การเลือกวิธีการเก็บสำรองสารที่มีสถานะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ
(ซึ่งอาจเป็นสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์)
ในโรงงานอุตสาหกรรมปิโตรเคมีนั้นจะพิจารณาจากปริมาณที่ต้องการเก็บสำรองและคุณสมบัติของแก๊ส
การที่จะทำให้แก๊สชนิดใดเป็นของเหลวได้ด้วยการเพิ่มความดันนั้น
อุณหภูมิของแก๊สนั้นจะต้องต่ำกว่าค่า
"อุณหภูมิวิกฤต
(critical
temperature)" ของแก๊สนั้น
ดังนั้นแก๊สใดก็ตามที่มีค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้อง
เราจะไม่สามารถใช้การเพิ่มความดันเพื่อทำให้แก๊สนั้นเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้
ตัวอย่างของแก๊สนี้ได้แก่แก๊สมีเทนที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์
ที่ใช้ความดันสูงถึง 200
bar ก็ยังคงเป็นแก๊สอยู่
ดังนั้นถ้าต้องการเก็บสำรองแก๊สประเภทนี้ในจำนวนไม่มาก
ก็จะใช้การเก็บในถังความดันสูง
(ถังจะมีความหนาของผนังมาก)
แต่ถ้าต้องการเก็บสำรองในปริมาณมาก
ก็จะใช้การเก็บในถัง cryogenic
type (ลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่าจุดเดือดของสารนั้นที่อุณหภูมิห้อง)
ตัวอย่างของการเก็บแก๊สประเภทนี้ได้แก่ถังเก็บแก๊สธรรมชาติเหลว
(Liquified
Natural Gas - LNG)
แต่ถ้าแก๊สนั้นมีอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้อง
เราจะสามารถใช้ความดันอัดให้แก๊สนั้นเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้
ส่วนความดันที่ต้องใช้นั้นจะมากน้อยเท่าใดก็ขึ้นอยู่ว่าค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้องมากน้อยเท่าใด
แก๊สที่มีค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้องมาก
ก็จะใช้ความดันที่ต่ำลงในการอัดให้แก๊สนั้นเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง
(อุณหภูมิวิกฤตของ
C3H8
คือ
96ºC
และของ
n-C4H10
คือ
152ºC)
รูปที่
๑
ตัวอย่างรูปแบบถังเก็บแก๊สที่สามารถอัดให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้
(บน)
ถังเก็บแก๊สชนิด
bullet
type โดยปรกติมักจะวางนอน
(ล่าง)
ถังเก็บแก๊สชนิด
spherical
type
แต่ถ้าแก๊สนั้นมีอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้อง
เราจะสามารถใช้ความดันอัดให้แก๊สนั้นเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้
ส่วนความดันที่ต้องใช้นั้นจะมากน้อยเท่าใดก็ขึ้นอยู่ว่าค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้องมากน้อยเท่าใด
แก๊สที่มีค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้องมาก
ก็จะใช้ความดันที่ต่ำลงในการอัดให้แก๊สนั้นเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง
แก๊สหุงต้มหรือที่เราเรียกย่อว่า
LPG
(ย่อมาจาก
Liquified
Petroleum Gas)
นั้นเป็นแก๊สที่สามารถใช้ความดันอัดให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้
(อุณหภูมิวิกฤตของ
C3H8
คือ
96ºC
และของ
n-C4H10
คือ
152ºC)
การเก็บแก๊สชนิดนี้ในอุตสาหกรรมนั้น
ถ้าเก็บในปริมาณไม่มากนักจะเก็บในถังความดันทรงกระบอกวางนอนที่เรียกว่า
bullet
type
แต่ถ้าเก็บในปริมาณที่มากขึ้นไปอีกก็จะใช้ถังความดันทรงกลมที่เราเรียกว่าถังลูกโลกหรือ
spherical
type (ดูรูปที่
๑)
ถัง
spherical
type แม้ว่าจะสร้างยากกว่าถังชนิด
bullet
type แต่ก็มีข้อดีตรงที่ที่ความดันเดียวกันและขนาดถังระดับเดียวกัน
ความเค้นในเนื้อโลหะของผนังถังจะต่ำกว่าของถังชนิด
bullet
type ทำให้โลหะที่ใช้ทำผนังถังนั้นมีความหนาน้อยกว่าของถังชนิด
bullet
type จึงทำให้ถังความดันขนาดที่ใหญ่นั้นนิยมสร้างในรูปแบบ
spherical
type
แต่ถ้าต้องการเก็บในปริมาณที่มากขึ้นไปอีก
การใช้ถังชนิด cryogenic
type จะเหมาะสมกว่า
ในกระบวนการกลั่นน้ำมันนั้น
การให้ความร้อนแก่น้ำมันที่ทำการกลั่นอยู่ในหอกลั่นกระทำได้โดยการให้ความร้อนผ่านหม้อต้ม
(reboiler)
ที่อยู่ทางด้านล่างของหอ
และ/หรือการฉีดไอน้ำเข้าไปในน้ำมันที่ทำการกลั่นโดยตรง
การฉีดไอน้ำเข้าไปในน้ำมันโดยตรงนั้น
การฉีดไอน้ำเข้าไปในน้ำมันโดยตรงนั้นมักจะกระทำที่
stripping
column มากกว่า
(stripping
column คือคอลัมน์เล็ก
ๆ ที่อยู่ข้างหอกลั่นหลัก
ใช้ควบคุมคุณภาพน้ำมันที่ดึงออกทางข้างหอ
เช่นถ้าเป็นstripping
column สำหรับน้ำมันก๊าด
(kerosene)
ถ้าพบว่าน้ำมันก๊าดที่ดึงออกมาทางข้างหอนั้นมีปริมาณ
gasoline
ผสมอยู่มากเกินไป
ก็จะทำการฉีดไอน้ำเข้าไปที่
stripping
column นี้
เพื่อไล่ส่วนที่เป็น gasoline
(ที่มีจุดเดือดต่ำกว่า)
ให้ระเหยกลับไปยังหอกลั่นหลักใหม่
(ดูรูปที่
๒)
รูปที่
๒ แผนผังการทำงานของหอ
stripper
ที่ใช้ในการควบคุมปริมาณส่วนที่มีจุดเดือดต่ำในผลิตภัณฑ์น้ำมันที่ดึงออกทางข้างหอกลั่นหลัก
ไอน้ำที่ฉีดเข้าไปนี้บางส่วนอาจหลุดรอดติดไปกับผลิตภัณฑ์น้ำมันไปจนถึงถังเก็บ
เนื่องจากน้ำนั้นไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกับไฮโดรคาร์บอนที่เป็นของเหลว
และน้ำยังมีความหนาแน่นที่สูงกว่า
ดังนั้นเมื่อไอน้ำหลุดรอดไปจนถึงถังเก็บก็จะควบแน่นเป็นน้ำที่เป็นของเหลวและสะสมอยู่ที่ก้นถัง
ทำให้ต้องมีการระบายน้ำทิ้งออกจากก้นถังเป็นระยะ
นี่คือคำอธิบายหนึ่งที่ว่าทำไมในถังเก็บน้ำมันเชื้อเพลิงหรือแก๊สหุงต้มที่ได้จากการกลั่น
จึงมีอาจมีน้ำเข้าไปอยู่ในถังเหล่านั้นได้
ในการระบายน้ำที่ก้นถังเก็บทิ้ง
พนักงานจะต้องไปเปิดวาล์วที่อยู่ที่ก้นถังเก็บเพื่อระบายน้ำออก
และเมื่อเริ่มมีน้ำมันหลุดปนมากับน้ำที่ปล่อยออกก็แสดงว่าระบายน้ำออกจากถังเก็บเกือบหมดแล้ว
ก็ปิดวาล์วระบายนั้น
ในกรณีของผลิตภัณฑ์ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องนั้น
ไฮโดรคาร์บอนที่หลุดรอดปนออกมากับน้ำไม่ก่อให้เกิดปัญหาการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิใด
ๆ ในขณะที่ไหลผ่านวาล์วระบายน้ำทิ้ง
(ซึ่งอาจต้องมีการหรี่วาล์วเมื่อระบายน้ำใกล้หมด
เพื่อไม่ให้มีไฮโดรคาร์บอนหลุดรอดออกมามากเกินไป)
แต่ถ้าเป็นกรณีของสารที่ปรกติจะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้องแต่เก็บเป็นของเหลวภายใต้ความดันที่อุณหภูมิห้อง
(เช่นแก๊ส
LPG
สารทำความเย็นในเครื่องปรับอากาศและตู้เย็น)
ในสภาพที่อยู่ภายใต้ความดันจะเป็นของเหลว
แต่เมื่อไหลผ่านช่องทางการไหลขนาดเล็ก
(เช่นรูขนาดเล็ก
วาล์วลดความดัน
หรือวาล์วเปิด-ปิดที่เปิดเพียงเล็กน้อย)
ความดันจะลดต่ำลง
สารนั้นก็จะเปลี่ยนสภาพจากของเหลวกลับกลายเป็นแก๊ส
ในการเปลี่ยนสภาพนี้จะมีการดึงเอาความร้อนจากรอบข้างเข้าไป
ทำให้อุณหภูมิรอบข้างนั้นลดลง
ในกรณีของแก๊ส LPG
ถ้าแก๊สที่ไหลออกมานั้นมีน้ำปนอยู่ด้วยและถ้าอุณหภูมิลดต่ำลงมากพอ
ก็จะทำให้น้ำที่เดิมเป็นของเหลวที่ไหลผ่านวาล์วร่วมกับแก๊สนั้นแข็งตัวกลายเป็นน้ำแข็งอุดตันท่อระบายน้ำทิ้งได้
ถ้าการอุดตันดังกล่าวเกิดขึ้นที่ตัววาล์ว
ก็จะทำให้ไม่สามารถปิดวาล์วได้
นี่คือจุดเริ่มต้นของการระเบิดครั้งใหญ่ของถังเก็บแก๊ส
LPG
ณ
เมือง Feyzin
ประเทศฝรั่งเศส
ในวันที่ ๔ มกราคม ปีพ.ศ.
๒๕๐๙
(รูปที่
๓)
และทำให้ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า
BLEVE
(ย่อมาจาก
Boiling
Liquid Expansion Vapour Explosion) เป็นที่รู้จักกัน
เหตุการณ์ในครั้งนั้นได้กลายเป็นกรณีศึกษาที่เรียนกันทั่วไปในวงการวิชาชีพวิศวกรรมเคมี
รูปที่
๓ ภาพถัง butane
(ชนิด
spherical
tank) หมายเลข
462
กำลังเผาไหม้จากการระเบิด
ณ เมือง Feyzin
(จาก
BLEVE
in an LPG storage facility at a rafinery January 4, 1966 Feyzin
France, sheet updated Feb 2008.
http://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/ressources/1_feyzin_gc_ang.pdf)