API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๓๐) MO Memoir : Wednesday 8 July 2569

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

สำหรับตอนนี้จะเป็นส่วนของภาคผนวก F (รูปที่ ๑) ซึ่งเป็นการให้ข้อมูลเกี่ยวกับแนวทางสำหรับการใช้แก๊สเฉื่อยปกคลุมเพื่อป้องกันเปลวไฟวิ่งย้อนกลับเข้ามาในถังเก็บ

สำหรับของเหลวที่มีอุณหภูมิจุดวาบไฟสูงกว่าอุณหภูมิห้อง บรรยากาศเหนือผิวของเหลวในถังสามารถเต็มไปด้วยอากาศโดยความเข้มข้นเชื้อเพลิงนั้นไม่สูงมากพอที่จะลุกติดไฟได้ แต่ในกรณีที่ถังถูกไฟคลอกจนทำให้อุณหภูมิของเชื้อเพลิงในถังเพิ่มสูงขึ้น การระเหยกลายเป็นไอก็จะมากขึ้นจนอาจทำให้ความเข้มข้นของเชื้อเพลิงนั้นสูงถึงระดับ Lower Explosive Limit ได้ ดังนั้นไอระเหยที่ระบายออกมาทางช่องระบายจึงเป็นไอระเหยที่สามารถลุกติดไฟได้ เมื่อไอระเหยนี้พบกับเปลวไฟที่ไหม้อยู่ภายนอก ก็จะเกิดการเปลวไฟไหม้วิ่งย้อนกลับ (Flashback) เข้าไปในถัง ทำให้เกิดการระเบิดในถังได้ ดังนั้นถ้าไม่ต้องการให้เกิดเหตุการณ์เช่นนี้ ก็ต้องหาทางลดความเข้มข้นออกซิเจนภายในถัง ซึ่งวิธีการทำทั่วไปก็คือการป้อนแก๊สเฉื่อน (ปรกติก็คือไนโตรเจน) เข้าไปในถังเวลาที่ความดันในถังลดต่ำลงกว่าบรรยากาศภายนอก เพื่อลดการไหลเข้าของอากาศภายนอกเข้ามาในถัง

รูปที่ ๑ เริ่มภาคผนวก F

หัวข้อ F.1 เป็นเรื่องทั่วไป โดยกล่าวว่าภาคผนวกนี้บรรยายระดับการออกแบบการใช้แก๊สเฉื่อยปกคลุมถัง 3 ระดับด้วยกัน โดยทุกระดับให้ความสามารถในการป้องกันเปลวไฟวิ่งย้อนกลับได้ทัดเทียมกัน ระดับที่ 1 นั้นมีความต้องการใช้แก๊สเฉื่อยในการปกคลุมที่ต่ำที่สุดร่วมกับการใช้การกำหนดประเภท flame-arrester (อุปกรณ์ดักเปลวไฟ) ที่เฉพาะเจาะจง ระดับที่ 2 มีความต้องการใช้แก๊สเฉื่อยในการปกคลุมที่เข้มงวดมากขึ้นร่วมกับการใช้การกำหนดประเภท flame-arrester ที่แตกต่างออกไป และระดับที่ 3 มีความต้องการใช้แก๊สเฉื่อยในการปกคลุมโดยไม่ต้องใช้ flame-arrester

รูปที่ ๒ เริ่มหัวข้อ F.2 การระบายอากาศเข้าถังเก็บ

หัวข้อ F.2 เป็นเรื่องของการระบายอากาศเข้าภายในถังเก็บ (Inbreathing)

การระบายอากาศ (ในที่นี้ขอให้คำว่าอากาศแม้ว่าจะเป็นการป้อนแก๊สเฉื่อยเข้าถังเก็บเพื่อรักษาความดันภายในถัง) ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศหรือการสูบของเหลวออกจากถังจะกระทำด้วยการใช้แก๊สเฉื่อย สำหรับการป้อนแก๊สเฉื่อยนั้น จำเป็นต้องทราบค่าอัตราการไหลโดยปริมาตรที่ต่ำสุดของแก๊สเฉื่อย (V(dot)_I) และปริมาตรของแก๊สเฉื่อยที่สำรองไว้ (V_I) ค่าเหล่านี้ควรได้รับการระบุไว้ว่าเป็นเกณฑ์ที่ใช้ในการคำนวณค่าอัตราการไหลสูงของกรณีการระบายอากาศออกจากถังและการยอมให้อากาศไหลเข้าในถังตามหัวข้อ 3.3.2 พร้อมกับระดับการจำแนก 3 ระดับที่ให้ไว้ร่วมกับการใช้อุปกรณ์เพื่อความปลอดภัยและเฝ้าติดตาม ในการที่จะระบุปริมาณของแก๊สเฉื่อยที่ต้องสำรองเอาไว้ ควรต้องพิจารณาปริมาตรของส่วนต่าง ๆ ในระบบท่อที่เกี่ยวข้องด้วย (กล่าวคือไปจนถึงหน่วยแยกอากาศ)

การคำนวณค่าอัตราการไหลที่ต้องการและปริมาตรแก๊สเฉื่อยที่ต้องใช้ สำหรับระดับการป้องกัน 3 ระดับมีดังนี้

a) สำหรับการป้องกันระดับที่ 1 คำนวณค่าอัตราการไหลที่ต้องการ (ในหน่วยลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง) ด้วยสมการ (F.1) และค่าปริมาตรของแก๊สเฉื่อยที่สำรองไว้ (V_I) ด้วยสมการ (F.2) (ดูสมการทั้งสองในรูปที่ ๒) โดยที่

C คือค่าแฟคเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับ ความดันไอ, อุณหภูมิเก็บรักษาเฉลี่ย และตำแหน่งละติดจูด (ดู Table 2)

R_i คือแฟคเตอร์ค่าการลดสำหรับการหุ้มฉนวน โดยที่

R_i มีค่าเท่ากับ 1 ถ้าไม่มีการหุ้มฉนวน

R_i มีค่าเท่ากับ R_in สำหรับถังที่มีการหุ้มฉนวนสมบูรณ์ (ดูสมการที่ 11)

R_i มีค่าเท่ากับ R_inp สำหรับถังที่มีการหุ้มฉนวนบางส่วน (ดูสมการที่ 12)

V_tk คือปริมาตรของถัง

V(dot)_pc คืออัตราการดึงเอาของเหลวออกจากถังสูงสุด

V_I = 0.04V_tk

การป้อนแก๊สเฉื่อยนั้นควรได้รับการเฝ้าติดตาม (กล่าวคือวัดความดันและความเข้มข้นออกซิเจนภายในถัง) ควรมีการติดสัญญาณเตือนเมื่อความดันสุญญากาศถึงค่าที่ตั้งเอาไว้ ที่ระดับการปกคลุมด้วยแก๊สเฉื่อยระดับนี้ (คือระดับที่ 1) บรรยากาศภายในถังเก็บถือได้ว่าเป็น ZONE 1 ตามมาตรฐาน IEC 60079-10 ควรมีการติดตั้ง flame arrester ที่ปลายท่อ (คือด้านที่เปิดออกสู่บรรยากาศ) ที่ได้รับการทดสอบสำหรับ deflagration ของเปลวไฟและความทนทานต่อการเผาไหม้ตามมาตรฐาน IEC explosion group IIA (NEC Group D) สำหรับไอ

หมายเหตุ :

(ก) การเผาไหม้แบบ deflagration นั้นความเร็วในการเคลื่อนที่ของเปลวไฟยังต่ำกว่าความเร็วเสียง ถ้าถึงความเร็วเสียงเมื่อใดจะกลายเป็น detonation ที่มีความรุนแรงมากกว่า

(ข) IEC และ NEC เป็นมาตรฐานการจำแนกพื้นที่อันตราย (Hazardous area classification) โดย IEC เป็นของทางยุโรป และ NEC เป็นของทางสหรัฐอเมริกา group IIA และ Group D คือกลุ่มของแก๊ส มีเทน โพรเพน และบิวเทน

b) สำหรับการป้องกันระดับที่ ๒ (รูปที่ ๓) คำนวณค่าอัตราการไหลที่ต้องการ V(dot)_I (ในหน่วยลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง) ด้วยสมการ (F.3) และค่าปริมาตรของแก๊สเฉื่อยที่สำรองไว้ (V_I) ด้วยสมการ (F.4) (ดูสมการทั้งสองในรูปที่ ๓) โดยที่สัญลักษณ์ต่าง ๆ เป็นเหมือนดังของสมการ (F.1)

สัญญาณเตือนที่ระบุไว้ภายใต้การปกคลุมด้วยแก๊สเฉื่อยขั้นตอนที่ 1 ควรกระตุ้นการปิดการไหลของของเหลวออกจากถัง ที่ระดับการปกคลุมด้วยแก๊สเฉื่อยระดับนี้ (คือระดับที่ 2) บรรยากาศภายในถังเก็บถือได้ว่าเป็น ZONE 2 ตามมาตรฐาน IEC 60079-10 ควรมีการติดตั้ง flame arrester ที่ปลายท่อ (คือด้านที่เปิดออกสู่บรรยากาศ) ที่ได้รับการทดสอบสำหรับ deflagration ของเปลวไฟและความทนทานต่อการเผาไหม้ตามมาตรฐาน IEC explosion group IIA (NEC Group D) สำหรับไอ

c) สำหรับการป้องกันระดับที่ ๓ (รูปที่ ๓) คำนวณค่าอัตราการไหลที่ต้องการ V(dot)_I (ในหน่วยลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง) ด้วยสมการ (F.5) และค่าปริมาตรของแก๊สเฉื่อยที่สำรองไว้ (V_I) ด้วยสมการ (F.6) (ดูสมการทั้งสองในรูปที่ ๓) โดยที่สัญลักษณ์ต่าง ๆ เป็นเหมือนดังของสมการ (F.1)

สัญญาณเตือนที่ระบุไว้ภายใต้การปกคลุมด้วยแก๊สเฉื่อยขั้นตอนที่ 1 ควรกระตุ้นการปิดการไหลของของเหลวออกจากถัง ที่ระดับการปกคลุมด้วยแก๊สเฉื่อยระดับนี้ (คือระดับที่ 2) บรรยากาศภายในถังเก็บถือได้ว่าเป็น ZONE 2 ตามมาตรฐาน IEC 60079-10 ควรมีการติดตั้ง flame arrester ที่ปลายท่อ (คือด้านที่เปิดออกสู่บรรยากาศ) ที่ได้รับการทดสอบสำหรับ deflagration ของเปลวไฟและความทนทานต่อการเผาไหม้ตามมาตรฐาน IEC explosion group IIA (NEC Group D) สำหรับไอ

ความดันในถังควรได้รับการรักษาไว้ให้สูงกว่าความดันบรรยากาศ และระบบเฝ้าตรวจควรได้รับการออกแบบให้มีระบบสำรอง แหล่งป้อนแก๊สเฉื่อยควรมีความดันสูงกว่าความดันภายในถัง และอัตราการไหลที่ต้องการ V(dot)_I) ควรสามารถทำให้ความดันในถึงมีค่าอย่างน้อยเท่ากับความดันบรรยากาศ ความดันสั่งตัดการทำงานการสูบของเหลวออกจากถังควรตั้งให้มีค่าสูงกว่าความดันบรรยากาศ สัญญาณเตือนควรเริ่มการทำงานเมื่อความดันอยู่ที่ความดันสั่งตัดการทำงาน (ดู Figure F.1 ในรูปที่ ๕) ที่ระดับการปกคลุมด้วยแก๊สเฉื่อยระดับนี้ (คือระดับที่ 3) บรรยากาศภายในถังเก็บถือได้ว่าเป็น ZONE 2 ตามมาตรฐาน IEC 60079-10 ที่ระดับการปกป้องด้วยแก๊สเฉื่อยระดับ 3 นี้ ไม่จำเป็นต้องมีการติดตั้งอุปกรณ์ป้อนกันเปลวไฟวิ่งย้อนกลับเข้าไปในถัง (เพราะความดันภายในถังจะสูงกว่าความดันบรรยากาศภายนอกตลอดเวลา)

รูปที่ ๓ หัวข้อ F.2 (ต่อ)

ต่อไปเป็นหัวข้อ F.3 (รูปที่ ๔) ซึ่งเป็นกรณีของระบบป้อนแก๊สเฉื่อยร่วม

เมื่อมีถังเก็บหลายใบใช้ระบบป้อนแก๊สเฉื่อยร่วมกัน ความต้องการแก๊สเฉื่อยคำนวณได้จากผลรวมของอัตราการไหลรวมที่ต้องการของถังแต่ละใบ และปริมาณแก๊สเฉื่อยคำนวณได้จากผลรวมของปริมาตรที่ต้องการของถังแต่ละใบ

ถ้าถังหลายใบที่ใช้ท่อจ่ายแก๊สเฉื่อยร่วมกันนั้นถูกแบ่งแยกจนทำให้ไม่มีถังใดถังหนึ่งต้องการการจ่ายแก๊สสูงเกินกว่า 20% ของความต้องการทั้งหมดของถังทุกใบรวมกัน อาจลดค่าการคำนวณที่ได้ลง 50%

ปริมาณการใช้งานปรกติที่คาดการณ์ไว้ควรนำมาพิจารณาร่วมด้วยเพื่อระบุความสามารถทั้งหมดของระบบจ่ายแก๊สเฉื่อย

รูปที่ ๔ หัวข้อ F.3 และ F.4

หัวข้อ F.4 (รูปที่ ๔) เป็นกรณีของที่ว่างของไอเหนือผิวของเหลวที่มีการเชื่อมต่อกัน (คือถังหลายใบมีท่อเชื่อมต่อที่ว่างเหนือผิวของเหลวเข้าด้วยกัน)

สำหรับการระบายอากาศของถังโดยที่มีถังอย่างน้อย 5 ถังที่ที่ว่างของไอเหนือผิวของเหลวมีการเชื่อมต่อกัน ไม่จำเป็นต้องมีการพิจารณาอัตราการสูบของเหลวออก กล่าวคืออาจไม่ต้องพิจารณาค่า ในสมการที่ (F.1), (F.3) และ (F.5) เมื่อคำนวณค่า

รูปที่ ๕ เป็นหัวข้อสุดท้ายของภาคผนวก F โดยเป็นหัวข้อ F.5 ที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งของช่องระบายสุญญากาศ

หัวข้อนี้กล่าวว่าในทางปฏิบัติควรให้ตำแหน่งของช่องระบายสุญญากาศอยู่ใกล้กับจุดป้อนแก๊สเฉื่อยเข้าถังเก็บ เพื่อเป็นการลดความเข้มข้นของออกซิเจน ณ ตำแหน่งที่อากาศภายนอกสามารถไหลเข้ามาในถังเก็บ

ส่วนรูป Figure F.1 แสดงค่าระดับการตั้งค่าความดันสำหรับตัดการทำงานในกรณีของการใช้แก๊สไนโตรเจนปกคลุมในกรณีของการป้องกันระดับที่ ๓ (คือไม่มีการติดตั้ง flame arrester แต่จะรักษาความดันภายในถังให้สูงกว่าความดันบรรยากาศตลอดเวลา) โดยที่

p_atm คือค่าความดันบรรยากาศ

p_trip คือค่าความดันที่หยุดการสูบของเหลวออกจากถัง

p_{vent, set vacuum} คือค่าความดันสุญญากาศที่ต้องมีการระบายแก๊สเข้าภายในถัง

p_{control, nitrogen} คือค่าความดันที่จะทำการป้อนไนโตรเจน

p_{vent, set pressure} คือค่าความดันที่ต้องมีการระบายแก๊สออกจากถัง

p_design คือค่าความดันออกแบบของถัง

สำหรับฉบับนี้ก็เป็นฉบับสุดท้ายของปีที่ ๑๘ ซึ่งมีทั้งสิ้น ๕๖ บทความรวมทั้งสิ้น ๒๒๔ หน้า ฉบับต่อไปก็จะเป็นการขึ้นปีที่ ๑๙

รูปที่ ๕ หัวข้อ F.5 และ Figure F.1

API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๒๙) MO Memoir : Thursday 2 July 2569

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

ตอนนี้เป็นการเริ่มภาคผนวก E ที่เป็นเรื่องของเกณฑ์ที่ใช้สำหรับการคำนวณการระบายความดันออกและการให้อากาศภายนอกไหลเข้าในสภาวะปรกติ

เริ่มที่หัวข้อ E.1 ขอบเขต (รูปที่ ๑) กล่าวว่าภาคผนวกนี้ให้เงื่อนไขค่าขอบเขตที่ใช้ในการพัฒนาวิธีการทั่วไปในการคำนวณการระบายความดันออกในสภาวะปรกติและการให้อากาศภายนอกไหลเข้าในสภาวะปรกติดังที่ได้บรรยายไว้ในหัวข้อ 3.3.2 ข้อมูลเหล่านี้นำมาจากเอกสารอ้างอิง [21]

รูปที่ ๑ เริ่มภาคผนวก E [21] คือเอกสารอ้างอิง

หัวข้อ E.2 คือเงื่อนไขค่าขอบเขตและข้อสมมุติ โดยให้ข้อมูลเงื่อนไขค่าขอบเขตและค่าสมมุติต่าง ๆ ดังนี้

a) ในถังมีแต่ไอ (ไม่มีของเหลวอยู่ในถัง) (เวลาอุณหภูมิเปลี่ยน ไอจะมีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรมากกว่าของเหลว ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความดันจะมีมากที่สุดเมื่อในถังมีแต่ไอ)

b) ไม่พิจารณาฟลักซ์ความร้อน (ในกรณีของการเย็นตัวลง) ไปยังพื้นล่างของถัง

c) ไม่พิจารณาค่าความจุความร้อนของถังเพิ่มเติมนอกเหนือไปจากส่วนผนัง

d) สมมุติให้ถังมีค่าความหนาผนังต่ำสุด (ตามที่กำหนดไว้ในมาตรฐาน DIN4119 (ทุกส่วน))

e) สมมุติให้ค่ามุมลาดเอียงต่ำสุดของหลังคาคือ 15 องศา สำหรับกรณีของหลังคารูปกรวย

f) อัตราส่วนการแผ่รังสี (e) สำหรับการแผ่รังสีจากผนังจะใช้ค่ากลาง ๆ โดยอิงจากข้อมูลของสีอะลูมิเนียมบรอนซ์สกปรก (e₁ = e₂ = 0.6)

รูปที่ ๒ หัวข้อ E.3 และ E.4

หัวข้อ E.3 (รูปที่ ๒) เป็นส่วนของการประมาณค่า โดยได้ให้รายละเอียดของการประมาณค่าและข้อสมมุติที่ใช้กันทั่วไปในการแก้ปัญหาที่ซับซ้อน

a) สนามอุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของผนังถังและบรรยากาศภายในถัง ถูกกำหนดด้วยอุณหภูมิเฉลี่ย

b) ไม่พิจารณาการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนที่เปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ดังนั้นจะถือว่าค่า alpha เป็นค่าคงที่

c) ไม่พิจารณาผลของความแปรปรวนของความดันบรรยากาศ โดยอิงจากความจริงที่ว่าการระบายจะเกิดขึ้นที่ค่าผลต่างความดันที่กำหนดไว้

หัวข้อ E.4 (รูปที่ ๒) เป็นข้อสมมุติที่ใช้ในกรณีที่ถังได้รับความร้อน โดยมีข้อสมมุติพิเศษเพิ่มเติม เมื่อพิจารณากรณีของการที่ถังได้รับความร้อนดังนี้

a) ในถังมีแค่อากาศ

b) ไม่พิจารณาว่ามีของเหลวหลงเหลืออยู่ในถัง (ซึ่งของเหลวสามารถระเหยกลายเป็นไอเมื่อร้อนขึ้นได้ ทำให้ความดันที่เพิ่มขึ้นไม่ได้เกิดจากการขยายตัวของแก๊สเพียงอย่างเดียว แต่มีความดันที่เกิดจากไอระเหยเพิ่มเข้ามาด้วย)

c) เมื่อเริ่มต้นการระบาย จะถือว่าผนังของถังและสิ่งที่อยู่ในถังอยู่ที่สถานะสมดุลทางความร้อนที่อุณหภูมิ 15ºC

d) การพาความร้อนอย่างอิสระเกิดขึ้นทั้งทางด้านในและด้านนอกของถัง โดยมีค่าสัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อนเท่ากับ 2 W/(m².K)

e) การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์เริ่มต้นที่ค่าสูงสุดที่คาดการณ์ไว้ และคงที่ตลอด

f) พิจารณาว่าอุณหภูมิสภาพแวดล้อมคงที่จนกระทั่งค่าอัตราการไหลโดยปริมาตรเพิ่มถึงค่าสูงสุด

รูปที่ ๓ หัวข้อ E.5

หัวข้อ E.5 (รูปที่ ๓) เป็นข้อสมมุติที่ใช้ในกรณีที่ถังได้รับความร้อน โดยมีข้อสมมุติพิเศษเพิ่มเติม เมื่อพิจารณากรณีของการที่ถังเย็นตัวลงดังนี้

a) ในถังมีแค่อากาศ

b) ณ จุดที่เริ่มเย็นตัวลง อุณหภูมิของบรรยากาศภายในถังและอุณหภูมิผนังถังอยู่ที่สถานะสมดุลทางความร้อนที่อุณหภูมิ 55ºC โดยไม่ขึ้นกับโครงสร้างและปริมาตราของถัง

c) การเย็นตัวจากฝนตกเริ่มขึ้นทันที และฝนตกอย่างต่อเนื่องโดยไม่เปลี่ยนความแรง สำหรับการคำนวณค่าอัตราการไหลเข้าที่ต้องมี จะใช้ข้อมูลดังต่อไปนี้

- ความหนาแน่นในการไหลของฝน = 225 kg/(m².h)

- มุมฝนตกกระทบ = 30 องศา

- อุณหภูมิน้ำฝน = 15ºC

- ค่าสัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อน (จากฝนสู่บรรยากาศแวดล้อม) = 15 W/(m².K)

d) การพาความร้อนอย่างอิสระเกิดขึ้นที่ด้านในของผนังถัง (ค่าสัมประสิทธิการถ่ายเทความร้อน (ผนังไปยังภายใน) เท่ากับ 5 W/(m².K) และการระบายความร้อนด้วยฟิล์มของเหลวเกิดขึ้นที่ผิวด้านนอกของถัง โดยมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน 5,000 W/(m².K)

e) ไม่คำนึงถึงความเป็นไปได้ที่จะมีการเปลี่ยนแปลงค่าอุณหภูมิเฉลี่ยของบรรยากาศภายในถัง อันเป็นผลจากการผสมเข้ากับอากาศจากภายนอกที่เย็นกว่า

สำหรับภาคผนวก E ก็จบเพียงแค่นี้