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
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)
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 :) :) :)
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น