วันพฤหัสบดีที่ 30 มีนาคม พ.ศ. 2560

Piping layout ตอน Shell and tube heat exchanger piping (๓) MO Memoir : Thursday 30 March 2560

ตอนที่ ๓ ของเรื่องนี้เป็นกรณีของ reboiler ชนิด shell and tube ที่วางนอน
 
รูปที่ ๑ และ ๒ เป็น shell and tube แบบธรรมดา (คือส่วนตัว shell มีลักษณะเป็นทรงกระบอก) รูปที่ ๓ เป็นคำอธิบายหมายเหตุในรูปที่ ๑ และ ๒ รูปที่ ๔ เป็นกรณีของ shell and tube ชนิด kettle type คือตัว shell ด้านบนจะโป่งนูนออกมา กรณีหลังมีนี้แต่เฉพาะแบบด้านบนมาแสดงให้ดู (รูปแบบด้านข้างหายไป) ส่วนรูปที่ ๕ เป็นคำอธิบายหมายเหตุในรูปที่ ๔ โดยในทั้งสองกรณี ของเหลวที่ต้องการต้มให้เดือดจะไหลเข้าส่วน shell ส่วนตัวกลางให้ความร้อนจะไหลเข้าส่วน tube (อันนี้แตกต่างไปจากกรณีของ thermosyphon ที่วางตั้งในแนวดิ่งที่กล่าวถึงในตอนที่ ๒ ที่ของเหลวที่ต้องการต้มให้เดือดจะไหลในส่วน tube ส่วนตัวกลางให้ความร้อนจะไหลในส่วน shell)
 
ในการเดินท่อเชื่อมระหว่างสองตำแหน่งนั้น การเดินท่อที่ตรงที่สุดและมีข้องอน้อยที่สุดจะมี pressure drop ต่ำสุด แต่ท่อตรงดังกล่าวจะมีความยืดหยุ่นต่ำกว่าท่อที่มีการโค้งงอ ด้วยเหตุนี้ท่อที่ใช้กับของไหลที่ร้อน (เช่นไอน้ำ) ที่ต้องวางในแนวเส้นตรงเป็นระยะทางไกล จึงจำเป็นต้องมีการทำ loop เอาไว้ให้ท่อขยายตัวได้ แต่สำหรับท่อที่เชื่อมระหว่างตำแหน่งสองตำแหน่งที่ไม่ได้อยู่ห่างกันมาก (เช่นจากก้นหอกลั่นมายัง reboiler) การให้ท่อมีการหักงอจะเป็นวิธีการที่เหมาะสมมากกว่าในการลดความเค้นที่เกิดจากการขยายตัวของเส้นท่อเมื่อท่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ทั้งนี้ต้องคำนึงถึงความดันลดที่เพิ่มขึ้นด้วยว่าจะส่งผลต่อการไหลหรือไม่ โดยเฉพาะการไหลที่อาศัยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียว ด้วยเหตุนี้ในแบบที่นำมาแสดงนั้นจึงมีการระบุว่า รูปแบบการเดินท่อเป็นแนวตรงที่สุด (straight run) นั้นเป็นรูปแบบที่เหมาะสม แต่ทั้งนี้ต้องพิจารณาถึงความเค้นที่จะเกิดขึ้นด้วย ซึ่งถ้าพบว่าความเค้นนั้นสูงเกินไป ก็ให้เลือกแนวทางเดินท่ออีกแนวทางหนึ่ง (alternative route)
 
ที่นี้เราลองมาดูหมายเหตุต่าง ๆ ในรูปที่ ๓ ที่อ้างอิงไปยังรูปที่ ๑ และ ๒

Note 1 หรือหมายเหตุ ๑ กล่าวว่าถ้าที่ว่างเหนือศีรษะมีมากเพียงพอที่คนจะเดินลอดได้ ดังนั้นระหว่างห่างจากตัวหอกลั่นมายังท่อที่ไหลเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนั้นควรมีระยะอย่างน้อย 1000 mm แต่ถ้าระยะเหนือศีรษะมีไม่มากพอ (คือคนเดินลอดไปตรง ๆ ไม่ได้) ก็สามารถย้ายตำแหน่งที่ตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนให้มาอยู่ใกล้กับตัวหอกลั่นได้ ตราบเท่าที่ไม่มีปัญหาเรื่องระยะห่างระหว่างท่อ ระยะห่างจากพื้น และปัญหาเรื่องความเค้นที่จะเกิดขึ้นในท่อ

Note 2 หรือหมายเหตุ ๒ กล่าวว่า horizontal reboiler นั้นมักจะวางอยู่ที่ระดับพื้นดิน เว้นแต่ว่ากระบวนการผลิตมีข้อกำหนดไว้เป็นอย่างอื่น และในกรณีที่ต้องทำการติดตั้ง horizontal reboier แบบยกระดับสูงขึ้นมา ก็ควรมีโครงสร้างติดตั้งแยกออกมาต่างหากเพื่อการเข้าถึงได้ในระหว่างการใช้งานและการซ่อมบำรุง

Note 3 หรือหมายเหตุ ๓ กล่าวถึงการกำหนดตัว support ว่าจะให้ด้านไหนเป็นด้านยึดตรึงและด้านไหนเป็นด้านที่เคลื่อนที่ได้จากการขยายตัว จำเป็นต้องพิจารณาตัวท่อที่ต่ออยู่ด้วย เพื่อลดผลต่างการขยายตัวให้มีค่าต่ำที่สุด กล่าวคือท่อที่เชื่อมต่อระหว่างหอกลั่นกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนนั้น เรามองได้ว่าปลายด้านที่ต่อเข้ากับหอกลั่นเป็นด้านที่อยู่กับที่ ความเค้นในเส้นท่อจะเกิดจากการที่ท่อนั้นร้อนและยืดตัว และการยืดตัวของหม้อต้มซ้ำจากความร้อน ทำให้ปลายด้านที่ต่ออยู่กับหม้อต้มซ้ำนั้นมีการเคลื่อนตำแหน่ง
 
Note 4 หรือหมายเหตุ ๔ กล่าวว่า ถ้าตัวหม้อต้มซ้ำนั้นตั้งอยู่ที่ระดับพื้นดิน ตัวที่เป็นตัวกำหนดความสูงต่ำสุดของหม้อต้มซ้ำจากพื้นอาจเป็นระบบท่อไอน้ำ (ที่ไอน้ำที่ควบแน่นจะไหลด้วยแรงโน้มถ่วง) แทนที่จะเป็นท่อของ process fluid

ทีนี้เราลองมาดูกรณีของหม้อต้มซ้ำชนิด kettle type (รูปที่ ๔ และ ๕) ดูบ้าง (ถ้านึกภาพไม่ออกว่า kettle type reboiler หน้าตาเป็นอย่างไร ดูได้ที่รูปที่ ๖ ท้ายสุด)

Note 1 หรือหมายเหตุ ๑ กล่าวว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด kettle type นั้นอาจใช้เป็นตัวให้ความร้อนหรือลดอุณหภูมิลงต่ำก็ได้ แม้ว่าในรูปจะแสดงท่อไอน้ำเอาไว้ แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าจะใช้แหล่งให้พลังงานความร้อนรูปแบบอื่นไม่ได้

Note 2 หรือหมายเหตุ ๒ กล่าวว่าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้มีการนำมาใช้เป็นหม้อต้มซ้ำในบางครั้ง ซึ่งจะใช้ในกรณีที่มีไอเกิดขึ้นเป็นจำนวนมาก

Note 3 หรือหมายเหตุ ๓ กล่าวถึงการติดตั้งอุปกรณ์วัดระดับ ว่าถ้าหากระดับอุปกรณ์นั้นอยู่สูงเกินกว่าระดับปรกติที่ยอมรับได้ ก็อาจต้องมีการทำชานชลาหรือบันไดสำหรับปีนขึ้นไปยังตัวอุปกรณ์ดังกล่าว ตรงนี้เป็นผลจากการที่ถ้านำเอาเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดนี้มาทำหน้าที่เป็นหม้อต้มซ้ำ เนื่องจากส่วน shell ที่อยู่เหนือมัดท่อ (tube bundle) นั้นมีที่ว่างอยู่มาก ระดับของเหลวในส่วน shell ควรที่จะท่วมตัวมัดท่อเอาไว้ แต่ไม่ควรท่วมเต็มตัว shell

Note 4 หรือหมายเหตุ ๔ กล่าวว่าถ้าเป็นไปได้ ให้ทำการติดตั้งอุปกรณ์วัดระดับและวาล์วควบคุมให้อยู่เคียงข้างกัน ทั้งนี้เพื่อให้การปรับระดับด้วยมือ (ด้วยการควบคุมการเปิดท่อ bypass วาล์วควบคุม) นั้นทำได้ง่ายขึ้น

Note 5 หรือหมายเหตุ ๕ กล่าวถึงความจำเป็นที่ต้องมีบันไดหรือชานชลาหรือไม่นั้น ว่าถูกกำหนดโดยระดับความสูงของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน

วันนี้คงจะจบเพียงแค่นี้ก่อน ต้องขอตัวไปนอนพักจากไข้หวัดที่กำลังกำเริบ เล่นเอาซะงอมเลย

รูปที่ ๑ ภาพการจัดวาง horizontal reboiler (ตัวขวา) ข้างหอกลั่น (ตัวซ้าย) ภาพนี้เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านบน

รูปที่ ๒ ภาพการจัดวาง horizontal reboiler (ตัวขวา) ข้างหอกลั่น (ตัวซ้าย) ภาพนี้เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านข้าง

รูปที่ ๓ รายละเอียดหมายเหตุต่าง ๆ ที่มีการกล่าวถึงใน piping layout ของรูปที่ ๑ และ ๒

รูปที่ ๔ ภาพการจัดวาง kettle type reboiler ภาพนี้เป็นภาพเมื่อมองจากทางด้านบน

รูปที่ ๕ รายละเอียดหมายเหตุต่าง ๆ ที่มีการกล่าวถึงใน piping layout ของรูปที่ ๔

รูปที่ ๖ Kettlye type reboiler (รูปจาก https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kettle_reboiler.svg)

ไม่มีความคิดเห็น: