ข้อพึงคำนึงพื้นฐานในการเลือกใช้วาล์ว (Valve Philosophy) ตอนที่ ๖ MO Memoir : Sunday 19 November 2560

ตอนที่ ๖ เป็นเรื่องเกี่ยวกับวาล์วของ vessel และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ในเอกสารใช้คำว่า exchanger ซึ่งหมายถึง heat exchanger) โดยเริ่มจากหัวข้อ 2.5 ในหน้าที่ ๑๔ (รูปที่ ๒๙)

รูปที่ ๒๙ ด้านล่างของหน้าที่ ๑๔/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy

คำว่า tower ในหัวช้อ 5.2.1a หมายถึง vessel ทรงกลมยาวที่วางตั้งในแนวดิ่ง (รูปที่ ๓๐) และมักจะหมายถึง vessel ที่มีหน้าที่ทำให้ของเหลวและไอสัมผัสกัน เช่น หอกลั่น (distillation หรือ fractionation tower) หอดูดซับ (absorber) หอชะ (scrubber) โดยมีไอไหลเข้าจากทางด้านล่างขึ้นบน และของเหลวไหลลงจากบนลงล่าง

รูปที่ ๓๐ ความหมายของ skirt ที่ใช้กับ Tower และตำแหน่งติดตั้งวาล์ว
 

tower ขนาดเล็กหรือไม่ใหญ่มากก็จะตั้งด้วยขาตั้ง หรือถ้าติดตั้งอยู่ในอาคารก็อาจใช้ lug ช่วยถ่ายน้ำหนักลงสู่โครงสร้างอาคาร แต่ถ้าเป็น tower ขนาดใหญ่ก็จะตั้งด้วยการใช้ "skirt" คือเป็นฐานทรงกระบอกตรงหรือบานเล็กน้อยลงทางด้านล่าง โดยตัว skirt จะมีช่องทางสำหรับให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าไปทำงานข้างใต้ tower ได้ และสำหรับเดินท่อออกมา

รูปที่ ๓๑ หน้าที่ ๑๕/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy
 

vessel ต่าง ๆ ขึ้นรูปด้วยการนำแผ่นเหล็กมาม้วนเป็นลำตัว แล้วก็นำฝามาเชื่อมปิดหัวท้าย เจาะรูตามตำแหน่งที่เหมาะสมเพื่อการติดตั้งหน้าแปลนสำหรับต่อ ท่อ วาล์ว หรือติดตั้งอุปกรณ์ (เช่นใบพัดกวน) เชื่อมหูยึดสำหรับยกหรือติดตั้งอุปกรณ์ประกอบ (เช่นบันไดสำหรับปีน) ฯลฯ จากนั้นก็จะนำไปผ่านกระบวนการทางความร้อน (heat treatment) ด้วยการให้ความร้อนแก่ vessel และค่อย ๆ ทำให้เย็นตัวลงเพื่อปรับสภาพรอยเชื่อม หลังจากผ่านกระบวนการทางความร้อนแล้วก็จะไม่ทำการเชื่อมอะไรกับผนัง vessel อีก (แต่ถ้าเป็นส่วนที่โผล่ยื่นออกมา เช่นหูสำหรับยึดบันได โดยการเชื่อมนั้นไม่ได้ทำกระทำลงยังผนัง vessel ที่รับแรง ก็ไม่เป็นไร) ตัวหน้าแปลนสำหรับต่อ ท่อ วาล์ว หรือติดตั้งอุปกรณ์ นี้คือ nozzle
 

ข้อ 2.5.1a กล่าวว่าการติดตั้งวาล์วนั้นควรจะติดตั้งเข้ากับตัว nozzle ของ tower โดยตรง หรือให้ใกล้ที่สุด คือถ้าจำเป็นต้องมีท่อเชื่อมต่อระหว่าง nozzle ของ tower กับวาล์ว ก็พยายามให้ท่อนั้นสั้นสุด ตรงนี้คาดว่าคงเป็นเพราะเกรงว่าถ้าเกิดอะไรกับท่อดังกล่าว ยิ่งถ้าท่อดังกล่าวเป็นท่อยาวด้วย จะทำให้ท่อฉีกขาดง่ายทำให้ไม่สามารถปิดการรั่วไหลจากตัว tower (ที่มักมีขนาดใหญ่) ได้ แต่ทั้งนี้ก็มีข้อยกเว้นเหมือนกันคือถ้าการติดตั้งเข้ากับตัว tower นั้นทำให้ยากต่อการเข้าถึงเพื่อไปทำงานกับวาล์วตัวนั้น ก็อาจพิจารณาเดินท่อออกมายังตำแหน่งที่เหมาะสมได้เพื่อความสะดวกในการใช้งานได้ หรือไม่อาจต้องพิจารณาการใช้การติดตั้งวาล์วสองตัว โดยตัวหนึ่งติดตั้งเข้ากับ nozzle ของ tower โดยตรง (โดยเปิดค้างไว้) และอีกตัวหนึ่งที่ต้องใช้งานเป็นประจำ ก็ให้ติดตั้งในส่วนของท่อที่ต่อยื่นออกมายังบริเวณที่เข้าถึงและทำงานได้สะดวก
 

skirt คือโครงสร้างรองรับน้ำหนักของ tower เพื่อถ่ายน้ำหนัก tower ลงสู่ฐานรากบนพื้นดิน และยกส่วนก้นของ tower ให้สูงเหนือพื้น skirt จะใช้กับ tower ขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักมาก ในกรณีของหอกลั่นที่ของเหลวที่ก้นหอมีอุณหภูมิที่สุดเดือด ความสูงของก้นหอจากพื้นจะมีบทบาทในการช่วยการทำงานของปั๊ม โดยความสูงของของเหลวจากผิวของเหลวมายังทางเข้าปั๊ม จะเพิ่มความดันให้กับของเหลวก่อนเข้าปั๊ม ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้ของเหลวนั้นเดือดภายในปั๊ม แม้ว่าของเหลวนั้นจะมีอุณหภูมิที่จุดเดือด (ที่ความดันภายในก้นหอกลั่น) ก็ตาม
 

ข้อ 2.5.1b กล่าวว่าถ้าการติดตั้งวาล์วเข้ากับตัว vessel โดยตรงนั้นทำให้ต้องมีการสร้างชานชลาเพิ่มเติมเพื่อการใช้งานวาล์วตัวนั้น ก็อาจพิจารณาหาตำแหน่งติดตั้งอื่นที่เหมาะสมแทนได้
 

ข้อ 2.5.1c เป็นการกล่าวเสริมข้อ 2.5.1b ว่าการติดตั้งวาล์วต่าง ๆ ตามรูปแบบในข้อ 2.5.1b นั้นควรอยู่ในรัศมี 40 ฟุต (12 เมตร) ในแนวราบจากตัว vessel และตำแหน่งที่ติดตั้งนั้นควรจะเข้าถึงเพื่อการทำงานได้ง่าย ไม่ว่าจะเป็นการเข้าไปเปิด-ปิดที่ตัววาล์วโดยตรงหรือการใช้ chain wheel

จากข้อ 2.5.1a ถึง 2.5.1c จะเห็นนะครับว่า มันไม่ได้มีกฎเกณฑ์ตายตัวที่เป็นอย่างอื่นไม่ได้สำหรับการติดตั้งจริง ต้องพิจารณาการทำงานจริงประกอบด้วย คือให้พยายามทำอย่างนี้ก่อนถ้าทำได้ และถ้าทำแล้วพบว่ามันทำให้เกิดปัญหาอย่างอื่นตามมา ที่การแก้ปัญหาที่ตามมานั้นก่อให้เกิดความวุ่นวายอย่างอื่นเพิ่มเติมมาอีก (เช่นตำแหน่งติดตั้งวาล์วทำให้ต้องมีโครงสร้างเพิ่มเติมเพื่อเข้าถึงวาล์ว) ก็อาจพิจารณาไม่ทำตามคำแนะนำดังกล่าวก็ได้ แต่ทั้งนี้ก็ควรพิจารณาด้วยว่าเหตุการณ์ที่เกรงว่าจะก่อให้เกิดอันตรายนั้นมีมากน้อยเพียงใดถ้าไม่สามารถทำตามคำแนะนำหลักได้ และจะหามาตรการเสริมอย่างไร

ต่อมาเป็นข้อ 2.5.2 ที่เกี่ยวข้องกับ vessel, storage tank และ heat exchanger (คือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ในเอกสารเรียกสั้น ๆ ว่า exchanger)

ข้อ 2.5.2.1 กล่าวว่าต้องมี block valve ในระบบท่อที่เชื่อมต่อกับ vessel และ storage tank เมื่อมีความจำเป็นที่ต้องควบคุมการทำงาน และสำหรับ
 

ข้อ 2.5.2.1a กรณีที่เป็นถังบรรจุสารอันตราย (hazadous material จะหมายความรวมถึงสารที่ไม่ติดไฟแต่เป็นสารพิษหรือกัดกร่อน (เช่นกรดเข้มข้น) ด้วย) และ
 

ข้อ 2.5.2.1b ในท่อดึงของเหลวไวไฟออกจากถังที่มีขนาดบรรจุอย่างน้อย 1500 แกลลอน โดยคิดจากขนาดความจุสูงสุดปรกติของถัง คือคิดจากปริมาตรบรรจุที่ใช้งานจริง ไม่ได้คิดจากปริมาตรถังที่เติมของเหลวได้เต็มก่อนล้น และในกรณีที่ถังนั้นติดตั้งอยู่ในบริเวณเขื่อนกั้นล้อมรอบ (diked area) ก็ให้ติดตั้งวาล์วอยู่ทางด้านนอกของเขื่อนกั้นนั้น แสดงว่าต้องมีการเดินท่อจากตัวถังบรรจุทะลุผ่านเขื่อนกั้นออกมา

ข้อ 2.5.2.1c ด้านขาออกของท่อไอน้ำ

หน่วยแกลลอนในที่นี้คือ US gallon ซึ่ง1 US gallon มีค่าเท่ากับ 3.785 ลิตร ส่วน diked area คือบริเวณที่มีกำแพง (ที่อาจเป็นเนินดินหรือกำแพงคอนกรึต) ล้อมรอบ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันการแผ่กระจายของเหลวที่บรรจุอยู่ในถังหากเกิดกรณีที่ถังเกิดความเสียหายจนของเหลวในถังนั้นรั่วออกมาจนหมด ปริมาตรของเหลวที่ diked area รองรับเอาไว้ได้ (ประมาณได้จากพื้นที่ที่ทำการล้อม คูณกับความสูงของกำแพงกั้น) อย่างน้อยต้องสามารถรองรับปริมาตรของเหลวในถังบรรจุใบใหญ่ที่สุดที่อยู่ใน diked area นั้น 
  

กล่าวคือในบริเวณ diked area นั้นมักมีการล้อมรอบถังบรรจุเอาไว้หลายถัง แต่เดิมจะให้คิดปริมาตรที่ diked area ต้องรองรับได้จากปริมาตรบรรจุของทุกถังรวมกัน แต่ต่อมามีการเปลี่ยนเป็นอย่างน้อยต้องสามารถรองรับปริมาตรไม่น้อยกว่าปริมาตรของถังบรรจุใบใหญ่ที่สุด และโอกาสที่ถังบรรจุจะเกิดความเสียหายหลายใบพร้อมกัน กล่าวคือสมมุติว่าบริเวณ diked area นั้นล้อมรอบถังอยู่ 4 ถัง แค่พิจารณาแล้วเห็นว่าจำนวนถังที่จะเกิดความเสียหายพร้อมกันอย่างมากที่สุดคือ 2 ถังเท่านั้น ก็ให้คิดปริมาตรของเหลวที่ diked area ต้องรองรับได้เพียงแค่ 2 ถัง แต่ทั้งนี้ค่านี้ต้องไม่น้อยกว่าปริมาตรบรรจุของถังใบใหญ่ที่สุด เรื่องเกี่ยวกับ diked area นี้สามารถอ่านเพิ่มเติมได้จาก Memoir

ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๔๗ วันพฤหัสบดีที่ ๑๐ พฤษภาคม ๒๕๕๕ เรื่อง "ถัง"

ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๘๕๑ วันอาทิตย์ที่ ๓๑ สิงหาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "การระเบิดที่โรงกลั่นน้ำมันเนื่องจากน้ำมันไหลล้นจาก tank เมื่อวันพฤหัสบดีที่ ๒ ธันวาคม ๒๕๔๒"
 

ถังเก็บของเหลวที่มีความหนืดสูงที่อุณหภูมิห้อง เช่นน้ำมันดิบและน้ำมันเตา จำเป็นต้องอุ่นของเหลวนั้นให้ร้อนเพื่อช่วยให้มันไหลง่ายขึ้น สะดวกต่อการที่ปั๊มจะสูบออกจากถัง ถังพวกนี้จะมีขดท่อไอน้ำสำหรับให้ความร้อนแก่ของเหลวที่บรรจุอยู่ในถัง และในกรณีที่ต้องมีการซ่อมบำรุงถัง หลังจากที่ทำการระบายน้ำมันในถังออกไปแล้ว ก็ยังอาจใช้ไอน้ำเข้าไประเหยน้ำมันที่ยังตกค้างอยู่ในถัง (พวกน้ำมันหนักที่มีจุดเดือดสูง) เพื่อลดปริมาณน้ำมันที่ตกค้างอยู่ในถังให้เหลือน้อยที่สุดก่อนที่จะให้อากาศไหลเข้าไปในถังและให้คนเข้าไปทำงาน แต่ทั้งนี้ต้องระวังตอนที่ไอน้ำเย็นตัวลงด้วย เพราะถ้าอากาศเข้าไปแทนที่ไม่ทันก็อาจทำให้ถังยุบตัวลงเนื่องจากการควบแน่นของไอน้ำทำให้เกิดสุญญากาศภายในถัง ถังจะโดยแรงกดอากาศจากภายนอกบีบอัดให้ถังยุบตัวได้

ข้อ 2.5.2.2 กล่าวถึงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน แม้จะไม่ระบุว่าจะเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิดไหน แต่พิจารณาดูแล้วเห็นว่าน่าจะเป็นชนิด shell and tube โดยกล่าวไว้ว่าทางด้าน cooling water จะต้องมี block valve ในกรณีดังต่อไปนี้
 

ข้อ 2.5.2.2a เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวที่มีความสำคัญของการทำงานของหน่วยผลิต จะติดตั้งวาล์วปรับอัตราการไหล (ที่อาจเป็น globe valve) ไว้ทางด้านขาออก และ block valve (ที่อาจเป็น gate valve) ไว้ทางด้านขาเข้า
 

ข้อ 2.5.2.2b เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่มีความจำเป็นที่ต้องทำการตรวจสอบหรือทำความสะอาดบ่อยครั้งในระหว่างการใช้งาน ให้ติดตั้ง block valve ทั้งทางด้านขาเข้าและขาออก และทั้งด้านสายร้อน (ที่ต้องการทำให้เย็น) และสายเย็น (ที่จะถูกอุ่นให้ร้อนขึ้น) กรณีของข้อนี้แสดงว่าคงมีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสองชุด โดยตัวหนึ่งทำงาน อีกตัวหนึ่งเป็นตัวสำรอง

รูปที่ ๓๒ หน้าที่ ๑๖/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy

ข้อ 2.5.3 กล่าวถึงการไม่ควรติดตั้ง block valve ในกรณีต่าง ๆ ได้แก่
 

a) ท่อที่นำไอจากยอดหอกลั่นมายังเครื่องควบแน่น (overhead condenser)
 

b) ท่อของระบบหม้อต้มซ้ำที่ก้นหอกลั่น (reboiler)

ในส่วนของข้อ a) และ b) นี้ก็เพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่มีโอกาสที่ระบบท่อดังกล่าวจะถูกปิดกั้นโดยไม่ตั้งใจ
 

c) ท่อของระบบ side stream stripper 

(stripper เป็นเสมือนหอกลั่นเล็ก ๆ ที่ติดตั้งอยู่ข้างหอกลั่นตัวใหญ่ ช่วยทำหน้าที่ควบคุมคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์ที่จะดึงออกทางข้างหอ เช่นในกรณีของการกลั่นน้ำมันนั้น สมมุติว่าเราจะดึงเอาน้ำมันดีเซลออกทางข้างหอกลั่น ก็จะให้น้ำมันดีเซลไหลผ่าน stripper column นี้ก่อน ถ้าพบว่าน้ำมันดีเซลนั้นมีพวกที่มีจุดเดือดต่ำผสมอยู่มากเกินไป (เช่นองค์ประกอบที่ควรอยู่ในน้ำมันก๊าดหรือเบนซินปนมามากเกินไป) ก็จะใช้การป้อนไอน้ำเข้าทางด้านล่างให้ไหลสวนทางกับน้ำมันที่ไหลจากบนลงล่าง ความร้อนของไอน้ำจะช่วยระเหยพวกมีจุดเดือดต่ำเกินไปที่ปะปนมากับส่วนที่เป็นน้ำมันดีเซลกลับไปยังหอกลั่นใหม่ เรื่อง stripper column นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๐๙ วันอาทิตย์ที่ ๓๑ มกราคม ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๒ อธิบายศัพท์")
 

d) ท่อด้านขาเข้าของวาล์วระบายความดัน

(แต่ทั้งนี้ในบางกรณีอาจยอมรับได้ถ้าหากมีการติดตั้งวาล์วระบายความดันสำรอง โดยมีข้อแม้ว่าจะต้องไม่สามารถปิดท่อขาเข้าวาล์วระบายความดันสำรองทั้งสองตัวได้พร้อมกัน (คือต้องมีกลไกควบคุมว่าถ้าจะปิดท่อเข้าวาล์วระบายความดันตัวที่หนึ่ง ท่อเข้าวาล์วระบายความดันตัวที่สองต้องเปิดออกในจังหวะเดียวกัน)
 

e) และ f) เป็นที่ที่เกี่ยวข้องกับของเหลวไหลเข้า-ออกเตาเผา (furnace)

(เนื่องจากในเตาเผานั้นเปลวไฟภายนอกท่อจะให้ความร้อนแก่ของเหลวไหลอยู่ภายในท่อ ถ้าหากในท่อนั้นไม่มีของเหลวไหลผ่านหรือหยุดการไหล จะทำให้ผิวท่อร้อนจัดจนเกิดความเสียหายได้ ดังนั้นเพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่มีการปิดกั้นการไหลของของเหลวโดยไม่ตั้งใจ จึงไม่ควรมีการติดตั้ง block valve ในระบบท่อดังกล่าว)
 

g) ท่อด้านขาเข้าคอมเพรสเซอร์ ในกรณีที่มีคอมเพรสเซอร์เพียงตัวเดียว

(กรณีของคอมเพรสเซอร์จะแตกต่างจากปั๊มตรงที่ ปั๊มที่เดินต่อเนื่องทั้งวันทั้งคืนนั้นต้องการการซ่อมบำรุงเป็นระยะก่อนถึงวันครบรอบหยุดเดินเครื่องโรงงาน ดังนั้นจึงมักจะทำการติดตั้งปั๊มสำรองเอาไว้ใช้งานเวลาที่ปั๊มตัวหลักต้องหยุดซ่อมบำรุง กรณีของปั๊มจึงต้องมี block valve ทั้งด้านขาเข้าและขาออก แต่คอมเพรสเซอร์นั้นสามารถที่จะเดินเครื่องได้ต่อเนื่องไปจนถึงกำหนดวันครบรอบหยุดเดินเครื่องโรงงานครั้งถัดไป การติดตั้งคอมเพรสเซอร์จึงอาจไม่จำเป็นต้องมีตัวสำรอง แต่ก็อาจมีเหมือนกันเช่นระบบอากาศอัดความดันที่ในช่วงเวลาปรกตินั้นคอมเพรสเซอร์ตัวเดียวก็ทำหน้าที่ได้เพียงพอ แต่ในช่วงบางขณะที่ต้องมีความต้องการอากาศอัดความดันมากเป็นพิเศษจนทำให้คอมเพรสเซอร์เพียงตัวเดียวไม่สามารถจ่ายอากาศให้ทัน ก็จะมีการติดตั้งตัวสำรองเพื่อเสริมความต้องการในช่วงเวลาดังกล่าว)
 

h) ท่อใด ๆ ก็ตามที่มี block valve ในรัศมี 40 ฟุต (12 เมตร) เมื่อวัดในแนวราบออกมาจากตัว vessel

(เส้นท่อที่ยาวที่มีของเหลวบรรจุอยู่เต็ม และมี block valve ปิดกั้นหัวท้าย อาจเกิดความเสียหายได้ถ้าของเหลวภายในท่อนั้นร้อนขึ้นและ block valve ทั้งสองด้านนั้นปิดอยู่ อันเป็นผลจากความดันที่เพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากของเหลวต้องการที่จะขยายตัว ในกรณีที่เกรงว่าอาจเกิดเหตุการณ์เช่นนี้ได้อาจต้องพิจารณาการติดตั้ง relief valve ไว้บนเส้นท่อดังกล่าวในตำแหน่งที่เหมาะสม)

ตอนที่ ๖ นี้คงจบเพียงแค่นี้ ส่วนรูปในหน้าถัดไปไม่เกี่ยวอะไรกับบทความใน Memoir ฉบับนี้ เพียงแต่เห็นว่าข้าวพันธุ์กข ๕๗ ที่ปลูกเอาไว้เมื่อกลางเดือนสิงหาคมที่ผ่านมามันออกรวงมาให้เห็นแล้ว ก็เลยขอบันทึกภาพมันเก็บเอาไว้เป็นที่ระลึกหน่อยเท่านั้นเอง