ง ซึ่งวาล์วตัวนี้คือ gate valve (เคยได้ยินช่างบ้านเราเรียกวาล์วตัวนี้ว่า"ประตูน้ำ") บางทีนั้นอาจติดตั้ง gate valve ไว้ทางด้านขาออกจากมิเตอร์ด้วย แต่บางที่จะติดตั้ง check valve (วาล์วกันการไหลย้อนกลับ) ไว้ทางด้านทางออกของมิเตอร์ เหตุที่ต้องมีการติดตั้ง gate valve ไว้ก่อนเข้ามิเตอร์เพื่อที่จะได้ถอดมิเตอร์ออกได้ (ไม่ว่าจะถอดเพื่อ เปลี่ยน ซ่อม หรือโดยตัดน้ำเพราะไม่จ่ายค่าน้ำ)

โครงสร้างของวาล์วนั้นจะมีส่วนที่เป็นแผ่นจาน (disk หรือ gate ดูรูปที่ 1 ประกอบ) ที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อเล็กน้อย เลื่อนขึ้น-ลงในทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหล เมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่งปิด แรงดันของของไหลทางด้าน upstream จะดันตัว disk ให้ไปยันกับตัว body ของวาล์วที่อยู่ทางด้านdownstream เป็นการปิดผนึกไม่ให้ของไหลไหลผ่านไปได้

ข้อดีของ gate valve คือมีความกว้าง (วัดในทิศทางการไหล) ไม่มาก ใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อย ค่าความดันลด (pressure drop) คร่อมวาล์วต่ำมากเมื่อวาล์วเปิดเต็มที่ เหมาะสำหรับงานประเภทปิด-เปิด วาล์วชนิดนี้ไม่เหมาะสำหรับใช้ในการควบคุมการไหลเพราะความสัมพันธ์ระหว่างระยะที่วาล์วเปิดกับอัตราการไหลนั้นไม่ดี (กล่าวคือบางช่วงวาล์วขยับเพียงเล็กน้อยจะมีอัตราการไหลเปลี่ยนแปลงเยอะ แต่บางช่วงวาล์วขยับไปเยอะแต่อัตราการไหลเปลี่ยนเพียงเล็กน้อย) และไม่เหมาะกับการเปิดหรี่หรือเปิดเพียงเล็กน้อย (crack opening) เช่นหมุน hand wheel เพียงแค่ไม่ถึง 1 รอบ เพียงแค่รู้สึกว่ามีของไหลเริ่มไหลผ่านก็หยุดหมุน (รู้ได้โดยจะมีเสียงเกิดขึ้นเมื่อมีของไหลไหลรอดผ่านช่องเปิดเล็ก ๆ ที่อยู่ระหว่างใต้แผ่นจานกับ seat ring ข้างล่าง) เพราะในขณะที่วาล์วเปิดเพียงเล็กน้อยนั้น ของไหลจะไหลผ่านด้วยความเร็วที่สูงมาก และมีความดันที่ต่ำ (pressure head เปลี่ยนไปเป็น velocity head) จะทำให้ตัวแผ่นจานเกิดการสั่นอย่างรุนแรงจนสามารถทำให้ตัวแผ่นจานหรือseat ของตัว body เองเกิดการสึกหรอได้ ซึ่งจะทำให้ไม่สามารถปิดวาล์วได้สนิทอีกต่อไป

Globe Valve ทุกตัวออกแบบมาให้ปรับอัตราการไหล โดยการควบคุมที่ช่องว่างระหว่างดิสท์ (Disc) และ ซีท (Seat)

หลักการทำงานของโกลบวาล์ว:

1. วาล์วที่ใช้งานกับอุณหภูมิสูงๆ Disc หรือ Plug จะเป็นโลหะหมุนรอบตัวได้ อิสระจากก้านวาล์ว เพื่อที่ว่าเวลา ปิด-เปิด วาล์ว จะได้ไม่ไปขูดโดน Seat เข้า โกลบวาล์วส่วนใหญ่ Seat จะถูกออกแบบให้เปลี่ยนได้เวลาเสียหายหรือมีปัญหา

2. หากมีอาการรั่วเพียงนิดเดียวระหว่าง Disc กับ Seat จะทำให้เกิดความเสียหายได้โดยจะมองเห็นเป็นรอยกัดลึกในเนื้อโลหะ เป็นเส้นคล้ายรอยที่เกิดจากเส้นลวด (Wire Drawing) เพราะความเร็วของของไหลที่ผ่านหน้า Disc และ Seat บริเวณหน้า Disc และ Seat จึงเป็นรอยดังกล่าว

3. โกลบวาล์วสามารถนำไปใช้งานประเภทต่างดังต่อไปนี้:

- ความดันสูง (high pressure)

- ความร้อนสูง (high temperature)

- ปรับปริมาณการไหล (regulating)

- ตัดตอน (isolating)

- ใช้กับงานน้ำ, น้ำมัน, แก๊ซ (w.o.g. ; water, oil, gas)

- ใช้กับงานไอน้ำ (steam)

4. ทิศทางการไหลใน โกลบวาล์ว จะไหลจากล่างขึ้นบน ไม่ใช่บนลงล่าง เนื่องด้วย;

- การไหลจากล่างขึ้นบนจะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทิศทางการไหลมากนัก ทำให้เกิดการลดความดันระหว่างหน้า disc กับ seat น้อย โอกาสที่จะเกิดการกัดกร่อนอันเนื่องมาจากการลดความดัน (cavitations) จึงน้อยลงด้วย

ball valve เป็นวาล์วตัวหนึ่งที่ได้รับความนิยมมากขึ้นในปัจจุบัน ที่เห็นได้ชัดคือตามอาคารบ้านเรือนต่าง ๆ ที่ใช้ก๊อกน้ำแบบที่เป็นก้านหมุนเพียง 90 องศาก็สามารถเปิดวาล์วได้เต็มที่หรือปิดวาล์วได้สนิท

เมื่อเทียบกับ gate valve ที่ใช้กับท่อขนาดเดียวกันแล้ว ball valve จะมีขนาดใหญ่กว่าและหนักกว่า (ก็มันใช้ลูกบอลแทนแผ่นจานแบน ๆ ในการปิด-เปิดวาล์ว) และยังต้องใช้พื้นที่โดยรอบที่กว้างกว่าในการเปิดปิดวาล์ว เช่นวาล์วสำหรับท่อขนาด 6 นิ้วจะต้องใช้ก้านหมุนที่มีรัศมีประมาณ 1 เมตร (ถ้าจำไม่ผิด) ในการปิด-เปิดวาล์ววาล์วขนาดใหญ่บางตัวจึงแก้ปัญหาด้วยการใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยเฟืองทดในการบิดลูกบอลให้หมุนไปมา ซึ่งทำให้ประหยัดพื้นที่แต่ก็ไปลดความเร็วในการปิด-เปิดลง ball valve ที่ใช้กันในโรงงานนั้นตัวก้านหมุนจะไม่ยึดติดกับแกนหมุน แต่จะถอดออกได้ เวลาใช้ก็จะสวมครอบลงไปเหมือนกับการใช้ประแจขันนอต การที่ทำให้ถอดก้านหมุนวาล์วออกได้ก็เพื่อไม่ให้ก้านหมุนยื่นออกมาเกะกะหรือทำให้วาล์วหมุนเนื่องจากคนเดินชนโดยไม่ตั้งใจได้ การดูว่าวาล์วอยู่ในตำแหน่งเปิดหรือปิดจึงต้องดูจากร่องบากที่อยู่บนแกนหมุนลูกบอล ก้านหมุนวาล์วที่ถอดออกมานี้ ถ้าเป็นวาล์วตัวเล็กก็มักจะทำโซ่คล้องห้อยอยู่ข้าง ๆ ตัววาล์ว แต่ถ้าเป็นวาล์วตัวใหญ่ก็มักจะนำไปเก็บไว้ที่อื่น เวลาจะใช้แต่ละครั้งก็ค่อยเบิกมาใช้

ball valve ก็มีข้อดีตรงที่สามารถปิดสนิทหรือเปิดเต็มที่ได้อย่างรวดเร็ว รับความดันได้สูง ใช้งานได้ดีกับของไหลที่มีของแข็งปะปนอยู่ ในกรณีของ ball valve ที่ใช้กับของไหลที่อันตรายหรือที่ในระบบที่มีความดันสูงนั้น ตัวท่อเจาะทะลุที่ให้ของไหลไหลผ่านจะมีรูระบายความดันซึ่งเป็นรูเจาะทะลุเล็ก ๆ อยู่ในแนวตั้งฉากกับช่องทางให้ของไหลไหลผ่าน (ดูรูปที่ 5 ประกอบ) ในการปิดวาล์วนั้นจะต้องติดตั้งวาล์วให้รูระบายความดันนั้นหันออกไปทางด้าน downstream เพื่อเป็นการระบายความดันและ/หรือสารเคมีต่าง ๆ ที่ตกค้างอยู่ในช่องทางการไหลออกไป เพราะถ้าไม่มีรูดังกล่าว เวลาปิดวาล์วจะมีความดัน/สารเคมีตกค้างอยู่ในช่องทางการไหลดังกล่าว และถ้าถอดวาล์วออกมาเพื่อทำการซ๋อมบำรุงก็อาจทำให้เกิดอันตรายต่อผู้ที่ทำการถอดชิ้นส่วนวาล์วได้

ball valve อาจใช้วัสดุพอลิเมอร์ (ตรงที่เป็นสีเขียวอ่อนในรูป) เป็นตัวปิดผนึกกันการรั่วซึมระหว่าง body ของตัววาล์วกับตัวลูกบอล ซึ่งวัสดุพอลิเมอร์มักจะทนอุณหภูมิสูงสู้โลหะไม่ได้ ดังนั้นในการใช้งาน ball valve จึงต้องคำนึงถึงอุณหภูมิการใช้งานด้วย ส่วน gate valve นั้นไม่มีวัสดุพอลิเมอร์ในการปิดผนึกกันการรั่วซึม จึงใช้งานที่อุณหภูมิสูงได้ดี

ประสบการณ์หนึ่งที่เคยเจอกับ ball valve ในแลปคือมีการถอดก้านหมุนออกมาเพื่อประกอบวาล์วเข้ากับแผงควบคุม แต่เวลาใส่ก้านหมุนวาล์วกลับคืนไม่ได้ตรวจดูว่าตำแหน่งก้านวาล์วที่ใส่เข้าไปกับตำแหน่งลูกบอลอยู่ตรงกันหรือไม่ ผลก็คือกลายเป็นว่าเมื่อก้านหมุนอยู่ในแนวเดียวกับแนวท่อวาล์วจะอยู่ในตำแหน่งปิด (ที่ถูกต้องคือต้องอยู่ในตำแหน่งเปิด) และเมื่อก้านหมุนอยู่ในแนวตั้งฉากกับตัวท่อวาล์วกลับอยู่ในตำแหน่งเปิด (ที่ถูกต้องคือต้องอยู่ในตำแหน่งปิด) และอีกครั้งหนึ่งคือใส่ก้านไม่เข้าตำแหน่งดี (ขนาดเขาทำร่องบากให้ใส่ได้พอดีไว้แล้ว) ก็ใช้วิธีฝืนขันอัดเข้าไป ตอนที่ก้านวาล์วอยู่ในตำแหน่งปิดวาล์วก็เลยยังมีแก๊สรั่วไปออกมา ทำให้ผลการทดลองที่ได้มีปัญหาอยู่ตลอด

Check valve คืออุปกรณ์ในระบบน้ำ ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้น้ำไหลย้อนกลับ ควบคุมให้น้ำไหลไปในทิศทางเดียว ตัวอย่างการใช้งานที่สำคัญคือการติดตั้งคู่กับปั๊มน้ำ เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำไหลย้อนกลับเข้าตัวปั๊มเมื่อไม่มีการเปิดใช้น้ำ หากน้ำไหลย้อนกลับเข้าปั๊มจะได้ให้ระบบรวน นำไปสู่อายุการใช้งานที่ไม่เหมาะสม โดยทั่วไปเช็ควาล์วที่นิยมใช้งานในประเทศไทยมีอยู่ 2 แบบ คือสปริงเช็ควาล์ว และสวิงเช็ควาล์ว

สปริงเช็ควาล์ว คือ วาล์วชนิดปิดกั้นน้ำให้ไหลได้ในทางเดียว เหมาะสำหรับระบบปั๊มน้ำ ซึ่งสามารถติดตั้งได้ทั้งแนวนอนและแนวตั้ง การทำงานของ วาล์วชนิดนี้จะเป็นไปโดยอัตโนมัติน้ำจะไหลผ่านวาล์วได้ในทิศทาง ที่น้ำไหลเข้าและลิ้นของวาล์วจะปิดทันทีที่น้ำหยุด เพื่อป้องกันความเสีย หายของอุปกรณ์และเส้นท่อจากแรงกระแทกย้อนกลับของน้ำ โดยส่วนมากลิ้นเปิดปิดน้ำจะทำจากไนล่อน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงทนทาน ไม่เป็นสนิม

สวิงเช็ควาล์ว คือวาล์วชนิดปิดกั้น นํ้าให้ไหลได้ในทางเดียว การทำงานของวาล์วชนิดนี้จะเป็นไปโดย อัตโนมัติ คือนํ้าจะไหลผ่านวาล์วได้ในทิศทาง ที่นํ้าไหลเข้า แต่ถ้าหากมีแรงดันของนํ้าไหลย้อนกลับลิ้นที่อยู่ภายในจะปิด กั้นทันที ตัวอุปกรณ์โดยทั่วไปจะทำจากทองเหลืองทั้งหมดเพื่อป้องกันการเกิดสนิม อายุการใช้งานยาวนาน

Pressure Safety Valve (วาล์วนิรภัย) หรือ Pressure Relief Valve (วาล์วระบายแรงดัน) เป็นอุปกรณ์ความปลอดภัยของระบบ มีหน้าที่หลักคือระบายแรงดันภายในระบบออก ซึ่งจะทำงานเองโดยอัตโนมัติเมื่อมีแรงดันเกินกว่าค่าที่ตั้งไว้ วาล์วทั้งสองชนิดมีความแตกต่างกันด้านการใช้งาน กล่าวคือ Pressure Safety Value จะใช้กับของเหลวที่บีบอัดได้ (Compressible Fluid) เช่น ไอน้ำ หรือก๊าซ ซึ่งต้องการระบายความดันอย่างรวดเร็ว สำหรับ Pressure Relief Valve จะใช้กับของเหลาวที่บีบอัดไม่ได้ (Non Compressible Fluid) เช่น น้ำ หรือน้ำมัน ซึ่งจะระบายความดันอย่างช้าๆ โดยวาล์วทั้งสองชนิดมีส่วนประกอบที่คล้ายคลึงกันได้แก่

1. Valve Body ส่วนใหญ่ผลิตจากเหล็กหล่อ หรือวัสดุอื่นตามการใช้งาน โดยเป็นโครงสร้างที่ใช้ติดตั้งกับท่อหรือถังความดันที่จะทำการปกป้อง

2. Disc ลักษณะเป็นแผ่นกลมที่ใช้กดปิดกั้นของเหลวไว้ โดยอาศัยแรงกดจากสปริง โดย Disc นี้จะทำหน้าที่รับแรงดันไว้ทั้งหมด

3. Stem เป็นส่วนที่รับแรงกดจากสปริงและส่งแรงกดไปยัง Disc โดยมีหน้าที่เป็นแกนบังคับให้ส่วนที่เคลื่อนไหวเคลื่อนที่ตามแนวแกน Stem

4. สปริง เป็นส่วนที่ก่อให้เกิดแรงดันต้านทานความดันที่ Disc การปรับ Adjust Screw ให้สปริงยืดหดตัวแตกต่างกันส่งผลให้แรงกดที่ Disc มีค่าแตกต่างกัน จึงเป็นหลักการสำคัญที่ใช้กำหนดค่าความดันที่จะให้วาล์วทำการระบาย (Set Pressure)

5. Adjust Screw ใช้ปรับระยะยืดหดของสปริง จุดนี้เองที่ใช้ทำการปรับตั้งค่าความดัน

นอกจากนี้ เรายังสามารถแบ่งประเภทของวาล์วได้ตามลักษณะการทำงานได้แก่

1. Conventional Safety Relief Valve ซึ่งเป็น Safety Valve แบบที่พบเห็นได้ทั่วไป ความดันที่จะทำให้เกิดการระบาย (Pop Action) ผ่านวาล์ว ประเภทนี้จะมีค่าสูงกว่าความดันที่ทำให้วาล์วกลับมาสู่ตำแหน่งเดิม

Conventional Safety Relief Valve

2. Balance Safety Relief Valve วาล์วลักษณะนี้ถูกออกแบบเพื่อขจัดปัญหาในกรณีที่ Back Pressure ในจุดที่ระบายออกมีค่าไม่คงที่แน่นอน

3. Pilot-Operated Relief Valve โครงสร้างภายในจะเป็นลักษณะลูกสูบ และจะมีชุด Pilot ที่ใช้ควบคุมการทำงาน วาล์วลักษณะนี้จะใช้ในกรณีที่ความดันในระบบมีค่าใกล้เคียงกับ Set Pressure มากๆ

Pilot-Operated Safety Relief Valve

4. Rupture Disc มีลักษณะแตกต่างจากวาล์วทั้ง 3ประเภทที่กล่าวมาข้างต้นอย่างสิ้นเชิง ลักษณะจะเป็นแผ่นคล้ายกระทะ เมื่อความดันภายในมีค่ามากกว่าความดันที่กำหนดบน Rupture Disc นี้ จะทำให้ Disc แตกออกและระบายความดันออกมาอย่างรวดเร็ว เมื่อแตกออกแล้วทำให้ Disc ไม่สามารถปกป้องความดันอีกต่อไปได้ พบเห็นได้บ่อยในกรณีถังเก็บของเหลวที่มีความดันไอ เช่น ถังน้ำมัน

การทำงานของ Pressure Safety Valve โดยทั่วไปเพียงแค่เมื่อความดันภายในท่อหรือถังมีค่ามากกว่า Set Pressure แรงจากความดันที่กระทำต่อ Disc จะมีค่ามากกว่าแรงที่กดจากสปริง ทำให้ Disc เกิดการยกตัวขึ้น และระบายความดันส่วนเกินออกมา เมื่อความดันภายในระบบลดลงแล้ว Disc ก็จะเคลื่อนที่เข้าสู่ตำแหน่งแลรับความดันภายในเช่นเดิม

Pressure Safety Valve ยังมีรายละเอียดด้านการออกแบบ การติดตั้ง การตั้งค่า Set Pressure และการ Calibration ที่ต้องทำให้ถูกต้องตามหลักวิชาการ เพื่อให้ระบบและผู้ปฏิบัติงานมีความปลอดภัย