ถังในที่นี้อาจเป็นถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ
(Atmospheric
tank) ที่มีฝาหรือหลังคาปิด
ซึ่งปรกติจะออกแบบให้ทำงานที่ใกล้เคียงความดันบรรยากาศโดยอาจจะสูงกว่าหรือต่ำกว่าความดันบรรยากาศได้เล็กน้อย
หรืออาจเป็นภาชนะความดัน
(Pressure
vessel) ที่ปรกติจะทำงานที่ความดันสูงกว่าบรรยากาศ
แต่ก็อาจมีบางกรณีที่ทำให้ความดันในภาชนะความดันนั้นต่ำกว่าบรรยากาศได้
ในส่วนของถังบรรยากาศนั้นผมเคยเล่าวิธีการควบคุมความดันเพื่อป้องกันไม่ให้ถังเกิดความเสียหายจากความดันที่สูงหรือต่ำเกินไปไว้ใน
Memoir
ปีที่
๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันเสาร์ที่
๑๔ พฤษภาคม พ.ศ.
๒๕๕๔
เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)" เอาไว้แล้ว
มาในวันนี้เป็นการนำเอารูปตัวอย่างความเสียหายที่เกิดมาให้ดูกันและจะกล่าวถึงกรณีของภาชนะความดันที่ในภาวะการทำงานปรกติปรกติจะทำงานที่ความดันสูงกว่าบรรยากาศ
รูปที่
๑
ถังเก็บน้ำสแตนเลสสำหรับใช้ในอาคารติดตั้งอยู่บนดาษฟ้าอาคารแห่งหนึ่ง
ผนังฝาด้านบนของถังบุบเนื่องจากความกดอากาศ
รูปนี้ถ่ายเมื่อบ่ายวันวาน
รูปที่
๑
เป็นถังเก็บน้ำสแตนเลสสำหรับใช้ในอาคารติดตั้งอยู่บนดาษฟ้าอาคารแห่งหนึ่ง
ถังเหล่านี้มีท่อต่อเชื่อมกันเพื่อให้สำรองน้ำได้ในปริมาณมาก
ตอนติดตั้งถังนั้นก็จะปิดฝาด้านบนเอาไว้เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรกตกลงไปปนเปื้อนน้ำในถัง
น้ำในบ่อพักด้านล่างจะถูกสูบเข้ามาเก็บไว้ในถังพักบนดาษฟ้า
ก่อนจะจ่ายลงไปยังชั้นต่าง
ๆ ของอาคาร
ถังที่ติดตั้งนั้นมีฝาเปิดปิดอยู่ทางด้านบน
ในจังหวะที่เติมน้ำเข้าไปในถังนั้นน้ำที่ไหลเข้าถังจะเข้าไปแทนที่อากาศในถัง
เนื่องจากฝาถังนั้นปิดเอาไว้เฉย
ๆ และไม่ได้ปิดสนิทและอัตราการเติมน้ำไม่ได้สูงมาก
ความดันอากาศในถังที่เพิ่มขึ้นก็จะสามารถดันฝาถังให้เผยอขึ้น
อากาศข้างในก็จะระบายออกมาได้
ทำให้ความดันในถังไม่เพิ่มสูงขึ้น
ถังจึงไม่เกิดความเสียหายจากความดันในถังที่เพิ่มสูงขึ้น
แต่เมื่อมีการใช้น้ำ
น้ำที่ระบายออกไปจากถังทำให้ปริมาตรอากาศในถังเพิ่มขึ้น
ความดันในถังจะลดลง
ถ้าหากฝาถังหรือตัวถังเองนั้นมีช่องทางที่กว้างพอที่ให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปได้ทันเวลา
ความดันในถังก็จะไม่ลดลงต่ำเกินไป
ถังก็จะไม่เกิดความเสียหาย
แต่สำหรับถังในรูปที่ไม่มีช่องทางให้อากาศไหลเข้า
อากาศไหลเข้าได้เฉพาะตรงฝาปิดที่ปิดไม่สนิทเท่านั้น
แต่ช่องว่างที่ฝานั้นก็ไม่มากเพียงพอ
ดังนั้นพอความดันในถังลดลง
ความกดอากาศภายนอกก็จะดันให้ฝาถังแนบเข้าไปกับตัวถัง
ช่องว่างก็ลดลง
อากาศก็ไหลเข้าไปข้างในถังได้ยากขึ้น
และเมื่อความดันในถังลดต่ำลงมากพอ
ความกดอากาศข้างนอกก็จะสามารถดันฝาถังด้านบนให้ยุบตัวลงดังที่เห็นในรูป
เหตุผลที่บริเวณด้านข้างและด้านล่างไม่บุบก็เพราะมันมีน้ำดันเอาไว้
รูปที่
๒ แผนผังอย่างง่าย (Simplified
diagram) ของระบบหอกลั่น
หน่วยผลิตต่าง
ๆ ในอุตสาหกรรมจำนวนไม่น้อยที่ทำความที่ความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ
ในบรรดาหน่วยผลิตเหล่านี้ก็มีบางหน่วยที่การที่ความดันในระบบสูงกว่าบรรยากาศได้เป็นเพราะการให้ความร้อนแก่ระบบเพื่อให้ของเหลวในระบบเดือดกลายเป็นไอ
แต่เมื่อใดก็ตามที่ไม่มีการป้อนความร้อนเข้าสู่ระบบเพื่อให้ของเหลวในระบบเดือด
ความดันในระบบก็จะลดต่ำลงจนต่ำกว่าความดันบรรยากาศได้
และอาจก่อให้เกิดปัญหาตัวภาชนะความดัน
(pressure
vessel)
ของหน่วยผลิตนั้นถูกความกดอากาศภายนอกบีบอัดจนเกิดความเสียหายได้
ตัวอย่างหนึ่งของระบบนี้ได้แก่
"หอกลั่น
-
distillation column"
หอกลั่นที่ทำการกลั่นแยกสารที่สถานะปรกติเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ
และในกระบวนการกลั่นจะมีการให้ความร้อนเพื่อให้สารดังกล่าวนั้นเดือดกลายเป็นไอ
ซึ่งทำให้ความดันภายในหอกลั่นนั้นสูงกว่าความดันบรรยากาศ
โดยปรกติในระหว่างการทำงานภายในตัวหอกลั่นเองจะไม่มีอากาศอยู่
จะมีแต่เพียงไอระเหยของสารที่ทำการกลั่นแยกเท่านั้น
เช่นถ้าทำการกลั่นแยกน้ำกับเอทานอล
ไอระเหยที่เป็นตัวสร้างความดันภายในหอกลั่นก็คือไอระเหยของน้ำกับเอทานอล
ความร้อนที่ทำให้สารที่ทำการกลั่นระเหยกลายเป็นไอนั้นได้มาจากความร้อนที่มากับสายป้อน
(ผ่านทาง
feed
preheater) และความร้อนที่ป้อนเข้าผ่านทางหม้อต้มซ้ำ
(reboiler)
และถ้าเกิดเหตุการณ์ใด
ๆ ก็ตามที่ทำให้ไม่มีความร้อนป้อนเข้าระบบ
(เช่นขาดไอน้ำที่จะให้ความร้อนที่หม้อต้มซ้ำ)
อุณหภูมิภายในหอกลั่นก็จะลดลง
และเมื่อไอสารในหอกลั่นเกิดการควบแน่น
ก็จะทำให้ความดันภายในหอกลั่นลดต่ำลงกว่าความดันบรรยากาศภายนอก
และถ้าหอกลั่นไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรับกับเหตุการณ์ดังกล่าว
ก็อาจทำให้หอกลั่นได้รับความเสียหายจากการถูกความกดอากาศภายนอกบีบอัดได้
ในกรณีเช่นนี้การป้องกันอาจทำได้โดย
(ก)
การออกแบบหอกลั่นให้มีความแข็งแรงที่จะรับแรงกดอากาศภายนอกได้เมื่อความดันภายในหอกลั่นลดต่ำลงกว่าความดันบรรยากาศ
วิธีการนี้อาจจะยากสำหรับหอกลั่นที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมาก
เพราะที่ความหนาผนังเท่ากัน
ความสามารถในการรับแรงดันของหอกลั่นที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่าจะสูงกว่า
ดังนั้นถ้าใช้วิธีการนี้กับหอกลั่นขนาดใหญ่อาจทำให้ผนังต้องหนามากและมีน้ำหนักมากได้
(ข)
การยอมให้อากาศภายนอกรั่วไหลเข้าไปในหอกลั่น
วิธีการนี้อาจทำได้ถ้าหากสารที่อยู่ในกระบวนการนั้นไม่ทำปฏิกิริยากับอากาศ
หรือสารที่อยู่ในกระบวนการนั้นไม่เป็นสารที่ลุกติดไฟได้
(ค)
การป้อนแก๊สเฉื่อย
เช่น ไนโตรเจน (ในบางกรณีก็อาจใช้
CO2
ได้)
เข้าไปในระบบ
วิธีการนี้จะเหมาะกว่าวิธีการตามข้อ
(ข)
ในกรณีที่สารที่อยู่ในกระบวนการนั้นเป็นสารที่ลุกติดไฟได้
ขั้นตอนการปฏิบัติงานบางขั้นตอนก็อาจทำให้เกิดสุญญากาศในระบบได้ถ้าไม่ระมัดระวัง
ตัวอย่างหนึ่งของขั้นตอนนี้ได้แก่การไล่อากาศออกจากระบบ
(ท่อและ
vessel
ต่าง
ๆ)
ก่อนป้อนสารเข้าไปในระบบ
การไล่อากาศออกนี้สามารถกระทำได้ด้วยการใช้แก๊สเฉื่อย
(ที่ใช้กันทั่วไปคือไนโตรเจน)
หรือไอน้ำ
ข้อดีของการใช้ไนโตรเจนคือไม่ทำให้ความดันภายในระบบลดต่ำลงเพราะมีความดันจากแก๊สไนโตรเจนที่ป้อนเข้าไปนั้นแทนที่ความดันของอากาศที่ถูกไล่ออกไป
การใช้ไนโตรเจนมักกระทำกับระบบขนาดเล็ก
(เช่นระบบท่อ
หรือถังขนาดเล็ก)
หรือกับระบบที่ไม่ต้องการให้มีน้ำปนเปื้อนในระบบ
แต่เนื่องจากไนโตรเจนมีราคาสูงกว่าไอน้ำ
ดังนั้นในระบบที่ยอมให้มีน้ำในระบบได้
เช่นหอกลั่นที่มีการให้ความร้อนด้วยการฉีดไอน้ำเข้าไปในหอกลั่นโดยตรง
เช่นหอกลั่นน้ำมัน
จึงอาจทำการไล่อากาศในระบบออกด้วยการใช้ไอน้ำก่อน
แต่เมื่อไล่อากาศออกไปจนหมดแล้วต้องป้อนไนโตรเจนเข้าไปในหอกลั่นเพื่อรักษาความดัน
เพราะเมื่อไอน้ำเย็นตัวลงควบแน่นเป็นของเหลวจะทำให้ความดันภายในหอกลั่นลดต่ำลงกว่าความดันบรรยากาศ
ถังเก็บของเหลวที่เป็นแทงค์ชนิด
cone
roof tankหรือ
fixed
roof tank
นั้นมักจะออกแบบมาเพื่อรับความดันภายในถังที่สูงกว่าความดันบรรยากาศไม่เกิน
8
นิ้วน้ำ
(ประมาณ
0.3
psi หรือ
2
kPa) และรับความดันสุญญากาศที่เกิดขึ้นภายในถังได้ไม่เกิน
2.5
นิ้วน้ำ
(ประมาณ
0.1
psi หรือ
0.6
kPa หรือประมาณความดันที่ก้นแก้วน้ำเมื่อใส่น้ำเต็มแก้ว)
ถังเหล่านี้จึงเกิดความเสียหายจากการเปลี่ยนแปลงความดันที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณและ/หรืออุณหภูมิของของเหลวในถังได้ง่ายถ้าไม่ระมัดระวังการทำงาน
เช่นป้อนของเหลวหรือสูบของเหลวออกจากถังด้วยอัตราที่สูงเกินกว่าอุปกรณ์ควบคุมความดันจะทำหน้าที่ได้ทัน
ป้อนของเหลวที่ร้อนเข้าไปในถังที่เย็น
หรือเกิดการอุดตันที่ระบบควบคุมความดันจนทำให้ปรับความดันภายในถังไม่ได้
รูปที่
๓ ส่วนหนึ่งของหนังสือที่เขียนโดย
Trevor
A. Kletz ที่สะสมไว้
หนังสือเรื่อง
"What
Went Wrong? : Case histories of process plant disasters"
เขียนโดย
Trevor
A. Kletz ของสำนักพิมพ์
Gulf
Publishing Company ฉบับพิมพ์ครั้งที่
2
ปีค.ศ.
1988 ที่ผมมีอยู่เล่มหนึ่งนั้น
(รูปที่
๓)
ในบทที่
5
หน้า
80-81
ได้เล่าถึงวิธีการที่วิศวกรผู้หนึ่งทำการแก้ปัญหาหลังคาของ
cone
roof tank
ที่ถูกแรงกดอากาศบีบอัดฝาถังด้านบนจนยุบตัวลงเมื่อความดันในแทงค์นั้นลดต่ำลงกว่าความดันบรรยากาศ
ให้กลับคืนสู่สภาพเดิม
วิธีการที่ทำก็คือทำการใส่น้ำให้เต็มแทงค์
จากนั้นนำท่อความยาวประมาณ
1
เมตรมาต่อเข้ากับจุด
vent
ให้ท่อตั้งในนแนวดิ่ง
และค่อย ๆ เติมน้ำเข้าไปทางท่อดังกล่าว
แรงดันที่เกิดจากความสูงของน้ำที่เติมเข้าไปทางท่อในแนวดิ่งนั้นจะไปดันให้ฝาถังที่ยุบตัวลงไปนั้น
คืนรูปพองกลับมาทางด้านเดิม
(รูปที่
๔)
รูปที่
๔ วิธีการในการทำให้ฝาบนของ
cone
roof tank ที่ยุบตัวลงพองกลับคืนสภาพเดิม
ที่เขียนเรื่องนี้ก็เพื่อต้องการให้เห็นความสำคัญของการพิจารณาขั้นตอนการทำงาน
ว่าไม่ควรคิดเฉพาะการเดินเครื่องที่
steady
state เท่านั้น
แต่ควรต้องคำนึงถึงการทำงานที่เกี่ยวข้องทั้งหมด
ไม่ว่าจะเป็นช่วงการเริ่มต้นเดินเครื่อง
(start
up) หยุดเดินเครื่อง
(shut
down) หรือมีเหตุการณ์ผิดปรกติเกิดขึ้นด้วย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น