การออกแบบปลั๊กท่อสำหรับการอุดท่อรื้อถอนในงานภาคพื้นดินและใต้ทะเล
Pipe Plug design for decommissioned pipelines in onshore and offshore environment
บทคัดย่อ
ในโครงการสารวจและผลิตปิโตรเลียมนั้น เมื่อหลุมผลิตปิโตรเลียมหมดศักยภาพ ไม่มีความคุ้มค่า ในเชิงพาณิชย์ หรือเมื่อสัญญาสัมปทานหมดอายุ ผู้ประกอบการจะต้องดาเนินการรื้อถอนสิ่งติดตั้งใน กิจการปิโตรเลียมออกจากพื้นที่ตามที่กฎหมายกาหนด เพื่อความปลอดภัยและการใช้ประโยชน์ ใน พื้นที่ต่อไป โครงงานนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและวิเคราะห์อุปกรณ์ปลั๊กอุดท่อ สาหรับท่อ ขนาด 6 นิ้ว ที่สามารถรองรับแรงดันใต้ทะเลลึกประมาณ 85 เมตรในอ่าวไทย โดยเน้นกลไกการล็อค ที่ยึดเกาะภายในท่ อ ได้ อย่างมั่น คง พิจารณาความแข็ง แรงของวัส ดุและค่า ความปลอดภั ย ตา ม มาตรฐานวิศวกรรม ผ่านการวิเคราะห์ด้วยไฟไนต์เอลิเมนต์ และสร้างต้นแบบเพื่อทดสอบการใช้งาน จริง คาสาคัญ: ปลั๊กท่อ / การรื้อถอน / ท่อใต้ทะเล / ท่อภาคพื้นดิน / การออกแบบเชิงวิศวกรรม ก Name Thesis Title Mr. Athip Jitpanya Mr. Sirawit Sriprasom Mr. Mumanus Songnuy Mr. Saran Thongriburee Pipe Plug design for decommissioned pipelines in onshore and offshore environment Department Mechanical and Aerospace Engineering Advisor Ph.D. Kerati Suwanpakpraek Academic year 2025 Abstract In petroleum exploration and production projects, when a production well becomes depleted, no longer commercially viable, or up on the expiration of the concession agreement, the operator is required by law to decommission and remove all petroleum-related installations from the site. This ensures safety and enables future utilization of the area. This project aims to design and analyze a pipe plug device for a 6-inch pipeline capable of withstanding underwater pressure at a depth of approximately 85 meters in the Gulf of Thailand. The focus is on developing a locking mechanism that can securely grip the inner wall of the pipe. The design considers material strength and safety factors in accordance with engineering standards and involves analysis using Finite Element Analysis (FEA). A prototype will also be constructed for practical testing. Keywords: Pipe Plug / Pipeline Decommissioning / Subsea Pipe / On shore Pipe Plug / Engineering design ข กิตติกรรมประกาศ ปริญญานิพนธ์ฉบับนี้สาเร็จลุล่วงได้ด้วยความอนุเคราะห์จากผู้มีพระคุณหลายท่าน ซึ่ง ได้ให้คาแนะนา ข้อคิด และความเห็นทางวิชาการอันทรงคุณค่า ตลอดจนการสนับสนุนและความ ร่วมมือจากหลายฝ่าย ซึ่งข้าพเจ้าขอกราบขอบพระคุณไว้ ณ โอกาสนี้ ขอกราบขอบพระคุณ ท่านอาจารย์ ดร.กีรติ สุวรรณปากแพรก อาจารย์ประจาภาควิชา วิศวกรรมเครื่องกล การบินและอวกาศ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า พระนครเหนือ ที่ได้กรุณาเสียสละเวลาอันมีค่าในการเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา ให้คาชี้แนะ ตรวจพิจารณา และให้ข้อเสนอแนะอันเป็นประโยชน์อย่างยิ่งตลอดระยะเวลาการทาปริญญานิพนธ์ฉบับนี้ ขอขอบพระคุณเป็นอย่างยิ่งต่อ บริษัท สินธรา จากัด ที่ได้เอื้อเฟื้อข้อมูลและให้ความ อนุเคราะห์ในการเข้าถึงฐานข้อมูล อันเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการศึกษาค้นคว้าและการจัด ทา ปริญญานิพนธ์ฉบับนี้ ขอแสดงความขอบพระคุณ คณาจารย์ทุกท่าน แห่งภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล การบิน และอวกาศ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ที่ได้ถ่ายทอดความรู้ ให้คาแนะนา และเป็นแบบอย่างที่ดีทางวิชาการตลอดระยะเวลาการศึกษา รวมถึง พี่ ๆ และเพื่อน ๆ นักศึกษา สาขาวิศวกรรมเครื่องกล ทุกคน ที่ให้ความร่วมมือในการเรียนรู้ การแลกเปลี่ยนความรู้ และการจัดหา ข้อมูลทางวิชาการด้วยความมุ่งมั่นและเป็นมิตร ท้ายที่สุดนี้ ข้าพเจ้าขอกราบขอบพระคุณจากใจต่อ บิดาและมารดา ที่เป็นแรงสนับสนุน สาคัญทั้งด้านกาลังใจและทรัพยากรในทุกช่วงเวลาของชีวิตและการศึกษา ค อธิป จิตปัญญา ศิรวิชญ์ ศรีประสม มุมณัส สงนุ้ย ศรัณย์ ทองริบุรี สารบัญ สารบัญ ............................................................................................................................................... ง สารบัญตาราง ....................................................................................................................................ฌ สารบัญรูปภาพ ..................................................................................................................................ญ บทที่ 1 บทนำ ................................................................................................................................. 13 1.1 ที่มาและความสำคัญของปัญหา .................................................................................... 13 1.2 วัตถุประสงค์โครงงาน ................................................................................................... 13 1.3 ขอบเขตของโครงงาน ................................................................................................... 14 1.4 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ............................................................................................ 14 1.5 ผู้ใช้งาน ........................................................................................................................ 15 1.6 แผนการดำเนินงาน....................................................................................................... 15 1.7 งบประมาณ .................................................................................................................. 16 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ................................................................................................................ 17 2.1 กฎหมายและมาตรฐานความปลอดภัยแรงงานในงานทางทะเล .................................... 17 2.2 กฎหมายที่เกี่ยวข้องในประเทศไทย .............................................................................. 17 2.3 ระบบท่อและกระบวนการรื้อถอน (Pipeline System and Decommissioning Process)................................................................................................................................ 18 2.4 กระบวนการรื้อถอนโครงสร้างและระบบท่อ (Decommissioning Process)............... 18 2.5 ลักษณะทางกายภาพของอ่าวไทย (Physical Characteristics of the Gulf of Thailand) 19 เทคโนโลยี Pipe Plug ในงานรื้อถอน ........................................................................... 20 2.6 (Pipe Plug Technology in Decommissioning)...................................................... 20 2.7 ประเภทและวัสดุของ Pipe Plug.................................................................................. 20 2.8 ตัวอย่างงานออกแบบ Pipe Plug ................................................................................. 20 2.9 มาตรฐานและข้อกำหนดทางวิศวกรรม (Engineering Standards and Requirements) 21 ง 2.9.1 มาตรฐานการออกแบบท่อและอุปกรณ์ ............................................................ 21 2.9.2 รายละเอียดหลักของ API 5L ได้แก่: ................................................................ 21 2.10 ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย ...................................................................................... 22 2.11 มาตรฐานการออกแบบโครงสร้างใต้ทะเล ..................................................................... 22 2.12 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของวัสดุซีลยาง ............................................................. 23 2.13 วัสดุที่ใช้สำหรับซีลใน Pipe Plug ................................................................................. 23 2.13.1 ประเภทการทดสอบพฤติกรรมของยาง ....................................................... 24 2.14 ความดันภายในท่อที่เกิดจากการอุดท่อ......................................................................... 25 2.14.1 การคำนวณแรงดันที่กระทำกับ Pipe Plug ................................................. 25 2.14.2 การคำนวณความดันเนื่องจากระดับความลึก .............................................. 25 2.14.3 การคำนวณการกำหนดค่าปลอดภัย (Safety Factor)................................. 26 2.14.4 แรงดันที่กระทำบนหน้าตัด Pipe Plug (Axial Force, F)............................ 26 2.15 การวิเคราะห์และการออกแบบโดยใช้ Finite Element Analysis (FEA) ..................... 26 2.15.1 หลักการของ FEA ในการออกแบบวิศวกรรม .............................................. 26 2.15.2 การประยุกต์ใช้ FEA ในการออกแบบ Pipe Plug ....................................... 27 2.16 Criteria ในการออกแบบ .............................................................................................. 27 2.16.1 วิธีการวิเคราะห์ความเค้นแบบอีลาสติก (Elastic Stress Analysis Method) 28 2.16.2 เกณฑ์การพิจารณาความเสียหายเฉพาะจุด (Local Failure) ...................... 28 บทที่ 3 ขั้นตอนการออกแบบ .......................................................................................................... 29 3.1 ขั้นตอนการดำเนินงาน .................................................................................................. 29 3.2 มาตรฐานการออกแบบ ................................................................................................. 30 3.3 สมมติฐานในการออกแบบด้วยวิธีการ FEA (Finite Element Modeling Assumptions) 30 3.3.1 สมมติฐานด้านวัสดุ .......................................................................................... 30 จ 3.3.2 สมมติฐานด้านรูปทรง ...................................................................................... 31 3.3.3 สมมติฐานด้านขอบเขตและการโหลด (Boundary Conditions & Loading) . 31 3.3.4 ภาระที่กระทำ.................................................................................................. 31 3.3.5 ภาระที่กระทำการลดภาระการคำนวณและการจำลองชิ้นส่วนแยก (Simplification and Sub-Modelling) ....................................................................... 31 3.4 แนวคิดการออกแบบ (Concept Design) .................................................................... 31 3.4.1 Concept design 1 ........................................................................................ 32 3.4.2 Concept design 2 ........................................................................................ 32 3.4.3 Concept design 3 ........................................................................................ 33 3.4.4 Concept design 4 ........................................................................................ 34 3.5 การเปรียบเทียบแนวคิดการออกแบบ (Concept Design Comparison) .................... 34 3.5.1 ปัจจัยในการเลือกแนวคิดการออกแบบ (Factors in Concept Selection) ... 35 3.6 สรุปผลการเลือกแนวคิดการออกแบบ (Concept Selection Result) ......................... 36 3.7 การออกแบบโครงสร้าง (Structural Design) .............................................................. 36 3.7.1 Shaft............................................................................................................... 36 3.7.2 Flange ............................................................................................................ 37 3.7.3 Prismatic Flange .......................................................................................... 38 3.7.4 Prismatic Bar................................................................................................. 38 3.7.5 Bar .................................................................................................................. 39 3.7.6 Bolt ................................................................................................................ 39 3.8 การติดตั้งในขนาดท่อต่างๆ ........................................................................................... 40 3.9 ขั้นตอนการดำเนินการติดตั้งอุปกรณ์และกลไกการจับยึด ............................................. 40 3.10 วัสดุโครงสร้าง............................................................................................................... 42 3.11 การสร้างแบบจำลอง (Model Setup) ......................................................................... 43 3.11.1 การกำหนดคุณสมบัติวัสดุ (Material Properties) ..................................... 43 ฉ 3.11.2 Interaction ................................................................................................ 44 3.11.3 การกำหนดแรงกระทำ (Load Definition) ................................................. 48 3.11.4 การกำหนดเงื่อนไขขอบเขต (Boundary Conditions) ............................... 50 3.12 อุปกรณ์ในการทดสอบยาง NBR ................................................................................... 51 3.12.1 การปรับผิวและลดขนาดท่อเหล็กตามมาตรฐาน API ................................... 51 3.12.2 Strain Gauge............................................................................................. 51 3.13 การทดสอบยาง NBR .................................................................................................... 52 3.14 ขั้นตอนการทดสอบยาง NBR ........................................................................................ 52 บทที่ 4 ผลการทดลอง ..................................................................................................................... 55 4.1 Result of relaxation test of NBR rubber .............................................................. 55 4.2 Contact Pressure Calculation ................................................................................ 57 4.3 Summary of Experimental Results ....................................................................... 60 4.4 การวิเคราะห์ความเค้นสูงสุด (Maximum Von Mises Stress).................................... 61 4.5 การวิเคราะห์แรงปฏิกิริยา (Reaction Force – RF)..................................................... 62 บทที่ 5 ข้อพิจารณาด้านการออกแบบนอกเหนือจากการจำลอง...................................................... 63 5.1 กลไกการติดตั้งและลำดับการทำงานที่ผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์............... 63 5.1.1 การกำหนดสภาวะเริ่มต้น ................................................................................ 63 5.1.2 กระบวนการขยายตัวและการปรับตัวตามขนาดท่อ.......................................... 64 5.1.3 การควบคุมระยะการขันและภาระกรรมด้วยแรงบิด......................................... 64 5.2 กำหนดรูปแบบสำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของผลการจำลอง ............................ 65 5.3 การคำนวณทางทฤษฎี (Analytical calculation) ....................................................... 65 5.4 การวิเคราะห์ผลความเค้นของโครงสร้างในอุปกรณ์ตามมาตรฐาน ASME ..................... 65 5.5 การวิเคราะห์แรงดันสัมผัส Contact Pressure - CPRESS และเปรียบเทียบผล กับ Calculation sheet............................................................................................................... 66 ช 5.6 การวิเคราะห์แรงปฏิกิริยา Reaction Force และพฤติกรรมการล็อกตัวเอง Self-locking Mechanism .......................................................................................................................... 67 5.6.1 ความสัมพันธ์ของแรงปฏิกิริยาในแนวแกนและแนวรัศมี................................... 67 5.6.2 พฤติกรรมการล็อกแน่นขึ้นตามภาระกรรม (Self-energized Locking) .......... 67 บทที่ 6 สรุปผลการออกแบบ และ สรุปผลการทดลอง .................................................................... 68 6.1 สรุปผลการออกแบบ Pipe Plug .................................................................................. 68 6.2 สรุปผลการทำแบบจำลอง Pipe Plug .......................................................................... 68 6.3 ผลการทดสอบยาง ........................................................................................................ 70 เอกสารอ้างอิง ................................................................................................................................. 71 ซ สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 รายละเอียดงานเฟสที่ 2.............................................................................................. 15 ตารางที่ 1.2 งบประมาณการดาเนินโครงการ .................................................................................. 16 ตารางที่ 2.1 ค่าความปลอดภัยแต่ละประเภทของแรงกระทา .......................................................... 22 ตารางที่ 2.2 ค่าความเผื่อตามสภาพแวดล้อม .................................................................................. 22 ตารางที่ 2.3 สรุปเกณฑ์การยอมรับความเค้นสาหรับวัสดุ SA-36 .................................................... 28 ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 1 ................................................... 32 ตารางที่ 3.2 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 2 ................................................... 33 ตารางที่ 3.3 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 3 ................................................... 33 ตารางที่ 3.4 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 4 ................................................... 34 ตารางที่ 3.5 ตารางเปรียบเทียบและให้คะแนนของ Concept Design ........................................... 36 ตารางที่ 3.6 สมบัติทางกลของวัสดุอ้างอิงตามมาตรฐาน ASME Section II Part D........................ 44 ตารางที่ 4.1 แสดงค่า Contact Pressure ของยางความแข็ง Shore 50A ..................................... 57 ตารางที่ 4.2 แสดงค่า Contact Pressure ของยางความแข็ง Shore 60A ..................................... 58 ตารางที่ 4.3 แสดงค่า Contact Pressure ของยางความแข็ง Shore 70A ..................................... 58 ตารางที่ 4.4 แสดงค่าประมาณContact Pressure และแรงที่ใช้ในการกดยาง NBR ในแต่ละความแข็ง ต่างๆ ............................................................................................................................................... 60 ตารางที่ 4.5 ผลการวิเคราะห์ความเค้นด้วยวิธี Stress Linearization และการเปรียบเทียบ........... 61 ฌ สารบัญรูปภาพ รูปที่ 2.1 ประเภทการรื้อถอนท่อใต้ทะเล......................................................................................... 19 รูปที่ 2.2 แผนภาพแสดงความลึกของทะเลอ่าวไทย (เมตร) ............................................................. 20 รูปที่ 2.3 ตัวอย่าง Pipe Plug.......................................................................................................... 21 รูปที่ 2.4 ยางไนไตรล์ ...................................................................................................................... 23 รูปที่ 2.5 เครื่องทดสอบคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ (Universal testing machine).......................... 24 รูปที่ 2.6 กราฟตัวอย่างพฤติกรรมการผ่อนคลายความเค้น.............................................................. 24 รูปที่ 2.7 ลักษณะท่อภายใต้แรงดัน ................................................................................................. 25 รูปที่ 2.8 แรงดันที่กระทาต่อ Pipe plug ......................................................................................... 26 รูปที่ 2.9 ตัวอย่างการใช้ FEA ในการคานวณความแข็งแรงของชิ้นงาน ........................................... 27 รูปที่ 3.1 ขั้นตอนการดาเนินงาน ..................................................................................................... 29 รูปที่ 3.2 Concept design 1 ......................................................................................................... 32 รูปที่ 3.3 Concept design 2 ......................................................................................................... 33 รูปที่ 3.4 Concept design 3 ......................................................................................................... 33 รูปที่ 3.5 Concept design 4 ......................................................................................................... 34 รูปที่ 3.6 การออกแบบโครงสร้าง Shaft.......................................................................................... 37 รูปที่ 3.7 การออกแบบโครงสร้าง Flange ....................................................................................... 37 รูปที่ 3.8 การออกแบบโครงสร้าง Prismatic Flange ..................................................................... 38 รูปที่ 3.9 การออกแบบโครงสร้าง Prismatic Bar ............................................................................ 38 รูปที่ 3.10 การออกแบบโครงสร้าง Bar ........................................................................................... 39 รูปที่ 3.11 การออกแบบโครงสร้าง Bolt ......................................................................................... 39 รูปที่ 3.12 การติดตั้งอุปกรณ์ Pipe Plug ........................................................................................ 40 รูปที่ 3.13 การเตรียมอุปกรณ์สภาวะเริ่มต้น .................................................................................... 40 รูปที่ 3.14 การสอดอุปกรณ์เข้าสู่ตาแหน่ง ....................................................................................... 41 รูปที่ 3.15 การขยายตัวของกลไกยึดเกาะ ........................................................................................ 41 รูปที่ 3.16 เหล็ก ASTM A36 .......................................................................................................... 42 ญ รูปที่ 3.17 เหล็กกล้าไร้สนิม AISI 440 ............................................................................................. 42 รูปที่ 3.18 Import File เข้าโปรแกรม............................................................................................. 43 รูปที่ 3.19 การแบ่ง section ........................................................................................................... 45 รูปที่ 3.20 การกาหนด Interaction................................................................................................ 45 รูปที่ 3.21 การกาหนด Coupling ................................................................................................... 46 รูปที่ 3.22 การกาหนด Coupling ที่ Reference Point ................................................................. 46 รูปที่ 3.23 การกาหนด Interaction ภายในชิ้นงาน ........................................................................ 47 รูปที่ 3.24 การกาหนด Interaction ระหว่างท่อ ............................................................................. 47 รูปที่ 3.25 การสร้าง Connection sector ประเภท Hinge............................................................ 48 รูปที่ 3.26 การใช้ Coupling เชื่อมจุด Reference point และผิว .................................................. 48 รูปที่ 3.27 Input Displacement................................................................................................... 49 รูปที่ 3.28 กาหนดจุด RP 2 สาหรับเป็นจุดที่ดึงท่อ ......................................................................... 49 รูปที่ 3.29 กาหนดขอบเขตการเคลื่อนที่ของตัว Pipe Plug ............................................................. 50 รูปที่ 3.30 ยึดตัวท่อโดยเว้นแกน z เพื่อดึงท่อ ................................................................................. 50 รูปที่ 3.31 Strain gauge ................................................................................................................ 52 รูปที่ 3.32 ติดตั้ง Strain gauge ที่ผิวภายนอกของท่อในทิศทางรอบวง .......................................... 52 รูปที่ 3.33 ทดสอบค่าที่ได้จาก strain gauge .................................................................................. 53 รูปที่ 3.34 ติดตั้งยางให้ยางอยู่ในแนวแกนเดียวกับท่อ ..................................................................... 53 รูปที่ 3.35 การทดสอบแรงอัดของยาง NBR ด้วยเครื่อง Universal Tensile Machine.................. 54 รูปที่ 4.1 กราฟ Load – time ที่ใช้ในการทดสอบของยาง NBR ..................................................... 55 รูปที่ 4.2 กราฟ Strain – time ที่ใช้ในการทดสอบของยาง NBR .................................................... 56 รูปที่ 4.3 ความสัมพันธ์ระหว่าง Contact Pressure และ Force ของยาง NBR ............................. 59 รูปที่ 4.4 ค่าความเค้นสูงสุดที่ได้จากการ Simulation..................................................................... 61 รูปที่ 4.5 ค่าแรงปฎิกิริยาที่ได้จากการ Simulation ......................................................................... 62 รูปที่ 5.1 การกาหนดสภาะค่าเริ่มต้น ............................................................................................... 63 รูปที่ 5.2 การขยายตัวและการปรับตัวตามขนาดท่อ ........................................................................ 64 ฎ รูปที่ 5.3 การควบคุมระยะการขัน ................................................................................................... 64 ฏ บทที่ 1 บทนำ 1.1 ที่มำและควำมสำคัญของปัญหำ ในอุตสาหกรรมสารวจและผลิตปิโตรเลียม เมื่อหลุมผลิตหมดศักยภาพหรือสิ้นสุดอายุสัมปทาน ผู้ประกอบการจาเป็นต้องดาเนินการรื้อถอนอุปกรณ์ต่าง ๆ ตามกฎหมาย เพื่อความปลอดภัยและการ ฟื้นฟูพื้นที่ให้สามารถใช้ประโยชน์ต่อไปได้ ท่อส่งใต้ทะเลเป็นหนึ่งในโครงสร้างหลักที่ต้องได้รับการ จัดการอย่างเหมาะสม โดยเฉพาะการอุดปลายท่อให้แน่นหนาและปลอดภัย ซึ่งปัจจุบันกระบวนการนี้ มีต้นทุนสูงและอาศัยเทคโนโลยีจากต่างประเทศ [1] จากปัญหาดังกล่าว โครงงานนี้จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและวิเคราะห์อุปกรณ์ Pipe Plug สาหรับ ท่อขนาด 6 นิ้ว ที่สามารถรับแรงดันในระดับน้าลึกประมาณ 85 เมตร ซึ่งสอดคล้องกับ สภาพแวดล้อมจริงในอ่าวไทย โดยเน้นการออกแบบกลไกการล็อคที่สามารถยึดเกาะภายในท่อได้ อย่างมั่นคง พร้อมพิจารณาความแข็งแรงของวัสดุและค่าความปลอดภัยตามมาตรฐานวิศวกรรม ผ่าน การจาลองและวิเคราะห์ด้วยวิธี Finite Element Analysis (FEA) เมื่อเปรียบเทียบกับงานวิจัยอื่นในลักษณะใกล้เคียงกัน ส่วนใหญ่จะเน้นด้านวัสดุหรือการซีล แต่ยังไม่ครอบคลุมเรื่องกลไกการยึดเกาะในท่อภายใต้แรงดันสูงโดยเฉพาะในบริบทของการรื้อถอน โครงงานนี้จึงมีจุดเด่นในการออกแบบที่เน้นความเรียบง่าย แข็งแรง ต้นทุนต่า และเหมาะสมกับบริบท ของประเทศไทย ซึ่งสามารถต่อยอดไปใช้จริงในอุตสาหกรรมได้อย่างเป็นรูปธรรม [2] 1.2 วัตถุประสงค์โครงงำน 1. เพื่อศึกษาสภาพแวดล้อมลักษณะการทางานในปัจจุบันและข้อกาหนดทางวิศวกรรมของ ระบบท่อขนส่งใต้ทะเล 2. เพื่อออกแบบและพัฒนา Pipe Plug สาหรับอุดปลายท่อใต้ทะเล โดยเน้นกลไกการยึด เกาะภายในท่อได้อย่างมั่นคง และคานึงถึงความปลอดภัย ประสิทธิภาพในการใช้งาน 3. เพื่อศึกษาและทดสอบยางไนไตรล์ Nitrile Butadiene Rubber (NBR) สาหรับการใช้ งานในการออกแบบ Pipe Plug 13 1.3 ขอบเขตของโครงงำน 1. ขนาดท่อและวัสดุที่ศึกษา ศึกษาท่อขนาด 6 นิ้ว ที่มีความหนาเฉลี่ยประมาณ 0.375 นิ้ว ตามมาตรฐาน API SPEC 5L Specification และพิจารณาความเบี่ยงเบนของขนาดท่อตาม ค่ามาตรฐานที่ยอมรับได้ 2. ความดันที่รองรับออกแบบเพื่อให้สามารถใช้งานในระบบท่อที่มีแรงดัน ไม่ต่ากว่า 8.5 บาร์ โดยพิจารณาความแข็งแรงของวัสดุและคานึงถึงค่าความปลอดภัยตามหลักวิศวกรรม 3. ศึกษาเฉพาะวัสดุโครงสร้างของ Pipe Plug ที่ทาจากโลหะและวัสดุปิดผนึก (Seal) ที่ โดยวิเคราะห์คุณสมบัติเชิงกลและความสามารถในการรับแรงดัน 4. รูปแบบการติดตั้ง ออกแบบให้สามารถติดตั้งและถอดถอนได้ง่าย 5. การวิเคราะห์ทางวิศวกรรม ใช้การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีและการจาลองด้วยวิธี Finite Element Analysis (FEA) เพื่ อ ประเมิ น ความแข็ ง แรงของโครงสร้า ง ภายใต้ แ รงดั น ที่ กาหนด 1.4 ประโยชน์ที่คำดว่ำจะได้รับ 1. เพิ่มความปลอดภัยในการรื้อถอนท่อใต้ทะเล อุปกรณ์ Pipe Plug ช่วยป้องกันการ รั่วไหลของของเหลวหรือก๊าซภายในท่อได้อย่างมั่นคง ลดความเสี่ยงต่ออุบัติเหตุและ ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม 2. รองรับแรงดันน้าใต้ทะเลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ออกแบบโดยคานึงถึงแรงดันในระดับ ความลึกจริง การใช้งาน Pipe Plug จะมั่นใจได้ว่าสามารถรับแรงดันน้าได้โดยไม่เสียหายหรือ หลุดออกจากท่อ 3. ประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายในกระบวนการรื้อถอน การใช้ Pipe Plug ที่มีประสิทธิภาพ ช่วยลดขั้นตอนและความซับซ้อนในการรื้อถอนท่อ เพิ่มประสิทธิภาพและลดค่าใช้จ่ายในการ ทางานใต้ทะเล 4. การทางานสอดคล้องกับข้อกาหนดทางกฎหมายและมาตรฐานวิศวกรรม ช่วยให้ ผู้ประกอบการปฏิบัติตามกฎหมายและมาตรฐานความปลอดภัย 5. ส่งเสริมการใช้ทรัพยากรและพื้นที่อย่างยั่งยืน การรื้อถอนที่ถูกต้องและปลอดภัย ช่วย คืนพื้นที่ใต้ทะเลให้กลับมาใช้ประโยชน์ในกิจกรรมอื่นๆได้อย่างมีประสิทธิภาพ 14 1.5 ผู้ใช้งำน 1. 2. 3. ผู้ให้บริการรื้อถอนท่อ ผู้ให้บริการซ่อมแซมและแก้ไขท่อ ผู้ให้บริการวิศวกรรมเฉพาะทาง 1.6 แผนกำรดำเนินงำน แผนการดาเนินงานนี้จะกล่าวถึงแนวทางการทางานในแต่ละหัวข้อของโครงงาน พร้อมระบุ ช่วงเวลาในการดาเนินงาน ดังแสดงในตารางที่ 1.1 ตารางที่ 1.1 รายละเอียดงานเฟสที่ 2 หมายเหตุ: การแบ่งงานจะปรับให้เหมาะสม ยุติธรรม และทุกคนมีส่วนร่วมในทุกกระบวนการ 15 1.7 งบประมำณ งบประมาณดาเนินงานนี้ ดังแสดงในตารางที่ 1.2 ตารางที่ 1.2 งบประมาณการดาเนินโครงการ รายการ อุปกรณ์ทดสอบยาง วัสดุ Prototype รวม ค่าใช้จ่ายโดยประมาณ (บาท) 1,300 3,600 4,900 บาท 16 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ในบทนี้จะนาเสนองานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบและการใช้งานอุปกรณ์ Pipe Plug ใน งานรื้อถอนระบบท่อขนส่งน้ามันและก๊าซใต้ทะเล โดยจะครอบคลุมตั้งแต่ลักษณะและโครงสร้างของ ระบบท่อ การดาเนินการรื้อถอนและความจาเป็นในการอุดปิดปลายท่อ เทคโนโลยีและวัสดุที่ใช้ใน การออกแบบ Pipe Plug รวมถึงมาตรฐานวิศวกรรมที่เกี่ยวข้อง และวิธีการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม ด้วยเทคนิค Finite Element Analysis (FEA) เพื่อใช้เป็นพื้นฐานสาหรับการออกแบบและพัฒนา อุปกรณ์ในโครงงานนี้ 2.1 กฎหมำยและมำตรฐำนควำมปลอดภัยแรงงำนในงำนทำงทะเล กรมเจ้าท่าและกรมสวัสดิการและคุ้มครองแรงงานได้กาหนดมาตรฐานความปลอดภัยในการ ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้องกับการดาเนินงานในทะเล[3] เช่น การติดตั้งอุปกรณ์ การรื้อถอนท่อ และการ ปฏิบัติงานใต้น้า เพื่อป้องกันอุบัติเหตุและดูแลสวัสดิภาพของแรงงาน มาตรฐานนี้ครอบคลุมการอบรม ความปลอดภัย การใช้เครื่องมือป้องกันภัยส่วนบุคคล (PPE) การควบคุมการเข้าถึงพื้นที่อันตราย และ การประเมินความเสี่ยงอย่างต่อเนื่อง 2.2 กฎหมำยที่เกี่ยวข้องในประเทศไทย ในประเทศไทย การดาเนินงานเกี่ยวกับการสารวจ ผลิต และรื้อถอนระบบท่อส่งน้ามันและ ก๊าซธรรมชาติอยู่ภายใต้กรอบกฎหมายและข้อกาหนดที่เข้มงวด เพื่อป้องกันผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และความปลอดภัยของประชาชน รวมถึงการฟื้นฟูสภาพพื้นที่หลังการใช้งาน โดยกฎหมายหลักและ ข้อกาหนดที่เกี่ยวข้องได้แก่ 1. พระราชบัญญัติปิโตรเลียม พ.ศ. 2514 และฉบับแก้ไขเพิ่มเติม พระราชบัญญัติปิโตรเลียม พ.ศ. 2514 [4] เป็นกฎหมายหลักที่ควบคุมกิจการสารวจ ผลิต และ การใช้ประโยชน์จากแหล่งปิโตรเลียมในประเทศไทย โดยระบุให้ผู้ดาเนินการต้องได้รับสัมปทานหรือ ใบอนุญาตจากรัฐ และต้องปฏิบัติตามข้อกาหนดเรื่องความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อมอย่างเคร่งครัด ในส่วนของการรื้อถอนสิ่งติดตั้ง เช่น ท่อส่งและแท่นผลิต กฎหมายกาหนดให้ต้องดาเนินการอย่า ง ปลอดภัยและไม่ส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมทางทะเล รวมทั้งต้องรายงานและขออนุญาตจาก หน่วยงานรัฐที่เกี่ยวข้องกฎกระทรวงและข้อกาหนดจากกรมเชื้อเพลิงธรรมชาติ 17 กรมเชื้ อ เพลิ ง ธรรมชาติ กระทรวงพลั ง งานได้ อ อกแนวทางและมาตรฐานในการ ปฏิบัติงานด้านความปลอดภัย และการควบคุมคุณภาพสิ่งแวดล้อมสาหรับกิจกรรมปิโตรเลียม รวมถึง ข้อกาหนดเฉพาะสาหรับการรื้อถอน [5] เช่น - การประเมินผลกระทบสิ่งแวดล้อม (Environmental Impact Assessment: EIA) ก่อนการ รื้อถอน - การตรวจสอบและจัดการสารตกค้างในระบบท่อ - การป้องกันการรั่วไหลของสารอันตรายระหว่างและหลังการรื้อถอน - การฟื้นฟูสภาพพื้นที่หลังการรื้อถอน 2. การปฏิบัติตามมาตรฐานสากลในบริบทของประเทศไทย นอกจากกฎหมายท้องถิ่นแล้ว ผู้ดาเนินการมักจะต้องปฏิบัติตามมาตรฐานสากล เช่ น ISO และ DNV เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการรื้อถอนเป็นไปอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วย เพิ่มความน่าเชื่อถือและป้องกันความเสียหายต่อชื่อเสียงของบริษัท 2.3 ระบบท่อและกระบวนกำรรื้อถอน (Pipeline System and Decommissioning Process) ระบบท่อใต้ทะเลเป็นส่วนสาคัญของอุตสาหกรรมสารวจและผลิตปิโตรเลียม โดยมีหน้าที่ในการ ลาเลียงน้ามัน ก๊าซธรรมชาติ และของเหลวอื่น ๆ จากแหล่งผลิตในทะเลมายังหน่วยแปรรูปหรือบนฝั่ง ท่อเหล่านี้สามารถแบ่งได้เป็นหลายประเภท เช่น Flowlines, Trunklines, Rigid Pipelines และ Flexible Pipelines ซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติและการใช้งานที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม และความต้องการทางวิศวกรรม การออกแบบระบบท่อจะต้องพิจารณาหลายปัจจัย ได้แก่ ความลึก ของน้า แรงดันภายใน ความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการยึดเกาะกับพื้นทะเล และ ข้ อ กาหนดด้า นการออกแบบ เช่ น มาตรฐานจาก American Petroleum Institute (API), Det Norske Veritas (DNV) และ American Society of Mechanical Engineers (ASME) 2.4 กระบวนกำรรื้อถอนโครงสร้ำงและระบบท่อ (Decommissioning Process) เมื่อสิ้นสุดอายุสัมปทานหรือหลุมผลิตหมดศักยภาพ หน่วยงานผู้ดาเนินการมีหน้าที่รื้อถอน โครงสร้างพื้นฐานในทะเลอย่างถูกต้องตามกฎหมาย โดยพระราชบัญญิปิโตรเลียม พ.ศ. 2514 และ แนวทางจากกรมเชื้อเพลิงธรรมชาติ กระบวนการรื้อถอนมักมีขั้นตอนที่ซับซ้อน ได้แก่ การประเมิน สภาพท่อ การทาความสะอาดภายใน (Cleaning & Flushing), การตัดแยก (Cutting), การปิดปลาย ท่อ (Plugging), และการกู้คืน (Recovery) ดังแสดงในรูปที่2.1 [6] 18 รูปที่ 2.1 ประเภทการรื้อถอนท่อใต้ทะเล การอุดปิดปลายท่อมีบ ทบาทสาคัญเพื่อป้องกันการรั่ว ไหลของสารตกค้างภายในท่อ เช่น น้ามันดิบ ก๊าซธรรมชาติ คอนเดนเสท เป็นตั้น ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย ของแรงงานและเรือที่ปฏิบัติงาน 2.5 ลักษณะทำงกำยภำพของอ่ำวไทย (Physical Characteristics of the Gulf of Thailand) อ่าวไทย (Gulf of Thailand: GOT) ตั้งอยู่ระหว่างละติจูด 6 ถึง 14 องศาเหนือ และลองจิจูด 99 ถึง 105 องศาตะวันออก มีลักษณะตื้น โดยมีความลึกระหว่าง 45 ถึง 80 เมตร และลึกที่สุดบริเวณ กลางอ่า วที่ ป ระมาณ 85 เมตร (Sujisporn et al., 2010) ด้ ว ยแนวชายฝั่ ง ยาวประมาณ 2,700 กิโลเมตร (1,143 ไมล์) พื้นที่นี้มีบทบาทสาคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศชายฝั่งทั้งสี่ ได้แก่ มาเลเซีย ไทย กัมพูชา และเวียดนาม กิจกรรมทางทะเลในอ่าวไทย เช่น การเดินเรือพาณิชย์ การผลิตน้ามัน นอกชายฝั่ง การประมง พื้นที่พักผ่อนหย่อนใจตามแนวชายฝั่ง ตลอดจนของเสียจากภาคเกษตรกรรม และอุตสาหกรรม ล้วนมีส่วนสาคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศไทย อย่างไรก็ตาม มลพิษทางน้ามันที่เกิด จากการเดินเรือ อุบัติเหตุของเรือบรรทุกน้ามัน รวมถึงกิจกรรมสารวจและผลิตน้ามัน กลายเป็นปัญหา หลักที่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมชายฝั่งทะเลในพื้นที่ประมงสาคัญแห่งนี้ ดังแสดงในรูปที่2.2 [7] 19 รูปที่ 2.2 แผนภาพแสดงความลึกของทะเลอ่าวไทย (เมตร) 2.6 เทคโนโลยี Pipe Plug ในงำนรื้อถอน (Pipe Plug Technology in Decommissioning) Pipe Plug คืออุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อปิดปลายท่อชั่วคราวหรือถาวร มีทั้งแบบใช้แรงกลไก ยึดเกาะ (Mechanical Plug), แบบใช้แรงดันภายนอก (Inflatable Plug) และแบบซีลด้วยแรงดัน ภายใน (Hydraulic Plug) อุปกรณ์เหล่านี้มีคุณสมบัติที่แตกต่างกันในการใช้งาน เช่น ความสามารถ ในการรับแรงดัน การทนต่ออุณหภูมิ และความสะดวกในการติดตั้งและถอนออก 2.7 ประเภทและวัสดุของ Pipe Plug วั ส ดุ ที่ ใ ช้ ใ นการผลิ ต Pipe Plug แบ่ ง ออกเป็ น 2 ส่ ว นหลั ก ได้ แ ก่ โครงสร้า งโลหะ เช่ น Stainless Steel, Carbon Steel, หรือ Aluminum Alloy ซึ่งต้องผ่านกระบวนการเคลือบผิว กัน สนิม ส่วนที่สองคือวัสดุปิดผนึก (Seal) ซึ่งนิยมใช้ Polyurethane (PU), Nitrile Rubber (NBR) หรือ Fluoro elastomer (FKM) ทั้งนี้ต้องคานึงถึงคุณสมบัติทางกล เช่น ความยืดหยุ่น ความแข็งแรงต่อ แรงดัน และการต้านทานสารเคมี 2.8 ตัวอย่ำงงำนออกแบบ Pipe Plug Curtis-Wright EST Group ได้ออกแบบ Plug เป็นระบบ dual-port ที่สร้างแรงดันระหว่าง ซีลทั้งสองด้านดังแสดงในรูปที่ 2.3 โดยมีจุดเด่นสาคัญ: [8] - รองรับแรงดันระหว่างซีลสูงสุดถึง 2250 Psi - ขนาดท่อที่รองรับตั้งแต่ ¾" ถึง 48" NPS - ผ่านการรับรอง ASME PCC-2 Type IV 20 รูปที่ 2.3 ตัวอย่าง Pipe Plug 2.9 มำตรฐำนและข้อกำหนดทำงวิศวกรรม (Engineering Standards and Requirements) 2.9.1 มำตรฐำนกำรออกแบบท่อและอุปกรณ์ API SPEC 5L: เป็นมาตรฐานที่กาหนดข้อกาหนดทางเทคนิคสาหรับท่อเหล็กกล้าคาร์บอนและ โลหะผสมที่ ใ ช้ใ นระบบท่อ ส่ ง ก๊าซและของเหลวในอุ ต สาหกรรมปิ โ ตรเลี ย มและก๊า ซธรรมชาติ มาตรฐานนี้ครอบคลุมการกาหนดคุณสมบัติทางเคมีและทางกลของวัสดุ, ขนาดและความหนาของท่อ, กระบวนการผลิตและทดสอบ รวมถึงการทาเครื่องหมายท่อเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและควาปลอดภัย ของท่อที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูงและการกัดกร่อน [9] โดยเฉพาะสาหรับโครงงานนี้ ท่อขนาด 6 นิ้วที่ใช้จะต้องเป็นไปตามมาตรฐาน API 5L เพื่อให้ การออกแบบกลไกล็อคและวัสดุซีลของ Pipe Plug สามารถรองรับแรงดันและสภาพการใช้งานจริงได้ อย่างเหมาะสม 2.9.2 รำยละเอียดหลักของ API 5L ได้แก่: ประเภทและเกรดของท่อ (Pipe Grades): เช่น Grade A, B, X42, X52, X60, X65, X70 ที่ แตกต่างกันในเรื่องความแข็งแรงและคุณสมบัติทางกล 1. ขนาดและความหนาของท่อ: กาหนดเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนัง ท่อ เพื่อรองรับแรงดันและสภาพแวดล้อม 2. คุ ณ สมบั ติ ทางเคมี แ ละกล: ระบุ อ งค์ ป ระกอบทางเคมี เช่ น คาร์ บ อน แมงกานี ส ฟอสฟอรัส และซัลเฟอร์ รวมถึงความแข็งแรงและความเหนียวของวัสดุ 3. กระบวนการผลิตและทดสอบ: รวมถึงการรีดร้อน การเชื่อม และการทดสอบความ ทนทานเพื่อให้ได้คุณภาพสูงสุด 21 4. การทาเครื่องหมาย: ระบุข้อมูลจาเป็นบนท่อ เช่น หมายเลขเกรด ขนาด และผู้ผลิต เพื่อ การตรวจสอบและติดตามได้ 2.10 ข้อกำหนดด้ำนควำมปลอดภัย อุปกรณ์อุดปลายท่อจะต้องมีค่า Safety Factor ไม่น้อยกว่า 2 และต้องสามารถทนต่อแรงดัน ที่ระดับน้าลึกประมาณ 85 เมตร ซึ่งคิดเป็นแรงดันประมาณ 8.5 บาร์ 2.11 มำตรฐำนกำรออกแบบโครงสร้ำงใต้ทะเล โดยปกติแล้วตามมาตรฐาน API RP 2A-WSD [10] จะกาหนดค่าความปลอดภัย ที่แตกต่าง กันไปตามประเภทของแรงกระทา และสภาวะการออกแบบ ซึ่งเป็นแนวทางสาหรับงานออกแบบ โครงสร้างแท่นขุดเจาะน้ามันนอกชายฝั่งแบบอยู่กับที่ ค่าความปลอดภัยตามมาตรฐาน API RP 2A-WSD จากแต่ละประเภทโหลด ดังแสดงในตารางที่2.1 ตารางที่ 2.1 ค่าความปลอดภัยแต่ละประเภทของแรงกระทา ประเภทของแรงกระทา ค่าความปลอดภัย แรงดึงในแนวแกน (Axial Tension) 1.67 แรงอัดในแนวแกน (Axial Compression) 2.0 แรงดัด (Bending) 2.0 นอกจากนี้ API RP 2A-WSD คิดเรื่องของ Stress Increase Factor (SIF) หรือ ค่าความเผื่อที่เพิ่มขึ้น ตามสภาพแวดล้อมการใช้งาน ดังแสดงในตารางที่2.2 ตารางที่ 2.2 ค่าความเผื่อตามสภาพแวดล้อม สภาวะการทางาน SIF สภาวะการทางานปกติ (Normal Operation) 1 สภาวะแวดล้อมการทางานที่หนักหน่วง 1.333 (Survival Condition) กรณีเกิดอุบัติเหตุ (Accidental Condition) 1.67 Survival Condition เช่น พายุ หรือ อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง อย่างรวดเร็วและการกัดกร่อน Accidental Condition เช่น การชน, การตกใส่ของวัตถุ, เพลิงไหม้ 22 2.12 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของวัสดุซีลยำง ซีลยาง (Rubber Seal) คืออุปกรณ์ที่ใช้สาหรับการปิดผนึกในระบบต่าง ๆ เพื่อป้องกันการ รั่วไหลของของเหลวและก๊าซ ซีลยางผลิตจากวัสดุยางธรรมชาติหรือยางสังเคราะห์ ซึ่งมีคุณสมบัติเด่น เช่น ความยืดหยุ่นสูง ทนทานต่อการสึกหรอ อุณหภูมิ และสารเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานที่ต้องรับ แรงดันและมีความต้องการความน่าเชื่อถือสูงในการป้องกันการรั่วซึม[11] 2.13 วัสดุที่ใช้สำหรับซีลใน Pipe Plug ยางไนไตรล์ (NBR) เป็นยางสังเคราะห์ที่นิยมใช้ในงานซีลและป้องกันการรั่ว โดยเฉพาะใน อุตสาหกรรมปิโตรเลียม ก๊าซธรรมชาติ และระบบท่อใต้ทะเล ด้วยคุณสมบัติเด่นในการทนน้ามัน เชื้อเพลิง และสารหล่อลื่น โครงสร้างโคพอลิเมอร์ของอะคริโลไนไทรล์และบิวตะไดอีนสามารถปรับ สัดส่วนเพื่อเพิ่มการทนน้า มันหรือความยืดหยุ่นตามต้องการ รองรับช่วงอุณหภูมิ –40°C ถึง 108°C และมีความแข็งแรง ทนแรงดึง ขัดถู และยืดหยุ่นดี กระบวนการอบยางทั้งแบบกามะถันและเปอร์ ออกไซด์ช่วยเสริมความทนทานตามสภาพแวดล้อมการใช้งาน จึงเหมาะสาหรับเป็นวัสดุซีลใน Plug (ดังแสดงในรูปที่2.4) ที่ใช้กับท่อแรงดันสูงหรือในสภาพแวดล้อมที่มีน้ามันหรือสารเคมีรุนแรง รวมถึง ยังนิยมในอุตสาหกรรมยานยนต์ การแพทย์ และอาหาร โดยต้องเลือกสูตรยางให้เหมาะสมกับการใช้ งานเฉพาะด้าน [12] รูปที่ 2.4 ยางไนไตรล์ 23 2.13.1 ประเภทกำรทดสอบพฤติกรรมของยำง 1. การทดสอบแรงกด (Compression testing) การทดสอบการอัดเป็นการทดสอบทางกลที่สำคัญ ซึ่งใช้เพื่อประเมินพฤติกรรมของวัสดุภายใต้ แรงอัดที่ถูกนำไปใช้ โดยทั่วไปจะดำเนินการโดยการใช้แรงอัดกับชิ้นทดสอบที่มีรูปทรงสี่เหลี่ยมหรือ ทรงกระบอก ผ่านแผ่นรอง (platens) หรืออุปกรณ์พิเศษบนเครื่องทดสอบคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ (universal testing machine) ดังแสดงในรูปที่2.5 [13] รูปที่ 2.5 เครื่องทดสอบคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุ (Universal testing machine) 2. การทดสอบการคลายตัว (Stress Relaxation test) ปรากฏการณ์ที่ความเค้ นในวัสดุลดลงเมื่อเวลาผ่านไป(ดังแสดงในรูปที่2.6) ภายใต้เงื่อนไขที่ วั ส ดุ ถู ก ยื ด หรื อ ขยายตั ว ในระยะคงที่ ซึ่ ง เป็ น ลั ก ษณะเฉพาะของวั ส ดุ ป ระเภทวิ ส โกอี ลาสติ ก (Viscoelastic materials) เช่น ยาง โพลิเมอร์ และวัสดุชีวภาพ [14] รูปที่ 2.6 กราฟตัวอย่างพฤติกรรมการผ่อนคลายความเค้น 24 2.14 ควำมดันภำยในท่อทีเ่ กิดจำกกำรอุดท่อ รูปที่ 2.7 ลักษณะท่อภายใต้แรงดัน หมายเหตุ ในกรณีที่ท่ออยู่ใต้น้า ความดันของของเหลวที่อยู่ภายในจะเท่ากับ ความดันที่อยู่ ภายนอกท่อ ดังแสดงในรูปที่2.9 ในที่นี้ของเหลวภายในไม่มีการไหลเนื่องจากเป็น ท่อผ่านการตัด และ เตรียมรื้อถอน ความดันที่ใช้ใน ออกแบบ คือ 85 เมตร โดยอ้างอิงจากความลึกสูงสุดของทะเลอ่าวไทย 2.14.1 กำรคำนวณแรงดันที่กระทำกับ Pipe Plug เมื่อ Pipe Plug ถูกใช้ในการอุดปลายท่อ แรงดันภายในท่อจะกระทาต่อผิวด้านข้างและ ปลายของ Plug โดยแรงดันนี้มาจาก ความดันน้าหรือของเหลวภายในท่อ เราสามารถคานวณแรงดัน ที่ Pipe Plug ต้องรองรับได้ ดังนี้ 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝜌𝑔ℎ ρ = ความหนาแน่นของน้า (Density of water) = 1,000 kg/m³ 𝑔 = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (Acceleration due to gravity) = 9.81 m/s² ℎ = ความลึกของน้า (Depth) = 85 meters 2.14.2 กำรคำนวณควำมดันเนื่องจำกระดับควำมลึก 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (1,000 𝑘𝑔 𝑚 × ) (9.81 ) × (85 𝑚) = 833,850 𝑃𝑎 𝑚3 𝑠2 โดย 1 bar = 105 Pa 25 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 833,850 = 8.3385 𝑏𝑎𝑟 10000 2.14.3 กำรคำนวณกำรกำหนดค่ำปลอดภัย (Safety Factor) เพื่อความปลอดภัยในการออกแบบ ให้คูณด้วยค่า Safety Factor = 2 𝑃𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 = 8.3385 × 2 = 16.677 𝑏𝑎𝑟 ดังนั้น ความดันออกแบบที่ใช้ในการคานวณเท่ากับ ประมาณ 17 bar 2.14.4 แรงดันที่กระทำบนหน้ำตัด Pipe Plug (Axial Force, F) แรงดันภายในท่อจะกระทาต่อพื้นที่หน้าตัดของ Pipe plug ดังรูปที่ 2.10 ทาให้เกิดแรงดันตามแกน ท่อ สามารถคานวณได้จากสูตร ดังนี้ 𝐹 = 𝑃𝑑𝑒𝑠𝑖𝑔𝑛 × 𝐴𝑟𝑒𝑎 A = พื้นที่ภายในของท่อที่มีขนาดความหนาบางที่สุดตามมาตรฐาน API 5L รูปที่ 2.8 แรงดันที่กระทาต่อ Pipe plug 2.15 กำรวิเครำะห์และกำรออกแบบโดยใช้ Finite Element Analysis (FEA) 2.15.1 หลักกำรของ FEA ในกำรออกแบบวิศวกรรม Finite Element Analysis (FEA) คือเครื่องมือทางวิศวกรรมที่ใช้ในการจาลองและวิเคราะห์ พฤติกรรมของชิ้นส่วนภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ เช่น แรงภายนอก แรงดันภายใน อุณหภูมิ หรือความ เสียหายที่เกิดจากเวลา FEA แบ่งชิ้นงานออกเป็นองค์ประกอบย่อย (Elements) และใช้แบบจาลอง ทางคณิตศาสตร์ในการคานวณพฤติกรรมของแต่ละส่วน เพื่อให้สามารถประเมินจุดที่มีความเค้นสูง (Stress Concentration), การเสี ย รู ป (Deformation), และปั จ จั ย ความปลอดภั ย (Factor of Safety) 26 รูปที่ 2.9 ตัวอย่างการใช้ FEA ในการคานวณความแข็งแรงของชิ้นงาน 2.15.2 กำรประยุกต์ใช้ FEA ในกำรออกแบบ Pipe Plug งานวิจัยของ Ibrahim et al. (2021) ได้ใช้ FEA วิเคราะห์พฤติกรรมของวัสดุ ภายใต้แรงดันน้า ลึก 90 เมตร โดยพบว่า การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของ PU มีผลต่อความสามารถในการซีล และควร ออกแบบรูปทรงให้มีลักษณะบีบอัดในแนวรัศมีเพื่อป้องกันการเลื่อนหลุดจากท่อ โครงงานนี้จะใช้ซอฟต์แวร์ ABAQUS หรือ SolidWorks Simulation ในการวิเคราะห์ โดยเน้น วิเคราะห์ความแข็งแรงของโครงสร้างโลหะ และการเสียรูปของวัสดุซีล ภายใต้แรงดันคงที่ 8.5 บาร์ พร้อมตรวจสอบค่า Factor of Safety ว่าอยู่ในช่วงที่ปลอดภัยและเป็นไปตามมาตรฐานวิศวกรรม 2.16 Criteria ในกำรออกแบบ ในการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม ผู้วิจัยได้กาหนดคุณสมบัติวัสดุอ้างอิงตามมาตรฐาน ASME BPVC Section II Part D (Metric) [] โดยมีการเทียบเคียงวัสดุมาตรฐาน ASTM เข้าสู่รหัสวัสดุของ ASME (SA) เพื่อใช้ค่าสมบัติทางกลที่ผ่านการรับรองในระดับสากล สาหรับวัสดุโครงสร้างหลักอย่าง ASTM A36 ได้ถูกเทียบเคียงเป็น ASME SA-36 เมื่อพิจารณาตาม Table 1A (Section II, Part D) สาหรับวัส ดุ SA-36 ในกลุ่ม Line Number 18 (Product Form: Bar) พบว่ามีค่าความเค้นที่ยอมรับได้ (Maximum Allowable Stress) เท่ากับ 114 MPa ณ อุณหภูมิใช้งาน อย่างไรก็ตาม ในการวิเคราะห์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEA) ตามมาตรฐาน ASME Section VIII, Division 2, Part 5 ผู้วิจัยได้ประยุกต์ ใช้เกณฑ์การตั ดสิ น ผล (Criteria) ผ่าน 2 วิธีหลัก เพื่อให้สอดคล้องกับพฤติกรรม 27 2.16.1 วิธีกำรวิเครำะห์ควำมเค้นแบบอีลำสติก (Elastic Stress Analysis Method) เป็นวิธีการประเมินความปลอดภัยโดยเปรียบเทียบค่าความเค้นที่เกิดขึ้นในโครงสร้างหลัก (Primary Stress) กับค่าขีดจากัดความเค้นที่ยอมรับได้ โดยในทางปฏิบัติสาหรับการออกแบบด้วยวิธี Elastic Analysis มาตรฐานอนุญาตให้ใช้ค่าความเค้นที่ยอมรับได้สูงกว่าค่า พื้นฐานสาหรับความเค้น ดัดหรือความเค้นรวม เพื่อป้องกันการเกิด Plastic Collapse ของโครงสร้างในภาพรวม (Global Failure) 2.16.2 เกณฑ์กำรพิจำรณำควำมเสียหำยเฉพำะจุด (Local Failure) สาหรับบริเวณที่มีความเค้นพุ่งสูงผิดปกติ เช่น บริเวณยอดฟันจับยึด (Gripper Teeth) ซึ่งเกิด จากผลของรูปทรงแหลมคม (Notch Effect) และพื้นที่สัมผัสขนาดเล็ก ความเค้นในส่วนนี้จะถูก จาแนกเป็น Peak Stress ตามนิยามในมาตรฐาน มาตรฐานยอมให้ค่าความเค้นเฉพาะจุดนี้สูงกว่าค่า หรือแม้กระทั่งสูงกว่าค่า Yield Strength ได้ เนื่องจากพฤติกรรม Local Yielding ในบริเวณนี้จะไม่ ส่งผลต่อเสถียรภาพของโครงสร้างหลัก การยอมรั บ Local Failure ในระดั บ นี้ ช่ ว ยให้ อุ ป กรณ์ สามารถจิก ยึ ด กั บ ผนั ง ท่อ ได้ อ ย่า งมั่นคง (Sticking Condition) โดยที่โครงสร้างส่วนอื่นยังคงอยู่ในช่วง Elastic ที่ปลอดภัยตามเกณฑ์ข อง Elastic Stress Analysis Method ตารางที่ 2.3 สรุปเกณฑ์การยอมรับความเค้นสาหรับวัสดุ SA-36 เกณฑ์การยอมรับ (Acceptance Criteria) วิธีการประเมิน ประเภทความเค้น Elastic Stress Analysis Primary Membrane ≤S (𝑆𝑚, ) Local Failure Analysis Peak Stress (F) ค่าอ้างอิงพื้นฐาน (S) 114 MPa ยอมให้เกิด Local Yielding (No Global > 114 MPa Distortion) การเลื อ กใช้ วั ส ดุ SA-36 (Line 18) ที่ มี ค่า Allowable Stress 114 MPa ร่ ว มกั บ การ วิเคราะห์แบบ Elastic Stress Analysis และ Local Failure ช่วยยืนยันได้ว่า อุปกรณ์ Pipe Plug จะมีความแข็งแรงเพียงพอในส่วนโครงสร้างหลัก ในขณะที่ส่วนฟันจับยึดสามารถทาหน้าที่จิกยึดผิว ท่อได้อย่างมีประสิทธิภาพตามฟังก์ชันการใช้งานจริง 28 บทที่ 3 ขั้นตอนกำรออกแบบ ขั้นตอนการออกแบบบทนี้แสดงถึงขั้นตอนการดาเนินงานของโครงงาน แบ่งออกเป็น 2 ส่วน หลัก ได้แก่ การศึกษาวัสดุยางเพื่อใช้ในระบบซีลของปลั๊กท่อ และการออกแบบกลไกของปลั๊กท่อ เพื่อให้สามารถทางานได้อย่างมั่นคงและทนแรงดันได้ ทั้งนี้มีการออกแบบ ทดสอบ และวิเคราะห์โดย ใช้หลักวิศวกรรมเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เหมาะสมสาหรับงานรื้อถอนท่อในภาคพื้นดินและใต้ทะเล 3.1 ขั้นตอนกำรดำเนินงำน การดาเนินงานตามขั้นตอนต่างๆ จะช่วยให้การทางานอย่างมีระบบ เพื่อให้การดาเนินงาน เป็นไปได้ อย่างมีประสิทธิภาพ ดังแสดงในรูปที่ 3.1 รูปที่ 3.1 ขั้นตอนการดาเนินงาน 29 3.2 มำตรฐำนกำรออกแบบ ในการออกแบบอุปกรณ์สาหรับใช้งานในอุตสาหกรรมสารวจและผลิตปิโตรเลียม โดยเฉพาะใน กระบวนการรื้อถอนท่อส่งใต้ทะเลที่หมดอายุการใช้งาน ความปลอดภัยถือเป็นปัจจัยสาคัญที่ต้องให้ ความสาคัญสูงสุด อุปกรณ์ที่ใช้จะต้องสามารถทนต่อแรงดันได้อย่างปลอดภัย และต้องเป็นไปตาม มาตรฐานทางวิศวกรรมที่ยอมรับในระดับสากล มาตรฐานที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ Pipe Plug สาหรับท่อขนาด 6 นิ้วในโครงงานนี้มีดังต่อไปนี้: 1.มาตรฐานของ ASME (The American Society of Mechanical Engineers) 2.มาตรฐาน API (American Petroleum Institute) มาตรฐานเหล่านี้ถูกนามาใช้เป็นแนวทางในการกาหนดความแข็งแรงของวัสดุ กลไกการยึด เกาะภายในท่อ และการประเมินค่าความปลอดภัยของโครงสร้าง โดยเน้นให้สามารถรองรับแรงดัน จากระดับความลึกประมาณ 85 เมตร ซึ่งเป็นเงื่อนไขจริงในพื้นที่อ่าวไทย อีกทั้งยังสอดคล้องกับแนว ปฏิบัติที่ใช้ในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมระดับสากล การอ้างอิงมาตรฐานอย่างเหมาะสมจะช่วยให้การออกแบบอุปกรณ์มีความน่าเชื่อถือ สามารถทดสอบ จาลองการใช้งานได้อย่างถูกต้อง และมีศักยภาพในการต่อยอดเพื่อผลิตใช้งานจริงในอนาคต 3.3 สมมติฐำนในกำรออกแบบด้วยวิธีกำร FEA (Finite Element Modeling Assumptions) 3.3.1 สมมติฐำนด้ำนวัสดุ 1. วัสดุเป็นเชิงเส้น : สมมติว่าความเค้น เป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเครียด ตามกฎของ Hooke's Law ซึ่งไม่เป็นจริงสาหรับวัสดุที่รับภาระเกินขีดจากัดความยืดหยุ่น 2. เป็นเนื้อเดียวกัน : สมมติว่าเป็นคุณสมบัติของวัสดุ (เช่น ค่าโมดูลัสของยัง) มีค่าเท่ากัน ตลอดทั้งชิ้นงาน 3. มีคุณสมบัติไม่ขึ้นกับทิศทาง : สมมติว่าคุณสมบัติของวัสดุมีค่าเท่ากันทุกทิศทาง ซึ่งอาจ ไม่เป็นจริงสาหรับวัสดุบางชนิด เช่น ไม้หรือวัสดุผสม 30 3.3.2 สมมติฐำนด้ำนรูปทรง การทาให้เป็นอุดมคติ (Idealization): การละเลยคุณลักษณะเล็ก ๆ น้อย ๆ เช่น รู, ขอบมน, หรือรอยเชื่อมที่ไม่ได้มีความสาคัญต่อผลลัพธ์โดยรวม เพื่อลดขนาดของแบบจาลอง 3.3.3 สมมติฐำนด้ำนขอบเขตและกำรโหลด (Boundary Conditions & Loading) Idealized Constraints: สมมติว่าจุดที่ยึดชิ้นงานถูกยึดแบบสมบูรณ์ หรือสามารถหมุนได้อย่าง อิสระ ซึ่งในความเป็นจริงอาจมีความยืดหยุ่นเล็กน้อย การกาหนดแรงกระทา: การสมมติว่าแรงกระทา เป็ น จุ ด แบบ Point Load และ Pressure, Surface Traction หรื อ Distributed Load ที่ มี การ กระจายตัวสม่าเสมอในหน้าตัด 3.3.4 ภำระที่กระทำ กาหนดให้ภาระสูงสุดที่กระทาต่อโครงสร้างเป็น ภาระสถิต หรือ Static Load เท่านั้น โดยมี ขนาดแรงสูงสุดที่ ซึ่งพิจารณาจากกรณีการใช้งานที่เลวร้ายที่สุด หรือ Worst-Case Scenario ทั้งนี้ จะละเลยผลกระทบของ Dynamic Load เช่น แรงกระแทก หรือการสั่นสะเทือน ในการวิเคราะห์ เบื้องต้น 3.3.5 ภำระที่กระทำกำรลดภำระกำรคำนวณและกำรจำลองชิ้นส่วนแยก (Simplification and Sub-Modelling) การเลือกวิเคราะห์ชิ้น ส่ว นวิก ฤต (Critical Component Isolation) : ในกรณีของชิ้ น งาน ประกอบ ที่มีชิ้นส่วนจานวนมาก ทาการเลือก วิเคราะห์เฉพาะชิ้นส่วนที่คาดว่าจะเป็นจุดวิกฤตสูงสุด (Critical Stress Area) โดยการกาหนดแรงและเงื่อนไขขอบเขตที่ชิ้นส่วนนั้นได้รับมาจากชิ้นส่วนอื่น เป็น Equivalent Load แทนการจาลองทั้งระบบ 3.4 แนวคิดกำรออกแบบ (Concept Design) ในการออกแบบอุปกรณ์อุดท่อ โดยมีการจากัดขอบเขตการออกแบบทั้งในด้านการเลือกใช้วัสดุ และขนาดของอุปกรณ์ให้เหมาะสม ทาให้เกิดข้อจากัดในการเลือกใช้วัสดุรวมถึงการออกแบบ โดยได้ ทา การออกแบบ Concept design เพือ่ สร้างเค้าโครงงานของแบบที่ต้องการ รวมถึงข้อดีข้อเสียของ แต่ละแบบเพื่อเลือกใช้วัสดุอุปกรณ์ต่างๆให้เหมาะสมกับงาน โดยได้ทาการออกแบบมาดังนี้ 31 3.4.1 Concept design 1 แนวคิดการออกแบบ แนวคิดการออกแบบสาหรับอุปกรณ์นี้มาจากการขยายหลอดเลือดหัวใจด้วยบอลลูน ทาให้พื้น ผิวสัมผัสตัวอุปกรณ์นี้ขยายตัวไปติดกับขอบท่อ กลไกนี้ช่วยกระจายแรงดันออกอย่างสม่าเสมอรอบ แนวรัศมี เหมาะสาหรับการใช้งานในระบบที่ต้องการการขยายและยึดเกาะภายในท่อ ดังรูปที่ 3.2 เพื่อให้เห็นภาพรวมของแนวคิดนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้นได้ทาการเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของกลไกการ ออกแบบ Concept 1 ไว้ในตารางที่ 3.1 รูปที่ 3.2 Concept design 1 ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 1 ข้อดี ใช้แรงในการติดตั้งอุปกรณ์น้อย สามารถใช้กับท่อได้หลายขนาด ข้อเสีย ต้องใช้ความเที่ยงตรงในการผลิต อุปกรณ์มีช่องว่าง ทาให้มีการรั่วซึมของ ของเหลวภายในท่อ อุปกรณ์มีระบบกลไกที่ซับซ้อน 3.4.2 Concept design 2 แนวคิดการออกแบบ แนวคิดการออกแบบอุปกรณ์นี้มาจาก Climbing Equipment โดยเฉพาะอุปกรณ์ที่ใช้สาหรับ การปีนผาแบบแทรกตัวในรอยแยกของหิน (Cam Device) ซึ่งอาศัยหลักการขยายตัวของกลไกแคม เพื่อสร้างแรงยึดเกาะกับพื้นผิวโดยรอบ เมื่อนาแนวคิดนี้มาประยุกต์ใช้ อุปกรณ์จะขยายและยึดตัว ภายในท่อหรือช่องว่างได้อย่างมั่นคง ด้วยแรงกดที่กระจายสม่าเสมอรอบแนวรัศมี จึงช่วยเพิ่มความ ปลอดภัยในการจับ ยึด ดังรูปที่ 3.3 เพื่อให้เห็นภาพรวมของแนวคิดนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้นได้ทาการ เปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของกลไกการออกแบบ Concept 2 ไว้ในตารางที่ 3.2 32 รูปที่ 3.3 Concept design 2 ตารางที่ 3.2 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 2 ข้อดี พฤติกรรมยางไม่มีผลกับการรับแรงดันภายใน ท่อของอุปกรณ์ อุปกรณ์สามารถรับแรงดันได้สูง สามารถใช้ได้กับท่อหลากหลายพื้นผิว ข้อเสีย ต้องใช้ความเที่ยงตรงในการผลิต อุปกรณ์ติดตั้งยาก อุปกรณ์มีระบบกลไกที่ซับซ้อน 3.4.3 Concept design 3 แนวคิดการออกแบบ แนวคิดการออกแบบอุป กรณ์นี้ด้รับการออกแบบโดยอ้างอิงหลักการทางานของ Scissor Mechanism ซึ่งเป็นระบบข้อต่อแบบเชื่อมโยง (Linkage System) ที่สามารถขยายหรือหดตัว ใน แนวแกนได้อย่างสมมาตร โดยอาศัยการหมุนรอบจุดหมุนกลางของแขนแต่ละคู่ กลไกนี้ช่วยให้การ เคลื่อนที่เป็นไปอย่างมั่นคงและสม่าเสมอ เมื่อมีแรงขับจากแกนกลางหรือสกรูขับ อุปกรณ์สามารถ ขยายออกเพื่อยึดกับผนังท่อ หรือหดกลับเพื่อถอดออกได้สะดวก ดังรูปที่ 3.4 เพื่อให้เห็นภาพรวมของ แนวคิดนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้นได้ทาการเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของกลไกการออกแบบ Concept 3 ไว้ ในตารางที่ 3.3 รูปที่ 3.4 Concept design 3 ตารางที่ 3.3 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 3 33 ข้อดี ผลิตและประกอบง่าย สามารถใช้กับท่อได้หลายขนาด ข้อเสีย เหมาะสมกับท่อที่มีสภาพพื้นผิวเรียบ อุปกรณ์มีน้าหนักสูง 3.4.4 Concept design 4 แนวคิดการออกแบบ แนวคิดการออกแบบสาหรับอุปกรณ์นี้ใช้ระบบ Parallel Linkage เป็นกลไกหลักในการพัฒนา ตัวยึดอเนกประสงค์แบบปรับขนาดอัตโนมัติ (Self-adjusting Universal Holder) โดยแขนยึดจะ เคลื่อนที่ขนานกัน ทาให้พื้นผิวสัมผัสสามารถปรับตามรูปทรงและความหนาของวัตถุได้โดยอัตโนมัติ จึ ง ให้ การจั บ ยึ ด ที่ แ น่ น หนา ไม่ ทาลายพื้ น ผิ ว เหมาะสาหรั บ การใช้ งานในแขนกล แท่ น จั บ ใน สายการผลิต หรืออุปกรณ์ที่ต้องการความแม่นยาสูง โดยไม่ต้องปรับตั้งค่าด้วยมือ ดังรูปที่ 3.5 และ เพื่อให้เห็นภาพรวมของแนวคิดนี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้นได้ทาการเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของกลไกการ ออกแบบ Concept 4 ไว้ในตารางที่ 3.4 รูปที่ 3.5 Concept design 4 ตารางที่ 3.4 ตารางเปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของ Concept 4 ข้อดี อุปกรณ์ติดตั้งง่าย เมื่อรับความดันเพิ่มขึ้น อุปกรณ์สามารถยึดติด กับผนังท่อได้แน่นขึ้น อุปกรณ์มีระบบกลไกที่ไม่ซับซ้อน ข้อเสีย ต้องใช้ความเที่ยงตรงในการผลิต อุปกรณ์มีน้าหนักสูง 3.5 กำรเปรียบเทียบแนวคิดกำรออกแบบ (Concept Design Comparison) ในการออกแบบอุปกรณ์ Pipe Plug ได้มีการเสนอแนวคิดการออกแบบเบื้องต้นหลายรูปแบบ เพื่อใช้พิจารณาหาแนวทางที่เหมาะสมที่สุดสาหรับการนาไปพัฒนาเป็นต้นแบบจริง โดยแต่ละแนวคิด 34 มีลักษณะของกลไกและหลักการทางานที่แตกต่างกัน ทั้งในด้านความสะดวกในการติดตั้ง การ กระจายแรงดั น และความสามารถในการยึ ด เกาะภายในท่ อ ดั ง นั้ น จึ ง ได้ ทาการรวบรวมและ เปรียบเทียบข้อดี–ข้อเสียของแนวคิดการออกแบบแต่ละแบบไว้ในตารางที่ 3.5 เพื่อใช้ประกอบการ ตัดสินใจเลือกแนวคิดที่เหมาะสมที่สุดในการพัฒนาต้นแบบต่อไป 3.5.1 ปัจจัยในกำรเลือกแนวคิดกำรออกแบบ (Factors in Concept Selection) การเลือกแนวคิดการออกแบบที่เหมาะสมมีการพิจารณาจากหลายปัจจัย เพื่อให้มั่นใจว่า อุปกรณ์ที่ออกแบบสามารถตอบโจทย์การใช้งานจริงได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีปัจจัยสาคัญดังนี้ 1. 2. 3. 4. ความสามารถในการยึดเกาะและป้องกันการรั่วซึมของของเหลวภายในท่อ ความสะดวกในการติดตั้งและถอดอุปกรณ์ ความแข็งแรงและความปลอดภัยของโครงสร้าง ความซับซ้อนของกลไก 35 ตารางที่ 3.5 ตารางเปรียบเทียบและให้คะแนนของ Concept Design Selection Criteria Percentage weight (%) ความสามารถใน การยึดเกาะและ ป้องกันการรั่วซึม ของของเหลว ภายในท่อ ความสะดวกในการ ติดตั้งและถอด อุปกรณ์ ความแข็งแรงและ ความปลอดภัยของ โครงสร้าง ความซับซ้อนของ กลไก Total score Description Concept 1 Concept 2 Concept 3 Concept 4 Rating Weight Rating Weight Rating Weight Rating Weight 60 3 1.8 4 2.4 3 1.8 5 3 10 5 0.5 2 0.2 5 0.5 5 0.5 25 2 0.5 3 0.75 2 0.5 4 1 5 2 0.1 1.5 0.075 3 0.15 4 0.2 2.9 3.425 2.95 4.7 ☓ ☓ ☓ ✓ 3.6 สรุปผลกำรเลือกแนวคิดกำรออกแบบ (Concept Selection Result) หลังจากทาการพิจารณาข้อดีและข้อเสียของแต่ละแนวคิดแล้ว พบว่า Concept Design แบบ ที่ 4 เป็นแนวคิดที่เหมาะสมที่สุดสาหรับการพัฒนาเป็นต้นแบบ เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย สามารถขยายตัวได้เมื่อรับแรงดันภายใน ทาให้ผิวสัมผัสของอุปกรณ์แนบสนิทกับผนังท่อ ช่วยลด โอกาสการรั่วซึมของของเหลวภายในท่อ อีกทั้งยังติดตั้งได้สะดวกและให้แรงยึดเกาะที่มั่นคงกว่า รูปแบบอื่น แม้ว่าจะมีข้อจากัดในด้านความต้องการความเที่ยงตรงในการผลิตและน้าหนักที่มากกว่า เล็กน้อย แต่ด้วยประสิทธิภาพด้านการยึดเกาะและความสามารถในการกระจายแรงดันที่ดี จึงเลือกใช้ Concept Design ที่ 4 เป็นแนวทางหลักในการออกแบบและสร้างต้นแบบของ Pipe Plug ในขั้นตอน ต่อไป 3.7 กำรออกแบบโครงสร้ำง (Structural Design) 3.7.1 Shaft เพลาของอุปกรณ์ Pipe Plug ทาหน้าที่ส่งแรงจากกลไกขับเคลื่อนไปยังแผ่นดันยางทั้งสองด้าน ซึ่งต้องรับแรงอัดในแนวแกนค่อนข้างสูงจากการขยายตัวยางภายในท่อ 36 ในการออกแบบเพื่อให้เพลามีความแข็งแรงเพียงพอและไม่เกิดการโก่งงอในระหว่างการใช้งาน ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เหมาะสมของเพลาอยู่ในช่วงประมาณ 35–38 มิลลิเมตร เพื่อเพิ่มความ แข็งแรงและเผื่อค่าความปลอดภัย รวมถึงความสะดวกในการผลิตและประกอบ จึงเลือกใช้ขนาดเพลา เส้นผ่านศูนย์กลาง 40 มิลลิเมตร (D = 40 mm) ขนาดนี้สามารถรับแรงได้อย่างเพียงพอต่ อ การ ขยายตัวของยาง และยังมีความแข็งแรงต่อแรงบิดที่เกิดจากการหมุนปรับขยาย โดยไม่ทาให้เพลาเกิด การเสียรูป อีกทั้งยังคงมีพื้นที่ภายในท่อขนาด 6 นิ้วเพียงพอสาหรับการขยายตัวของยางและชิ้นส่วน อื่น ๆ ดังรูปที่ 3.6 รูปที่ 3.6 การออกแบบโครงสร้าง Shaft 3.7.2 Flange ในการออกแบบชิ้นส่วน Flange ของ Pipe Plug ได้กาหนดให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 140 มิลลิเมตร และความหนา 10 มิลลิเมตร โดยอ้างอิงจากแบบชิ้นงานที่เคยใช้ในงานรื้อถอนท่อขนาด 6 นิ้ว ขนาดนี้สามารถรองรับแรงอัดจากการหมุนเพลาและถ่ายทอดไปยังแผ่นดันยาง (End Plate) ได้ อย่างสม่าเสมอ Flange ทาหน้าที่เป็น ฐานรองรับเพลาและ bolt รวมถึงกระจายแรงอัดไปยังยางขยายตัวให้ ทั่วทั้งวงรอบของท่อ ขนาดและความหนาที่เลือกยังช่วยให้ชิ้นส่วนไม่เกิดการแอ่นตัว (deflection) ขณะใช้งาน และสามารถประกอบเข้ากับระบบอื่นได้สะดวกในพื้นที่จากัดภายในท่อ ดังรูปที่ 3.7 รูปที่ 3.7 การออกแบบโครงสร้าง Flange 37 3.7.3 Prismatic Flange Prismatic Flange ถูกออกแบบให้มีหน้าตัดเป็นแท่งหรือเหลี่ยมเพื่อรองรับ Prismatic Joint ทาให้แผ่นดันยางเลื่อนตามแนวแกนได้โดยไม่หมุนรอบเพลา สาหรับชิ้นงานนี้ Flange มีขนาดเส้น ผ่านศูนย์กลาง 170 มม. และความหนา 20 มม. ขนาดนี้ถูกเลือกเพื่อให้สามารถกระจายแรงอัดจาก เพลาไปยังแผ่นดันยางอย่างสม่าเสมอ ลดความเสี่ยงต่อการเสียรูปหรือแตกหัก ดังรูปที่ 3.8 รูปที่ 3.8 การออกแบบโครงสร้าง Prismatic Flange 3.7.4 Prismatic Bar Prismatic Bar เป็น ชิ้น ส่ว นที่มีห น้าตัดเป็นแท่งหรือ เหลี่ยม ทาหน้าที่เป็นแนวเลื่อ นของ Prismatic Joint ให้ชิ้น ส่ว นสามารถเคลื่ อ นตามแนวแกนได้โ ดยไม่ห มุ นรอบแกน สาหรับ งานนี้ Prismatic Bar มีความยาว 80 มม. และถูกออกแบบให้เชื่อมต่อกับ Linkage อื่น ๆ เป็นส่วนหนึ่งของ กลไก 4-Bar การออกแบบเน้นความแข็งแรงเพียงพอในการรับแรงเฉือนและแรงอัดจากการทางาน พร้อมทั้ง กระจายแรงอย่างสม่าเสมอเพื่อลดความเสียรูป Bar ถูกออกแบบให้สามารถเข้าคู่กับ Flange และ ชิ้นส่วนอื่นของ 4-Bar ได้อย่างเหมาะสม และยังคงความเรียบง่ายในการผลิตและประกอบ ทาให้กลไก ทั้งระบบทางานได้อย่างราบรื่นและมีประสิทธิภาพ ดังรูปที่ 3.9 รูปที่ 3.9 การออกแบบโครงสร้าง Prismatic Bar 38 3.7.5 Bar Bar เป็นชิ้นส่วนเชื่อมต่อสาคัญในกลไก ทาหน้าที่ส่งแรงและเคลื่อนที่ร่วมกับชิ้นส่วนอื่น ๆ สาหรับชิ้นงานนี้ Bar ถูกออกแบบให้มีความยาว 51 มม. และความหนา 10 มม. ขนาดนี้ถูกเลือก เพื่อให้สามารถเชื่อมต่อกับ Linkage อื่น ๆ ในระบบ 4-Bar ได้อย่างเหมาะสม การออกแบบเน้นให้ Bar มีความแข็งแรงเพียงพอในการรับแรงเฉือนและแรงดึง -อัด พร้อม กระจายแรงอย่างสม่าเสมอ ลดความเสี่ยงต่อการเสียรูป และยังง่ายต่อการผลิตและประกอบกับ ชิ้นส่วนอื่น ๆ ทาให้กลไกทั้งหมดทางานได้ราบรื่นและมีประสิทธิภาพ ดังรูปที่ 3.10 รูปที่ 3.10 การออกแบบโครงสร้าง Bar 3.7.6 Bolt เลือกฺ Bolt M10 ใส่ใน Linkage เพราะสามารถรองรับแรงดึงและแรงเฉือนที่เกิดขึ้นในชิ้นส่วน ได้เพียงพอ โดยไม่ทาให้เกิดความเสียรูปหรือหลวมระหว่างการทางาน ขนาด M10 เหมาะสมกับ ชิ้นส่วนที่มีขนาดกลาง เช่น Flange และ Bar ของกลไก 4-Bar ทาให้การยึดประกอบมั่นคงและ ปลอดภัย นอกจากนี้การเลือก Bolt ขนาดนี้ยังสะดวกต่อการผลิตและประกอบ เนื่องจากเป็นขนาด มาตรฐาน ดังรูปที่ 3.11 รูปที่ 3.11 การออกแบบโครงสร้าง Bolt 39 3.8 กำรติดตั้งในขนำดท่อต่ำงๆ การติดตั้งอุปกรณ์ Pipe Plug ทาขึ้นเพื่อปิดกั้นและป้องกันการรั่วไหลของสารภายในท่อ โดย ท่อที่ใช้ในการทดสอบมีมาตรฐาน API 5L X52 ซึ่งเป็นท่อเหล็กสาหรับงานส่งผ่านของไหลภายใต้ ความดันสูง โดยมีขนาดท่อหนาสุดที่ 146.30 มิลลิเมตร และขนาดท่อบางสุดที่ 162.76 มิลลิเมตร ก่อนการติดตั้ง อุปกรณ์จะอยู่ในสภาวะเริ่มต้นที่มุม linkage 41.12 องศา เพื่อให้สามารถสอดเข้าไป ภายในท่อได้สะดวก เมื่ออุปกรณ์ถูกเลื่อนเข้าสู่ตาแหน่งที่ต้องการแล้ว จะทาการปรับกลไกภายในให้ เกิดการขยายตัวของชุดยึดเกาะ โดยสามารถขยายได้สูงสุดถึง 79.2 องศา ณ ท่อขนาดบางสุด เพื่อให้ เกิดแรงยึดเกาะแน่นหนากับผนังท่อและป้องกันการรั่วไหลของแรงดันภายใน กลไกของอุปกรณ์ถูก ออกแบบให้สามารถปรับองศาการขยายได้ตามขนาดของท่อที่แตกต่างกัน เพื่อให้การติดตั้งเป็นไป อย่างมั่นคง ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพสูงสุดภายใต้สภาวะแรงดันที่กาหนด ดังรูปที่ 3.12 รูปที่ 3.12 การติดตั้งอุปกรณ์ Pipe Plug 3.9 ขั้นตอนกำรดำเนินกำรติดตั้งอุปกรณ์และกลไกกำรจับยึด การติดตั้งอุปกรณ์จับยึดภายในท่อขนส่งตามมาตรฐาน API 5L ได้ถูกกาหนดระเบียบปฏิบัตใิ ห้ มีความสอดคล้องกันในทุกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อระบุ เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพและความ ปลอดภัยเชิงโครงสร้าง โดยมีรายละเอียดขั้นตอนการดาเนินงานดังนี้ 1. การเตรียมอุปกรณ์สภาวะเริ่มต้น Initial Setting ก่อนการนาอุปกรณ์เข้าสู่ท่อ ต้องปรับระดับกลไกให้อยู่ในสภาวะหดตัวสุด โดยมุม Linkage จะ อยู่ที่ 41.12 องศา เพื่อให้ตัวอุปกรณ์มีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางภายในท่อ (Clearance) ช่วยให้สามารถสอดอุปกรณ์เข้าสู่ตาแหน่งเป้าหมายได้อย่างสะดวกและลดการขูดขีดกับผิวผนังท่อ ดังแสดงรูปที่ 3.13 รูปที่ 3.13 การเตรียมอุปกรณ์สภาวะเริ่มต้น 40 2. การสอดอุปกรณ์เข้าสู่ตาแหน่ง Tool Deployment สอดอุปกรณ์ Pipe Plug เข้าไปภายในท่อจนถึงจุดที่ต้องการปิดกั้นการรั่วไหล โดยตรวจสอบ ระยะจากปากท่อให้แน่ใจว่าชุดยึดเกาะอยู่ในตาแหน่งที่สมมาตรกับแนวผนังท่อ ดังแสดงรูปที่ 3.14 รูปที่ 3.14 การสอดอุปกรณ์เข้าสู่ตาแหน่ง 3. การขยายตัวของกลไกยึดเกาะ Expansion Process ทาการขับเคลื่อนกลไกภายในโดยใช้เครื่องมือควบคุมแรงบิด Torque Tool เพื่อให้ชุดขาจับยึด เริ่มกางออก สาหรับท่อขนาดบางสุด (ID 162.76 mm) กลไกจะขยายตัวได้สูงสุดถึงมุม 79.2 องศา สาหรับท่อขนาดหนาสุด (ID 146.30 mm) มุมกางจะถูกปรับลดลงโดยอัตโนมัติตามสภาพ หน้างานจริง เพื่อให้เกิดแรงกดคงที่ตามที่ออกแบบไว้ ดังแสดงรูปที่ 3.15 รูปที่ 3.15 การขยายตัวของกลไกยึดเกาะ 4. การตรวจสอบแรงยึดเกาะด้วยค่าแรงบิด Torque Verification ใช้ Torque Tool ขันจนถึงค่าแรงบิดที่กาหนด เพื่อยืนยันว่าเกิดแรงกดที่ชุดขาจับยึด 10,000 นิว ตันต่อขา ตามผลการวิเคราะห์ในบทที่ 4 ซึ่งแรงกดระดับนี้จะทาให้ฟันยึดเกาะจิกลงบนเนื้อท่อ (Local Yielding) สร้างแรงเสียดทานเพียงพอในการป้องกันการหลุดถอนภายใต้แรงดันใช้งาน 41 3.10 วัสดุโครงสร้ำง โครงสร้างของอุปกรณ์ Pipe Plug เป็นส่วนสาคัญที่รับแรงดันและแรงยึดเกาะภายในท่อ โดยมี หน้าที่หลักในการปิดกั้นและป้องกันการรั่วไหลของของไหลภายในระบบ โครงสร้างหลักของอุปกรณ์ ผลิตจากเหล็ก ASTM A36 [17] ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรง เหมาะสาหรับงานรับแรงทางกล และ สามารถเชื่อมต่อกับวัสดุอื่นได้ดี ดังรูปที่ 3.16 นอกจากนี้ส่วนของ Bolt ที่ใช้สาหรับยึดและล็อค อุปกรณ์ ผลิตจากวัสดุ AISI 440C [18] ซึ่งเป็นเหล็กสเตนเลสที่มีความแข็งสูง ทนการกัดกร่อน และมี ความเหนียวเพีย งพอต่อการรับ แรงยึดในสภาวะแรงดันสูง โครงสร้างโดยรวมจึงมีความแข็ งแรง ทนทาน และเหมาะสมต่อการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่กาหนด ดังรูปที่ 3.17 รูปที่ 3.16 เหล็ก ASTM A36 รูปที่ 3.17 เหล็กกล้าไร้สนิม AISI 440 42 3.11 กำรสร้ำงแบบจำลอง (Model Setup) การจาลองเริ่มต้นในโปรแกรม Abaqus/CAE โดยการ Import File มาจากโปรแกรม SolidWorks โดยใช้นามสกุลไฟล์เป็น .ParaSolid ดังรูปที่ 3.18 รูปที่ 3.18 Import File เข้าโปรแกรม การวิเคราะห์ดาเนินการตามขั้นตอนการวิเคราะห์ดังต่อไปนี้ • Step 1: การทดสอบความสัมพันธ์ระยะการยึดเกาะ, Contact Pressure และ ความแข็งแรง ของโครงสร้าง • Step 2: การทดสอบการยืดแน่นระหว่างอุปกรณ์และผิวท่อ 3.11.1 กำรกำหนดคุณสมบัติวัสดุ (Material Properties) วัสดุของท่อกาหนดให้เป็น เหล็ก API 5L Grade X52 Carbon steel ซึ่งเป็นวัสดุมาตรฐานที่ ใช้ ใ นงานท่ อ ส่ ง ก๊า ซ และน้า มั น ซึ่ ง ประกอบไปด้ ว ย Density, Young’s Modulus และ วั ส ดุ โครงสร้างหลักของ Pipe Plug เป็นวัสดุ ASTM A36 สุดท้านคือวัสดุย่อยเช่น Nut และ Bolt เนื่อง เป็นวัสดุเชื่อมต่อซึ่งต้องรับโหลดสูง จึงใช้วัสดุซึ่งมีความแข็งแรงสูง เช่น ASTM a490m ในการวิเคราะห์พฤติกรรมทางกลศาสตร์ด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method) ผู้วิจัยได้กาหนดคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในแบบจาลองโดยอ้างอิงค่ามาตรฐานจาก ASME BPVC Section II Part D (Metric) ฉบับปี 2019 เพื่อให้ผลการจาลองมีความเที่ยงตรงและสอดคล้อง กับมาตรฐานการออกแบบวิศวกรรมสากล วัสดุที่ใช้ในโครงสร้างหลักของอุปกรณ์ Pipe Plug และท่อขนส่งถูกกาหนดให้มีพฤติกรรมเป็นแบบ เส้นตรง (Linear Isotropic Material) ในช่วง Elastic และพิจารณาคุณสมบัติการคราก (Yielding) 43 ตามเกณฑ์ของวัสดุเหนียว โดยมีการเทียบเคียงมาตรฐานวัสดุ ASTM เข้ากับรหัสวัสดุของ ASME (SA) เพื่อดึงค่าสมบัติทางกลมาใช้ในการวิเคราะห์ ดังรายละเอียดในตารางที่ 3.6 ตารางที่ 3.6 สมบัติทางกลของวัสดุอ้างอิงตามมาตรฐาน ASME Section II Part D ส่วนประกอบ ท่อขนส่ง (Pipe) โครงสร้าง หลัก (Body) สลักเกลียว (Bolt) วัสดุที่ใช้ (ASTM) API 5L Grade X52 วัสดุเทียบเท่า E (GPa) (ASME SA) SA-53/SA207 106 ASTM A36 SA-36 ASTM A490M SA-490M Sy (MPa) Su (MPa) 360 460 200 250 400 210 940 1,040 หมายเหตุ: 1. ค่า Yield Strength อ้างอิงจาก Table Y-1 (หน้า 1108) และค่า Tensile Strength อ้างอิงจาก Table U (หน้า 1091) ณ อุณหภูมิห้อง 2. กาหนดค่าอัตราส่วนปัว ซอง (Poisson’s Ratio, $\nu$) เท่ากับ 0.3 สาหรับวัสดุเหล็กกล้าทุ ก ประเภทตามข้อกาหนดทางวิศวกรรมพื้นฐานในเล่ม Part D 3. สาหรับสลักเกลียว (Bolt) เลือกใช้มาตรฐาน ASTM A490M ซึ่งเป็นวัสดุประเภท High Strength Bolting เพื่อรองรับภาระกรรมสูงในจุดเชื่อมต่อตามเกณฑ์ที่ระบุใน Table 3 ของมาตรฐาน ASME Section II Part D 3.11.2 Interaction ทาการแบ่ง section ท่อ เป็น 1 ใน 3 เพื่อให้สามารถออกแบบ ลดระยะเวลาในการคานวน และ กาหนดขอบเขตได้ง่าย การแบ่ง section ของท่อออกเป็น 1 ใน 3 เพื่อลดความซับซ้อนของแบบจาลองและเพิ่ม ประสิทธิภาพในการคานวณ โดยอาศัยหลักสมมาตรของชิ้นงาน ซึ่งท่อมีลักษณะทางเรขาคณิตและ การกระจายแรงที่ซ้ากันในแต่ละส่วน การจาลองเพียงบางส่วนของชิ้นงานจึงสามารถแทนพฤติกรรม ของทั้งระบบได้อย่างถูกต้อง การลดขนาดของโมเดลช่วยลดจานวน element และ node ส่งผลให้ ระยะเวลาในการคานวณสั้นลง และใช้ทรัพยากรของคอมพิวเตอร์น้อยลง นอกจากนี้ การแบ่ง section ยังช่วยให้การกาหนดขอบเขตของการวิเคราะห์ทาได้ชัดเจนยิ่งขึ้น โดยบริเวณที่ถูกตัดสามารถกาหนดเป็นเงื่อนไขสมมาตรซึ่งสอดคล้องกับสภาพการทางานจริงของ 44 ชิ้นงาน ทาให้ผลการวิเคราะห์มีความน่าเชื่อถือมากขึ้น อีกทั้งยังช่วยลดความซับซ้อนในการตั้งค่า เงื่อนไขขอบเขต วัสดุ และการสร้างตาข่าย ดังรูปที่ 3.19 รูปที่ 3.19 การแบ่ง section การกาหนด Interaction และ ชิ้นส่วนที่มีการสบ หรือ ติดกัน โดยกาหนดแบบ surface to surface และ Contact interaction Properties เป็นแบบ Tangential Behavior ที่ Friction Coefficient 0.3 (เหล็ก-เหล็ก) และ Normal Behavior โดยใช้ Pressure-Overclosure แบบ Hard contact ดังรูปที่ 3.20 รูปที่ 3.20 การกาหนด Interaction กาหนด Coupling เพื่อ Probe แต่ละ ตาแหน่ง เช่น RP1 กาหนดระยะเลื่อนเข้าออกของ ชิ้นส่วน Prismatic ดังรูปที่ 3.21 45 รูปที่ 3.21 การกาหนด Coupling กาหนด Coupling ทั้งสองตาแหน่ง RP 2ตาแหน่ง RP 2 เพื่อ Probe ขนาดแรง และ เวลา ที่ทาให้ อุปกรณ์หลุดจากท่อ ดังรูปที่ 3.22 รูปที่ 3.22 การกาหนด Coupling ที่ Reference Point กาหนด Interaction ระหว่าง Pin - Base และ ระหว่าง Pin - Prismatic ทาการInteraction ในทุกส่วนที่ติดกัน ดังรูปที่ 3.23 46 รูปที่ 3.23 การกาหนด Interaction ภายในชิ้นงาน การกาหนด Interaction ระหว่างท่อ กาหนดเช่นเดียกับ Interaction ในส่ว นอื่น แต่ควร กาหนดทั้งชิ้น ส่ว นด้านบน เพราะเมื่อ Prismatic อาจเกิดการยุบตัว และทาให้ ผิว ด้านบนของ Prismatic จมลงในผิวท่อ และ เกิดความผิดปกติในการคานวณได้ เช่นเดียวกับ ส่วนหัว Prismatic ซึ่งหากเลื่อนมาชนกับขอบของท่อ และ ไม่ได้ทาการ Interaction ไว้ อาจเกิดปัญหาด้านการคานวน ดังรูปที่ 3.24 รูปที่ 3.24 การกาหนด Interaction ระหว่างท่อ ทาการสร้า ง Connection sector ประเภท Hinge เพื อ ใช้ สาหรั บ กาหนด connection ระหว่าง Pin และ ชิ้นส่วนอื่น โดยขั้นตอนแรก จะทาการตั้ง Reference Point ที่ Node ตรงจุด ศูนย์กลางของรูที่ทาการสวม Pin ทั้งสองฝั่ง ดังรูปที่ 3.25 47 รูปที่ 3.25 การสร้าง Connection sector ประเภท Hinge ใช้ Coupling เชื่อมจุด Reference point และ ผิว ด้านในรูเ ข้า ด้ว ยกัน และ Connector Builder ในการเชื่อมจุดของรูตรงกันข้าม จะได้ Function Hinge ดังรูปที่ 3.26 รูปที่ 3.26 การใช้ Coupling เชื่อมจุด Reference point และผิว 3.11.3 กำรกำหนดแรงกระทำ (Load Definition) กาหนจุด RP 1 สาหรับ Input Displacement โดยทาการยึดแกน X และ แกน Z โดยกาหนด ขอบเขตตรงตามตัวโมเดล Pipe plug เดิม ซึ่งชิ้นส่วน Prismatic จะเคลื่อนที่ไปตามรางในลักษณะ เส้นตรงขึ้นลงในแนวแกน z สัมพันธ์ตามการไขของ Bolt แต่เนื่องจากไม่ใช่ชิ้นส่วนที่สนใจ จึงไม่ได้ นามาประกอบการคานวน ดังรูปที่ 3.27 48 รูปที่ 3.27 Input Displacement กาหนดจุด RP 2 สาหรับเป็นจุดที่ดึงท่อออกเพื่อหา แรงสูงสุดซึ่งทาให้อุปกรณ์หลุดออกจากท่อ เพื่อนาค่าที่ได้ไปเปรียบเทียบกับ แรงดันที่ใช้งานจริง ดังรูปที่ 3.28 รูปที่ 3.28 กาหนดจุด RP 2 สาหรับเป็นจุดที่ดึงท่อ 49 3.11.4 กำรกำหนดเงื่อนไขขอบเขต (Boundary Conditions) ยึดตัว Pipe Plug เพื่อกาหนดขอบเขตการเคลื่อนที่ เพราะ เมื่อ กาหนด Displacement ซึ่ง ทาให้ตัว Prismatic เลื่อนมาชนกับ Base ของตัวอุปกรณ์ซึ่งทาให้ Base เลื่อนไปทิศตามแรงที่กาหนด ซึ่งเมื่อคานวณในตัวโปรแกรมจะทาให้ Aborted หรือ คาตอบลู่ออกได้ ดังรูปที่ 3.29 รูปที่ 3.29 กาหนดขอบเขตการเคลื่อนที่ของตัว Pipe Plug ทาการยึดตัวท่อโดยเว้นแกน z เพื่อดึงท่อ ดังรูปที่ 3.30 รูปที่ 3.30 ยึดตัวท่อโดยเว้นแกน z เพื่อดึงท่อ 50 3.12 อุปกรณ์ในกำรทดสอบยำง NBR 3.12.1 กำรปรับผิวและลดขนำดท่อเหล็กตำมมำตรฐำน API การศึกษานี้ดาเนินการกับท่อส่งน้ามันเก่าที่ผลิตตามมาตรฐาน API โดยเป็นท่อขนาด 6 นิ้ว NPS ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (Outside Diameter: OD) ประมาณ 169.8 มิลลิเมตร และมี ความหนาผนังเดิม 12.4 มิลลิเมตร ในขั้นตอนการเตรียมชิ้นงาน ได้ทาการกลึงปรับผิวท่อเพื่อลดขนาด เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกให้เหลือประมาณ 165 มิลลิเมตร ส่งผลให้ความหนาผนังท่อลดลงเหลือ ประมาณ 4 มิลลิเมตร หลังจากนั้นได้ดาเนินการปรับปรุงคุณภาพผิวของชิ้นงาน โดยใช้กระดาษทราย เบอร์ 1000 ทาการขัดผิวอย่างสม่าเสมอ เพื่อให้ได้ผิวที่เรียบ ลดความขรุขระ และเตรียมพื้น ผิวให้ เหมาะสมสาหรับการทดสอบ 3.12.2 Strain Gauge เป็นอุปกรณ์สาหรับวัดความเครียด (strain) ที่เกิดขึ้นบนผิววัสดุเมื่อได้รับแรงกระทา โดยอาศัย หลักการเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานไฟฟ้าของตัวนาโลหะ เมื่อวัสดุเกิดการยืดหรือหดตัว Strain Gauge จะเปลี่ยนรูปตาม ส่งผลให้ค่าความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปตามสัดส่วนของความเครียด ซึ่งความสัมพันธ์ดังกล่าวแสดงด้วยค่า Gauge Factor (GF) ที่นิยามเป็นอัตราส่วนของการเปลี่ยนแปลง สัมพัทธ์ของความต้านทานต่อค่าความเครียด ทาให้ Strain Gauge สามารถนาไปใช้ในการวิเคราะห์ พฤติกรรมเชิงกลของวัสดุและโครงสร้าง เช่น การทดสอบความแข็งแรง การวัดความเครียดในท่อ และ การประเมินความเสียหายของชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ [19] ดังรูปที่ 3.31 Specifications Strain Gauge (KYOWA) Model: KFGS-2-120-C1-11 L1M2R Gage Factor: 2.12 ± 1.0% Gage Length: 2 mm Gage Resistance: 120.4Ω ± 0.4% Transverse Sensitivity Ratio: (0.9 ± 0.3)% 51 รูปที่ 3.31 Strain gauge 3.13 กำรทดสอบยำง NBR การทดลองนี้ถูกออกแบบขึ้นเพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการอัดยาง NBR ที่มีค่าความแข็ง แตกต่างกัน (50, 60 และ 70 Shore A) กับค่าแรงกดสัมผัส (Contact pressure) ที่กระทาต่อผนัง ด้านในของท่อ ซึ่งเป็นปัจจัยสาคัญต่อสมรรถนะการซีลและความปลอดภัยของ Pipe Plug 3.14 ขั้นตอนกำรทดสอบยำง NBR 1. ท่อทดสอบถูกนาไปกลึงให้ได้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางและความหนาผนังตามที่กาหนด จากนั้นทาความสะอาดผิวภายนอกของท่อด้วยสารอะซิโตน (Acetone) เพื่อขจัดคราบ น้ามัน สิ่งสกปรก และสิ่งปนเปื้อนอื่น ๆ ที่อาจส่งผลต่อการยึดเกาะของ Strain gauge 2. ทาการติดตั้ง Strain gauge ที่ผิวภายนอกของท่อในทิศทางรอบวง (Hoop direction) โดยจัดวาง Strain gauge ให้อยู่ในระนาบแนวนอนและขนานกับผิวท่อ เพื่อใช้วัดค่า Hoop strain ที่เกิดจากการขยายตัวของท่อภายใต้แรงกดจากยาง NBR ภายในท่อ ดัง รูปที่ 3.32 รูปที่ 3.32 ติดตั้ง Strain gauge ที่ผิวภายนอกของท่อในทิศทางรอบวง 52 3. Strain gauge ที่ ติ ด ตั้ ง แล้ ว ถู ก เชื่ อ มต่ อ เข้ากั บ เครื่อ ง Universal Tensile Machine (UTM) และระบบบันทึกสัญญาณ จากนั้นทาการสอบเทียบ (Calibration) ค่า Strain gauge กับ เครื่อง Universal Tensile Machine เพื่อปรับตั้งค่าศูนย์ (Zero setting) และตรวจสอบความถูกต้องของสัญญาณ strain ก่อนเริ่มการทดลองจริง ดังแสดงในรูปที่ 3.33 รูปที่ 3.33 ทดสอบค่าที่ได้จาก strain gauge 4. ทาการติดตั้งยาง NBR ที่มีค่าความแข็ง 50, 60 และ 70 Shore A เข้าไปภายในท่ อ ทดสอบ โดยทาการทดสอบยาง ทีละชิ้น และควบคุมตาแหน่งการติดตั้งให้ยางอยู่ใน แนวแกนเดียวกับท่อ (Coaxial alignment) เพื่อป้องกันการกระจายแรงที่ไม่สม่าเสมอ และลดความคลาดเคลื่อนของค่า Contact pressure ที่เกิดขึ้นระหว่างการอัดยาง NBR ดังแสดงในรูปที่ 3.34 รูปที่ 3.34 ติดตั้งยางให้ยางอยู่ในแนวแกนเดียวกับท่อ 53 5. 6. ทาการทดสอบการกดยาง NBR ด้ ว ยเครื่ อ ง Universal Tensile Machine ในโหมด ควบคุมการเคลื่อนที่ (Displacement-controlled loading) โดยกาหนดระยะการกด แตกต่างกันตามค่าความแข็งของยาง (Shore A) เพื่อศึกษาพฤติกรรมการรับแรงอัดของ วัสดุ โดยกาหนดระยะการกดสาหรับการทดสอบดังนี้ ยาง 50A ทดสอบที่ระยะ 15, 18 และ 21 mm ยาง 60A ทดสอบที่ระยะ 17, 19 และ 21 mm และยาง 70A ทดสอบที่ ระยะ 10, 14 และ 16 mm ทั้งนี้ ระยะการกดที่กาหนดยังอยู่ภายในขีดความสามารถใน การรับแรงของเครื่อง Universal Tensile Machine ซึ่งสามารถรับแรงได้สูงสุด 30 kN เพื่อป้องกันการใช้งานเกินพิกัดของเครื่องและอุปกรณ์ทดสอบ ระหว่างการกดยางด้ว ยเครื่อง Universal Tensile Machine ระบบจะทาการบั นทึ ก ข้อมูลอย่างต่อเนื่อง ได้แก่ ค่า Hoop strain ที่วัดได้จาก Strain gauge ซึ่งติดตั้งอยู่ที่ผิว ภายนอกของท่อ และค่าแรงอัดตามแนวแกน (Axial force) ที่วัดได้จาก Load cell ของ เครื่ อ ง Universal Tensile Machine ตลอดช่ ว งการกดจนถึ ง ระยะการกดสู ง สุ ด ที่ กาหนดในแต่ละการทดสอบ หลังจากนั้นจะทาการคงตาแหน่งการกด (Hold) ไว้ที่ระยะ ดังกล่าวเป็นระยะเวลา 30 นาที เพื่อศึกษาพฤติกรรมการคลายตัวของความเค้น (Stress relaxation) ของยาง NBR ดังแสดงในรูปที่ 3.35 รูปที่ 3.35 การทดสอบแรงอัดของยาง NBR ด้วยเครื่อง Universal Tensile Machine 7. ทาการบันทึกค่า Hoop strain และ Axial force ตลอดระยะเวลาการทดลองทั้งหมด โดยทาการทดลองซ้าสาหรับยาง NBR ทุกค่าความแข็งที่ศึกษา (50, 60 และ 70 Shore A) ตามระยะการกดที่กาหนดในแต่ละกรณี โดย ทาการทดลองซ้าในแต่ละระยะการกด จานวน 3 ครั้ง เพื่อประเมินความสามารถในการทาซ้า (Repeatability) และเพิ่มความ น่าเชื่อถือของผลการทดลอง 54 บทที่ 4 ผลกำรทดลอง 4.1 Result of relaxation test of NBR rubber จากการทดสอบยาง NBR ที่มีค่าความแข็งแตกต่างกัน ได้แก่ 50, 60 และ 70 Shore A โดยทา การกดยางในแนวแกนให้เกิดการเสียรูปตามระยะที่กาหนด และคงระยะการกดดังกล่าวไว้เป็นเวลา 30 นาที เพื่อศึกษาพฤติกรรมการคลายตัวของความเค้น (Stress relaxation) ของวัสดุยาง ผลการทดสอบพบว่า เมื่อกดยางถึงระยะที่กาหนด ค่าแรงกด (Load) ที่วัดได้มีแนวโน้มลดลง ตามเวลา ก่อนจะเข้าสู่สภาวะคงที่ ซึ่งเป็นผลจากพฤติกรรมการคลายตัว ของความเค้น (Stress relaxation) ของยาง NBR โดยในช่วงเริ่มต้นของการคงระยะการกด ค่าแรงกดจะมีค่าสูง และจะ ค่อยๆ ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปจนเข้าสู่สภาวะสมดุลของวัสดุ ในขณะเดียวกัน ค่า Hoop strain ที่วัดได้จาก Strain gauge ซึ่งติดตั้งบนผิวภายนอกของท่อ ถูกนามาแสดงร่วมกับค่า Load ในรูปแบบกราฟความสัมพันธ์กับเวลา เพื่อพิจารณาพฤติกรรมของ วัสดุภายใต้การเสียรูปคงที่ พบว่า ค่า Strain มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในช่วงเริ่มต้นของการกด และมีแนวโน้มเข้าสู่ค่าคงที่เมื่อเวลาผ่านไป ดังแสดงใน รูปที่ 4.1 และ รูปที่ 4.2 Load - Time Relationship of NBR Rubber 30000 25000 Load (N) 20000 15000 Shore 50A Shore 60A 10000 Shore 70A 5000 0 0 -5000 500 1000 1500 2000 time (s) รูปที่ 4.1 กราฟ Load – time ที่ใช้ในการทดสอบของยาง NBR 55 Strain–Time Relationship of NBR Rubber 300 250 um/m 200 150 Shore 50A Shore 60A 100 Shore 70A 50 0 0 500 1000 1500 2000 time (s) รูปที่ 4.2 กราฟ Strain – time ที่ใช้ในการทดสอบของยาง NBR อย่า งไรก็ ตาม จากกราฟ Hoop strain – Time ที่ ไ ด้ พ บว่า ค่า Strain มี ลั ก ษณะการ เปลี่ยนแปลงที่ไม่เรียบ และมีการแกว่งของข้อมูล (fluctuation) ในช่วงเวลาการทดสอบ ซึ่งอาจเกิด จากหลายปัจจัย ได้แก่ สัญญาณรบกวน (Noise) จากระบบการวัดของ Strain gauge การรบกวนทาง ไฟฟ้า (Electrical noise) ความไม่เสถียรของการยึดติดระหว่าง Strain gauge กับผิวท่อ รวมถึง พฤติกรรมของวัสดุยางซึ่งมีลักษณะเป็นวัสดุ Viscoelastic ทาให้เกิดการตอบสนองที่ไม่คงที่ในระยะ สั้น นอกจากนี้ การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิขณะทดสอบ และความละเอียดของเครื่องมือวัด อาจ ส่งผลให้ค่าที่วัดได้มีความผันผวนเพิ่มขึ้น ดังนั้น ในการวิเคราะห์ข้อมูล จึงพิจารณาเลือกใช้ค่า Strain ที่มีค่าต่าสุด (Minimum value) ในแต่ละช่วงการทดสอบ เพื่อเป็นค่าที่มีความเสถียรและลดผลกระทบจากสัญญาณรบกวน ซึ่งช่วย ให้ผลการคานวณมีความน่าเชื่อถือมากยิ่งขึ้น 56 4.2 Contact Pressure Calculation หลังจากทาการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่าง Load และ Time ของยาง NBR ในแต่ละค่า ความแข็งแล้ว ขั้นตอนถัดไปคือการนาค่าความเครียดที่วัดได้จาก Strain gauge มาทาการคานวณหา ค่า Contact Pressure ที่เกิดขึ้นระหว่างผิวยางกับผนังท่อ ในการทดลองนี้ ค่า Hoop strain ที่วัดได้จาก Strain gauge ซึ่งติดตั้งอยู่บริเวณผิวภายนอก ของท่อ ถูกนามาใช้ในการคานวณหาค่าความเค้นรอบวง (Hoop stress) ของท่อ จากนั้นจึงนาค่า ความเค้นดังกล่าวไปใช้ในการประมาณค่า Contact Pressure ที่เกิดขึ้นระหว่างยางกับผนังท่อ โดย ขั้นตอนการคานวณและสมการที่ใช้ในการหาค่า Contact Pressure มีดังนี้ 𝜎ℎ𝑜𝑜𝑝 = 𝐸 × 𝜀 , 𝑃 = 𝜎ℎ𝑜𝑜𝑝 × 2 × 𝑡 𝑂𝐷 𝐸 = โมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุ (E = 207 GPa) 𝑂𝐷 = เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อ (OD = 156 mm) 𝑡 = ความหน้าของท่อ (t = 4.2 mm) 𝜀 = ค่าความเค้นที่ได้จากการทดสอบยาง ซึ่งเมื่อทาการนาค่าความเค้นที่ได้จากการทดสอบมาคานวณหาค่าContact Pressure จะได้ค่า ในตารางที่ 4.1 – 4.3 ดังนี้ ตารางที่ 4.1 แสดงค่า Contact Pressure ของยางความแข็ง Shore 50A ครั้งที่ทดสอบ แรงที่ใช้กด (N) 9000 14000 26500 57 Contact Pressure (Bar) 1 2 3 9.92 10.70 11.37 22.52 22.74 23.96 27.31 29.65 29.09 ตารางที่ 4.2 แสดงค่า Contact Pressure ของยางความแข็ง Shore 60A ครั้งที่ทดสอบ แรงที่ใช้กด (N) 11300 17000 25000 Contact Pressure (Bar) 1 2 3 4.68 5.91 3.46 18.83 15.83 19.84 21.29 19.51 18.39 ตารางที่ 4.3 แสดงค่า Contact Pressure ของยางความแข็ง Shore 70A ครั้งที่ทดสอบ แรงที่ใช้กด (N) 8000 16000 23000 Contact Pressure (Bar) 1 2 3 4.12 3.79 3.68 9.70 8.58 7.58 16.94 14.60 13.71 หลังจากทาการคานวณค่า Contact Pressure จากค่าความเครียดรอบวง (Hoop strain) ที่ วัดได้จาก Strain gauge แล้ว ข้อมูลจากการทดลองทั้งหมดในแต่ละสภาวะการทดสอบถูกนามา คานวณเพื่อหาค่า Contact Pressure ที่เกิดขึ้นระหว่างยางกับผนังท่อ จากนั้นค่าที่ได้ถูกนามา เปรีย บเทีย บกับ ค่า แรงกด (Load) ที่วัดได้จากเครื่อง Universal Tensile Machine เพื่อศึก ษา ความสัมพัน ธ์ระหว่าง Contact Pressure และ Load ที่เกิดขึ้นระหว่างการอัดตัว ของยาง NBR ภายในท่อ ดังแสดงในรูปที่ 4.3 58 รูปที่ 4.3 ความสัมพันธ์ระหว่าง Contact Pressure และ Force ของยาง NBR ความแข็ง 50A, 60A และ 70A จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่าง Contact Pressure (Bar) และ Force (N) ของยาง NBR ที่มี ค่าความแข็งแตกต่างกัน ได้แก่ 50A, 60A และ 70A พบว่าเมื่อค่า Contact Pressure เพิ่มขึ้น ค่า Force ที่ใช้ในการกดยางจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วยในทุกกรณี เมื่อพิจารณาที่ค่า Contact Pressure ใกล้เคียงกัน พบว่ายางที่มีค่าความแข็งมากกว่าจะต้อง ใช้ แรงกด (Force) สูงกว่า เพื่อให้เกิดความดันสัมผัสเท่ากัน ตัวอย่างเช่น ที่ค่า Contact Pressure ประมาณ 10–12 Bar ยาง NBR 70A ต้องใช้แรงกดมากกว่ายาง 60A และ 50A ในขณะที่ยาง NBR 50A ใช้แรงกดน้อยที่สุด เนื่องจากยางที่มีความแข็งต่าจะเกิดการเสียรูปได้ง่ายกว่า แนวโน้มดังกล่าวแสดงให้เห็นว่า ค่าความแข็งของยางมีผลต่อแรงที่ใช้ในการสร้าง Contact Pressure โดยยางที่มีความแข็งสูงจะมีความต้านทานต่อการเสียรูปมากกว่า จึงต้องใช้แรงกดมากขึ้น เพื่อให้เกิดความดันสัมผัสระหว่างยางกับผนังท่อในระดับเดียวกัน 59 4.3 Summary of Experimental Results เพื่อประเมินความเหมาะสมของการเลือกใช้ยาง NBR สาหรับการออกแบบระบบ Pipe Plug ได้ ทาการรวบรวมผลการทดลองทั้ง หมด และนาค่า ที่ไ ด้ มาพิ จารณาร่ว มกั น ระหว่า ง Contact Pressure และ Force ภายใต้เงื่อนไขที่ต้องการค่า Contact Pressure ไม่น้อยกว่า 15 Bar และใช้ แรงกดให้น้อยที่สุด ผลการวิเคราะห์ดังกล่าวถูกสรุปในรูปแบบตาราง เพื่อแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมของแต่ละสภาวะ การทดสอบอย่างชัดเจน ดังแสดงในตารางที่ 4.5 ตารางที่ 4.4 แสดงค่าประมาณContact Pressure และแรงที่ใช้ในการกดยาง NBR ในแต่ละความ แข็งต่างๆ ความแข็งยาง (Shore) 50A 60A 70A Contact Pressure (Bar) 10 23 28 5 18 20 4 9 15 แรง (N) Remark 9000 14000 26000 11300 17000 25000 8000 16000 23000 ต่ากว่าที่ต้องการ เหมาะสม ใช้แรงมากเกินไป ต่ากว่าที่ต้องการ ใช้แรงมากเกินไป ใช้แรงมากเกินไป ต่ากว่าที่ต้องการ ต่ากว่าที่ต้องการ ใช้แรงมากเกินไป จากผลการวิเคราะห์พบว่า เงื่อนไขที่สามารถให้ค่า Contact Pressure มากกว่า 15 Bar และ ใช้แรงกดไม่สูงเกินไปคือ ยาง NBR ความแข็ง 50A ที่ระยะการกด 18 mm ซึ่งให้ค่า Contact Pressure ประมาณ 22 Bar โดยใช้แรงเพียงประมาณ 14,000 N ซึง่ ตา่ กว่าสภาวะอืน่ ทีใ่ ห้ Contact Pressure ใกล้เคียงกัน ดังนั้น จึงสามารถสรุปได้ว่า ยาง NBR 50A ที่แรงกด 14,000 N เป็นสภาวะที่เหมาะสมที่สุด สาหรับการใช้งานในระบบ Pipe Plug เนื่องจากสามารถให้ค่า Contact Pressure เพียงพอต่อการ ซีล โดยใช้แรงกดต่า ช่วยลดภาระของระบบและเพิ่มประสิทธิภาพในการทางาน 60 4.4 กำรวิเครำะห์ควำมเค้นสูงสุด (Maximum Von Mises Stress) จากการจาลองพบว่าค่าความเค้นสูงสุด (Maximum Stress) ปรากฏที่บริเวณยอดฟันยึด เกาะมีค่าสูงสุด เท่ากับ 1.63 × 103 MPa อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาตามมาตรฐาน ASME BPVC Section VIII Division 2, Part 5 ความเค้นส่ว นนี้ถูกจาแนกเป็น Peak Stress เนื่องจากเกิ ด จาก ลักษณะทางเรขาคณิตที่เป็นจุดแหลมคม ซึ่งในเชิงอภิปรายผลความเค้นระดับนี้ไม่ก่อให้เกิดการเสียหายเชิงโครงสร้างโดยรวม (Global เนื่องจากเป็นการ Yield เฉพาะจุดสัมผัส เพื่อให้หน้าสัมผัสระหว่างอุปกรณ์และท่อแนบสนิทขึ้น ซึ่ง สอดคล้องกับพฤติกรรม Mesh Convergence ที่ค่าความเค้นจะลู่เข้าสู่ค่าคงที่เมื่อมีความละเอียด ของ Mesh เพิ่มขึ้น ดังแสดงในรูปที่ 4.4 รูปที่ 4.4 ค่าความเค้นสูงสุดที่ได้จากการ Simulation ตารางที่ 4.5 ผลการวิเคราะห์ความเค้นด้วยวิธี Stress Linearization และการเปรียบเทียบ กับเกณฑ์มาตรฐาน ประเภท ความเค้น Membrane + Bending Peak Stress ค่าจากการ เกณฑ์การยอมรับ จาลอง (MPa) (ASME Criteria) 483.036 3xS 361.383 Secondary Stress 61 ค่าขีดจากัดสูงสุด (Allowable Limit) 501 MPa ผลการ ประเมิน ผ่าน Self-limiting ผ่าน 4.5 กำรวิเครำะห์แรงปฏิกิริยำ (Reaction Force – RF) จากการตรวจสอบกราฟแรงปฏิกิริยาในแนวแกน(RF2)ดังปรากฏในรูปที่ พบว่าค่าแรงปฏิกิริยา สูงสุดมีค่าประมาณ 3,084.35 N ในจังหวะที่แรงกดเข้าสู่สภาวะสมดุลพฤติกรรม Self-locking เมื่อมี การเพิ่มภาระกรรมดึงท่อออก ชุดขาจับยึดแสดงพฤติกรรมล็อกแน่นขึ้นตามลาดับแรงปฏิกิริยาที่ เกิดขึ้นที่จุดหมุนและผิวสัมผัสมีการแปรผันตรงตามแรงดึงจาภายนอกซึ่งเป็นเครื่องยืนยันความ ปลอดภัยว่าอุปกรณ์จะไม่หลุดออกจากตาแหน่งภายใต้สภาวะแรงดันสูง ดังแสดงรูปที่ 4.5 รูปที่ 4.5 ค่าแรงปฎิกิริยาที่ได้จากการ Simulation 62 บทที่ 5 ข้อพิจำรณำด้ำนกำรออกแบบนอกเหนือจำกกำรจำลอง 5.1 กลไกกำรติดตั้งและลำดับกำรทำงำนที่ผ่ำนกำรเพิ่มประสิทธิภำพของอุปกรณ์ การดาเนิน งานในส่ว นนี้เป็นการบูรณาการผลลัพธ์จากการจาลองทางคอมพิว เตอร์เข้าสู่ กระบวนการเตรียมความพร้อมในด้านการใช้งานจริง โดยผู้วิจัยได้กาหนดลาดับขั้นตอนการติดตั้งที่ เน้นการควบคุมพฤติกรรมทางกลศาสตร์ของอุปกรณ์ Pipe Plug ให้มีความปลอดภัยสูงสุดทั้งในตัว อุปกรณ์และ การใช้งานดังนี้ 5.1.1 กำรกำหนดสภำวะเริ่มต้น ในระยะเริ่มแรกของการปฏิบัติงาน ผู้วิจัยได้กาหนดให้มีการปรับสภาวะของกลไก Linkage ให้อยู่ในตาแหน่งหดตัวเริ่มต้นที่มุม 41.12 องศา ซึ่งเป็นค่ามุมวิกฤตที่ผ่านการวิเคราะห์มาเพื่อสร้าง ระยะห่างเชิงรัศมี ที่เหมาะสมที่สุดสาหรับท่อเหล็ ก API 5L X52 ทุกขนาดความหนา การระบุ ค่าพารามิเตอร์ที่แน่นอนในขั้นตอนนี้มีจุดประสงค์หลักเพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับ หน้าสัมผัสและยอดฟันจับยึด ในระหว่างที่สอดอุปกรณ์เข้าสู่ภายในท่อ ซึ่งเป็นการรักษาเสถียรภาพ ของผิววัสดุให้พร้อมสาหรับการรับภาระกรรมในขั้นตอนถัดไป ดังแสดงรูปที่ 5.1 รูปที่ 5.1 การกาหนดสภาะค่าเริ่มต้น 63 5.1.2 กระบวนกำรขยำยตัวและกำรปรับตัวตำมขนำดท่อ เมื่ออุปกรณ์ถูกสอดเข้าสู่ตาแหน่งเป้าหมายภายในท่อเป็นที่เรียบร้อยแล้ว ลาดับต่อมาคือ กระบวนการขยายตัวของกลไกยึดเกาะ โดยการขับเคลื่อนผ่านเครื่องมือควบคุมแรงบิด (Torque Tool) ซึ่งในบทนี้ผู้วิจัยได้ปรับปรุงมุมกางของชุดขาจับยึดให้สามารถแปรผันได้สูงสุดถึง 79.2 องศา เพื่อรองรับการใช้งานในท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายในกว้างที่สุด (ID 162.76 mm) การปรับปรุง กลไกในขั้นตอนนี้ช่วยให้มั่นใจว่าหน้าสัมผัส จะแนบสนิทกับผนังท่อทุกขนาดความหนา ลดการเกิด ความเค้นไม่สมมาตรที่อาจนาไปสู่การบิดตัวของโครงสร้าง ดังแสดงรูปที่ 5.2 รูปที่ 5.2 การขยายตัวและการปรับตัวตามขนาดท่อ 5.1.3 กำรควบคุมระยะกำรขันและภำระกรรมด้วยแรงบิด ในขั้นตอนของการสร้างแรงยึดเกาะ การขันแรงบิดจะถูกควบคุมอย่างเข้มงวดด้วย Torque Tool เพื่อสร้างแรงกดคงที่ที่ 10,000 นิวตันต่อขา เพื่อให้มั่นใจว่าเกิดแรงดันสัมผัส สูงถึง 793.8 MPa กระบวนการนี้จะส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์การครากเฉพาะจุด บริเวณยอดฟันตามเกณฑ์ Local Failure ในมาตรฐาน ASME ซึ่งเป็นการยอมรับให้ความเค้นพุ่งสูงกว่าค่า Yield เพื่อสร้างการจิกยึด ที่ มั่นคงในการสร้างแรงเสียดทาน โดยไม่ก่อให้เกิดการเสียหายในลักษณะการพังทลายเชิงโครงสร้าง โดยรวม ดังแสดงรูปที่ 5.3 รูปที่ 5.3 การควบคุมระยะการขัน 64 5.2 กำหนดรูปแบบสำหรับกำรตรวจสอบควำมถูกต้องของผลกำรจำลอง เพื่อทาการตรวจสอบความถูกต้องของผลการจาลอง จาเป็นต้องกาหนดวิธีการหรือรูปแบบที่ เหมาะสมสาหรับใช้ในการเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ที่ได้จากการจาลอง ในการศึกษานี้ได้เลือกใช้วิธีการ คานวณทางทฤษฎี (Analytical Calculation) เพื่อประมาณค่าแรงที่เกิดจากความดันภายในท่อที่ กระทาต่อปลั๊กท่อ จากนั้นนาค่าที่ได้จากการคานวณทางทฤษฎีไปใช้เป็นค่าอ้างอิงสาหรับเปรียบเทียบ กับผลลัพธ์จากการจาลอง เพื่อประเมินความสอดคล้องและความถูกต้องของผลการวิเคราะห์ 5.3 กำรคำนวณทำงทฤษฎี (Analytical calculation) แรงตามทฤษฎี ที่ ก ระทาต่ อ Pipe Plug คานวณจากความสั ม พั น ธ์ ระหว่า งความดั น และ พื้นที่หน้าตัด โดยกาหนดความดันภายในเท่ากับ 15 bar หรือ 1.5 × 106 Pa พื้นที่หน้าตัดของท่อ คานวณจากสมการพื้นที่วงกลม 𝜋 𝑥 𝐷2 4 โดยที่ D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ 0.1463 m (จากขนาดท่อ 6 นิ้ว ที่มีความหนาสูงสุดตาม มาตรฐาน API 5L) จากนั้นนาพื้นที่หน้าตัดไปคานวณหาแรงที่เกิดจากความดันภายในด้วยสมการ 𝐴= 𝐹=𝑃𝑥𝐴 โดยที่ P คือความดันภายใน และ A คือพื้นที่หน้าตัดของท่อ ผลการคานวณแรงตามทฤษฎีมีค่า 25,215.63 N ซึ่งเป็นแรงที่กระทาต่อปลั๊กจากความดันภายในท่อ 5.4 กำรวิเครำะห์ผลควำมเค้นของโครงสร้ำงในอุปกรณ์ตำมมำตรฐำน ASME ในส่วนโครงสร้างหลัก และชิ้นส่วนเชื่อมโยง แม้จะมีการส่งถ่ายแรงมาจากขากลไก แต่ค่าความ เค้นที่เกิดขึ้นยังคงอยู่ในเกณฑ์ปลอดภัยเมื่อเทียบกับมาตรฐาน ASME BPVC Section VIII Division 2 ซึ่งระบุเกณฑ์การออกแบบตามความเค้นใช้งาน โดยส่วนโครงสร้างหลักมีค่าความเค้น Von Mises ต่า กว่าค่าความเค้นคราก ของวัสดุที่เลือกใช้ มีค่าอัตราส่วนความปลอดภัย อยู่ในช่วงที่เหมาะสม เหตุผลรองรับคือ Geometric Stiffness ของโครงสร้างส่วนนี้มีมวลและพื้นที่หน้าตัดกว้าง ทาให้ สามารถกระจายแรง ได้ดีกว่าส่วนฟันจับยึด พฤติกรรมของวัสดุในส่วนนี้จึงยังคงอยู่ในช่วง Elastic 65 Range ซึ่งเป็นสภาวะที่โครงสร้างสามารถคืนรูปกลับสู่สภาพเดิมได้หลังจากปลดภาระกรรม ไม่เกิด การสูญเสียเสถียรภาพถาวร ในส่วนของฟันยึดเกาะ ซึ่งทาหน้าที่สัมผัสโดยตรงกับผิวท่อ ผลการจาลองแสดงค่าความเค้น Von Mises ที่ สู ง และการเปลี่ ย นรูป พลาสติ ก ในระดั บ Localized Area ซึ่ ง พฤติ ก รรมดั ง กล่าว สามารถอธิบายและยอมรับได้ตามหลักวิศวกรรม ตามมาตรฐาน ASME BPVC Section VIII Division 2, Part 5 ได้มีการจาแนกประเภทความ เค้น โดยส่วนที่เกิดบริเวณยอดฟันจัดอยู่ในกลุ่ม Peak Stress ซึ่งเป็นความเค้นที่เกิดจากผลของ รูปทรงที่มีความแหลมคม หรือ Notch Effect และพื้นที่สัมผัสที่มีขนาดเล็กมาก ความเค้นประเภทนี้ ตามมาตรฐานระบุว่า ไม่ก่อให้เกิดการเสียหายเชิงโครงสร้างโดยรวม Global Failure แต่จะทาให้เกิด การเปลี่ยนรูปเฉพาะจุดเพื่อให้หน้าสัมผัสแนบสนิทขึ้น Local Yielding ซึ่งเป็นพฤติกรรมปกติของ อุปกรณ์ประเภท Gripper ที่ต้องจิกลงบนเนื้อวัสดุเพื่อให้เกิดแรงเสียดทานเพียงพอในการยึดเกาะ 5.5 กำรวิเครำะห์แรงดันสัมผัส Contact Pressure - CPRESS และเปรียบเทียบผล กับ Calculation sheet การวิเคราะห์ถูกแยกส่วนออกมาเป็น การทดสอบขาจับยึดเพียงส่วนเดียว เพื่อมุ่งเน้นความ แม่นยาของแรงที่กระทาต่อผิวท่อ โดยกาหนดเป้าหมายแรงกดที่ 10,000 นิวตันต่อขา ผลการจาลอง ค่า Contact Pressure (CPRESS) แสดงให้เห็นว่าชุดขาจับยึดสามารถส่งถ่ายแรงได้อย่างเสถียรและ สอดคล้องกับค่าทางสถิติในการคานวนแรงดันสัมผัสที่เกิดขึ้นมีความสม่าเสมอเพียงพอที่จะสร้างแรง เสียดทานในการล็อคตาแหน่งอุปกรณ์โดยไม่ทาให้ผนังท่อเกิดการทะลุหรือเสียหายเชิงโครงสร้าง หนึ่งในเกณฑ์การตัดสินว่าชุดขาจับยึด ผ่านการทดสอบ คือความสามารถในการรักษาค่า CPRESS ให้ สูงกว่าแรงดันที่จะมาขับดันให้อุปกรณ์เลื่อนไถล ในการทดสอบที่แรงดัน 15 Bar (1.5 MPa) ซึ่งสูงกว่า แรงดันใช้งานจริงคือ 8 Bar ค่า CPRESS ที่เกิดขึ้นที่ผิวสัมผัสมีค่าสูงกว่าแรงดันภายในท่อหลายเท่าตั ว ทาให้เกิด Positive Sealing หรือ Gripping Effect ซึ่งป้องกันไม่ให้อุปกรณ์หลุดออกจากตาแหน่งแม้ ในสภาวะ Overload การที่ค่า CPRESS ยังคงรักษาสภาพเป็นวงแหวนหรือจุดยึดที่ชัดเจนภายใต้แรงดัน 15 Bar พิสูจน์ว่า ชุดขาจับยึดมีความแข็งเกร็ง เพียงพอที่จะต้านทานแรงดันภายใน 66 5.6 กำรวิเครำะห์แรงปฏิกิริยำ Reaction Force และพฤติกรรมกำรล็อกตัวเอง Self-locking Mechanism ในการทดสอบประสิทธิภาพการยึดเกาะผ่านระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ ได้มีการวิเคราะห์ พฤติกรรมของแรงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างผิวท่อและชุดขาจับยึด (Reaction Force) ในสภาวะที่ท่อ ได้รับแรงดึงเพื่อพยายามทาให้หลุดออกจากอุปกรณ์ (Pull-out Test) โดยมีรายละเอียดดังนี้: 5.6.1 ควำมสัมพันธ์ของแรงปฏิกิริยำในแนวแกนและแนวรัศมี เมื่อมีการให้แรงดึงแก่ท่อในทิศทางที่จะแยกออกจากอุปกรณ์ โปรแกรม Abaqus แสดงผลค่า Reaction Force ที่เพิ่มขึ้นตามลาดับในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงดึง สิ่งที่น่าสนใจคือการเปลี่ยน ทิศทางของแรง (Force Resolution) โดยแรงดึงในแนวแกน ส่วนหนึ่งถูกส่งถ่ายผ่านกลไกมุมเฉียง ของชุดขาจับยึด ให้กลายเป็นแรงกดในแนวรัศมี (Radial Compression Force) กระทาลงบนผิวท่อ เพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติ 5.6.2 พฤติกรรมกำรล็อกแน่นขึ้นตำมภำระกรรม (Self-energized Locking) จากการทดสอบพบว่าชุดขาจับยึดมีพฤติกรรมยิ่งดึงยิ่งแน่นซึ่งอ้างอิงตามทฤษฎีแรงเสียดทานและ กลไกคานงัด เมื่อท่อพยายามเคลื่อนที่ออก แรงเสียดทานที่ผิวสัมผัสจะดึงให้ชุดขาจับยึดพยายามขยับตาม ทิศทางแรงดึง แต่เนื่องจากโครงสร้างถูกจากัดการเคลื่อนที่ด้วยจุดหมุนและ Base ทาให้ชุดขาจับยึด เกิดการ "จิก" ลึกลงไปในเนื้อท่อมากขึ้น การเพิ่มขึ้นของ CPRESS ผลการจาลองยืนยันว่า ค่าแรงดันสัมผัส และแรงปฏิกิริยา จะเพิ่มขึ้น เป็นสัดส่วนโดยตรง (Linear Correlation) กับแรงดึงท่อ สิ่งนี้ทาให้ค่าแรงเสียดทานสูงสุดที่อุปกรณ์ สามารถรับได้ (Frictional Resistance) มีค่าสูงขึ้นตามภาระกรรมที่เพิ่มขึ้น ป้องกันการหลุดของ อุปกรณ์ได้อย่างสมบูรณ์ 67 บทที่ 6 สรุปผลกำรออกแบบ และ สรุปผลกำรทดลอง 6.1 สรุปผลกำรออกแบบ Pipe Plug ทางผู้จัดทาทาการพิจารณาข้อดีและข้อเสียของแต่ละแนวคิดแล้ว พบว่า Concept Design แบบที่ 4 เป็นแนวคิดที่เหมาะสมที่สุดสาหรับการพัฒนาเป็นต้นแบบ เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย สามารถขยายตัวได้เมื่อรับแรงดันภายใน ทาให้ผิวสัมผัสของอุปกรณ์แนบสนิทกับผนังท่อ ช่วยลด โอกาสการรั่วซึมของของเหลวภายในท่อ อีกทั้งยังติดตั้งได้สะดวกและให้แรงยึดเกาะที่มั่นคงกว่า รูปแบบอื่น แม้ว่าจะมีข้อจากัดในด้านความต้องการความเที่ยงตรงในการผลิตและน้าหนักที่มากกว่า เล็กน้อย แต่ด้วยประสิทธิภาพด้านการยึดเกาะและความสามารถในการกระจายแรงดันที่ดี จึงเลือกใช้ Concept Design ที่ 4 เป็นแนวทางหลักในการออกแบบและสร้างต้นแบบของ Pipe Plug ในขั้นตอน ต่อไป 6.2 สรุปผลกำรทำแบบจำลอง Pipe Plug ทางผู้จัดทาได้ทาการศึกษาและพัฒนา Pipe Plug เพื่อใช้ในการอุดปลายท่อใต้ทะเล โดยใช้ ข้อมูลจากการจาลองในโปรแกรม Abaqus ในการศึกษานี้ ได้มีการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงทางกล ของ Pipe Plug เช่น การวิเคราะห์ความเค้น (Stress) , ความดันระหว่างชิ้นงานและผิวท่อ (Contact Pressure) ที่เกิดขึ้นจากกรณีที่ ผิวสัมผัส ของอุปกรณ์ไปสัมผัส กับท่อ โดยใช้การทดสอบด้ว ยการ กาหนดระยะการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์ ให้สัมผัสกับท่อได้อย่างพอดีและ ได้ค่า Contact Pressure ที่ เหมาะสมโดยที่ค่า ความเค้นและ ความเครียดเป็นไปตามมาตรฐาน ASME-II-PART-D-METRIC โดย ใช้ Elastic Criteria คือ การเปรียบเทียบค่าที่ได้จากผลการทดสอบบนโปรแกรมเป็นไปตามมาตรฐาน ASME BPVC.II.D-2 0 1 9 ตา รา ง 1 A Maximum Allowable Stress Values S, for Ferrous Materials โดยจากใช้ ค่า Minimum Yield Strength ไม่ เ กิ น (220 × 4 = 880 𝑀𝑃𝑎) ตาม Elastic Criteria ถัดมาคือการใช้ Membrane Stress เพื่อวิเคราะห์ ค่าความเค้นเฉลี่ยที่กระจาย สม่าเสมอตลอดความหนาของวัสดุที่เกิดจากแรงหลัก เช่น Internal Pressure, Axial Force และ น้าหนักของตัววัสดุโครงสร้างเอง 68 จากการตรวจสอบพฤติ ก รรมทางกลศาสตร์ ข องอุ ป กรณ์ Pipe Plug ด้ ว ยวิ ธี Stress Linearization ในโปรแกรม Abaqus เพื่อแยกประเภทความเค้นตามแนวตัด (Stress Classification Line: SCL) ผลการทดสอบในส่วนของ Membrane Stress หรือความเค้นเฉลี่ยที่กระจายสม่าเสมอ ตลอดความหนาของวัสดุ มีรายละเอียดดังนี้ ค่าความเค้นจากการจาลอง จากการวิเคราะห์ตาแหน่งวิกฤต (Point 1) ภายใต้แรงดันใช้งาน จาลอง 15 bar และแรงกดจากขาจับยึด 10,000 นิวตันต่อขา พบว่าค่า Membrane Stress มีค่า เท่ากับ 68.85 MPa. เกณฑ์การยอมรับตามมาตรฐาน เมื่อเปรียบเทียบกับค่าความเค้นที่ยอมรับได้ Maximum Allowable Stress ของวั ส ดุ SA-372 จากตาราง Table 1A ในมาตรฐาน ASME BPVC.II.D.M ณ อุณหภูมิใช้งานปกติ ผลการจาลองพบว่า อุปกรณ์Pipe Plug สามารถรองรับภาระกรรมที่กาหนดได้โดยมีความเค้น ที่เกิดขึ้นเป็นไปตาม Elastic Criteria ด้วยวิธีการวิเคราะห์แบบ Stress Linearization เพื่อทาการ แยกประเภทความเค้นที่เกิดขึ้น ออกเป็นสองส่วนหลักคือ Membrane Stress และ Bending Stress จากนั้นจึงนาค่าความเค้นเฉลี่ย ซึ่งมีความสาคัญที่สุดเนื่องจากเป็นความเค้นที่กระจายสม่าเสมอตลอด ความหนาของวัสดุที่เกิดจากแรงหลัก เช่น Internal Pressure และ Axial Force มาเปรียบเทียบ โดยตรงกับค่าความเค้นที่ยอมรับได้ ที่ 167 MPa.การที่ค่า Membrane Stress อยู่ในเกณฑ์ที่กาหนด เป็นเครื่องยืนยันว่าโครงสร้างหลักของอุปกรณ์ Pipe Plug จะไม่เกิดการวิบัติในลักษณะการพังทลาย แบบพลาสติกทั้งส่วน (Plastic Collapse) ภายใต้ภาระกรรมที่ออกแบบไว้ เนื่องจากเนื้อวัสดุในส่วนที่ รับแรงหลักยังคงทางานอยู่ในช่ว งยืดหยุ่น (Elastic Range) สอดคล้องตามเกณฑ์ Elastic Stress Analysis Method ของมาตรฐาน ASME. 69 6.3 ผลกำรทดสอบยำง จากการทดสอบยาง NBR ที่มีค่าความแข็งแตกต่างกัน ได้แก่ 50A, 60A และ 70A โดยทาการ กดยางในแนวแกนและวัดค่า Hoop strain เพื่อนาไปคานวณหาค่า Contact Pressure ที่เกิดขึ้น ระหว่างยางกับผนังท่อ พบว่าเมื่อระยะการกดเพิ่มขึ้น ค่า Contact Pressure และค่า Force ที่วัดได้ จากเครื่อง Universal Tensile Machine จะเพิ่มขึ้นตามลาดับ ผลการทดลองยังแสดงให้เห็นว่า ยาง ที่มีค่าความแข็งแตกต่างกันจะให้ความสัมพันธ์ระหว่าง Contact Pressure และ Force ที่แตกต่างกัน โดยเมื่อพิจารณาที่ค่า Contact Pressure ใกล้เคียงกัน พบว่ายาง NBR ความแข็ง 50A ใช้แรงกดน้อย กว่ายาง 60A และ 70A เนื่องจากยางที่มีความแข็งต่ากว่าสามารถเกิดการเสียรูปได้ง่ายกว่า ดังนั้น ใน การออกแบบระบบ Pipe Plug สาหรับการศึกษาครั้งนี้ จึงเลือกใช้ยาง NBR ความแข็ง 50A เนื่องจาก สามารถสร้าง Contact Pressure ที่ต้องการได้โดยใช้แรงกดน้อยกว่า ซึ่งช่วยลดแรงที่ต้องใช้ในการ ติดตั้งและการทางานของระบบได้อย่างเหมาะสม 70 เอกสำรอ้ำงอิง [1] พระราชบัญญัติปิโตรเลียม. (2514). สัมปทานปิโตรเลียมกาหนดระยะเวลาผลิตสูงสุดไม่เกิน 40 ปี ต้องมีการรื้อถอนตามข้อกาหนดด้านสิ่งแวดล้อมและความปลอดภัย ตามพระราชบัญญัติปิโตรเลียม พ.ศ. 2514 มาตรา 27 .กระทรวงพลังงาน, สืบค้นจากhttps://law.dmf.go.th/public /law/index/detail/id/12 [2] Hao Jiang . (2564). Design on non-stop transportation plugging device for subsea pipeline in maintenance process. College of Electromechanical Engineering University of Petroleum, สืบค้นจาก https://iopscience.iop.org/article/10.1088/17426596/1983/1/012042/pdf [3] Baker McKenzie. (2559). Thai Maritime Labor Act comes into force. LEXOLOGY, สืบค้นจาก https://www.lexology.com/library/detail.aspx?g=905c05b1-11b7-4499-8d722bc5ad7590eb&utm [4] ศุภสิทธิ์ บุญสนอง. (2562). Petroleum Decommissioning Regulations in Thailand. Petroleum Decommissioning Regulations in Cambodia, Myanmar, Thailand, and Vietnam, สืบค้นจาก https://www.tilleke.com/insights/petroleum-decommissioningregulations-cambodia-myanmar-thailand-and-vietnam/5/ [5] กฎกระทรวง. (2559). กาหนดแผนงาน ประมาณการค่าใช้จ่าย และหลักประกันในการรื้อถอนสิ่ง ติดตั้งที่ใช้ในกิจการปิโตรเลียม พ.ศ. 2559. กระทรวงพลังงาน, สืบค้นจาก https://law.dmf.go.th/public/law/index/detail/id/38?utm [6] ศูนย์ข่าวพลังงาน. (2563). มาทาความรู้จัก วิธีการรื้อถอนสิ่งติดตั้งในกิจการปิโตรเลียมในทะเล. กรมเชื้อเพลิงธรรมชาติ กระทรวงพลังงาน,สืบค้นจาก https://www.energynewscenter.com/มา ทาความรู้จัก-วิธีการร/ [7] Ami Hassan Md Din. (2558). SEA SURFACE CURRENT IN THE GULF OF THAILAND BASED ON NINETEEN YEARS ALTIMETRIC DATA AND GPS TRACKED DRIFTING BUOY. Universiti Teknologi Malaysia, สืบค้นจาก file:///C:/Users/songn/Downloads/ACRS2015_Paper-ID_661.pdf 71 [8] Curtiss-Wright. (2568). Isolation Plug. EST Group, สืบค้นจาก https://www.cwestgroup.com/getattachment/4def5eae-a792-4038-ae96-3dba705238fa/DC8076 [9] ไม่ปรากฏณ์ชื่อผู้แต่ง. (2567). API 5L Pipe Specification. Octal, สืบค้นจาก https://www.octalsteel.com/api-5l-pipe-specification/?utm [10] Yuri Shumak. (2024). API Recommended Practice 2A-WSD Planning, Designing, and Constructing Fixed Offshore Platforms Working Stress Design. SDC Verifier , สืบค้น จาก https://sdcverifier.com/articles/offshore-platform-design-api-2a-standards/ [11] ไม่ปรากฏณ์ชื่อผู้แต่ง. (ไม่ระบุปีที่พิมพ์). ซีลยางวัสดุยืดหยุ่นที่ใช้ในการปิดผนึกเพื่อปกป้องและ ป้องกัน. บริษัท เฟยซิน เอ็นเตอร์ไพร์ส จากัด, สืบค้นจาก https://www.feihsin.co.th/18207777/ [12] ไม่ปรากฏณ์ชื่อผู้แต่ง. (ไม่ระบุปีที่พิมพ์). ยางไนไตรล์ (NBR). GMORS, สืบค้นจาก https://www.gmors.co.th/material/nbr/detail [13] Dean McClement. (2566). Compression Test: Definition, Purpose, Applications, and How It Works. Xometry, สืบค้นจาก https://www.xometry.com/resources/3dprinting/what-is-a-compression-test/ [14] Vamsi Krishna Undavalli. (2564). Stress relaxation. ScienceDirect, สืบค้นจาก https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/stress-relaxation [15] Maurice Stewart. (2559). Hydrostatic test. ScienceDirect, สืบค้นจาก https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/hydrostatic-test [16] ไม่ปรากฏณ์ชื่อผู้แต่ง. (2567). What is Surge Tester?. VIVID, สืบค้นจาก https://vividmetrawattglobal.com/blogs/what-is-surge-tester/ [17] Otai Steel. (1999). ASTM A36 Steel. Yao Teng Steel Brand, สืบค้นจาก https://www.astmsteel.com/product/a36-steel/ [18] Otai Steel. (1999). AISI 440C Stainless Steel. Yao Teng Steel Brand, สืบค้นจาก https://www.astmsteel.com/product/440c-stainless-steel-aisi/ [19] มหาวิทยาลัยนเรศวร. (ไม่ระบุปีที่พิมพ์). บทที่ 2 ทฤษฎีเบื้องต้นในการวัดด้วยสเตรนเกจ, สืบค้น จาก https://nuir.lib.nu.ac.th/dspace/bitstream/123456789/3496/6/chapter2.pdf 72
Abstract
In petroleum exploration and production projects, when a production well becomes depleted, no longer commercially viable, or up on the expiration of the concession agreement, the operator is required by law to decommission and remove all petroleum-related installations from the site. This ensures safety and enables future utilization of the area. This project aims to design and analyze a pipe plug device for a 6-inch pipeline capable of withstanding underwater pressure at a depth of approximately 85 meters in the Gulf of Thailand. The focus is on developing a locking mechanism that can securely grip the inner wall of the pipe. The design considers material strength and safety factors in accordance with engineering standards and involves analysis using Finite Element Analysis (FEA). A prototype will also be constructed for practical testing.
อาจารย์ที่ปรึกษา
ดร.กีรติ สุวรรณปากแพรก
ผู้จัดทำ
อธิป จิตปัญญา
ศิรวิชญ์ ศรีประสม
มุมณัส สงนุ้ย
ศรัณย์ ทองริบุรี
อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this
- รหัสโปรเจค
- AM-2568-008
- ชื่อเรื่อง
- การออกแบบปลั๊กท่อสำหรับการอุดท่อรื้อถอนในงานภาคพื้นดินและใต้ทะเล / Pipe Plug design for decommissioned pipelines in onshore and offshore environment
- ผู้จัดทำ
- อธิป จิตปัญญา, ศิรวิชญ์ ศรีประสม, มุมณัส สงนุ้ย, ศรัณย์ ทองริบุรี
- อาจารย์ที่ปรึกษา
- ดร.กีรติ สุวรรณปากแพรก
- ปีการศึกษา
- 2568 (C.E. 2025)
- หน่วยงาน
- ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.
- URL
- https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2qjsw004cxtyraiaeer5c