Heat Exchanger คืออะไร ทำหน้าที่อะไร? ประเภท การเลือก และการดูแลรักษา

Heat Exchanger คือ อุปกรณ์ที่ถ่ายเทความร้อนระหว่างของไหลสองสายโดยไม่ให้ของไหลทั้งสองผสมกัน หน้าที่ของมันคือดึงความร้อนออกจากสายที่ร้อนไปให้สายที่เย็นกว่า เพื่อให้อุณหภูมิในกระบวนการผลิตอยู่ในช่วงที่ออกแบบไว้ ในภาษาไทยเรียกว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และเป็นอุปกรณ์ที่พบในโรงกลั่น โรงงานปิโตรเคมี โรงไฟฟ้า โรงงานอาหาร และระบบปรับอากาศขนาดใหญ่แทบทุกแห่ง

บทความนี้ตอบตั้งแต่คำถามพื้นฐานว่า heat exchanger ทำหน้าที่อะไร ไปจนถึงเรื่องที่วิศวกรซ่อมบำรุงต้องใช้จริง คือประเภทที่เลือกได้ เกณฑ์การเลือก สัญญาณว่าอุปกรณ์เริ่มเสื่อม และรอบการบำรุงรักษาที่เหมาะสม

Heat Exchanger ทำหน้าที่อะไรในระบบโรงงาน

หน้าที่หลักคือควบคุมอุณหภูมิของของไหลในระบบให้อยู่ในช่วงที่เครื่องจักรและกระบวนการผลิตออกแบบไว้ ไม่ร้อนเกินและไม่เย็นเกิน แต่ในทางปฏิบัติหน้าที่นี้แตกออกเป็นสี่บทบาทที่มีมูลค่าทางธุรกิจต่างกัน

1. รักษาเสถียรภาพของกระบวนการผลิต

อุณหภูมิที่แกว่งทำให้คุณภาพสินค้าไม่สม่ำเสมอ ในโรงงานเคมีอุณหภูมิที่คลาดเคลื่อนเพียงไม่กี่องศาเปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาและปริมาณของเสียได้ Heat Exchanger จึงทำหน้าที่เป็นตัวรักษาสมดุลความร้อนของระบบ

2. ป้องกันความเสียหายของเครื่องจักรหลัก

ความร้อนสะสมเป็นสาเหตุการพังของปั๊ม คอมเพรสเซอร์ และมอเตอร์ การมีอุปกรณ์ดึงความร้อนออกอย่างต่อเนื่องช่วยยืดอายุเครื่องจักรที่ราคาสูงกว่าตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลายเท่า

3. นำความร้อนทิ้งกลับมาใช้ (Heat Recovery)

ความร้อนจากก๊าซไอเสียหรือของไหลขาออกที่เดิมปล่อยทิ้ง สามารถส่งผ่าน Heat Exchanger ไปอุ่นน้ำป้อนหม้อไอน้ำหรืออุ่นอากาศเข้าเตาได้ นี่คือมาตรการอนุรักษ์พลังงานที่คืนทุนเร็วที่สุดมาตรการหนึ่งในโรงงาน

4. แยกของไหลสองระบบออกจากกัน

ในงานที่ห้ามให้ของไหลสองสายปนกัน เช่น น้ำหล่อเย็นในกระบวนการกับน้ำหมุนเวียนของหอหล่อเย็น การใช้ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนคั่นกลางทำให้แลกความร้อนได้โดยไม่มีการปนเปื้อน หลักการเดียวกันนี้คือหัวใจของระบบ Closed Loop Cooling Tower

หลักการถ่ายเทความร้อนที่ใช้คำนวณจริง

การถ่ายเทความร้อนเกิดผ่านสามกลไก คือการนำความร้อน (Conduction) ผ่านผนังโลหะ การพาความร้อน (Convection) จากการไหลของของไหลทั้งสองฝั่ง และการแผ่รังสี (Radiation) ซึ่งมีบทบาทน้อยในงานอุณหภูมิปกติ

ปริมาณความร้อนที่ถ่ายเทได้ประเมินจากความสัมพันธ์พื้นฐาน

Q = U × A × LMTD

• Q คือภาระความร้อนที่ต้องการถ่ายเท หน่วยกิโลวัตต์
• U คือสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนรวม ขึ้นกับชนิดของไหล ความเร็วการไหล และสภาพความสะอาดของผิวแลกเปลี่ยน
• A คือพื้นที่ผิวแลกเปลี่ยนความร้อน
• LMTD คือผลต่างอุณหภูมิเฉลี่ยแบบลอการิทึมระหว่างสายร้อนและสายเย็น

สมการนี้อธิบายว่าทำไมคราบตะกรันจึงร้ายแรง เพราะคราบที่เกาะผิวท่อทำให้ค่า U ลดลง เมื่อ U ลดแต่ A กับ LMTD คงเดิม ความร้อนที่ถ่ายเทได้จึงลดตามทันที ผลที่หน้างานเห็นคืออุณหภูมิขาออกสูงขึ้นและระบบต้องเดินหนักขึ้นเพื่อชดเชย

ค่าที่ต้องเผื่อไว้ในการออกแบบคือ Fouling Factor หรือค่าเผื่อการเกาะติดของคราบ ถ้าเผื่อน้อยเกินไป อุปกรณ์จะทำงานไม่ถึงสเปกภายในเวลาไม่นาน ถ้าเผื่อมากเกินไปจะได้อุปกรณ์ที่ใหญ่และแพงเกินความจำเป็น

ประเภทของ Heat Exchanger ที่ใช้จริงในโรงงาน

Innovek จำหน่ายและออกแบบทั้ง Micro Channel Heat Exchanger และ Brazed Plate Heat Exchanger รวมถึง Air Cooled Heat Exchanger สำหรับโรงกลั่นน้ำมันและก๊าซ โรงไฟฟ้า และโรงงานปิโตรเคมี โดยทีมวิศวกรด้านความร้อนคำนวณขนาด ควบคุมระดับเสียง และออกแบบให้ลดแรงสั่นสะเทือน

Heat Exchanger กับ Cooling Tower ต่างกันอย่างไร

คำถามนี้ถูกถามบ่อยเพราะอุปกรณ์ทั้งสองอยู่ในระบบระบายความร้อนเดียวกัน ความต่างอยู่ที่ปลายทางของความร้อน

• Heat Exchanger ย้ายความร้อนจากของไหลสายหนึ่งไปสู่อีกสายหนึ่ง ความร้อนยังอยู่ในระบบ เพียงเปลี่ยนตัวพา
• Cooling Tower หรือ หอหล่อเย็น ปล่อยความร้อนออกสู่บรรยากาศจริง โดยอาศัยการระเหยของน้ำเป็นกลไกหลัก

ในโรงงานทั่วไปทั้งสองอุปกรณ์ทำงานต่อกันเป็นทอด คือของไหลในกระบวนการผลิตส่งความร้อนให้น้ำหล่อเย็นผ่าน Heat Exchanger แล้วน้ำหล่อเย็นที่ร้อนขึ้นจึงถูกส่งไปทิ้งความร้อนที่หอหล่อเย็น ก่อนวนกลับมาใช้ใหม่

เกณฑ์เลือก Heat Exchanger ที่ใช้ตรวจก่อนสั่งซื้อ

1. ภาระความร้อนและอุณหภูมิเป้าหมาย ระบุ Q อุณหภูมิเข้าออกทั้งสองฝั่ง และอัตราการไหล ตัวเลขชุดนี้เป็นข้อมูลบังคับที่ผู้ผลิตต้องใช้คำนวณ
2. ชนิดและความสะอาดของของไหล ของไหลที่มีของแข็งแขวนลอยหรือมีแนวโน้มเกิดตะกรันสูง ไม่เหมาะกับช่องทางไหลแคบ
3. ค่าแรงดันตกคร่อมที่ยอมให้ได้ ถ้าเผื่อค่านี้ไว้น้อย ปั๊มจะทำงานหนักและค่าไฟจะเพิ่มตลอดอายุการใช้งาน
4. ความเข้ากันได้ของวัสดุ น้ำทะเล น้ำกร่อย และของไหลที่มีคลอไรด์สูง ต้องเลือกวัสดุที่ทนการกัดกร่อนเฉพาะทาง
5. ช่องทางเข้าล้างและซ่อม ต้องเผื่อระยะดึงมัดท่อหรือถอดเพลตไว้ในแบบวางผังตั้งแต่ต้น
6. มาตรฐานที่ต้องผ่าน งานถังแรงดันอ้างอิง ASME งานมัดท่ออ้างอิง TEMA และงานหอหล่อเย็นอ้างอิงมาตรฐาน CTI
7. อะไหล่และบริการหลังการขาย ปะเก็น เพลต และมัดท่อเป็นของสิ้นเปลืองที่ต้องหาซื้อได้ตลอดอายุโรงงาน

สัญญาณว่า Heat Exchanger ของคุณเริ่มเสื่อม

รอบการบำรุงรักษาที่แนะนำ

การเก็บค่าฐานตอนติดตั้งใหม่คือสิ่งที่โรงงานส่วนใหญ่มองข้าม ถ้าไม่มีค่าฐาน จะไม่มีทางรู้ว่าอุปกรณ์เสื่อมไปเท่าไรแล้ว

บริการของ Innovek

Innovek ดูแลระบบแลกเปลี่ยนความร้อนและระบบระบายความร้อนครบวงจร ตั้งแต่การออกแบบและคำนวณขนาด ไปจนถึงงานบำรุงรักษา

• PM และ Overhaul งานเพลา พัดลม แบริ่ง เกียร์ และมอเตอร์ ของระบบ Air Cooled Heat Exchanger
• Repair และ Refinishing งานซ่อมชั้นเคลือบ งานป้องกันขอบใบพัด FRP และการทำสมดุลแบบสถิต
• Failure Analysis ตรวจหาต้นเหตุการเสียหายของพัดลมที่หน้างาน และระบุชิ้นส่วนที่เสียหายก่อน เพื่อไม่ให้ปัญหาเดิมกลับมาซ้ำ

ดูรายละเอียดสินค้าที่ หน้า Heat Exchanger และ หน้าบริการซ่อมบำรุง หรือ ติดต่อทีมวิศวกร เพื่อให้ประเมินระบบของคุณ

คำถามที่พบบ่อย

Heat Exchanger คืออะไร

คืออุปกรณ์ที่ถ่ายเทความร้อนระหว่างของไหลสองสายโดยไม่ให้ผสมกัน ภาษาไทยเรียกเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ใช้เพื่อควบคุมอุณหภูมิในกระบวนการผลิต ป้องกันเครื่องจักรเสียหาย และนำความร้อนทิ้งกลับมาใช้ใหม่

Heat Exchanger ทำหน้าที่อะไร

ทำหน้าที่ย้ายความร้อนจากของไหลที่ร้อนกว่าไปสู่ของไหลที่เย็นกว่าผ่านผนังกั้น เพื่อรักษาอุณหภูมิของระบบให้อยู่ในช่วงที่ออกแบบไว้ พร้อมกับแยกของไหลสองระบบไม่ให้ปนเปื้อนกัน

Heat Exchanger ต่างจาก Cooling Tower อย่างไร

Heat Exchanger ย้ายความร้อนระหว่างของไหลสองสาย ความร้อนยังอยู่ในระบบ ส่วน Cooling Tower ปล่อยความร้อนออกสู่บรรยากาศด้วยการระเหยของน้ำ โรงงานส่วนใหญ่ใช้ทั้งสองอย่างต่อกันเป็นทอด

ควรเลือกแบบ Plate หรือ Shell and Tube

ถ้าต้องถอดล้างบ่อยและของไหลค่อนข้างสะอาด แบบเพลตให้พื้นที่ผิวต่อขนาดที่ดีกว่า แต่ถ้าของไหลสกปรก แรงดันสูง หรืออุณหภูมิสูง แบบ Shell and Tube ทนสภาพงานได้ดีกว่าและซ่อมง่ายกว่าในระยะยาว

ควรล้าง Heat Exchanger บ่อยแค่ไหน

ไม่มีรอบตายตัว ให้ดูจากแนวโน้มค่าแรงดันตกคร่อมและอุณหภูมิขาออกเทียบกับค่าฐาน เมื่อค่าเบี่ยงเบนถึงเกณฑ์ที่โรงงานกำหนด จึงเข้าแผนล้าง วิธีนี้ประหยัดกว่าการล้างตามปฏิทินโดยไม่ดูสภาพจริง

เมื่อไรควรเลือก Air Cooled Heat Exchanger แทนแบบระบายด้วยน้ำ

เลือกเมื่อแหล่งน้ำมีจำกัด ค่าน้ำสูง หรือพื้นที่มีข้อจำกัดด้านการบำบัดน้ำ แบบระบายด้วยอากาศไม่ต้องใช้น้ำหล่อเย็นและลดความซับซ้อนของระบบท่อ แต่ต้องเผื่อพื้นที่ติดตั้งมากกว่าและประสิทธิภาพขึ้นกับอุณหภูมิอากาศแวดล้อม