ระบบคอนเดนเสท

  ระบบคอนเดนเสทหรือการนำไอน้ำกลับมาใช้ใหม่ (Condensate Return System) 
ความสำคัญของการนำไอน้ำควบแน่นกลับมาใช้ใหม่ (The Importance of condensate Recovery)

          ไอน้ำที่ควบแน่นหลังจากที่มีการถ่ายเทความร้นแฝงไปสู่กระบวนการผลิต  ปริมาณความร้อนของไอน้ำที่ควบแน่นนี้มีปริมาณ 20% ของปริมาณความร้อนเดิมที่เกิดขึ้นเนื่องจากเชิ้อเพลิง  จึงเป็นความสิ้นเปลืองหากมีการทิ้งส่วนนี้ไป  ไอน้ำที่ควบแน่นควรนรำไปผ่านใหความร้อนกับขบวนการผลิตอื่น ๆ ที่ใช้อุณหภูมิต่ำกว่าในระบบไอน้ำ  ไอน้ำที่ควบแน่นที่ไม่ปนเปื้อนกับสารเคมีในขบวนการผลิต  เมื่อผ่านการทำความสะอาดเพียงเล็กน้อยและปรับความเป็นกรด-ด่างนำกลับเข้าระบบป้อน  จะเป็นการลดค่าใชจ่ายในการเตรียมน้ำป้อนและลดการปล่อยน้ำที่ระบายทิ้ง  ปริมาณความร้อนในน้ำที่ระบายทิ้งประมาณ 20% จะไปลดประสิทธิภาพการใช้พลังงานในระบบไอน้ำลงมาก

          การประหยัดโดยการนำเอาไอน้ำควบแน่นกลับมาใช้ใหม่ซึ่งสามารถคำนวณได้ดังต่อไปนี้

          ขั้นตอนที่ 1     ต้องทราบปริมาณไอน้ำควบแน่นที่นำกลับมาใช้ต่อชั่วโมงพร้อม ๆ กับอุณหภูมิ

          ขั้นตอนที่ 2     คำนวณปริมาณความร้อนของไอน้ำควบแน่นที่ได้นำกลับมาใช้  โดย

                                 Q     =  W x 4.2 x (Th-Ta)     kJ/hr

          โดยที่               W   =  อัตราการไหลของไอน้ำที่ควบแน่น/ชั่วโมง  (กิโลกรัมต่อชั่วโมง)

                                  Th  =  อุณหภูมิของไอน้ำควบแน่น   (0C)

                                  Ta  =  อุณหภูมิของน้ำป้อนที่เติมเข้าไป  (0C)

           ขั่นตอนที่ 3     จำนวนเงินที่ประหยัดได้สามารถคำนวณได้ดังนี้

                                  S     =  (Q x N x FC) / (BE x GCA x 10)

          โดยที่                Q     =  ปริมาณของความร้อนที่ประหยัดได้  (กิโลจูล/ชั่วโมง)

                                   N     =  ชั่วโมงการปฏิบัติการตลอดทั้งปี

                                   Be   =  ประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ  (%)

                                   GCV=  ค่าความร้อนรวมของเชื้อเพลิงโดยเฉลี่ย  (กิโลจูล/กิโลกรัม)

                                   FC   =  ต้นทุนเชื้อเพลิง  (ปอน์ด/ตัน)

                                   S     =  การประหยัดที่ได้  (ปอน์ด/ปี)

          ด้วยประสบการณ์จากโรงงานทั้งในเชิงอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์หลายแห่งแสดงให้เห็นว่า  มีการให้ความสำคัญกับระบบการนำไอน้ำควบแน่นกลับมาใช้ใหม่ (condensate Recovery System) น้อยกว่าระบบไอน้ำมาก  บ่อยครั้งที่ไอน้ำควบแน่นไม่ถูกส่งกลับไปที่หม้อไอน้ำแต่ถูกปล่อยไปที่ท่อระบายน้ำทิ้ง  และจากการที่ลงทุนกับระบบการนำเอาไอน้ำควบแน่นกลับคืนมาใช้ใหม่  ซึ่งรวมทั้งค่าท่อ  วาล์ว  อุปกรณ์ที่ใช้ปั๊ม  การถ่ายเท่ความร้อน  ฉนวน  และอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่า  ได้ผลคุ้มค่ากลับค้นมาอย่างรวดเร็ว

          ข้อยกเว้น (Exceptions) โดยปกติจะมีข้อยกเว้นบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับโรงงานที่มีขนาดใหญ่  ซึ่งจะมีค่าใช้จ่ายการลงทุนสูงมาก  ในเรื่องของการติดตั้งและการรวบรวมไอน้ำควบแน่นกลับมา  โดยปกติข้อยกเว้นเช่นนี้จะเกิดขึ้นในโรงงานที่มีการใช้หม้อไอน้ำขนาดเล็กและมีระยะทางไกลจากที่ตั้งหม้อไอน้ำมาก  ข้อยกเว้นอีกประการหนึ่งคือ  ในโรงงานที่ใชท่อที่ยาวมากเกินไป  ถึงแม้ว่าจะมีฉนวนอย่างดีก็ตาม  จะทำให้ไม่มีปริมาณความร้อนที่มีประโยชน์เหลืออยู่ในการควบแน่นที่หม้อไอน้ำ  อย่างไรก็ตาม ในกรณีเช่นนี้การส่งน้ำที่ควบแน่นแล้ว (Cold condensate) กลับคืนไปตามท่อที่มีความยาวขนาดนั้นก็ยังคุ้มค่า  เพราะว่าค่าใช้จ่ายของน้ำดิบและการบำบัดน้ำป้อนสูงมาก

           ถึงแม้ว่าการส่งไอน้ำควบแน่นกลับคืนไปที่หม้อไอน้ำจะไม่คุ้มค่าก็ตาม  แต่ก็ไม่ควรทิ้งพลังงานความร้อนที่ได้จากการควบแน่นไป  ยกเว้นไม่มีทางเลือกเป็นอย่างอื่น  ตัวอย่างเช่น  การนำปริมาณความร้อนของการควบแน่นไปใช้ประโยชน์ทางตรงหรือทางอ้อมในกระบวนการผลิตน้ำร้อน

          บางครั้งไอน้ำควบแน่นอาจมีสารปนเปื้อนจากกระบวนการผลิต  ถ้านำกลับเข้าหม้อไอน้ำจะปรากฎการเกาะเคลือบบนผิวการถ่ายเทความร้อน  จะทำให้หม้อไอน้ำเกิดสาเหตุการร้อนมาเกินไป (Over Heat) ทำให้ผิวโลหะเสื่อมสภาพ  ในสถานะการณ์ที่ไอน้ำควบแน่นมีสิ่งปนเปื้อนเล็กน้อย  การตัดสินใจที่จะซื้อหรือบำรุงรักษาเครื่องแลกเปลี่ยนนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ (Heat Recovery Equipment) ค่อนข้างลำบาก  ถ้ามีการใช้นำร้อนในกระบวนการผลิตเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบง่าย  ควรนำมาใช้เพื่อไม่ให้ความร้อนเสียเปล่าและต้องมีการทำความสะอาดเครื่องเพื่อขจัดสิ่งสกปรกที่เกาะผิวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตามระยะเวลา

          กฎอีกข้อหนึ่งที่สำคัญกว่าหัวข้อการพิจาณราทั้งหมดในการตัดสินใจในด้านพลังงานก็คือ  ถ้าเกิดความสงสัยหรือมีปัญหาเกี่ยวกับความบริสุทธอ์ของไอน้ำที่ควบแน่เกิดขึ้นที่ใดก็ตาม  ห้ามส่งไอน้ำที่ควบแน่นนี้กลับไปที่น้ำป้อนของหม้อไอน้ำอย่างเด็ดขาด

                                                                      ทิ้งไอน้ำที่ควบแน่นไปก็เท่ากับทิ้งเงินไป

การออกแบบระบบ (System Design)

          ขนาดท่อ (Pipe Sizing)

          เป็นเรื่องสำคัญที่ต้องแน่ใจว่าขนาดของท่อที่ใช้นำไอน้ำควบแน่น (Condensate) กลับต้องถูกต้องเท่า ๆ กับขนาดของท่อที่ใช้สำหรับนำไอน้ำไปใช้งาน  โดยพื้นฐานแล้วก็คือเหตุผลเดียวกัน  ถ้าท่อมีขนาดเล็กเกินไปก็ยิ่งต้องการพลังงานมากขึ้น  เพื่อให้สามารถส่งไอน้ำที่มีความดันโต้กลับไปภายในระบบให้ได้

          ถ้าท่อมีขนาดใหญ่เกินไป  ค่าใช้จ่ายในการติดตั้งก็จะสูงกว่าและการสูญเสียความร้อนที่พื้นผิวก็จะมากขึ้นด้วย  การออกแบบขนาดของท่อไอน้ำควบแน่นให้ถูกต้องเป็นเรื่องที่ทำได้ยรากกว่าการออกแบบขนาดของท่อที่ถูกต้องสำหรับไอน้ำเป็นอย่างมาก  ภายใต้สภาวะการใช้งานตามปกติ  บางส่วนของไอน้ำควบแน่นจะ 'แฟลช (Flash)' ไปที่ไอน้ำในท่อปกติ  ส่วนดังกล่าวก็จะมีน้ำหนักน้อยแต่จะมีปริมาตรใหญ่  ดังนั้นจึงเป็นเรื่องจำเป็นที่ต้องมีความเข้าใจรูปแบบของการไหล 2 ขั้นอตน (Two - Phase Flow) นี้ด้วย  เมื่อมีการกำหนดขน่ดของท่อให้ถูกต้อง

          จากประสบการณ์การปฏิบัติงานจริงที่ผ่านมาหลายปีทำให้สามารถใช้ 'วิธีปฏิบัติโดยอาศัยความชำนาญ (Rule of Thumb)' ได้กล่าวคือ  ท่อไอน้ำควบแน่นทั้งหมดควรออกแบบให้มีขนาดสำหรับการไหลของน้ำภายใต้สภาวะของการเริ่มเดินเครื่อง  เพราะภายใต้สถานการณ์การเริ่มเดินเครื่องเช่นนั้นจะเกิดไอน้ำควบแน่นอย่างรวเร็วและมีปริมารณการใช้ไอน้ำอย่างน้อยเป็น 2 เท่าของการเดินเครื่องตามปกติ  และจากประสบการณ์ท่อที่ออกแบบให้มีขนาดตามลักษณะดังที่กล่าวมา  จะสามารถพาไอน้ำแฟลชและน้ำที่ควบแน่นที่ผสมกันได้อย่างเพียงพอภายใต้สภาวะการเดินเครื่องดังกล่าว

          ตารางที่ 2  แสดงให้เห็นถึงปริมาตรความจุของท่อที่สูงที่สุดสำภหรับการปฏิบัติงานทั่ว ๆ ไป  โดยคำนวณจากความดันตก (Presure Drop) ที่ 0.8 mbar ต่อเมตรของการทำงานจองท่อ

           อย่างไรก็ตามจากตารางที่ 2  และวิธีปฏิบัติโดยอาศัยความชำนาญตามที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้นสามารถนำเอามาใช้ประโยชน์ได้เฉพาะกับระบบไอน้ำที่มีความดันไม่เกิน 14 บาร์เท่านั้น  ถ้าความดันที่สูงกว่านี้  ปริมาณการเกิดไอน้ำแฟลชในท่อก็ต้องสูงขึ้นเป็นพิเศษ  และก็จำเป็นต้องใช้ท่อไอน้ำที่มีขนาดตามความต้องการใช้มากขึ้นตามไปด้วย

          ตารางที่ 2  ปริมาตรความจุของไอน้ำที่ควบแน่น (Condensate)/ไอน้ำแฟลชที่เกี่ยวข้องกับขนาดของท่อ

                                                      ขนาดท่อ  (มม.)                                      ความจุ  (กก/ชม.)

                                                                 15                                                               160

                                                                 20                                                               370

                                                                 25                                                               700

                                                                 32                                                            1,500

                                                                 40                                                            2,300

                                                                 50                                                            4,500

                                                                 65                                                            9,000

                                                                 80                                                          14,000

                                                               100                                                          29,000

          วิธีที่ดีที่สุดที่จะจัดการกับการเกิดไอน้ำแฟลชที่เพิ่มมากขึ้นในระบบที่มีความดันสูงก็คือ  การนำกลับมาใช้ที่ความดันต่ำกว่า  และใช้ตามจุดต่าง ๆ ภายในกระบวนการผลิต  ทางเลือกอีกทางหนึ่งก็คือ  ติดตั้งระบบการนำเอาไอน้ำที่ควบแน่นกลับมาใช้ในระบบปิด  อย่างไรก็ตาม  ระบบดังกล่าวมีค่าใช้จ่ายแพงเกินกว่าจะติดตั้งได้  เพราะว่าอุปกรณ์ทุกชิ้นต้องสามารถทนต่อความดันสูงที่เกิดขึ้นได้  ยิ่งไปกว่านั้นส่วนประกอบต่าง ๆ ภายในระบบดังกล่าวต้องใช้ภาชนะที่ทนความดันได้ตามที่กำหนด  จึงต้องมีการตรวจสอบการรับประกันด้วย

                      ท่อที่มีขนาดเล็กเกินไป  ---------->  ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานในการปั๊ม

                      ท่อที่มีขนาดใหญ่เกินไป ---------->  ทำให้สูญเสียความร้อนที่พื้นผิวสูงขึ้น

โครงร่าง (Layout)

          ระบบที่ได้รับการออกแบบมาเป็นอย่างดีแล้ว  การนำเอาไอน้ำควบแน่นกลั่นตัวกลับคืนมาใช้ใหม่  จะต้องไม่รบกวนความดันที่กลับเข้าไปในอุปกรณ์กับดักไอน้ำด้วย (Back Pressure)  ซึ่งเป็นเรื่องจำเป็นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการเริ่มเดินเครื่อง  เมื่อกับดักไอน้ำต้องระบายอากาศที่มีปริมาณมากในตอนแรกออกจากระบบ  ต่อจากนั้นก็จะระบายน้ำออกในปริมาณที่มากเช่นเดียวกัน

          เป็นการยากมากที่จะป้อนน้ำที่ควบแน่นกลับด้วยแรงโน้มถ่วงไหลกลับกลับไปยังถังน้ำป้อนของหม้อไอน้ำ  การติดตั้งถังรับไอน้ำควบแน่นไว้ในระดับที่ต่ำกว่า  จะช่วยบดความดันด้านกลับในกับดักไอน้ำลง  และต่อจากนั้นก็จะสูบน้ำที่ควบแน่นกลับไปที่หม้อไอน้ำ  เป็นเรื่องที่สะดวกกว่าไม่ว่าจะเป็นการใช้ปั๊มไฟฟ้า (ดังรูปที่ 6)  หรือปั๊มอัตโนมัติแบบดัดไอน้ำ (ดังรูปที่ 7) ก็สามารถใช้ได้  และไม่ว่าจะเลือกแบบใดก็ตามต้องสามารถทนต่อน้ำที่ควบแน่นที่มีอุณหภูมิสูงเกือบถึงจุดเดือดได้  ภาชนะที่เก็บน้ำควบแน่นทั้งหมดต้องมีการระบายอากาศอย่างเหมาะสมด้วย  เพราะภาชนะเหล่านี้ไม่ได้ผลิตมาให้เป็นภาชนะที่ทนต่อความดัน  และไม่สามารถทนต่อความดันไอน้ำอย่างเต็มที่ได้เมื่อกับดักไอน้ำไม่ทำงาน

การยกไอน้ำที่ควบแน่น (Lifting Condensate)

          คู่มือที่นำมาใช้อ้างอิงทั้งหมดกล่าวไว้ว่า  ไม่ควรส่งน้ำที่ควบแน่นจากทางออกที่มีระดับต่ำขึ้นไปที่ภาชนะที่เก็บ  หรือท่อที่อยู่ในระดับสูง  อย่างไรก็ตามในทางปฏิบัติเพื่อความสะดวกที่จะติดตั้งท่อไอน้ำควบแน่นให้อยู่ในระดับสูงอยู่แล้วดังรูปที่ 8 แสดงให้เห็นถึงการจัดเตรียมที่ตัวอย่างสำหรับที่จะต้องส่งไอน้ำที่ควบแน่นและชี้ให้เห็นตำแหน่งของเช็ควาล์ว  ซึ่งก็เป็นเรื่องที่จำเป็นเช่นเดียวกัน

          ความดันไอน้ำที่อุปกรณ์กับดับไอน้ำเองจะต้องใช้เพื่อส่งไอน้ำที่ควบแน่นกลับ  ไอน้ำที่ควบแน่นดังกล่าวจะเกิดความดันต้านกลับมาที่ 1 บาร์ของการลำเลียงไอน้ำควบแน่นทุก ๆ 10 เมตรที่สูง  ซึ่งจะไปลดความดันที่แตกต่างกันในอุปกรณ์กับดักไอน้ำ  ทำให้ไอน้ำผ่านไปได้น้อยกว่าไอน้ำที่ควบแน่น  เช่น  ถ้าอุปกรณ์กับดักไอน้ำต้องส่งไอน้ำที่ควบแน่นขึ้นไปสูง 10 เมตรจากภาชนะจำเป็นต้องใช้ไอน้ำภที่ความดัน 3 บาร์  และจะมีไอน้ำผ่านไปได้เพียงประมาณ 65% ของปริมาณที่ควรจะผ่านไปได้เมื่อปล่อยไอน้ำที่ควบแน่นออกไปสู่บรรยายกาศ  เพื่อแก้ปัญหาในเรื่องนี้จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์กับดักไอน้ำที่มีขนาดใหญ่ขึ้น

          ถ้าความดันที่แตกต่างระหว่างขาเข้าและออกอยู่ในอุปกรณ์กับดักไอน้ำมีจำนวนต่ำมากเกินไปก็จะทำให้อุปกรณ์กับดักไอน้ำม่สามารถทงานได้  โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะการเริ่มเดินเครื่อง  เป็นสาเหตุทำให้เกิดการอั้นตัวของน้ำ (Waterlog) อีกตัวอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นบ่อย ๆ ก็คือส่วนที่จำเป็นต้องมีเครื่องควบคุมอุณหภูมิ (T^hermostatic Congrol) ของภาชนะที่ใช้ในกระบวนการผลิต  เช่น  ภาชนะที่มีเปลือกหุ้ม (Jacketed-Pan) เป็นต้น  ดังนรั้นถ้าเครื่องควบคุมอุณหภูมิทำงานได้ดีโดยการลดกำลังการส่งไอน้ำลง  จะทำให้ความดันไอน้ำตกลงต่ำมากเกินกว่าที่จะทำให้อุปกรณ์กับดักไอน้ำทำงานได้

ปัญหาของปั๊มน้ำป้อนเข้า (Feed Pump Problems)

          การน้ำเอาไอน้ำที่ควบแน่นส่งกลับไปใช้  ถึงแม้จะได้รับประโยชน์จากหม้อไอน้ำมากขึ้นแต่ก็อาจจะทำให้เกิดปัญหาอื่น ๆ ตามมาได้  ปัจจุบันอุณหภูมิของพังเก็บน้ำป้อนเข้าก็จะสูงอยู่แล้ว  ซึ่งเป็นสาเหตุทำให้เกิดปัญหาของการเกิดโพรงอากาศ (Cavitation) และการเกิดปิดกั้นไออั้น (Vapour Locking) ในเครื่องสูบน้ำที่ปั๊มน้ำป้อนเข้าหม้อไอน้ำ  เพื่อไม่ให้ปัญหาดังกล่าวเกิดขึ้น  ปั๊มน้ำป้อนของหม้อไอน้ำจะต้องมีความดันทางด้านสูบเข้ามีค่าสุทธิเป็นบวก  หรืออธิบายได้อย่างง่าย ๆ ก็คือ  ถังเก็บน้ำป้อนเข้าต้องอยู่สูงกว่าทางเข้าของปั๊มน้ำป้อนที่เข้าหม้อไอน้ำ  ในตารางที่ 3 แสดงให้เห็นความแตกต่างของความสูงที่น้อยที่สุดที่ต้องการสำหรับอุณหภูมิของน้ำป้อนเข้าที่แตกต่างกันออกไป

               ตารางที่ 3  แรงดูดของปั๊มน้ำเข้าเครื่องสำหรับอุณหภูมิต่าง ๆ ของน้ำป้อน

                                                             อุณหภูมิ                              ความสูงของน้ำ  (suction head)

                                                             (0C)                                                             (ม.)

                                                                 86                                                               1.5

                                                                 90                                                               2.1

                                                                 95                                                               3.5

                                                               100                                                               5.2

การนำไอน้ำแฟลชกลับมาใช้ใหม่ (Flash Steam Rcovery)

          ไอน้ำแฟชล (Flash Steam) จะเกิดขึ้นเมื่อไอน้ำที่ความดันสูงกว่าถูกปล่อยออกไปที่ความดันต่ำกว่า  การนำเอาไอน้ำแฟชลจากไอน้ำที่ความดันสูงมาใช้ใหม่เป็นโอกาสสำคัญที่จะทำให้ประหยัดความร้อนได้

          ไอน้ำกลั่นตัวที่ออกจากอุปกรณ์กับดักไอน้ำจะอยู่ในสภาวะความดันเดียวกันกับไอน้ำ  ตังอย่างเช่น  ไอน้ำกลั่นตัวที่ 5 บาร์  มีอุณหภูมิอยู่ที่ 1590C (จากตารางไอน้ำ)  และมีความร้อนสัมผัสที่ 671 กิโลจูล/กิโลกรัม  ในขณะที่น้ำที่ความดันบรรยากาศสามารถมีความร้อนสัมผัสได้ 419 กิโลจูล/กิโลกรัม  ส่วนเกินอีก 252 กิโลจูลที่เหลือถูกนำไปใช้ทำการระเหยน้ำบางส่วนใหม่เพื่อผลิต 'ไอน้ำ-แฟลช' ดังรูปที่ 9  แสดงให้เห็นว่ามีไอน้ำแฟลชมากเท่าไหร่ที่ผลิตได้จากไอน้ำควบแน่นที่ปล่อยออกมาจากกับดักไอน้ำ

          ตัวอย่าง :

          ลองพิจารณาดูว่าในกรณีที่ต้องการนำเอาไอรเสยแร้ร 1,000 กก.  ที่ความดันสูงที่ 7 บาร์  เพื่อให้ผลิคไอน้ำแฟลช ณ ความดันบรรยากาศ

          ก)  จากกราฟ  ปริมาณของไอน้ำแผลชจากไอน้ำควบแน่น  =  0.134  กิโลจูล/กก.

          ข)  ไอน้ำแฟลชที่ผลิตได้ต่อชั่วโมงต่อการใช้ไอน้ำควบแน่น 1,000 กก.  =  134  กก.

          ค)  ด้วยอัตราการระเหยเท่ากับ 5 จะประหยัดถ่านหินที่ใช้ในปริมาณเท่า ๆ กันเมื่อคิดเป็นกิโลกรัม  จากการนำเอาความร้อนจากไอน้ำแฟลชกลับมาใช้ได้ใหม่  =  27  กก.

          ง)  ประหยัดค่าใช้จ่ายถ่านหินประจำปีต่อตันสำหรับชั่วโมงการทำงาน 5,000 ชั่วโมง  =  27 x 5,000  =  135  ตัน

                                                                                                                                           1,000

          ไอน้ำแฟลชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้กับทุก  ๆ จุดของกระบวนการที่จำเป็นต้องมีไอน้ำความดันต่ำ  ตัวอย่างเช่น  ในระบบการให้ความร้อน  หรือใช้กับลูกกลิ้งให้ความร้อน  เป็นต้น

                                             การใช้ไอน้ำแฟลช  -  ทำให้ประหยัดเชื้อเพลิง