หน้าแรกHIGHLIGHTหม้อไอน้ำ Boiler : หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ Fire Tube Boiler

หม้อไอน้ำ Boiler [EP.2] : หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ Fire Tube Boiler

สวัสดีครับเพื่อนๆ กลับมาอีกครั้งกับซีรี่ย์ขอหม้อไอน้ำของเรากันนะครับ ซึ่งอย่างที่รู้กันว่าหม้อไอน้ำเนี่ยแทบจะทุกโรงงานผลิต โรงแรม หรือแม้กระทั่งโรงพยาบาลต่างๆ แทบทุกที่จะต้องมี และถ้าหากพูดต่อถึงหม้อไอน้ำที่นิยมใช้ และมีมากที่สุดทั้งในไทยและในต่างประเทศ ก็คงหนีไม่พ้น “หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ” หรือ Fire Tube Boiler นั้นเองนะครับผม ซึ่งเจ้าหม้อไอน้ำชนิดนี้มักจะเป็นที่โด่งดังมากๆในเรื่องอบุติเหตุการระเบิด!! หลายต่อหลายครั้งในบ้านเรา

เพื่อนๆสามารถกลับไปอ่านบมความเก่า หม้อไอน้ำ Boiler [EP.1] : หลักการและประเภทของหม้อไอน้ำเบื้องต้น

ซึ่งวันนี้เราจะขอพาไปดูหม้อไอน้ำชนิดนี้กันครับว่ามีหลักการทำงาน และส่วนประกอบต่างๆ รวมถึงว่า ทำไมเจ้าหม้อไอน้ำชนิดนี้จึงเกิดระเบิดบ่อยๆ (ซึ่งจริงๆแล้วเค้าก็มีระบบรักษาความปลอดภัยหลายๆชั้นมากๆครับ แต่ถ้าถูกปล่อยปะละเลย ก็มีความเสี่ยงมากๆเช่นกันครับ)

ตัวอย่างภาพ Fire Tube Boiler

หลักการและนิยามของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ (Fire tube boiler)

หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ หรือ Fire Tube Boiler ซึ่งหลักการก็ตามชื่อของเค้าเลยนะครับ “ไฟอยู่ในท่อ” ส่วนน้ำอยู่ด้านนอก โดยท่อไฟทั้งหมดจะอยู่ภายในเปลือก (Shell) ภายใน boiler และ Shell นั้นจะมีหน้าที่เป็นภาชนะใส่น้ำทั้งหมดรวมถึงเป็นภาชนะรับความดันไอน้ำ.ในระบบอีกด้วย การถ่ายเทความร้อน (Heat transfer) จะเกิดจากก๊าซร้อนที่อยู่ในท่อไฟ จะถ่ายเทให้ผิวท่อด้านในแล้วส่งผ่านไปยังผิวท่อด้านนอกไปให้น้ำที่อยู่ล้อมรอบ

**ซึ่งท่อไฟได้รับพลังงานความร้อนในปริมาณหนึ่งที่มากพอที่จะทำให้น้ำเดือดกลายเป็นไอ โดยจุดเดือดของน้ำนั้นจะแปรผันตามความดันของน้ำในขณะนั้นด้วย (สิบปากว่าไม่เท่าตาเห็นนะครับ ลองรับชมภาพตัด และวีดีโอด้านล่างกัน, นาทีที่ 2:00 เลยนะครับ ^^)

ภาพตัด Cross sectional drawing แสดงรายละเอียดด้านใน Fire Tube Boiler

ส่วนประกอบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ และกระบวนการทำงาน

ภาพส่วนประกอบต่างๆด้านในหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

จากในภาพนะครับ เป็นภาพโชว์ส่วนประกอบต่างๆด้านในหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ ซึ่งผมขอเริ่มจาก เครื่องพ่นไฟ หรือ Burner (หมายเลข 1) ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของพลังงาน โดยใช้เชื้อเพลิงในรูปแบบต่างๆ ตั้งแต่ ของเหลวหรือก๊าซเชื้อเพลิงต่างๆ ในการเผาไหม้ (ส่วนของแข็งจะไม่ได้ผ่าน Burner นะครับ) และผลิตความร้อนซึ่งอาจได้จากการสันดาปของเกิดเป็นเปลวไฟพ่นเข้าไปยังท่อไฟใหญ่ (หมายเลข 2) โดยที่ต้นเปลวไฟอยู่ที่เครื่องพ่นไฟและส่วนปลายเปลวไฟจะอยู่ไม่เกินความยาวของท่อไฟใหญ่

หลังจากนั้นก๊าซร้อนที่ได้จากการสันดาปจะไหลออกพ้นท่อไฟใหญ่ไปด้านหลังตามแนวท่อไฟ และไหลวกกลับที่บริเวณ ห้องเปลี่ยนทิศทาง หรือ Reverse chamber (หมายเลข 3) ก๊าซร้อนจะไหลขึ้นบนเล็กน้อยและวกเข้าไปยังชุดท่อไฟเล็ก (หมายเลข 4) ที่เรียงตัวอยู่เป็นกลุ่มเหนือท่อไฟใหญ่

จากนั้นก๊าซร้อนจะไหลย้อนกลับทิศทางมายังด้านหน้า แล้วไหลเปลี่ยนทิศทางไปด้านตรงข้ามอีกครั้งที่ กล่องควันหน้า (Front smoke box) หมายเลข 5 โดยก๊าซร้อนนี้จะไหลวกกลับไปเข้ากลุ่มท่อไฟเล็กอีกกลุ่มหนึ่ง


แล้วไหลออกนอกตัวหม้อไอน้ำที่ กล่องควันหลัง หรือ Rear smoke box (หมายเลข 6) โดยทั่วไปก๊าซร้อนที่ไหลภายในท่อไฟนี้จะถูก เรียกว่า “ก๊าซสันดาป” (Combustion gas) เมื่อไหลผ่านพ้นตัวหม้อไอน้ำไปออกปล่องควันแล้วจะถูกเรียกว่า “ไอเสีย” (Fuel gas)

การนับ Path ของ Boiler

การไหลวกกลับกลับมาของก๊าซสันดาปนี้จะสามารถนำไปแบ่งแยกชนิดของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟได้ ตามจำนวนครั้งของการไหลของก๊าซสันดาป อย่างเช่นดังตัวอย่างที่อธิบายมาด้านบนนี้เป็นหม้อไอน้ำแบบท่อไฟชนิด 3 กลับ เพราะมีการไหลเปลี่ยนทิศทางอยู่ 3 ครั้งด้วยกัน ในปัจจุบันส่วนใหญ่แล้ว จำนวนกลับของหม้อไอน้ำแบบนี้จะมีตั้งแต่ 2 ถึง 4 กลับ ขึ้นอยู่กลับการออกแบบของผู้ผลิต แต่หม้อไอน้ำชนิด 3 กลับ ได้รับความนิยมมากที่สุด (ซึ่งคำว่า “กลับ” จะนิยมเรียกว่า “Pass” นะครับ)

วีดีโอแสดงส่วนประกอบของ Fire Tube Boiler และหลักการทำงานโดยรวม

ประเภทของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

แต่เพื่อนๆรู้มั้ยครับว่า….ไอเจ้าหม้อไอน้ำ เฉพาะแบบท่อไฟเนื่ยยังมีอีกหลากหลายแบบ หลากหลายประเภทมากๆเลยครับ แถมยังมีประวัติอันยาวนานเป็นร้อยปีอีก เด่วทางนายช่างขอพาไปดู (อาจจะเรียกว่าพาทัวร์ ^^) ในแต่ละประเภทกันนะครับผม 🙂

1. หม้อไอน้ำชนิดท่อไฟตั้ง (Vertical Fire-Tube Boiler)

หม้อไอน้ำชนิดท่อไฟต้้ง Shell และ ท่อไฟ จะวางตั้งแนวแนวตั้งฉากกับพื้น ซึ่งข้อดีสุดๆของแบบนี้คือ ใช้พื้นที่ในการติดตั้งน้อยมากๆ แต่ว่าก็แลกกลับมาด้วยประสิทธิภาพของหม้อน้ำที่ไม่ค่อยจะดีนัก เนื่องจากด้วยการออกแบบท่อไฟ มีลักษณะแค่ 1 Pass ทำให้ระยะเวลาและพื้นที่ในการแลกเปลี่ยนความร้อนน้อย ซีึ่งอาจจะเหมาะกับโรงงานที่ใช้ไอน้ำไม่เยอะมาก และไม่ค่อยบ่อยนัก หรือ กรณีพื้นที่จำกัดๆ ครับซึ่งหม้อไอน้ำแบบท่อไฟตั้งยังสามารถแบ่งออกได้เป็นอีก 2 ชนิดคือ

ตัวอย่างรูปแสดงหม้อไอน้ำแบบท่อไฟตั้ง
  1. หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ ชนิดแบบ ท่อพ้นน้ำ – ซึ่งข้อดีคือไอน้ำที่ออกมาจากมีสัดส่วนความเปียกที่น้อยกว่า แต่ท่อที่พ้นออกมาก็จะปล่อยลอยและมีการสึกกร่อนได้รวดเร็วกว่า
  2. หม้อไอน้ำแบบท่อไฟ ชนิดแบบ น้ำท่วมท่อ – ซึ่งแบบนี้จะกลับข้อดี ข้อเสียกลับกลับแบบแรกเลยครับ คือ ไอน้ำมีความเปียกเยอะกว่า แต่ว่าอายุของท่อไฟก็จะยาวนานกว่าครับผม

2. หม้อไอน้ำชนิดท่อไฟนอน (Horizontal Fire Tube Boiler)

หม้อไอน้ำชนิดท่อไฟนอน เรียกได้ว่า เป็นพระเอกในโรงงานอุตสาหกรรมเลยทีเดียวครับ เพราะว่า เป็นที่นิยมใช้มากที่สุด ด้วยจุดเด่นอันหลากหลายของเค้า และปริมาณการผลิตไอน้ำที่เรียกว่า เหมาะกับโรงงานหลายๆขนาด ซึ่งหม้อไอน้ำชนิดนี้ เชื้อเพลิงจะลุกในห้องเผาไหม้และวิ่งไปตามท่อไฟไปครับ และไปแลกเปลี่ยนความร้อน จนน้ำระเหยกลายเป็นไอและนำไปใช้ต่อไป (ซึ่งเหมือนกับตัวอย่างแรกเรื่องส่วนประกอบ และกระบวนการที่เราได้กล่าวไปช่วงแรกเลยครับผม)

จำนวนเที่ยวไปกลับ หรือ Path ในหม้อไอน้ำ

ซึ่งก๊าซร้อนจะวิ่งผ่านกี่เที่ยว หรือที่เราเรียกว่า Pass เท่าไหร่ก็ได้แล้วแต่การออกแบบ ซึ่งอาจจะเป็น 1,2,3,4 Pass ก็ได้ครับ

โดยชนิดตั้งแต่ข้อ 3 ลงไปถือเป็นหท้อไอน้ำชนิดท่อไฟนอนทั้งหมดเลยนะครับ

3. หม้อไอน้ำชนิดสำเร็จรูป (Package Boiler)

หม้อไอน้ำสำเร็จรูป เรียกได้ว่า เป็นหม้อไอน้ำที่นิยมที่สุด เพราะการใช้งานแทบจะไม่ต่างจาก มาม่า เลยทีเดียวเชียวนะครับ อารมณ์คือ เติมน้ำ จุดเตา ก็แทบจะใช้งานได้แล้วครับผม (อันนี้เปรียบเทียบเฉยๆนะครับ ชีวิตจริงๆก็ต้องมีการเทสระบบ เปิดระบบควบคุมต่างๆ และทำการ Pre-StartUp นะครับ) แต่ก็เรียกว่า เป็นหม้อไอน้ำที่สะดวกเลยทีเดียวครับ

โดยหม้่อไอน้ำชนิดนี้มักจะพ่วงมากับหัว Burner ที่ใช้ของเหลวหรือก๊าซเชื้อเพลิงในการให้ความร้อนนะครับ ขนย้าย และติดตั้งง่ายมากๆครับ

ตัวอย่างภาพ Package Fire Tube Boiler

โดยจากภาพด้านล่างเรามาดูจำนวน Path ในการออกแบบกันครับ

การออกแบบด้วย 2 Pass Wet Back design

หากการออกแบบหม้อไอน้ำแบบ 2 Pass และมีน้ำหล่อเย็นอยู่ด้านหลัง หรือที่เรียกว่า Wet Back จะออกแบบให้มีพื้นที่ถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้นด้านหลัง และลดการสูญเสียที่ร้านด้านหลังได้เยอะพอสมควรเลยครับ ทำให้เพิ่มกำลังการผลิตไอน้ำมากขึ้น แต่ก็….การสร้าง และการ fabrication ก็จะยากกว่า

ภาพแสดงความแตกต่างของ Wet back vs Dry Back

แต่ถ้าหากการออกแบบหม้อไอน้ำแบบ 2 Pass แต่ไม่มี Wet Back ก็จะสร้างได้ง่ายกว่า แต่ก็มี Overall efficiency ลดลง 1-3% นะครับ

การ Design Fire Tube Boiler แบบ 4 Pass Wet back

แต่ถ้ากรณี 3 Pass ทั้ง Wet Back และ Dry Back “จะเริ่มไม่เหมาะกับเชื้อเพลิงชนิดแข็ง” เช่น ถ่านหิน ฟืน ไม้ เลื่อย ต่างๆ เพราะ กากที่เหลือจากการเผาไหม่จะตกค้างลงในท่อและส่งผลให้อายุการใช้งานท่อสั่นลง

4. หม้อไอน้ำแบบลูกหมู

หม้อไอน้ำชนิดนี้มีประวัติเริ่มใช้ตั้งแต่ 100 ปีที่แล้วเลยนะครับ โดยเริ่มจากในโรงสีข้าว โดยหากมีท่อไฟใหญ่เพียงอย่างเดียวจะเรียกว่า “Cornish Boiler” แต่หากว่า มีท่อไฟใหญ่สองท่อจะเรียกว่า “Lancashire Boiler”

ภาพความเก่าแก่ของ Cornish Boiler
ภาพตัวอย่างของ Lancashire Boiler

โดยหม้อไอน้ำแบบลูกหมูปกติจะสร้าง ห้องเผาไหม้ (Combustion Chamber) แยกออกจาก เปลือก (Shell) ของหม้อไอน้ำ โดยการออกแบบจะเป็นแบบ 3 Pass โดยลำดับคือ

แก๊สร้อนถูกส่งทางท่อไฟใหญ่แล้วส่งไปด้านหลัง -> จากนั้นแก๊สร้อนถูกแยกออกซ้าย ขวา ผ่าน Shell -> แก๊สร้อนวกกลับมาและถูกบังคับให้ลงไปทางด้านล่าง

ภาพตัวอย่างภายในของ Cornish Boiler
ภาพตัวอย่างภายในของ Lancashire Boiler

5. หม้อไอน้ำแบบรถไฟ (Locomotive Boiler)

หม้อไอน้ำชนิดนี้ไม่บอกก็รู้ใช่ไหมครับว่านำไปใช้ทำอะไร…..คำตอบก็แน่นอนครับ “รถไฟพลังไอน้ำ” นั้นเองครับผม โดยลักษณะนี้ออกแบบพิเศษให้เหมาะกับรถไฟโดยเฉพาะเลยครับ ซึ่งห้องเผาไหม้จะถูกออกแบบให้เป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้า อยู่บริเวณใต้ Shell ดังนั้น ด้วยการที่ห้องเผาไหม้เป็นรูปสี่เหลี่ยมจึงต้องหาเหล็กแผ่นมายึดให้แข็งแรงเป็นพิเศษ และการออกแบบก็เป็นแบบ 1 Pass คือ เชื้อเพลิงแข็งเผาไหม้ ก็ไหลออกปล่องไอเสียไปเลยครับ

และไอน้ำที่ถูกผลิตมาก็จะไปดันลูกสูบ (Piston) เพื่อเป็นกลไกไปขับเคลื่อนล้อรถไฟอีกทีครับผม

ภาพตัดแสดงองค์ประกอบด้านในของ Locomotive Boiler

แต่ปัจจุบันก็ไม่ได้มีการนำมาใช้ในรถไฟอีกต่อไปแล้วนะครับ แต่ทว่าภาคอุตสาหกรรมก็นำมาดัดแปลงให้ดีขึ้น และใช้ในโรงเลื่อยไม้เป็นหลักเลยนะครับ

วีดีโอแสดงการทำงานของ Locomotive boiler

6. หม้อไอน้ำเรือ (Marine Boiler)

หลังจากไปที่รถไฟกันมา เราขอมาต่อที่ เรือเดินสมุทรด้วยพลังไอน้ำ กันนะครับ….โดยเจ้าหม้อไอน้ำชนิดนี้ มีประเด็นที่พื้นที่ค่อนข้างจำกัด และน้ำหนักที่ต้องเบา เพื่อทำให้เรือลอยได้อีกครับ ดังนั้นการออกแบบขนาดหม้อไอน้ำ เมื่อเทียบกับความยาวของเรือจะใกล้เคียงกัน ปกติก็จะมีท่อไฟใหญ่และท่อไฟเล็กและส่งไอน้ำไปขับลูกสูบ (Piston) เพื่อเป็นกลไกไปขับใบพัดเรืออีกทีนะครับ

*อันนี้ก็จะคล้ายๆในหนัง Titanic นะครับ ปล แอดเกิดทันอยู่นะครับหนังเรื่องนี้ ^^

ภาพของ Steam engine ในเรือ Titanic
ภาพ Diagram แสดงระบบการทำงานของไอน้ำในเรือ Titanic

ข้อดี-ข้อด้อย ของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

ข้อดี

  • หม้อไอน้ำแบบท่อไฟมีการออกแบบค่อนข้างเรียบง่าย (Simple Design)
  • ราคาถูกกว่าแบบหม้อไอน้ำแบบท่อน้ำ (Water Tube Boiler)
  • ค่าดูแล และการบำรุงรักษาต่ำ
  • ให้ความร้อน ด้วย ราคา ต่อ ประสิทธิภาพ ที่ดีมาก
  • วิธีการทำความสะอาดง่าย
  • การใช้งานหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ ไม่ต้องการทักษะของผู้ควบคุมหม้อไอน้ำที่สูง
  • หม้อไอน้ำแบบท่อไฟเหมาะกับอุตสาหกรรมการผลิตระดับเล็กถึงกลาง
  • คุณภาพน้ำไม่ค่อยมีผลต่อหม้อไอน้ำมากนัก

ข้อเสีย

  • มีการแกว่งของการจ่ายไอน้ำค่อนข้างสูง
  • อัตราการผลิตไอน้ำไม่สูงมากนัก
  • ค่าของ Maximum working pressure หรือ ความดันสูงสุดที่หม้อไอน้ำรับได้xระมาณแค่ 20 barg (ซึ่งน้อยมากหากเทียบกับแบบท่อน้ำ)
  • ประสิทธิ์ภาพได้เพียง 75%
  • หากเกิดการระเบิดจะอันตรายมากๆ (เนื่องจากน้ำที่อยู่ภายใน Shell จะสร้างแรงดันด้วยพลังงานมหาศาลบวกกับการขยายตัวอย่างกระทันหันซึ่งเทียบกับระเบิดได้เลย)

การระเบิดของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

ซึ่งส่วนสุดท้ายขอแถมการระเบิดของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟหน่อยนะครับ ซึ่งถ้าพูดตามหลักการทั่วไปคือ ไฟอยู่ในท่อ น้ำอยู่ด้านนอก ถูกมั้ยครับ ……ซึ่งทำความเข้าใจตรงนี้ว่า ไอตัวที่หน้ากลัวเนี่ย….ไม่ใช่ไฟนะครับ แต่เป็นเจ้าน้ำที่อยู่ด้านนอก ที่มีอุณหภูมิและแรงดันสูง บวกกับเมื่อระเบิดออกมา น้ำที่มีแรงดันและอุณหภูมิสูง จะเกิดภาวะการเปลี่ยนสถานะและขยายตัวและพร้อมเข้าทำลายทุกอย่าง ซึ่งพูดง่ายๆก็คือ “ระเบิดดีๆนี้เองครับ”

แต่ทว่าการเกิดแบบนั้น ก็ไม่ได้เกิดขึ้นได้ง่ายๆหหรอกนะครับ ซึ่งส่วนใหญ่ก็จะเกิดจากการที่ไม่มีแผนการตรวจสอบ และบำรุงรักษาตามรอบของหม้อไอน้ำครับ ซึ่งส่งผลให้ระบบนิรภัย และระบบเฝ้าระวังไม่ทำงานนะครับ

วีดีโอตัวอย่างที่น่าเศร้าของการระเบิดของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟ

ดังนั้นทุกวันนี้จึงมีการกำหนดจากสภาวิศวกรให้ตรวจสอบหม้อไอน้ำในทุกๆปี ไม่ว่าจะเป็นส่วนของความแข็งแรงและสภาพของหม้อไอน้ำ ซึ่งมีการตรวจสอบตามหลักวิศวกรรมอย่างครบถ้วน ไม่ว่าจะเป็นการทำ NDT ด้วยวิธีต่างๆเพื่อหาจุดบกพร่องต่างๆ การตรวจสอบวาล์วนิรภัย ระบบการเผ้าระวัง และการควบคุม หรือแผนการซ่อมบำรุงนะครับผม โดยจะมีวิศวกรสามัญเครื่องกลมารับรองและรับผิดชอบนะครับ

สุดท้ายนี้ก็ขอขอบคุณแหล่งความรู้ต่างๆไม่ว่าจะเป็นภาพ และเนื้อหาต่างๆจากหลายๆแหล่ง themechanicalengineering, Victoryenergy, industrialboiler .com และภาพปกสวยๆจากทาง Getabec นะครับผม

แล้วพบกับสาระความรู้ทางด้านงานช่าง และงานวิศวกรรมได้ในโพสต์ถัดๆไปนะครับ หรือสามารถตามสื่อตามๆของเราด้านล่างเลยนะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g

#นายช่างมาแชร์ #FireTubeBoiler

SHARE US

ทิ้งคำตอบไว้

Please enter your comment!
Please enter your name here

SHARE US