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
- การเริ่มเดินเครื่องและการหยุดเครื่องอย่างถูกต้องจะสามารถลดการเสียหายที่เกิดโดยความร้อนได้ เช่น เราควรเริ่มเดินปั๊มก่อนที่จะเปิดตัวทำความร้อน เมื่อน้ำมันผ่านตัวทำความร้อนแล้วควรเพิ่มอุณหภูมิน้ำมันอย่างช้า ๆ ครั้งละ 11-14 องศาเซลเซียส จนกว่าน้ำมันจะมีความหนืดเท่ากับ 10 Cp ถึงจุดนี้แล้วค่อยตั้งอุณหภูมิของตัวทำความร้อนให้เท่ากับอุณหภูมิใช้งาน
- การหยุดเดินเครื่อง ควรหยุดเดินตัวทำความร้อนก่อน แต่ยังเดินปั๊มเพื่อให้ยังมีน้ำมันไหลผ่านตัวทำความร้อน จนกว่าอุณหภูมิของน้ำมันลดลงเหลือ 121 องศาเซลเซียส เมื่อถึงอุณหภูมินี้แสดงว่าความร้อนที่ตกค้างจากตัวทำความร้อนได้ถูกระบายออกไปแล้ว หลังจากนี้ระบบทั้งหมดจะค่อย ๆ เย็นตัวลง
- 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