เราวัดปริมาตรของไหล (ของเหลว)
สถานะเดียว (Single Phase Flow) เท่านั้น
ตลอดระยะเวลาที่ผ่านมาหลังจากได้จัดทำ กฎกระทรวง กำหนดเครื่องวัดที่อยู่ในบังคับแห่งพระราชบัญญัติมาตราชั่งตวงวัด พ.ศ. 2542 ชนิด ลักษณะ รายละเอียดของวัสดุที่ใช้ผลิต อัตราเผื่อเหลือเผื่อขาด และเครื่องรับรองของเครื่องชั่งตวงวัด และหลักเกณฑ์และวิธีการจดทะเบียนเครื่องหมายเฉพาะตัว พ.ศ.2546 ฉบับแรกที่กำหนดรายละเอียดเครื่องชั่งตวงวัดภายใต้พระราชบัญญัติมาตราชั่งตวงวัด พ.ศ. 2542 ซึ่งได้ออกมาทดแทนพระราชบัญญัติมาตราชั่งตวงวัด พ.ศ. 2466 เดิมนั้น ได้สร้างการเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อเทียบกับกฎกระทรวงฯ ลักษณะเดียวกันซึ่งออกมาภายใต้พระราชบัญญัติมาตราชั่งตวงวัด พ.ศ. 2466 แม้ได้มีการบังคับใช้มานานหลายปีเกือบจะ 20 ปี แล้วก็ตาม พบว่ายังมีหลายส่วน หลายหน่วยงาน หลายบุคคล ที่มีอยู่เดิมและที่ได้เข้ามาเสริมทัพเพิ่มเติมงานด้านชั่งตวงวัดตามข้อกำหนดของกฎหมาย (Legal Metrology) ของราชอาณาจักรไทยอยู่สม่ำเสมอ อาจมีความเข้าใจไม่ตรงกันหลายเรื่อง ดังนั้นเพื่อให้เกิดการสื่อสารเข้าใจตรงกันก็จะพยายามอธิบายในช่องทางที่พอพูดคุยกันได้ โดยไม่ต้องพูดซ้ำมาก แต่สามารถอ่านซ้ำได้มากเท่าที่ต้องการเป็นเรื่องๆ ไป คราวละเรื่องๆ ไป ... จึงได้เขียนบทความนี้...
เนื่องจากเครื่องชั่งตวงวัดแต่ละชนิดมีเรื่อง มีคำถาม มีข้อไม่เข้าใจ (เลยไม่รู้จะถามอะไร) และฯลฯ จนคนที่คิดจะตอบก็นึกไม่ออกว่าจะสื่อสารประเด็นใด จนกระทั่งมีคนเข้ามาถามนั้นแหละจึงพึ่งรู้ว่ามีความไม่เข้าใจตรงกันในประเด็นใด เพื่อตีกรอบการพูดคุยสื่อสารด้วยบทความนี้ให้ชัดเจนในที่นี้เราจึงขอตีกรอบเฉพาะมาตรวัดปริมาตรของเหลว แน่ละรวมถึงมาตรวัดปริมาตรน้ำด้วยเช่นกัน เพราะน้ำเป็นของเหลว... เข้าใจตรงกันน่ะ....
เป็นที่ทราบกันโดยทั่วไปอยู่แล้วว่าสถานะวัตถุโดยพื้นฐานแล้วจะมี 3 สถานะคือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ (แก๊ส) ในกรณีมาตรวัดปริมาตรของเหลวซึ่งเป็นการวัดปริมาตรของเหลวที่ไหลผ่านระบบท่อที่เป็นระบบปิด ขีดความสามารถของมาตรวัดปริมาตรของเหลวจะให้ผลการวัดที่ถูกต้องเที่ยงตรง น่าเชื่อถือได้ก็ต่อเมื่อภายในระบบท่อต้องเป็นของเหลวตลอดเวลาที่มาตรวัดปริมาตรของเหลวทำการวัด งานชั่งตวงวัดตามข้อกำหนดของกฎหมาย (Legal Metrology) นั้นเราดูแลมาตรวัดปริมาตรของไหล (Fluid) ซึ่งคำว่าของไหล (Fluid) นี้สามารถเป็นได้ทั้งของเหลว (Liquid) และก๊าซ (Gas) แต่ไม่ว่าจะเป็นของเหลวหรือก๊าซ ของเหลวและก๊าซดังกล่าวต้องเป็นของไหลเพียงสถานะเดียวเท่านั้น นั้นคือหากเป็นของเหลวก็ต้องเป็นของเหลวล้วนต้องไม่มีก๊าซหรืออากาศเข้าไปแจมอยู่ในระบบวัดปริมาตรของเหลวอย่างเด็ดขาด และเช่นเดียวกันหากระบบการวัดเป็นการวัดมวลหรือปริมาตรของก๊าซ ก๊าซดังกล่าวก็ต้องเป็นก๊าซเพียงสถานะเดียวเท่านั้นต้องไม่มีน้ำหรือเม็ดทรายหรือฝุ่นโคลนเข้าไปในระบบมาตรวัดก๊าซอย่างเด็ดขาดเช่นเดียวกัน หากระบบใดประกอบด้วยของเหลวกับก๊าซไอระเหย หรือของเหลวกับของแข็ง หรือก๊าซกับของแข็ง เราจะรียกของไหลในระบบนั้นว่า “ของไหล 2 สถานะ (2-Phase Fluid)” แต่หากเพิ่มอีกสถานะหนึ่งคือของแข็ง เช่น เม็ดทราย ฝุ่นขี้โคลน หรือก๊าซ หรือของเหลว ตามลำดับนั้น เราก็เรียกเพิ่มขึ้นไปอีกเป็น “ของไหล 3 สถานะ (3-Phase Fluid)” ดังนั้นไม่ว่าจะเป็นของไหล 2 สถานะ หรือของไหล 3 สถานะล้วนแล้วแต่สร้างปัญหาและมีผลกระทบต่อความเที่ยงตรงและน่าเชื่อถือของการทำงานของมาตรวัดปริมาตรของเหลวนั้นๆ ประกอบกับในทางวิศวกรรมศาสตร์ในปัจจุบันยังไม่ได้มีเทคโนโลยีหรือนวัตกรรมใหม่ที่จะสามารถผลิตมาตรวัดปริมาตรของเหลวให้สามารถวัดของเหลวทั้งที่เป็น ของไหล 2 สถานะ หรือของไหล 3 สถานะให้ได้ผลถูกต้องแม่นยำในระดับที่ต้องการตลอดช่วงเวลาการวัดเมื่อเทียบเท่ากับมาตรวัดปริมาตรของเหลวที่ทำการวัดของเหลวสถานะเพียงสถานะเดียว (เท่าที่ทราบ) แน่ละประเทศที่เจริญแล้วก็กำลังศึกษาว่าจะวัดของไหล 2 สถานะ หรือ 3 สถานะอย่างไรให้มีถูกต้องเที่ยงตรงแม่นยำน่าเชื่อถือ แต่เราชั่งตวงวัดก็คงเอาแค่......ของไหลสถานะเดียวให้เข้าใจก่อนแล้วกัน ส่วนเรื่องอื่นๆ ค่อยเดินกันไปเถอะน่ะ ด้วยเหตุนี้งานชั่งตวงวัดตามข้อกำหนดของกฎหมายจึงกำหนดมาตรวัดปริมาตรของเหลวซึ่งกำหนดไว้ในประกาศกระทรวงฯ ฉบับล่าสุดปี พ.ศ. 2562 ได้กำหนดชนิดและลักษณะ ตลอดจนขีดความสามารถในการชั่งตวงวัดได้เฉพาะสินค้าที่เป็น “ของเหลวเพียงสถานะเดียว (Single Phase flow)” เท่านั้น
รูปที่ 1 ระบบการวัดปริมาตรของเหลวจ่ายผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมทางรถยนต์ รถไฟ เรือ (OIML R117)
รูปที่ 2 ตัวอย่างชุดระบบการวัดปริมาตรของเหลวจ่ายผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม
อะไรคือระบบการวัดปริมาตรของเหลว เรามาดูกันว่าจากประกาศกระทรวงพาณิชย์ เรื่อง กำหนดชนิด และลักษณะของมาตรวัดปริมาตรของเหลว รายละเอียดของวัสดุที่ใช้ผลิต อัตราเผื่อเหลือเผื่อขาด และอายุคำรับรอง ลงวันที่ 2 ตุลาคม พ.ศ. 2562 ภายใต้พระราชบัญญัติมาตราชั่งตวงวัด พ.ศ. 2542 ให้นิยามไว้ว่า
“ระบบการวัดปริมาตรของเหลว” หมายความว่า ระบบที่ประกอบด้วยมาตรวัดปริมาตรของเหลว อุปกรณ์ควบ และอุปกรณ์เสริม
“อุปกรณ์ควบ” หมายความว่า อุปกรณ์ใช้งานพิเศษเฉพาะที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับผลของการวัด เช่น ส่วนตั้งศูนย์ ส่วนพิมพ์ค่า ส่วนแสดงราคา ส่วนแสดงผลรวม ส่วนแปลงค่า หรือส่วนตั้งปริมาณจ่ายล่วงหน้า
“อุปกรณ์เสริม” หมายความว่า ส่วนหรืออุปกรณ์ที่นอกเหนือจากอุปกรณ์ควบที่จำเป็นต้องใช้เพื่อเพิ่มความเชื่อมั่นในผลการวัดอย่างถูกต้อง หรือมุ่งใช้เพื่อช่วยให้การดำเนินการในการวัดสะดวกยิ่งขึ้น หรือเป็นอุปกรณ์ที่มีผลกระทบต่อความแม่นยำในการวัด เช่น เครื่องกำจัดไอ ไส้กรอง ปั๊ม วาล์ว หรือท่อ
......
ข้อ 15 มาตรวัดปริมาตรของเหลวต้องมีอุปกรณ์ควบและอุปกรณ์เสริมที่มีลักษณะ ดังต่อไปนี้
(1) เครื่องกำจัดไอหรืออากาศ หรือวิธีการอัตโนมัติอื่นที่ป้องกันไม่ให้ไอหรืออากาศผ่านเข้าไปในมาตรวัดขณะทำการวัด ยกเว้นของเหลวมีความหนืดพลศาสตร์มากกว่า ๒๐ mPa.s ที่อุณหภูมิ ๒๐ องศาเซลเซียส
(ก) ต้องไม่ให้ผลกระทบเนื่องจากไอหรืออากาศมีผลต่อผลการวัดเกินกว่า
1) 1% ของปริมาณที่วัด สำหรับระบบมาตรวัดปริมาตรของเหลวมีความหนืดพลศาสตร์มากกว่า 1 mPa.s ที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส และน้ำนม
2) 0.5% ของปริมาณที่วัด สำหรับระบบมาตรวัดปริมาตรของเหลวนอกเหนือจาก 1)
(ข) ต้องออกแบบให้สอดคล้องกับสภาวะขณะวัด และอัตราการไหลสูงสุดและอัตราการไหลต่ำสุดของระบบการวัดปริมาตรของเหลว
(2) วาล์วป้องกันการไหลย้อนกลับหรือวิธีการป้องกันการไหลย้อนกลับใดๆ ไม่ให้ของเหลวไหลย้อนกลับสู่มาตรวัดอีก
(3) สำหรับมาตรวัดปริมาตรน้ำมันหล่อลื่น เมื่อระดับของแหล่งจ่ายน้ำมันหล่อลื่นลดระดับต่ำลงจนมีผลต่อความแม่นยำของการวัด มาตรวัดต้องมีอุปกรณ์ที่หยุดทำงานได้โดยอัตโนมัติ หรือมีสัญญาณเตือนที่เห็นได้ชัดเจน
(4) สำหรับมาตรวัดมวลโดยตรง หากต้องการแสดงค่าเป็นปริมาตร มาตรวัดมวลโดยตรงต้องมีวิธีการอัตโนมัติที่สามารถวัดค่าและแก้ไขค่าความหนาแน่นของผลิตภัณฑ์ในขณะที่ทำการวัด เมื่อการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นมีผลต่อความแม่นยำของการวัด
จากข้อกำหนดของระบบการวัดปริมาตรของเหลว ดังนั้นมาตรวัดปริมาตรของเหลวแบบมาตราชนิด Positive Displacement Flow Meter; PD Meter, Turbine Flow Meter หรือ Coriolis Mass Flow Meter จึงต้องมีองค์ประกอบให้ครบตามที่กำหนดไว้ดังข้อความข้างบนดังกล่าว (ดูรูปที่ 3) การที่ต้องกำหนดเช่นนั้นเพื่อประกันว่าของเหลวในระบบท่อยังคงเป็นของเหลวสถานะเดียวตลอดช่วงระยะเวลาทำการวัด
รูปที่ 3 องค์ประกอบที่สำคัญหลักๆของระบบการวัดปริมาตรของเหลว
เริ่มพิจารณารูปที่ 3 เริ่มจากเมื่อปั๊มดูดของเหลวจากถังสำรองหรือจากแหล่งเก็บของเหลวเพื่อสูบอัดเข้าระบบการวัดปริมาตรของเหลวต้องติดตั้งวาล์วป้องกันการไหลย้อนกลับ (Check Valve) ด้านทางออกของปั๊มทันทีหรือวิธีการป้องกันการไหลย้อนกลับใดๆ ไม่ให้ของเหลวที่ผ่านการวัดปริมาตรไปแล้วไหลย้อนกลับเข้ามาตรวัดอีก ซึ่งเป็นเรื่องที่ต้องพิจารณาอย่างถี่ถ้วน เช่น หากระบบปลายทางของชุดมาตรวัดปริมาตรของเหลวแบบมาตรามี Check Valve อยู่แล้วหรือไม่ อีกทั้งต้องไม่ลืมประเด็นเรื่อง Water Hammer ในระบบท่อนะครับ ถ้าเกิด Water Hammer ในระหว่างการใช้งานมาตรวัดปริมาตรของเหลวแบบมาตราหากเรามี Check Valve เรื่องใหญ่จะกลายเป็นเรื่องเล็ก เรื่องเล็กจะกลายเป็นไม่มีเรื่องน่ะครับ แต่แน่นอนว่ามีผลกระทบต่อการทำงานของระบบการวัดปริมาตรของเหลวแน่นอน
รูปที่ 4 วาล์วป้องกันการไหลย้อนกลับ (Check Valve) ด้านทางออกของปั๊ม
เราตั้งสมมุตฐานให้ของเหลวที่ไหลผ่านปั๊ม (ดูรูปที่ 3) เป็นของไหล 3 สถานะ คือประกอบด้วย ของแข็ง (Solid) + ของเหลว (Liquid) + ก๊าซ (Gas) ซึ่งแหล่งที่มาของแข็ง หรือก๊าซ ในที่นี้เป็นเรื่องทางเทคนิคซึ่งโดยปกติแล้วเกิดขึ้นได้ตลอดเวลาในชีวิตการทำงานจริง สำหรับกระบวนการผลิตของเหลวผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม การจัดเก็บ และการขนส่ง ในแต่ละขั้นตอนล้วนแล้วแต่อาจก่อให้เกิดการไหลในระบบท่อที่เป็นของไหล 2 -3 สถานะได้ ดังนั้นเพื่อป้องกันการไหลภายในท่อไม่ให้เกิด 2 - 3 สถานะจึงต้องจัดการใน 2 ลักษณะคือ ขั้นตอนป้องกัน และหากเมื่อป้องกันแล้วยังคงมีการไหล 2 - 3 สถานะในระบบท่ออยู่อีกก็ต้องหาวิธีกำจัดสถานะของของไหลที่ไม่ต้องการออกไป แน่ละต้องมีค่าใช้จ่ายเกิดขึ้น ซึ่งในที่นี้เพื่อให้ง่ายต่อการเข้าใจแล้วนำไปปรับใช้กับของเหลวชนิดอื่นๆ เราจะขอตีกรอบเบื้องต้นพิจารณาในส่วนที่เกี่ยวข้องกับของเหลวผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมโดยเฉพาะน้ำมันเชื้อเพลิง ทั้งเบนซิน แก๊สโซฮอล์ ดีเซล น้ำมันสำหรับเครื่องบิน (Jet A1) หรือน้ำมันก๊าด ซึ่งล้วนมีแนวโน้มของการเกิดฟองได้ง่ายขณะไหลผ่านท่อจากแหล่งหนึ่งไปยังอีกแหล่งหนึ่ง ดังนั้นแหล่งที่มาหรือสาเหตุที่อาจก่อให้เกิดก๊าซ และ/หรือของแข็งเข้าไปผสมในของเหลวในระบบท่อจึงอาจมีด้วยกันหลายสาเหตุ และต้องทราบเพื่อจะได้ลดสาเหตุดังกล่าว เช่น
1. เราใช้ระบบท่อเส้นเดียวกันให้ทำหน้าที่ Load (เอาสิ่งของลงไป) และ Unload (เอาสิ่งของออกจาก) เข้าสู่ถังน้ำมันสำรองด้วยระบบปั๊ม เช่น ใช้ระบบท่อเส้นเดียวกันในการ Load น้ำมันลงรถยนต์บรรทุกถังน้ำมันเมื่อทำงานเสร็จก็ใช้ระบบท่อเดิมดังกล่าวทำการ Unload น้ำมันจากรถไฟเข้าไปเก็บในถังน้ำมันสำรองเดิม
2. การใช้ระบบการขนส่งผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมหลายชนิดทางท่อร่วมกันด้วยระบบท่อเดียวกัน ดังนั้นอากาศมักจะถูกดูดหรืออัดเข้าไปในช่วงเปลี่ยนชนิดผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเพื่อการขนส่งทางท่อ
3. การเกิดสภาพการไหลวน (Vortex Flow) เมื่อระดับผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่มีสถานะของเหลวภายในถังสำรองหรือถังบนรถยนต์บรรทุกต่ำกว่าระดับที่กำหนด จะเกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “Vortex” ทำให้ปั๊มดูดอากาศเข้าไปในระบบท่อพร้อมของเหลว คล้ายกับการเกิดน้ำวนสะดือทะเล
4. ในกรณีที่เลือกใช้ปั๊มที่มีกำลังแรงม้าสูงๆ หรือปั๊มมีสภาพการทำงานไม่สมบูรณ์ เมื่อปั๊มทำงานดูดของเหลวจากถังสำรองเพื่อส่งจ่ายไปยังที่ใดที่หนึ่งอาจดูดอากาศผ่านเข้าทางประเก็น และ/หรือ ซีลไม่ว่าจะเป็น Mechanical Seal หรือ Packing Glands. หรืออาจสร้างสภาวะสุญญากาศ (Vacuum) สูงมากเกินไปสำหรับผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่มีค่าความดันไอสูงจนทำให้ของเหลวกลายเป็นไอที่ความดันต่ำกว่าความดันไอของเหลวนั้นๆ
5. การเดินระบบท่ออยู่เหนือพื้นดิน เมื่อระบบท่อโดนแสงแดดในตอนกลางวันความร้อนจะถูกส่งผ่านจากผิวท่อโลหะไปยังของเหลวภายในระบบท่อทำให้มีการระเหยตัวกลายเป็นไอหากความดันในระบบท่อไม่สูงเพียงพอ เพราะถ้าความดันของเหลวในระบบท่อสูง ต้องใช้ความร้อนจากแสงแดดมากกว่าในการทำให้ของเหลวในระบบท่อกลายเป็นไอ
6. การติดตั้งอุปกรณ์ในระบบท่อที่มีความดันตกคร่อมสูง (Pressure Drop) เมื่อของเหลวไหลผ่านด้วยอัตราการไหลสูงหรือความเร็วของเหลวสูงจะเกิดสภาวะความดันตกคร่อมจนค่าความดันลดต่ำลงกว่าความดันไอของเหลวนั้น ๆ ส่งผลให้ของเหลวดังกล่าวแปลงสภาวะกลายเป็นไอ
7. ติดตั้งวาล์วกันกลับ (Check Valve) ในตำแหน่งที่ผิด ทำให้เกิดการรั่วไหลผ่านวาล์วกันกลับในช่วงที่ระบบของไหลภายในท่อไม่มีการไหล
8. บริหารจัดการใช้ถังสำรองน้ำมันอยู่ในระดับต่ำเกินกว่าที่กำหนด หรือถังแห้งสนิทเกิดจากการทำงานที่ผิดพลาด
9. ระบบปั๊มที่ต้องดูดของเหลวจากถังสำรองน้ำมันที่อยู่ในตำแหน่งต่ำกว่าปั๊ม เช่น ถังสำรองน้ำมันใต้ดิน
10. การขนส่งผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมในระบบท่อมีค่าความหนืดสูง
11. และอื่น ๆ อีกมากมาย ซึ่งจะเกิดจากธรรมชาติของระบบ หรือเกิดจากการทำงานที่ผิดพลาดไปของผู้ปฏิบัติงาน
พิจารณารูปที่ 3 เราตั้งสมมุตฐานให้ของเหลวที่ไหลผ่านปั๊มเป็นของไหล 3 สถานะ คือประกอบด้วย ของแข็ง (Solid) + ของเหลว (Liquid) + ก๊าซ (Gas) ระบบการวัดปริมาตรของเหลวจึงต้องติดตั้งตัวกรองของแข็งออกจากของไหล อาจเรียก ว่า Filter หรือ Strainer (ดูรูปที่ 5) เมื่อของไหล 3 สถานะไหลผ่าน Strainer หรือตัวกรองของแข็ง (เราสมมุติให้กรองของแข็งออกได้หมด) ก็จะกลายเป็นของไหล 2 สถานะ คือ ของเหลว + ก๊าซ เท่านั้น
การติดตั้ง Filter หรือ Strainer ในอีกมุมมองหนึ่งแล้ว Filter หรือ Strainer ยังช่วยรักษาและป้องกันความเสียหายที่อาจจะเกิดขึ้นกับตัวมาตรวัดปริมาตรของเหลวเพราะจะมากจะน้อยยังช่วยกรองขี้ลวดเชื่อมหรือเม็ดกรวดทรายหรือเศษชิ้นโลหะลวดเชื่อมตกค้างในระบบท่อ ไม่ให้ไหลมากระแทกหรือเข้าไปค้างในระบบซีลหรือชิ้นส่วนเคลื่อนไหวต่างๆภายในตัวมาตรวัดปริมาตรของเหลว นั้นเอง
รูปที่ 5 Strainers ในหลายรูปแบบการออกแบบตามวัตถุประสงค์การใช้งาน
ดูรูปที่ 3 ต่อน่ะ จากนั้นเราก็ต้องออกแบบระบบเพื่อดึงก๊าซออกไปจากการไหลในระบบท่อด้วยการติดตั้งเครื่องกำจัดไอหรืออากาศ (Air/Gas Eliminator หรือ Gas Separator) หรือวิธีการอัตโนมัติอื่นที่ป้องกันไม่ให้ไอหรืออากาศผ่านไปได้ เพื่อให้มั่นใจว่ามีแต่ของเหลว (Liquid) ออกไปเท่านั้นและมีแต่สถานะของเหลวสถานะเดียวเท่านั้นที่ไหลเข้ามาตรวัดปริมาตรของเหลวตลอดช่วงระยะทำการวัด
เครื่องกำจัดไอหรืออากาศที่มีใช้ในภาคอุตสาหกรรมถูกเรียกชื่อกันหลากหลาย เช่นอาจมีชื่อว่า “Suction Traps”, “Knock-out Drums”, “Low Pressure Receivers”, “Accumulators”, “Recirculators” ขึ้นอยู่กับการใช้งานและขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การออกแบบ เช่นออกแบบเพื่อต้องการแยกของเหลวออกจากก๊าซหรือต้องการแยกก๊าซออกจากของเหลว เป็นต้น นอกจากนี้อุปกรณ์ดังกล่าวอาจทำหน้าที่อื่นๆร่วมกันไปด้วยคือทำหลายหน้าที่น่ะแต่เงินเดือนไม่เพิ่ม เช่น ใช้รักษาระดับและปริมาณการส่งจ่ายของเหลวไปยังปั๊มให้เพียงพอตลอดเวลา หรือยังใช้เป็นแก้มลิงรองรับการสะสมของปริมาณของเหลวที่เพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างทันทีทันใดของระบบที่มันถูกติดตั้งอยู่ เป็นต้น
ของไหล 2 สถานะ (2-Phase Fluid) ที่เราจะเกี่ยวข้องและมุ่งเน้นเป็นประเด็นหลักๆ แบ่งเป็น 2 กรณี คือ
1. ของเหลว-ก๊าซ: ระบบของไหลในท่อเป็นของเหลวเป็นหลัก มีความประสงค์แยกเอาก๊าซออกไปจากของเหลว เช่น ระบบการวัดปริมาตรของเหลวที่ใช้วัดปริมาตรน้ำมันเชื้อเพลิงต้องการแยกอากาศที่ไหลเล็ดรอดเข้าระบบออกไป ซึ่งเป็นหัวข้อหลักที่เราคุยกันในบทความนี้
2. ก๊าซ-ของเหลว: ระบบของไหลในท่อเป็นก๊าซเป็นหลัก มีความประสงค์แยกเอาของเหลวออกไปก๊าซ เช่น ระบบมาตรวัดก๊าซชนิด Turbine, Rotary หรือ Diaphragm ใช้เพื่อวัดปริมาตรการส่งจ่ายเชื้อเพลิงในรูปของไอหรือก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น
นอกจากนี้ยังมีการแยกของแข็งออกจากของเหลวหรือของแข็งออกจากก๊าซอีกด้วย
รูปที่ 6 เครื่องกำจัดไอหรืออากาศของไหล 2 สถานะ และของไหล 3 สถานะ
สำหรับเครื่องกำจัดไอหรืออากาศ (Air/Gas Eliminator) ซึ่งถูกติดตั้งไว้ก่อนทางเข้ามาตรวัดฯ ทำหน้าที่กำจัดฟองอากาศหรือก๊าซที่ปนเข้ามาในระบบ เช่น เกิดการรั่วของอุปกรณ์จนการไหลของเหลวในระบบท่อไปดูดอากาศเข้ามาในระบบฯ ผ่านรอยรั่วดังกล่าว หรืออาจเกิดจากการปิด-เปิดวาล์วแล้วความดันทางด้านหลังวาล์วมีค่าต่ำกว่าความดันไอของของเหลวนั้นๆ แล้วจะก่อให้ของเหลวเกิดการระเหยกลายเป็นไอลอยปนไปของเหลว เป็นต้น ทั้งนี้อย่าสับสนระหว่าง Air/Gas Eliminator กับ Automatic Air Vent Valve เพราะ Automatic Air Vent Valve มีวัตถุประสงค์เพื่อไล่อากาศที่ค้างอยู่ในระบบท่อซึ่งโดยปกติจะติดตั้งในตำแหน่งสูงสุดของช่วงแนวท่อที่ต้องการช่วงใดช่วงหนึ่งดังในรูปที่ 7 - รูปที่ 8 แต่โดยทั่วไปแล้ว Automatic Air Vent Valve จะมีหลักการทำงานคล้ายกับ Air/Gas Eliminator เสียเป็นส่วนใหญ่
รูปที่ 7 ตำแหน่งติดตั้ง Automatic Air Vent Valve ในระบบท่อ
รูปที่ 8 หลักการทำงานและลักษณะ Automatic Air Vent Valve
รูปที่ 9 Basket Strainer พร้อมติตดตั้ง Automatic Air Vent Valve
ในรูปที่ 9 เป็นการประยุกต์ใช้งานร่วมกันระหว่าง Strainer กับ Automatic Air Vent Valve เพื่อทดแทน Air/Gas Eliminator ซึ่งก็พอรับได้ครับ แต่ได้เพียงชั่วคราวหรือช่วงอัตราการไหลช่วงหนึ่งน่ะเพราะหากของไหลมีอัตราการไหลสูงเกินค่าหนึ่งจะเกินขีดความสามารถการกำจัดไอของ Automatic Air Vent Valve ดังนั้นขณะปฏิบัติงานหากมีเสียงลมออกมากหรืออาจมีของเหลวออกมาหรือไม่เคยได้ยินเสียงลมออกมาเลยเพราะอัตราการไหลสูงมากจนของเหลวและไอไม่มีเวลาแยกตัวออกจากกันให้พิจารณายกเลิกการใช้งานอุปกรณ์ดังกล่าวแล้วเลือกอุปกรณ์ที่ถูกตองเหมาะสมตามเกณฑ์ที่ประกาศกระทรวงฯ กำหนดไว้ หากสงสัยว่าจะตรวจสอบได้อย่างไรก็ไปอ่านใน OIML R 117-2 ดูน่ะครับ เดี๋ยวเนื้อหาจะยาวไป.......
รูปที่ 10 เครื่องกำจัดไอหรืออากาศสำหรับอัตราการไหลไม่สูงมาก
รูปที่ 11 เครื่องกำจัดไอหรืออากาศแบบแนวตั้ง
รูปที่ 12 หยดของเหลว (Droplets) ที่ผสมอยู่ในของไหล 2 สถานะในส่วนที่เป็นก๊าซภายในเครื่องกำจัดไอหรืออากาศ
รูปที่ 13 ตัวอย่างระบบการวัดปริมาตรของเหลวตู้จ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงตามสถานีบริการซึ่งรวมเอาปั๊มและเครื่องกำจัดไอหรืออากาศมารวมอยู่ด้วยกัน
รูปที่ 14 ปั๊มและเครื่องกำจัดไอหรืออากาศมารวมอยู่ด้วยกันในตู้จ่ายมาตรวัดปริมาตรของเหลวในสถานีบริการน้ำมันเชื้อเพลิง
แต่อย่างไรก็ตามเมื่อของเหลวไหลผ่านมาตรวัดปริมาตรของเหลวจะเกิดความดันสูญเสียตกคร่อมมาตรวัดปริมาตรของเหลวแน่นอนส่วนจะมีค่าสูงมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับชนิดและการออกแบบมาตรวัดฯ รุ่นนั้นๆ ส่งผลให้ความดันของเหลวด้านทางออกมาตรวัดฯ ซึ่งเราจะเรียกว่า “Back Pressure” มีความดันลดต่ำลงเมื่อเทียบกับความดันด้านทางเข้ามาตรวัดฯ หากความดันซึ่งลดต่ำลงนี้มีค่าความดันต่ำกว่าความดันไอของของเหลวจะทำให้ของเหลวดังกล่าวกลายเป็นไอ เพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าวในทางปฏิบัติมักจะดำเนินการแก้ไขปัญหา 3 รูปแบบ (เท่าที่ทราบ) คือประการแรก รักษาความดันทางเข้าให้สูงมากเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าความดันด้านทางออกมาตรวัดปริมาตรของเหลวสูงกว่าความดันไอของของเหลว เช่นในกรณีของเหลวเป็นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมจะกำหนดให้ความดันด้านทางเข้าไม่ควรต่ำกว่า 3 barg เป็นต้น หรืออีกวิธีการหนึ่งกระทำโดยติดตั้ง Back Pressure Valve (ดูรูปที่ 15 อย่าสับสนกับ Control Valve น่ะเพราะControl Valve ถูกออกแบบด้วยวัตถุประสงค์หลักที่ต่างกันแต่ผลพลอยได้ในบางมุมก็เสมือนทำหน้าที่เป็น Back Pressure Valve ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบเป็นรายกรณีไป) ด้านทางออกมาตรวัดฯก็ทำหน้าที่รักษาความดันด้านทางออกจากมาตรวัดปริมาตรของเหลว (Back Pressure) ไม่ให้มีค่าต่ำกว่าความดันไอของเหลว นั้นคือจะยอมให้ของเหลวไหลผ่านไปได้ก็ต่อเมื่อมีความดันสูงกว่าค่าความดันที่ตั้งค่าไว้ เช่นในกรณีระบบการวัดปริมาตรของเหลว LPG (ดูรูปที่ 16 - รูปที่ 17) ค่าความดันของ Back Pressure Valve หรือ Differential Valve จะตั้งไว้ประมาณ 7 – 7.5 barg เป็นต้น เพื่อสร้างความมั่นใจว่าระบบการวัดปริมาตรของเหลวที่มาตรวัดปริมาตรของเหลวทำงานอยู่นั้นทำหน้าที่วัดของเหลวเพียงสถานะเดียว (Single Phase flow) ตามหน้าที่ที่ได้ถูกออกแบบมาให้ทำงาน ไม่ใช่เป็นการวัดที่มี 2 สถานะ (2-Phase flow) คือของเหลวกับอากาศหรือไอของของเหลวที่ทำการวัด สำหรับรูปแบบการแก้ไขปัญหารูปแบบสุดท้ายคือทำทั้งวิธีการแรกและวิธีการที่สองรวมกันไปเลย ฮ่าๆๆๆๆ....
รูปที่ 15 Back Pressure Valve ด้านทางออกมาตรวัดฯเพื่อรักษาความดันด้านทางออกจากมาตรวัดปริมาตรของเหลว
รูปที่ 16 ตัวอย่างระบบการวัดปริมาตรของเหลว LPG ที่มี Differential Valve ด้านทางออกมาตรวัดฯ
รูปที่ 17 Back Pressure Valve หรือ Differential Valve ด้านทางออกมาตรวัดก๊าซ LPG (สถานะของเหลว)
หลักวิธีคิดเช่นนี้ก็สามารถนำไปใช้กับมาตรวัดปริมาตรน้ำได้ด้วยเช่นกัน ทั้งนี้ในกรณีมาตรวัดก๊าซก็ใช้หลักวิธีคิดเช่นเดียวกันเพียงแต่ต้องออกแบบให้ในระบบการวัดนั้นให้ดึงของแข็งและของเหลวออกจากระบบการวัดฯแทนที่เอาของแข็งและก๊าซออกไปเช่นในกรณีรับบการวัดปริมาตรของเหลว เพราะฉนั้นงานชั่งตวงวัดตามข้อกำหนดของกฎหมาย (Legal Metrology) จึงกำหนดมาตรวัดปริมาตรของเหลวซึ่งกำหนดไว้ในประกาศกระทรวงฯ ฉบับล่าสุดปี พ.ศ. 2562 ได้กำหนดชนิดและลักษณะ ตลอดจนขีดความสามารถในการชั่งตวงวัดได้เฉพาะสินค้าที่เป็น “ของเหลวเพียงสถานะเดียว (Single Phase flow)” เท่านั้น
มาถึงจุดสำคัญที่พลาดไม่ได้อย่างเด็ดขาดหากเราต้องเกี่ยวดองกับผลิตภัณฑ์ของเหลวปิโตรเลียมนั้นคือ ทุกกรณีต้องติดตั้งเครื่องวัดอุณหภูมิและความดันประจำมาตรวัดปริมาตรของเหลวเสมอ เนื่องจากในการคำนวณผลการสอบเทียบหรือตรวจสอบให้คำรับรองเมื่อทำการวัดปริมาตรของเหลวโดยเฉพาะของเหลวผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเราต้องปรับค่าปริมาตรของเหลวที่วัดได้ด้วยมาตรวัดปริมาตรของเหลวที่สภาวะประจำมาตรวัดปริมาตรของเหลวไปยังปริมาตรของเหลวที่สภาวะอ้างอิง เช่น ที่ 30 °C ความดันบรรยากาศ เป็นต้น ไม่ใช่ไม่มีเครื่องวัดอุณหภูมิและความดันประจำมาตรวัดปริมาตรของเหลวแล้วดันอุตตริไปใช้ค่าอุณหภูมิและความดันในตำแหน่งอื่นมาใช้ในการคำนวณเพื่อปรับปริมาตรที่วัดได้ที่สภาวะหนึ่งโดยมาตรวัดปริมาตรของเหลวไปยังปริมาตรของเหลวที่สภาวะอ้างอิง เช่น ที่ 30 °C และความดันบรรยากาศ ไอ้อย่างนี้มันมึนครับ มึนจริงๆครับกับสังคมผู้มีความรู้สูงๆๆๆ และในธุรกิจที่ขายของสินค้าที่มีราคาแพง เช่น น้ำมันปิโตรเลียม ....ครับ อย่าทำเลย.......หนูขอร้อง........
รูปที่ 18 การติดตั้งเครื่องวัดอุณหภูมิของ LPG ในอุปกรณ์ Gas Eliminator ของระบบมาตรวัดปริมาตรของเหลว LPG ซึ่งอยู่ใกล้กับมาตรวัดปริมาตรของเหลว LPG
รูปที่ 19 ตัวอย่างระบบการวัดปริมาตรของเหลว LPG ที่ติดตั้งเครื่องวัดอุณหภูมิและเครื่องวัดความดันบริเวณใกล้มาตรวัดฯ
รูปที่ 20 องค์ประกอบที่สำคัญของระบบการวัดปริมาตรของเหลวแบบ Mobile
รูปที่ 21 มาตรวัดปริมาตรของเหลวแบบ Mobile ที่ตัด Strainer ออกและไม่มี Air/Gas Eliminator
ในการสอบเทียบ/ตรวจสอบให้คำรับรองมารตวัดปริมาตรของเหลว ต้องใช้ตัวแปรแก้ไขค่า Cpl อีกหรือเปล่า
สิ่งที่เข้ามาใหม่และสร้างความสับสนงุนงง.....แต่ไม่ถึงกับงุ่นง่าน..... เรายังพบว่าในการตรวจสอบมาตรวัดปริมาตรของเหลวเทียบกับถังตวงแบบมาตรามีผู้รู้บางท่านได้รับการฝึกอบรมมาว่าในการหาผลผิดมาตรวัดปริมาตรของเหลวดังกล่าวให้ใช้ค่า Cpl= 1.0000 มันส์ละทีนี้เพราะบอกว่าจากการฝึกอบรม APLMF เอกสารเค้าไม่คิดตัวแปรแก้ไขค่า Cpl กัน แต่อย่าลืมว่าให้ไปตรวจสอบเอกสาร API ดูเค้าคิดตัวแปรแก้ไขค่า Cpl หากของเหลวเป็นผลิตภัณฑ์ของเหลวปิโตรเลียม แล้วถามต่อไปว่าสังคมโลกเค้ายอมรับ APLMF มากกว่า API หรือไม่ สถาบันใดมีผลงานและองค์ความรู้เป็นของตนเองอย่างยาวนาน มีตึกรามบ้านช่องเป็นที่เป็นทางหรือเปล่า? หรือร่อนเร่พเนจร (อ้าวไปกันกัน...ถอยกลับมา) เรื่องนี้จึงสอนให้รู้ว่า ต้องรู้จริง เข้าใจสังคมโลกและเข้าใจที่ไปที่มา ต้องเข้าใจการทำธุรกิจนั้นๆ ในการทำงานทางด้านชั่งตวงวัดตามข้อกำหนดของกฎหมายนั้นถึงแม้จะยอมให้เครื่องชั่งตวงวัดมีอัตราเผื่อเหลือเผื่อขาดเยอะมากเมื่อเทียบกับงานด้านทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ แต่ในทางอุตสาหกรรมปิโตรเลียมเขามีมาตรฐานการทำธุรกิจสูงกว่ากันเยอะมาก เวลาคิดตัวแปรแก้ไขค่าปริมาตรเนื่องจากอุณหภูมิและความดัน (Ctl / Cpl) เค้าใช้ค่าละเอียดกันถึง 20 ทศนิยม เขาต้องการค่า Meter Factor มีค่าละเอียดกันในระดับ 100 จุดทศนิยม (ประชด น่ะ.......) แต่เราชั่งตวงวัดเข้ามาในชีวิตธุรกิจเค้า เราบอกเค้าว่าชีวิตเราต้องการทศนิยมเพียง 2 ตำแหน่ง และใช้ค่า Cpl= 1.0000 ไม่ดูประวัติศาสตร์ วัฒนธรรม มาตรฐานการประกอบธุรกิจของเค้าเลยพับผ้า !! หลักคิดง่ายที่ยังคงต้องมีตัวแปรแก้ไขค่า Cpl ก็เพราะในการหาผลผิดระหว่างมาตรวัดปริมาตรของเหลวเทียบกับถังตวงวแบบมาตรานั้นเป็นการเปรียบเทียบปริมาตรของเหลวปิโตรเลียมที่ค่าอุณหภูมิและค่าความดันต่างกันจากนั้นทำการปรับปริมาตรดังกล่าวไปยังสภาวะมาตรฐานที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานอ้างอิงเดียวกันเพื่อเปรียบเทียบผลต่างของการวัดปริมาตรดังกล่าว เนื่องจากปริมาตรของเหลวปิโตรเลียมจะวุบวาบและเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิและความดันอย่างมีนัยสำคัญ กลับมาใช้ตัวแปรแก้ไขค่า Cpl เถอะครับ บทเรียนนี้เค้าเรียกว่า “รู้จักแต่ Adopted ไม่รู้จัก Adapted” จบข่าวสั้น อย่าโกรธกันน๊า.......
รูปที่ 22 การเปรียบเทียบปริมาตรของเหลวปิโตรเลียมที่ค่าอุณหภูมิและค่าความดันต่างกันจากนั้นทำการปรับปริมาตรดังกล่าวไปยังสภาวะมาตรฐานที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานอ้างอิง เดียวกันเพื่อเปรียบเทียบผลต่างของการวัดปริมาตร
เรื่องเกร็ดเล็กน้อยๆ เรื่องค่าความดันในการทำงานทางด้านชั่งตวงวัดในเรื่องความดันเพื่อไม่ให้สับสน นั้น “ความดัน”
ค่าความดัน 1 บรรยากาศ หรือ 1 atm = 14.69595 psi.
แต่ค่าความดันของเหลวในระบบปิดนั้น หากใช้ค่า 1 bar จะมีค่า
1 bar = 100 kPa. = 14.503774 psi.
เพราะเช่นนั้นในการทำงานอย่าสับสน 1 atm กับ 1 bar หวังว่าเข้าใจตรงกันน่ะ..... สาธุ
ชั่งตวงวัด; GOM MOC
นนทบุรี
16 มีนาคม 2563