เมื่อความดันในถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric tank) ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ MO Memoir : Friday 20 May 2559

เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้นำมาจากหนังสือที่เขียนโดย Prof. Trevor A. Kletz ๒ เล่มด้วยกัน
 

เล่มแรกคือ "What went wrong? Case history of process plant disasters" จัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ Gulf Publishing เล่มที่ผมมีเป็นการพิมพ์ครั้งที่ ๒ ในปีค.ศ. ๑๙๘๘ (พ.ศ. ๒๕๓๑) หนังสือนี้พิมพ์ครั้งแรกในปีค.ศ. ๑๙๘๕ [1]
 

เล่มที่สองคือ "Lessons from disaster. How organisations have no memory and accidents recur" จัดพิมพ์โดย Institute of Chemical Engineers ปีค.ศ. ๑๙๙๓ (พ.ศ. ๒๕๓๖) [2]
 

Prof. Kletz นั้นทำงานอยู่กับบริษัท ICI มาก่อน หลังจากที่เกษียณอายุแล้วจึงได้มาเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย Loughobrough ประเทศอังกฤษ
 

สำหรับผู้ที่กำลังเรียนหนังสืออยู่หรือเพิ่งจะเริ่มทำความรู้จัก Atmospheric tank ขอแนะนำให้อ่าน Memoir ๒ ฉบับก่อนหน้านี้ประกอบ เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น

ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๓ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)"

ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๒ วันอาทิตย์ที่ ๓๑ ธันวาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "Breathe valve กับFlame arrester"
 

รูปที่ ๑ ถังใบนี้ถูกอัดด้วยความดันบรรยากาศในขณะที่ทำการระบายของเหลวออกจากถัง ทั้งนี้เป็นเพราะ flame arrester ที่ติดตั้งอยู่บนท่อระบายอากาศจำนวน ๓ ท่อไม่ได้รับการทำความสะอาดเป็นเวลานานกว่า ๒ ปี [2]
 

Atmospheric tank ส่วนใหญ่ออกแบบมาเพื่อรับความดันภายในไม่เกิน 8 นิ้วน้ำ (ความดัน 8 นิ้วน้ำไม่ใช่ความดันที่สูงเลย ขวดบรรจุน้ำดื่มขนาด 600 ml ก็มีความสูงกว่า 8 นิ้วแล้ว) และรับความดันสุญญากาศ (คือความดันภายในต่ำกว่าบรรยากาศ) ไม่เกิน 2.5 นิ้วน้ำ (ความดันที่ก้นถ้วยกาแฟ) ในทางวิศวกรรม ความดันต่ำ ๆ จะใช้หน่วยเป็นเทียบเท่าความสูงของน้ำ ส่วนจะเป็นนิ้วน้ำหรือเซนติเมตรน้ำก็แล้วแต่ประเทศผู้ใฃ้
 

เวลาที่ของเหลวไหลออกจากถัง ปริมาตรช่องว่างเหนือของเหลวจะเพิ่มมากขึ้น จำเป็นต้องมีอากาศจากภายนอก (หรือแก๊สอื่น) ไหลเข้าไปข้างในเพื่อรักษาความดันภายในถังไว้ไม่ให้ต่ำเกินไป ไม่เช่นนั้นถังจะถูกแรงกดอากาศภายนอกบีบอัดให้ถังยุบตัว (ทั้งลำตัวและฝา) ในทางกลับกันเวลาที่มีการเติมของเหลวเข้าไปในถัง ปริมาตรช่องว่างเหนือของเหลวจะลดลง จำเป็นต้องให้อากาศ (หรือแก๊ส) ที่อยู่เหนือผิวของเหลวระบายออกไป เพื่อป้องกันไม่ให้ความดันภายในถังสูงเกินไป ไม่เช่นนั้นฝาถังจะถูกแรงดันภายในถังดันให้เปิดออก (การออกแบบถัง จะให้รอยเชื่อมต่อระหว่างลำตัวกับฝาถังเป็นจุดอ่อน เวลาที่ความดันภายในถังสูงเกินไปรอยเชื่อมนี้จะฉีกขาดก่อน ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนลำตัวเกิดความเสียหาย ซึ่งจะทำให้ของเหลวที่บรรลุอยู่ภายในรั่วไหลออกมาภายนอกได้)
 

รูปที่ ๒ รูระบายอากาศ (vent) อุดตันเนื่องจากพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้น [1] ของเหลวที่บรรจุอยู่ในถังได้รับการเติมตัวยับยั้ง (inhibitor) เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการพอลิเมอร์ไรซ์ แต่ตัวยับยั้งนั้นอยู่แค่ในส่วนที่เป็นของเหลวเท่านั้น ไอระเหยของของเหลวในถังจึงมีโอกาสเกิดการพอลิเมอร์ไรซ์กลายเป็นของแข็ง และเมื่อเกิดขึ้นที่บริเวณรูระบาย จึงทำให้เกิดปัญหาในการรักษาความดันในถัง

ถังเก็บสารใบหนึ่งฝาถังเกิดการยุบตัวเนื่องจากความดันในถังลดต่ำลงเกินไป (เฉพาะส่วนฝาที่เกิดการยุบตัว ส่วนลำจตัวไม่ได้รับความเสียหาย) วิศวกรผู้ดูแลตัดสินใจที่จะทำให้ฝาถังกลับคืนสภาพเดิมด้วยการใช้ความดันน้ำ วิธีการของเขาก็คือทำการเติมน้ำให้เต็มถังก่อน เมื่อเขากลับมาตรวจการทำงานอีกครั้งหลังจากที่เติมน้ำเต็มถังแล้วก็พบว่าโอเปอร์เรเตอร์กำลังทำการต่อปั๊มไฮดรอลิกทำงานด้วยมือ (ที่ใช้ในการทดสอบความแข็งแรงของท่อ) เข้ากับตัวถัง เขาจึงสั่งให้ถอดปั๊มดังกล่าวออก แล้วก็นำท่อตรงยาวประมาณ 1 m มาต่อเข้ากับท่อระบายอากาศให้สูงขึ้นไปในแนวดิ่ง จากนั้นจึงค่อย ๆ ใช้สายยางเติมน้ำลงไปทางท่อที่ต่อเอาไว้อย่างช้า ๆ (รูปที่ ๓) และระหว่างที่ค่อย ๆ ทำการเติมน้ำเข้าไปนั่นเอง ฝาถังก็ค่อย ๆ ถูกดันกลับคืนสู่สภาพเดิม
  

รูปที่ ๓ การแก้ปัญหาฝาถังยุบตัวด้วยการเติมน้ำลงไปจนเต็มถัง จากนั้นต่อท่อในแนวดิ่งเข้าที่ท่อระบายอากาศ และค่อย ๆ เติมน้ำลงไปทางท่อที่ต่อเอาไว้อย่างช้า ๆ [1]

สิ่งที่ต้องการเพื่อให้ฝาถังกลับคืนสู่ตำแหน่งเดิมคือ "ความดัน" ซึ่งในที่นี้มีตัวเลือกอยู่ ๒ ตัวกันคือความดันจากของเหลวและความดันจากแก๊ส
 

โดยปรกติในเมื่อสร้างถังเสร็จนั้นก็จะทำการทดสอบความแข็งแรงของโครงสร้างและฐานรากด้วยการเติมน้ำเข้าไปจนเต็ม (แม้ว่าถังนั้นจะใช้บรรจุของเหลวที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำก็ตาม) ดังนั้นการเติมน้ำเข้าไปจนเต็มถังจึงไม่ใช่ปัญหา (เพียงแค่ถ้าเป็นถังขนาดใหญ่ก็อาจจะเห็นว่ามันเปลืองน้ำเท่านั้นเอง) ของเหลวนั้นไม่สามารถอัดให้มีปริมาตรเล็กลงได้ ในขณะที่ค่อย ๆ เติมน้ำเข้าไปในถังนั้นความดันเหนือผิวของเหลวในถังจะเพิ่มขึ้น (ตามความสูงของน้ำที่อยู่ในท่อในแนวดิ่ง) และเมื่อปริมาตรในถังเพิ่มขึ้นเนื่องจากฝาถังถูกดันให้เคลื่อนตัวขึ้นข้างบน ความดันที่กระทำต่อฝาถังก็จะลดลงทันที ดังนั้นจึงเป็นเสมือนกับการค่อย ๆ ให้ความดันอย่างช้า ๆ ดันฝาถังกลับ

การใช้น้ำยังปลอดภัยกว่าการใช้อากาศอัดความดัน เพราะอากาศนั้นถูกอัดให้มีปริมาตรเล็กลงได้ เมื่อปริมาตรในถังเพิ่มขึ้นเนื่องจากฝาถังถูกดันให้เคลื่อนตัวขึ้นข้างบน ความดันที่กระทำต่อฝาถังจะไม่ลดลงในสัดส่วนเดียวกันกับปริมาตรที่เพิ่มขึ้น และถ้าใช้ความดันอากาศที่ความดันสูงเกินไป แทนที่ฝาถังจะค่อย ๆ ถูกดันกลับคืนสู่ตำแหน่งเดิมอาจกลายเป็นว่าฝาถังปลิวออกเนื่องจากความดันในถังนั้นสูงจนสามารถฉีกรอยเชื่อมระหว่างส่วนฝาถังกับลำตัวให้ขาดออกจากกันได้ ดังนั้นถ้าคิดจะใช้อากาศอัดความดัน จึงควรต้องคำนึงถึงประเด็นนี้ให้ดีด้วย

เรื่องนี้ยังไม่จบนะครับ  ยังมีต่อ