การปกป้องสิ่งแวดล้อมขั้นสูง คือวิถีแห่ง ZETRIX
ผู้เขียน: Michael Vullhorst (ผู้จัดการห้องปฏิบัติการ ARI-Armaturen)
ทั้ง TA-Luft [1] และ DIN EN ISO 15848-1 [2][3] ต่างมีเป้าหมายเดียวกัน คือการลดการปล่อยก๊าซที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ TA-Luft เป็นระเบียบควบคุมมลพิษทางอากาศของประเทศเยอรมนี ซึ่งกำหนดข้อบังคับทางเทคนิคที่มีผลผูกพันกับการติดตั้งอุปกรณ์ตามประเภทที่ระบุไว้ในพระราชบัญญัติควบคุมมลพิษทางอากาศของรัฐบาลกลาง (Federal Immission Control Act) ฉบับที่ 4
ในขณะที่ EN ISO 15848-1 [2][3] เป็นมาตรฐานสากลที่กำหนดเกณฑ์การประเมินสำหรับการจำแนกประเภทวาล์ว ทั้งอุปกรณ์แยก (Isolation) และอุปกรณ์ควบคุม (Control) เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบแบรนด์หรือการออกแบบที่แตกต่างกันได้บนมาตรฐานเดียวกัน อย่างไรก็ตาม การปฏิบัติตามข้อกำหนดของ TA-Luft ยังคงถือเป็นเครื่องพิสูจน์คุณภาพของระบบซีลที่ได้รับการยอมรับ ไม่เพียงแต่ในเยอรมนีเท่านั้น แต่รวมถึงประเทศอื่น ๆ ด้วย และปัจจุบัน EN ISO 15848-1 [2][3] ก็มีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ ในอุตสาหกรรมเคมี ปิโตรเคมี และกระบวนการผลิต
มาตรฐานการทดสอบ
มาตรา 5.2.6.4 “Shut-off devices” ของ TA-Luft [1] กำหนดให้ใช้ metal bellow seal ร่วมกับ packing gland ที่ปลาย หรือระบบซีลอื่นที่ให้ผลใกล้เคียงกับเทคโนโลยีซีลก้านและเพลาวาล์วล่าสุด สำหรับอุปกรณ์แยกและอุปกรณ์ควบคุม แม้ bellow seal ซึ่งมีราคาสูงกว่ามักเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าในเชิงเทคนิค แต่ packing gland ที่ผ่านการพิสูจน์แล้วก็ยังคงเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้สำหรับซีลก้านวาล์วเสมอ คำว่าระบบซีล “ที่ให้ผลใกล้เคียงกัน” หมายถึงระบบที่สามารถรักษาอัตราการรั่วไหลตามเกณฑ์เฉพาะอุณหภูมิไว้ได้ตลอดขั้นตอนการพิสูจน์ตามแนวทาง VDI Guideline VDI 2440 [4]
ตามข้อกำหนด VDI ข้อ 3.1.3.3 การเตรียมตัวอย่างทดสอบต้องจำลองสภาพของระบบซีลจริง ทั้งด้านอุณหภูมิ ความดัน และการเคลื่อนไหวของก้านและเพลาวาล์ว ให้สอดคล้องกับสภาพการทำงานจริงมากที่สุด ความสมบูรณ์ของระบบซีลจะถือว่าผ่านการพิสูจน์ เมื่อสามารถรักษาอัตราการรั่วไหลไว้ที่ไม่เกิน 10⁻⁴ mbar·l/(s·m) ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 250°C หรือไม่เกิน 10⁻² mbar·l/(s·m) ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 250°C ขึ้นไป
EN ISO 15848-1 [2][3] กำหนดเงื่อนไขและรายละเอียดของการทดสอบไว้ละเอียดกว่า โดยจัดกลุ่มวาล์วตามระดับความปิดสนิทของหน้าวาล์วกับบ่าวาล์ว ความทนทาน และอุณหภูมิใช้งาน ข้อกำหนดของการทดสอบยังคำนึงถึงความแตกต่างของรอบกลไกและระยะการเคลื่อนที่ระหว่างวาล์วแยกและวาล์วควบคุมด้วย ซึ่งต่างจาก TA-Luft [1] ที่กำหนดเกณฑ์ความปิดสนิทของซีลก้านวาล์วแบบคงที่เพียงค่าเดียว (≤50 ppmv) เพื่อช่วยให้ผู้ใช้งานประเมินปริมาณก๊าซที่คาดว่าจะรั่วไหลจากวาล์วโดยรวมได้
คุณสมบัติหรือการจำแนกประเภทของวาล์วต้องได้รับการพิสูจน์ด้วยการทดสอบตามประเภทนั้น ๆ หากการออกแบบเหมือนกัน ผลการทดสอบสามารถนำไปใช้อ้างอิงกับวาล์วรุ่นอื่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง (Ø) ของก้านและเพลาวาล์วอยู่ระหว่าง 50%–200% ของตัวอย่างที่ทดสอบได้
อัตราการรั่วไหลของซีลก้านและเพลาวาล์ว: เปรียบเทียบ EN ISO 15848-1 กับ TA-Luft
อัตราการรั่วไหลที่วัดได้ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบถือเป็นตัวชี้วัดหลักของทั้งสองมาตรฐาน โดย EN ISO 15848-1 กำหนดระดับความปิดสนิทไว้ 3 ระดับ (ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ) ได้แก่ Class A, Class B และ Class C โดย Class A คือระดับความปิดสนิทสูงสุด ซึ่งโดยทั่วไปสอดคล้องกับระบบซีลประสิทธิภาพสูง เช่น bellow seal ในวาล์วโรตารี่ (Rotary Valve) ทั้งนี้ ฉบับปรับปรุงปี 2015 ซึ่งมีผลบังคับใช้ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน 2015 ได้ปรับเกณฑ์อัตราการรั่วไหลของ Class A ให้เข้มงวดขึ้น จนใกล้เคียงกับข้อกำหนดของ TA-Luft [1] มากยิ่งขึ้น
เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบอัตราการรั่วไหลที่อุณหภูมิห้องของ EN ISO 15848-1 กับเกณฑ์ของ TA-Luft ได้ ต้องคูณค่าอัตราการรั่วไหลเฉพาะปริมาตรด้วยตัวคูณ 2×dᵢ (dᵢ = เส้นผ่านศูนย์กลางภายในของ packing) เพื่อแปลงหน่วยให้อยู่ในฐานเดียวกันสำหรับการเปรียบเทียบโดยตรง
ตารางที่ 1: เกณฑ์อัตราการรั่วไหลตามระดับความปิดสนิท (Class A, B, C) ของ EN ISO 15848-1 ฉบับปี 2006 เทียบกับฉบับปี 2015
จากตารางจะเห็นได้ว่า ฉบับปี 2015 ปรับเกณฑ์ของ Class A ให้อยู่ที่ไม่เกิน 10⁻⁵ mg/(s·m) หรือไม่เกิน 6.1×10⁻⁵ mbar·l/(s·m) ซึ่งเข้มงวดน้อยกว่าฉบับปี 2006 ที่กำหนดไว้ที่ 10⁻⁶ mg/(s·m) หรือ 6.1×10⁻⁶ mbar·l/(s·m) ทำให้เกณฑ์ Class A ฉบับใหม่ใกล้เคียงกับเกณฑ์ของ TA-Luft มากขึ้น ส่วนเกณฑ์ของ Class B (10⁻⁴ mg/(s·m) หรือ 6.1×10⁻⁴ mbar·l/(s·m)) และ Class C (10⁻² mg/(s·m) หรือ 6.1×10⁻² mbar·l/(s·m)) ไม่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสองฉบับ
โดยรวมแล้ว ความปิดสนิทระดับ Class A มักเป็นไปตามเกณฑ์ของ TA-Luft ในทุกกรณี ส่วน Class B และ Class C จะผ่านเกณฑ์หรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิใช้งานที่ต้องตรวจสอบเป็นรายกรณี
กรณีศึกษา: วาล์วปีกผีเสื้อ Triple Offset ของ ZETRIX
ในทางปฏิบัติ วาล์วปีกผีเสื้อแบบ Triple Offset ของ ZETRIX มีคุณสมบัติเป็นไปตามมาตรฐาน DIN EN ISO 15848-1:2006-04 [3] และผ่านการจำแนกผลลัพธ์ตามเกณฑ์ของ TA-Luft [1] ตัวอย่างที่ใช้ทดสอบเป็นวาล์วปีกผีเสื้อ (วาล์วโรตารี่ที่หมุน 90 องศา) ติดตั้งด้วย graphite packing คุณภาพสูงแบบไม่มีสปริงสำหรับซีล shaft bushing และใช้ Serrated Seal เป็นซีลแบบคงที่สำหรับหน้าแปลนด้านล่าง โดยได้รับการทดสอบและรับรองผลใน 2 ระดับอุณหภูมิ ณ ห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรองมาตรฐานของ Amtec
ผลการทดสอบระดับ Class 1 (อุณหภูมิห้อง–สูงสุด 200°C)
รหัสผลการทดสอบ: ISO FE AH – CO3 – SSA 0 – t(RT,200°C) – (40/35 bar) – ตาม ISO 15848-1 [3]
| รหัส | ความหมาย |
|---|---|
| FE | Fugitive Emissions — การปล่อยก๊าซแบบ Fugitive Emission |
| AH | ความปิดสนิทระดับ Class A ของเหลวที่ใช้ทดสอบ = ฮีเลียม |
| CO3 | ระดับความทนทาน CO3 — รอบกลไก 2,500 รอบ ร่วมกับรอบการหมุนเวียนพลังงานความร้อน (thermal cycle) 4 รอบ ที่อุณหภูมิสูงสุด 200°C |
| SSA 0 | จำนวนครั้งของการปรับตั้งซีลก้านวาล์วระหว่างการทดสอบ = 0 ครั้ง |
| t(RT, 200°C) | ช่วงอุณหภูมิทดสอบ ตั้งแต่อุณหภูมิห้อง (RT) ถึงสูงสุด 200°C |
| (40/35 bar) | ความดันทดสอบที่อุณหภูมิห้อง/ที่อุณหภูมิสูงสุดตามลำดับ |
การจำแนกผลตามเกณฑ์ TA-Luft [1][5]: อัตราการรั่วไหลที่วัดได้ตลอดการทดสอบต่ำกว่าเกณฑ์ 10⁻⁴ mbar·l/(s·m) ตลอดทุกช่วง ยืนยันความปิดสนิทระดับ Class A ผลการทดสอบจึงถือว่าระบบซีลมีคุณภาพสูงตามเกณฑ์ของ TA-Luft ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบที่กำหนด
ผลการทดสอบระดับ Class 2 (อุณหภูมิห้อง–สูงสุด 400°C)
รหัสผลการทดสอบ: ISO FE BH – CO3 – SSA 0 – t(RT,400°C) – (40/23.6 bar) – ตาม ISO 15848-1 [3]
| รหัส | ความหมาย |
|---|---|
| FE | Fugitive Emissions — การปล่อยก๊าซแบบ Fugitive Emission |
| BH | ความปิดสนิทระดับ Class B ของเหลวที่ใช้ทดสอบ = ฮีเลียม |
| CO3 | ระดับความทนทาน CO3 — รอบกลไก 2,500 รอบ ร่วมกับรอบการหมุนเวียนพลังงานความร้อน 4 รอบ ที่อุณหภูมิสูงสุด 400°C |
| SSA 0 | จำนวนครั้งของการปรับตั้งซีลก้านวาล์วระหว่างการทดสอบ = 0 ครั้ง |
| t(RT, 400°C) | ช่วงอุณหภูมิทดสอบ ตั้งแต่อุณหภูมิห้อง (RT) ถึงสูงสุด 400°C |
| (40/23.6 bar) | ความดันทดสอบที่อุณหภูมิห้อง/ที่อุณหภูมิสูงสุดตามลำดับ |
การจำแนกผลตามเกณฑ์ TA-Luft [1][6]: ตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นจนถึงรอบการหมุนเวียนพลังงานความร้อนที่ 2 (รอบกลไก 500 รอบ) อัตราการรั่วไหลที่วัดได้ยังคงอยู่ในเกณฑ์ของ TA-Luft คือไม่เกิน 10⁻⁴ mbar·l/(s·m) ที่อุณหภูมิห้อง และไม่เกิน 10⁻² mbar·l/(s·m) ที่ 400°C ผลการทดสอบจึงยืนยันว่าระบบซีลมีคุณภาพสูงตามเกณฑ์ของ TA-Luft ภายใต้เงื่อนไขที่ระบุ
สรุปผลการทดสอบ
ซีลก้านวาล์วปีกผีเสื้อแบบ Triple Offset ของ ZETRIX ที่ระดับอุณหภูมิ 200°C ผ่านเกณฑ์ของ TA-Luft ภายใต้เงื่อนไขที่ระบุไว้ใน DIN EN ISO 15848-1 [3] ส่วนที่อุณหภูมิ 400°C ก็ผ่านเกณฑ์เช่นกันจนถึงรอบการหมุนเวียนพลังงานความร้อนที่ 2 และรอบกลไก 500 รอบ กล่าวคือได้รับการพิสูจน์แล้วว่าให้ประสิทธิภาพเทียบเท่า bellow seal ในเงื่อนไขการทดสอบดังกล่าว
เนื่องจากการจำแนกประเภทตามมาตรฐาน DIN EN ISO 15848-1 สามารถทำได้อย่างเป็นระบบ ประสิทธิภาพของวาล์วจึงสามารถจำแนกได้ตามความสามารถในการลดการปล่อยก๊าซ ดังตัวอย่างในผลการทดสอบนี้ ทำให้การออกแบบหรือรุ่นการทำงานที่แตกต่างกันสามารถนำมาเปรียบเทียบกันได้โดยตรง
การผลิตและการติดตั้งวาล์วเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดทางเทคนิคของทั้งสองมาตรฐานยังคงมีความท้าทายและรายละเอียดสำคัญหลายประการ อัตราการรั่วไหลตามเกณฑ์ที่กำหนดจะสามารถบรรลุผลได้ ด้วยการควบคุมคุณภาพผิวสัมผัสระหว่างก้านวาล์วกับรูของ gland อย่างเคร่งครัด และการเลือกใช้ bearing คุณภาพสูงร่วมกับการควบคุมแรงอัดของประเก็นให้แม่นยำ
การทดสอบภายใต้สภาวะใช้งานจริง
วาล์วปีกผีเสื้อแบบ Triple Offset ของ ZETRIX ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 350 มม. ผ่านการทดสอบความทนทานต่อเนื่องเป็นเวลา 3 เดือน โดยใช้น้ำมันถ่ายเทความร้อนสังเคราะห์ (Synthetic Thermal Oil) ที่ศูนย์ทดสอบภายในของบริษัท ครอบคลุมรอบการหมุนเวียนพลังงานความร้อน 11 รอบ และรอบกลไก 10,000 รอบ ที่อุณหภูมิระหว่าง 100°C ถึง 350°C และแรงดันของเหลวประมาณ 10 bar
การรั่วไหลใด ๆ ที่อาจเกิดขึ้นบริเวณซีลก้านวาล์วจะถูกระบายและรวบรวมผ่าน Lantern Ring ที่ติดตั้งใต้หน้าแปลนของ Packing Box ผลการทดสอบพบว่าไม่มีการรั่วไหลเกิดขึ้นตลอดระยะเวลาทดสอบ จึงเป็นการยืนยันคุณภาพของระบบซีลก้านวาล์วภายใต้สภาวะการทำงานจริง ซึ่งสอดคล้องและสนับสนุนผลการทดสอบที่ได้จากห้องปฏิบัติการ
บรรณานุกรม
- TA-Luft, First General Administrative Regulation Pertaining to the Federal Immission Control Act (Technical Instructions on Air Quality Control – TA Luft), 24 July 2002
- DIN EN ISO 15848-1, Industrial valves – Measurement, test and qualification procedures for fugitive emissions – Part 1: Classification system and qualification procedures for type testing of valves (ISO 15848-1:2015); German version EN ISO 15848-1:2015
- DIN EN ISO 15848-1, Industrial valves – Measurement, test and qualification procedures for fugitive emissions – Part 1: Classification system and qualification procedures for type testing of valves (ISO 15848-1:2006); German version EN ISO 15848-1:2006
- VDI 2440, Emission control – Mineral oil refineries, November 2000
- Amtec, Test Report No. 302 586 2/-, 2014
- Amtec, Test Report No. 302 586 4/-, 2015
รายการภาพประกอบ
- Amtec Test Report No. 302 586 2/- Supplement 16 — Testing procedure and results EN 15848-1 [3][5]
- วาล์วปีกผีเสื้อ Triple Offset ของ ZETRIX พร้อมระบบซีลคุณภาพสูง
- Amtec Test Report No. 302 586 2/- Supplement 15 — Testing procedure and results EN 15848-1 [3][5]
- Amtec Test Report No. 302 586 4/- Supplement 9 — Testing procedure and results EN 15848-1 [3][6]
- Amtec Test Report No. 302 586 4/- Supplement 9 — Testing procedure and results EN 15848-1 [1][6]