API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๒) MO Memoir : Saturday 27 May 2566

หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน

ต่อไปเป็นตัวข้อที่ 2 ที่เกี่ยวกับนิยามศัพท์และคำย่อต่าง ๆ (รูปที่ ๑) ซึ่งเป็นเรื่องปรกติของการออก กฎ ระเบียบ และข้อบังคับต่าง ๆ ทั้งนี้เพราะศัพท์คำเดียวกันมีการแปลความหมายที่แตกต่างกันได้ซึ่งขึ้นอยู่กับว่าผู้พูดเป็นใคร และคุยกันเรื่องอะไรอยู่ อย่างเช่นคำว่า "condensate" ที่หมายถึงของเหลวที่ได้จากการควบแน่นไอ ถ้าเป็นวงการไอน้ำจะหมายถึงน้ำที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ ถ้าเป็นวงการขุดเจาะแก๊สธรรมชาติจะหมายถึงไฮโดรคาร์บอนหนักที่ควบแน่นเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง (พวกที่มีอะตอมคาร์บอนตั้งแต่ 5 อะตอมขึ้นไป ซึ่งได้แก่เพนเทน (pentane C₅H₁₂) และพวกที่หนักกว่า) ถ้าเป็นกระบวนการกลั่นจะหมายถึงของเหลวที่ได้จากการควบแน่นไอที่ออกมาจากยอดหอกลั่น

 

รูปที่ ๑ หัวข้อที่ 2.1 และ 2.2

เริ่มจากข้อ 2.1 accumulation หรือการสะสม ตรงนี้มีค่าความดัน 2 ค่าเข้ามาเกี่ยวข้องคือ maximum allowable working pressure (หรือย่อว่า MAWP) คือค่าความดันใช้งานสูงสุดที่ยอมให้ได้ และค่า design pressure หรือความดันที่ใช้ในการออกแบบ โดยค่า MAWP จะอยู่ระหว่างค่าความดันใช้งานปรกติ (normal operating pressure) และค่าความดันที่ใช้ในการออกแบบ

คือในการออกแบบ pressure vessel หรือภาชนะรับความดัน ผู้ออกแบบต้องรู้ว่าภาชนะที่ออกแบบนั้นต้องรับความดันได้ไม่ต่ำกว่าเท่าใด ส่วนความดันใช้งานจริงนั้นขึ้นอยู่กับผู้ใช้ว่าจะเอาไปใช้ทำอะไร ซึ่งความดันใช้งานปรกติก็ต้องต่ำกว่าความดันที่ใช้ในการออกแบบอยู่แล้ว แต่ในระหว่างการใช้งานจริงนั้นก็เป็นไปได้ที่การทำงานจะมีปัญหา ทำให้ความดันในระบบเพิ่มสูงกว่าปรกติ ซึ่งตรงนี้ก็อยู่กับผู้ใช้งานแล้วว่าจะยอมให้สูงได้เกินเท่าใดก่อนที่วาล์วระบายความดันจะเปิดเพื่อระบายความดันส่วนเกินออกไป

เมื่อวาล์วระบายความดันเปิดแล้ว ก็ไม่ได้หมายความว่าความดันในระบบจะลดลงทันที มันขึ้นอยู่กับว่าอัตราการเพิ่มความดันกับอัตราการระบายออกนั้นอันไหนมันมากกว่ากัน ตัวอย่างเช่นถ้าความดันในระบบเกิดจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ ตามอุณหภูมิจนไม่สามารถควบคุมได้ (ที่เรียกว่า reaction runaway) เมื่อความดันเพิ่มถึงจุดที่วาล์วระบายความดันเปิด ก็จะมีการระบายสารบางส่วนในระบบออกไป แต่ไม่ได้หมายความว่าปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้ความดันเพิ่มสูงขึ้นนั้นหยุดลง มันก็ยังเกิดขึ้นต่อไป ความดันที่ยังเพิ่มขึ้นต่อไปเรื่อย ๆ แม้ว่าวาล์วระบายความดันเปิดแล้วก็คือค่า "accumulation" นี้ ซึ่งเมื่อความดันสูงถึงค่านี้แล้วก็ควรที่จะลดต่ำลง

ข้อ 2.2 adjusted set pressure (ถ้าจะแปลออกมาก็คงแปลว่าค่าความดันที่ตั้งไว้ที่ได้รับการปรับแต่ง) ซึ่งในที่นี้หมายถึงค่าความดันสถิตด้านขาเข้าของวาล์วระบายความดันที่ได้รับการปรับแต่งให้เปิดบนแท่นทดสอบ (test stand) (มีการอ้างอิงให้ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อ 2.20 set pressure หรือค่าความดันที่ตั้งไว้) โดยในหัวข้อนี้ยังมีหมายเหตุอีก ๒ ข้อดังนี้

Note 1 ค่าความดันที่ตั้งไว้ที่ได้รับการปรับแต่ง (adjusted set pressure) จะเท่ากับค่าความดันที่ตั้งไว้ (set pressure) สำหรับการติดตั้งโดยตรง (direct-mounted end-of-line)

Note 2 ค่าความดันที่ตั้งไว้ที่ได้รับการปรับแต่ง (adjusted set pressure) ที่นำเอาสภาพการใช้งานที่มีความดันต้านด้านปลายทาง (back pressure) ร่วมอยู่ด้วย

ปรกติตัวภาชนะรับความดันจะมีการทำ nozzle คือจุดที่เป็นท่อสั้น ๆ โผล่ยื่นออกมาจากส่วนลำตัวหรือฝาบน-ล่าง (ขอเรียกว่าฝาก็แล้วกัน) และมีหน้าแปลนติดอยู่ที่ปลายท่อสั้น ๆ นั้น ถ้าตัววาล์วระบายความดันติดตั้งเข้ากับหน้าแปลนนี้เลยก็เรียกว่าเป็นการติดตั้งแบบ direct-mounted และเนื่องจากท่อช่วงนี้เป็นท่อสั้น ๆ ดังนั้นเมื่อวาล์วระบายความดันเปิด ความดันที่ด้านขาเข้าของวาล์วและความดันภายในตัวภาชนะรับความดันจะใกล้เคียงกัน (อาจมีการสูญเสียบ้างเนื่องจากการไหลเข้าท่อสั้น ๆ นั้น)

ในกรณีที่ระยะความสูงด้านขาออกของวาล์วนั้นต่ำเกินไป เช่นการระบายความดันเข้าสู่ท่อร่วมที่ส่งไปยังระบบเผาแก๊สทิ้ง (flare system) ในกรณีนี้ก็จำเป็นต้องมีการเสริมท่อระหว่างหน้าแปลนของตัวภาชนะรับความดันกับด้านขาเข้าของวาล์ว เพื่อให้ตำแหน่งวาล์วนั้นสูงขึ้น ท่อที่ต่อเสริมเข้าไปนั้นจะไปเพิ่มการสูญเสียความดันในขณะที่ของไหลในท่อนั้นไหลไปยังด้านขาเข้าของตัววาล์ว คือถ้ายังไม่มีการไหลในท่อ ความดันในตัวภาชนะรับความดันจะเท่ากับความดันด้านขาเข้าของตัววาล์ว แต่เมื่อมีการไหลเกิดขึ้น ความดันด้านขาเข้าของตัววาล์วจะต่ำกว่าความดันในภาชนะรับความดันอย่างมีนัยสำคัญ และนี่เป็นปัจจัยที่ต้องนำมาคำนึง (รูปที่ ๒)

ลักษณะการเปิดของวาล์วระบายความดันที่ใช้ระบายแก๊สนั้นจะเปิดเมื่อความดันในระบบสูงถึงค่าที่ตั้งเอาไว้ และจะปิดเมื่อความดันในระบบ "ต่ำกว่าค่าที่ตั้งให้วาล์วเปิดลงมาถึงระดับหนึ่ง" ไม่ใช่ว่าวาล์วจะปิดทันทีที่ความดันในระบบต่ำกว่าค่าที่ตั้งให้วาล์วเปิด ตรงนี้เพื่อให้เห็นภาพขอยกตัวเลขสมมุติขึ้นมา สมมุติว่าวาล์วระบายความดันตัวหนึ่งถูกตั้งให้เปิดที่ 10 bar.g เมื่อความดันในระบบสูงเกิน 10 bar.g วาล์วก็จะเปิดแบบเต็มที่ทันที แต่เมื่อความดันในระบบลดลงเหลือ 9.9 bar.g วาล์วจะยังไม่ปิด แต่อาจมาปิดที่ 9.5 bar.g (คำอธิบายตรงนี้เคยเขียนไว้ในเรื่อง "วาล์วและการเลือกใช้ตอนที่ ๓" MO Memoir ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๔ กันยายน ๒๕๕๔)

รูปที่ ๒ ในวงสีแดงคือชิ้นส่วนท่อ (spool piece) ที่ใช้เพื่อยกระดับวาล์วระบายความดันให้สูงขึ้น การเพิ่มท่อส่วนนี้อาจทำไปเพื่อให้ง่ายในการบำรุงรักษา หรือเพื่อให้ด้านขาออกของวาล์วสามารถลาดลงไปยังท่อระบายความดันร่วมได้ (เช่นท่อระบบ flare ที่ด้านขาออกของวาล์วระบายความดันจะลาดลงสูงด้านบนของท่อระบบ flare เพื่อให้ของเหลวที่อาจติดมากันแก๊สหรือเกิดจากการควบแน่นแก๊สร้อน สามารถไหลออกไปโดยไม่สะสมอยู่ทางด้านขาออกของวาล์ว) แต่การติดตั้งท่อนี้ก็นำมาซึ่งการเพิ่มการสูญเสียความดันในการไหลเข้าวาล์วระบายความดันด้วย

ในขณะที่ยังไม่มีการไหล ความดันภายในภาชนะและความดันที่ด้านขาเข้าของวาล์วระบายความดันจะมีค่าเท่ากัน แต่เมื่อมีการไหลเกิดขึ้นจะมีการสูญเสียความดัน ณ ๓ ตำแหน่งด้วยกันคือ (ก) จุดที่ไหลออกจากภาชนะความดัน (inlet loss), (ข) ภายในเส้นท่อที่เชื่อมต่อระหว่างภาชนะความดันและด้านขาเข้าของวาล์ว (line loss) และ (ค) ด้านขาเข้าตัววาล์ว (valve loss) การสูญเสียความดันเหล่านี้ทำให้ความดันด้านขาเข้าของวาล์วนั้น "ต่ำกว่า" ความดันภายในภาชนะลดความดันเมื่อมีการไหลเกิดขึ้น ชิ้นส่วนท่อที่เพิ่มเข้าไปเพื่อยกระดับวาล์วระบายความดันนั้นจะไปเพิ่มค่าสูญเสียการไหลในเส้นท่อหรือ line loss ให้สูงขึ้น ซี่งถ้าสูงมากเกินไปก็จะทำให้การทำงานของวาล์วมีปัญหาได้ เช่นไม่สามารถระบายความดันได้ทันหรือมีอาการเปิด-ปิดตลอดเวลาแบบที่เรียกว่า valve chattering (อ่านเพิ่มเติมเรื่อง valve chattering ได้ใน MO Memoir ฉบับวันอังคารที่ ๑๑ มิถุนายน ๒๕๖๒ เรื่อง "Fire case 2 น้ำมันรั่วเพราะ safety valve chattering") โดยทั่วไปค่าการสูญเสียความดันนี้จะกำหนดไว้ไม่เกิน 3% ของค่าที่ตั้งให้วาล์วเปิด

(เรื่องค่า loss ต่าง ๆ ที่รวมกันแล้วต้องไม่เกิน 3% นี้มีการกล่าวว่าใน API RP 520 6th edition ที่เผยแพร่ในปีค.ศ. ๒๐๑๕ ยอมให้สูงเกิน 3% ได้ "โดยต้องมีการปัจจัยอื่นประกอบการพิจารณาด้วย" โดยสามารถอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ https://e2g.com/engineering/pressure-relief-process-technology/inlet-pressure-drop/)

อีกประเด็นที่ต้องคำนึงคือการตั้งให้วาล์วระบายความดันเปิดที่ความดันเท่าใดนั้นเป็นการทำงานที่ "อุณหภูมิห้อง" แต่การใช้งานจริงวาล์วจะทำงานที่อุณหภูมิที่แตกต่างไปจากอุณหภูมิห้อง ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นที่อุณหภูมิที่สูงกว่า เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความแข็งแรงของโลหะจะลดลง กล่าวคือสปริงที่ทำหน้าที่กดให้วาล์วปิดนั้นก็จะอ่อนตัวลงด้วย เช่นถ้าตั้งให้วาล์วเปิดที่ความดัน 10 bar ที่อุณหภูมิห้อง แต่พอนำไปใช้ที่อุณหภูมิ 200ºC วาล์วจะเปิดที่ความดันที่ต่ำกว่า 10 bar เพราะสปริงอ่อนแรงลง ดังนั้นถ้าต้องการให้วาล์วเปิดที่ความดัน 10 bar ที่อุณหภูมิ 200ºC ค่าที่ตั้งที่อุณหภูมิห้องก็ต้องสูงกว่า 10 bar

ในกรณีของท่อด้านขาออกต่อเข้ากับท่อระบายร่วมเช่นกรณีของท่อ header ของระบบเผาแก๊สทิ้ง ที่ด้านขาออกของวาล์วระบายความดันทุกตัวจะต่อเข้ากับท่อนี้ เนื่องจากการปรับตั้งค่าความดันที่จะให้วาล์วเปิดนั้นกระทำที่ความดันด้านขาออกเป็นความดันบรรยากาศ แต่ในระหว่างการใช้งานจริงนั้นอาจมีวาล์วระบายความดันหลายตัวระบายแก๊สเข้าสู่ท่อ header เดียวกัน ทำให้ความดันในท่อ header สูงขึ้น ความดันด้านขาออกที่สูงขึ้นนี้จะออกแรงกดวาล์วร่วมกับแรงสปริง ทำให้วาล์วนั้นเปิดที่ความดันที่สูงขึ้น เพื่อให้เห็นภาพขอสมมุติว่าสมมุติว่าเราตั้งให้วาล์วเปิดที่ความดัน 10 bar.g โดยที่ความดันด้านขาออกเป็นความดันบรรยากาศหรือ 0 bar.g แต่ในระหว่างการทำงานนั้นมีการระบายแก๊สออกมาจากวาล์วตัวอื่นทำให้ความดันในท่อ header เพิ่มเป็น 1 bar.g ดังนั้นวาล์วระบายความดันจะเปิดเมื่อความดันภายในภาชนะรับความดันสูงถึง 11 bar.g (ผลต่างความดันด้านขาเข้ากับด้านขาออกยังเป็น 10 bar เหมือนเดิม)

ปรกติท่อร่วมของระบบ flare ก็จะมี back pressure อยู่ระดับหนึ่งแล้วเนื่องจากมักเป็นท่อที่มีความยาว และยังมี water seal และ molecular seal ที่ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้เปลวไฟวิ่งย้อนกลับหรืออากาศไหลย้อนเข้ามา อยู่ที่ด้านปลายท่อ

ปิดท้ายที่ว่างของหน้าด้วยรูปข้างล่างก็แล้วกันครับ :) :) :)

 

ที่ระลึกนิสิตวิศวกรรมเคมีรหัส ๖๒ เพราะสิ่งสำคัญยิ่งกว่าผลลัพธ์ในแจกัน คือ กระบวนการสร้างสรรค์ระหว่างทาง MO Memoir : Thursday 18 May 2566

"... อิเคบานะจึงเป็นศาสตร์ของความอ่อนหวานที่เพิ่มความแข็งแกร่งทางจิตใจ ไม่ใช่เพียงเลือกดอกไม้ที่สวยงามปักลงในแจกัน ไม่ใช่แค่ให้ชีวิตกับดอกไม้ แต่เป็นการมองดอกไม้ เพื่อย้อนกลับมามองตัวเราเอง

เพราะสิ่งสำคัญยิ่งกว่าผลลัพธ์ในแจกัน คือ กระบวนการสร้างสรรค์ระหว่างทาง ..."

ระหว่างที่นั่งหาคำที่จะมาตั้งบทความที่ระลึกให้พวกคุณ ก็บังเอิญไปพบประโยคที่ตรงใจและสอดคล้องกับเรื่องที่จะเขียนให้พวกคุณพอดีจากบทความในเว็บแห่งหนึ่งในชื่อเรื่อง "อิเคบานะ : ศิลปะแห่งการมองความงามของดอกไม้และชีวิต" (อ่านฉบับเต็มได้ที่ https://rakdok.com/อิเคบานะ-ศิลปะแห่งการม/) ข้างบนคือส่วนหนึ่งของข้อความที่คัดลอกมา

ถ้าเปรียบดอกไม้เสมือนความรู้ที่พวกคุณได้เรียนรู้กันมา ไม่ว่าจากแหล่งข้อมูลใด ๆ ก็ตาม ดอกไม้แต่ละดอกที่พวกคุณเลือกก็คงเปรียบได้กับความรู้ที่พวกคุณเลือกที่จะนำไปใช้ปัญหา เราไม่จำเป็นต้องเอาดอกไม้ทั้งหมดที่มีมาใส่ในแจกันใบเดียว เช่นเดียวกันการแก้ปัญหานั้นก็ไม่จำเป็นต้องใช้ความรู้ทั้งหมดที่มีในคราวเดียวเสมอไป เราทำเพียงแค่หยิบสิ่งที่เหมาะสมกับสถานการณ์นั้น ๆ มาใช้ ในขณะที่แต่ละงานต้องการการจัดดอกไม้ที่แตกต่างกันในการตกแต่ง การแก้ปัญหาก็เช่นกัน

และเมื่อปัญหานั้นได้รับการแก้ไขให้ลุล่วงไปแล้ว ก็เป็นเวลาที่ควรต้องกลับมาพิจารณาทบทวนการกระทำที่ผ่านไป ว่าวิธีการที่เลือกใช้นั้น ส่งผลกระทบในแง่บวกหรือลบ ระยะยาวหรือระยะสั้น ต่อด้านอื่นบ้างหรือไม่ อย่างไร

********************

ข้อความข้างต้นเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่เขียนให้กับนิสิตวิศวกรรมเคมีรหัส ๖๒ ที่จะสิ้นสุดการเรียนการสอบในวันพรุ่งนี้ (ศุกร์ ๑๙ พฤษภาคม ๒๕๖๖)

สำหรับเพลงที่นำมาประกอบคลิปวิดิทัศน์เป็นเพลงที่เกี่ยวข้องกับการสำเร็จการศึกษาชั้นมัธยมปลายของประเทศญี่ปุ่น ชื่อเพลงคือ "Tabidachi No Hi Ni" ขับร้องโดย Ai Kawashima (หาดูได้ทาง YouTube) เนื้อเพลงและคำแปลนำมาจาก https://fruitkatsu.blogspot.com/2017/01/ai-kawashima-tabidachi-no-hi-ni-lyrics.html ผมเองไม่รู้ภาษาญี่ปุ่นนะครับ แค่ copy และ paste ข้อความเท่านั้น ดังนั้นการแปลจากญี่ปุ่นเป็นอังกฤษจะผิดพลาดตรงไหน ผมไม่สามารถบอกได้ครับ :) :) :)

ถ้าเปรียบพวกคุณเสมือนดอกไว้ วันที่พวกคุณสำเร็จการศึกษา ก็เปรียบเสมือนวันที่ดอกไม้เบ่งบานจากดอกตูม

ขออวยพร ให้พวกคุณทุกคน ประสบแต่ความสุขความเจริญ ในชีวิตตลอดไป

 

ดาวน์โหลดไฟล์ pdf ได้ที่

https://drive.google.com/file/d/11ju7_jFFd8bUKLVdAAIrgjm17ms3id36/view?usp=sharing

ดาวน์โหลดคลิปวิดิทัศน์ได้ที่

https://drive.google.com/file/d/1M6Q8KsRV8VH5p7jXsZGcEubNC2bRZj0q/view?usp=sharing

API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๑) MO Memoir : Saturday 13 May 2566

งานออกแบบและก่อสร้างทางวิศวกรรมเป็นงานที่เกี่ยวข้องกับมาตรฐานการทำงานต่าง ๆ มากมาย แต่จะว่าไปก็มีเพียงไม่กี่ประเทศที่กำหนดมาตรฐานและถูกนำไปใช้โดยประเทศอื่น ที่เห็นชัด ๆ ได้แก่ สหรัฐอเมริกา อังกฤษ (BS) เยอรมัน (DIN) และญี่ปุ่น (JIS) ซึ่งมาตรฐานในเรื่องเดียวกันของประเทศผู้ออกมาตรฐานเหล่านี้ก็ไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน ประเทศอื่นที่ไม่ใช่ประเทศที่เป็นผู้ออกมาตรฐานก็มักใช้การอ้างอิงมาตรฐานของประเทศใดประเทศหนึ่ง หรือในงานที่ไม่มีข้อกำหนดเด่นชัดก็มักเป็นที่รู้กันว่าต้องใช้มาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับกันทั่วไปในวงการ

ปัญหาอย่างหนึ่งในการทำงานคือมาตรฐานที่ออกมานั้นมีการปรับเปลี่ยนตามความรู้ใหม่ที่เกิดขึ้น อย่างเช่นสมัยก่อนการทำ "ไฮโดรเทส" ภาชนะรับความดันจากเดิมให้กระทำที่ความดันไม่น้อยกว่า 1.5 เท่า แต่ช่วงประมาณปีค.ศ. ๑๙๙๘ (พ.ศ. ๒๕๔๑) ได้มีการปรับลดเป็นที่ความดันไม่น้อยกว่า 1.3 เท่า (รูปที่ ๑) แต่เมื่อไปค้นข้อมูลทางอินเทอร์เน็ตจะพบว่าเว็บไซต์ต่าง ๆ มีกล่าวถึงค่า 1.5 เท่าและ 1.3 เท่า ซึ่งตรงนี้ก็ต้องดูให้ดี เพราะมาตรฐานการทดสอบความสามารถในการรับความดันของ "ท่อ" นั้นยังคงเป็นที่ 1.5 เท่า ดังนั้นต้องดูให้ดีว่าในเนื้อหานั้นเขากำลังกล่าวถึงเรื่องอะไรอยู่

(ไฮโดรเทส มาจากคำ Hydraulic pressure test หรือ Hydrostatic test ซึ่งเป็นการทดสอบความสามารถในการรับความดันด้วยการเติมน้ำเข้าไปใน ถัง ท่อ ภาชนะรับความดัน แล้วเพิ่มความดันจนกระทั่งความดันภายในสูงถึงข้อกำหนด มาตรฐานการทดสอบความสามารถในการรับความดันของภาชนะรับความดันคือ ASME Boiler and Pressure Vessel Code paragraph UG-99 ส่วนมาตรฐานการทดสอบความสามารถในการรับความดันของท่อคือ ASME B31.1 Power Piping ฉบับปีค.ศ. ๒๐๑๖ ที่ค้นได้ก็ยังคงค่าที่ 1.5 เท่าอยู่)

รูปที่ ๑ ความดันที่ใช้ในการทดสอบ hydrostatic test สำหรับ pressue vesse ตาม ASME Boiler and Pressure Vessel Code paragraph UG-99

ปัญหาอย่างหนึ่งสำหรับคนทำงานก็คือ เอกสารมาตรฐานต่าง ๆ มันไม่ใช่ของฟรี ในเมื่อคนทำมาตรฐานเขาก็มีค่าใช้จ่ายในการทำงาน เขาก็เลยต้องขายมาตรฐานที่ทำขึ้น ที่พอจะหาได้ฟรีก็มักจะเป็นฉบับย้อนหลัง ไม่ใช่ฉบับล่าสุด แต่ก็ใช่ว่าฉบับที่ออกใหม่นั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงแบบโละของเท่าทิ้งทั้งหมด เพราะอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ออกแบบตามมาตรฐานที่ล่าสุดในขณะนั้น เมื่อมาตรฐานมันเปลี่ยนไปจนมันไม่เข้าเกณฑ์มาตรฐานใหม่ ก็ใช่ว่ามันจะไม่ปลอดภัย เพียงแต่ของใหม่ที่ต้องทำตามมาตรฐานใหม่ จะมีความปลอดภัยไม่น้อยกว่าเดิม

American Petroleum Institute ที่มีชื่อย่อว่า API เป็นองค์กรหนึ่งที่ออกมาตรฐานการทำงานเกี่ยวกับปิโตรเลียมและเป็นมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับในวงกว้างในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน ปิโตรเคมี และเคมี การออกแบบและ/หรือการเลือกใช้งานอุปกรณ์ว่าควรเป็นรูปแบบใดก็มักจะอิงจากมาตรฐาน API นี้ แต่ประเด็นที่เป็นคำถามก็คือสำหรับคนทำงานจริง จะมีสักกี่คนที่มีโอกาสได้อ่านเนื้อหาทั้หมดในเอกสารที่เกี่ยวข้องกับงานที่ตัวเองทำอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิศวกรจบใหม่ที่ที่เพิ่งจะเริ่มทำงานได้ไม่นาน และนี่ก็เลยเป็นที่มาของบทความชุดนี้ที่คิดว่าจะเอามาตรฐานต่าง ๆ เท่าที่ค้นหาได้ มาย่อยเป็นภาษาไทยให้ได้อ่านกันเป็นตอนสั้น ๆ แม้ว่าเอกสารที่ค้นได้นั้นมันจะไม่ใช่เอกสารล่าสุดก็ตาม แต่ก็คิดว่าน่าจะเป็นประโยชน์สำหรับผู้เริ่มต้น

และมาตรฐานแรกที่ขอหยิบมาก็คือ API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks โดยเอกสารฉบับล่าสุดที่หาดาวน์โหลดได้ทางอินเทอร์เน็ตเป็น API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 ก็เรียกว่าเก่าเพียงแค่ ๓ ปีจากปัจจุบัน

แต่ก่อนอื่นเรามาลองดูเทียบกับฉบับเก่า ๆ ในปีค.ศ. ๑๙๙๒ และ ๑๙๙๘ ดูก่อน

รูปที่ ๒ ข้อความเริ่มต้นของมาตรฐาน API 2000 ฉบับ (ซ้าย) ปีค.ศ. ๑๙๙๒ และ (ขวา) ปีค.ศ. ๑๙๙๗

มาตรฐานปีค.ศ. ๑๙๙๒ เริ่มต้นด้วยหัวช้อ 1.1 General Requirements โดยในหัวข้อนี้แยกย่อยออกเป็นอีก 2 หัวข้อคือ 1.1.1 และ 1.1.2 (รูปที่ ๒ ซ้าย) หัวข้อ 1.1.1 บอกว่ามาตรฐานนี้ครอบคลุมทั้ง normal และ emergency venting (การทำงานตามปรกติและในสภาวะฉุกเฉิน) สำหรับถังเก็บปิโตรเลียมเหลวหรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ที่ติดตั้งอยู่เหนือระดับพื้นดิน และถังเก็บที่มีระบบทำความเย็น (refrigerated storage tanks) ทั้งชนิดที่ติดตั้งอยู่เหนือพื้นดินและใต้ดิน ช่วงความดันตั้งแต่สุญญากาศไปจนถึง 15 ปอนด์ต่อตารางนิ้วเกจ (psig) (หรือ 1.034 bar.g)

ความดันบรรยากาศเท่ากับ 1.0135 bar.a หรือ 14.7 psi.a ตัว g ต่อท้ายหมายถึงความดันเกจ (gauge) ส่วนตัว a ต่อท้ายหมายถึงความดันสัมบูรณ์ (absolute)

หัวข้อ 1.1.2 ย่อหน้าแรกกล่าวว่ามาตรฐานนี้อิงจากการศึกษาที่ใช้ "เฮกเซนเหลว" (hexane C₆H₁₄ จุดเดือดประมาณ 68-69ºC) ดังนั้นถ้าจะเอาข้อมูลในที่นี้ไปใช้กับของเหลวอื่น จำเป็นต้องใช้การพิจารณาและตัดสินใจทางด้านวิศวกรรมที่ดี

ตำราจะบอกว่าไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอม C ตั้งแต่ 5 อะตอมขึ้นไปจะเป็นของเหลวที่ "อุณหภูมิห้อง" แต่ "อุณหภูมิห้อง" ในที่นี้ขึ้นอยู่กับสถานที่และวันเวลาด้วย ตัวอย่างเช่นเพนเทน (pentane C₅H₁₂) มีจุดเดือดที่ประมาณ 36ºC ซึ่งต่ำกว่าอุณหภูมิห้องในบ้านเราในบางช่วงเวลาอีก หรือบิวเทน (butane C₄H₁₀) ที่มีจุดเดือดที่ประมาณ -1ºC ดังนั้นสารนี้จะเป็นแก๊สตลอดทั้งปีในบ้านเรา แก๊สหุงต้มบ้านเราจึงมีสัดส่วนโพรเพนต่อบิวเทนในช่วง 70:30 ถึง 50:50 ได้ แต่สำหรับพื้นที่เขตหนาวที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า 0ºC สารนี้จะกลายเป็นของเหลว ดังนั้นแก๊สหุงต้มที่ใช้ในพื้นที่ดังกล่าวจึงต้องใช้โพรเพน (propane C₃H₈ จุดเดือดที่ -42ºC) เป็นหลัก ในขณะที่เฮปเทน (heptane C₇H₁₆) มีจุดเดือดประมาณ 98ºC ซึ่งใกล้เคียงกับน้ำ มันจึงไม่ค่อยมีปัญหาเนื่องจากการระเหยที่อุณหภูมิห้อง

ย่อหน้าที่สองของหัวช้อ 1.1.2 กล่าวว่า การศึกษาทางวิศวกรรมโดยละเอียดของ tank ใด ๆ ที่เฉพาะเจาะจงลงไปและสภาวะการทำงานของ tank นั้น อาจแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการระบายสำหรับ tank นั้น "ไม่ใช่" ค่าความสามารถในการระบายที่ประมาณได้โดยใช้มาตรฐานนี้ ถ้าสภาพการใช้งานของถังแตกต่างไปจากค่าต่าง ๆ ที่ใช้ในการพัฒนามาตรฐานฉบับบนี้ จึงควรที่จะทำการศึกษาทางวิศวกรรมโดยละเอียด

ในที่นี้ขอใช้คำว่า tank แทนคำแปลไทยว่า "ถังเก็บ" เพื่อป้องกันความสับสน เพราะคำภาษาอังกฤษว่า storage drum ก็แปลเป็นไทยได้ว่าถังเก็บเหมือนกัน แต่มันเป็นคนละชนิดกับ tank คำว่า "vent" หรือ "การระบาย" ในที่นี้รวมถังการระบายความดันออกจาก tank (ในกรณีที่ความดันใน tank เพิ่มสูงกว่าความดันบรรยากาศ) และการยอมให้อากาศไหลเข้า tank (ในกรณีที่ความดันใน tank ลดลงต่ำกว่าความดันบรรยากาศ)

ทีนี้พอมาเป็นฉบับเดือนเมษายนปีค.ศ. ๑๙๙๘ (5th edition) (รูปที่ ๒ ขวา) เปิดตัวมาด้วยหัวข้อ 0 Introduction ซึ่งถ้าดูเนื้อหาแล้วก็คือหัวข้อ 1.1.2 ของฉบับปีค.ศ. ๑๙๙๒ และหัวข้อ 1.1.1 ของฉบับปีค.ศ. ๑๙๙๒ ก็กลายมาเป็นหัวข้อ 0 Scope ของฉบับปีค.ศ. ๑๙๙๘

รูปที่ ๓ ข้อความเริ่มต้นของมาตรฐาน API 2000 ฉบับปีค.ศ. ๒๐๑๔ และได้รับการยืนยันอีกครั้งในปีค.ศ. ๒๐๒๐

ทีนี้มาดูมาตรฐานฉบับเดือนมีนาคม ค.ศ. ๒๐๑๔ (Reaffirmed เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๐) (รูปที่ ๓) ที่เริ่มต้นด้วยหัวข้อ 1 Scope ที่ย่อหน้าแรกนั้นเหมือนกับฉบับเดือนเมษายนปีค.ศ. ๑๙๙๘ แค่ต่างกันนิดเดียวตรงคำเริ่มต้นที่เปลี่ยนจาก "This" มาเป็น "The" และไม่ได้มีการกล่าวถึงเฮกเซนแต่กล่าวว่าเป็นสำหรับ tank ที่ใช้เก็บปิโตรเลียมและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม

และมีการระบุเพิ่มเติมว่าไม่ได้ใช้กับ tank ชนิด "external floating-roof tank" หรือที่แปลเป็นไทยได้ว่าถังเก็บชนิดหลังคาลอยภายนอก

ถังเก็บชนิดหลังคาลอยหรือ floating roof tank นั้น ตัวหลังคาจะลอยอยู่บนผิวของเหลว (รูปที่ ๔) ดังนั้นจึงไม่มีที่ว่างระหว่างผิวของเหลวกับหลังคาที่ต้องมีการระบายความดัน ถ้าตัวหลังคาลอยนั้นเป็นแบบเปิดโล่ง (คือเหนือขึ้นไปไม่มีอะไรนอกจากท้องฟ้า) ความดันเหนือหลังคาก็จะเป็นความดันบรรยากาศตลอดเวลา ถังหลังคาลอยแบบนี้ต้องมีการทำช่องทางระบายน้ำออกจากหลังคาเวลาฝนตกด้วย

รูปที่ ๔ รูปแบบต่าง ๆ ของหลังคา tank (ซ้าย) หลังคาลอยแบบภายใน (กลาง) หลังคาลอยแบบภายนอก และ (ขวา) หลังคาแบบยึดตรึง (รูปจาก http://www.ansonindustry.com/floating-roof-tank.html)

ในประเทศเขตหนาวที่มีหิมะตกนั้น น้ำหนักของหิมะที่ตกสะสมบนหลังคาจะก่อปัญหาได้ ดังนั้นตัวหลังคาลอยจะมีหลังคาปิดคลุมอีกชั้นทางด้านบนสุด tank แบบนี้มองภายนอกจะเหมือน tank มีหลังคายึดตรึงทั่วไป การมีหลังคาคลุมอีกชั้นทำให้ไม่ต้องกังวลว่าจะมีน้ำหนักของหิมะไปก่อปัญหาการลอยขึ้นลงของหลังคาลอย แต่มันทำให้เกิดที่ว่างระหว่างหลังคาลอยกับตัวหลังคายึดตรึง ที่ต้องมีการยอมให้อากาศไหลเข้า-ออกได้เวลาที่ของเหลวในถังมีระดับเปลี่ยนไป

เนื้อหาต่อจากไปนี้จะนำมาจากมาตรฐานฉบับเดือนมีนาคม ค.ศ. ๒๐๑๔ (Reaffirmed เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๐) เป็นหลัก เว้นแต่จะเห็นว่ามีเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับฉบับเก่าก่อนหน้าที่ควรนำมาเปรียบเทียบ เนื่องจากหัวข้อที่ 2 Terms, Definitions, and Abbreviated Terms นั้นค่อนข้างจะยาว ก็จะขอยกไปเป็นตอนถัดไป