ในระบบท่อของโรงงาน การรู้ว่าในแต่ละช่วงเวลามีของไหลไหลผ่านมากน้อยแค่ไหนเป็นเรื่องสำคัญ เพราะข้อมูลอัตราการไหลสามารถนำไปใช้ควบคุมกระบวนการผลิต ตรวจสอบการใช้พลังงาน รวมถึงช่วยวิเคราะห์ความผิดปกติของระบบได้
หนึ่งในอุปกรณ์ที่ใช้สำหรับงานนี้มานานและยังพบได้ทั่วไปในโรงงาน คือ Orifice Plate หรือที่เรียกกันว่า แผ่นออริฟิศ
หน้าตาของ Orifice Plate อาจดูเหมือนเป็นเพียงแผ่นโลหะที่มีรูอยู่ตรงกลาง แต่ในการใช้งานจริง ขนาดของรู ตำแหน่งติดตั้ง และวิธีวัดความดันก่อน–หลังแผ่น ล้วนมีผลต่อค่าที่ได้จากระบบวัด
บทความนี้จะอธิบายให้เข้าใจง่ายว่า Orifice Plate คืออะไร ทำงานอย่างไร ใช้กับงานแบบไหน และก่อนเลือกซื้อควรดูข้อมูลอะไรบ้าง
Orifice Plate คืออะไร?
Orifice Plate คือแผ่นโลหะที่มีรูเปิดอยู่ตรงกลาง ใช้สำหรับสร้างความแตกต่างของความดันในระบบท่อ เพื่อนำไปคำนวณหาอัตราการไหลของของไหล
เมื่อนำแผ่น Orifice ไปติดตั้งระหว่างหน้าแปลน ของไหลจะไหลผ่านรูที่มีขนาดเล็กกว่าพื้นที่หน้าตัดของท่อ ทำให้ความเร็วของของไหลบริเวณช่องเปิดเปลี่ยนไป และเกิดความดันแตกต่างระหว่างด้านก่อนและด้านหลังแผ่น
ค่าความดันที่แตกต่างกันนี้เรียกว่า Differential Pressure หรือ ΔP
พูดให้เข้าใจง่ายคือ
ของไหลไหลผ่าน Orifice → ความดันก่อนและหลังแผ่นต่างกัน → วัดค่า ΔP → นำไปคำนวณ Flow Rate
ดังนั้น Orifice Plate เองไม่ได้แสดงค่าอัตราการไหลออกมาโดยตรง แต่ทำหน้าที่เป็น Primary Element ของระบบวัด Flow
หลักการทำงานของ Orifice Plate
หลักการของ Orifice Plate อาศัยความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว ความดัน และพื้นที่หน้าตัดของทางไหล
เมื่อของไหลเดินทางมาตามท่อและเจอกับแผ่น Orifice ช่องทางไหลจะถูกบีบให้แคบลง บริเวณนั้นของไหลจะมีความเร็วเพิ่มขึ้น ขณะเดียวกันความดันจะลดลง
เราจึงสามารถวัดความดันบริเวณก่อนและหลังแผ่นได้
โดยทั่วไปจะเขียนความสัมพันธ์ง่าย ๆ ว่า
ΔP = P₁ − P₂
โดย
- P₁ = ความดันด้าน Upstream
- P₂ = ความดันด้าน Downstream
- ΔP = Differential Pressure
เมื่อได้ค่า ΔP แล้ว ระบบจะนำไปคำนวณร่วมกับข้อมูลอื่น เช่น ขนาดท่อ ขนาดรู Orifice ความหนาแน่นของของไหล และค่า Discharge Coefficient เพื่อหาอัตราการไหล
หมายเหตุ: ค่า ΔP ที่สูงขึ้นไม่ได้หมายความว่า Flow จะเพิ่มขึ้นในสัดส่วนเดียวกันโดยตรง การคำนวณ Flow ของ Orifice มีความสัมพันธ์กับรากที่สองของ Differential Pressure และยังขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของกระบวนการด้วย
Orifice Plate ต้องใช้อุปกรณ์อะไรบ้าง?
เวลาพูดถึง Orifice Plate หลายคนอาจเข้าใจว่าแค่ซื้อแผ่นโลหะมาติดตั้งในท่อก็สามารถวัด Flow ได้เลย แต่ในการใช้งานจริงจะเป็นระบบที่มีอุปกรณ์หลายส่วนทำงานร่วมกัน
Orifice Plate
เป็นแผ่นที่มีรูตรงกลาง ทำหน้าที่สร้างความแตกต่างของความดัน
Flange หรือ Orifice Carrier
ใช้สำหรับติดตั้งและยึดแผ่น Orifice เข้ากับระบบท่อ
Pressure Tap
เป็นจุดรับแรงดันจากด้านก่อนและหลัง Orifice
Differential Pressure Transmitter
รับค่าความดันจากทั้งสองด้านแล้ววัดค่า Differential Pressure
Flow Calculation
ค่าที่ได้จาก DP Transmitter จะถูกนำไปคำนวณเป็นอัตราการไหล โดยอาจแสดงผลเป็นหน่วย เช่น m³/h, L/min, kg/h หรือ Nm³/h ตามลักษณะของระบบ
เพราะฉะนั้น หากต้องการออกแบบระบบ Orifice Flow Measurement ให้ใช้งานได้จริง ควรมองทั้งชุด ไม่ใช่เลือกเฉพาะตัวแผ่น Orifice อย่างเดียว
สูตรคำนวณ Flow ของ Orifice Plate
สูตรที่ใช้ในการคำนวณมีรายละเอียดค่อนข้างมาก เพราะต้องพิจารณาปัจจัยของของไหลและรูปแบบการติดตั้งร่วมด้วย
สมการพื้นฐานที่มักใช้ในการอธิบายหลักการคือ
Q = Cᵈ Aₒ √[2ΔP / ρ(1−β⁴)]
ตัวแปรสำคัญ ได้แก่
- Q = อัตราการไหล
- Cᵈ = Discharge Coefficient
- Aₒ = พื้นที่รู Orifice
- ΔP = Differential Pressure
- ρ = ความหนาแน่นของของไหล
- β = อัตราส่วนระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางรู Orifice กับเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ
ส่วนพื้นที่ของรู Orifice สามารถเขียนได้ว่า
Aₒ = πd² / 4
และ
β = d / D
โดย d คือเส้นผ่านศูนย์กลางรู Orifice และ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ
ในการออกแบบจริงจึงไม่ควรใช้เพียงสูตรพื้นฐานแล้วเลือกขนาดรูทันที แต่ต้องพิจารณาเงื่อนไขการใช้งานและมาตรฐานที่เกี่ยวข้องด้วย
ติดตั้ง Orifice Plate ต้องมีท่อตรงไหม?
มีความสำคัญมาก
ก่อนและหลัง Orifice Plate ควรมีระยะท่อตรงตามข้อกำหนดของมาตรฐานและรูปแบบของระบบ เพราะอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้กับ Orifice เช่น Elbow, Tee, Valve หรืออุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการหมุนวนของของไหล สามารถส่งผลต่อรูปแบบการไหลและความแม่นยำของการวัดได้
ในภาพตัวอย่างของระบบจะเห็นการระบุระยะ 10D ก่อน Orifice และ 5D หลัง Orifice ซึ่งเป็นตัวอย่างรูปแบบการติดตั้งที่ใช้เพื่ออธิบายเรื่อง Straight Run
อย่างไรก็ตาม ไม่ควรนำตัวเลข 10D และ 5D ไปใช้กับทุกหน้างานโดยอัตโนมัติ เพราะระยะที่ต้องการจริงขึ้นอยู่กับรูปแบบของท่อ อุปกรณ์ที่อยู่ก่อนหน้า ลักษณะการวัด และข้อกำหนดของมาตรฐานที่เลือกใช้
หากเป็นงานที่ต้องการความแม่นยำ ควรตรวจสอบ Installation Requirement ตามมาตรฐานและเงื่อนไขของหน้างานก่อนติดตั้ง
Orifice Plate ใช้กับอะไรได้บ้าง?
ข้อดีอย่างหนึ่งของระบบ Orifice คือสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับของไหลหลายประเภท หากออกแบบและเลือกวัสดุอย่างเหมาะสม
ตัวอย่างงานที่พบได้ เช่น
ระบบน้ำ
ใช้วัดอัตราการไหลของน้ำในระบบ Process Water, Cooling Water และระบบสาธารณูปโภคของโรงงาน
น้ำมันและก๊าซ
ใช้ในระบบ Oil & Gas โดยต้องพิจารณาคุณสมบัติของของไหล รวมถึง Pressure และ Temperature ของกระบวนการ
ระบบไอน้ำ
สามารถใช้ในงานวัด Steam Flow ซึ่งพบได้ในโรงงานที่มี Boiler และระบบ Steam Distribution
โรงไฟฟ้าและโรงงานอุตสาหกรรม
ใช้ตรวจสอบและควบคุม Flow ในระบบต่าง ๆ ภายในกระบวนการผลิต
อุตสาหกรรมเคมี
สามารถใช้กับกระบวนการที่มีของเหลวหรือก๊าซหลายประเภท แต่ต้องเลือกวัสดุของ Orifice ให้เหมาะกับสารที่ใช้งาน
ข้อดีของ Orifice Plate
เหตุผลที่ Orifice Plate ยังเป็นตัวเลือกที่พบได้บ่อยในงานอุตสาหกรรม มีหลายเรื่องด้วยกัน
โครงสร้างไม่ซับซ้อน
ตัวแผ่นไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว จึงไม่ต้องกังวลเรื่องกลไกภายในแบบ Flow Meter บางประเภท
ต้นทุนของ Primary Element ไม่สูง
เมื่อเทียบกับระบบวัด Flow บางชนิด ตัวแผ่น Orifice มีโครงสร้างค่อนข้างเรียบง่าย
ใช้งานได้กับของไหลหลายประเภท
สามารถนำไปใช้กับน้ำ ก๊าซ ไอน้ำ และของไหลในกระบวนการต่าง ๆ ได้เมื่อออกแบบอย่างเหมาะสม
มีมาตรฐานอ้างอิงชัดเจน
งาน Orifice Flow Measurement สามารถออกแบบโดยอ้างอิงมาตรฐานสากล เช่น ISO 5167 และ ASME MFC-3M
ข้อจำกัดของ Orifice Plate
แน่นอนว่า Orifice Plate ก็มีข้อจำกัดที่ต้องรู้ก่อนนำไปใช้
เกิด Pressure Loss
การลดพื้นที่ทางไหลทำให้เกิดการสูญเสียความดันในระบบ ซึ่งควรนำไปพิจารณาตั้งแต่ขั้นตอนออกแบบ
การติดตั้งมีผลต่อความแม่นยำ
หากติดตั้งไม่ถูกต้อง หรือมี Flow Disturbance ก่อนถึง Orifice มากเกินไป ค่าที่วัดได้อาจคลาดเคลื่อนจากที่ต้องการ
ต้องเลือกขนาดรูให้เหมาะกับ Flow
รูที่เล็กหรือใหญ่เกินไปอาจทำให้ช่วง Differential Pressure ไม่เหมาะกับระบบวัด ดังนั้นควรคำนวณจาก Flow Min, Normal และ Max ก่อนเลือกขนาด
ต้องเลือกวัสดุให้เหมาะกับของไหล
โดยเฉพาะงานที่มีสารเคมี อุณหภูมิสูง หรือสภาวะที่มีการกัดกร่อน
วิธีเลือก Orifice Plate สำหรับโรงงาน
ถ้าต้องการสั่งทำหรือเลือก Orifice Plate ให้ตรงกับหน้างาน แนะนำให้เตรียมข้อมูลเหล่านี้ให้ครบ
ขนาดท่อ
เช่น DN50, DN100, DN200 หรือระบุเป็น NPS ตามมาตรฐานของระบบ
Flow Rate
ควรแจ้งอย่างน้อย
- Minimum Flow
- Normal Flow
- Maximum Flow
ข้อมูลส่วนนี้ช่วยในการกำหนดขนาดรูและช่วงการวัดได้เหมาะสมขึ้น
Pressure
ควรแจ้งทั้ง Operating Pressure และข้อมูล Pressure ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ
Temperature
อุณหภูมิของของไหลมีผลต่อความหนาแน่นและการเลือกวัสดุ
ชนิดของของไหล
เช่น
- Water
- Steam
- Air
- Gas
- Oil
- Chemical
Material
ระบุวัสดุที่ต้องการหรือเงื่อนไขด้านการกัดกร่อนของหน้างาน
Pressure Class / Flange Rating
เช่น PN16, PN25 หรือ Class 150, Class 300 ตามระบบที่ใช้งาน
Differential Pressure ที่ต้องการ
ข้อมูลนี้มีความสำคัญต่อการเลือกช่วงของ DP Transmitter และการออกแบบระบบวัด
Orifice Plate เหมาะกับโรงงานแบบไหน?
หากโรงงานมีระบบท่อที่ต้องการวัด Flow และมีเงื่อนไขการติดตั้งที่เหมาะสม Orifice Plate ก็เป็นอีกทางเลือกที่น่าสนใจ โดยเฉพาะงานที่ต้องการระบบวัดแบบ Differential Pressure
ตัวอย่างเช่น
โรงงานอาหาร → วัดน้ำหรือของไหลในกระบวนการ
โรงงานเคมี → วัด Flow ของของเหลวหรือก๊าซ
โรงงานผลิตไฟฟ้า → วัด Steam และระบบน้ำ
ระบบ Boiler → ตรวจสอบ Steam Flow
ระบบ Compressed Air → ตรวจสอบการใช้ลม
ระบบ Oil & Gas → ใช้วัด Flow ตามเงื่อนไขของกระบวนการ
ทั้งนี้ควรเลือกอุปกรณ์ให้เหมาะกับคุณสมบัติของของไหลและมาตรฐานที่โครงการกำหนด
มาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับ Orifice Plate
สำหรับงานที่ต้องการอ้างอิงมาตรฐานสากล ISO 5167 เป็นมาตรฐานสำคัญสำหรับการวัด Flow ด้วยวิธี Differential Pressure
โดย ISO 5167-1 กล่าวถึงหลักการและข้อกำหนดทั่วไป ส่วน ISO 5167-2 ครอบคลุมเรื่อง Orifice Plates โดยเฉพาะ
นอกจากนี้ยังมี ASME MFC-3M ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวัดการไหลในท่อโดยใช้ Orifice, Nozzle และ Venturi
การเลือกมาตรฐานควรดูตามข้อกำหนดของโครงการ ลูกค้า และลักษณะงาน ไม่ควรเลือกมาตรฐานจากชื่อเพียงอย่างเดียว
Orifice Plate ต่างจาก Flow Meter อย่างไร?
คำถามนี้ลูกค้ามักถามกันบ่อย
Orifice Plate เป็นตัวสร้างความแตกต่างของความดัน หรือ Primary Element
ขณะที่ Flow Meter ในความหมายทั่วไปมักหมายถึงอุปกรณ์ที่ใช้วัดและแสดงผลอัตราการไหล
สำหรับระบบ Orifice Flow Measurement จะต้องมีการวัด Differential Pressure แล้วนำค่าที่ได้ไปคำนวณเป็น Flow Rate
จึงสามารถมองภาพรวมได้ว่า
Orifice Plate → Pressure Tap → DP Transmitter → Flow Calculation → Flow Rate
ดังนั้น Orifice Plate กับ DP Transmitter จึงเป็นคนละส่วนกัน แต่ต้องทำงานร่วมกันเพื่อให้ได้ค่าการไหล
สรุป Orifice Plate
Orifice Plate คือแผ่นโลหะที่มีรูเปิดสำหรับสร้างความแตกต่างของความดันในระบบท่อ จากนั้นนำค่า Differential Pressure ที่ได้ไปใช้คำนวณอัตราการไหล
จุดเด่นของ Orifice Plate อยู่ที่โครงสร้างเรียบง่าย ไม่มีชิ้นส่วนเคลื่อนไหว และสามารถนำไปใช้กับงานวัดน้ำ ก๊าซ ไอน้ำ น้ำมัน และของไหลในกระบวนการอุตสาหกรรมได้หลากหลาย
อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ไม่ควรมองข้ามคือ การเลือกขนาดรู การเลือกวัสดุ ตำแหน่ง Pressure Tap ระยะท่อตรง และเงื่อนไขของกระบวนการ เพราะทั้งหมดมีผลต่อประสิทธิภาพของระบบวัด
หากมีข้อมูลหน้างาน เช่น ขนาดท่อ, Flow Rate, Pressure, Temperature และชนิดของของไหล ก็สามารถนำข้อมูลเหล่านี้มาใช้ในการเลือกและออกแบบ Orifice Plate ให้เหมาะกับระบบได้
หากกำลังหา Orifice Plate สำหรับระบบวัด Flow ในโรงงาน?
ส่งข้อมูล ขนาดท่อ / Flow Rate / Pressure / Temperature / ชนิดของของไหล / Pressure Class มาให้ทีมงาน Pinpoint Instrument ช่วยตรวจสอบสเปกและแนะนำรูปแบบที่เหมาะกับหน้างานได้
📞 089-612-8998 | 095-369-5694
💬 LINE: @PINPOINTT
🌐 www.pinpointinstrument.co.th
