ในระบบท่อส่งไอน้ำจะทำหน้าที่ส่ง ไอน้ำจาก แหล่งกำเนิดไอน้ำ หรือ บอยเลอร์ ไปยัง เครื่องจักร หรืออุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนต่างๆ ที่อยู่ภายในกระบวนการผลิต ซึ่งในบางครั้ง อาจจะมีระยะทางที่ไกล และจำเป็นต้อง ติดตั้ง ท่อ ในแนวตั้ง ตามสภาพ พื้นที่ หน้างาน ซึ่งจะทำให้ เกิดความดันลดภายในท่อ และไอน้ำภายในท่อก็จะสูญเสียพลังงาน ออกมา ทำให้เกิดไอน้ำกลั่นตัว หรือ condensate ภายในท่อ ดังนั้น ในการ operated boiler เราอาจจะต้องตั้ง ค่า operating pressure ที่ตัว boiler ให้มีความดัน ไอน้ำ มากพอ ที่จะส่ง ไอน้ำ ให้ไปถึงตัวเครื่องจักร และยังมี พลังงานความร้อนเหลือ เพียงพอที่จะใช้ได้ (ไอน้ำอิ่มตัวถ้าความดันไอน้ำลดลง อุณหภูมิของไอน้ำก็จะลดลงตามไปด้วย) และในการออกแบบระบบท่อไอน้ำเราจะต้องคำนึงถึงความดันลดที่เกิดขึ้นภายในท่อด้วย แต่ถึงอย่างไรเราก็คงหลีกเลี่ยง “ความดันลด” และ การสูญเสียพลังงาน ภายในท่อไอน้ำ ไม่ได้ และด้วยเหตุผลดังที่กล่าวมาข้างต้น ไอน้ำ ก็จะเกิดการ ควบแน่น กลายเป็น “น้ำ”  เราจะเรียก “น้ำ” ที่เกิดขึ้นนี้ว่า “condensate” คอนเดนเสต ที่เกิดขึ้นภายใน ท่อก็จะปะปนกับไอน้ำ และเคลื่อนที่ไปพร้อมกับ ไอน้ำ ที่อยู่ภาย ในท่อ และเป็นสาเหตุทำให้เกิดปรากฏการ “ค้อนน้ำ” หรือ water hammer เกิดการกระแทรกจนมีเสียงดัง และในบางครั้งอาจสร้างความเสียหาย ขึ้นกับ ระบบท่อไอน้ำ ได้ condensate ที่เกิดขึ้น นอกจากจะทำให้เกิด water hammer แล้วยังทำให้การถ่ายเทความร้อน ไม่มีประสิทธิภาพ อีกด้วย ดังนั้น เราจึงจำเป็นต้องระบาย condensate ออกมาจาก ระบบท่อไอน้ำ และอุปกรณ์ที่มาทำหน้าดังกล่าวก็ คือ “steam trap” นั้นเอง

ภาพจาก spiraxsarco; https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/condensate-recovery/layout-of-condensate-return-lines

“หน้าที่ของ stream trap คือ ระบาย condensate และอากาศออกมาจากระบบท่อไอน้ำ โดยที่ไม่มีไอน้ำปนออกมา” นี่ คือ หน้าที่หลักของ stream trap นอกจากจะระบาย condensate ออกมาแล้ว steam trap ยังทำหน้าที่ ระบายอากาศ และ ก๊าซ อื่นๆ ที่ ไม่ควบแน่นเป็น condensate อีกด้วย (incondensable gas)

“หน้าที่ของ stream trap คือ ระบาย condensate และอากาศออกมาจากระบบท่อไอน้ำ โดยที่ไม่มีไอน้ำปนออกมา” นี่ คือ หน้าที่หลักของ stream trap นอกจากจะระบาย condensate ออกมาแล้ว stream trap ยังทำหน้าที่ ระบายอากาศ และ ก๊าซ อื่นๆ ที่ ไม่ควบแน่นเป็น condensate อีกด้วย (incondensable gas)

Type of Steam Trap

เราสามารถจำแนกชนิดของ stream trap ได้ตามหลักการทำงาน และ International Standard หรือ ISO (ISO 6704:1982) ได้แบ่ง ประเภทของ steam trap ออกเป็น 3 ประเภท ตามหลัการทำงานดังนี้

thermostatic traps มีหลักการทำงานโดยอาศัยความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่าง steam และ condensate เช่น liquid expansion traps, bimetallic trap และ balanced pressure trap

รูปภาพจาก spiraxsarco; https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/steam-traps-and-steam-trapping/thermostatic-steam-traps#article-top

mechanical trap มีหลักการทำงาน โดยอาศัยความหนาแน่นที่แตกต่างกันระหว่างไอน้ำและคอนเดนเสท เพื่อใช้เปิดหรือปิดระบายคอนเดนเสทออกมา เช่น ball float trap และ invert bucket trap

รูปภาพจาก spiraxsarco; https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/steam-traps-and-steam-trapping/mechanical-steam-traps

thermodynamic steam trap ทำงานโดยอาศัยหลักการพลวัต (dynamic) ของ condensate และ flash steam ในการเปิดหรือปิดเพื่อระบาย condensate เช่น thermodynamic trap, disc trap, impulse trap, labyrinth trap

ภาพจาก spiraxsarco; https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/steam-traps-and-steam-trapping/thermodynamic-steam-traps

Flash steam คือ อะไร

ถ้าเราพิจารณาท่อส่งไอน้ำใช้ส่งไอน้ำจาก boiler ไปใช้ในกระบวนการผลิตที่ความดัน 7 barg แล้วภายในท่อไอน้ำได้เกิดน้ำ condensate ขึ้น และถูกระบายออกมาสู่บรรยากาศภายนอกโดยใช้ steam trap; น้ำ condensate ที่ความดัน 7 barg; จะมี enthalpy (hf) of saturated water เท่ากับ 721 kJ/kg และมีอุณหภูมิ 170.5 C; (ค่าจาก saturated steam table) ซึ่งถูกระบายออกมาที่ความดันบรรยากาศ ณ ที่ความดันบรรยากาศ น้ำมี enthalpy (hf) เท่ากับ 419 kJ/kg  (ความดันบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลมีค่าเท่ากับ 1 ATM หรือประมาณ 1.013 bar) เราจะเห็นว่าน้ำ condensate ที่ปล่อยออกมาจากภายในท่อที่ความดัน 7 barg จะมีค่าพลังงานความร้อนมากกว่าน้ำอิ่มตัวที่ความดันบรรยากาศ และมีผลต่างกัน 721-419 = 302 kJ/kg; ทำให้น้ำ condensate ที่ออกมาระเหยกลายเป็นไอน้ำ และไอน้ำ ที่เกิดขึ้นนี้เราเรียกว่า “flash steam” ประมาณของ flash steam สามารถคำนวณหาได้โดยใช้สมการ

https://www.spiraxsarco.com/learn-about-steam/steam-traps-and-steam-trapping/introduction—why-steam-traps#article-top

จากกรณีตัวอย่างข้างต้นเราสามารถคำนวณปริมาณของ flash steam ได้ ดังนี้

excess enthalpy = 721-419 = 302 kJ/kg

specific enthalpy of evaporation at low pressure = 2,257 kJ/kg

flash steam produced = 302/2,257 = 0.134 kg of steam per kg of condensate

หรือมีค่า 13.4 %; ถ้า steam trap มีอัตราการระบาย condensate ที่ 500 kg/h; ปริมาณ flash steam ที่เกิดขึ้นคือ 500 x 0.134 = 67 kg/h; หรือคิดเป็นพลังงานที่สูญเสียประมาน 38 kW; (Q = mhfg ; 67×2046/3600 = 38 kW)

รับออกแบบติดตั้งงานระบบท่อ steam, ท่อ condensate return, condensate tank / https://steam-eng.com/