ไขข้อสงสัย: เลือก Globe Valve แบบ Bellow Seal หรือ Gland Packing ดี ให้เหมาะกับระบบของโรงงาน

Globe Valve เป็นวาล์วควบคุมการไหลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบไอน้ำ ระบบของเหลวนำความร้อน (Thermal Oil) และระบบกระบวนการผลิตที่ต้องการควบคุมอัตราการไหลอย่างแม่นยำ ด้วยกลไก Plug เคลื่อนที่ขึ้น-ลงตั้งฉากกับ Seat ทำให้ได้คุณลักษณะการควบคุม (Flow Characteristic) ที่ดีกว่าวาล์วชนิดอื่นในหลายสภาวะการทำงาน

อย่างไรก็ตาม จุดที่วิศวกรผู้เลือกวาล์วต้องพิจารณาให้รอบคอบที่สุดไม่ใช่ตัว Body หรือ Seat แต่คือ จุดกันรั่วที่ก้านวาล์ว (Stem Sealing) เพราะก้านวาล์วเป็นชิ้นส่วนเคลื่อนที่ (Moving Part) ที่ต้องเจาะทะลุผ่าน Pressure Boundary ของตัววาล์วออกมาสู่บรรยากาศภายนอก จึงเป็นจุดที่มีความเสี่ยงต่อการรั่วซึมสูงที่สุดในวาล์วทั้งตัว

ปัจจุบัน Globe Valve ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมมีโครงสร้าง Body และ Trim หลักเหมือนกัน แต่แยกเป็น 2 รุ่นตามระบบกันรั่วที่ก้านวาล์ว คือ Bellow Seal และ Gland Packing บทความนี้จะพาวิศวกรโรงงานไปดูส่วนประกอบของวาล์วทั้งสองแบบอย่างละเอียด เพื่อใช้เป็นข้อมูลประกอบการเลือกสเปกให้เหมาะสมกับระบบหน้างานจริง

1. หลักการออกแบบที่แตกต่างกันเพียงจุดเดียว

โครงสร้างของ Globe Valve ทั้งสองรุ่นมีความแตกต่างกันเพียงจุดเดียวคือ การกันรั่วที่ก้านวาล์ว (Stem) โดยรุ่น Bellow Seal ออกแบบให้มี Seal ที่เป็นโลหะรูปทรง Bellow เชื่อมต่อกับก้านวาล์วโดยตรง แทนที่ตำแหน่ง Stuffing Box ซึ่งในวาล์วรุ่นมาตรฐานจะเป็น Packing Seal รัดประกบอยู่ที่ก้านวาล์ว ส่วนประกอบอื่น ๆ ของวาล์ว ไม่ว่าจะเป็น Body, Seat Ring, Plug, Bonnet และ Handwheel ยังคงใช้หลักการเดียวกัน

2. ส่วนประกอบของ Globe Valve แบบ Bellow Seal

อ้างอิงจากโครงสร้างวาล์ว ARI-FABA PLUS (Fig. 046) ซึ่งเป็น Stop Valve with Bellows Seal สามารถแจกแจงส่วนประกอบหลักที่เกี่ยวข้องกับระบบกันรั่วได้ดังนี้

Bellows Seal (Pos. 4.1)

ชิ้นส่วนโลหะขึ้นรูปเป็นท่อลูกฟูก (Convoluted Metal Bellow) ผลิตจากสแตนเลส X6CrNiMoTi17-12-2 (เทียบเท่า SS316Ti) เชื่อมปิดผนึกแบบ Hermetic Seal เข้ากับก้านวาล์วด้านหนึ่ง และเชื่อมกับ Bonnet อีกด้านหนึ่ง ทำให้ Pressure Boundary ของระบบถูกปิดผนึกอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีช่องว่างให้ของไหลรั่วผ่านออกมาได้ ขณะที่ก้านวาล์วเคลื่อนที่ขึ้น-ลง Bellow จะยืด-หดตามจังหวะการเปิดปิด แทนการเสียดสีแบบ Packing แบบเดิม

Double Wall Bellows

สเปกมาตรฐานของวาล์วรุ่นนี้ใช้ Bellow แบบผนัง 2 ชั้น (Double Wall) เพื่อเพิ่มความทนทานต่อความล้า (Fatigue Resistance) และหากผนังชั้นในเกิดรอยแตกร้าวจากการใช้งานที่รอบเปิด-ปิดสะสมเป็นเวลานาน ผนังชั้นนอกยังคงทำหน้าที่กันรั่วต่อไปได้ ทำให้อายุการใช้งานยาวนานกว่า Bellow แบบผนังชั้นเดียว

Secondary Sealing: Gland Packing (Pos. 6)

แม้ Bellow จะเป็นตัวกันรั่วหลัก แต่วาล์วรุ่นนี้ยังคงออกแบบให้มี Packing Ring ชนิด Pure Graphite ติดตั้งอยู่เหนือ Bellow อีกชั้นหนึ่ง ทำหน้าที่เป็นระบบกันรั่วสำรอง (Secondary/Backup Seal) ในกรณีที่ Bellow เกิดความเสียหายจากอุบัติเหตุหรือการใช้งานผิดสภาวะ ผู้ปฏิบัติงานจะมีเวลาสังเกตความผิดปกติและวางแผนหยุดซ่อมบำรุงได้ทันท่วงที โดยไม่เกิดการรั่วออกสู่บรรยากาศทันที

Stem (Pos. 4.2)

ผลิตจากสแตนเลส X20Cr13 ผ่านกระบวนการ Quenched & Tempered (QT) และรีดเกลียวแบบ Roll Hardened Thread เพื่อเพิ่มความแข็งแรงบริเวณผิวเกลียวที่ต้องรับแรงบิดซ้ำ ๆ จากการเปิดปิดวาล์ว

Bonnet (Pos. 2)

ออกแบบเป็น Heat Dissipating Bonnet คือมีระยะยืดสูงกว่าปกติเพื่อระบายความร้อนจากก้านวาล์ว ช่วยรักษาช่วงอุณหภูมิใช้งานของ Bellow และ Packing สำรองให้อยู่ในเกณฑ์ที่เหมาะสม พร้อม Non-rising Handwheel ที่ก้านวาล์วไม่หมุนตามการเปิดปิด ลดการเสียดสีที่ตัว Bellow โดยตรง

3. ส่วนประกอบของ Globe Valve แบบ Gland Packing

อ้างอิงจากโครงสร้างวาล์ว ARI-STOBU PN16-40 (Fig. 006) ซึ่งเป็น Stop Valve with Gland Seal ส่วนประกอบหลักที่เกี่ยวข้องกับระบบกันรั่วมีดังนี้

Packing Ring (Pos. 6)

ใช้ปะเก็นชนิดเชือกอัด (Braided Packing) หรือปะเก็นเส้น วัสดุ Pure Graphite เช่นเดียวกับ Secondary Seal ของรุ่น Bellow แต่ในที่นี้ทำหน้าที่เป็นตัวกันรั่วหลักเพียงชั้นเดียว โดยอาศัยแรงอัดจาก Gland Follower กดปะเก็นให้แนบสนิทกับผิวก้านวาล์วและผนัง Stuffing Box ยิ่งขันแน่นมากเท่าไร ประสิทธิภาพการกันรั่วยิ่งดีขึ้น แต่ก็แลกมาด้วยแรงเสียดทานที่ก้านวาล์วสูงขึ้นตามไปด้วย

Stuffing Box

ช่องว่างในตัว Bonnet ที่บรรจุ Packing Ring หลายชั้นซ้อนกัน การกันรั่วของจุดนี้ขึ้นอยู่กับ 3 ปัจจัยร่วมกันคือ คุณสมบัติของวัสดุ Packing แรงขันอัดของ Gland Nut และสภาพผิวของก้านวาล์ว หากปัจจัยใดปัจจัยหนึ่งเสื่อมสภาพ เช่น ก้านวาล์วเป็นรอย หรือ Packing แข็งตัวจากความร้อนสะสม จุดนี้จะเป็นจุดรั่วซึมที่พบบ่อยที่สุดในระบบ

Stem (Pos. 4)

ผลิตจากสแตนเลส X20Cr13+QT ผ่านกระบวนการ Burnished (ขัดผิวเงา) เพื่อลดค่าความหยาบผิว (Surface Roughness) ให้ Packing สึกหรอช้าลง และลดโอกาสเกิดรอยขีดข่วนที่นำไปสู่การรั่วซึม

Solid Trim

จุดเด่นของวาล์วรุ่นนี้คือ Plug, Stem และ Seat Ring เป็น Solid Stainless ทั้งชุด ให้ค่า Zeta-value (สัมประสิทธิ์ความต้านทานการไหล) ที่ดีแม้ในขนาดท่อเล็ก ซึ่งเหมาะกับงานที่เน้นการไหลผ่านสูงมากกว่าประเด็นการกันรั่วเป็นศูนย์

4. ตารางเปรียบเทียบตามคุณสมบัติการใช้งาน

ความต้องการ	Bellow Seal	Gland Packing
การกันรั่วขึ้นก้านวาล์ว	ใช้ความยืดหยุ่นของโลหะ Bellow และเชื่อมเป็นชิ้นเดียวกับก้านวาล์ว จนถึง Bonnet = การรั่วเป็นศูนย์ (Zero Leakage)	ใช้ Packing ยึดรัดรอบก้านวาล์ว การกันรั่วขึ้นกับคุณสมบัติของ Packing และแรงรัดประกบ
การกันรั่วชั้นที่ 2	มี Packing Ring รองรับอีกชั้น หากรั่ว (รอระยะหยุดซ่อม)	ไม่มี
การใช้กับไอน้ำ	ดีมาก เพราะเป็นโลหะสแตนเลสที่กันการรั่วซึมได้ 100%	ปะเก็นเชือกแตกยุ่ยตามความชื้น แรงดัน และความร้อนของไอน้ำ
ของเหลวนำความร้อน / แรงดัน / อุณหภูมิสูง	ดีมาก ด้วยเหตุผลข้างต้น	ไม่เหมาะสม ด้วยเหตุผลข้างต้น
การกระแทกแบบไม่ปกติของการไหล (Water Hammer)	มีขีดจำกัด เนื่องจาก Bellow เป็นโลหะบางสองชั้น หากถูกกระแทกแรงและบ่อยอาจเสียหาย	มีขีดจำกัดเช่นกัน แต่จะเห็นผลช้ากว่า เพราะ Packing รับแรงกระแทกแล้วค่อย ๆ เสียรูปจนรั่ว
อายุการใช้งาน	ยาวนาน	มีขีดจำกัด ต้องปรับตั้ง/เปลี่ยนตามรอบ PM
ความยาก-ง่ายของการเปิดปิด	ง่าย คล่องมือ ทุ่นแรง	มีความฝืดสูงจาก Packing ที่รัดก้านวาล์ว ต้องใช้แรงมากกว่า
การเปลี่ยนชุด Seal	ง่าย เพราะเป็นชุดสำเร็จรูป	ต้องปรับตั้ง/อัด Packing ให้พอดี ใช้เวลาและทักษะช่าง
ราคา	ต้นทุนเริ่มต้นสูงกว่า แต่คุ้มค่าตลอดอายุการใช้งาน	ต้นทุนเริ่มต้นต่ำ แต่ค่าใช้จ่ายสะสมจากการบำรุงรักษาสูงกว่าเมื่อใช้งานจริง

5. แนวทางเลือกใช้งานตามลักษณะระบบ

ควรเลือก Bellow Seal เมื่อ

ระบบเป็นไอน้ำแรงดันสูง ของเหลวนำความร้อน (Thermal Oil/Hot Oil) หรือสารเคมีที่เป็นพิษ ไวไฟ หรือมีต้นทุนสูงต่อการรั่วไหล เช่น Ammonia และของไหลอันตรายอื่น ๆ ที่กฎหมายด้านความปลอดภัยหรือ SOP ของโรงงานกำหนดให้ต้องมีการรั่วเป็นศูนย์ (Zero Leakage) รวมถึงจุดติดตั้งที่เข้าถึงยาก ต้องการลดความถี่ในการบำรุงรักษา และงานที่ต้องการลดแรงคนในการเปิด-ปิดวาล์วบ่อยครั้ง

ควรเลือก Gland Packing เมื่อ

ระบบเป็นของไหลทั่วไปที่ไม่อันตราย ความดันและอุณหภูมิไม่สูงมาก งบประมาณจัดซื้อเบื้องต้นเป็นข้อจำกัดหลัก และโรงงานมีทีมซ่อมบำรุงที่สามารถตรวจสอบและอัด Packing ตามรอบ PM ได้อย่างสม่ำเสมอ

6. บทสรุปเชิงวิศวกรรม

การตัดสินใจเลือก Globe Valve ระหว่าง Bellow Seal และ Gland Packing ไม่ควรพิจารณาจากราคาซื้อเริ่มต้นเพียงอย่างเดียว แต่ควรประเมินจาก Total Cost of Ownership ตลอดอายุการใช้งาน ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยของของไหลในระบบ และความถี่ในการบำรุงรักษาที่โรงงานสามารถรองรับได้ วาล์วทั้งสองรุ่นใช้โครงสร้าง Body, Seat และ Plug ในตระกูลเดียวกัน ต่างกันเฉพาะระบบกันรั่วที่ก้านวาล์วเท่านั้น วิศวกรจึงสามารถเลือกสเปกให้ตรงกับลักษณะของไหล แรงดัน อุณหภูมิ และระดับความเสี่ยงที่ยอมรับได้ของแต่ละจุดติดตั้งในระบบ เพื่อให้วาล์วทำงานได้อย่างปลอดภัยและคุ้มค่าตลอดอายุการใช้งานจริง

ข้อมูลอ้างอิงจากสเปกวาล์ว ARI-FABA PLUS Fig. 046 (Bellows Seal) และ ARI-STOBU PN16-40 Fig. 006 (Gland Seal)