หมายเหตุ
:
เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน
API 2000 7th
Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020
โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ
ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน
ต่อไปขอเริ่มหัวข้อ
A.3
ความสามารถในการระบายความดันที่ต้องมีในสภาวะปรกติ
(รูปที่
๑) เริ่มจากข้อ
A.3.1 เรื่องทั่วไป
ข้อ
A.3.1.1
กล่าวว่าความสามารถในการระบายความดันที่ต้องมีในสภาวะปรกติต้องมีค่าอย่างน้อยเท่ากับผลรวมของ
ความสามารถในการระบายความดันเมื่อมีการถ่ายเทของเหลว
(เข้าหรือออกจากถัง)
กับผลจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
(กล่าวคือการสูบเอาของเหลวออกจากถังและอุณหภูมิที่ลดลง
ต้องการการระบายอากาศเข้าถัง
ในทางตรงกันข้าม
การป้อนของเหลวเข้าไปในถังและอุณหภูมิที่สูงขึ้น
ต้องการการระบายอากาศออกจากถัง)
ความสามารถในการระบายความดันที่ต้องมีในสภาวะปรกตินี้อิงกับค่าความสามารถในการระบายสูงสุดที่ประมาณการไว้ที่สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการทำงานตามปรกติของถัง
ตามสภาวะการทำงานดังต่อไปนี้
a)
การระบายเข้าปรกติอันเป็นผลจากอัตราการสูบของเหลวออกสูงสุด
(ผลของการถ่ายเทของเหลว)
b)
การระบายเข้าปรกติอันเป็นผลจากการหดตัวหรือการควบแน่นของไอที่เกิดจากอุณหภูมิของไอที่อยู่ในที่ว่างที่ลดลงมากที่สุด
(ผลของการถ่ายเทความร้อน)
c)
การระบายออกปรกติอันเป็นผลจากอัตราการป้อนของเหลวเข้าถังสูงสุด
(ผลของการถ่ายเทของเหลว)
d)
การระบายออกปรกติอันเป็นผลจากการขยายตัวหรือการระเหยของไอที่เกิดจากอุณหภูมิของไอที่อยู่ในที่ว่างที่เพิ่มขึ้นมากที่สุด
(ผลของการถ่ายเทความร้อน)
รูปที่ ๑
เริ่มหัวข้อ A.3
ความต้องการในการระบายความดันในสภาวะปรกติ
ข้อ
A.3.1.2 (รูปที่
๒) กล่าวว่า
แม้ว่าจะไม่ได้มีการนำเสนอแนวทางการออกแบบในกรณีของสถานการณ์อื่นเอาไว้ในภาคผนวกนี้
แต่ถึงกระนั้นก็ตามก็ควรนำมาพิจารณาดังที่ได้มีการบ่งชี้ไว้ในเนื้อหาหลักของมาตรฐานนี้
ข้อ
A.3.1.3 กล่าวว่า
บทสรุปของความสามารถในการระบายอากาศเข้าและระบายอากาศออกอันเป็นผลจากการถ่ายเทของเหลวเข้าหรือออกจากถัง
และผลจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
ได้แสดงไว้ในตาราง A.1
และ A.2
(รูปที่ ๓)
ความสามารถในการระบายที่ต้องมีเหล่านี้จะนำมาพิจารณาอีกครั้งในหัวข้อ
A.3.4.1 และ
A.3.4.2
ย่อหน้าแรกของหัวข้อ
A.3.1.4 กล่าวว่า
การคำนวณความสามารถในการระบายอากาศเข้าและอากาศออกที่ต้องมี
ใช้อากาศที่สถาวะมาตรฐาน
"standrad"
เป็นเกณฑ์
ภาคผนวกนี้แสดงความสามารถในการระบายอากาศเข้าและอากาศออกที่ต้องมีทั้งที่สภาวะปรกติ
"normal"
และสภาวะมาตรฐาน
"standard"
เป็นสิ่งสำคัญที่พึงควรกล่าวไว้ในที่นี้ว่าอุณหภูมิอ้างอิงที่สภาวะมาตรฐาน
"standard"
คือ 15.6ºC
(หรือ 60ºF)
นั้นแตกต่างจากอุณหภูมิอ้างอิงที่สภาวะปรกติ
"normal"
ซึ่งเท่ากับ 0ºC
(หรือ 32ºF)
การเปลี่ยนหน่วยระหว่างค่าสภาวะมาตรฐาน
"standard'
และสภาวะปรกติ "normal"
ได้รับการรวมเอาไว้เมื่อมีการรายงานผลในระบบหน่วยอื่น
ผู้ใช้จึงพึงควรระวังว่าอัตราการไหลโดยปริมาตรที่รายงานไว้ในระบบหน่วยที่แตกต่างกันอาจพบว่าไม่เทียบเท่ากัน
อันเป็นผลจากการเปลี่ยนหน่วยอุณหภูมิ
ความสามารถในการระบายอากาศเข้าที่ต้องมีที่แสดงไว้ในภาคผนวกนี้เป็นการสมมุติว่าเป็นการระบายจากอากาศแวดล้อม
ถ้าใช้ตัวกลางอื่นที่ไม่ใช่อากาศในการป้องกันการเกิดสุญญากาศ
อาจมีความจำเป็นต้องมีการเปลี่ยนค่าอัตราการไหลให้เทียบเท่ากับอัตราการไหลของอากาศ
(ดูภาคผนวก
D)
(กล่าวคือในบางกรณีที่ไม่ต้องการให้อากาศไหลเข้าถังเนื่องจากป้องกันการระเบิดหรือปนเปื้อน
ก็อาจใช้การป้อนแก๊สเฉื่อย
(เช่นไนโตรเจน)
เข้าไปในถังเพื่อรักษาความดันไม่ให้ต่ำเกินไป)
ความสามารถในการระบายอากาศออกที่ต้องมีที่แสดงไว้ในภาคผนวกนี้เป็นการสมมุติว่า
ไอระเหยหรือแก๊สนั้นที่อยู่ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่แท้จริงของที่ว่างเหนือผิวของเหลวของถัง
มีค่าเทียบเท่ากับอากาศที่สภาวะมาตรฐาน
อัตราการระบายออกจะอิงจากอุณหภูมิการระบายออกของถังไปจนถึงอุณหภูมิ
49ºC
(หรือ 120ºF)
(คือรวมอุณหภูมิ 49ºC
(หรือ 120ºF)
ด้วย)
เมื่ออุณหภูมิการระบายออกนั้นมีค่าสูงเกินกว่า
49ºC
(หรือ 120ºF)
ให้ใช้วิธีการที่ให้ไว้ในหัวข้อ
3.3.2
แทนการใช้วิธีการที่ให้ไว้ในภาคผนวกนี้
รูปที่ ๒
ข้อ A.3.1.2 ถึง A.3.1.4
รูปที่ ๓
ตาราง A.1
และ A.2
ที่อ้างอิงมาจากหัวข้อ
A.3.1.3
ต่อไปเป็นหัวข้อ
A.3.2 (รูปที่
๔)
ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทของเหลวเข้าและออกจากถัง
ข้อ
A.3.2.1 กล่าวว่า
ควรมีการนำเอาอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาตรการแทนที่ที่เกิดจากถ่ายถ่ายเทของเหลวเข้าและออกจากถังมาพิจารณาในการกำหนดความสามารถในการระบายอากาศเข้าและออกที่ต้องมีในสภาวะปรกติ
ที่มาหลักของการเปลี่ยนแปลงปริมาตรเหล่านี้เกิดจาก
-
ปริมาตรที่เปลี่ยนแปลงไปที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของเหลวที่ไหลเข้าหรือไหลออกจากถัง
-
ไอระเหยที่เกิดจากของเหลวที่ระเหยได้ง่ายที่มีการป้อนเข้าถัง
(ถ้ามีเหตุการณ์นี้เกิดขึ้น)
ข้อ
A.3.2.2 กล่าวว่า
โดยปรกติการหาค่าปริมาตรการแทนที่ที่แท้จริงที่เกิดจากถ่ายถ่ายเทของเหลวเข้าและออกจากถัง
จะใช้ความสามารถในการทำงานของปั๊มมาคำนวณค่าความสามารถในการระบายอากาศเข้าและออกที่ต้องมี
(คือให้สมมุติว่าถ้าปั๊มทำงานเต็มที่จะมีการสูบของเหลวออกหรือป้อนของเหลวเข้าถังด้วยอัตราเท่าใด)
ย่อหน้าสุดท้ายของหัวข้อ
A.3.2 กล่าวว่า
เป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพึงระลึกว่าการเปลี่ยนแปลงปริมาตรนี้มักจะถูกเปลี่ยนเป็นอัตราการไหลโดยปริมาตรเทียบเท่าของอากาศที่สภาวะมาตรฐาน
"standard"
หรือสภาวะปรกติ "normal"
ดังนั้นสิ่งที่อาจเห็นคืออัตราการไหลโดยปริมาตร
(ของอากาศ)
อาจไม่เทียบเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาตร
(ของของเหลว)
เมื่อใช้ค่าอุณหภูมิการทำงานจริงหรืออุณหภูมิอากาศแวดล้อม
ที่มีค่าไม่เท่ากับอุณหภูมิที่สภาวะมาตรฐาน
"standard"
หรือสภาวะปรกติ "normal"
(เช่นป้อนของเหลวอุณหภูมิ
40ºC
เข้าถังด้วยอัตราการไหล
1000 ลิตรต่อนาที
แต่ปริมาตรอากาศที่ต้องระบายออกจะไม่เท่ากับ
1000 ลิตรต่อนาที
เพราะคิดที่อุณหภูมิ 15.6ºC
หรือ 0ºC)
รูปที่ ๔
หัวข้อ A.3.2
ที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทของเหลวเข้าและออกจากถัง
หัวข้อ
A.3.2.3 (รูปที่
๕) กล่าวว่า
สำหรับการเกิดไอระเหยที่เกิดจากการป้อนของเหลวที่ระเหยง่ายเข้าไปในถัง
ควรที่จะทำการประมาณค่าไอระเหยที่เกิดขึ้นเพื่อนำมาใช้ในการคำนวณความสามารถในการระบายอากาศเข้าและออกที่ต้องมี
(คือนอกจากความดันที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากปริมาตรที่ถูกแทนที่ด้วยของเหลวที่ไหลเข้าถังแล้ว
ยังต้องบวกความดันที่เกิดจากไอระเหยของของเหลวที่ระเหยได้ง่ายนี้เข้าไปอีก)
ในกรณีของน้ำมันปิโตรเลียม
อาจพิจารณาว่าของเหลวที่มีจุดวาบไฟต่ำกว่า
37.8ºC
(หรือ 100ºF)
เป็นของเหลวที่ระเหยได้ง่าย
ในกรณีที่ไม่มีข้อมูลจุดวาบไฟก็อาจใช้ค่าอุณหภูมิจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศแทน
ในกรณีนี้ของเหลวที่มีค่าอุณหภูมิจุดเดือดต่ำกว่า
148.9ºC
(หรือ 300ºF)
อาจพิจารณาว่าเป็นของเหลวที่ระเหยได้ง่าย
(น้ำมันเชื้อเพลิงต่าง
ๆ เช่นน้ำมันเบนซินมันเป็นสารผสม
มันไม่มีจุดเดือดตายตัว
แต่มีกราฟอุณหภูมิการกลั่น
เพราะมันระเหยออกมาตลอดเวลา
จุดวาบไฟนั้นต่ำกว่า 0ºC
แต่ต้องระเหยได้หมดที่อุณหภูมิไม่เกิน
200ºC
(มาตรฐานบ้านเรากำหนดไว้ที่นี่
ซึ่งตรงนี้จะแตกต่างจากกรณีของสารบริสุทธิ์)
ย่อหน้าที่สามของหัวข้อ
A.3.2.3 กล่าวว่า
สำหรับผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมทั่วไป
อาจประมาณค่าอัตราการเกิดไอที่
0.5%
ของปริมาณของเหลวที่ป้อนเข้ามา
การเลือกค่าอัตราการเหยที่
0.5%
นี้อิงจากน้ำมันแก๊สโซลีน
(ที่บ้านเราเรียกน้ำมันเบนซิน)
ที่ป้อนเข้าไปในถังเปล่า
(ถังเปล่าที่ไม่มีอะไรบรรจุอยู่ก่อนเลย
น้ำมันก็จะระเหยได้มากสุด)
ในช่วงเวลานี้พิจารณาได้ว่ามีการดึงเอาความร้อนเข้ามามากสุด
นอกจากนี้ไอที่เกิดจากการระเหยกลายเป็นไอทันทีของผลิตภัณฑ์ร้อนที่ป้อนเข้ามา
(เช่นท่อที่ป้อนเข้ามานั้นได้รับความร้อนจากแสงอาทิตย์)
ยังมีค่าสูงสุดเนื่องจากไม่มีแหล่งรับความร้อนขนาดใหญ่ดังเช่นที่มีอยู่ในกรณีที่มีของเหลวอยู่เต็มถัง
นอกจากนี้อัตราการระเหยยังเพิ่มขึ้นเนื่องจากภายในถังนั้นไม่มีความดันที่จะกดการระเหยเอาไว้
ในการเปลี่ยนค่าไอไฮโดรคาร์บอนเป็นอากาศ
อาจใช้ค่าความหนาแน่นที่สูงกว่าอากาศ
1.5
เท่าเป็นค่าประมาณ
ตรงจุดนี้ขอขยายความนิดนึง
ถังโลหะที่ตั้งตากแดดนั้นอุณหภูมิที่ผิวโลหะของถังจะสูงเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับว่าผิวโลหะนั้นอยู่ต่ำกว่าหรือสูงกว่าระดับของเหลวในถัง
ผิวโลหะที่อยู่สูงกว่าระดับของเหลวในถังจะมีอุณหภูมิที่สูงกว่าผิวโลหะที่อยู่ต่ำกว่าระดับของเหลวในถัง
ดังนั้นในกรณีของถังเปล่า
ปริมาตรส่วนที่เป็นที่ว่างก็จะมีอุณหภูมิสูงสุด
การป้อนของเหลวเข้าไปในถังนั้นจะป้อนเข้าไปทางด้านล่างของถัง
ในกรณีที่เป็นถังเปล่านั้น
ความดันเหนือผิวของเหลวร้อนที่ป้อนเข้าไปก็คือความดันอากาศภายในถัง
แต่ถ้าของเหลวในถังนั้นมีระดับสูงกว่าตำแหน่งท่อที่ของเหลวไหลเข้าถัง
ความดันเหนือผิวของเหลวร้อนที่ป้อนเข้าไปจะเท่ากับความดันอากาศในถังรวมกับความดันที่เกิดจากระดับความสูงของของเหลวที่อยู่ในถังก่อนหน้า
(ซึ่งผลรวมนี้มีค่าสูงกว่า)
การระเหยเมื่อป้อนของเหลวร้อนเข้าไปในถังที่มีของเหลวบรรจุดอยู่จึงเกิดขึ้นน้อยกว่าเมื่อป้อนเข้าไปในถังเปล่า
รูปที่ ๕
หัวข้อ A.3.2.3
และ A.3.2.4
ย่อหน้าสุดท้ายของหัวข้อ
A.3.2.3 กล่าวว่า
อัตราการะเหยกลายเป็นไอที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญสามารถเกิดขึ้นได้ถ้าของเหลวที่ป้อนเข้าไปในถังนั้นมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดที่ความดันการทำงานของถัง
ตัวอย่างเช่นในกรณีของเฮกเซน
(hexane C6H14)
0.4% ของสารที่ป้อนเข้าไปสามารถระเหยได้ทุก
ๆ อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น 0.4
K (1.0ºR)
เหนืออุณหภูมิจุดเดือดที่ความดันของถัง
(หน่วยอุณหภูมิ
K (Kelvin) และ
ºR
(Rankine) คือหน่วยอุณหภูมิสัมบูรณ์
โดยช่วง 1
K = 1ºC
และช่วง
1ºR
= 1ºF พึงสังเกว่าถ้าเป็นหน่วย
K
จะไม่มีเครื่องหมาย
º
แต่ถ้าเป็นหน่วย
R
จะมี)
ห้วข้อสุดท้ายของวันนี้คือ
A.3.2.4
กล่าวว่า
ภาคผนวกนี้ไม่ครอบคลุมการป้อนกันกรณีที่มีของเหลวไหลล้นออกจากถัง
(คืออย่าคิดว่าขนาดท่อที่คำนวณได้ที่ใช้กับการระเหยอากาศในที่นี้
สามารถรองรับการระบายของเหลวที่ไหลล้นได้)