Control Valve [EP.1] : วาล์วควบคุมอัตโนมัติในอุตสาหกรรม

ในโรงไฟฟ้า และอุตสาหกรรมทั่วโลกนั้น  จะมีการแยกระบบในแต่ละหน่วยต่างๆ และได้มีการควบคุมปัจจัยการผลิตในกระบวนการผลิตต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของ ความดัน อุณหภูมิ ระดับความสูงของของเหลวภายในภาชนะที่ต้องการจะวัด รวมไปถึงอัตราการไหล เป็นต้น ด้วยการควบคุมปัจจัยต่างๆ ข้างต้นนั้น จะทำให้กระบวนการผลิตในโรงไฟฟ้า และอุตสาหกรรมนั้นเป็นไปตามที่ออกแบบไว้ และในคุณสมบัติที่ต้องการได้

ซึ่งในวันนี้จะพาเพื่อนๆ ไปรู้จักกับอุปกรณ์ทางเครื่องมือวัดที่สำคัญในโรงงาน ที่เข้ามาช่วยควบคุมในเรื่องของอัตราไหล ซึ่งก็คือ Control Valve โดยเข้ามาเกี่ยวข้องเพราะว่าระบบต่างๆ ทำงานอิสระและต่อเนื่อง ที่มีรูปร่างและการออกแบบต่างกันตามวัตถุประสงค์การใช้งานและอัตราการไหลที่ได้ออกแบบไว้ (Flow control) 

Control Valve คืออะไร?

Control valve หรือในภาษาไทย เราเรียกว่า “วาล์วควบคุม” คือ อุปกรณ์ที่ถูกขับเคลื่อนด้วยปัจจัยจากภายนอก เพื่อต้องการปรับ รักษา และชดเชย อัตราการไหลในระบบการควบคุมของกระบวนการผลิต โดยหน้าที่ของ Control valve คือ ทำหน้าที่จัดการการไหลได้ทั้ง ของเหลวและก๊าซ เช่น Hydrocarbon, ไอน้ำ, น้ำมัน, ก๊าซธรรมชาติ เป็นต้น

Control valve ประกอบไปด้วย ตัว Valve และอุปกรณ์เชื่อมต่อก้านลิ้น Valve รวมไปถึง Actuator ที่เป็นอุปกรณ์ที่สามารถกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งในการควบคุมการไหลภายใน Body valve ได้ โดยอุปกรณ์หลักๆ ที่ใช้ในงาน Control valve มีดังนี้

1. Valve คือ ส่วนที่ทำหน้าที่ในการควบคุมการไหลของของไหล ทั้ง ของเหลว หรือ ก๊าซ โดยจะประกอบไปด้วย Body valve รวมถึงช่องทางไหล ระหว่าง Seat กับ Flow control element หรือที่เราเรียกกันว่า ลิ้นวาล์ว ซึ่งจะเคลื่อนที่เพื่อเปิด ปิด แบบเต็มที่ หรือการเปิดบางส่วน ในตัว Body valve นั้นสามารถมีได้มากกว่า 1 ช่องทางไหล โดยในส่วนของ Body valve นั้นจะเหมือนกับ Manual valve ที่ต้องใช้คนไปทำการหมุนเปิดปิด แต่ในส่วนของ Control valve นั้นจะมีการควบคุมแบบอัตโนมัติที่ต้องอาศัยปัจจัยภายนอกมาช่วยในการควบคุม
2. Actuator หรือ หัวขับวาล์ว คือ ส่วนที่จะเข้าไปควบคุมการเปิด – ปิด ของ Valve โดยใช้พลังงานไฟฟ้า หรือพลังงานลม ที่เราเรียกกันว่า พลังงาน Pneumatic ซึ่งจะทำหน้าที่แปลงพลังงานดังกล่าวไปเป็นพลังงานรูปแบบของแรงเชิงกลที่จะไปขับเคลื่อนส่วนของเคลื่อนที่ของ Valve ซึ่งก็คือ Flow control element ลิ้นวาล์ว นั่นเอง

โดย Pneumatic actuator ที่ใช้ลมในการควบคุม Control valve นั้นสามารถเลือก Normally open or Normally  closed ได้ในกรณี Air Fail ได้ ในขณะที่ Electric actuator จะค้าง Position เดิมกรณีที่ไฟฟ้าที่มาจ่ายนั้นได้หายไปได้ ดังนั้นการเลือกประเภทของ Actuator นั้นจะต้องเหมาะสม โดยต้องพิจารณาในส่วนของความสำคัญและความปลอดภัยของ Process เช่น บางกรณีที่เกิด Emergency shutdown นั้น เราต้องการที่จะให้ Valve ปิดเพื่อไม่ให้ของไหลนั้นเคลื่อนที่ไปได้ เราก็ควรจะเลือก Actuator ที่เป็น Pneumatic ประเภท Fail – Close ก็คือ ถ้า Supply ลมหายให้ Valve สั่งปิด นั่นเอง 

อย่างไรก็ตามด้วยเทคโนโลยีสมัยนี้ได้พัฒนา Electric actuator ที่สามารถสั่ง Normally open or Normally  closed กรณีไฟฟ้าหายได้ โดยใช้ Spring เข้ามาช่วยในการทำงาน เราเรียกว่า Electric actuator spring return

3. Motion conversion mechanism คือ กลไกที่ทำการเชื่อมต่อระหว่าง Valve และ Actuator โดยจะทำหน้าที่แปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้น (Linear Motion) เป็นการเคลื่อนที่แบบเชิงมุมแทน (Rotary Motion) นั่นก็คือ การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นของ Actuator เป็นการเคลื่อนที่เชิงมุมของลิ้นวาล์ว (Rotary valve operation) ในทางกลับกัน การเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่เชิงมุมของ Actuator เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของลิ้นวาล์ว (Linear valve operation)
4. Positioner คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ได้รับสัญญาณมากจาก Controller และส่งสัญญาณไปที่ Actuator เพื่อที่สั่งให้เปิด – ปิด Valve ตามความต้องการและการออกแบบของ Process condition
5. Controller คือ อุปกรณ์ที่เหมือนกับมันสมองของคนที่จะดำเนินการประมวลผลจากการวัดมาเทียบกับข้อมูลที่ได้ถูกเขียน Program ไว้ และนำไป Control valve เปิด – ปิด ผ่าน Positioner และ Actuator ต่อไป
6. Accessories อุปกรณ์เสริมที่จะเข้ามาทำให้ Valve สามารถทำงานได้อย่างสะดวกสบายและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เช่น I/P Transducer, Handwheels, Transmitter, Solenoid valve เป็นต้น

งั้นเรามาต่อกันที่หน้าที่การทำงานเบื้องต้นของ Control valve กันนะครับ !!!

จากรูปด้านบนนั้นจะเห็นว่า การทำงานของ Control valve นั้นจะต้องมีการนำอุปกรณ์ต่างๆ เข้ามาทำงานร่วมกันแบบอัตโนมัติ เพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการที่จะเปิด – ปิด Valve เพื่อควบคุมการไหลของ ของไหล นั้น จะเริ่มต้นจาก Transmitter ที่เหมือนเป็น Sensor ในการตัววัดของไหลด้านใน ว่าตอนนี้มีค่าอยู่ที่เท่าไร ซึ่งการวัดนี้นั้นจะเป็นการวัด Pressure, Flow, Level หรือ Temperature ออกมาเป็นข้อมูล เพื่อนำส่งไปยัง Controller ที่ทำงานในการประมวลผลว่าจะต้องปรับการไหลของของไหลโดย Control valve อย่างไร

หลังจากที่ Controller ได้ส่งสัญญาณไปที่ Positioner เป็นแบบ 4- 20 mA เพื่อที่จะใช้ลมในการ Control ตัว Actuator อีกที ซึ่งการควบคุม Actuator ที่เรากล่าวหลักการทำงานในนี้ใช้หลักการพลังงาน Hydraulic (เป็นที่แพร่หลายในอุตสาหกรรม) หลังจากนั้น Actuator ดำเนินการควบคุม Valve ผ่านหลักการของ Motion Conversion Mechanism เพื่อทำหน้าที่ในการเปิด – ปิด Valve ต่อไป แหละนี่ก็คือ หลักการทำงานเบื้องต้นของ Control valve 

เป็นอย่างไรกันบ้างครับ เพื่อนๆ ทุกคนน่าจะรู้จัก Control valve และหน้าที่กันเบื้องต้นแล้ว ต่อไปจะมาเล่ากันต่อเรื่องของชนิดของ Control valve กันนะครับ 

มาแบ่งชนิดของ Control Valve กัน

จากที่ได้อธิบายเบื้องต้นของ Motion conversion mechanism นั้นจะสามารถแปลงการเคลื่อนที่ได้ 2 แบบ จึงกลายมาเป็นชนิดของ Valve ได้ 2 ชนิด ดังนี้

(1) Linear Motion เป็นการเคลื่อนที่ของก้าน Valve ที่เชื่อมตรงไปยังลิ้นวาล์ว เพื่อทำการ เปิด – ปิด หรือ เปิดบางส่วน ในแนวดิ่ง หรือ แนวเอียง ซึ่ง Valve ลักษณะนี้ออกแบบง่ายและสะดวกต่อการบำรุงรักษา โดยสามารถเลือกใช้งานได้ตาม Pressure และ Temperature ที่ต้องการ โดยมีดังนี้

Globe valve

Gate valve

Diaphragm valve

Pinch / Clamp valve

(2) Rotary Motion เป็นการเคลื่อนที่ก้าน Valve ที่เชื่อมต่อไปยังลิ้นวาล์ว ที่เป็นการหมุน 90 องศา ทำให้มีลักษณะการเคลื่อนที่หมุนเข้าและหมุนออก เพื่อเปิด – ปิด ของไหลภายใน Body valve ซึ่งส่งผลให้ Valve ลักษณะนี้จะมีช่องทางการของของไหลนั้นใหญ่กว่า แต่ Rotary Motor เป็น Valve ที่มีความดันตกคร่อมที่มากกว่า Linear Motor ดังนั้นการใช้งานจะต้องพิจารณาถึงจุดนี้ด้วย โดย Control valve ประเภทนี้ มีดังนี้

1. Ball valve
2. Butterfly valve
3. Plug valve

Globe Control Valve

ในวันนี้จะมาขอเล่าให้เพื่อนๆ ทุกคนรู้จักเกี่ยวกับ Globe control valve มากยิ่งขึ้น จากที่เรารู้มาก่อนหน้านี้ว่า Control valve ชนิดนี้เป็นแบบ Linear motion และ Globe control valve จะทำหน้าที่เปิด – ปิด ลิ้นวาล์ว ในทิศทางเคลื่อนที่ขึ้น – ลง ในการควบคุมปริมาณของของไหลที่ไหลผ่านได้

ข้อดีของ Control valve ชนิดนี้ คือ เหมาะสำหรับการใช้งานควบคุมอัตราการไหลได้ดี และตัว Valve ปิดสนิท พร้อมทั้งการสึกหรอน้อยมาก เนื่องจากสามารถเลือกใช้วัสดุได้หลากหลาย ขึ้นอยู่กับ Application ที่จะนำไปใช้งาน และ Globe control valve ยังสามารถแบ่งออกเป็นอีก 3 ประเภท ดังนี้

(1) 2-Ways Valve จะประกอบไปด้วยของไหลเข้า และออก ส่วนละ 1 ทาง

(2) 3-Ways Mixing Valve จะเป็นชนิดที่มีทั้งหมด 3 ทาง โดยประกอบไปด้วย 2 Input ที่เข้ามาผสมกัน และออกเป็น Output 1 ทาง

(3) 3-Ways Diverting Valve จะเป็นชนิดที่มีทั้งหมด 3 ทาง โดยประกอบไปด้วย 1 Input ที่เข้ามา และแยกออกเป็น Output 2 ทาง

นอกจากนี้ รู้จักชนิดแล้วนั้น เวลาที่เราจะเลือก Globe control valve ไปใช้งาน ต้องมีการพิจารณาอย่างอื่นเพิ่มเติมดังนี้

(a) ขนาดของท่อที่จะใช้งานร่วมกับ Globe control valve ซึ่งรูปแบบของ Plug และลักษณะของเส้นโค้ง ในการใช้งานของ Globe control valve โดยจะขึ้นกับตามขนาดของ Valve ที่เราจะไปใช้งาน ตามรูปด้านล่าง

โดยขนาดของ Valve (DN) นั้นจะขึ้นอยู่กับปริมาณการไหล, ความเร็วของของไหล และเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อที่เราใช้งาน โดยจะวัดเป็นหน่วยมิลลิเมตร (mm) เทียบเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ 

(b) ชนิดของของไหลด้านในที่ใช้ Globe control valve ในการเปิด – ปิด

(c) ขนาดของ Flow rate หรือ อัตราการไหลภายในท่อและของ Globe control valve

(d) ขนาดของ Pressure หรือแรงดัน ในหน่วยบาร์ (bar) ซึ่งโดยทั่วไปสามารถใช้กับ Valve ในช่วงอุณหภูมิ -10 …+500°C (ขึ้นอยู่กับวัสดุที่เลือกใช้) ซึ่งเราจะต้องรู้แรงดันสูงสุดที่สามารถใช้งานได้ทั้งทางด้านขาเข้า และขาออก เพื่อที่จะนำมาเลือก วัสดุและการออกแบบ และความสัมพันธ์ที่แสดงในตารางความดันกับอุณหภูมิ 

เป็นอย่างไรกันบ้างครับ เพื่อนๆ น่าจะรู้จัก Control valve และมีความคคุ้นเคยของชนิดมากยิ่งขึ้น โดยเฉพาะตัว Globe control valve ที่ผมได้พามาท่องโลกให้รู้จักมากยิ่งขึ้น

=======================================================

สำหรับบทความนี้ต้องขอขอบคุณ Sponsor ใจดีจากทาง 

“บริษัท ThaiVista” ตัวแทนตำหน่ายวาล์วควบคุม “HORA” และชุด Positioner จากทาง “3S” 

ในการสนับสนุนทางเพจนายช่างมาแชร์นะค้าบบบ -/\-

ติดต่อ:  

Tel. 03-487-5908-10 Ext. 51
087-4545645, 092-9939355 (K. Pichai)

email: [email protected], 

=======================================================

แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ

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 

#ControlValve #วาล์วควบคุม #InstrumentEngineer#Positioner#PLC#DCS#Controller#Actuator#Pneumatic#นายช่างมาแชร์#ThaiVista#HORA#3S