กระบวนการกลั่นเป็นการแยกสารด้วยการใช้จุดเดือดที่แตกต่างกัน
สารที่มีจุดเดือดต่ำจะถูกต้มให้ระเหยกลายเป็นไอ
ระเหยออกทางยอดหอกลั่น
ก่อนไปควบแน่นเป็นของเหลวที่เครื่องควบแน่น
(overhead
condenser) ส่วนสารที่มีจุดเดือดสูงจะยังคงเป็นของเหลวอยู่
และไหลออกทางก้นหอ
ภายในหอกลั่นนั้นจะมีการไหลสวนทางกันระหว่างของเหลวที่นำมาจากของเหลวส่วนหนึ่งที่ได้จากการควบแน่นที่เครื่องควบแน่น
ที่ป้อนให้ไหลจากบนลงล่าง
ในขณะที่ทางด้านก้นหอนั้นจะมีการต้มของเหลวให้เดือด
เพื่อไล่ส่วนที่มีจุดเดือดต่ำให้ระเหยกลายเป็นไอออกจากส่วนที่มีจุดเดือดสูง
ในระหว่างการสัมผัสกันนั้น
ส่วนที่มีจุดเดือดต่ำที่อยู่ในของเหลวที่ป้อนกลับลงมา
จะระเหยกลายเป็นไอใหม่โดยอาศัยความร้อนจากไอที่ระเหยมาจากหม้อต้มซ้ำ
การคายความร้อนของไอระเหยดังกล่าวจะทำให้ส่วนที่มีจุดเดือดสูงที่ระเหยติดไปกับไอนั้นควบแน่นเป็นของเหลวตกกลับลงมาใหม่
ตัวกลางที่ใช้ให้ความร้อนที่หม้อต้มซ้ำนั้นขึ้นอยู่กับแต่ละกระบวนการ
บางกระบวนการอาจใช้สายที่ต้องการทำให้เย็นมาเป็นตัวให้ความร้อน
(ถ้าระดับอุณหภูมิมันทำได้)
บางกระบวนการอาจใช้พวก
thermal
oil (กรณีที่ต้องการอุณหภูมิสูงแต่ไม่อยากใช้ไอน้ำความดันสูง)
แต่ที่เห็นกันแพร่หลายมากที่สุดน่าจะเป็นการใช้ไอน้ำอิ่มตัว
(saturated
steam) และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้เป็นหม้อต้มซ้ำก็มักจะเป็น
shell
and tube heat exchanger เป็นหลัก
ตัวอย่าง
piping
layout ที่นำมาให้ดูในวันนี้เป็นของหม้อต้มซ้ำชนิดวางตั้งในแนวดิ่งหรือ
vertical
reboiler คือเป็น
shell
and tube heat exchanger ที่วางตั้ง
โดยส่วนด้านล่างของ tube
จะวางอยู่ที่ระดับต่ำระดับต่ำสุดของของเหลวที่ก้นหอ
(รูปที่
๒)
รูปที่
๑ เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านบน
ส่วนรูปที่ ๒ เป็นภาพที่มองจากทางด้านข้าง
โดยเป็นมุมที่มองเข้ามาจากทางซ้ายของรูปที่
๑ ของเหลวที่ต้องการต้มให้เดือดจะไหลด้วยแรงโน้มถ่วงเข้าไปในส่วน
tube
จากทางด้านล่าง
ส่วนไอน้ำที่ใช้ให้ความร้อนจะไหลเข้าส่วน
shell
จากทางด้านบน
การจัดวางรูปแบบการไหลแบบนี้เรียกว่า
thermosyphon
(หรือ
thermosiphon)
คือของเหลวที่ไหลเข้าส่วน
tube
จะถูกต้มให้เดือดกลายเป็นไอระเหยออกไปตลอดเวลา
ทำให้ของเหลวจากก้นหอนั้นไหลเข้ามาทดแทนได้โดยไม่ต้องใช้ปั๊มช่วย
ส่วนการที่ให้ไอน้ำไหลเข้าทางด้านบนก็เพื่อให้น้ำที่เกิดจากการควบแน่นนั้นไหลลงล่างได้ด้วยแรงโน้มถ่วง
ในรูปที่ ๒ นี้ไม่ได้แสดงสายดึงผลิตภัณฑ์ก้นหอออกไป
แสดงเฉพาะสายที่ไหลเข้าหม้อต้มซ้ำเท่านั้น
การติดตั้งหม้อต้มซ้ำในรูปที่
๑ และ ๒ นั้นใช้การประกบตัวหม้อต้มซ้ำเข้ากับหอกลั่นโดยตรง
ไม่มีการใช้ท่อสั้น (ที่เรียกว่า
spool
piece) เป็นตัวเชื่อมต่อ
ในรูปที่ ๒
จะเห็นว่าตัวหม้อต้มซ้ำประกบเข้ากับหอกลั่นโดยตรงทางด้านบนตรง
nozzle
ที่ให้ไอระเหยจากหม้อต้มซ้ำไหลวนกลับเข้าไปในหอกลั่น
ส่วนที่อยู่ทางด้านล่างตรงบริเวณตัวskirt
ของตัวหอกลั่นนั้น
เป็นเพียงตัวนำร่อง (guide)
ที่ช่วยให้หม้อต้มซ้ำวางตัวตรงในแนวดิ่ง
ไม่ได้มีการยึดตรึง
เพราะต้องการให้หม้อต้มซ้ำเคลื่อนตัวในแนวดิ่งได้เวลาที่หอกลั่นขยายตัวเมื่อมีอุณหภูมิสูง
ส่วนจุดรับน้ำหนักหม้อต้มซ้ำอยู่ที่
lug
ที่อยู่ข้างตัว
vessel
(ตรง
Note
5 ในรูปที่
๒)
โดยถ่ายน้ำหนักของตัว
vessel
ลงไปที่โครงสร้างรับน้ำหนักของ
platform
(ถ้ายังไม่รู้ว่า
lug
คืออะไร
สามารถไปดูได้ใน Memoir
ปีที่
๗ ฉบับที่ ๙๒๓ วันพฤหัสบดีที่
๑๕ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง
"ทำความรู้จัก Process Design Questionnaire (ตอนที่ ๒)"
ได้)
ลำดับต่อไปจะเป็นการขยายความหมายเหตุต่าง
ๆ ที่กำกับอยู่ในรูปที่ ๑
และ ๒ จากคำอธิบายที่แสดงไว้ในรูปที่
๓ และ ๔
รูปที่
๑ ภาพการจัดวาง vertical
reboiler (ตัวล่าง)
ข้างหอกลั่น
(ตัวบน)
ภาพนี้เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านบน
รูปที่
๒ ภาพการจัดวาง vertical
reboiler (ตัวขวา)
ข้างหอกลั่น
(ตัวซ้าย)
ภาพนี้เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านข้าง
Note
1 หรือหมายเหตุ
๑ อุปกรณ์พวก pressure
vessel นั้น
หลังจากการขึ้นรูปเสร็จแล้ว
(ซึ่งต้องมีการเชื่อมโลหะเป็นเรื่องปรกติ)
ก็จะนำไปเข้ากระบวนการ
heat
treatment ทั้งใบ
เพื่อให้รอยเชื่อมนั้นมีความแข็งแรง
หลังจากผ่านกระบวนการ heat
treatment แล้วจะไม่ทำงานเชื่อมโลหะใด
ๆ กับส่วนที่รับความดันโดยตรง
คือผนังลำตัวและ nozzle
ที่ใช้สำหรับต่อท่อเข้าออกต่าง
ๆ (แต่ส่วนที่ไม่ได้รับความดัน
เช่น skirt
ขาตั้ง
หรือส่วนหูที่ใช้สำหรับติดตั้งบันได
ยังสามารถทำการตัดหรือเชื่อมได้ถ้าจำเป็น
แต่ทั้งนี้ต้องไม่ให้ความร้อนจากงานเชื่อมไปกระทบกับตัวเนื้อโลหะส่วนที่รับความดันโดยตรง)
ดังนั้นในกรณีที่ติดตั้งด้วยการนำเอา
nozzle
ของตัวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนประกบเข้ากับ
nozzle
ของตัวหอกลั่นโดยตรงนั้น
จึงจำเป็นต้องเตรียมจุดสำหรับเชื่อมต่อเข้ากับอุปกรณ์วัดคุมอยู่ที่ตัว
nozzle
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการกำหนดจุดสำหรับต่อเชื่อมอุปกรณ์วัดคุมและทิศทางการหันเอาไว้ตั้งแต่ต้น
ก่อนเริ่มทำการขึ้นรูป heat
exchanger แต่ถ้ามีการใช้เส้นท่อสั้น
ๆ ในการเชื่อมต่อระหว่างหอกลั่นกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
จุดสำหรับต่อเชื่อมอุปกรณ์วัดคุมก็จะมาอยู่ที่เส้นท่อสั้นเส้นนี้แทน
เรื่องการตัด
skirt
นี้เคยเจอครั้งหนึ่งช่วงที่ทำงานก่อสร้างโรงงานอยู่ที่ระยองหลังจบใหม่
ๆ
คือไม่รู้เหมือนกันว่างานโยธากับงานวางท่อนั้นมีการถ่ายระดับความสูงพลาดตรงไหน
หรือว่าแบบงานโยธาผิดพลาด
ทำให้ฐานคอนกรีตที่ทำหน้าที่รับน้ำหนัก
column
นั้นมีระดับสูงเกินกว่าตำแหน่งท่อที่จะต่อเข้ากับ
column
แนวทางแก้ปัญหาที่มีการพิจารณากันก็มีอยู่ด้วยกัน
๓ แนวทาง แนวทางแรกคือการไปแก้แบบ
piping
ในการเชื่อมต่อท่อเข้ากับ
column
แต่แนวทางนี้ก็ถูกตัดทิ้งไปเพราะจะส่งผลต่อกระบวนการผลิต
(รูปแบบการไหลและ
pressure
drop ที่เปลี่ยนไป)
แนวทางที่สองคือการทุบแท่นคอนกรีตให้ต่ำลง
แต่แนวทางนี้ก็ถูกตัดออกไปอีกเนื่องจากขนาดของแท่นคอนกรีตและความลึกของ
anchor
bolt ที่ฝังอยู่ในฐานคอนกรีต
ซึ่งหมายถึงการต้องทุบฐานคอนกรีตทิ้งทั้งหมดแล้วทำการหล่อขึ้นมาใหม่
(anchor
bolt เป็นสลักเกลียวที่ฝังเอาไว้ในฐาน
โดยให้ด้านที่ทำเกลียวไว้โผล่พ้นขึ้นมา
สำหรับใช้ในการตรึงตำแหน่งอุปกรณ์ที่จะทำการติดตั้ง)
ดังนั้นจึงเหลือเพียงแนวทางที่สามคือการตัดส่วนที่เป็น
skirt
ของ
colum
ออกเล็กน้อย
เพื่อให้ column
มีระดับต่ำลง
(column
ไม่ได้มีขนาดใหญ่มากนัก
เส้นผ่านศูนย์กลางน่าจะอยู่ราว
ๆ ๒ เมตร)
Note
2 หรือหมายเหตุ
๒ กล่าวถึงการขยายพื้นที่
platform
ของหอกลั่นให้ครอบคลุมมายังตัวหม้อต้มซ้ำด้วย
เพื่อความสะดวกในการปฏิบัติงาน
ในกรณีที่จุดเชื่อมต่อที่ตัว
Nozzle
ด้านบนนั้นอยู่สูงจากพื้น
4.5
เมตรขึ้นไป
เพื่อไว้สำหรับติดตั้ง slip
plate หรือ
blind
flange (เช่นในกรณีที่ต้องมีการ
isolate
ระบบเพื่อการซ่อมบำรุง)
หรือเข้าไปเปิด-ปิดวาล์ว
(ถ้ามีการติดตั้งวาล์ว
ณ บริเวณดังกล่าว)
แต่ถ้าระยะดังกล่าวน้อยกว่า
4.5
เมตรก็อาจใช้การพาดบันไดแทนได้
แต่ถ้าหากไม่สามารถขยาย
platform
ของหอกลั่นได้
ก็อาจสร้างโครงสร้าง platform
ใหม่ขึ้นต่างหาก
แต่ทั้งนี้ "ต้องไม่"
ทำการเชื่อม
clip
(หูสำหรับยึด
platform)
เข้ากับตัวหม้อต้มซ้ำ
Note
3 หรือหมายเหตุ
๓
เป็นหมายเหตุทั่วไปที่กล่าวถึงการออกแบบระบบท่อว่าต้องมีความยืนหยุ่นเพียงพอสำหรับการขยายตัวในภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน
ซึ่งตรงนี้ก็เป็นข้อพึงคำนึงในการออกแบบระบบท่อ
ไม่ว่าจะเป็นของหน่วยผลิตใดอยู่แล้ว
Note
4 หรือหมายเหตุ
๔ เป็นหมายเหตุทั่วไป
กล่าวถึงควรคำนึงถึงพื้นที่ว่างสำหรับการซ่อมบำรุงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
โดยที่ตัวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนยังคงติดตั้งอยู่ในตำแหน่ง
อย่างน้อยในกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่สามารถดึงเอา
tube
bundle ออกจากตัว
shell
ได้
ด้านที่จะดึง tube
bundle ออกก็จะเป็นด้านบน
(ที่เขียนไว้ว่า
tube
withdrawal area ในรูปที่
๒)
ดังนั้นจึงต้องมั่นใจว่าต้องมีที่ว่างเหนือตัวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างน้อยก็ความยาวของ
tube
bundle ที่จะดึงออกมา
และรวมทั้งความสูงของอุปกรณ์ช่วยยกที่จะใช้ด้วย
รูปที่
๓ รายละเอียดหมายเหตุต่าง
ๆ ที่มีการกล่าวถึงใน piping
layout
รูปที่
๔ รายละเอียดหมายเหตุต่าง
ๆ ที่มีการกล่าวถึงใน piping
layout (ต่อจากรูปที่
๓)
Note
5 หรือหมายเหตุ
๕
กล่าวถึงตำแหน่งจุดรับน้ำหนักหม้อต้มซ้ำกรณีที่ทำการติดตั้งหม้อต้มซ้ำด้วยการประกบ
nozzle
เข้ากับตัว
nozzle
ของหอกลั่นโดยตรง
โดยจุดรับน้ำหนักดังกล่าวควรอยู่ใกล้ตัว
nozzle
มากที่สุด
(ดังเช่นที่แสดงในรูปที่
๒)
อีกตำแหน่งหนึ่งได้แก่ตำแหน่งที่อยู่ในระดับเดียวกับ
"tangent
line" ทางด้านล่างของหอกลั่น
(แนว
Tan
line ในรูปที่
๒ ที่เป็นแนวเส้นแบ่งระหว่างส่วนที่เป็นลำตัวทรงกระบอก
และส่วนหัวที่เป็นฝาทรงรี)
ทั้งนี้เพื่อลดผลที่จะเกิดจากการขยายตัวที่แตกต่างกัน
(คือตรงนี้แม้ว่าอุณหภูมิที่ก้นหอกลั่นและอุณหภูมิที่หม้อต้มซ้ำถือได้ว่าเป็นอุณหภูมิเดียวกัน
แต่ชิ้นส่วนที่มีความยาวมากกว่า
(ในที่นี้คือหอกลั่น)
จะมีขนาดการขยายตัวมากกว่า)
และในขณะเดียวกันการออกแบบท่อที่นำของเหลวจากก้นหอกลั่นมายังด้านล่างของหม้อต้มซ้ำก็ต้องให้มีความยืดหยุ่นที่เพียงพอด้วย
การใช้
spring
support อาจกระทำเมื่อไม่สามารถติดตั้งจุดรับน้ำหนัก
ณ ตำแหน่งที่กล่าวมาข้างต้นได้
หรือในกรณีที่โครงสร้างที่ทำหน้าที่รับน้ำหนักหม้อต้มซ้ำนั้นเป็นโครงสร้างที่แยกออกมาจากโครงสร้างหอกลั่น
รายละเอียดเรื่องนี้ในเอกสารที่นำมาแสดงปัดไปอยู่ในส่วนการพิจารณาความเค้นของท่อ
Note
6 หรือหมายเหตุ
๖ กล่าวถึง shell
and tube heat exchanger ชนิดที่การไหลในส่วน
shell
เป็นแบบ
single
pass และตัว
tube
เป็นชนิดยึดตรึง
(fixed
tube sheet) ถอดออกจากส่วน
shell
ไม่ได้
โดยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนรูปแบบนี้มักจะมีส่วนที่เรียกว่า
shell
expansion joint
ที่มีไว้สำหรับรองรับความเค้นที่เกิดจากการขยายตัวของส่วน
shell
โดยตัวของ
shell
expansion joint
นี้อาจส่งผลต่อการออกแบบตำแหน่งรองรับน้ำหนักตัวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้
Note
7 หรือหมายเหตุ
๗ กล่าวถึงระดับความสูงของหม้อต้มซ้ำเมื่อเทียบกับตัวหอกลั่น
ซึ่งจำเป็นต้องพิจารณาการเดินเครื่องประกอบด้วย
กล่าวคือต้องมั่นใจว่าของเหลวก้นหอจะไม่ท่วม
nozzle
ตัวบนที่ให้ไอที่เกิดจากการต้มนั้นไหลกลับเข้ามาในหอ
และยังต้องต่ำพอที่จะทำให้ของเหลวไหลเข้ามาด้วยอัตราการไหลที่พอเหมาะ
Note
8 หรือหมายเหตุ
๘ กล่าวถึงการติดตั้ง "guide"
หรือตัวช่วยบังคับทิศทางในกรณีที่อัตราส่วน
ความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางของหม้อต้มซ้ำนั้นมีค่ามากกว่า
6.0
ทั้งนี้เพื่อให้มั่นใจว่าหม้อต้มซ้ำนั้นวางตัวในแนวดิ่ง
ตัวอย่างหนึ่งของ guide
ที่ใช้กับ
vessel
วางตัวในแนวนอนดูได้ใน
Memoir
ปีที่
๕ ฉบับที่ ๔๘๖ วันพุธที่ ๑
สิงหาคม ๒๕๕๕ เรื่อง
"การเผื่อการขยายตัวของ vessel วางตัวในแนวนอน"
Note
9 หรือหมายเหตุ
๙ การติดตั้งอุปกรณ์วัดคุมและจุดเก็บตัวอย่างต่าง
ๆ ไว้ทางด้านหนึ่งของคอลัมน์
เพื่อเปิดพื้นที่รอบด้านให้กว้างที่สุดสำหรับ
การวางท่อ platform
ช่องทางเข้าถึง
ฯลฯ
สำหรับฉบับนี้ก็คงจะจบเพียงแค่นี้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น