การบำรุงรักษาน้ำมันถ่ายเทความร้อน (Heat transfer fluid, Hot oil)

รูปที่ 1. เปรียบเทียบน้ำมันก่อนผ่านการกรองและหลังกรองด้วยลำแสงเลเซอร์  

การบำรุงรักษาน้ำมันถ่ายเทความร้อนที่ถูกต้องจะทำให้น้ำมันเสื่อมสภาพช้าลง ปัจจัยที่มีผลต่อการเสื่อมสภาพของน้ำมันได้แก่ การที่น้ำมันถ่ายเทความร้อนสัมผัสกับอากาศ, ความเร็วในการไหลของน้ำมันผ่านหม้อต้ม (Heater ) ช้าลง  การเลือกใช้ตัวให้ความร้อนที่ไม่ถูกต้อง หรือการเดินระบบที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิสูงสุดที่ผู้ผลิตน้ำมันได้กำหนดไว้ ซึ่งจะทำให้เกิดโคลน (Sludge) หรือผงแข็ง (Coke)  สิ่งปนเปื้อนอื่น ๆ ที่มีอยู่ในระบบได้แก่ ผงโลหะ   สแล็กจากการเชี่อม ฝุ่น ที่ติดมาตั้งแต่ตอนติดตั้งระบบ หรือระหว่างที่ทำการซ่อมบำรุง ถ้าระดับการปนเปื้อนสูงขึ้น จะส่งผลต่อคุณสมบัติของน้ำมัน และความสามารถในการถ่ายเทความร้อนของระบบ

สิ่งปนเปื้อนจะก่อให้เกิดปัญหาต่าง ๆ เช่น

•  การสึกหรอของชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนไหว เช่น ใบพัด หรือเฟืองของปั๊ม เพลา แมคคานิคอลซีล และวาล์ว
•  ความสามารถในการถ่ายเทความร้อนลดลง เพราะพื้นผิวที่แลกเปลี่ยนความร้อนถูกเคลือบด้วยผงแข็ง และโคลน
  
•  ความหนืดของน้ำมันสูงขึ้น ทำให้มีโอกาสเกิดการสะสมของของแข็ง
  
•  สิ้นเปลืองพลังงานมากขึ้นเนื่องจากต้องใช้เวลาในการอุ่นระบบนานขึ้น เมื่อเริ่มต้นใช้งาน
  

แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่ผู้ผลิตน้ำมันถ่ายเทความร้อนจะสามารถแนะนำการบำรุงรักษา หรือระยะเวลาในการเปลี่ยนถ่ายน้ำมันแต่ละครั้งได้อย่างถูกต้อง  เพราะแต่ละงานมักมีลักษณะเฉพาะที่ทำให้เกิดปัญหากับน้ำมันต่างกัน นอกจากนี้สภาพแวดล้อมของโรงงานก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้ไม่สามารถระบุระยะเวลาการเปลี่ยนถ่ายน้ำมันถ่ายเทความร้อนได้

ตัวอย่างเช่น น้ำมันถ่ายเทความร้อนของเครื่องรีด PVC (PVC extruder) อาจมีอายุใช้งานสั้นเพียงไม่กี่เดือน  ในขณะที่น้ำมันเกรดเดียวกันนี้เมี่อใช้ในระบบปิด อาจมีอายุการใช้งานได้ 10-15 ปี   ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจเรื่องสาเหตุของการที่น้ำมันเสื่อมสภาพก่อนโดยมีสาเหตุหลัก ๆ  2 อย่างคือ

อ๊อกซิเดชั่น (Oxidation) พบได้ทั่วไปในระบบถ่ายเทความร้อนแบบเปิด
การเสื่อมสภาพจากอ๊อกซิเดชั่นคือ การที่อ๊อกซิเจนจากอากาศทำปฏิกิริยากับอนุมูลอิสระ (Free radical)  ในน้ำมัน  เกิดเป็นโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ขึ้น  ซึ่งจะกลายเป็นโพลีเมอร์ และของแข็ง  ผลที่เกิดขึ้นนี้ทำให้น้ำมันมีความหนืดสูงขึ้น น้ำมันที่มีความหนืดสูงจะทำให้ ปั๊มต้องทำงานหนักขึ้น, ประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนต่ำลง และเพิ่มโอกาสที่จะเกิดผงแข็ง (Coke) ขึ้น  ผลที่ตามมาของการเกิดปฏิกิริยาอ็อกซิเดชั่นคือ การเพิ่มขึ้นของค่าความเป็นกรด (TAN)ของน้ำมัน
เช่นเดียวกันปฏิกิริยาทางเคมีอื่น ๆ การเกิดอ๊อกซิเดชั่นจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ที่อุณหภูมิห้อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะช้ามาก แต่เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น การเกิดปฏิกิริยาจะเป็นทวีคูณและมีผลต่ออายุการใช้งานของน้ำมันในระบบที่ไม่มีการป้องกันการเกิดอ๊อกซิเดชั่น  เช่น การที่ไม่ใช้ถังขยายตัวที่บรรจุก๊าซไนโตรเจน

กล่าวโดยทั่วไปออกซิเดชั่นเกิดขึ้นเมื่อน้ำมันร้อนสัมผัสกับอากาศ สัญญานของการเกิดอ๊อกซิเดชั่นคือการเกิดตะกอนสะสมในระบบในบริเวณที่มีการหมุนเวียนของน้ำมันน้อย เช่น ถังเก็บน้ำมัน หรือ ถังรองรับการขยายตัว
เราสามารถลดการเกิดปฏิกิริยาอ๊อกซิเดชั่นได้ดังนี้

• ให้อุณหภูมิของถังรองรับการขยายตัว (Expansion Tank) ต่ำกว่า 60 องศาเซลเซียส
• ให้ Suction head ของปั๊มมีค่าเป็นบวก  (น้ำมันไหลเข้าปั๊มเอง)
  

ความร้อน
การเสื่อมสภาพโดยความร้อน หรือ Thermal Cracking เป็นการแตกตัวระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอน ในโมเลกุลของน้ำมันโดยผลจากความร้อน  ทำให้เกิดอนุมูลอิสระ (Free radical) ขึ้น  การแตกตัวอาจจะหยุดอยู่แค่นั้น กรณีนี้จะทำให้น้ำมันมีโมเลกุลที่มีขนาดเล็กลงจำนวนมากขึ้น ในทางเทคนิคเรียกว่า Low Boilers,  หรืออนุมูลอิสระนี้จะเกาะตัวกับอนุมูลอิสระตัวอื่น ๆ เกิดโครงสร้างเป็นโพลีเมอร์ ที่มีโมเลกุลใหญ่กว่าโมเลกุลเดิม  ในทางเทคนิคเรียกว่า High boilers

โดยปกติตัวทำความร้อนจะสามารถสร้างความร้อนได้สูงกว่าอุณหภูมิสูงสุดของฟิล์มน้ำมัน  หากน้ำมันไหลผ่านตัวทำความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงเกินไป จะทำให้เกิดการเสื่อมสภาพโดยความร้อนอย่างรวดเร็ว 
หากการเสียหายโดยความร้อนเกิดขึ้นในขณะที่อุณหภูมิสูงมาก ผลที่เกิดขึ้น ไม่เพียงแต่ทำให้พันธะระหว่างคาร์บอน กับคาร์บอนแตกตัวออกมา  แต่จะทำให้อะตอมของไฮโดรเจนแตกตัวออกมาจากอะตอมของคาร์บอน และเกิดเป็นผงแข็ง (Coke) ขึ้นมา  ในกรณีนี้จะทำให้ผิวของระบบถ่ายเทความร้อน สกปรก ถ่ายเทความร้อนได้ไม่ดี และจะทำให้ระบบเสียหายในที่สุด

ผลของ Low boilers คือ การลดลงของจุดวาบไฟ และความหนืดของน้ำมัน  รวมทั้งการเพิ่มขึ้นของความดันไอ  ผลของ High boilers คือ การเพิ่มขึ้นของความหนืดถ้าหากว่าผลที่เกิดขึ้นยังมีสภาพเป็นสารละลาย แต่หากว่าเลยจุดนี้ไปแล้วผลที่เกิดขึ้นเป็นเป็นของแข็ง และทำให้ผิวระบบถ่ายเทความร้อนเสียหายได้

หากจะอธิบายง่าย ๆ  การเสียหายจากความร้อนคือการให้ความร้อนกับน้ำมันจนสูงกว่าจุดเดือดของน้ำมันนั่นเอง  เราสามารถลดผลจากความเสียหายโดยความร้อน ได้ดังต่อไปนี้

•   รักษาความเร็วของน้ำมันที่ไหลผ่านตัวทำความร้อนให้สม่ำเสมอ
•  การเริ่มเดือนเครื่องให้ค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิอย่างช้า ๆ
  
•  หลีกเลี่ยงการหยุดเดินเครื่องอย่างเร่งด่วน
  
•  บำรุงรักษาอุปกรณ์ต่าง ๆ ในระบบถ่ายเทความร้อนอยู่เสมอ
  
•  ตรวจสอบหม้อต้ม เพื่อดูการกระจายตัวของเปลวไฟ หรือตรวจสอบหัวเผา (Burner) ว่าอยู่ในตำแหน่ง  ที่ถูกต้องหรือไม่

ตอนนี้เราได้รู้แล้วว่าน้ำมันถ่ายเทความร้อนเสื่อมสภาพได้อย่างไร  ต่อไปนี้เราจะมาดูกันว่าระบบถ่ายเทความร้อน แบ่งคร่าว ๆ ได้สองแบบ คือแบบระบบเปิด และระบบปิด

 ระบบเปิด
ในระบบเปิดจะมีน้ำมันสัมผัสกับอากาศได้ในส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบ อาจสัมผัสในขณะที่อุณหภูมิสูงเท่ากับอุณหภูมิทำงานหรือ ในขณะที่อุณหภูมิต่ำกว่า อย่างไรก็ตามหากอุณหภูมิของน้ำมันที่สัมผัสกับอากาศสูงกว่า  93 องศาเซลเซียส แล้วโอกาสเกิดอ๊อกซิเดชั่นจะสูงมาก  ระบบเช่นนี้มักเป็นระบบขนาดเล็กและใช้ในกระบวนการผลิตพลาสติค ไดคาสต์ และอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่ใช้ตัวทำความร้อนไฟฟ้าแบบเคลื่อนที่

ระบบปิด
ระบบปิดจะมีแก๊สเฉื่อยบรรจุในถังรองรับการขยายตัว (ปกติมักใช้ไนโตรเจน)  และเป็นตัวปิดกั้นไม่ให้น้ำมันสัมผัสกับอากาศ ระบบนี้มักจะใหญ่กว่า และใช้แก๊สหรือน้ำมันเป็นตัวให้ความร้อน   การใช้แก๊สเฉื่อยนี้จะทำให้ปัญหาเรื่องอ๊อกซิเดชั่นลดลงอย่างมาก

การบำรุงรักษาน้ำมันถ่ายเทความร้อน

1. การเริ่มเดินเครื่องและการหยุดเครื่องอย่างถูกต้องจะสามารถลดการเสียหายที่เกิดโดยความร้อนได้  เช่น เราควรเริ่มเดินปั๊มก่อนที่จะเปิดตัวทำความร้อน  เมื่อน้ำมันผ่านตัวทำความร้อนแล้วควรเพิ่มอุณหภูมิน้ำมันอย่างช้า ๆ  ครั้งละ  11-14 องศาเซลเซียส  จนกว่าน้ำมันจะมีความหนืดเท่ากับ 10 Cp ถึงจุดนี้แล้วค่อยตั้งอุณหภูมิของตัวทำความร้อนให้เท่ากับอุณหภูมิใช้งาน
   
2. การหยุดเดินเครื่อง ควรหยุดเดินตัวทำความร้อนก่อน แต่ยังเดินปั๊มเพื่อให้ยังมีน้ำมันไหลผ่านตัวทำความร้อน  จนกว่าอุณหภูมิของน้ำมันลดลงเหลือ 121 องศาเซลเซียส  เมื่อถึงอุณหภูมินี้แสดงว่าความร้อนที่ตกค้างจากตัวทำความร้อนได้ถูกระบายออกไปแล้ว หลังจากนี้ระบบทั้งหมดจะค่อย ๆ เย็นตัวลง
   
3. ติดตั้งตัวกรองน้ำมันถ่ายเทความร้อน  การกรองน้ำมันจะช่วยให้น้ำมันมีอายุการใช้งานที่นานขึ้น และลดงานซ่อมบำรุง  ยิ่งน้ำมันมีอุณหภูมิสูง ก็จะยิ่งเห็นประโยชน์จากการกรองได้ชัดขึ้น  โดยทั่วไปควรใช้ไส้กรองขนาด 10 ไมครอน  และควรมีวาล์วติดตั้งเพื่อให้สามารถเปลี่ยนไส้กรองได้โดยไม่ต้องหยุดเดินระบบน้ำมันถ่ายเทความร้อน   การติดตั้งไส้กรองแบบ  Bypass หรือ Side stream  ใช้ได้ทั้งระบบที่ใช้ปั๊มหอยโข่ง (Centrifugal pump) และ ปั๊มแบบเฟือง (Gear Pump)  แต่หากจะติดตั้งไส้กรอง แบบ Inline ต้องใช้กับระบบที่เป็นเกียร์ปั๊มเท่านั้น   ในกรณีที่มีความจำเป็น  อาจติดตั้งไส้กรองอีกตัวขนานกันไว้ก็ได้  เพื่อให้สามารถกรองน้ำมันได้ทันทีเมื่อกรองตัวแรกตัน  หรือกรองน้ำมันได้ในขณะที่ทำการเปลี่ยนกรองตัวแรก

     4. ควรทำความสะอาดระบบด้วยน้ำมันสำหรับล้าง (Flushing Fluid)  ควรฟลัชล้างระบบถ่ายเท    ความ   ร้อนด้วยน้ำมันสำหรับล้างระบบ ก่อนเริ่มใช้งาน

• ระบบที่ไม่เคยใช้งาน หรือ หลังการซ่อมบำรุงมักมีเศษโลหะปะปนอยู่ เศษจากการเชื่อม สแล็ก  ฟลั๊กซ์  สารเคลือบท่อ ฝุ่่นผง และน้ำ  สิ่งปนเปื้อนเหล่านี้จะทำให้เกิดความเสียหายต่อซีลของปั๊ม ตลับลูกปืน วาล์ว  เศษโลหะ และสะเก็ดที่เกิดจากการเชื่อมจะเร่งให้เกิดปฏิกิริยาอ๊อกซิเดชั่น และการเสียหายโดยความร้อน  การฟลัชล้างระบบจะช่วยให้น้ำมันเสียหายช้าลง และลดงานซ่อมบำรุงได้
  
• ในระบบที่ผ่านการใช้งานมาแล้ว การฟลัชล้างจะชะล้างผง ตะกอน และผงโค๊ก (Coke) ออกจากระบบก่อนที่จะเติมระบบด้วยน้ำมันถ่ายเทความร้อนใหม่

  Share