วันอาทิตย์ที่ 3 มีนาคม พ.ศ. 2556

ระบบเผาแก๊สทิ้ง (Flare system) ตอนที่ ๑ ระบบท่อรับแก๊ส MO Memoir : Sunday 3 March 2556

ระบบเผาแก๊สทิ้งหรือที่มักจะเรียกกันติดปากว่าระบบ "Flare" นั้นจัดว่าเป็นระบบนิรภัยชนิดหนึ่งของอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมันและปิโตรเคมี หน่วยนี้เป็นหน่วยแรกที่ต้องเริ่มการทำงานก่อนหน่วยอื่นในการ startup (เริ่มการเดินเครื่อง) และจะเป็นหน่วยสุดท้ายที่จะหยุดการทำงานในการ shutdown (หยุดการทำงาน)
  
หน้าที่ของระบบนี้คือการเผาทำลายแก๊สที่เผาไหม้ได้ที่มีการระบายออกจากระบบ การระบายออกจากระบบนี้อาจเป็นการระบายอย่างจงใจ เช่นการปรับองค์ประกอบหรือความดันของแก๊สใน vessel ต่าง ๆ หรือการระบายแบบไม่ตั้งใจ (เช่นเกิดจากการเปิดของวาล์วระบายความดัน (safety valve))
เนื่องจาก flare นั้นทำการเผาไหม้ที่ความดันบรรยากาศ ดังนั้น vessel ต่าง ๆ ที่จะระบายแก๊สออก flare ได้จึงต้องทำงานที่ความดันสูงกว่าบรรยากาศ
  
ระบบท่อ flare เป็นระบบที่ให้แก๊สและของเหลวไหลในทิศทางเดียว โดยจะรับแก๊สและ/หรือของเหลวที่ระบายออกจาก safety valve ของ pressure vessel ต่าง ๆ ในหน่วยผลิต ดังนั้นอาจกล่าวได้ว่าระบบท่อ flare เริ่มจากด้านขาออกของ safety valve ของ pressure vessel ต่าง ๆ ในหน่วยผลิต ระบบท่อ flare นั้นจะไม่มีวาล์วใด ๆ ทั้งสิ้น (เพื่อตัดโอกาสที่ท่อ flare ถูกปิดกั้นเนื่องจากการปิดวาล์ว ให้เป็นศูนย์) และควรต้องมีแก๊สไหลตลอดเวลาทั้งนี้เพื่อรักษาความดันในท่อ flare ให้สูงกว่าความดันบรรยากาศข้างนอกเสมอ ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศรั่วไหลเข้าไปในระบบท่อ flare ได้

รูปที่ ๑ ตัวอย่างแผนผังโรงงาน จะมีการจัดแบ่งพื้นที่ออกเป็นบริเวณต่าง ๆ โดยมีถนนล้อมรอบ ถนนนี้มีไว้เพื่อการเดินทางของยานพาหนะต่าง ๆ (เช่นรถเครน รถยก) ในระหว่างการซ่อมบำรุงหรือระหว่างการดับเพลิง และยังเป็นการลดโอกาสที่เพลิงไหม้จะลามจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกพื้นที่หนึ่ง

ลองดูรูปที่ ๑ ท่อ flare A (เส้นสีแดง) คือแนวท่อหลักที่รับแก๊สจาก pressure vessel ต่าง ๆ (วงกลมสีเหลือง) ที่ตั้งอยู่ในพื้นที่ A และพื้นที่ B และยังรับแก๊สจากท่อ flare B (เส้นสีเขียว) ที่รับแก๊สจากพื้นที่ C และพื้นที่ D ก่อนที่จะส่งแก๊สดังกล่าวไปเผาที่ปล่อง (flare stack)
  
เนื่องจากแก๊สที่ระบายออกมานั้นอาจมีของเหลวปนมาด้วย หรืออาจเป็นแก๊สร้อนในระบบที่เมื่อแก๊สนั้นเย็นตัวลง บางส่วนก็จะกลายเป็นของเหลว ดังนั้นการออกแบบระบบท่อ flare จึงต้องคำนึงถึงการมีของเหลวในระบบด้วย และต้องออกแบบเพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวสะสมในท่อได้ วิธีการที่ใช้กันก็คือการวางท่อให้มีความลาดเอียง โดยปลายท่อด้านเริ่มต้นนั้นจะมีระดับที่สูงที่สุด และค่อย ๆ ลาดลงต่ำลงไปเรื่อย ๆ ไปจนถึง knock out drum (ค่อยว่ากันอีกทีในฉบับต่อไป) เช่นในกรณีที่แสดงในรูปที่ ๑ ความสูงของระดับท่อจะเรียงลำดับดังนี้คือ H1 > H2 > H3 และ H4 > H5 > H2
  
การบรรจบท่อย่อยเข้ากับท่อใหญ่นั้นจะไม่ต่อท่อย่อยในแนวตั้งฉากกับท่อใหญ่ แต่จะต่อในแนวเฉียง (ดูรูปที่ ๒) และพอมีการบรรจบท่อย่อยเข้ากับท่อหลักมากขึ้น ท่อหลักก็ต้องมีขนาดใหญ่ขึ้น การเพิ่มขนาดของท่อหลักจะใช้ eccentric reducer (คือข้อต่อท่อสำหรับเชื่อมต่อท่อใหญ่กับท่อเล็กเข้าด้วยกัน โดยมีแนวศูนย์กลางของท่อใหญ่กับท่อเล็กเยื้องกัน แต่จะมีระดับผิวด้านหนึ่งของท่อใหญ่และท่อเล็กอยู่ในแนวเดียวกัน) โดยให้ด้านที่แบนราบของ eccentric reducer วางอยู่ทางด้านล่าง

รูปที่ ๒ รูปแบบของการวางท่อ flare (1) ในแบบ (เช่น piping and instrumentation diagram หรือ P&ID) จะมีรูปสามเหลี่ยมที่เป็นตัวบอกว่าท่อนี้จะวางเอียงลาดไปในทิศทางปลายแหลมของสามเหลี่ยม (2) มีการใช้แก๊ส (อาจเป็นไนโตรเจนหรือแก๊สเหลือทิ้ง) ปล่อยเข้าทางปลายท่อ เพื่อป้องกันไม่ให้มีอากาศรั่วไหลเข้าท่อได้ (3) จุดบรรจบท่อย่อยเข้ากับท่อหลักจะเป็นมุมเฉียง โดยชี้ไปทางทิศทางการไหลของแก๊ส ทั้งนี้เพื่อให้แก๊สที่ไหลเข้าบรรจบท่อใหญ่นั้นไม่รบกวนการไหลในท่อใหญ่มากเกินไป ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหา back pressure มากเกินไปในระบบท่อได้ และ (4) ใช้ eccentric reducer ในการเพิ่มขนาดท่อ โดยให้ด้านราบของ eccentric reducer อยู่ทางด้านล่างซึ่งทำให้จัดระดับการลาดเอียงของแนวท่อได้ง่าย เส้นประสีน้ำเงินและสีม่วงคือแนวศูนย์กลางของท่อเล็ก (ท่อด้านซ้าย) และท่อใหญ่ (ท่อด้านขวา)

reducer แม้ว่าชื่อมันจะบอกว่าเป็นข้อลด แต่อันที่จริงเราใช้เป็นข้อต่อที่ใช้เชื่อมต่อท่อเล็กและท่อใหญ่เข้าด้วยกัน ซึ่งอาจเป็นการทำเพื่อลดขนาดท่อหรือเพิ่มขนาดท่อก็ได้ reducer นั้นมีอยู่ ๒ แบบคือ concentric reducer ซึ่งเป็นชนิดที่แนวศูนย์กลางของท่อเล็กและท่อใหญ่อยู่ร่วมแกนเดียวกัน และ eccentric reducer ซึ่งเป็นรูปแบบที่ได้กล่าวมาข้างต้น
  
การติดตั้ง eccentric reducer กับท่อในแนวราบ (หรือลาดเอียงเล็กน้อย) สามารถติดตั้งโดยเอาด้านที่แบนราบอยู่ด้านบนหรือด้านล่างนั้นขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน เช่นที่แสดงในที่นี้เป็นการติดตั้งโดยให้ด้านแบนราบอยู่ด้านล่าง แต่ถ้าเป็นท่อทางด้านเข้าของปั๊มหอยโข่งจะติดตั้งให้ด้านแบนราบอยู่ด้านบน เรื่องการติดตั้ง reducer นี้ถ้ามีโอกาสจะหาเล่าสักที

ตอนต่อไปจะกล่าวถึง Knock out drum และ Seal drum