การเลือกปั๊มในงานแต่งแร่   นายชาตินัย ชูสาย   กลุ่มแต่งแร่ฯ สอพ.

	การเลือกปั๊มในงานแต่งแร่ โดยนายชาตินัย ชูสาย  การเลือกปั๊มในงานแต่งแร่ ปั๊มสำหรับโรงบดแร่ หน้าที่สำคัญของปั๊มคือการขนถ่ายแร่จากเครื่องบดไปยังไซโคลน หรือตะแกรง โดยทั่วไปมักใช้ปั๊มหอยโข่งเพื่อลำเลียงของเหลวที่มีปริมาณของแข็งอยู่ 30-65%โดยน้ำหนัก (30-65 % solid by weight) โดยแร่มีขนาดอนุภาคใหญ่ที่สุดประมาณ 20 เมช จนถึง 1-2 นิ้ว นอกจากนี้ยังมีสิ่งแปลกปลอมอยู่เช่น เศษไม้ ลูกบดโลหะ หรือชิ้นส่วนอื่น ๆ ซึ่งจะทำให้เกิดการเสียดสีกับชิ้นส่วนของปั๊มและก่อให้เกิดความเสียหายแก่ปั๊มได้ เพื่อป้องกันปัญหาการกัดกร่อนของปั๊มควรมีการป้องกันสิ่งแปลกปลอมผ่านเข้าสู่ปั๊มโดยติดตั้งอุปกรณ์ดักจับหรือตะแกรงก่อนจะสูบของเหลวเข้าสู่ปั๊ม ซึ่งเป็นวิธีที่ควรดำเนินการในกรณีการสูบของเหลวที่มีสิ่งแปลกปลอมอย่างอื่น เพราะชิ้นส่วนอุปกรณ์ต่าง ๆ ในปั๊มส่วนมากทำมาจากโลหะ ซึ่งง่ายต่อการขัดสีและกัดกร่อน ในขณะที่อุปกรณ์ดักจับสิ่งแปลกปลอมสามารถถอดมาซ่อมบำรุงได้ง่ายกว่า นอกจากนี้การติดตั้งยางหุ้มชิ้นส่วนในปั๊มเช่น ห้องสูบและใบพัด ยังช่วยในการป้องกันการสึกหรอได้ มีตัวอย่างการใช้แผ่นยางบุชิ้นส่วนของปั๊มจากผู้ผลิตปั๊มบางรายพบว่าการรองแผ่นยางหนา 2-4 นิ้วช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของปั๊มและลดค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนชิ้นส่วนต่าง ๆ รวมถึงการลดการประกอบปั๊มใหม่อีกครั้งภายหลังการซ่อมบำรุง นอกจากนี้ในงานโรงบดแร่ยังมีแง่ดีเชิงเศรษฐศาสตร์ ซึ่งนอกจากช่วยเพิ่มอายุงานดังที่กล่าวแล้ว การใช้แผ่นยางบุผนังปั๊มยังช่วยในการกำหนดตารางการซ่อมบำรุงได้แม่นยำอีกด้วย ปั๊มในงานโรงบดมักจะมีความสามรถในการสูบของเหลวในอัตรา 100-1,000 แกลลอน/นาที ที่ TDH (Total Dynamic Head) ประมาณ 25-125 ฟุต และของเหลวโดยส่วนใหญ่มีความหนาแน่นประมาณ 1.8 สำหรับ TDH ที่มีช่วงต่ำ ๆ จะพบในโรงแต่งแร่ทองแดงในเขตตะวันตกเฉียงใต้ของสหรัฐอเมริกา และโรงแต่งแร่เหล็กในเขตภาคกลางตอนเหนือของสหรัฐอเมริกาและแคนาดาจะใช้ค่า TDH สูง ซึ่งค่า TDH นอกจากจะคำนวณจากความสูญเสียทางศักย์ของการขนส่งและสัมประสิทธิ์ความเสียดทานของการไหลแล้ว ยังรวมถึงแรงดันต่าง ๆ ทั้งในไซโคลน ซึ่ง TDH สัมพันธ์กับความเร็วรอบของปั๊มและอัตราการสึกหรอของปั๊ม การลดลงของ TDH ยังขึ้นกับลักษณะเฉพาะของการใช้งานและอายุการใช้งานของปั๊มด้วย ปั๊มที่ลำเลียงของไหลจากโรงบดแร่ ควรมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่เพื่อให้ความเร็วรอบในการหมุนใบพัดต่ำ เพื่อลดการเสียดสีภายในปั๊มโดยควรมีค่าต่ำกว่า 5,000 ฟุต/นาที แต่อย่างไรก็ตามขนาดของปั๊มไม่ควรมีขนาดโตกว่าขนาดใหญ่สุดในช่วงการผลิตที่มีประสิธิภาพสูงสุดจากข้อมูลในตารางประสิทธิภาพของปั๊ม การใช้ปั๊มที่มี % BEP Flow ต่ำกว่า 40 (จากตารางคู่มือ) จะลดอายุการใช้งานของลูกปืนซึ่งขึ้นกับขนาดใบพัดและลักษณะการใช้งาน ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างการคำนวณเพื่อตัดสินใจเลือกใช้ปั๊มให้เหมาะกับลักษณะงานในการบดแร่ เพื่อสูบไปยังไซโคลน ตัวอย่าง : ปั๊มในงานบดแร่มีข้อมูลสมมติดังนี้ a) 150 tph solids b) ความถ่วงจำเพาะของของแข็ง = 4.0 c) อนุภาคมีขนาดใหญ่สุด 20 เมช d) 45 % solid by weight e) ความดันที่ทางเข้าไซโคลน = 5 psi f) ความสูงบ่อพัก 6 ฟุต ระดับของเหลวอยู่เหนือตำแหน่งปั๊ม g) ท่อสูบติดผนังบ่อพัก h) ท่อสูบวางแนวราบความยาว 4 ฟุต เส้นผ่านศูนย์กลาง 6 นิ้ว (pipe ID = 6.065) i) ท่อส่งยาว 350 ฟุต เส้นผ่านศูนย์กลาง 6 นิ้ว มีมุมงอ 90 องศา 3 จุด (c = 10.2) j) head ระหว่างปั๊มและไซโคลน = 30 ฟุต k) โรงงานสูงกว่าระดับน้ำทะเล 3,000 ฟุต l) อุณหภูมิของไหล 80 องศาฟาเรนไฮต์ การคำนวณ I. พิจารณาตัวแปรในการทำงานของปั๊ม a) ปริมาณการไหล : Flow = US gpm/tph จากสูตร US gpm/tph = 4.02 ((%water/%solid)+(1/spgr solid)) = (55/45 + ¼) x 4.02 = 5.9 US gpm = 5.9 x 150 = 885 b) ความเร็วในการไหล สูตรคำนวณ Velocity (ft/s) = 0.4085 x (US gpm /pipe ID(in)2) = 0.4085 (885/6.0652) = 9.8 fps (ค่าสมมติใช้ได้) c) พิจารณาความสูญเสียจากความเสียดทาน (Friction Loss @ c = 120) F = 0.2083 (100/c)1.85 (Usgpm 1.85/pipe ID(in)4.8655) = 0.2083 (100/120) 1.85 (885 1.85/6.065 2) = 6.3 ft/100 ft d) คำนวณหา TDH 1) ความสูงของบ่อพัก 6 ฟุต ดังนั้น static suction head = 6.0 ft 2) ความสูญเสีย ณ. ปากทางเข้า Entrance Loss จากสูตร Entrance Loss = 0.5 x VHs2/2g = 0.5 x 9.8 2/(2x32.2) = 0.75 ft 3) การสูญเสียความเสียดทานในท่อสูบ (Friction loss suction line) =(6.3 ft/100 ft) x (4/100) ; ความยาวท่อสูบ 4 ft = 0.25 ft 4) head pump v.s. cyclone = 30 ft ดังนั้น static discharge head = 30 ft 5) การสูญเสียในท่อส่ง (Friction loss in dicharge line) = (6.3 ft/100ft) x ((350+(3x10.2))/100) = 24.0 ft 6) velocity head at discharge point = VDs2 /2g = 9.8 2/(2x32.2) = 1.50 ft 7) ความดันที่ต้องการในท่อสูบ : Required Pressure at discharge point สูตร (cyclone pressure x 2.31(ft H2O/psi))/S.G.slurry = (5 x 2.31)/1.48 = 7.8 ft ดังนั้น TDH = [ 4+5+6+7]-[1-(2+3)] = (0.75+0.25+30.0+24.0+1.5+7.8)-6.0 = 58.3 = 58 ft II. a) จากกราฟการใช้งานปั๊ม(ดูจากคู่มือเกี่ยวกับปั๊ม) พิจารณาค่าความเร็วรอบในการหมุน/นาที , กำลังม้า (สมมติไม่มีการสูญเสียในปั๊ม) ความเร็วรอบของใบพัด = (0.262)x(dia.ใบพัด)x(rpm) ; ดู rpm จาก กราฟ = (0.262)x(17)x( ) จากตาราง เกี่ยวกับปั๊ม , rpm = A CWhp = B ประสิทธิภาพปั๊ม = (gpmxTDH)x 100%/(3960xCWhp) = 885 x58x100/(3960 x CWhp) Pump BHP = CWhp x spgr b) ตรวจสอบแรงดันในปั๊ม Pump discharge head(ft) = TDH + static suction head = 58+6 = 64 ft Pump discharge head(psi) = (64x2.31)/1.48 = 100 psi แรงดันในปั๊มควรมีค่าใกล้เคียงกับที่คำนวณได้ c) ตรวจสอบค่า Net Positive Suction Head : NPSHa V.S. NPSHR NPSHa = (Hatm + Hstatic suction – Hfriction suction to eye at impeller)- Hvapour pressure Hatm = 30.5 ft H2O @ 3,000ft/spgr slurry = 20.6 ft Hstatic suction = 6.0 ft Hfriction suction to eye at impeller = entrance loss + friction loss in suction line = 0.75 + 0.25 = 1.0 ft Hvapour pressure = (0.51psi x 2.31ft(H2O/psi))/1.48 ; ความดันไอของน้ำ ที่ 80 F = 0.51 psi = 0.8 ft NPSHa = [20.6 + 6.0 +1.0 –0.8] = 26.8 ft ดังนั้น NPSHR จากปั๊ม (คำนวณได้จาก Hatm ประมาณ 21 ft) ไม่ควรเกิน 26.8 ft ระบบจึงจะทำงานได้ ปั๊มในงานลอยแร่ การปั๊มของไหลในระบบการลอยแร่นับว่ามีปัญหามากโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อมีการใช้ปั๊มหอยโข่ง (Horizontal centrifugal pump) ผลที่ตามมาคือ การใช้ปั๊มหอยโข่งจะก่อให้เกิดปัญหาการแยกตัวของน้ำและอากาศในของไหล ณ.บริเวณใบพัดของปั๊ม และมีการสะสมตัวของอากาศมากขึ้น เมื่ออากาศถูกอัดตัวจนถึงระดับหนึ่งจะถูกดันออกมาทำให้การไหลมีความไม่ต่อเนื่องและได้ฟองอากาศเข้าเซลล์ลอยแร่ที่มีขนาดใหญ่เกินไป การเลือกใช้ปั๊มที่มีใบพัดแบบ semi-open จะลดปริมาตรอากาศที่สะสมตัวอยู่ได้ ในลักษณะงานแบบนี้การนำปั๊มที่มีระบบใบพัดสูบในแนวตั้ง (vertical-type pump) โดยปราศจากการสะสมตัวของอากาศในห้องปั๊ม จะช่วยในการปลดปล่อยอากาศที่ถูกแยกออกมา ซึ่งปั๊มแบบนี้มีด้วยกัน 2 ลักษณะคือ 1.Vertical pump ที่มีถังเก็บน้ำรวมอยู่เหนือใบพัด และ 2. sump pump (รูปที่ 220) โดยปั๊มแบบแรกจะถูกออกแบบให้มีใบพัดและระบบสูบอยู่ใต้ถังน้ำ และเปิดทางเชื่อมต่อกับถังน้ำ โดยสูบน้ำจากด้านล่างสุดของปั๊ม มีปล่องในแนวตั้งที่ทะลุผ่านตัวถังไปจนถึงก้นถัง เพื่อให้มีช่องว่างในการสูบน้ำ ปั๊มชนิดนี้จะมีระบบควบคุมอัตราการไหลของน้ำมาสู่ปั๊มที่แน่นอน ขณะที่ sump pump ถูกออกแบบให้มีการใช้งานโดยวางให้จมอยู่ในของเหลวที่ต้องการสูบและป้อนของไหลจากทั้งด้านบนและด้านล่างของห้องสูบ ขณะที่ใบพัดจะมีท่อระบายอากาศออกสู่ด้านบนของปั๊ม การออกแบบ sump pump ในลักษณะอื่นดังในรูปที่ 221 ท่อระบายอากาศจะอยู่ส่วนล่างของใบพัด นอกจากนี้ยังมีการระบายอากาศบางส่วนออกสู่ด้านบนของตัวปั๊ม การป้อนของไหลจะเข้าสู่ด้านล่างเท่านั้น ซึ่งระบบนี้จะทำให้มีการไหลเวียนของของไหลบลางส่วนกลับสู่บ่อพัก และกักอากาศส่วนเกินออกมาด้วย จนไม่เกิดการสะสมตัวของอากาศที่ผ่านการสูบเพื่อลำเลียงต่อไป