สมมุติว่าคุณต้องการสร้างโรงงานผลิตเอทิลีนสักโรงงานหนึ่ง
จากวัตถุดิบที่กำหนดให้
(ซึ่งอาจเป็น
อีเทน แก๊สหุงต้ม แนฟทา
หรือน้ำมันหนัก)
ตัวอุปกรณ์หลักที่เรียกได้ว่าเป็นหัวใจของกระบวนการที่ต้องไปเลือกซื้อจากผู้มีเทคโนโลยีอยู่ในมือคือ
pyrolysis
heater สิ่งที่ผู้ถือเทคโนโลยี
pyrolysis
heater มีอยู่ในมือก็คือรูปแบบโครงสร้างของตัว
pyrolysis
heater (เช่น
การจัดวางท่อการไหล)
และวิธีการให้ความร้อน
(เช่นตำแหน่งของ
burner)
ที่เหมาะสมกับสารตั้งต้นที่กำหนดให้
โดยมีเงื่อนไขว่าวัตถุดิบก่อนป้อนเข้า
pyrolysis
heater นั้นควรต้องมีอุณหภูมิและความดันเท่าใด
มีอัตราการไหลเท่าใด
ต้องมีการผสมไอน้ำในสัดส่วนเท่าใด
ควรต้องมีสิ่งปนเปื้อนได้ไม่เกินเท่าใด
ทั้งนี้เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ตามต้องการทางด้านขาออก
ส่วนที่ว่าจากวัตถุดิบในถังเก็บจนมาถึงตัว
pyrolysis
heater นั้นต้องผ่านกระบวนการใดเพื่อให้มีความดันและอุณหภูมิตามที่กำหนด
ไอน้ำที่ใช้ผสมเข้ากับวัตถุดิบจะได้มาจากไหน
จะทำอย่างไรเพื่อลดอุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกจาก
pyrolysis
heater เพื่อหยุดปฏิกิริยาและนำพลังงานความร้อนกลับไปใช้งานใหม่
จะเพิ่มความดันแก๊สขาออกจาก
pyrolysis
heater ด้วยวิธีการใดก่อนส่งเข้าสู่กระบวนการกลั่นแยก
ฯลฯ สิ่งต่าง ๆ
เหล่านี้ล้วนเปิดช่องให้การออกแบบโรงงานแต่ละโรงนั้นแตกต่างกันออกไป
แม้ว่าจะเป็นโรงงานที่ใช้วัตถุดิบเดียวกัน
กำลังการผลิตเดียวกัน
ใช้เทคโนโลยีเดียวกัน
แต่ถ้าเปรียบเทียบระหว่างโรงงานที่สร้างขึ้นเคียงข้างหน่วยการผลิตอื่นที่มีอยู่เดิม
และสามารถดึงเอาระบบสาธารณูปโภค
(utility)
ที่เหลือใช้จากโรงงานข้างเคียงมาใช้ได้
กับโรงงานที่สร้างขึ้นมาใหม่เป็นโรงแรกโดดเดี่ยวนั้นที่ต้องออกแบบและก่อสร้างระบบสาธารณูปโภคขึ้นมาใหม่ทั้งหมด
สิ่งต่าง ๆ
เหล่านี้ทำให้ในส่วนของกระบวนการก่อนและหลัง
pyrolysis
heater ของโรงงานทั้งสองก็ไม่มีความจำเป็นที่จะต้องเหมือนกันเลย
เพื่อให้เห็นภาพจะลองยกตัวอย่างโดยสมมุติว่าเรามีของเหลวร้อนสายหนึ่งที่มีอุณหภูมิประมาณ
80ºC
และต้องการลดอุณหภูมิให้เหลือไม่เกิน
50ºC
ก่อนส่งเข้าถังเก็บ
ถ้าเป็นโรงงานที่ตั้งในเขตภูมิอากาศที่จากสถิติพบค่าอุณหภูมิสูงสุดในรอบปีนั้นแทบจะไม่ขึ้นไปถึงระดับ
30ºC
ก็อาจเลือกใช้ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ
ในขณะที่โรงงานที่ตั้งอยู่ในเขตภูมิอากาศที่ร้อนกว่าและในฤดูร้อนนั้นค่าอุณหภูมิสูงสุดในช่วงกลางวันในระดับ
30-40ºC
ถือเป็นเรื่องปรกติ
การใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำหล่อเย็น
(cooling
water) ก็จะเหมาะสมกว่า
หรือถ้าเป็นโรงงานแบบเดียวกัน
ตั้งอยู่ในสภาพภูมิอากาศแบบเดียวกัน
แต่โรงงานหนึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงที่จะขาดแคลนน้ำจืดสูงกว่า
โรงงานนี้ก็อาจจะเลือกใช้ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศแทนการใช้น้ำ
ในทำนองเดียวกัน
รูปแบบการให้ความร้อนก็มีทั้งการใช้ไอน้ำ
(ที่ความดันต่าง
ๆ กัน)
การใช้ไฟฟ้า
สำหรับการผลิตไอน้ำนั้นชนิดเชื้อเพลิงที่จะใช้ก็มีทั้ง
แก๊ส น้ำมัน และเชื้อเพลิงแข็ง
(เช่นถ่านหิน
วัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตร
ขยะ)
แหล่งพลังงานสำหรับการขับเคลื่อนอุปกรณ์ก็มีทั้งระบบไฟฟ้าและไอน้ำ
(ถ้าเป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กก็อาจใช้อากาศอัดความดัน)
ซึ่งการตัดสินใจว่าจะเลือกใช้รูปแบบไหนนั้นจำเป็นต้องมีการนำเอาปัจจัยอื่นภายนอกโรงงานเข้ามาพิจารณาด้วย
แผนผังที่แสดงความต้องการใช้งานสาธารณูปโภค
(utility)
ของหน่วยต่าง
ๆ ในโรงงานเรียกว่า Utility
Balance Diagram (บางรายก็ย่อว่า
UBD)
ระบบการผลิตสาธารณูปโภคจะเป็นระบบแรกที่ต้องเดินเครื่องก่อนการเริ่มเดินเครื่องกระบวนการผลิต
และจะเป็นระบบสุดท้ายที่จะหยุดการเดินเครื่องถ้าต้องการหยุดโรงงาน
สาธารณูปโภคในที่นี้ได้แก่ระบบ
น้ำหล่อเย็น (cooling
water) น้ำที่ใช้ในกระบวนการผลิต
(process
water) ไอน้ำ
(steam
ซึ่งมักจะรวมไปถึงไอน้ำที่ควบแน่นหรือ
steam
condensate ด้วย)
เชื้อเพลิง
(แก๊ส
ของเหลว)
อากาศ
(compressed
air สำหรับขับเคลื่อนอุปกรณ์
หรือ instrument
air สำหรับอุปกรณ์ควบคุม
ส่วนอากาศระบายความร้อนนั้นไม่เกี่ยว)
แก๊สเฉื่อย
(เช่นไนโตรเจน)
เป็นต้น
รูปที่
๑ก ตัวอย่าง Uitlity
balance diagram ของระบบน้ำหล่อเย็น
(cooling
water) ตัวเลขที่ไม่มีวงเล็บกำกับคือปริมาณ
(ตันต่อชั่วโมง)
ส่วนตัวเลขที่อยู่ในวงเล็บคืออุณหภูมิ
(ºC)
ในแผนผังนี้จะกำหนดอุณหภูมิด้านขาออกเอาไว้
รูปที่
๑ข ส่วนต่อจากรูปที่ ๑ก
ความต้องการสาธารณูปโภคในช่วงการทำงานที่แตกต่างกันนั้นไม่เท่ากัน
ดังนั้นการออกแบบแหล่งที่มาหรือกำลังการผลิตสาธารณูปโภคของโรงงานจึงควรต้องคำนึงถึงปัจจัยนี้ด้วย
เช่นในระหว่างการเดินเครื่องปรกตินั้น
ความต้องการใช้แก๊สไนโตรเจนอาจมีไม่มาก
เพราะใช้เพียงแค่รักษาความดันในระบบไม่ให้อากาศรั่วเข้าไปข้างใน
แต่ถ้าเป็นช่วงเริ่มเดินเครื่องจากการหยุดซ่อมบำรุงที่ต้องมีการไล่อากาศออกจากระบบก่อน
หรือเมื่อต้องไล่สารอันตราย
(เช่นสารไวไฟ)
ออกจากระบบเพื่อการหยุดซ่อมบำรุง
จะมีความต้องการไนโตรเจนเพิ่มมากขึ้น
ตรงนี้ก็ต้องมีการพิจารณาว่าจะทำอย่างไร
จะออกแบบหน่วยกลั่นแยกอากาศที่ใช้ผลิตแก๊สไนโตรเจนให้รองรับความต้องการสูงสุดได้
ซึ่งไม่เกิดขึ้นบ่อยครั้งในรอบปี
แล้วช่วงเวลาที่ไม่มีความต้องการจะจัดการกับกำลังการผลิตส่วนเกินอย่างไร
หรือออกแบบกำลังการผลิตไว้เพียงแค่การเดินเครื่องปรกติ
และถ้ามีความต้องการมากเมื่อใดก็ใช้วิธีการสั่งซื้อมาจากแหล่งภายนอกมาใช้เสริม
(เช่นซื้อไนโตรเจนเหลวจากผู้ผลิตรายอื่น
แต่ก็ต้องออกแบบจุดต่อเข้าเอาไว้ด้วย)
หรือจะผลักภาระการไล่อากาศและ/หรือสารไวไฟออกจากระบบด้วยการใช้ไอน้ำไล่
(ตรงนี้ก็ต้องไปเผื่อกำลังการผลิตที่ระบบการผลิตไอน้ำ
แต่ก็ต้องคำนึงถึงตัวอุปกรณ์ด้วยว่าสามารถทนความร้อนจากไอน้ำได้)
และใช้ไนโตรเจนเพียงแค่รักษาความดันไม่ให้เกิดสุญญากาศในระบบเมื่อไอน้ำเย็นตัวลง
(แบบหลังนี้หลายแห่งกระทำกัน
เช่นในโรงกลั่นน้ำมัน
เพราะมีการผลิตไอน้ำใช้เองอยู่แล้วในโรงงานและมีราคาถูกกว่า
นอกจากนี้ในกรณีที่สารที่อันตรายนั้นมีจุดหลอมเหลวและ/หรือจุดเดือดสูง
การใช้ไอน้ำที่ร้อนจะช่วยระเหยสารเคมีที่ตกค้างอยู่ตามซอกอับต่าง
ๆ ได้ดีกว่าการใช้แก๊สไนโตรเจน)
น้ำหล่อเย็น
(cooling
water)
ก็เป็นสาธารณูปโภคตัวหนึ่งที่อุณหภูมิที่ผลิตได้แปรเปลี่ยนไปตามสภาพอากาศในแต่ละช่วงเวลาและสภาพความสกปรกของหอทำน้ำเย็น
(cooling
water) ในบางกรณีคุณภาพน้ำดิบที่นำมาผลิตก็เปลี่ยนไปตามฤดูกาลด้วย
เช่นการดึงน้ำจากแม่น้ำในบริเวณที่อยู่ใกล้ทะเลมาใช้
ในช่วงหน้าฝนน้ำจะมีตะกอนมาก
ก่อปัญหาเรื่องสิ่งสกปรกอุดตัด
และการสึกหรอ (erosion)
ของระบบท่อและอุปกรณ์ต่างๆ
ได้ แต่พอเป็นช่วงหน้าแล้ง
น้ำจืดไหลมาน้อย
จะมีน้ำเค็มไหลย้อนเข้ามามาก
จะก่อปัญหาเรื่องการกัดกร่อนแทน
อากาศอัดความดัน
(compressed
air) ที่ใช้ในโรงงานนั้นแยกเป็น
๒ ส่วน ส่วนแรกคืออากาศอัดความดันปรกติ
(ตรงนี้บางทีก็เรียก
plant
air) ที่ใช้สำหรับการเป่าไล่ทั่วไป
(เช่นไล่ไนโตรเจนออกจากระบบก่อนจะเข้าไปทำงานภายใน)
หรือใช้ขับเคลื่อนอุปกรณ์ขนาดเล็ก
(เช่นสว่านลม
ปั๊มสารเคมีขนาดเล็ก)
อากาศอีกส่วนหนึ่งนั้นเรียก
instrument
air ซึ่งได้จากเอา
compressed
air นี้ไปผ่านระบบกำจัดความชื้นที่หลงเหลืออยู่
instrument
air นี้ใช้กับอุปกรณ์ควบคุมต่าง
ๆ ในระบบ (เช่นวาล์วควบคุมหรือ
control
valve ระบบมอเตอร์และลูกสูบนิวเมติกส์ที่ใช้ในการขับเคลื่อนวาล์ว)
ปรกติแล้วความต้องการ
instrument
air จะไม่มากเหมือน
plant
air แต่ในกรณีฉุกเฉินแล้วการนำ
plant
air ไปใช้แทน
instrument
air ก็เป็นสิ่งที่ยอมรับกัน
ในกรณีที่ใช้ผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดจากการผลิตผลิตภัณฑ์หลักมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในกระบวนการ
ก็ต้องคำนึงด้วยว่าในการเริ่มเดินเครื่องนั้นจะเอาอะไรมาใช้เป็นเชื้อเพลิง
และถ้าผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่จะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนั้นมีปริมาณและ/หรือค่าความร้อนลดลง
จะทำการชดเชยอย่างใด
ในทางกลับกันก็ต้องพิจารณาด้วยว่าถ้าผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่จะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนั้นมีปริมาณและ/หรือค่าความร้อนเพิ่มขึ้น
จะต้องทำอย่างไรด้วย
เช่นในกรณีที่นำเอาแก๊สที่จะระบายออกสู่ระบบเผาแก๊สทิ้ง
(flare
system) กลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในกระบวนการ
สาธารณูปโภคนั้นมีทั้งชนิดที่ส่งออกไปแล้วมีการนำกลับใช้งานใหม่
และชนิดที่ผลิตส่งออกไปแล้วไม่มีการนำกลับมา
ชนิดที่มีการนำกลับมาใช้งานใหม่ทั้งหมดที่เห็นได้ชัดได้แก่น้ำหล่อเย็น
น้ำหล่อเย็นเป็นน้ำที่ผ่านการปรับสภาพ
มีการเติมสารเคมีเพื่อการปรับสภาพน้ำอีก
และมีการใช้ในปริมาณมาก
ทำให้มักมีการนำกลับมาใช้ใหม่
ด้วยการส่งไปยังหอทำน้ำเย็น
(cooling
tower) เพื่อให้น้ำเย็นตัวลงก่อนเอาไปใช้งานใหม่
เว้นแต่จะเป็นโรงงานที่อยู่ใกล้แหล่งน้ำขนาดใหญ่
เช่นแม่น้ำหรือทะเล
ที่อาจนำน้ำจากแหล่งเหล่านั้นมาใช้งานแบบครั้งเดียวทิ้ง
(once
through) การทำแบบนี้มีข้อดีคือไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายในการปรับสภาพน้ำ
แต่ต้องระวังเรื่องสิ่งสกปรกที่มากับน้ำและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากอุณหภูมิแหล่งน้ำเพิ่มสูงขึ้น
รูปที่
๒ก ตัวอย่าง Uitlity
balance diagram ของระบบไอน้ำ
(steam)
ที่มีทั้งไอน้ำอิ่มตัว
(saturated
steam) ที่ใช้ให้ความร้อน
และไอร้อนยวดยิ่ง (superheated
steam) ที่ใช้ในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำ
(ภาพต้นฉบับไม่ค่อยชัดเท่าใดนัก)
รูปที่
๒ข ส่วนต่อจากรูปที่ ๒ก
รูปที่
๓ก ตัวอย่าง Uitlity
balance diagram ของระบบแก๊สเชื้อเพลิง
(Fuel
gas) และน้ำมันเตา
(Fuel
oil) แผนผังนี้ประกอบด้วยแหล่งที่มาของเชื้อเพลิง
(เช่นแก๊สที่ระบายออกมาจากหน่วยต่าง
ๆ)
และการนำไปใช้
มีการแสดงค่าความดัน อุณหภูมิ
และค่าความร้อนต่อหน่วย
รูปที่
๓ข ส่วนต่อจากรูปที่ ๓ก
รูปที่
๔ก อีกตัวอย่างหนึ่งของ
Uitlity
balance diagram ของระบบ
Fuel
gas และ
Fuel
oil
รูปที่
๔ข ส่วนต่อจากรูปที่ ๔ก
ไอน้ำเป็นตัวอย่างหนึ่งของระบบสาธารณูปโภคที่มีการนำกลับมาใช้ผลิตใหม่เพียงบางส่วน
โดยนำกลับมาในรูปของไอน้ำที่ควบแน่นเป็นของเหลว
(steam
condensate)
แต่การนำเอาไอน้ำที่ควบแน่นเป็นของเหลวกลับมาใช้งานใหม่มักจะเหมาะสมกับอุปกรณ์ที่มีการใช้ไอน้ำในปริมาณมาก
(มีไอน้ำที่ควบแน่นเป็นของเหลวในปริมาณมาก
คุ้มที่จะเก็บรวบรวมและสูบกลับไปยังหม้อน้ำ
เช่นที่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนขนาดใหญ่
หรือกังหันไอน้ำขนาดใหญ่)
แต่สำหรับไอน้ำที่ใช้ให้ความร้อนตามระบบท่อต่าง
ๆ (เช่นที่ใช้กับท่อ
tracing
ที่ใช้อุ่นท่อลำเลียงของเหลวให้ร้อนเพื่อไม่ให้ของเหลวในท่อมีความหนืดมากเกิดไปหรือเกิดการแข็งตัว)
จะยากต่อการรวบรวม
เพราะมีการใช้งานกระจายไปทั่วโรงงาน
(ตามเส้นทางท่อที่เดิน)
และยังมีปัญหาเรื่องไอน้ำที่ควบแน่นเป็นของเหลวนี้ยังมีความดันต่ำ
ไม่มีแรงดันในตัวที่จะไหลไปตามท่อได้
ต้องอาศัยแรงโน้มถ่วงไหลไปรวมยังถักเก็บก่อนจะสูบกลับไปใช้งานใหม่
อากาศอัดความดันและไนโตรเจนเป็นตัวอย่างของสาธารณูปโภคที่ส่งออกไปแล้วไม่มีการนำกลับมาใช้งานใหม่อีก
สำหรับปั๊มสูบของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่นั้นอาจมีการใช้ของเหลว
(ชนิดเดียวกับที่ทำปั๊มทำการสูบ
แต่เป็นของเหลวที่สะอาด
ไม่มีของแข็งปะปน)
มาใช้เป็น
flushing
solvent ด้วยการอัดเข้าไปตรง
mechanical
seal ของปั๊ม
(เพื่อป้องกันไม่ให้
mechanical
seal เกิดความเสียหายจากการขัดสีกับของแข็งที่แขวนลอย
และยังทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้ของเหลวที่ปั๊มทำการสูบนั้นรั่วออกมาข้างนอกด้วย)
ตัว
flushing
solvent นี้อาจไหลไปในทิศทางเดียว
(คือเข้าไปที่บริเวณ
mechanical
seal ของปั๊มและเข้าไปรวมกับของเหลวที่ปั๊มทำการสูบ)
หรือมีการไหลวนกลับ
(คือทำหน้าที่สร้างความดันต้านทานอีกฟากหนึ่งของ
mechanical
seal เพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวภายในปั๊มรั่วออกมา)
ดังนั้นในกรณีของปั๊มแบบนี้จะไม่ใช่เรื่องแปลกถ้าพบว่าจะมีระบบป้องกัน
ที่เรียกว่า "Interlock"
ที่จะทำให้ไม่สามารถเดินเครื่องปั๊มได้เว้นแต่ระบบ
flushing
solvent มีความดันสูงพอ
(ตรงนี้ถ้าสงสัยว่า
mechanical
seal คืออะไร
สามารถย้อนไปอ่านได้ใน
Memoir
ปีที่
๒ ฉบับที่ ๑๐๙ วันอาทิตย์ที่
๓๑ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง
"ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๒ อธิบายศัพท์")
ใบพัดกวน
(agitator
หรือ
mixer)
ที่ติดตั้งอยู่ทางด้านบนของภาชนะความดัน
(press
vessel) ที่ใช้ปั่นกวนของเหลวที่บรรจุอยู่ในภาชนะนั้น
โดยด้านบนของเหลวเป็นแก๊สภายใต้ความดัน
ก็อาจมีการใช้น้ำมันที่เรียกว่า
seal
oil ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้แก๊สความดันในภาชนะรั่วผ่านออกมาภายนอก
(ทำนองเดียวกับที่กล่าวไว้ในย่อหน้าข้างบน)
ระบบ
seal
oil นี้ก็เป็นระบบสาธารณูปโภคตัวหนึ่งที่มีการหมุนเวียนเอา
seal
oil กลับไปใช้งานใหม่
คำว่า "seal"
ในที่นี้หมายถึงการปิดกั้น
การป้องกันการรั่วไหล
ไม่ได้แปลว่าแมวน้ำ
(อีกความหมายของ
seal
oil คือน้ำมันที่ได้จากไขมันของแมวน้ำ
เป็นคนละเรื่องกับในที่นี้)
และไม่ได้เป็นสิ่งเดียวกับ
"oil
seal" ที่หมายถึงแหวนยาง
(หรือปะเก็น)
ที่ป้องกันการรั่วซึมของน้ำมัน
Memoir
ฉบับนี้ก็คงต้องขอจบลงเพียงแค่นี้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น