วาล์ว ระบบวาล์วป้องกันสารผสม

วาล์ว
(valves)

ระบบวาล์วป้องกันการผสมปนกัน

ในระบบท่อ จะมีจุดเชื่อมต่อมากมาย ที่ผลิตภัณฑ์จะต้องไหลผ่านส่วนหนึ่ง ไปยังส่วนอื่น แต่ในบางครั้งต้องปิดกั้น เพื่อให้สารต่างกัน สามารถไหลผ่านสองสายโดยไม่ผสมปนกัน เมื่อเส้นทางที่มาแยกต่างหากจากกันและกัน การรั่วไหลใดๆ จะต้องถ่ายทิ้งออกให้หมดสิ้น โดยไม่เปิดโอกาสให้สารปะปนกันได้ สิ่งนี้ เป็นปัญหาปกติที่พบเวลาติดตั้งเครื่องจักรในโรงงานผลิตนม ผลิตภัณฑ์นมและสารละลายทำความสะอาด ไหลในท่อแยกต่างหากจากกัน และต้องรักษาให้แยกจากกัน ภาพที่ 6.8.6 แสดงการติดตั้งวาล์วป้องกันการผสมปนกัน 4 รูปแบบ ซึ่งทำหน้าที่เหมือนกัน

 

วาล์วปิดและปรับเปลี่ยน

มีหลายแห่งในระบบท่อ ที่ต้องหยุดกระแสไหล หรือเปลี่ยนสู่อีกสายหนึ่ง การทำงานนี้ทำได้โดยวาล์ว วาล์วแบบมีบ่ารองรับ (Seat valves) ซึ่งควบคุมได้ด้วยมือ (Manual) หรือลม (Pneumatic) หรือวาล์วแบบปีกผีเสื้อ (Butterfly valves) สามารถใช้สำหรับงานประเภทนี้ฃ

วาล์วแบบมีบ่ารองรับ

ตัวของวาล์วมีบ่ารอง (Seat valves) ที่ด้านปลายสุดของก้านที่ปิดช่อง (End of stem) แท่งเสียบปิด (Closing plug) จะยกขึ้นได้หรือปิดต่ำลงบนบ่ารองรับโดยก้านที่ปิดช่องด้วยการปรับหมุนก้านข้องอ (Crank) หรือควบคุมด้วยระบบลม (Pneumatic actuator) ดูในภาพที่ 6.8.7

วาล์วแบบมีบ่ารองรับมีใช้สำหรับเปลี่ยนทางเดินกระแสไหล วาล์วชนิดนี้ มีทางเดินได้สามถึงห้าทาง เมื่อแท่งเสียบต่ำลง ของเหลวจะไหลจากทางส่งเข้าที่ (2) สู่ด้าน
ส่งออกที่ (1) และเมื่อยกแท่งเสียบขึ้นสู่ตำแหน่งบน กระแสไหลจะส่งสู่ด้านส่งออกที่(3) ตามรูปภาพทางขวาในภาพที่ 6.8.8

วาล์วประเภทนี้อาจเพิ่มทางผ่านได้ถึงห้าเส้นทาง การกำหนดจำนวนเส้นทางขึ้นอยู่กับความต้องการของขบวนการ

                                                                      

มีวาล์วประเภทบ่ารองรับอีกชนิด ซึ่งแท่งเสียบปิดจะปิดกระแสไหลเพื่อกำจัดการสะดุดของความดันในท่อผลิตภัณฑ์ วาล์วชนิดนี้สามารถทำงานแบบปิดและเปลี่ยน
ทิศทางกระแสไหล

มีเครื่องบังคับระยะไกล (Remote-controlled actuator) หลายประเภทให้เลือกตัวอย่างเช่น วาล์วเปิดได้ด้วยแรงอัดอากาศ (Compressed air) และปิดด้วยเหล็กแหนบ (Spring) หรือทำได้ในทางกลับกัน และสามารถใช้แรงอัดอากาศ ในการปิดและเปิดก็ได้ ดูในภาพที่ 6.8.9 เครื่องบังคับสำหรับตำแหน่งชั่วขณะของแท่งเสียบ และที่เปิดและปิดสองขั้นก็มีให้เลือกใช้ได้

หน่วยควบคุมวาล์ว ตามในภาพที่ 6.8.10 มักจะติดตั้งไว้ส่วนบนของเครื่องบังคับวาล์ว หน่วยบนนี้ประกอบด้วย หน่วยชี้ตำแหน่ง (Indication unit) ระบบกระตุ้น
(Activation system) ระบบรับสัญญาณ (Sensor system) และวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (Solenoid Valve) ซึ่งจะควบคุมวาล์วที่ควบคุมด้วยระบบลม (Psyneumatic processing valves) หน่วยควบคุมวาล์วจะรับสัญญาณจาก PLC ที่จะควบคุมวาล์ว และส่งสัญญาณกลับไปให้ PLC เพื่อบอกตำแหน่งของวาล์วที่ตำแหน่งต่างๆ

หน่วยบนนี้สามารถตั้งโดยระบบควบคุมทางไกลได้ง่าย และจะแจ้งเวลาที่จะยกบ่ารองรับของวาล์วป้องกันการผสมปนกัน รวมทั้งโปรแกรมการบำรุงรักษาเพื่อแจ้งเวลาที่ยางของแท่งเสียบปิดชนิดบ่ารองรับแบบเดี่ยวเสื่อม

หน่วยบนรุ่นใหม่สามารถใช้กับระบบดิจิตอลและรางสายอุปกรณ์สื่อสาร (Bus communication system) สำหรับหน่วยบนธรรมดา สามารถใช้ได้กับระบบดิจิตอลในการควบคุมที่ง่ายๆ และบอกตำแหน่งการเปิดปิดของวาล์ว

วาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (Solenoid Valve) ติดตั้งไว้ในหน่วยที่อยู่ตอนบนสุดดังกล่าว สัญญาณไฟฟ้าจะกระตุ้นกลไกของวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า และปล่อย
แรงอัดอากาศเข้าสู่เครื่องบังคับ วาล์วก็จะเปิดหรือปิดได้ตามที่ต้องการ ในระหว่างทางจะส่งผ่านแรงอัดอากาศไปในไส้กรองเพื่อให้ปลอดจากไขมัน และสารแปลกปลอมที่อาจส่งผลกระทบต่อการทำงานของวาล์ว ส่วนป้อนส่งอากาศเข้าจะปิดเมื่อขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าใช้พลังงาน และปล่อยอากาศในวาล์วของผลิตภัณฑ์นี้ ผ่านทางออกของวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า

                                                       

วาล์วแบบปีกผีเสื้อ

วาล์วแบบปีกผีเสื้อ ตามภาพที่ 6.8.11 เป็นวาล์วแบบปิด จะต้องใช้วาล์วสองหน่วยในการทำงานเพื่อเปลี่ยนกระแสไหล มักนิยมใช้วาล์วแบบปีกผีเสื้อ กับผลิตภัณฑ์ที่อ่อนไหว เช่น โยเกิร์ต และผลิตภัณฑ์นมที่ผ่านการหมัก เนื่องจากปัญหาการติดขัดในการผ่านวาล์วน้อย ส่งผลให้แรงดันตกน้อยมาก และไม่มีเกิดแรงปั่นป่วน รวมทั้งวาล์วชนิดนี้ยังทำงานได้ดีกับสารที่มีความหนืดสูง และเนื่องจากเป็นวาล์วทางตรง สามารถติดตั้งลงบนท่อตรงได้

โดยทั่วไป วาล์วนี้ประกอบด้วย ครึ่งหนึ่งของที่ส่วนเหมือนกัน และมีแหวนผนึก (Seal ring) ประกบอยู่ระหว่างทั้งสองด้าน มีจานเพรียวบางติดตั้งในตอนกลางของ
วาล์ว จานพลิกได้จากส่วนกลางที่มักจะมีเป็นก้านรองรับอยู่ โดยก้านยึดแผ่นจานไว้เพื่อป้องกันก้านกระทบกับผนังวาล์ว

เมื่อจานอยู่ในตำแหน่งที่เปิด วาล์วจะให้แรงต้านทานกระแสไหลที่ต่ำ ในตำแหน่งที่ปิด จานจะผนึกติดกับผนึกวงแหวน

                                                                

แบบควบคุมด้วยมือ

วาล์วแบบปีกผีเสื้อ มีคันโยกติดตั้งอยู่ โดยทั่วไปสำหรับปรับได้สองตำแหน่งคือ เปิดและปิด ประเภทของวาล์วนี้ไม่เหมาะจะใช้กับงานควบคุมกระแสไหล แต่สามารถใช้ควบคุมแบบคร่าวๆ กับมีคันโยกพิเศษ สำหรับปรับตำแหน่งอย่างไรก็ได้ตามต้องการ

ควบคุมแบบอัตโนมัติ

เครื่องบังคับโดยระบบอากาศ ดูภาพที่ 6.8.12 ใช้เพื่อการบังคับวาล์วแบบปีกผีเสื้อแบบอัตโนมัติ ทำงานได้ดังนี้

• แหนบสปริงทำหน้าที่ปิด/อากาศทำหน้าที่เปิด (โดยปกติจะปิดอยู่ Normally Closed-NC)
• อากาศทำหน้าที่ปิด/แหนบสปริงทำหน้าที่เปิด (โดยปกติจะเปิดอยู่ Normally Opened-NO)
• อากาศทำหน้าที่เปิดและปิด (Air opening and air closing-A/A)
  จานสามารถหมุนได้ง่าย จนกระทั่งสัมผัสวงแหวนผนึก จึงต้องการกำลังที่จะกดยางเครื่องบังคับที่อาศัยกำลังแหนบสปริงธรรมดาเครื่องหนึ่ง จะมีกำลังมากเมื่อเริ่มต้นขณะต้องการกำลังน้อยลง และจะอ่อนกำลังลงในตอนปลาย ขณะที่ต้องการกำลังมากขึ้น ดังนั้นจึงเป็นข้อได้เปรียบในการใช้เครื่องบังคับที่ได้ออกแบบไว้ ซึ่งจะให้กำลังที่ถูกต้อง ณ เวลาถูกต้อง

อีกแบบหนึ่งของวาล์วแบบปีกผีเสื้อ เป็นวาล์วแบบประกบคู่ Sandwich ดังแสดงในภาพที่ 6.8.13 เป็นประเภทเดียวกันกับวาล์วแบบปีกผีเสื้อดังอธิบายไว้
ข้างต้น แต่ติดตั้งที่ระหว่างปีกสองข้าง เชื่อมต่อไปกับสายท่อ ทำงานแบบเดียวกับวาล์วแบบปีกผีเสื้อปกติ ในระหว่างการทำงาน จะถูกประกบระหว่างปีกด้วยหมุดเกลียวยึดสำหรับในการบำรุงรักษา ทำการคลายหมุดเกลียวออก ส่วนวาล์วสามารถดึงแยกออกได้ง่ายขึ้นสำหรับการบำรุงรักษา

                                      

วาล์วแบบป้องกันผสมปนกัน

วาล์วแบบป้องกันผสมปนกัน ตามภาพที่ 6.8.15 สามารถเป็นแบบบ่ารองรับแบบเดี่ยวและแบบคู่ แต่เมื่อกล่าวถึง วาล์วแบบป้องกันผสมปนกัน โดยทั่วไปจะเป็นแบบบ่ารองรับแบบคู่ ตามภาพที่ 6.8.14

วาล์วแบบบ่ารองรับคู่ มีผนึกอิสระสองชิ้น แยกระหว่างของเหลวสองชนิด และมีห้องถ่ายทิ้งอยู่ระหว่างภายใต้บรรยากาศ ณ ทุกสภาวะของการทำงาน ในกรณีที่อาจเกิดการรั่วซึมของผลิตภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์ที่รั่วซึมจะไหลเข้าสู่ห้องถ่ายทิ้งและถูกส่งออกผ่านท่อตรวจสอบการรั่ว

เมื่อมีการเปิดวาล์ว ห้องถ่ายทิ้งจะถูกปิด ทำให้ผลิตภัณฑ์ไหลจากเส้นทางหนึ่งไปอีกเส้นทางหนึ่งได้

ในระหว่างการทำความสะอาด แท่งเสียบ (ด้านบน/ด้านล่าง) จะยกขึ้น เพื่อจะได้ทำความสะอาดบ่ารองรับและแท่งเสียบ สารทำความสะอาดถูกปล่อยเข้าไปห้องถ่ายทิ้งทั้งนี้การทำความสะอาดภายนอกในลักษณะคล้ายกับการฆ่าเชื้อก็สามารถทำได้เช่นกัน

                                     

                                               

วาล์วสามารถถูกทำความสะอาดเพื่อป้องกันการกระแทกของของเหลว Water hammer ในระดับต่างๆ ตามความต้องการของกระบวนการพิเศษต่างๆ ทำให้ไม่เกิดการกระฉอกของผลิตภัณฑ์ในขณะที่วาล์วทำงาน

มีความเป็นไปได้ที่ติดตั้งวาล์วขาออกจากถังแบบบ่ารองรับคู่ ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันการปนตรงทางออกเมื่อมีการทำความสะอาดแบบถึงก้นถัง

การทำความสะอาดแท่นเสียบด้านล่างแบบอิสระสามารถทำความสะอาดโดยไม่ต้องทำความสะอาดภายนอกได้ ซึ่งแท่นเสียบด้านล่างจะมีความทนต่อความดันและ
การกระแทกของของเหลวในสายการผลิต

วาล์วขาออกของถังจะค่อนข้างเล็ก ตัววาล์วเองสามารถหมุนในทิศทางใดก็ได้เพื่อทำการต่อกับท่อต่างๆ

การบ่งชี้ตำแหน่งและเครื่องควบคุม

การบ่งชี้ตำแหน่งเท่านั้น

วาล์วอันหนึ่งสามารถติดตั้งได้กับเครื่องบ่งชี้ตำแหน่งหลายแบบ ดูภาพที่ 6.8.16 ประกอบ ขึ้นอยู่กับระบบควบคุมของโรงงาน มีสวิทช์ชนิดต่างๆ เช่น สวิทช์ขนาดเล็ก(Microswitches) Inductive Proximity Switches หรือ Hall Elements หน้าที่ของสวิทช์คือส่งสัญญาณสู่ระบบควบคุม

เมื่อมีเพียงสวิทช์ติดตั้งอยู่กับวาล์ว จึงมีความจำเป็นที่ต้องมีวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (solenoid valve) สำหรับวาล์วแต่ละตัว รวมกันอยู่ที่ตู้ของวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า วาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าตัวหนึ่ง จะจ่ายส่งแรงดันลมสู่วาล์วผลิตภัณฑ์เมื่อได้รับสัญญาณ และคลายแรงดันอากาศออกเมื่อหมดสัญญาณ

ระบบแบบนี้ (1) ต้องการสายสัญญาณไฟฟ้าหนึ่งสาย และท่อแรงดันอากาศหนึ่งท่อต่อวาล์วแต่ละหน่วยหน่วยรวมชุดของวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า (2) ส่วนมากมักติดตั้งที่ด้านบนของเครื่องบังคับ จะประกอบด้วย ระบบกระตุ้น (activation system) ระบบรับสัญญาณ (sensor system) และวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า ท่อแรงดันอากาศหนึ่งท่อสามารถใช้กับวาล์วหลายตัว แต่ต้องใช้สายส่งสัญญาณไฟฟ้าหนึ่งสายต่อวาล์วแต่ละตัว

เครื่องควบคุมชั้นเยี่ยม

เครื่องนี้มีชุดด้านบนดังแสดงในภาพที่ 6.8.10 ซึ่งออกแบบโดยเฉพาะสำหรับการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ โดยประกอบด้วยเครื่องบ่งชี้ตำแหน่ง ระบบกระตุ้น (activation system) ระบบรับสัญญาณ (sensor system) และวาล์วขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า 

ด้านบนของเครื่องบังคับสามารถใช้กับระบบดิจิตอล และ bus communication system ทำให้สามารถใช้ท่ออากาศหนึ่งท่อและสายไฟฟ้าหนึ่งสายเพื่อควบคุมและสื่อสารกับวาล์วหลายตัว ด้านบนของเครื่องบังคับ สามารถโปรแกรมจากส่วนกลางและค่าติดตั้งต่ำ

หน้าที่ของเครื่องมีหลายหน้าที่ เช่น การควบคุมทางไกล (Remote setting) การควบคุมและการบ่งชี้ตำแหน่งของบ่ารองรับของวาล์วป้องกันผสมปนกัน โปรแกรมการดูแลรักษาสำหรับวาล์วแบบบ่ารองรับหนึ่งตัว การควบคุมและการบ่งชี้ตำแหน่งของจุกวาล์ว

 

วาล์วตรวจสอบและควบคุม

วาล์วตรวจสอบ

วาล์วตรวจสอบ ดังแสดงในภาพที่ 6.8.17 จะติดตั้งเมื่อมีความจำเป็นต้องป้องกันผลิตภัณฑ์จากการไหลไปผิดทิศทาง จะเปิดวาล์วทิ้งค้างไว้เมื่อกระแสไหลไปถูกทิศทาง ถ้ากระแสไหลหยุดลง แท่งเสียบวาล์วจะถูกแหนบสปริงดันสู่บ่ารองรับ นั่นคือวาล์วจะปิดเพื่อหยุดการย้อนกลับของกระแสไหล

                                                                                                  

วาล์วควบคุม

วาล์วปิดและวาล์วปรับเปลี่ยนกระแส จะมีตำแหน่งหน้าที่แน่นอนชัดเจน ปิดหรือเปิดวาล์วที่ปรับแต่งได้ทางผ่านสามารถเปลี่ยนแปลงไปได้ทีละเล็กทีละน้อย วาล์วควบคุมใช้สำหรับควบคุมความเที่ยงตรงของกระแสไหลและความดันที่จุดหลายจุดในระบบ

วาล์วปลดปล่อยแรงดัน ดังแสดงในภาพที่ 6.8.18 รักษาระดับแรงดันในระบบเมื่อความดันต่ำลง แหนบสปริงจะดันแท่งเสียบแนบกับบ่ารอง เมื่อความดันขึ้นสูงถึง
ระดับหนึ่ง แรงดันที่กระทำบนแท่งเสียบจะมากกว่าแรงกดของแหนบสปริง และวาล์วจะถูกผลักส่งให้เปิดออก สามารถปรับแต่งระดับแรงดันที่ทำให้เปิดได้ โดยการปรับความเครียดแน่นของแหนบสปริง

วาล์วควบคุมด้วยมือกับแท่งเสียบปรับเปลี่ยนกระแสไหลแบบแปรค่าได้ ตามภาพที่ 6.8.19 วาล์วชนิดนี้มีแท่งเสียบที่ออกแบบรูปร่างพิเศษ เมื่อหมุนปุ่มปรับ
แท่งเสียบจะเลื่อนขึ้นหรือลงได้ ดังนั้น แปรขนาดช่องอัตราทางกระแสไหลและแรงดันไปได้ มีเครื่องหมายบอกสัดส่วนบนวาล์ว เพื่อบ่งชี้การปรับแต่ง

                                            

วาล์วควบคุมด้วยแรงดันลมกับแท่งเสียบปรับกระแสไหลแบบแปรค่าได้ ตามภาพที่ 6.8.20 ทำงานคล้ายกับวาล์วประเภทที่เพิ่งอธิบายไป การจัดตำแหน่ง
แท่งเสียบและบ่ารองรับ คล้ายกับแบบปรับได้ด้วยมือ กระแสไหลจะถูกบีบเป็นคอคอดแคบลงทีละเล็กทีละน้อย เมื่อแท่งเสียบเคลื่อนต่ำลงสู่บ่ารองรับ

ชนิดของวาล์วที่ใช้สำหรับการควบคุมโดยอัตโนมัติของแรงดัน กระแสไหล และระดับในขบวนการผลิต จะติดตั้งเครื่องส่งสัญญาณในสายการผลิต และส่งสัญญาณจากเครื่องตรวจวัดค่าวาล์วอย่างต่อเนื่องไปสู่เครื่องควบคุม เครื่องควบคุมจะปรับแต่งวาล์วต่างๆ เพื่อรักษาค่าที่ตั้งไว้

วาล์วที่มักนิยมใช้กันคือวาล์วปรับแรงดันคงที่ (constant-pressure valve) ตามภาพที่ 6.8.21 จะรับแรงดันอากาศผ่านทางวาล์วบีบอัดสู่ที่ว่างเหนือแผ่น แรงดันอากาศปรับได้โดยวาล์วบีบอัดจนกระทั่งเครื่องวัดความดันผลิตภัณฑ์แสดงค่าความดันที่ต้องการ ดังนั้นจะเป็นการรักษาแรงดันที่ตั้งค่าไว้แล้วให้คงที่โดยไม่สนใจการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขการทำงานอื่นๆ ภาพที่ 6.8.22 แสดงการทำงานของวาล์วปรับแรงดันคงที่

                                                          

วาล์วจะสนองตอบได้อย่างรวดเร็ว ในการเปลี่ยนความดันของผลิตภัณฑ์ การลดความดันผลิตภัณฑ์ลง ส่งผลให้เกิดแรงดันที่มากกว่าบนแผ่นกั้น จากทางด้านแรง
ดันจากอากาศที่จะรักษาคงที่ แท่งเสียบวาล์วจึงเคลื่อนที่ต่ำลง กระแสไหลทางด้านผลิตภัณฑ์จึงมีพื้นที่ลดลง กระแสไหลลดลง ความดันผลิตภัณฑ์จึงเพิ่มขึ้นสู่ค่าที่ตั้งไว้

การเพิ่มความดันผลิตภัณฑ์ ส่งผลให้มีแรงดันส่งแผ่นกั้นที่มากกว่าแรงกระทำกดลงจากด้านอากาศที่ถูกบีบอัด แท่งเสียบวาล์วจึงเลื่อนขึ้น เพิ่มช่องทางเดินของผลิตภัณฑ์กระแสไหลจึงเพิ่มขึ้น จนกระทั่งความดันผลิตภัณฑ์ตกลงสู่ค่าที่ตั้งไว้ วาล์วแบบนี้มีให้ใช้กันสองแบบ สำหรับแรงดันที่คงที่ก่อนถึงวาล์ว หรือหลังผ่านจากวาล์ว

วาล์วจะไม่สามารถควบคุมความดันของผลิตภัณฑ์ ถ้าแรงดันลม/อากาศที่มีให้ต่ำกว่าความดันผลิตภัณฑ์ ในกรณีนี้ สามารถติดตั้งเครื่องเพิ่มความดันที่ส่วนบนของวาล์ว ด้วยวิธีการนี้ วาล์วสามารถใช้สำหรับความดันผลิตภัณฑ์ ได้สูงเกินสองเท่าของแรงดันอากาศที่มีอยู่

วาล์วสำหรับปรับความดันขาเข้าให้คงที่ มักจะใช้หลังเครื่องแยกและเครื่องพาสเจอไรซ์ ส่วนวาล์วสำหรับปรับความดันขาออกให้คงที่มักจะใช้ก่อนเครื่องบรรจุ

                                                                    

ระบบวาล์ว

สามารถจัดรวมกลุ่มของวาล์วเพื่อลดการอุดตัน และทำให้เป็นไปได้ที่จะแจกจ่ายผลิตภัณฑ์ ระหว่างส่วนแบ่งทางโครงสร้างต่างๆ ภายในการผลิตนม วาล์วยังสามารถจัดแยกสายทางเดินต่างหากแต่ละสาย เพื่อให้สายหนึ่งสะอาดปลอดภัย ขณะที่ผลิตภัณฑ์กำลังไหลผ่านในสายอื่น