การเลือกใช้งานน้ำมันถ่ายเทความร้อน

น้ำมันถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer Oil) คือ ของเหลวที่ถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในระบบถ่ายเทความร้อน โดยหน้าที่หลักของน้ำมันชนิดนี้คือการส่งผ่านความร้อนจากแหล่งกำเนิด เช่น หม้อต้มความร้อน ไปยังพื้นที่หรืออุปกรณ์ที่ต้องการพลังงานความร้อน เช่น เครื่องอบ, เตาเผา, หรือถังเก็บของเหลวในอุตสาหกรรมต่างๆ

อาจจะถูกเรียกว่า “Hot Oil” หรือ “Thermal Oil” เป็นส่วนสำคัญในกระบวนการถ่ายเทความร้อนในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมพลาสติก เคมีภัณฑ์ อาหาร และพลังงาน โดยน้ำมันชนิดนี้ถูกออกแบบมาเพื่อให้สามารถนำพาความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในบทความนี้ เราจะมาทำความเข้าใจถึงลักษณะพิเศษ คุณสมบัติที่สำคัญ และปัจจัยที่ควรพิจารณาในการเลือกใช้น้ำมันถ่ายเทความร้อน เพื่อช่วยให้คุณสามารถเลือกผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมกับความต้องการของกระบวนการผลิตได้

1. ส่งผ่านความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพ
น้ำมันถ่ายเทความร้อนมีคุณสมบัติในการดูดซับและส่งผ่านพลังงานความร้อนได้อย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ

2. ควบคุมอุณหภูมิในกระบวนการผลิต
ระบบถ่ายเทความร้อนที่ใช้น้ำมันช่วยรักษาอุณหภูมิให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมตามความต้องการของกระบวนการผลิต

3. รองรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง
น้ำมันถ่ายเทความร้อนสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงโดยไม่เสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและยืดอายุการใช้งานของระบบ

ระบบถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer System) คือกระบวนการที่ใช้เพื่อส่งผ่านความร้อนจากแหล่งกำเนิดไปยังจุดที่ต้องการความร้อนในกระบวนการผลิตหรือใช้งาน โดยอาศัยตัวกลางในการนำความร้อน เช่น น้ำมันถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer Oil) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในระบบ โดยหลักการทำงานของระบบถ่ายเทความร้อนมีขั้นตอนสำคัญดังนี้:

1. การสร้างความร้อน (Heat Generation)
ความร้อนถูกสร้างขึ้นจากแหล่งกำเนิด เช่น หม้อต้มความร้อน (Thermal Oil Heater) หรือหม้อต้มน้ำมันร้อน ซึ่งใช้เชื้อเพลิง เช่น ก๊าซธรรมชาติ, น้ำมันเชื้อเพลิง, ไฟฟ้า หรือพลังงานอื่นๆ ในการสร้างพลังงานความร้อนที่จำเป็นสำหรับกระบวนการ

2. การส่งผ่านความร้อน (Heat Transfer)
หลังจากสร้างความร้อน แหล่งกำเนิดจะถ่ายโอนความร้อนไปยังตัวกลางถ่ายเทความร้อน (เช่น น้ำมันถ่ายเทความร้อน) โดยตัวกลางนี้จะดูดซับความร้อนจากหม้อต้มและส่งผ่านความร้อนไปยังระบบอื่นๆ ผ่านท่อหรือปั๊มหมุนเวียน

• • ตัวกลางถ่ายเทความร้อน: น้ำมันถ่ายเทความร้อนถูกเลือกใช้เพราะมีคุณสมบัติในการดูดซับและส่งผ่านความร้อนที่มีประสิทธิภาพ สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงและลดการสูญเสียพลังงานในกระบวนการ
  • การหมุนเวียน (Circulation): ปั๊มน้ำมัน (Heat Transfer Oil Pump) ทำหน้าที่หมุนเวียนน้ำมันถ่ายเทความร้อนให้ไหลเวียนในระบบอย่างต่อเนื่อง

3. การส่งความร้อนสู่ปลายทาง (Heat Utilization)
น้ำมันถ่ายเทความร้อนที่มีอุณหภูมิสูงจะไหลเข้าสู่เครื่องจักรหรืออุปกรณ์ที่ต้องการความร้อน เช่น เครื่องอบ, เตาเผา, หรือเครื่องกดร้อน (Hot Press Machine)

• • ในอุปกรณ์ปลายทางนี้ น้ำมันจะปล่อยความร้อนเพื่อใช้งาน เช่น การอบแห้ง, การอุ่น, การหลอม หรือการควบคุมอุณหภูมิในกระบวนการผลิต

4. การระบายความร้อน (Heat Rejection)
เมื่อความร้อนในน้ำมันถ่ายเทไปยังอุปกรณ์ปลายทางแล้ว น้ำมันจะเย็นลงและถูกส่งกลับไปยังหม้อต้มความร้อนเพื่อรับความร้อนใหม่ในรอบถัดไป

• • ระบบแบบปิด (Closed System): น้ำมันจะหมุนเวียนอยู่ในระบบปิดโดยไม่สูญเสียปริมาณ และลดโอกาสการปนเปื้อนจากภายนอก
  • ระบบแบบเปิด (Open System): น้ำมันอาจสัมผัสกับอากาศในบางจุด ซึ่งอาจทำให้เกิดการระเหยหรือการปนเปื้อน

5. การควบคุมอุณหภูมิ (Temperature Control)
ในระบบถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ จะมีการควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำผ่านเซนเซอร์หรืออุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิ (Thermostat) เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการผลิตดำเนินไปในอุณหภูมิที่เหมาะสมและคงที่

VDO อธิบายการทำงานของระบบน้ำมันถ่ายเทความร้อน ที่มา : Pirobloc

ระบบถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer System) ทำงานโดยใช้ชุดอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อสร้างและควบคุมการส่งผ่านความร้อนไปยังส่วนต่างๆ ของระบบ กระบวนการนี้ต้องใช้อุปกรณ์หลักเพื่อให้มั่นใจว่าการถ่ายเทความร้อนมีประสิทธิภาพและปลอดภัย

1. หม้อต้มความร้อน (Thermal Oil Heater) :

• • เป็นอุปกรณ์หลักที่ทำหน้าที่สร้างความร้อนให้กับน้ำมันถ่ายเทความร้อน (Heat Transfer Oil)
  • แหล่งพลังงานความร้อนอาจมาจากการใช้เชื้อเพลิง เช่น ก๊าซธรรมชาติ น้ำมันเชื้อเพลิง หรือไฟฟ้า
  • น้ำมันที่ไหลผ่านหม้อต้มจะได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด ก่อนที่จะถูกส่งต่อไปยังอุปกรณ์ปลายทางในระบบ

ลักษณะการทำงาน: เชื้อเพลิงเผาไหม้ในหม้อต้ม สร้างพลังงานความร้อนที่ถ่ายเทเข้าสู่น้ำมัน น้ำมันถูกทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นภายใต้การควบคุมอย่างแม่นยำ เพื่อป้องกันการเกิด Overheating ซึ่งอาจทำให้น้ำมันเสื่อมสภาพ

2. ปั๊มน้ำมันถ่ายเทความร้อน (Circulation Pump)

• • ทำหน้าที่ส่งน้ำมันถ่ายเทความร้อนที่ถูกทำให้ร้อนจากหม้อต้มไปยังอุปกรณ์ปลายทาง เช่น เครื่องอบ, เครื่องกดร้อน หรือเตาเผา

ลักษณะการทำงาน: ปั๊มจะดูดน้ำมันที่ผ่านการให้ความร้อนจากหม้อต้ม และหมุนเวียนน้ำมันให้ไหลไปตามท่อ ความเร็วในการไหลเวียนถูกปรับให้เหมาะสมกับกระบวนการผลิต เพื่อให้เกิดการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ

3. ท่อส่งน้ำมัน (Piping)

• • ทำหน้าที่นำพาน้ำมันถ่ายเทความร้อนไปยังอุปกรณ์ปลายทาง และส่งน้ำมันที่เย็นกลับมายังหม้อต้มความร้อนเพื่อทำการหมุนเวียนใหม่

ลักษณะการทำงาน: ท่อถูกออกแบบให้ทนต่อแรงดันและอุณหภูมิสูง รวมถึงป้องกันการรั่วซึม มีการใช้ฉนวนกันความร้อน (Insulation) หุ้มรอบท่อเพื่อลดการสูญเสียพลังงานความร้อนระหว่างการขนส่ง

4. ตัวควบคุมอุณหภูมิ (Temperature Controller)

• • ตัวควบคุมอุณหภูมิทำหน้าที่รักษาอุณหภูมิของน้ำมันถ่ายเทความร้อนให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมกับกระบวนการ
  • ป้องกันอุณหภูมิที่สูงหรือต่ำเกินไปซึ่งอาจส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์หรือความปลอดภัยของระบบ

ลักษณะการทำงาน: ใช้เซนเซอร์วัดอุณหภูมิในระบบ (Temperature Sensor) เพื่อตรวจจับอุณหภูมิของน้ำมัน เมื่ออุณหภูมิสูงเกินกำหนด ระบบจะลดความร้อน หรือหยุดการทำงานของหม้อต้ม หากอุณหภูมิต่ำเกินไป ตัวควบคุมจะสั่งให้หม้อต้มเพิ่มความร้อน

1. ลดการใช้พลังงาน: น้ำมันสามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยลดความต้องการพลังงานในระบบ

2. ใช้งานในอุณหภูมิที่กว้าง: น้ำมันถ่ายเทความร้อนสามารถทำงานได้ในอุณหภูมิที่หลากหลาย ทั้งอุณหภูมิสูงและต่ำ

3. การบำรุงรักษาน้อย: หากใช้น้ำมันที่เหมาะสมและระบบที่ถูกต้อง จะช่วยลดความถี่ในการบำรุงรักษา

1. การเสื่อมสภาพของน้ำมัน: น้ำมันอาจเสื่อมสภาพหากใช้งานในอุณหภูมิที่เกินขีดจำกัด หรือในระบบที่ไม่ได้ปิดสนิท

2. การปนเปื้อน: ควรระวังไม่ให้น้ำหรือสิ่งสกปรกเข้าสู่น้ำมัน เพราะจะลดประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อน

3. การเลือกน้ำมันที่ไม่เหมาะสม: การเลือกน้ำมันที่ไม่เหมาะสมอาจส่งผลให้ระบบทำงานไม่เต็มประสิทธิภาพ หรือเกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์

น้ำมันถ่ายเทความร้อนถูกออกแบบให้สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงต่อเนื่องได้โดยไม่เสื่อมสภาพเร็วเกินไป รวมถึงมีคุณสมบัติที่ช่วยลดการเกิดออกซิเดชันและการสลายตัวที่อุณหภูมิสูง ดังนี้คือคุณสมบัติพิเศษที่ควรทราบ:

1. ความคงตัวทางความร้อน (Thermal Stability) น้ำมันถ่ายเทความร้อนที่ดีควรมีความคงตัวทางความร้อนสูง สามารถทนต่อการใช้งานในอุณหภูมิที่สูงต่อเนื่องได้โดยไม่เกิดการเสื่อมสภาพ เช่น การเปลี่ยนสี การเกิดตะกอน หรือการเปลี่ยนแปลงของความหนืด

2. การถ่ายเทความร้อนที่ดี (High Thermal Conductivity) น้ำมันควรสามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อให้ความร้อนถูกกระจายไปยังพื้นที่ที่ต้องการได้อย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ

3. ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน (Oxidation Resistance) คุณสมบัตินี้ช่วยป้องกันการเกิดคราบสกปรกและตะกอนในระบบความร้อน ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาของน้ำมันกับออกซิเจนในอากาศ

4. ความปลอดภัยในการใช้งาน (Safety) น้ำมันถ่ายเทความร้อนควรมีจุดวาบไฟ (Flash Point) และจุดเดือด (Boiling Point) ที่เหมาะสม เพื่อป้องกันการเกิดอุบัติเหตุที่อาจเกิดจากการเผาไหม้หรือการระเหย

การเลือกน้ำมันถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสมจำเป็นต้องพิจารณาคุณสมบัติต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. อุณหภูมิการทำงาน (Operating Temperature Range)
น้ำมันถ่ายเทความร้อนแต่ละชนิดมีช่วงอุณหภูมิการทำงานที่เหมาะสม ดังนั้นควรเลือกชนิดที่รองรับอุณหภูมิสูงสุดและต่ำสุดของระบบได้ เช่น: 

• • สำหรับระบบที่ใช้อุณหภูมิต่ำกว่า 200°C หรืออุณหภูมิไม่สูงมาก สามารถเลือกใช้เป็นน้ำมันถ่ายเทความร้อนเกรดน้ำมันแร่ (Mineral Oil) ซึ่งมีราคาประหยัดกว่าน้ำมันชนิดเกรดสังเคราะห์ มีอายุการใช้งานของน้ำมันอยู่ที่ระหว่าง 4-6 ปีต่อการเปลี่ยนถ่าย ในหลายกรณีน้ำมันถ่ายเทความร้อนสามารถใช้งานได้เกิน 300°C ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานและปัจจัยแวดล้อมอื่นๆโปรดปรึกษาผู้ผลิตหรือตัวแทนจำหน่ายเพื่อรับคำแนะนำ
  • สำหรับระบบที่ต้องการอุณหภูมิสูง (200-400°C) ควรเลือกน้ำมันถ่ายเทความร้อนเกรดน้ำมันสังเคราะห์ (Synthetic Oil) ซึ่งมีความต้านทานการเสื่อมสภาพที่อุณหภูมิสูงได้ดีกว่า และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าโดยเฉลี่ยอายุการใช้งานจะอยู่ที่ มากกว่า 6 ปี ต่อการเปลี่ยนถ่าย จะคุ้มค่ากว่าในระยะยาวตลอดอายุการใช้งาน

2. ความหนืด (Viscosity)
น้ำมันที่มีความหนืดเหมาะสมในช่วงอุณภูมิต่างๆ ช่วยให้การไหลเวียนของน้ำมันในระบบเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ หากน้ำมันหนืดเกินไป อาจทำให้ระบบสูญเสียพลังงานจากการสูบหมุนเวียน

3. จุดวาบไฟ (Flash Point)
จุดวาบไฟควรสูงกว่าอุณหภูมิการทำงานของระบบ เพื่อความปลอดภัยและลดความเสี่ยงในการเกิดการลุกไหม้

4. ความสามารถในการต้านทานการสลายตัว (Thermal Decomposition)
น้ำมันที่ดีควรทนต่อการสลายตัวเมื่อใช้งานในอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง โดยไม่ทำให้เกิดสารตกค้างที่อาจก่อให้เกิดปัญหาในระบบ

5. ความต้านทานต่อการเกิดฟอง (Foaming Resistance)
น้ำมันที่เกิดฟองมากอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนและอาจสร้างปัญหาต่อการทำงานของปั๊มหรือระบบหมุนเวียน

6. ระบบการถ่ายเทความร้อน
ระบบถ่ายเทความร้อนแบบปิด (Closed system) หรือแบบเปิด (Closed system) มีผลโดยตรงต่อการเลือกใช้น้ำมันถ่ายเทความร้อน เนื่องจากแต่ละระบบมีเงื่อนไขและข้อกำหนดที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติของน้ำมันที่เหมาะสม

การเลือกน้ำมันถ่ายเทความร้อนที่เหมาะสมต้องพิจารณาคุณสมบัติและข้อกำหนดเฉพาะของระบบที่ใช้งาน เพื่อให้การถ่ายเทความร้อนมีประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งมีผลต่อความเสถียรของการทำงานในระยะยาว

ทั้งนี้ ระบบการถ่ายเทความร้อนแบบปิดหรือแบบเปิดยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติของน้ำมันที่ต้องใช้ การเลือกระบบและน้ำมันที่เหมาะสมไม่เพียงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อน แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานของระบบ ลดค่าใช้จ่าย และเพิ่มความปลอดภัยในการทำงานอีกด้วย

ตัวอย่างข้อมูลรายละเอียดคุณสมบัติจำเพาะ น้ำมันถ่ายเทความร้อน HITEMP 500

ระบบถ่ายเทความร้อนแบบปิด (Closed System) และระบบแบบเปิด (Open System) เป็นสองรูปแบบการออกแบบที่แตกต่างกันซึ่งมีข้อดีและข้อเสียเฉพาะตัว การเลือกใช้งานระบบเหล่านี้มักขึ้นอยู่กับประเภทของอุตสาหกรรมหรือกระบวนการที่ต้องการถ่ายเทความร้อน โดยแต่ละระบบมีลักษณะการทำงานและข้อกำหนดที่ส่งผลต่อการเลือกน้ำมันถ่ายเทความร้อนแตกต่างกัน ดังนี้:

ข้อแตกต่างของระบบถ่ายเทความร้อนแบบปิดและแบบเปิด

1. ระบบแบบปิด (Closed System):

• • เป็นระบบที่น้ำมันถ่ายเทความร้อนหมุนเวียนอยู่ในท่อหรือถังปิดสนิท ป้องกันการสัมผัสกับอากาศภายนอก
  • ใช้ในงานที่ต้องการควบคุมอุณหภูมิและแรงดันอย่างแม่นยำ รวมถึงลดการสูญเสียน้ำมันจากการระเหยและการเกิดออกซิเดชัน
  • เหมาะสำหรับกระบวนการที่ต้องการความเสถียรและความปลอดภัยสูง เช่น อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรมพลาสติก การผลิตพลังงาน หรือการแปรรูปอาหารในโรงงานขนาดใหญ่

การใช้งานในอุตสาหกรรมสำหรับระบบถ่ายเทความร้อนแบบปิด :

• • มักถูกใช้ในอุตสาหกรรมที่มีความต้องการควบคุมอุณหภูมิสูงและต่อเนื่อง เช่น อุตสาหกรรมปิโตรเคมี การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานความร้อน และอุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์พลาสติก
  • ใช้ในงานที่มีข้อกำหนดความปลอดภัยสูง เช่น การถ่ายเทความร้อนในเตาเผา หรือระบบหม้อต้มความร้อนที่ต้องการป้องกันการสูญเสียน้ำมันจากการระเหย

2. ระบบแบบเปิด (Open System):

• • น้ำมันถ่ายเทความร้อนในระบบเปิดมักสัมผัสกับอากาศหรืออาจปะทะกับอากาศภายนอกในบางส่วน
  • ระบบนี้มักพบในงานที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูงในเรื่องของการควบคุมอุณหภูมิ และมักใช้อุณหภูมิที่ไม่สูงมาก
  • เหมาะสำหรับงานในอุตสาหกรรมที่กระบวนการผลิตต้องสัมผัสกับสภาพแวดล้อมโดยตรง เช่น ระบบถังผสม การอุ่นเครื่องจักร หรือในกระบวนการผลิตอาหารบางประเภทที่ต้องสัมผัสกับอากาศ

การใช้งานในอุตสาหกรรมสำหรับระบบถ่ายเทความร้อนแบบเปิด :

• • พบในอุตสาหกรรมอาหาร เช่น การทำอาหารที่ต้องใช้อุณหภูมิในการอุ่นหรือการหลอมไขมัน
  • ใช้ในงานที่ต้องการความยืดหยุ่น เช่น การหลอมโลหะที่ไม่ต้องการควบคุมอุณหภูมิอย่างละเอียด หรือกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการระเหยของความชื้น

ความแตกต่างระหว่างระบบปิดและระบบเปิดไม่ได้มีผลต่อการออกแบบกระบวนการเพียงอย่างเดียว แต่ยังมีผลต่อการเลือกน้ำมันถ่ายเทความร้อนด้วย เนื่องจากน้ำมันที่ใช้ในแต่ละระบบต้องตอบสนองต่อความต้องการเฉพาะของระบบ เช่น ความทนทานต่อออกซิเดชันในระบบเปิด หรือความเสถียรทางความร้อนในระบบปิด การพิจารณารูปแบบของระบบร่วมกับข้อกำหนดของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องจึงเป็นสิ่งสำคัญในการตัดสินใจเลือกใช้น้ำมันที่เหมาะสมที่สุด