พิกัดหม้อไอน้ำ หรือ Boiler rating

           การจำกัดความ หรือ Definition ของ Boiler rating ในภาษาไทย เราจะใช้คำว่า พิกัดหม้อไอน้ำ เห็นจะเหมาะสมที่สุด โดยจะให้อธิบาย มันก็คือ ปริมาณไอน้ำที่ boiler ลูกนั้นๆ สามารถทำไอ ออกมาได้/สามารถผลิตไอ ออกมาได้ ต่อ หนึ่งหน่วยเวลา(เพราะมันคือ rating) โดยที่พวกเราเจอกันบ่อยๆ รูปแบบ หรือ ศัพท์ หรือ คำที่พวกเรานิยมเรียกกัน ของ boiler rating ก็จะมี 3 แบบ ที่เป็นที่แพร่หลาย ทั้งในไทย และต่างประเทศ คือ

                1.พิกัดในหน่วย ตัน/ชั่วโมง
                2.พิกัดในหน่วย kw
                3.พิกัดหน่วยแรงม้าหม้อไอน้ำ หรือ Boiler Horse Power หรือ BHP

พิกัดในหน่วย ตัน/ชั่วโมง

          ความหมายของ คำว่า ตัน/ชั่วโมง คือ คือความสามารถของ boiler พี่จะต้มน้ำ 1ตัน หรือ 1,000 กิโลกรัม จากอุณหภูมิ 100 เซลเซียส (หรือ 212 ฟาเรนต์ไฮต์) ให้กลายเป็น ไอน้ำที่ อุณหภูมิเดียวกัน 100 เซลเซียส (หรือ 212 ฟาเรนต์ไฮต์) ที่ความดันบรรยากาศได้หมดภายใน 1 ชั่วโมง นี่คือ ที่มาที่ไป ที่พวกเราเรียกๆกันครับ

          แล้วถ้า อุณหภูมิเริ่มต้น ยังไม่ถึง 100 C ล่ะครับ? นี่คือคำถาม boiler rating จะมีค่าเท่าไหร่ ?

          คิดแบบง่าย boiler rating หรือ พิกัด หม้อไอน้ำ ต้องลดลงสิครับ เพราะเราต้องใส่พลังงานเพิ่มไปส่วนหนึ่ง เพื่อที่จะทำให้ อุณหภูมิ น้ำป้อน ที่เราใส่เข้าไป เพื่อให้ไปถึงยัง 100 C นั่นหมายความว่า พลังงานที่ใส่ก็ต้องเพิ่มมากขึ้นนั่นเอง…นี่เรากำลังมอง ที่ความดันบรรยากาศ ตามเงื่อนไขด้านบน

          เช่นเดียวกัน ในทางปฏิบัติ boiler ของพวกเราไม่มีใครเอาไปต้ม เพื่อเอา steam ที่ความดันบรรยากาศแน่ เพราะเราจะใช้กันที่ความดัน มากกว่าความดันบรรยากาศทั้งสิ้น โดยหากพิจารณา น้ำที่ 100 C ที่ความดัน 1 บรรยากาศ, 10 เท่าบรรยากาศ และ 20 เท่าบรรยากาศ จะพบว่า

น้ำ 100 C ที่ความดัน

1 บรรยากาศ
10 เท่าบรรยากาศ
20 เท่าบรรยากาศ

Enthalpy (kj/kg)

417
762
908

Sat Temp ( C )

100
179
212

          เมื่อความดันเพิ่ม เป็นผลให้ อุณหภูมิอิ่มตัว หรือ Saturated temp เพิ่มขึ้นมาด้วย อันส่งผลอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ enthalpy จะเพิ่มสูงขึ้นมาอีก ซึ่งก็เป็นไปในลักษณะเดียวกันกับ กรณีแรกที่ feed temp เราไม่ถึง 100 C แล้วป้อนเข้า boiler นั่นก็หมายความในลักษณะเดียวกัน คือ ความดันเพิ่ม ค่าพลังงาน หรือ enthalpy ที่เราใส่เข้าไป ก็ต้องเพิ่มขึ้นเหมือนกัน เนื่องจากอุณหภูมิอิ่มตัว มันวิ่งไปเรียบร้อยแล้วนั่นเอง

          จาก 2 เหตุผลหลักดังกล่าว จึงมีการจัดการ เรียกชื่อ ของเจ้า Boiler rating หรือ พิกัดหม้อไอน้ำ ในกรณีที่ เรานิยมเรียกเป็น ตัน/ชั่วโมง เพื่อลงลึกไปในรายละเอียด การเรียก อีกสักระดับหนึ่ง นั่นก็คือ วิธีการเรียกแบบที่ เพื่อนชาวต่างชาติเรียกกันว่า from and at rating หรือ from and at boiler rating ก็ไม่ผิดกติกาครับ วิธีการเรียกแบบนี้ จะเป็นวิธีการเรียกที่ใกล้เคียงความเป็นจริง หรือ ชัดเจนที่สุด(ส่วนตัวผู้เขียน) มาดูกันว่ามันคืออะไร

          from คือ อุณหภูมิ ของน้ำที่ป้อนเข้า
          at คือ น้ำ ที่ 100 C โดยจะพิจารณาที่ ความดันคงที่ใดๆ พิจารณาจากกราฟ

Example 1 หรือ ตัวอย่างที่ 1

          KAKA Boiler ลูกหนึ่ง ถูกออกแบบเอาไว้ที่ from and at boiler rating เอาไว้ที่ พิกัดหม้อไอน้ำ 5 ตัน/ชั่วโมง (เพื่อให้มองภาพออก เริ่มจากลูกเล็กๆก่อนนะ) ที่ 10 bar และ อุณหภูมิน้ำป้อน 60 C

          นั่นหมายความว่า  พิจารณาจากกราฟ 10 bar, 60 C จะได้ % from and at rating อยู่ที่ 90%
          
          ดังนั้น การผลิตไอน้ำจริงๆ จะอยู่ที่ 5,000 x 0.9 = 4,500 kg/Hr หรือ 4.5 T/Hr
          
          หรือ ที่เรานิยมเรียกว่า Evaporation rate = 4.5 T/Hr คือ actual evaporation นั่นเอง

- (ตัวบน) เป็นฟาเรนต์ไฮต์ (ตัวล่าง) เป็นเซลเซียส เลือกตามความถนัด
- from and at rating : Boiler rating พวกเราสังเกตุ กราฟนะครับ ค่อนข้างชัดเจน ที่ 0 bar(abs) และ 100 เซลเซียส output rating จะไปอยู่ที่ 100% พอดี

          พิจารณา evaporation factor มีค่าเท่ากันคือ
         
          Evaporation factor   = [hfg@100 C]/[(hg@P,operate)-(h@feed water)]
                                          = (Enthalpy ที่ evaporation ที่ 1 บรรยากาศ)/[(enthalpy ของไอน้ำที่ operate pressure)-(enthalpy feed water)]
 
          hf ที่ 60 C             = 250.9 kj/kg
          hfg ที่100 C          = 2,257 kj/kg
          hg@ 10 bar         = 2,776 kj/kg
               
          Evaporation factor           = 2,257/(2,776-250.9)
                                                  = 0.89 นั่นคือ evaporation factor ของหม้อไอน้ำลูกนี้
         
          ดังนั้น Boiler equivalent rate        = 5,000 x 0.89
                                                             = 4,469 kg/Hr . ใกล้เคียงมาก กับ from and at graph ทางด้านบนพวกเรา

           พวกเราพอมองเห็นภาพ อะไร หรือไม่ครับ ว่า…เอ ทีนี้ ที่เราเคยสงสัย ทำไม boiler ที่โรงงานเรา เค้าบอกกัน 5 ตัน เวลาเราเดินเครื่อง ก็จดบันทึก steam flow ทุกที มันออก มันไหล 3.8-4.0 ตัน บางทีก็ 4.1 ตัน ไม่เห็นมันจะออกมา 5 ตันสักที นี่จึงเป็นเหตุผล จากคำว่า evaporation rate ที่ส่งผลตรง กับ พิกัดหม้อไอน้ำนั่นเองครับ และพวกเราอย่าลืมดูด้วยครับ ว่าที่เราพูดๆกัน evaporation rate ที่ความดันเท่าไหร่ เช่น อย่างตัวอย่างข้างต้น Boiler KAKA เราพูดที่ evaporation rate ที่ความดัน 10 bar นะ ดังนั้นถ้า boiler ผม ทำงานที่ 5 bar/feed water temp เท่าเดิม  แบบนี้เป็นอย่างไรครับ พิจารณาที่ graph ด้านบน พวกเราจะได้ %from and at เพิ่มขึ้นมาอีกหน่อย นั่นหมายถึง ไอน้ำ ก็จะได้ปริมาณเพิ่มมาอีกหน่อย แต่แรงดันคนละเรื่องนะครับ ลองพิจารณา คลิกที่ graph แล้วคำนวณเล่นๆครับพวกเรา

พิกัดที่สอง ของ Boiler rating คือ หน่วย kw

          หน่วย kw หรือ kw rating มีนะครับ ไม่ใช่ไม่มี พิกัดหม้อไอน้ำแบบนี้ ผู้เขียน เคยพบเจออยู่ ที่ต่างประเทศ รวมถึง หม้อไอน้ำบางลูก ที่เรานำเข้ามาจากต่างประเทศ ลองสังเกตกันดูครับ พิกัดของ kW rating นี้ จะเป็นไปในลักษณะเดียวกันกับ from and at boiler rating นั่นคือ จะเป็นตัวบ่งบอก จากการคำนวณ สำหรับการหา ไอน้ำ ที่ผลิตได้ ที่เป็น actual (โดย kw rating ไม่ใช่ evaporation rate นะ อย่าไปจำสับสนกัน) ที่บอกว่า เป็นไปในลักษณะเดียวกันกับ form and at rating คือ kw rating จะขึ้นอยู่กับฟังค์ชันของ enthalpy  หรือ ค่าพลังงาน เป็นหลัก(ลักษณะเดียวกันเลย)

Boiler rating (kW) = [อัตราการผลิตไอที่ได้ (kg/hr)] x [(พลังงานที่ใส่เข้า boiler kJ/kg)] / (3600 s/h)

          Example 2 หรือ ตัวอย่างที่ 2
KAKA Boiler ลูกที่สอง ถูกระบุไว้ว่า rate 3,000 kW ที่แรงดัน 10 bar และ feed water ที่ 60 C คำถามคือ กำลังการผลิตไอ จะอยู่ที่เท่าไหร่ สำหรับ boiler ลูกนี้ ?

พิจารณา : rate 3,000 kW = 3,000 kJ/s ที่ Feed water ที่ 60 C จะได้ hf = 250.9 kj/kg และที่ ไอน้ำ ที่  10 bar จะได้hg = 2,776 kj/kg

ดังนั้น   พลังงานที่ใส่ไปใน boiler คือ (2,776 – 250) = 2,525.1 kj/kg  

จะได้ อัตราการผลิตไอ  = [3,000(kW) x 3,600(s/hr)]/[2,525.1(kJ/kg)]
                               = 4,277.05 kg/hr

เพื่อนสมาชิก ลองสังเกตุ กันดู ที่ตัว Nameplate ของ boiler พวกเรา ในบางครั้ง นอกจาก Steam capacity ที่ถูกระบุแล้วนั้น เรายังสามารถพบ Thermal capacity อีกด้วย ในหน่วยของ kW หรือ MW ก็ไม่ผิดกติกา แต่ประการใดครับ

พิกัดหน่วยแรงม้าหม้อไอน้ำ หรือ Boiler Horse Power หรือ BHP

           พิกัด แรงม้าหม้อไอน้ำ พวกเราน่าจะเจอบ่อย (ผู้เขียนคิดว่า เจอบ่อย) 1 แรงม้า เท่ากับ 746 วัตต์ นั่นคือ พิกัดทางเครื่องยนต์ ไม่ใช่ บอยเลอร์ นี่เรากำลังพูดถึง boiler ขอให้ท่านลืม ตัวเลข 746 วัตต์ ออกชั่วคราว(แรงม้าหม้อไอน้ำ จะมากกว่าแรงม้าเครื่องยนต์ ประมาณ 13 เท่า หากมองกันในหน่วยวัตต์ Wowww)

          โดยครั้งแรก แรกเลยจริงๆ หลังจากเริ่มมีการใช้งาน เครื่องจักรกลทางไอน้ำ เป็นที่แพร่หลาย ก็ได้มีการทดลองมากมายเกิดขึ้น โดยหลักๆ ในปี คศ.1876 ได้มีการทดลอง(***ไม่ต้องไปจำ ไม่ออกสอบ) เพื่อที่จะเปรียบเทียบ พลังงานที่ป้อนเข้าในหม้อไอน้ำ เป็นครั้งแรกบนโลก ที่มีการใช้คำว่า Boiler Horsepower ว่าอย่างนั้น การทดลองที่ว่า ได้ถูกทดลอง จนเป็นที่แน่นอนแล้วว่า ในเวลา 1 ชั่วโมง เราสามารถทำให้น้ำที่ 212 F เปลี่ยนไปเป็นไอน้ำหมด ที่ 212 F เช่นกัน…โดยจะใช้น้ำ เป็นจำนวน 34.5 lbs นั่นเอง จึงเป็นที่มาของ 34.5 ปอนด์

          และหลังจากนั้น อีกไม่กี่ปี ASME ได้ให้ คำนิยาม ของ Boiler Horsepower เอาไว้ครั้งแรกเมื่อปี คศ.1884 ว่า มันคือ the thermal output required to evaporate 34.5 lbs/hr of water from and at 212 F นั่นก็แปลเป็นภาษาไทยว่า พิกัด 1 แรงม้าหม้อไอน้ำ คือ พลังงานทางความร้อน ที่เราจะใส่เข้าไป ของหม้อไอน้ำ เพื่อที่จะต้มน้ำ  34.5   ปอนด์ จากอุณหภูมิ   212 F ให้กลายเป็นไอน้ำ ที่อุณหภูมิเดียวกันคือ 212 F ที่ความดันบรรยากาศ ให้หมดหมดภายใน 1 ชั่วโมง
 
โดยที่พิกัด แรงม้าหม้อไอน้ำ หรือ BHP หรือ บางตำราจะเขียน BoHP จะมีค่าเท่ากับ(ไม่มีวิธีอื่น พวกเราต้องจำอย่างเดียว)

          1 ม้าหม้อไอน้ำ (BHP) = 33, 475 BTU   โดยประมาณ
          1 ม้าหม้อไอน้ำ (BHP) = 9.8 kW โดยประมาณ
          1 ม้าหม้อไอน้ำ (BHP) = 34.5 lbs/hr (หรือ) 15.65 kg/hr-ไอน้ำ โดยประมาณ

          ดังนั้น พวกเราจะเห็นได้ว่า พิกัดหม้อไอน้ำ แบบแรงม้าหม้อไอน้ำ มันไม่ได้เกี่ยวข้อง อะไร กับไอน้ำที่ผลิตได้จริงๆเลย เพราะไอน้ำที่ผลิตได้จริง จะต้องไปเทียบเคียง กับประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำเป็นหลัก (คือ input ต่อ output เป็นหลัก) ดั่งพิกัด kW rating หรือ พิกัดแบบ from and at ตามตัวอย่างข้างต้น จะเห็นได้ชัด โดยในบางครั้ง ความเห็นส่วนตัวผู้เขียน อยากใช้คำว่า พิกัดหม้อไอน้ำ เทียบเคียง แรงม้าหม้อไอน้ำ แบบนี้ พวกเราจะได้เข้าใจง่ายกว่านั่นเองครับ

ณัฐพงศ์   ไชยสิทธิ์
วุฒิวิศวกรเครื่องกล วก.958