ทำไมเราถึงต้องทำ Vacuum ใน Condenser

มีน้องมาถามหลังไมค์ครับ.."ถ้า Condenser เกิด back pressure ขึ้นมาจะมีผลกระทบอะไรโดยตรงกับ Steam turbine???" ก่อนตอบคำถามอยากเล่าให้ฟังก่อนว่า..ทำไมเราถึงต้องทำ Vacuum ใน Condenser เพราะมันเกี่ยวเนื่องกัน

วัตถุใดๆก็ตามที่เป็นของแข็งถ้าเคลื่อนที่ตัดกับอากาศ ไม่ว่าจะเป็นแนวใดๆ แนวตรง ขวาง ดิ่ง หรือ การหมุน ภายใต้แรงดันบรรยากาศของโลก จะเกิดความร้อนขึ้นกับวัตถุนั้น เนื่องจากแรงเสียดทาน (air friction) ถ้าเราหมุน Steam Turbine โดยไม่มี Vacuum ก็จะทำให้ Turbine blade เกิด overheat ดังนั้นเราจึงต้องทำให้เกิด Vacuum เพื่อลดแรงเสียดทานจากแรงดันบรรยากาศโลก แล้วทำไม Gas turbine หมุนได้โดยไม่ต้องมี Vacuum??? เพราะ GT มี cooling air ไงครับต่างจาก ST ที่ไม่มีระบบ cooling ใดๆ และที่สำคัญที่สุดคือ Vacuum จะเป็นตัวทำให้ steam flow ไหลได้อย่างมีประสิทธิภาพ และไม่เกิดแรงต้านใดๆต่อการไหลของ steam

กลับมาที่คำถาม..ถ้าหลังจาก ST on load ไปแล้ว หมายถึงมี steam flow เกิดขึ้นแล้ว ถ้าเกิด back pressure ขึ้นมาจะมีผลกระทบอะไรโดยตรงกับ Turbine อย่างแรก back pressure จะทำให้การไหลของ steam เปลี่ยนทิศทางจากที่เคยไหลปกติ ก็จะถูกแรงต้านทำให้เกิด fluctuation หรือความผันผวนในการไหล และเมื่อ turbine ปะทะกับการไหลแบบไร้ทิศทางของ steam ก็จะทำให้เกิดแรงบิดขึ้น จึงทำให้ blade เกิดการฉีกหรือขาดโดยเฉพาะ LP last stage ที่มีใบใหญ่มากๆ ส่วนเรื่อง vibration นี่ไม่ต้องพูดถึงเลยครับถ้าเกิด back pressure..เละ

ด้วยสาเหตุนี้เราจึงต้องรักษา Vacuum เอาไว้เพื่อป้องกัน Steam turbine เสียหาย และยังมี Rupture dish ที่ LP turbine เพื่อป้องกันการเกิดแรงดันขึ้นอีกทางด้วยครับ... ขอให้มีความสุขทุกคนนะคับ

เครดิต อาจารย์ Oak Apn.

steam turbine ยิ่งใช้ไอน้ำน้อย ยิ่งมีประสิทธิภาพด้านความร้อนต่ำสุด!!!
Steam turbine มีสามประเภทหลักๆ คือ 
1) Condensing turbine - ขาเข้า HP steam ขาออก vacuum mixed-phase
2) Extraction-condensing turbine – extraction ขาเข้า HP steam ขาออก MP steam, condensing ขาเข้า MP steam ขาออก vacuum mixed-phase
3) Back pressure turbine - ขาเข้า HP steam ขาออก LP steam
คุณต้องเข้าใจก่อนว่าประสิทธิภาพด้านความร้อน ไม่ได้ดูแค่กำลังขับที่ได้ แต่จะดูพลังงานความร้อนที่ขาออกจาก turbine สามารถไปใช้งานต่อในกระบวนการผลิตด้วย!! Condensing turbine ดึงกำลังขับต่อตันไอน้ำได้มากสุด เพราะลดความดันที่ขาออก turbine ให้เป็น vacuum (e.g. -0.9 barg) ทำให้ผลต่าง enthalpy เข้า-ออกเยอะสุด แต่ขาออกจะมีอุณหภูมิต่ำมาก ทำให้ไม่สามารถไปให้ความร้อนต่อได้ แต่ต้องไปทิ้งความร้อนควบแน่นให้กับ cooling water ที่ surface condenser คิดเป็นกว่า 70% ของพลังงานขาเข้า!!!!
แต่สิ่งที่วิศวกรหลายคนไม่รู้คือขาออก condensing turbine ไม่ใช่vapor 100% แต่จะมีหยดน้ำ (moisture) ปนอยู่เล็กน้อยเช่น 5-7% ถ้าคุณไม่รู้คุณจะไม่มีทางแมทช์ steam enthalpy กับกำลังขับที่เห็นจริงในโรงงานได้เลย แต่หยดน้ำเยอะไปก็ไม่ดี เพราะจะเกิด erosion ที่ใบพัด
ผมได้ทำตารางเพื่อสอนวิศวกรทั่วโลกเรื่องนี้ ในวารสารรายเดือน Chemical Engineering Progress ของ AIChE ฉบับ Jan 2012 ลองดูในรูปได้ครับ วิศวกรตัวจริงต้องสอนวิศวกรทั่วโลกได้ จำไว้!!
อ. ชาร์ลส์ ผู้ก่อตั้ง www.chemengedu.com เพื่ออบรมวิศวกรทั้งภายนอกและภายใน ผู้เชี่ยวชาญสอน writing & presentation skills และเจ้าของเฟซบุ๊คเพจ “จะวิศวะไปไหนวะ”