ไอน้ำมักถูกนำมาให้ความร้อนในอุตสาหกรรมและการผลิตต่างๆ เนื่องจากไอน้ำมีข้อดีดังนี้

1. ปลอดภัย ไม่เป็นอันตราย

2. ถ่ายเทความร้อนที่อุณหภูมิคงที่

3. เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ตามความดัน

4. สามารถสะสมพลังงานได้มาก

การใช้งานไอน้ำมี 2 รูปแบบ

1. การใช้ไอน้ำแบบทางตรง (Direct) คือ การนำไอน้ำสัมผัสกับวัตถุดิบโดยตรง ไม่มีน้ำ Condensate กลับมา

2. การใช้ไอน้ำแบบทางอ้อม (Indirect) คือ การนำไอน้ำให้ความร้อนแก่วัตถุดิบ โดยผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน  ซึ่งจะมีน้ำ Condensate กลับมาใช้อีก

การจะใช้ไอน้ำในรูปแบบใด ขึ้นกับชนิดของกระบวนการผลิต

ระบบไอน้ำแบ่งออกเป็น 2 ส่วน

1. Supply Side คือส่วนที่ผลิตไอน้ำออกมา ประกอบด้วย หม้อไอน้ำ (Boiler), Feed Water Pump, Header และ Steam Separator เป็นต้น

2. Demand Side คือส่วนที่ต้องการนำไอน้ำไปใช้ประโยชน์ ประกอบด้วย ท่อส่งไอน้ำ, ท่อ Condensate, Steam Trap และ อุปกรณ์ใช้ความร้อน เป็นต้น

การอนุรักษ์พลังงานในระบบไอน้ำสามารถดำเนินการได้ทั้งในส่วนของ Supply Side และ Demand Side แต่ไม่ว่าไอน้ำจะอยู่ในส่วนใด คุณสมบัติของไอน้ำจะอยู่บนกราฟ PH-diagram เสมอ ดังนั้นหากสามารถใช้กราฟ PH-diagram ได้อย่างคล่องแคล่ว จะสามารถใช้ลูกเล่นในการอนุรักษ์พลังงานในระบบไอน้ำได้ไม่ยาก

รูปที่ 1 PH-diagram ของ น้ำ/น้ำผสมไอน้ำ/ไอน้ำ

ลองฝึกทำความเข้าใจเส้นคุณสมบัติของ น้ำ/น้ำผสมไอน้ำ/ไอน้ำ บนกราฟ PH-diagram

1. เส้นแบ่งสถานะ

รูปที่ 2 เส้นแบ่งสถานะบน PH-diagram

2. เส้นความดันสัมบูรณ์

รูปที่ 3 เส้นความดันสัมบูรณ์บน PH-diagram

3. เส้นพลังงานต่อมวล (Enthalpy)

รูปที่ 4 เส้น Enthalpy บน PH-diagram

4. เส้นอุณหภูมิ

รูปที่ 5 เส้นอุณหภูมิบน PH-diagram

5. เส้นความหนาแน่น

รูปที่ 6 เส้นความหนาแน่นบน PH-diagram

6. เส้นสัดส่วน ไอน้ำ/น้ำ

รูปที่ 7 เส้นสัดส่วน ไอน้ำ/น้ำ บน PH-diagram

7. เส้น Entropy

รูปที่ 8 เส้น Entropy บน PH-diagram

ตัวอย่างการใช้ PH-diagram เพื่อประเมินศักยภาพการอนุรักษ์พลังงานในระบบไอน้ำ

1. การอนุรักษ์พลังงานโดยการลดความดันผลิตไอน้ำ

หม้อไอน้ำผลิตไอน้ำอิ่มตัวจากน้ำอุณหภูมิ 40 ºC ที่ความดัน 5 Bar(g) หากลดความดันที่ใช้ในการผลิตไอน้ำเหลือ 1 Bar(g) จะอนุรักษ์พลังงานได้กี่ kJ/kg

พลังงานที่ใช้ในการผลิตไอน้ำอิ่มตัว @ 5 Bar(g) ; เส้นสีแดง   =        2750 – 170 = 2580             kJ/kg

พลังงานที่ใช้ในการผลิตไอน้ำอิ่มตัว @ 1 Bar(g) ; เส้นสีน้ำเงิน =        2700 – 170 = 2530              kJ/kg

ผลการอนุรักษ์พลังงานที่เกิดขึ้น                                 =        2580 – 2530 = 50                kJ/kg

รูปที่ 9 การใช้ PH-diagram คำนวณมาตรการลดความดันผลิตไอน้ำ

2. ผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อระบบไอน้ำจากการมีความร้อนสูญเสีย

ภายในท่อไอน้ำ มีไอน้ำอิ่มตัว 5 Bar(g)  แต่เนื่องจากท่อหุ้มฉนวนบาง จึงมีความร้อนสูญเสียไป 500 kJ/kg จงคำนวณหาค่า Enthalpy ที่เหลืออยู่ และ ภายในท่อจะเกิดน้ำ Condensate ขึ้นกี่ %

พลังงานไอน้ำอิ่มตัว @ 5 Bar(g) ; จุดสีแดง                                        =        2700             kJ/kg

พลังงานไอน้ำที่เหลือจากการสูญเสียความร้อน @ 5 Bar(g) ; จุดสีน้ำเงิน        =        2200             kJ/kg

จากจุดสีน้ำเงินสามารถอ่านค่า

Enthalpy                            = 2200 kJ/kg

สัดส่วน ไอน้ำ/น้ำ                    = 0.78  , 78 %

ดังนั้นปริมาณน้ำ Condensate    = 100 – 78 = 22 %

รูปที่ 10 การใช้ PH-diagram วิเคราะห์ผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อระบบไอน้ำจากการมีความร้อนสูญเสีย

3. ปริมาณ Flash Steam ที่สามารถนำมาใช้งาน

น้ำอิ่มตัวความดัน 5 Bar(g) ถูกลดความดันลงเหลือความดันบรรยากาศ จะเกิด Flash Steam กี่ % และอุณหภูมิ Flash Steam เป็นเท่าไร

จุดสีแดง          = น้ำอิ่มตัวความดัน 5 Bar(g)

จุดสีน้ำเงิน       = น้ำอิ่มตัวความดัน 5 Bar(g) ถูกลดความดันลงเหลือความดันบรรยากาศ

จากจุดสีน้ำเงินสามารถอ่านค่า

อุณหภูมิอิ่มตัว                       = 100  ºC

สัดส่วน ไอน้ำ/น้ำ                    = 0.1   , 10 %

ดังนั้นปริมาณน้ำ Flash Steam    = 10 %

รูปที่ 11 การใช้ PH-diagram คำนวณหาปริมาณ Flash Steam ที่สามารถนำมาใช้งาน

จากตัวอย่างข้างต้น จะสังเกตได้ว่าไม่ว่าไอน้ำจะอยู่ส่วนใดของระบบท่อไอน้ำ จะเป็นสถานะใด ก็สามารถใช้ PH-diagram วิเคราะห์ได้ ดังนั้นหากผู้ความคุมระบบมีความเข้าใจ PH-diagram แล้ว ก็จะสามารถค้นหามาตรการอนุรักษ์พลังงานในระบบไอน้ำได้มากมาย

ZERO ENERGY เปิดสอนหลักสูตร “การอนุรักษ์พลังงานในระบบไอน้ำ” ท่านที่สนใจสามารถอ่านรายละเอียดหลักสูตรได้ที่หน้าเพจ “อบรมอนุรักษ์พลังงาน

อ้างอิง

1. ตำราฝึกอบรมผู้รับผิดชอบพลังงานด้านความร้อน, บทที่ 1 ระบบความร้อนและอุปกรณ์ที่ใช้ไอน้ำ

2. กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, การอนุรักษ์พลังงานในระบบไอน้ำ