Control valve คืออะไร ? อุปกรณ์สำคัญในระบบควบคุมกระบวนการอุตสาหกรรม

Control valve คืออะไร ?

วาล์วควบคุมหรือ Control valve เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลของของเหลวหรือก๊าซในท่อ ผ่านการปรับเปลี่ยนขนาดของช่องทางการไหลตามสัญญาณที่ได้รับจากระบบควบคุมหรือตัวกระตุ้น(Actuators) ส่งผลให้สามารถควบคุมอัตราการไหล ความดัน อุณหภูมิ และระดับของเหลวในกระบวนการผลิตได้อย่างแม่นยำ การทำงานของวาล์วควบคุมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพและความปลอดภัยของกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมต่างๆ

ภาพที่ 1: ตัวอย่างหน้างานที่ติดตั้ง Control valve

แหล่งที่มา : wikipedia.org

ส่วนประกอบหลักของคอนโทรลวาล์ว

Control valve ประกอบด้วยส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน ได้แก่:

1. ตัวกระตุ้นวาล์ว (Valve Actuator): ทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนหลักในการเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนควบคุมของวาล์ว เช่น ลูกบอล ปลั๊ก หรือแผ่นผีเสื้อ ตัวกระตุ้นวาล์วจะรับสัญญาณจากระบบควบคุมและแปลงเป็นแรงกลเพื่อปรับตำแหน่งของชิ้นส่วนควบคุม โดยทั่วไปมีหลายประเภท เช่น แบบนิวแมติก ไฮดรอลิก หรือไฟฟ้า ซึ่งแต่ละแบบมีข้อดีและข้อจำกัดแตกต่างกันไปตามลักษณะการใช้งาน
2. ตัวกำหนดตำแหน่งวาล์ว (Valve Positioner): อุปกรณ์ส่วนนี้ทำหน้าที่ควบคุมและตรวจสอบตำแหน่งของชิ้นส่วนควบคุมวาล์ว เพื่อให้มั่นใจว่าวาล์วเปิดหรือปิดในระดับที่ต้องการอย่างแม่นยำ ตัวกำหนดตำแหน่งวาล์วช่วยลดผลกระทบจากแรงเสียดทานและการสึกหรอที่อาจเกิดขึ้นในระบบกลไก ทำให้การควบคุมมีความแม่นยำและเสถียรภาพมากขึ้น โดยเฉพาะในกรณีที่ต้องการการควบคุมที่ละเอียดอ่อน
3. ตัววาล์ว (Valve Body): เป็นส่วนที่บรรจุชิ้นส่วนควบคุมการไหล เช่น ปลั๊ก ลูกโลก ลูกบอล หรือแผ่นผีเสื้อ ตัววาล์วออกแบบมาให้ทนทานต่อแรงดันและอุณหภูมิสูง รวมถึงต้องสามารถทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีที่ไหลผ่านได้ดี การเลือกวัสดุและการออกแบบตัววาล์วจึงต้องคำนึงถึงลักษณะการใช้งานและคุณสมบัติของของไหลที่ต้องควบคุม

ภาพที่ 2: ส่วนประกอบของวาล์วควบคุม ภาพจาก www.fctvalve.com

ประเภทของวาล์วควบคุม

วาล์วควบคุมสามารถแบ่งประเภทได้หลายวิธี แต่การแบ่งตามลักษณะของตัวกระตุ้นเป็นวิธีที่นิยมใช้กันทั่วไป โดยแบ่งได้ดังนี้

1. วาล์วควบคุมด้วยมือ (Manual Control Valve): เป็นวาล์วที่ควบคุมด้วยแรงงานมนุษย์ผ่านล้อหมุนหรือคันโยก เหมาะสำหรับการใช้งานที่ไม่ต้องการการปรับเปลี่ยนบ่อยครั้งหรือในสถานที่ที่ไม่มีแหล่งพลังงานอื่น ข้อดีคือมีความเรียบง่าย ราคาถูก และบำรุงรักษาง่าย แต่ข้อเสียคือไม่สามารถควบคุมจากระยะไกลหรือเชื่อมต่อกับระบบควบคุมอัตโนมัติได้
2. วาล์วระบบนิวแมติก (Pneumatic Control Valve): ใช้พลังงานจากก๊าซอัดเป็นตัวขับเคลื่อน โดยทั่วไปมักใช้อากาศอัด แต่ในบางกรณีอาจใช้ก๊าซไฮโดรคาร์บอนหรือไนโตรเจน วาล์วประเภทนี้มีความนิยมสูงในอุตสาหกรรมเนื่องจากมีความปลอดภัยสูง ตอบสนองรวดเร็ว และสามารถใช้งานในพื้นที่อันตรายได้ ระบบนิวแมติกอาจใช้ไดอะแฟรมสปริง กระบอกลูกสูบ หรือแอคชูเอเตอร์แบบสปริงลูกสูบเป็นกลไกในการควบคุม
3. วาล์วควบคุมด้วยไฮดรอลิก (Hydraulic Control Valve): ใช้ของเหลวที่ไม่สามารถอัดตัวได้ เช่น น้ำมันไฮดรอลิก เป็นตัวส่งกำลัง วาล์วประเภทนี้สามารถให้แรงบิดสูงและควบคุมได้แม่นยำ เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการแรงควบคุมสูง อย่างไรก็ตาม ระบบไฮดรอลิกมักมีขนาดใหญ่และซับซ้อนกว่าระบบนิวแมติก และมีความเสี่ยงในเรื่องการรั่วไหลของน้ำมันไฮดรอลิก
4. วาล์วควบคุมด้วยไฟฟ้า (Electric Control Valve): ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นตัวขับเคลื่อน มีข้อดีคือสามารถควบคุมได้แม่นยำ ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย และสามารถเชื่อมต่อกับระบบควบคุมดิจิทัลได้สะดวก อย่างไรก็ตาม วาล์วไฟฟ้าอาจมีข้อจำกัดในการใช้งานในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงต่อการระเบิดหรือในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง

ประเภทของวาล์วควบคุมตามลักษณะการทำงาน

นอกจากการแบ่งตามลักษณะของตัวกระตุ้นแล้ว วาล์วควบคุมยังสามารถแบ่งตามลักษณะการทำงานได้ดังนี้:

1. วาล์วแบบแกนเลื่อน (Linear Motion Valves):
   • วาล์วโกลบ (Globe Valve): เป็นวาล์วที่นิยมใช้มากที่สุดในงานควบคุมการไหล มีโครงสร้างที่แข็งแรง ทนทาน และสามารถควบคุมการไหลได้อย่างแม่นยำ เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการปรับละเอียดและมีการเปิดปิดบ่อยครั้ง
   • วาล์วตัวมุม (Angle Valve): มีลักษณะคล้ายวาล์วโกลบแต่ทางเข้าและทางออกทำมุม 90 องศากัน เหมาะสำหรับการติดตั้งในพื้นที่จำกัดและช่วยลดการสั่นสะเทือนในระบบท่อ
   • วาล์วลูกสูบที่นั่งมุม (Angle Piston Valve): เป็นวาล์วที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการไหลที่มีความดันสูงและอัตราการไหลสูง มีความทนทานต่อการสึกหรอสูง
   • วาล์วไหลตามแนวแกน (Axial Flow Valve): ออกแบบมาให้มีการสูญเสียแรงดันต่ำ เหมาะสำหรับการควบคุมการไหลของของเหลวที่มีความหนืดสูงหรือของเหลวที่มีอนุภาคแขวนลอย
2. วาล์วแบบหมุน (Rotary Motion Valves):
   • วาล์วผีเสื้อ (Butterfly Valve): มีโครงสร้างกะทัดรัด น้ำหนักเบา และราคาไม่สูงมาก เหมาะสำหรับการควบคุมการไหลของของเหลวที่มีความหนืดต่ำถึงปานกลาง และในระบบที่ต้องการการเปิดปิดอย่างรวดเร็ว
   • บอลวาล์ว (Ball Valve): มีคุณสมบัติในการปิดสนิทที่ดีเยี่ยม เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการปิดกั้นการไหลอย่างสมบูรณ์ และสามารถทนต่อแรงดันและอุณหภูมิสูงได้ดี
3. วาล์วประเภทอื่นๆ:
   • วาล์วบีบ (Pinch Valve): ใช้การบีบท่อยางหรือท่อพลาสติกเพื่อควบคุมการไหล เหมาะสำหรับการใช้งานกับของเหลวที่มีอนุภาคแขวนลอยหรือของเหลวที่มีความหนืดสูง
   • วาล์วไดอะแฟรม (Diaphragm Valve): ใช้แผ่นยืดหยุ่นในการควบคุมการไหล เหมาะสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมอาหารและยา เนื่องจากสามารถทำความสะอาดได้ง่ายและไม่มีจุดอับที่ของเหลวอาจค้างอยู่

การเลือกใช้วาล์วควบคุม

การเลือกใช้วาล์วควบคุมที่เหมาะสมเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบควบคุมกระบวนการ โดยต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ ดังนี้

1. ลักษณะของของไหล: ต้องพิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของของไหล เช่น ความหนืด(Viscosity) ความหนาแน่น การกัดกร่อน และการมีอนุภาคแขวนลอย
2. สภาวะการทำงาน: ต้องคำนึงถึงอุณหภูมิ ความดัน และอัตราการไหลในระบบ รวมถึงความต้องการในการควบคุมที่แม่นยำและการตอบสนองที่รวดเร็ว
3. ลักษณะการติดตั้ง: พิจารณาพื้นที่ที่มีสำหรับการติดตั้ง ทิศทางการไหล และความสะดวกในการบำรุงรักษา
4. ความปลอดภัยและข้อกำหนดทางกฎหมาย: ต้องคำนึงถึงมาตรฐานความปลอดภัยในอุตสาหกรรมนั้นๆ และข้อกำหนดทางกฎหมายที่เกี่ยวข้อง
5. ต้นทุนและความคุ้มค่า: พิจารณาทั้งต้นทุนในการจัดซื้อ ติดตั้ง และบำรุงรักษาตลอดอายุการใช้งาน
6. ความเข้ากันได้กับระบบควบคุม: ต้องมั่นใจว่าวาล์วที่เลือกสามารถทำงานร่วมกับระบบควบคุมที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น หากกระบวนการมีการใช้ถังลมเป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน อาจเลือกใช้ Control valve ระบบนิวเมติกส์ อาจช่วยลดต้นทุนในการออกแบบหน้างานใหม่

การบำรุงรักษาวาล์วควบคุม

การบำรุงรักษาวาล์วควบคุมอย่างสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญที่จะช่วยยืดอายุการใช้งานและรักษาประสิทธิภาพการทำงานของวาล์ว โดยมีแนวทางดังนี้

1. การตรวจสอบเป็นประจำ: ควรมีการตรวจสอบสภาพทั่วไปของวาล์ว การรั่วซึม และการทำงานของกลไกต่างๆ อย่างสม่ำเสมอ
2. การหล่อลื่น: ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวควรได้รับการหล่อลื่นตามระยะเวลาที่กำหนดเพื่อลดการสึกหรอ
3. การทำความสะอาด: ควรทำความสะอาดวาล์วและชิ้นส่วนต่างๆ เพื่อป้องกันการสะสมของสิ่งสกปรกที่อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน
4. การปรับแต่ง: ควรมีการปรับแต่งและสอบเทียบวาล์วเป็นระยะเพื่อให้มั่นใจว่ายังคงทำงานได้อย่างแม่นยำ
5. การเปลี่ยนชิ้นส่วนที่สึกหรอ: ชิ้นส่วนที่มีการสึกหรอ เช่น ซีล ปะเก็น หรือไดอะแฟรม ควรได้รับการเปลี่ยนตามกำหนดเวลาหรือเมื่อพบความเสียหาย

สรุป

โดยสรุปแล้ว Control valve เป็นการกระตุ้นวาล์วด้วยแอคชูเอเตอร์ประเภทต่าง ๆ ให้เปิด-ปิดได้โดยง่าย สามารถควบคุมระยะไกลได้ สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานในกระบวนการทางอุตสาหกรรมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในกระบวนการ โดย Control valve แต่ละประเภทมีข้อจำกัดรวมถึงจุดเด่นที่แตกต่างกัน ผู้ใช้งานควรศึกษาเกี่ยวกับลักษณะของวาล์วควบคุมและความต้องการในการใช้งานของระบบเพื่อให้สามารถเลือกใช้ได้อย่างถูกต้องเหมาะสม