หมายเหตุ
:
เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน
API
2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020
โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ
ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน
ตอนนี้เป็นส่วนของภาคผนวก
G
และเป็นตอนจบของบทความชุด
API
2000 นี้
ภาคผนวก
G
เป็นการอธิบายความแตกต่างในการระบายอากาศเข้าถังเก็บระหว่างการใช้วิธีการทั่วไปและวิธีการที่ให้ไว้ในภาคผนวก
A
หัวข้อ
G.1
เรื่องทั่วไป
กล่าวว่ามาตรฐานนี้ให้วิธีการคำนวณอัตราการไหลเข้าถังเก็บในกรณีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิไว้
๒ วิธีการด้วยกัน
คือวิธีแรกคือวิธีการทั่วไปที่ให้ไว้ในหัวข้อ
(3.3.2.1)
และวิธีการที่ให้ไว้ในภาคผนวก
A
ภาคผนวกนี้อธิบายว่าทำไมวิธีการทั้งสองจึงให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ
รูปที่
๑ เริ่มภาคผนวก G
หัวข้อ
G.2
เป็นเรื่องของสมการ
การระบายอากาศเข้าถังโดยมีฉากทัศน์ที่ว่าถังนั้นเย็นลงทันทีอันเป็นผลจากฝนตก
สามารถใช้สมการ (G.1)
ในการคำนวณหาค่าการระบายอากาศเข้าถังอันเป็นผลจากอุณหภูมิที่ลดลงได้
โดยที่
VT
คือปริมาตรของถัง
ในหน่วยลูกบาศก์เมตร
T0
คืออุณหภูมิเริ่มต้นของแก๊ส
ในหน่วยเคลวิน
dT/dt
คืออัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของไอที่อยู่ในที่ว่างของถัง
ในหน่วยเคลวินต่อชั่วโมง
คืออัตราการไหลเข้าของอากาศภายนอก
ในหน่วยลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง
และเพื่อจะคำนวณอัตราการไหลเข้าของอากาศ
จำเป็นต้องระบุอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
(dT/dt)
ของไอที่อยู่ในที่ว่างของถัง
ซึ่งอัตราการเปลี่ยนแปลงนี้คำนวณได้โดยใช้สมการ
(G.2)
โดยที่
รูปที่
๒ สมการต่าง ๆ
V(dot)
คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนด้วยการพา
ในหน่วย วัตต์ต่อ (ตารางเมตร.เคลวิน)
(โดยทั่วไปจะมีค่าเป็น
4
หรือ 5
วัตต์ต่อ
(ตารางเมตร.เคลวิน)
T
คืออุณหภูมิของตัวกลาง
ในหน่วยเคลวิน
Twall
คืออุณหภูมิของผนังถัง
ในหน่วยเคลวิน
cp
คือค่าความจุความร้อนที่ความดันคงที่
(ของส่วนที่ว่างส่วนที่เป็นไอ)
r
คือความหนาแน่นของตัวกลาง
(คือที่ว่างส่วนที่เป็นไอ)
surface
คือพื้นที่การถ่ายเทความร้อน
ซึ่งนำเอาพื้นที่ผิวทั้งหมดของถัง
(ลำตัวและหลังคา)
ยกเว้นส่วนก้นถัง
ในหน่วยตารางเมตร
volume
คือปริมาตรส่วนที่เป็นไอภายในถัง
(คิดในกรณีถังเปล่า)
ในหน่วยลูกบาศก์เมตร
รูปที่
๓ ตาราง G.1 และรูป G.1สมการ
(G.2)
แสดงให้เห็นว่านอกเหนือไปจากค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน
(V(dot))
และคุณสมบัติของที่ว่างส่วนที่เป็นไอแล้ว
(cp
และ
r)
อัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
(dT/dt)
ยังได้รับผลกระทบจากอัตราส่วนพื้นที่ต่อปริมาตรของถังเก็บ
จากค่าที่สมการ (G.2)
ได้ให้ไว้
ถังที่มีขนาดเล็กจะมีอัตราการเย็นตัวสูงกว่าถังที่มีขนาดใหญ่กว่า
ตาราง G.1
(รูปที่
๓)
ที่ใช้กับถังหลังคาเรียบนั้นแสดงให้เห็นว่าถังขนาดเล็กมีอัตราส่วนพื้นที่ต่อปริมาตรสูงกว่าถังที่มีขนาดใหญ่
ในตัวอย่างที่แสดงไว้ในตาราง
G.1
ถังขนาดเล็ก
(ความจุ
811
ลูกบาศก์เมตร)
มีค่าอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรประมาณ
3.7
เท่าของถังที่มีขนาดใหญ่ที่สุด
(41,900
ลูกบาศก์เมตร)
นอกจากนี้อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร
(S/V)
ยังขึ้นอยู่กับค่าอัตราส่วนความสูง
(H)
ต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง
(D)
เพียงเล็กน้อย
สำหรับถังหลังคารูปกรวย
ความสัมพันธ์ที่คล้ายคลึงกันนี้ก็สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้
ดังแสดงไว้ในรูป G.1
หัวข้อ
G.3
(รูปที่
๔)
เป็นส่วนของข้อสมมุติ
ข้อสมมุติที่เฉพาะเจาะจงที่ใช้ในวิธีการทั้งสองได้แสดงไว้ในตาราง
G.2
(พึงสังเกตว่าวิธีการในภาคผนวก
A
แยกออกเป็นสองส่วนคือ
ส่วนของถังขนาดเล็กและส่วนของถังขนาดใหญ่
รูปที่
๔ ข้อสมมุติ
หัวข้อ
G.4
(รูปที่
๕ และ ๖)
เป็นส่วนของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของส่วนที่เป็นไอที่อยู่เหนือผิวของเหลว
วิธีการในภาคผนวก
A
ใช้การสมมุติที่ว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมีค่าคงที่
(dT/dt
= 56 เคลวินต่อชั่วโมง)
สำหรับถังขนาดเล็ก
(ปริมาตรไม่เกิน
3,180
ลูกบาศก์เมตร)
และมีค่าอัตราการเปลี่ยนแปลงเปลี่ยนไปสำหรับถังที่มีขนาดใหญ่กว่า
3,180
ลูกบาศก์เมตรแต่ไม่เกิน
30,000
ลูกบาศก์เมตร
(วิธีการในภาคผนวก
A
ใช้ไม่ได้กับถังที่มีขนาดใหญ่กว่า
30,000
ลูกบาศก์เมตร
กล่าวอีกนัยหนึ่งคืออัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวิธีการทั่วไปนั้นอิงอยู่บนการคำนวณทางเทอร์โมไดนามิกส์อย่างละเอียด
อัตราการระบายอากาศเข้าถังนั้นจะเปลี่ยนไปตามเวลา
อัตราการระบายอากาศเข้าสูงสุดจะเกิดเมื่ออัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของที่ว่างส่วนที่เป็นไอนั้นมีค่าสูงสุด
สิ่งนี้มักเกิดขึ้นในช่วงไม่กี่นาทีแรกหลังฝนเริ่มตก
รูป G.2
(รูปที่
๕)
แสดงอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูงสุดสำหรับช่วงของปริมาตรถังเก็บที่อิงอยู่บนวิธีการทั้งสอง
เส้นสีดำทึบเป็นผลการคำนวณทางเทอร์โมไดนามิกส์
(วิธีการทั่วไป)
ที่กระทำต่อถังที่มีค่าอัตราส่วนความสูงต่อเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับ
2
และ
0.2
ข้อสมมุติอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูงสุดที่ใช้ในภาคผนวก
A
แสดงไว้ด้วยเส้นทึบสีแดงในรูป
G.2
ความแตกต่างในค่าอัตราการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสูงสุดที่ทำนายได้เป็นเหตุผลหลักที่ว่าทำไมวิธีการทั่วไปจึงให้ค่าภาระการไหลเข้าของอากาศนั้นสูงกว่าวิธีการที่ให้ไว้ในภาคผนวก
A
ผลการคำนวณทางเทอร์โมไดนามิกส์ด้วยวิธีการทั่วไปสามารถประมาณได้ด้วยสมการ
G.3
โดยที่
C
มีค่าเท่ากับ
5
(ดูรูป
G.3)
สมการนี้คือสมการที่ถูกระบุไว้ในวิธีการทั่วไป
รูปที่
๕ เริ่มหัวข้อ G.4
รูปที่
๖ ตอนต่อของหัวข้อ G.4
รูปที่
๗ หัวข้อ G.5
หัวข้อ
G.5
(รูปที่
๗)
เป็นเรื่องของการศึกษาความไว
ความรุนแรงของฝนเป็นหนึ่งในปัจจัยที่มีนัยสำคัญต่อการคำนวณค่าการระบายอากาศเข้า
การคำนวณโดยใช้แบบจำลองทางเทอร์โมไดนามิกส์แสดงให้เห็นว่าความรุนแรงของฝน
(โดยให้ปัจจัยอื่นคงที่)
จำเป็นต้องมีค่าอย่างน้อยหนึ่งแมกนิจูดที่ต่ำกว่าค่า
225
กิโลกรัมต่อตารางเมตรต่อชั่วโมงที่ระบุไว้
เพื่อให้ได้ค่าอัตราการระบายอากาศเข้าเป็นค่าที่ประมาณไว้ด้วยวิธีการในภาคผนวก
A
(ดูรูป
G.4)
สำหรับ
API
2000 ก็จบลงเพียงแค่นี้
ส่วนที่แนบท้ายมาอีก ๒
รูปคือหน้าเอกสารอ้างอิง
และฉบับนี้ก็เป็นการเริ่มต้นปีที่
๑๙ ของการเขียน MO
Memoir
รูปที่
๘ ส่วนของเอกสารอ้างอิง
รูปที่
๙ ส่วนของเอกสารอ้างอิง
(ต่อ)