Heat Exchanger ในอุตสาหกรรม หลักการใช้งาน ประเภท และเกณฑ์เลือกให้เหมาะกับกระบวนการ

ในแทบทุกโรงงาน ไม่ว่าจะเป็นเคมี ปิโตรเคมี อาหาร-เครื่องดื่ม พลังงาน ไปจนถึงระบบทำความเย็น-ปรับอากาศ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ถ่ายเทความร้อนระหว่างของไหลสองฝั่งอย่าง heat exchanger คือหัวใจที่คุมทั้งประสิทธิภาพ พลังงาน และความปลอดภัยของกระบวนการ หากเข้าใจพื้นฐานการทำงาน ประเภท และเกณฑ์การเลือก จะช่วยลดต้นทุนพลังงาน ลดการหยุดเครื่องไม่คาดคิด และยืดอายุระบบได้อย่างมีนัยสำคัญ

อ่านพื้นฐานเพิ่มเติมได้ที่ Heat Exchanger (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน)

หลักการถ่ายเทความร้อน: ปัจจัยที่กำหนดสมรรถนะ

แก่นการทำงานของ heat exchanger ในอุตสาหกรรม คือการถ่ายโอนพลังงานจากของไหลร้อนสู่ของไหลเย็นผ่านผนังกั้น โดยมีสามตัวแปรหลักที่กำหนดสมรรถนะ: พื้นที่ถ่ายเทความร้อน, ค่าสัมประสิทธิ์ถ่ายเทความร้อนรวม (U), และแรงขับเคลื่อนอุณหภูมิ (เช่น LMTD หรือประสิทธิภาพ ε ในวิธี NTU) นอกจากนี้ ความเร็วการไหล, สภาพการเกิดคราบ (fouling), ความดันตกคร่อม (ΔP) และคุณสมบัติของวัสดุผนัง/แผ่น/ท่อ ล้วนมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและการใช้พลังงานของระบบ

ประเภทหลักและจุดเด่น-ข้อจำกัด

เพื่อให้เลือกใช้งานได้เหมาะสม จำเป็นต้องเข้าใจข้อดี-ข้อจำกัดของแต่ละชนิด

• Shell & Tube: โครงสร้างแข็งแรง ทนความดัน/อุณหภูมิสูง เหมาะกับบริการสกปรกหรือมีอนุภาค แต่ใช้พื้นที่มากและทำความสะอาดใช้เวลานาน
• Plate Heat Exchanger (Gasketed/Sealed): พื้นที่ถ่ายเทสูงในขนาดกะทัดรัด ประหยัดพลังงาน ทำ CIP ได้ดี แต่ไม่เหมาะกับความดัน/อุณหภูมิสูงมาก และต้องดูแลปะเก็น
• Air-Cooled / Fin-Fan: ไม่พึ่งน้ำหล่อเย็น เหมาะกับพื้นที่ขาดแคลนน้ำ แต่ขึ้นกับสภาพอากาศและกินพื้นที่ติดตั้ง
• Spiral / Double-Pipe: ทางเลือกสำหรับงานความสกปรกสูงหรืออัตราการไหลต่ำ โครงสร้างเรียบง่าย แต่กำลังถ่ายเทรวมมักต่ำกว่าแบบแผ่น

การใช้งานตามภาคอุตสาหกรรม

heat exchanger ในอุตสาหกรรม ถูกปรับใช้ให้เหมาะกับกระบวนการจริงที่ต่างกัน โดยมีตัวอย่างการใช้งานที่พบบ่อยดังนี้

• อุตสาหกรรมเคมี/ปิโตรเคมี: pre-heater/reactor cooler, condenser, reboiler ที่รับแรงดันสูงและสภาพของไหลกัดกร่อน
• อาหารและเครื่องดื่ม: plate HX สำหรับพาสเจอไรซ์ การทำความร้อน/เย็นเร็ว พร้อมระบบ CIP เพื่อความถูกสุขลักษณะ
• พลังงาน/หม้อไอน้ำ: เครือข่ายแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง เช่น economizer, feedwater heater
• HVAC/ทำความเย็น: น้ำเย็น-น้ำร้อน, recovery ความร้อนทิ้ง (heat recovery) และการแยกวงจร (isolation) เพื่อป้องกันการปนเปื้อน

เกณฑ์เลือกในโรงงานจริง: คิดให้ครบก่อนตัดสินใจ

แม้จะมีแบบมาตรฐาน แต่การเลือก heat exchanger ในอุตสาหกรรม ที่เหมาะสมต้องมองทั้งกระบวนการและการบำรุงรักษาในระยะยาว

• ชนิดของของไหล: ความหนืด การกัดกร่อน อนุภาค/ไฟเบอร์ การเกิดคราบ (fouling tendency)
• เงื่อนไขการทำงาน: อุณหภูมิ/ความดัน, อัตราการไหล, ΔP ที่ยอมรับได้, ค่า approach temperature ที่ต้องการ
• เป้าหมายพลังงาน: ต้องการประสิทธิภาพสูงสุดหรือความยืดหยุ่นในการเดินเครื่อง
• การบำรุงรักษา: การเข้าถึงเพื่อทำความสะอาด CIP/เปิดฝา, ค่าอะไหล่ (แผ่น/ปะเก็น/ท่อ), ทักษะช่างภายใน
• พื้นที่ติดตั้งและการขยายในอนาคต: footprint, modularity, การเผื่อโหลด

การบำรุงรักษาและการเพิ่มประสิทธิภาพ

การดูแลที่สม่ำเสมอช่วยยืดอายุและคงสมรรถนะของอุปกรณ์ พร้อมลดต้นทุนพลังงานและหยุดเครื่องฉุกเฉิน

• เฝ้าดู ΔP และอุณหภูมิขาเข้า-ขาออกเพื่อตรวจจับการเกิดคราบล่วงหน้า
• วางรอบ CIP/ล้างแผ่น/แทงกิ้ง ตามสภาพการใช้งานจริง ไม่ยึดตามปฏิทินอย่างเดียว
• ใช้วัสดุ/เคมีป้องกันคราบและการกัดกร่อนให้เหมาะกับของไหล
• ทบทวนการเลือกปั๊ม/วาล์ว/การควบคุมการไหลเพื่อให้ได้ช่วง Reynolds ที่เหมาะสม ลดการเกิด boundary layer หนา
• ตรวจสอบปะเก็น/ซีลอย่างสม่ำเสมอ และเก็บอะไหล่มาตรฐานที่ใช้บ่อย

สรุป: เลือกให้ถูกตั้งแต่ต้น ประหยัดได้ตลอดอายุการใช้งาน

เมื่อเข้าใจหลักการ ประเภท และเกณฑ์เลือกแล้ว การออกแบบและเลือก heat exchanger ในอุตสาหกรรม ที่เหมาะสมกับของไหลและกระบวนการ จะส่งผลต่อประสิทธิภาพพลังงาน ความเสถียร และความปลอดภัยของทั้งระบบในระยะยาว หากต้องการทบทวนพื้นฐานหรือคำศัพท์เฉพาะเพิ่มเติม แนะนำอ่านบทความนี้ต่อ: Heat Exchanger (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน)