เอ๊ะยังไง? Steam Turbine ยิ่งใช้ไอน้ำน้อย ยิ่งมีประสิทธิภาพด้านความร้อนต่ำสุด!! 3 เคล็ดลับ เลือกใช้ Steam Turbine ไม่พลาดตลอดชีวิต!!

07/03/2022 by Macross
Publications

โดย วิรุฬห์ ตัณฑะพานิชกุล

HIGHLIGHTS

Steam Turbine ใช้ขับปั๊มและคอมเพรสเซอร์แทนมอเตอร์ไฟฟ้าได้เพื่อช่วยเรื่อง Plant Reliability รันโรงงานต่อเนื่องได้ช่วงเกิดไฟดับ
Condensing Turbine ให้งานต่อตันไอน้ำมากสุด แต่ประสิทธิภาพไม่ดี เพราะสูญเสียพลังงานความร้อนไปกับน้ำหล่อเย็นที่ Surface Condenser ถึงมากกว่า 70%
Condensing Turbine ขาออก จะเป็น Two-Phase ไม่ใช่ไอน้ำอย่างเดียว ทำให้ได้พลังงานต่อตันสูงขึ้น แต่ส่งผลเสียในแง่ Erosion

รู้ไหมว่า Steam Turbine หรือกังหันไอน้ำ ไม่ได้มีแค่ในโรงไฟฟ้าเพื่อผลิตไฟฟ้าและไอน้ำ แต่แทบทุกโรงงานใหญ่ๆในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมและปิโตรเคมีก็มี Steam Turbine ใช้ในการขับปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ จึงอยากให้วิศวกรในไทยได้เข้าใจเรื่องนี้อย่างถ่องแท้มากขึ้น!!

1) วิศวกรหลายคนไม่ทราบว่าทำไมถึงเลือกใช้ Steam Turbine ขับปั๊มและคอมเพรสเซอร์ มอเตอร์ไฟฟ้าสะดวกกว่า สตาร์ทอัพง่ายกว่า เงินลงทุนและค่าดำเนินการของมอเตอร์ไฟฟ้าอาจจะราคาถูกกว่าด้วยซ้ำ สาเหตุที่ต้องมี Steam Turbine ก็เพราะว่าต้องการ Plant Reliability หรือยังสามารถรันโรงงานได้ต่อเนื่องอีกระยะนึง เวลาเกิดไฟดับ (Power Failure) ไงล่ะ!!

เพราะโรงงานส่วนใหญ่จะไม่เผื่อระบบไฟสำรองที่รองรับโหลดไฟฟ้าขนาดใหญ่ของปั๊มและคอมเพรสเซอร์ได้ เพราะราคาแพงเกินไปและไม่คุ้มค่าการลงทุน แต่โรงงานส่วนใหญ่จะมีไฟสำรองสำหรับระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมโรงงานในห้องคอนโทรล ที่อาจจะทำงานต่อเนื่องได้ยาวนานถึง 30 นาทีแม้เกิดไฟดับ ทำให้ยังสามารถสั่งการไปยังวาล์วต่างๆได้ และตัวปั๊มที่ส่งน้ำ เข้า Boiler เองก็ต้องรันด้วย Steam Turbine ด้วย ไม่งั้นอาจจะทริปเพราะ Low Flow Interlock เข้า Boiler ได้

++ Steam turbine มี 3 ประเภทหลักๆ คือ

A. Condensing turbine – ขาเข้า HP steam ขาออก vacuum mixed-phase

B. Extraction-condensing turbine – extraction ขาเข้า HP steam ขาออก MP steam, condensing ขาเข้า MP steam ขาออก vacuum mixed-phase

C. Back pressure turbine – ขาเข้า HP steam ขาออก LP steam

2) คุณต้องเข้าใจก่อนว่าประสิทธิภาพด้านความร้อน ไม่ได้ดูแค่กำลังขับที่ได้ แต่จะดูพลังงานความร้อนที่ขาออกจาก turbine สามารถไปใช้งานต่อในกระบวนการผลิตด้วย!! Condensing turbine ดึงกำลังขับต่อตันไอน้ำได้มากสุด เพราะลดความดันที่ขาออก turbine ให้เป็น vacuum (e.g. -0.9 barg) ทำให้ผลต่าง enthalpy เข้า-ออกเยอะสุด แต่ขาออกจะมีอุณหภูมิต่ำมาก ทำให้ไม่สามารถไปให้ความร้อนต่อได้ แต่ต้องไปทิ้งความร้อนควบแน่นให้กับ cooling water ที่ surface condenser คิดเป็นกว่า 70% ของพลังงานขาเข้า!!!!

3) สิ่งที่วิศวกรหลายคนไม่รู้คือขาออก condensing turbine ไม่ใช่vapor 100% แต่จะมีหยดน้ำ (moisture) ปนอยู่เล็กน้อย 5-7% ถ้าคุณไม่รู้คุณจะไม่มีทางเปรียบเทียบ steam enthalpy กับกำลังขับที่เห็นจริงในโรงงานได้เลย ส่วนหยดน้ำเยอะไปก็ไม่ดี เพราะจะเกิด erosion ที่ใบพัด

ผมได้ทำตารางเพื่อสอนวิศวกรทั่วโลกเรื่องนี้ ในวารสารรายเดือน Chemical Engineering Progress ของ AIChE ฉบับ Jan 2012 ลองดูตารางในรูปที่ผมลงในวารสารได้ครับ
ถ้าอยากได้ความรู้วิศวะดีๆ ต่อจากนี้ลองไปดูใน www.tiche.org เราจะนำบทความดีๆไปใส่ไว้ครับ