หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน
เว้นไป ๔ เดือน พึ่งจะมีเวลามาเขียนเรื่องนี้ตอน ตอนนี้เป็นหัวข้อ 4.2.2 ถึง 4.4
โดยหัวข้อ 4.2.2 เป็นแนวทางเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาสาเหตุที่ทำให้ความดันในถังสูงเกิน โดยข้อ 4.2.2.1 เป็นการรวบรวมหัวข้อต่าง ๆ ที่จะกล่าวถึงโดยละเอียดต่อไป ซึ่งได้แก่
a) การสูญเสียระบบทำความเย็น
b) ความร้อนที่เข้ามาเนื่องจากการใช้ปั๊มทำการหมุนเวียนของเหลว
c) การระเหยเนื่องจากความร้อนจากบรรยากาศภายนอกที่รั่วไหลเข้ามา
d) rollover (จะอธิบายโดยละเอียดอีกทีในหัวข้อ 4.2.2.5) และ
e) ความดันสูงเกินของที่ว่างรูปวงแหวนของถังที่มีผนังสองชั้น
หัวข้อ 4.2.2.2 เป็นเรื่องของการสูญเสียระบบทำความเย็น การคำนวณภาระในการระบายความดันสูงเกินขึ้นอยู่กับชนิดของระบบทำความเย็นที่ใช้และขนาดความเสียหายของอุปกรณ์ที่อาจเกิดขึ้น สำหรับสถานการณ์การสูญเสียระบบทำความเย็น ควรต้องพิจารณาความร้อนที่ป้อนเข้าระบบในเวลาเดียวกันที่เป็นไปได้ทั้งหมด (ภายใต้สถานการณ์นั้น - ดูหมายเหตุ ๑) ให้ดูมาตรฐาน ISO 23251 (ดูหมายเหตุ ๒) เพื่อการคำนวณภาระในการระบายความดันเหล่านี้
หมายเหตุ
๑. ภาษาอังกฤษใช้คำว่า "credible" ไม่ใช่ "possible" โดยความเห็นส่วนตัวแล้วถ้าจะให้ตีความ possible ก็คือทุกเหตุการณ์ที่มีความน่าจะเป็นมากกว่าศูนย์ไม่ว่าจะเป็นกรณีใด ๆ แต่ในกรณีนี้ให้ดูเฉพาะเหตุการณ์ที่มีความเป็นไปได้จริง
๒. มาตรฐาน ISO 23251 Petroleum, petrochemical and natural gas industries : Pressure-relieving and depressuring systems คือตัวเดียวกันกับ API RP 521
หัวข้อ 4.2.3 เป็นเรื่องของความร้อนที่เข้ามาเนื่องจากการใช้ปั๊มทำให้เกิดการไหลหมุนเวียน ในหัวข้อนี้กล่าวว่าในการทำงานของปั๊มนั้นพลังงานส่วนหนึ่งของปั๊มจะกลายเป็นพลังงานความร้อน ทำให้ของเหลวมีอุณหภูมิสูงขึ้น โดยทั่วไปความร้อนส่วนนี้จะถูกรวมเอาไว้ในการออกแบบระบบทำความเย็น แต่ถ้าไม่ถูกรวมเอาไว้ในการออกแบบระบบทำความเย็น ก็ต้องนำความร้อนส่วนนี้มาร่วมในการพิจารณาการระบายความดันส่วนเกินด้วย (การไหลหมุนเวียนของเหลวในถังเป็นการทำให้ของเหลวในถังมีอุณหภูมิและองค์ประกอบสม่ำเสมอ)
หัวข้อ 4.2.2.4 (รูปที่ ๒) กล่าวถึงการระเหยเนื่องจากความร้อนจากสภาพแวดล้อมที่รั่วไหลเข้ามาภายใน โดยความร้อนนี้เข้ามาได้ทั้งทางพื้นดินและผ่านทางผนังถัง ซึ่งโดยทั่วไปมักจะถูกรวมไว้ในการออกแบบระบบทำความเย็น แต่ถ้าไม่ได้ถูกรวมเอาไว้ก็ต้องนำเอาปริมาณไอระเหยที่เกิดขึ้นจากความร้อนเหล่านี้ไว้ในการออกแบบระบบระบายความดันด้วย
หัวข้อ 4.2.2.5 เป็นเรื่องของไอระเหยที่เกิดจากปรากฏการณ์ "Rollover" แต่ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักปรากฏการณ์นี้ก่อนดีกว่าว่าคืออะไร
รูปที่ ๓ และ ๔ นำมาจากบทความเรื่อง "Rollover prevention model for stratified liquefied natural gas in storage tank" โดย Tomasz Wlodek และ Mariusz Laciak (ในวารสาร Energies 2023, 16, 7666) โดยรูปที่ ๓ แสดงลำดับขั้นตอนที่นำไปสู่การเกิดปรากฏการณ์ rollover ส่วนรูปที่ ๔ แสดงตัวอย่างองค์ประกอบของแก๊สธรรมชาติเหลวที่มาจากแหล่งผลิตต่าง ๆ แต่ก่อนอื่นขอให้พิจารณารูปที่ ๓ ก่อน
เริ่มจากรูปที่ ๓ ซ้ายบน ความร้อนที่เข้าสู่ถังเก็บ (ทั้งจากผนังด้านข้างและจากพื้น) จะทำให้อุณหภูมิของเหลวในถังเก็บเพิ่มสูงขึ้น แต่ของเหลวที่อยู่ผิวบนนั้นสามารถระเหยออกไปได้ ทำให้อุณหภูมิลดต่ำลง องค์ประกอบของ LNG มีทั้งไฮโดรคาร์บอนหนักและเบา แต่ในการระเหยนั้นไฮโดรคาร์บอนเบาจะระเหยออกมาก่อน ทำให้ของเหลวด้านบนมีความหนาแน่นสูงขึ้น ในขณะที่ของเหลวด้านล่างมีอุณหภูมิสูงกว่าก็จะมีความหนาแน่นต่ำกว่า ทำให้ของเหลวที่อยู่ด้านบนจมลงล่าง และของเหลวที่อยู่ด้านล่างนั้นลอยขึ้นบนและระเหยเพื่อระบายความร้อนออกไป การไหลเวียนแบบนี้เรียกว่า Natural Circulation (ของเหลวที่อยู่ด้านล่างนั้นมีความดันเนื่องจากน้ำหนักของของเหลวที่อยู่ด้านบนกดเอาไว้ ดังนั้นที่อุณหภูมิที่ทำให้ของเหลวที่อยู่ด้านบนกลายเป็นไอได้ ของเหลวที่อยู่ด้านล่างก็จะยังไม่เดือด)
ถ้าการไหลเวียนเกิดขึ้นทั่วทั้งถัง ก็จะไม่มีปัญหาอะไร แต่ถ้าหากเกิดปรากฏการณ์ใด ๆ ที่ทำให้เกิดการแยกชั้นเป็นของเหลวสองชนิดที่มีความหนาแน่นแตกต่างกันอยู่ในถัง เช่นการเติม LNG ที่มีความหนาแน่นต่ำเข้าไปในถังโดยเติมเข้าทางด้านล่างของถัง จากนั้นจึงค่อยเติม LNG ที่มีความหนาแน่นสูงกว่าเข้าทางด้านล่างของถังเช่นกัน ในกรณีนี้ถ้า LNG ที่เติมเข้าไปไม่มีการผสมเป็นเนื้อเดียวกัน LNG ที่มีความหนาแน่นต่ำจะอยู่ทางด้านบน โดย LNG ที่มีความหนาแน่นสูงกว่าจะอยู่ทางด้านล่าง (ความหนาแน่นของ LNG จะลดลงตามสัดส่วนมีเทนที่เพิ่มขึ้น - ดูรูปที่ ๔)
ในกรณีนี้ ความร้อนที่รั่วไหลเข้าถังเก็บจะทำให้องค์ประกอบเบาที่อยู่ใน LNG ส่วนบนระเหยออกไป ทำให้ความหนาแน่นของ LNG ส่วนบนเพิ่มสูงขึ้น ในขณะที่ LNG ส่วนล่างนั้นมีความหนาแน่นลดต่ำลงเนื่องจากมีอุณหภูมิสูงขึ้นแต่ไม่มีการระเหยองค์ประกอบเบาออกไป (เพราะมีความดันเนื่องจาก LNG ส่วนบนกดเอาไว้) ทำให้ความหนาแน่นของ LNG ทั้งส่วนบนและส่วนล่างนั้นปรับเข้าหากัน (รูปที่ ๓ ซ้ายล่าง) และเมื่อความหนาแน่นของ LNG ส่วนบนนั้นสูงกว่าของ LNG ส่วนล่าง LNG ส่วนบนก็จะจมลงสู่ด้านล่างทันทีทำให้ LNG ส่วนล่างนั้นลอยขึ้นด้านบน องค์ประกอบเบาของ LNG ส่วนล่างที่เดิมนั้นไม่สามารถระเหยออกมาได้เนื่องจากความดันกดเอาไว้ เมื่อความดันที่กดเอาไว้หายไป ก็จะระเหยกลายเป็นไอจำนวนมากออกมาทันที (รูปที่ ๓ ขวาล่าง) ทำให้ความดันในถังเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "Rollover"
หัวข้อ 4.2.2.5 กล่าวว่าไม่มีวิธีการที่แม่นยำ (ที่เป็นที่ยอมรับกันทั่วไป) ในการคำนวณภาระการระบายความดันสำหรับเหตุการณ์นี้ แต่ European standard EN 1473 (Installation and equipment for liquefied natural gas. Design of onshore installations) ก็ได้ให้แนวทางสำหรับหาภาระการระบายที่ต้องมีสำหรับเหตุการณ์นี้ (ถ้าไม่มีการใช้แบบจำลองอื่นในการหาค่า) ดังนั้นโดยทั่วไปจึงมักใช้การออกแบบและการปฏิบัติงานที่เหมาะสมเพื่อป้องกันไม่เห็นเกิดเหตุการณ์นี้
(ไนโตรเจนใช้ในการไล่อากาศออกจากถังเก็บก่อนเติม LNG เข้าถังเก็บ จึงทำให้ LNG ในถังเก็บนั้นมีไนโตรเจนละลายปนเปื้อนเข้ามาได้เล็กน้อย)
หัวข้อ 4.2.2.6 เป็นกรณีของความดันสูงเกินในช่องว่างรูปวงแหวนที่อยู่ระหว่างผนังถังชั้นใน (ที่เป็นที่เก็บของเหลว) และผนังถังชั้นนอก (ที่สัมผัสกับอากาศภายนอก) โดยในช่องว่างนี้อาจเป็นที่ว่างหรือมีวัสดุฉนวนความร้อนเติมอยู่ ดังนั้นอุณหภูมิในช่องว่างนี้ก็จะสูงกว่าอุณหภูมิของเหลวในถัง ถ้าหากมีของเหลวรั่วไหลเข้าไปในช่องว่างนี้ (เช่นการเติมจนล้นถังด้านใน หรือผนังถังด้านในมีรูรั่ว ก็จะทำให้ของเหลวที่รั่วไหลเข้ามาระเหยกลายเป็นไอได้ทันที
การคำนวณอัตราการรั่วไหลตรงนี้อาจทำได้ด้วยการสมมุติให้มีรูรั่วขนาด 20 มิลลิเมตร (หรือ 0.8 นิ้ว) ที่ก้นถังเพื่อใช้สำหรับหาภาระการระบายไอระเหยที่ต้องมี โดยข้อมูลเพิ่มเติมอ่านได้ใน European standard EN 14620 (Design and manufacture of site built, vertical, cylindrical, flatbottomed steel tanks for the storage of refrigerated, liquefied gases with operating temperatures between 0°C and -165°C)
หัวข้อ 4.2.3 (รูปที่ ๕) เป็นแนวพิจารณาเพิ่มเติมสำหรับกรณีการเกิดสุญญากาศภายใน โดยข้อ 4.2.3.1 กล่าวไว้ว่าควรพิจารณาสาเหตุต่าง ๆ ที่อาจทำให้เกิดเหตุการณ์นี้ได้ และยังสามารถรวมกรณีภาระการทำความเย็นสูงสุดเอาไว้ด้วย โดยให้ไปดูที่หัวข้อ 4.2.3.2
หัวข้อ 4.2.3.2กล่าวถึงกรณีของภาระทำความเย็นสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นเมื่อ ไม่มีของเหลวไหลเข้าถัง และความร้อนจากภายนอกที่รั่วไหลเข้าถังนั้นมีค่าน้อยที่สุด (คือปริมาณความร้อนที่ไหลเข้านั้นต่ำกว่าปริมาณความร้อนที่ระบบทำความเย็นดึงออกไป) ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิภายในถังลดต่ำลง ความดันภายในถังก็จะลดต่ำลงตาม
หัวข้อ 4.3 กล่าวถึงข้อกำหนดคุณลักษณะของอุปกรณ์ระบายความดัน โดยกล่าวว่าวิธีการที่ได้บรรยายไว้ในหัวข้อ 3.6 สามารถนำมาใช้ได้กับถังเก็บที่มีระบบทำความเย็น
ต่อไปเป็นหัวข้อ 4.4 ที่เป็นเรื่องเกี่ยวกับการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความดัน (รูปที่ ๖) โดยหัวข้อ 4.4.1 กล่าวว่าสามารถนำวิธีการที่กล่าวไว้ในหัวข้อ 3.7 มาใช้กับถังเก็บที่มีระบบทำความเย็นได้ เว้นแต่มีการดังแปลงดังนี้ (ข้อ 4.4.2 และ 4.4.3)
หัวข้อ 4.4.2 เป็นเรื่องเกี่ยวกับการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความดันสูงเกินหรือระบายสุญญากาศ โดยที่ตัวอุปกรณ์ควรรักษาไม่ให้เไอเย็นทำให้เกิดความแตกต่างของอุณหภูมิในส่วนของหลังคาถัง หรือลดอุณหภูมิในส่วนของหลังคาถัง สำหรับถังที่มีฉนวนแขวนห้อยลงมาจากด้านบน ท่อทางเข้าของตัวอุปกรณ์ระบายความดันควรที่จะทะลุผ่านฉนวนที่แขวนห้อยอยู่นั้น เพื่อเป็นการป้องกันไม่ให้ไอเย็นนั้นรั่วเข้าสู่ที่ว่างที่อุ่นกว่าที่อยู่ระหว่างหลังคาด้านบนและฉนวนที่แขวนห้อยอยู่ และต้องนำผลของตัวท่อนี้มาพิจารณาในการคำนวณความสามารถของวาล์วระบายความดันด้วย (เพราะมันเป็นสิ่งกีดขวางการไหลของแก๊สเข้าวาล์วระบายความดัน) ตัววาล์วระบายความดันควรได้รับการกำหนดขนาดสำหรับความดันที่คร่อมตัววาล์ว และควรพิจารณาความสูญเสียเนื่องจากท่อด้านขาเข้าและความดันต้านด้านขาออกทางหน้าแปลนด้านขาออกด้วย
หัวข้อ 4.4.3 (รูปที่ ๗) เป็นเรื่องของท่อทางออกของระบบระบายความดัน โดยในข้อ 4.4.3.1 กล่าวว่าท่อระบายออกจากอุปกรณ์ระบายความดันหรือ "common discharge headers" (คือท่อที่รับการระบายความดันจากอุปกรณ์ระบายความดันหลายตัวก่อนที่จะระบายออกสู่อากาศ) ควรจะระบายออกสู่อากาศโดยไม่มีสิ่งกีดขวาง (สิ่งกีดขวางตรงนี้น่าจะหมายถึงโครงสร้างอื่นที่อยู่ใกล้เคียงปลายท่อ) ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้แก๊สเย็นพุ่งเข้าปะทะตัวถังบรรจุหรือโครงสร้างใด ๆ ที่ติดตั้งบนหลังคา
หัวข้อ 4.4.3.2 ปล่องระบายของอุปกรณ์ระบายความดันควรได้รับการออกแบบและติดตั้งโดยที่สามารถป้องกันไม่ให้ น้ำ, น้ำแข็ง, หิมะ หรือสิ่งแปลกปลอมอื่นใดเกิดการสะสมและกีดขวางเส้นทางการไหล การระบายควรหันขึ้นบนเมื่อระบายออกสู่อากาศ ควรพิจารณาการมีฐานอิสระรองรับปล่องในแนวดิ่ง และควรมีการจัดหาวิธีการที่จะลด ผลกระทบทางความร้อนบนตัวถังบรรจุ และอุปกรณ์ใด ๆ ที่ติดตั้งบนหลังคาที่สามารถก่อให้เกิดการจุดระเบิดจากปล่องวาล์วระบายความดันได้
refrigerated tank ใช้สำหรับเก็บแก๊สที่มีจุดเดือดต่ำในปริมาณมากเช่นมีเทนและแอมโมเนีย เนื่องจากทั้งมีเทนและแอมโมเนียเป็นแก๊สที่เบากว่าอากาศ ดังนั้นจึงสามารถระบายออกสู่อากาศได้โดยตรง เพราะปรกติ tank farm ก็ตั้งอยู่ในที่โล่งที่ไม่มีสิ่งก่อสร้างสูง ๆ ใด ๆ อยู่ใกล้ แก๊สที่วาล์วระบายความดันระบายออกมาจึงฟุ้งกระจายในอากาศได้อย่างรวดเร็ว
ปลายท่อที่หันขึ้นด้านบนก็เปิดโอกาสให้ทั้งน้ำฝนและหิมะเข้ามาสะสมภายในได้ถ้าไม่มีการป้องกัน การป้องกันอาจทำได้ด้วยการทำให้ปลายท่อเป็นรูปตัวที (Tee diffuser) ที่ระบายแก๊สออกทางด้านข้าง หรือใช้ Rain cap ที่จะเปิดด้วยแรงดันแก๊สที่ระบายออกมาและปิดตัวลงเมื่อแก๊สหยุดการไหล หรือการใช้ Weather cap ที่มีลักษณะคล้ายถุงครอบลงไปบนปลายท่อ และจะปลิวออกไปเมื่อมีการระบายแก๊สออกมา (รูปที่ ๘)
สำหรับตอนที่ ๑๓ ก็ขอจบเพียงแค่นี้
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น