คราบสีขาวบน mechanical seal MO Memoir : Saturday 22 January 2565

ต้นเดือนสิงหาคมปีที่แล้ว มีคำถามเข้ามาทาง facebook จากศิษย์เก่าคนหนึ่งของภาควิชา ที่ทำงานบริษัทที่จำหน่าย mechanical seal ให้กับโรงงาน ปัญหาเขาเกี่ยวกับสิ่งที่ทางลูกค้าของเขาถามมา ซึ่งผมก็ได้ตั้งสมมุติฐานที่มาของปัญหาจากข้อมูลเท่าที่มีให้กับเขาไป ส่วนในความเป็นจริงนั้นมันเกิดจากอะไร ผมก็ไม่รู้เหมือนกัน เพราะเรื่องมันก็เงียบไป แต่ก็ขอเอาเรื่องราวการสนทนาวันนั้น มาบันทึกไว้เสียหน่อย โดยเรื่องเริ่มจากคำถามว่า

"อาจารย์คะ มีเรื่องสงสัยนิดนึง เกี่ยวกับ process ของ XXX หรือ XXXX ปัจจุบันค่ะ

ลูกค้าบอก process มันคือ propylene ปกติ colourless แต่ทำไมเวลาถอดมามักจะเจอคราบขาว ๆ เหมือนในรูปเหรอคะอาจารย์ ทั้งที่ temp 40ºC มันไม่น่าจะเกิด polymer ได้นะคะ

รูปที่เห็นเป็น part ของ mechanical seal ที่อยู่ใน pump ค่ะ (รูปที่ ๑ ข้างล่าง)

ส่วน process ผ่านอะไรมาบ้างอันนี้คงต้องถามลูกค้าดูอีกทีค่ะ"

รูปที่ ๑ คราบสีขาวบน mechanical seal ที่เขาส่งมาให้ดู

mechanical seal เป็นชิ้นส่วนที่ใช้ในการป้องกันการรั่วไหลตรงตำแหน่งที่มีการสอดเพลา (ที่หมุนได้) ผ่านรูบนพื้นผิว เช่นเพลามอเตอร์ที่สอดเข้าไปในตัวเรือนปั๊ม (housing หรือ casing) ในกรณีที่เป็นปั๊มหอยโข่งเพื่อหมุนใบพัดข้างใน หรือเพลาที่ใช้ในการหมุนใบพัดกวนภายใน vessel ตัว mechanical seal จะประกอบไปด้วยชิ้นส่วนสองส่วนหลักคือส่วนที่จับเข้ากับตัวเพลาและหมุนไปพร้อมกับตัวเพลา และส่วนที่ยึดติดกับตัวเรือนที่อยู่กับที่ โดยสองชิ้นส่วนนี้จะถูกกดให้แนบกันและมีการเสียดสีกันในขณะที่ชิ้นส่วนหนึ่งหมุนไปพร้อมเพลาในขณะที่อีกชิ้นส่วนหนึ่งอยู่กับที่

จากคำถามดังกล่าวผมก็ถามขอข้อมูลเพิ่มเติมกลับไปว่า

ปั๊มตัวนี้เป็นโพรพิลีนอย่างเดียวหรือเป็นโพรพิลีนละลายใน solvent ถ้าเป็นกรณีโพรพิลีนละลายใน solvent ตัว mechanical seal มีการใช้ solvent flushing ด้วยหรือเปล่าครับ หรือถ้าไม่มี flushing มันก็มีความร้อนที่เกิดจากการเสียดสีของตัว mechanical seal ที่อาจทำให้อุณหภูมิสูงพอที่จะเกิดเป็น oligomer (polymer สายโซ่สั้นที่ยังนำไปใช้ประโยชน์ไม่ได้) ก็ได้ครับ ผมว่าทางแลปวิเคราะห์ของเขาน่าจะมี FT-IR อยู่ น่าจะเองตัวอย่างไปลองวิเคราะห์ดูก็จะเห็นครับ ทำไม่ยาก ใช้เวลาไม่นานก็เห็นแล้วว่าใช่พอลิเมอร์หรือเปล่า

ซึ่งเขาก็ตอบกลับมาว่า

"มี Exxon D80 เป็น flushing oil ka"

รูปที่ ๒ ตัวอย่างหนึ่งของรูปแบบการ flushing ตัว mechanical seal ด้วยการใช้ของเหลวที่ออกจากปั๊มไหลเวียนกลับไปยัง mechanical seal การติดตั้งตัวกรอง (หรืออาจเป็น hydrocyclone) ก็เพื่อกรองเอาของแข็งออก (ถ้ามี) แต่ก็ต้องระวังเรื่องไส้กรองตัน เพราะถ้ามันตันเมื่อใดก็จะทำให้ mechanical seal ขาดของเหลวเข้าไปชะ ส่วน restriction orifice ก็มีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้มีของเหลวไหลเข้า flushing มากเกินไป

mechanical seal มีพื้นผิวที่มีการหมุนขัดสีกัน ดังนั้นบริเวณนี้จะมีความร้อนเกิดขึ้น และถ้าในของเหลวนั้นมีของแข็งปะปนอยู่ด้วย ก็จะทำให้ mechanical seal เสียหายได้เร็วขึ้น วิธีการที่ใช้ในการระบายความร้อนและป้องกันไม่ให้ของเหลวเข้าไปในบริเวณดังกล่าวก็คือการใช้ solvent flushing คือการใช้ของเหลวในระบบนั้นเอง (ถ้าเป็นของเหลวสะอาด) หรือของเหลวจากแหล่งภายนอกที่เข้ากันได้กับของเหลวในระบบ (ปรกติก็จะเป็นของเหลวชนิดเดียวกัน) อัดเข้าไปตรงบริเวณ mechanical seal เพื่อระบายความร้อนและป้องกันไม่ให้ของแข็งเข้าไปก่อปัญหาในบริเวณดังกล่าว รูปที่ ๒-๔ เป็นตัวอย่างรูปแบบการใช้ solvent flushing ที่นำมาจาก "Annex D : Standard flush plans and auxiliary hardware ของ API 682 Pumps-Shaft sealing systems for centrifugal and rotary pumps"

ซึ่งผมก็ได้ให้ความเห็นต่อไปว่า

"ผมเดาว่ากระบวนการผลิตของเขามีการใช้ solvent และ solvent ตัวนั้นก็เป็นตัวเดียวกับ Exxon D80 (เพราะ flushing fluid มันจะถูกผสมเข้าไปในระบบ ดังนั้นมันต้องไม่รบกวนระบบ) ถ้าหากสิ่งที่พบคือ oligomer ของโพรพิลีน ตรงจุด mechanical seal คือจุดสัมผัสระหว่างโพรพิลีน (ใน solvent) กับ flushing solvent ประเด็นคำถามก็คือมีอะไรอยู่ใน flushing solvent หรือเปล่าที่ทำให้เกิดพอลิเมอร์ได้ที่บริเวณนั้น

ตามสมมุติฐานของผม คงต้องลองไล่ดูครับว่า flushing solvent มาจากไหน คงไม่ได้เอาของใหม่มาใช้ แต่อาจมาจากหน่วย solvent recovery หรือเปล่า (ตรงนี้ต้องไปดูกระบวนการผลิตของเขาครับว่าเป็นอย่างไร ผมได้แต่คาดเดา) ถ้าหากมาจากหน่วย solvent recovery ก็ต้องดูว่ามีความเป็นไปหรือไม่ที่จะมี co-catalyst (เช่นพวก alkyl aluminium) ติดมาด้วยครับ"

รูปที่ ๓ รูปนี้ต่างจากรูปที่ ๒ ตรงที่ให้ของเหลวด้านในไหลเข้าไป flushing และไหลเวียนกลับไปยังด้าน suction ของปั๊ม (ที่มีความดันต่ำกว่า) วิธีการนี้จะเหมาะก็ต่อเมื่อของเหลวในระบบนั้นเป็นของเหลวที่สะอาด

รูปที่ ๔ ระบบ flushing รูปแบบนี้จะต้องมีแหล่งจ่ายของเหลวภายนอก (ที่ต้องมีความดันสูงมากพอที่จะอัดของเหลว flushing เข้าไปในตัวปั๊ม) ของเหลวที่ใช้ในการ flushing นั้นต้องสามารถเข้ากับของเหลวที่ไหลเวียนในระบบได้ ปรกติก็จะใช้ของเหลว (หรือตัวทำละลาย) ชนิดเดียวกับที่ใช้ในระบบ

บทสนทนาช่วงต่อไปก็เป็นดังนี้

"แล้วถ้ามันอยู่ในถังเปิดใช้ใหม่ ประเด็น oil react with propylene ก็ตัดทิ้งได้เลยใช่มั้ยคะ"

"ถ้าเป็นถังเปิดใช้ใหม่ก็คงต้องตัดทิ้งไปครับ จะเหลือเพียงแค่ประเด็นว่ามีอะไรอยู่ในระบบหรือเปล่า เพียงแต่ว่าอุณหภูมิไม่สูงก็เลยไม่เกิด มาเกิดตรง mechanical seal ที่มีการเสียดสีและเกิดความร้อนหรือเปล่าครับ งานนี้คงต้องทะเลากับทาง process กันน่าดู"

"Temp เท่าไหร่ propylene มันถึงเริ่มเป็น polymer เหรอคะอาจารย์ อย่าง styrene 100 นิด ๆ ก็เริ่มเกิดล่ะ"

"อุณหภูมิห้องก็เริ่มเกิดได้ครับ แต่เกิดได้ช้าครับ"

"โดยที่ไม่มีตัวเร่งอะไรเลยนะคะอาจารย์"

"มันควรต้องมีครับ"

จากข้อมูลที่เขาให้มาพอจะคาดเดาได้ว่าปั๊มตัวนี้น่าจะใช้ในกระบวนการผลิต polypropylene แบบ slurry phase ที่มีการใช้ตัวทำละลายทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาและเป็น heat sink รับความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมา ในการทำปฏิกิริยานั้นจำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ซึ่งเป็นสารประกอบโลหะทรานซิชัน และตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม (co-catalyst) ที่มักเป็นสารในตระกูล alkyl aluminium (หรือสารอื่นในทำนองเดียวกัน) alkyl aluminium สามารถทำให้โมเลกุลโพรพิลีนต่อเป็นสายโซ่ยาวได้ แต่จะไม่ยาวจนเป็นพอลิเมอร์ ตัวที่ผมตั้งสมมุติฐานว่าเป็นตัวก่อปัญหาก็คือตัว co-catalsyt นี้ เพราะมันมีการใช้ในปริมาณที่มากกว่าตัว catalyst และละลายได้ดีในตัวทำละลายที่ใช้

อีกเหตุผลหนึ่งคือก่อนหน้านี้ตอนฝึกงานปี ๒๕๖๓ มีนิสิตที่ไปฝึกงานที่บริษัทดังกล่าว (ไม่รู้ว่าเป็นโรงงานเดียวกันหรือเปล่า แต่สงสัยว่าน่าจะเป็นโรงงานเดียวกัน) สอบถามมาเรื่องการออกแบบ scrubber สำหรับโพรพิลีน เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนในตัวโพรพิลีนก่อนนำกลับไปใช้งานใหม่ โดยสารปนเปื้อนนั้นก็คาดว่าเป็นพวก alkyl aluminium นั่นเอง

ส่วนข้อสรุปสุดท้ายเป็นยังไงก็ไม่รู้เหมือนกัน เพราะเหมือนกับรายก่อนหน้านี้ที่มักมีคำถามมาของแนวทางแก้ไข แต่สุดท้ายก็ไม่มีการแจ้งกลับมาว่าที่ตั้งสมมุติฐานเอาไว้นั้นมีถูกต้องหรือไม่