หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน
สำหรับตอนที่ ๔ นี้ก็เป็นตอนสุดท้ายของหัวข้อที่ 2 โดยเริ่มจากหัวข้อ 2.13 (รูปที่ ๑)
หัวข้อ 2.13 PV Valve ตัวย่อ PV ในที่นี้มาจาก Pressure Vacuum วาล์วนี้เป็นวาล์วที่ใช้ระบายความดันออกจากถังเมื่อความดันในถังสูงเกิน และเปิดให้อากาศเข้าถังเมื่อความดันในถังต่ำกว่าความดันบรรยากาศ อีกชื่อเรียกหนึ่งของวาล์วประเภทนี้คือ Breather valve วาล์วจะเปิดให้มีการระบายความดันเมื่อผลคูณของ (ความดัน (pressure) ภายในถัง x พื้นที่หน้าตัดของ pallet ที่ความดันนั้นกระทำอยู่) มากกว่าแรง (force) กดให้ตัว pallet ปิด โดยตัวแรงที่กดให้ตัว pallet ปิดนั้นอาจเป็นแรงที่เกิดจาก น้ำหนักกด (weight-loaded), แรงสปริงกด (spring-loaded) หรือใช้ความดันภายในถังเองนั้นช่วยกด (pilot-operated) สำหรับคนทั่วไปคงเห็นภาพแรงที่เกิดจากน้ำหนักกดหรือสปริงได้ง่าย แต่คงนึกภาพแรงที่เกิดจากความดันภายในถังเองนั้นช่วยกดไม่ออก ดังนั้นจึงจะขอขยายความคำว่า pilot-operated สักนิดนึงก่อน
รูปที่ ๒ แสดงหลักการทำงานของ pilot-operated PV valve สีน้ำเงินเข้มคือด้านความดันสูง สีอ่อนลงความดันก็จะลดลง และที่เป็นสีขาวคือเป็นความดันบรรยากาศ รูปนี้แสดงการระบายความดันสูงเกินออกจากถัง ในขณะที่วาล์วปิดอยู่นั้น (ความดันในถังต่ำกว่าความดันที่ต้องการให้ระบาย) ความดันที่ตำแหน่ง 1, 2 และ 3 จะเท่ากัน (รูปมุมล่างซ้าย) ความดันที่ตำแหน่ง 1 จะตัวดันให้ pallet ยกตัวขึ้น แต่ตัว pallet จะถูกกดเอาไว้ด้วยแรงที่เกิดจากความดันที่ตำแหน่ง 3 ที่กระทำต่อ acutator diaphragm ที่มีพื้นที่มากกว่าของ pallet ดังนั้นแรงกดให้ pallet ปิดจึงมากกว่าแรงดันให้ pallet เปิด
แต่เมื่อความดันภายในถังสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนเอาชนะแรงกดของสปริงที่ sense chamber ได้ (ตำแหน่ง 2) การยกตัวของ diaphragm ที่ sense chamber จะไปเปิดช่อง pilot exhaust (ช่องระบายความดันที่อยู่เหนือ actuator diaphragm) และไปปิดช่อง adjustable orifice (ช่องที่ยอมให้ความดันภายในถังเข้ามากด actuator diaphragm) ทำให้ความดันเหนือ acutator diaphragm ลดต่ำลงเป็นความดันบรรยากาศ แรงกดตัว pallet ก็จะลดลงจนทำให้ความดันในถังสามารถยกตัว pallet ให้เปิดช่องทางการไหลได้ การระบายความดันก็จะเกิดขึ้น และเมื่อความดันในถังลดต่ำลงจนไม่สามารถต้านแรงสปริงที่ sense chamber ได้ ตัว diaphragm ของ sense chamber ก็จะลดต่ำลงไปปิดช่อง pilot exhaust และเปิดช่อง adjustable orifice เพื่อให้ความดันในถังนั้นเข้ามากดตัว acutator diaphragm เพื่อกด pallet ให้ปิดตัวลง
ข้อดีของรูปแบบนี้คือความแม่นยำในการเปิด ทำให้สามารถตั้งให้วาล์วเปิดเมื่อความดันเข้าใกล้ maximum operating pressure ได้มากขึ้น ถือได้ว่าเป็นการลดการสูญเสียและการปลดปล่อยสารออกสู่บรรยากาศ แต่ก็มีข้อเสียคือถ้าของเหลวในถังนั้นก่อให้เกิดปัญหาคราบสกปรกได้ เช่นของเหลวที่ร้อนในถังระเหยขึ้นมาแล้วควบแน่นกลายเป็นคราบสกปรกเกาะติดตัวท่อ pilot จนทำให้ท่อ pilot ตัน วาล์วก็จะไม่สามารถทำงานได้
หัวข้อ 2.14 rated relieving capacity ตามความหมายที่ให้ไว้คือความสามารถในการระบายของอุปกรณ์ระบายความดันเมื่อคิดในรูปของอัตราการไหลของอากาศที่สถาวะมาตรฐาน (standard) หรือสภาวะปรกติ (normal) ที่ค่าความดัน (สูงเกิน) หรือสุญญากาศ ที่กำหนดไว้ (ดังนั้นควรพึงระวังเรื่องสภาวะอ้างอิงด้วย)
ค่าอัตราการไหลนี้อิงจากอากาศ คงเป็นเพราะว่าในการทำงานปรกตินั้นของไหลที่ไหลผ่านเข้าออก PV valve ก็คืออากาศ เว้นแต่กรณีที่ของเหลวในถังนั้นเกิดเป็นไอจำนวนมาก (เช่นการเติมของเหลวที่ร้อนเข้าไปในถัง หรือการที่ของเหลวในถังผลิตไอระเหยจำนวนมากในเวลาอันสั้น - ดูหัวข้อ 2.19 เรื่อง rollover) ในกรณีเเช่นนี้ของไหลที่ไหลออกจากถังก็จะเป็นไอของของเหลวในถังเป็นหลัก)
หัวข้อ 2.15 refregerated tank หรือถังเก็บที่มีระบบทำความเย็น (ถังชนิดนี้ก็จะเป็นชนิดที่ตรงข้ามกับหัวข้อ 2.7 nonrefrigerated tank) คือถังที่เก็บของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิของอากาศแวดล้อม โดยใช้หรือไม่ใช้ระบบทำความเย็น เช่นด้วยการใช้การไหลเวียนสารทำความเย็นหรือใช้การระเหยของสารที่บรรจุอยู่ในถัง
ต่อไปเป็นหัวข้อ 2.16-2.19 (รูปที่ ๓)
หัวข้อ 2.16 relief device คืออุปกรณืที่ใช้ระบายความดันส่วนเกินและ/หรือสุญญากาศที่เกิดขึ้นในถัง
หัวข้อ 2.17 relieving pressure คือความดันที่ด้านขาเข้าของอุปกรณ์ระบายความดันเมื่อของไหลกำลังไหลผ่านที่ค่าอัตราความสามารถในการระบายที่ต้องการ (หัวข้อ 2.18)
ค่าความดันนี้เป็นค่าความดันที่ด้าน "ขาเข้า" ของอุปกรณ์ระบายความดัน ส่วนมันจะเท่ากับความดันในถังหรือไม่นั้นก็ต้องไปดูด้วยว่าอุปกรณ์ระบายความดันนั้นต่ออยู่กับ nozzle ของถังโดยตรง หรือมีการใช้ท่อต่อแทรกเพื่อช่วยเพิ่มระดับความสูงของอุปกรณ์ระบายความดันให้สูงขึ้น (ดูหัวข้อ 2.2 adjusted set pressure ประกอบ) ซึ่งถ้ามีการใช้ท่อต่อแทรกเพื่อเพิ่มระดับความสูง ความสูญเสียที่เกิดจากการไหลในท่อดังกล่าวสามารถทำให้ค่าความดันที่ตำแหน่งขาเข้าของวาล์วนั้นต่ำกว่าความดันที่แท้จริงในถังได้
หัวข้อ 2.18 required flow capacity คืออัตราการไหลที่ต้องการไผ่านอุปกรณ์ระบายความดัน เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความดันสูงเกินหรือสุญญากาศมากเกินไปในถัง ภายใต้สภาวะการทำงานที่รุนแรงมากที่สุดหรือสถานการณ์ฉุกเฉิน ดังนั้นการกำหนดค่านี้ก็คงขึ้นอยู่กับว่าผู้ออกแบบนั้นคาดการณ์ว่าสภาวะการทำงานที่รุนแรงมากที่สุดที่มีโอกาสเกิดได้นั้นจะเกิดได้รุนแรงแค่ไหน
หัวข้อ 2.19 rollover ความหมายที่ให้ไว้คือการเคลื่อนที่ที่ไม่มีการควบคุมของมวลสาร (ในที่นี้คือของเหลวที่บรรจุอยู่ในถัง) เพื่อปรับแก้สภาวะที่ไม่มีเสถียรถาพของของเหลวที่มีความหนาแน่นต่างกันที่แบ่งชั้นกันอยู่ ส่งผลให้เกิดไอระเหยปริมาณมากอย่างรวดเร็ว
เหตุการณ์นี้มีโอกาสเกิดเมื่อของเหลวชั้นบนมีความหนาแน่นที่สูงกว่าของเหลวที่อยู่ด้านล่าง เช่นอาจเป็นเพราะของเหลวชั้นบนมีอุณหภูมิที่ลดต่ำลง (เช่นเกิดจากการสูญเสียความร้อนจากการระเหย) หรือของเหลวชั้นล่างมีอุณหภูมิที่สูงกว่า (เช่นการให้ความร้อนแก่ของเหลวในถัง เพื่อลดความหนืด จะได้ทำการสูบจ่ายได้ง่าย หรือการป้อนของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิของของเหลวในถังเข้าไปในถัง - ปรกติการป้อนของเหลวเข้า tank จะป้อนเข้าทางด้านล่างของ tank) ในกรณีของของเหลวที่เป็นสารผสม (เช่นน้ำมันดิบและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม) องค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำของของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงจะระเหยกลายเป็นไอได้ง่าย แต่ด้วยการที่มันถูกกดเอาไว้ด้วยของเหลวที่มีความหนาแน่นที่สูงกว่าที่อยู่เหนือขึ้นไป จึงทำให้มันไม่สามารถระเหยกลายเป็นไอได้ แต่ถ้าเมื่อใดที่ชั้นของเหลวด้านบนที่มีความหนาแน่นที่สูงกว่าเกิดยุบตัวลง ของเหลวที่ร้อนที่เดิมอยู่ด้านล่างก็จะลอยขึ้นไปเป็นของเหลวชั้นบน และด้วยการที่ความดันที่เคยกดมันเอาไว้ไม่ให้ระเหยนั้นหายไป ของเหลวที่ร้อนก็จะระเหยกลายเป็นไอในปริมาณมากในเวลาอันสั้น ทำให้ความดันในถังเพิ่มสูงขึ้นได้อย่างรวดเร็ว
รูปที่ ๔ หัวข้อ 2.20-2.23
ต่อไปเป็นหัวข้อ 2.20-2.23 (รูปที่ ๔)
หัวข้อ 2.20 set pressure คือค่าความดัน "เกจ" (ไม่คิดรวมความดันบรรยากาศ) ที่ด้านขาเข้าของอุปกรณ์ระบายความดัน ที่ตั้งให้อุปกรณ์ระบายความดันเริ่มการทำการเปิดเพื่อระบายความดันภายใต้สภาวะการทำงานปรกติ
หัวข้อ 2.21 standard cubic feet per hour หรือลูกบาศก์ฟุตมาตรฐานต่อชั่วโมง คือค่าอัตราการไหลของแก๊สตามหน่วย USC (United States customary units) หน่วยนี้เป็นระบบเก่าที่ใช้กันในประเทศสหรัฐอเมริกา เป็นค่าอัตราการไหลของอากาศหรือแก๊สที่มีอุณหภูมิ 60ºF (หรือ 15.6ºC) ที่ค่าความดันสัมบูรณ์ 14.7 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (101.3 กิโลปาสคาล)
หัวข้อ 2.22 thermal inbreathing หรือการไหลของอากาศหรือแก๊สที่ใช้ปกคลุม (blanketing gas) เข้าไปในถัง เมื่อไอในถังนั้นหดตัวหรือควบแน่น อันเป็นผลจากสภาพอากาศเปลี่ยนแปลง (เช่นอุณหภูมิแวดล้อมลดต่ำลง หรือถังที่ตากแดดร้อนเป็นเวลานาน แล้วเจอกับฝนตกหนักในช่วงเย็น)
ในกรณีของของเหลวไวไฟ การยอมให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปในถังเมื่อความดันในถังลดต่ำลงอาจทำให้ความเข้มข้นของอากาศภายในถังมากพอที่จะทำให้ไอผสมในถังระเบิดได้ถ้ามีพลังงานกระตุ้น ในกรณีเช่นนี้ก็จะใช้การป้อนแก๊สเฉื่อย (ปรกติก็คือแก๊สไนโตรเจน) เข้าไปเมื่อความดันในถังลดต่ำลงกว่าความดันบรรยากาศ เพื่อลดการไหลเข้าไปในถังของอากาศภายนอก
หัวข้อ 2.23 thermal outbreathing คือการไหลออกจากถังของไอระเหยในถังเมื่อไอในถังเกิดการขยายตัวและ/หรือของเหลวในถังเกิดการระเหย อันเป็นผลจากสภาพอากาศที่เปลี่ยนไป (เช่นอุณหภูมิสภาพแวดล้อมเพิ่มสูงขึ้น)
พึงสังเกตว่าหัวข้อ 2.22 และ 2.23 ไม่ได้คำนึงกรณีที่มีการสูบของเหลวออกจากถังหรือป้อนเข้าถัง ที่ทำให้ความดันในถังเปลี่ยนแปลงได้เนื่องจากปริมาตรที่ว่างเหนือผิวของเหลวเปลี่ยนแปลงไป
ต่อไปเป็นหัวข้อ 2.24-2.25 (รูปที่ ๕) ที่เป็น 2 หัวข้อสุดท้ายของหัวข้อที่ 2 นี้
หัวข้อ 2.24 vapor pressure แปลว่าความดันไอ คือความดันที่เกิดขึ้นเมื่อของเหลวอยู่ในสภาวะสมดุลกับไอของมัน ความดันไอจะขึ้นอยู่กับชนิดสารและอุณหภูมิของสารนั้น ที่อุณหภูมิเดียวกัน สารที่มีจุดเดือดต่ำจะมีความดันไอที่สูงกว่าสารที่มีจุดเดือดสูงกว่า และความดันไอจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่สูงขึ้น อุณหภูมิที่ทำให้ความดันไอเท่ากับความดันเหนือผิวของเหลวคืออุณหภูมิจุดเดือดของของเหลวนั้น
หัวข้อ 2.25 wetted area คือพื้นที่ผิวด้านในของถัง (tank) ที่สัมผัสกับของเหลว และมีความร้อนจากไฟอยู่ทางด้านนอก (ดูรูปที่ ๖)
ตรงนี้ขอให้ลองนึกภาพเวลาที่เราต้มน้ำในหม้อด้วยเตาแก๊ส ความร้อนที่โลหะได้รับจากเปลวไฟจะส่งต่อให้น้ำที่อยู่ภายใน เนื่องจากโลหะเป็นวัสดุที่นำความร้อนได้ดี ความร้อนจะถูกส่งต่อไปยังน้ำที่อยู่ในหม้อ ทำให้น้ำที่อยู่ในหม้อนั้นร้อนขึ้นจนเดือด อุณหภูมิของผิวโลหะส่วนที่สัมผัสกับของเหลวภายใน แม้ว่าจะมีเปลวไฟลนอยู่ภายนอก จะประมาณได้ว่ามีค่าเท่ากับจุดเดือดของของเหลวที่บรรจุอยู่ แต่ผิวโลหะส่วนที่ไม่ได้สัมผัสกับของเหลว (ส่วนที่อยู่เหนือกว่าระดับของเหลว) เมื่อได้รับความร้อนจากเปลวไฟจะมีอุณหภูมิสูงขึ้นเรื่อย ๆ จนทำให้โลหะอ่อนตัวลง ขาดความแข็งแรงในการคงรูปหรือรับความดัน
ในกรณีของ tank เก็บของเหลว ความร้อนจากเปลวไฟจะทำให้ของเหลวในถังระเหยกลายเป็นไอในปริมาณที่มากเกินกว่าระบบระบายความดันที่ออกแบบมาทำงานในสภาวะการทำงานปรกติจะระบายออกได้ทัน ถ้าความดันใน tank สะสมมากพอก็จะทำให้หลังคา tank ปลิวออกมาได้ และการตกของหลังคา tank ที่ปลิวออกมาก็มีโอกาสทำให้เกิดความเสียหายในบริเวณที่อยู่ห่างออกมา
วิธีการหนึ่งที่จะช่วยลดโอกาสที่ความดันใน tank จะสูงจนทำให้หลังคา tank ปลิวออกมาคือการติดตั้ง emergency relief vent ที่เป็นอุปกรณ์ที่จะเปิดเมื่อความดันในถังเพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากระบบระบายความดันปรกติระบายออกไม่ทัน รูปที่ ๗ ข้างล่างเป็นตัวอย่างหนึ่งของ emergency relief vent ที่ใช้ปิดฝา man hole ทางด้านบนโดยใช้ตุ้มน้ำหนักเป็นตัวกด
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น