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

การวินิจฉัยการเข้าข่ายสินค้าที่ใช้ได้สองทาง ตัวอย่างที่ ๒๘ ปั๊มสำหรับสารเคมี MO Memoir : Wednesday 1 July 2569

การเลือกใช้งานปั๊มมีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณา ไม่ว่าจะเป็นเรื่อง ความดัน, อันตราการไหล, อุณหภูมิการทำงาน, ชนิดของสารเคมี, การรั่วไหล (จากโครงสร้างตัวปั๊ม) ที่ยอมรับได้ ฯลฯ ในกรณีของสารเคมีที่มีความเป็นพิษสูง ขนาดการรั่วไหลที่ยอมรับได้อาจมีค่าต่ำมากหรือต้องเป็นศูนย์ ทำให้ต้องเลือกใช้ปั๊มที่ให้ความมั่นใจว่าจะไม่เกิดการรั่วไหลของสารเคมีในขณะทำงาน

ถ้าเป็นการทำงานที่อัตราการไหลต่ำ อุณหภูมิต่ำ หรือไม่ได้ใช้ความดันสูง ปั๊มขนาดเล็กเช่น peristaltic pump (ภาษาไทยเรียกว่าปั๊มรีดท่อ) หรือ diaphragm pump ก็จัดว่าเป็นปั๊มที่ไม่มีการรั่วไหล แต่ต้องเลือกชนิดวัสดุที่ใช้ทำตัวท่อหรือแผ่นไดอะแฟรมให้เหมาะสม

ในกรณีที่เป็นการทำงานที่อัตราการไหลที่สูง อุณหภูมิที่สูง หรือความดันที่สูง ก็คงต้องหันมาพิจารณาพวก ปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump), piston pump, rotary pump, gear pump ที่มีกลไกสำหรับเหวี่ยง (กรณีของปั๊มหอยโข่ง) หรือผลักดันของเหลวไปข้างหน้า (พวก piston, rotary และ gear pump) ซึ่งกลไกเหล่านี้มักจะทำงานด้วยการขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นส่วนใหญ่ แต่ปั๊มพวกนี้จะมีจุดอ่อนตรงที่จุดที่เพลาของมอเตอร์ขับเคลื่อนนั้นสอดเข้าไปในตัวเรือนเพื่อหมุนใบพัดหรือพวกเฟืองต่าง ๆ ที่ใช้ผลักดันของเหลวนั้นเป็นจุดที่ของเหลวภายในปั๊มสามารถรั่วไหลออกมาได้ (รูปที่ ๑) จึงจำเป็นต้องหาทางป้องกันไม่ให้ของเหลวนั้นรั่วออก ณ ตำแหน่งนี้ และวิธีการหลักวิธีการหนึ่งที่ใช้กันมากคือการใช้ mechanical seal ซึ่งกรณีของของเหลวที่ไม่ได้มีความเป็นพิษสูง การใช้ mechanical seal เพียงตัวเดียวในการปิดกั้นก็เพียงพอแล้ว

รูปที่ ๑ ตัวอย่างของปั๊มหอยโข่งแบบทั่วไปที่มีตัวปั๊มกับมอเตอร์ขับเคลื่อนแยกชิ้นส่วนกัน จุดที่เกิดการรั่วไหลได้คือจุดที่เพลามอเตอร์สอดเข้าไปในตัวเรือนปั๊มเพื่อหมุนใบพัด (รูปซ้ายที่มีของเหลวหยด) แต่ถ้ารวมเอาโรเตอร์ (rotor) ของมอเตอร์เข้าไว้ในตัวเรือนปั๊มโดยมีตัวสเตเตอร์ (stator) อยู่ภายนอก ก็จะได้ปั๊มที่ไม่มีการรั่วไหลที่เรียกว่า canned motor pump (รูปขวา)

แม้ว่าการใช้ mechanical seal เพียงตัวเดียวจะสามารถป้องกันการรั่วไหลได้ดี แต่มันก็มีข้อเสียที่สำคัญคือถ้ามันเกิดความเสียหายเมื่อใด จะเกิดการรั่วไหลในปริมาณมากได้ทำที ดังนั้นเพื่อป้องกันการเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวจึงต้องมีการเปลี่ยน mechanical seal เมื่อครบอายุการใช้งาน โดยไม่ต้องรอให้มันพังจนเกิดการรั่วไหลก่อน หรือไม่ก็ต้องหันไปใช้ปั๊มชนิด multiple-seal (เช่น double mechanical seal pump)

อีกวิธีการหนึ่งก็คือการรวมเอาส่วนที่หมุนของตัวมอเตอร์ ซึ่งก็คือตัวโรเตอร์ (rotor) เข้าไปรวมอยู่ในตัวเรือนปั๊มเลย โดยมีส่วนที่หยุดนิ่งหรือสเตเตอร์ (stator) อยู่ข้างนอกตัวเรือน ปั๊มแบบนี้เรียกว่า seal-less pump (รูปที่ ๒) แต่ในกรณีนี้ต้องดูด้วยว่า ในกรณีที่ทำงานกับสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงนั้น โลหะที่ใช้ทำตัวโรเตอร์สามารถทนการกัดกร่อนดังกล่าวได้หรือไม่ หรือไม่ก็ต้องหาทางห่อหุ้มไม่ให้โลหะของตัวโรเตอร์สัมผัสกับสารเคมีได้ ถ้าเป็นปั๊มแบบนี้ ตัวปั๊มและตัวมอเตอร์ก็จะมาเป็นชุดประกอบสำเร็จรูปเลย

(หมายเหตุ : มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับส่วนใหญ่ที่ใช้กันนั้นเป็นชนิดมอเตอร์เหนี่ยวนำหรือ induction motor มอเตอร์ชนิดนี้จะมีการต่อสายไฟเข้าเฉพาะที่ตัวสเตเตอร์ ที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ที่จะไปผลักให้ตัวโรเตอร์หมุน กล่าวคือไม่มีการต่อสายไฟไปที่ตัวโรเตอร์)

อีกวิธีการหนึ่งในการป้องกันการรั่วไหลก็คือการใช้การเหนี่ยวนำด้วยแรงแม่เหล็ก คือตัวแกนหมุนใบพัดที่อยู่ในตัวเรือนที่ปิดสนิทของปั๊มนั้นจะมีแม่เหล็กอยู่ที่ปลายอีกด้าน และใช้มอเตอร์ที่มีแม่เหล็กติดอยู่ที่ปลายเพลานั้นเป็นตัวหมุน ปั๊มแบบนี้เรียกว่า magnetic drive pump (รูปที่ ๒) ปั๊มแบบนี้ตัวปั๊มและมอเตอร์จะแยกชิ้นส่วนออกจากกัน

รูปที่ ๒ โครงสร้างของ magnetic drive pump

ปั๊มชนิด multiple-seal และ seal-less ที่ทำจากวัสดุทนการกัดกร่อนสูงนั้น จัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual Use Item - DUI) ในหมวด 2B350 ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตทางเคมี (เลข 3 หลักตัวอักษร B บอกว่ารายการนี้มาจาก Australia Group ที่เกี่ยวข้องกับอาวุธเคมี) โดยกำหนดอัตราการไหลตั้งแต่ 0.6 m³/hr (หรือ 600 ลิตรต่อชั่วโมง) ขึ้นไป (รูปที่ ๓) พึงสังเกตว่าไม่ได้มีการกำหนดค่าความดันและอุณหภูมิการทำงาน ระบุไว้เพียงแค่อัตราการไหลเท่านั้น

รูปที่ ๓ ปั๊มที่เป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 2B350

ผู้ผลิตปั๊มจำนวนไม่น้อยผลิตเฉพาะตัวปั๊ม ส่วนตัวมอเตอร์ก็ไปหาซื้อเอาจากผู้ผลิตมอเตอร์มาประกอบ หรือไม่ก็ซื้อตามความต้องการของลูกค้า ข้อดีข้อหนึ่งของการที่สามารถถอดแยกมอเตอร์ออกจากตัวปั๊มได้โดยไม่ต้องไปยุ่งอะไรกับตัวปั๊มคือถ้าพบว่าปั๊มนั้นให้อัตราการไหลที่สูงเกินความต้องการ การหรี่วาล์วด้านขาออกเป็นวิธีการหนึ่งที่ใช้ลดอัตราการไหล แต่มันเป็นการสิ้นเปลืองพลังงาน (เพราะปั๊มต้องทำงานหนักเพื่อเอาชนะความต้านทานของวาล์วที่เปิดเอาไว้ไม่มาก) อีกวิธีการหนึ่งคือเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ที่หมุนช้าลง ซึ่งจะเป็นการประหยัดกว่าในระยะยาว (คือต้องลงทุนค่ามอเตอร์ และไปได้คืนจากค่าไฟที่ประหยัดไปได้)

สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟสนั้น ความเร็วในการหมุนจะต่ำกว่าความเร็วซิงโครนัส (synchronous speed) อยู่เล็กน้อย โดยความเร็วซิงโครนัสคำนวณได้จากสมการ 120.f/p เมื่อ f คือความถี่กระแสไฟฟ้า (บ้านเราคือ 50 Hz) และ p คือจำนวน pole หรือขั้วของมอเตอร์ (เป็นเลขคู่เสมอ) ดังนั้นถ้าพบว่าปั๊มที่ใช้อยู่นั้นให้อัตราการไหลที่สูงเกินไป ก็สามารถประหยัดพลังงานได้ด้วยการเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ที่มีจำนวนขั้วมากขึ้น (เช่นเปลี่ยนจากชนิด 4 ขั้วเป็น 6 ขั้ว)

รูปที่ ๔ เป็นตัวอย่างของ magnetic drive pump ของผู้ผลิตรายหนึ่ง ผู้ผลิตรายนี้จำหน่ายปั๊มที่ทำจากพอลิเมอร์ PVDF หรือ polyvinylidene fluoride -[CH₂CF₂]- ซึ่งถ้าคำนวณจากสูตรโมเลกุลของพอลิเมอรชนิดนี้จะพบว่ามีฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบอยู่ประมาณ 59% โดยน้ำหนัก ซึ่งทำให้พอลิเมอร์ชนิดนี้เข้าเกณฑ์ fluoropolymer ในข้อ 4. ของหัวข้อ 2B350.i ที่บอกว่ามีฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบไม่ต่ำกว่า 35% โดยน้ำหนัก

ส่วนที่ว่าปั๊มนี้จะเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางหรือไม่นั้นก็ต้องไปดูที่อัตราการไหลประกอบด้วย

รูปที่ ๔ ตัวอย่างปั๊มที่ทำจาก PVDF (Polyvinylidene fluoride -[CH₂CF₂]-)

จากรูปที่ ๔ จะเห็นว่ามีปั๊มบางรุ่นสามารถให้อัตราการไหลสูงสุดไม่ต่ำกว่ากว่า 600 ลิตรต่อชั่วโมงที่ความเร็วรอบการหมุน 1450 รอบต่อนาที (แสดงว่าใช้มอเตอร์ที่มี 4 ขั้ว) ซึ่งจะทำให้ปั๊มดังกล่าวเข้าข่ายสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (เมื่อทำจากวัสดุที่ระบุไว้ในข้อกำหนด 2B350 ด้วย)

แต่ถ้าเปลี่ยนมอเตอร์เป็นชนิดที่มีจำนวนขั้วมากขึ้น (เช่น 6 หรือ 8 ขั้ว) ปั๊มก็จะหมุนช้าลง อัตราการไหลสูงสุดก็จะลดต่ำลง และอาจต่ำกว่า 600 ลิตรต่อนาทีได้ ทำให้ดูเหมือนว่าปั๊มนี้ไม่เป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางที่สามารถส่งออกได้โดยไม่ต้องขออนุญาต และเมื่อผู้รับได้รับไปแล้วก็ค่อยเปลี่ยนมอเตอร์กลับคืนเดิม

ในทางกลับกันถ้าจะเพิ่มอัตราการไหลให้สูงขึ้นด้วยการเพิ่มความเร็วรอบการหมุนนั้นทำได้ไหม คำตอบก็คือทำได้ แต่มันก็มีข้อจำกัดอยู่ เพราะเมื่อความเร็วรอบการหมุนสูงขึ้น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วยกกำลังสอง ซึ่งจะไปเพิ่มความเค้นที่กระทำต่อใบพัดของปั๊มให้สูงขึ้น เช่นถ้าคิดจะเพิ่มความเร็วรอบการหมุนขึ้นเป็นสองเท่าโดยเปลี่ยนจากมอเตอร์ 4 ขั้วเป็น 2 ขั้ว ความเค้นที่กระทำต่อตัวใบพัดก็จะเพิ่มเป็น 4 เท่า ซึ่งอาจจะทำให้เกิดความเสียหายต่อใบพัดและตัวเรือนของปั๊มได้

อีกวิธีการหนึ่งในการเพิ่มอัตราการไหลก็คือการติดตั้งปั๊มสองตัวเดินคู่ขนานกัน ซึ่งทำให้สามารถใช้ปั๊มที่ให้ค่าอัตราการไหลต่ำกว่า 600 ลิตรต่อนาที (ที่ไม่เข้าเกณฑ์สินค้าที่ใช้ได้สองทาง) สองตัวทำงานร่วมกันเพื่อให้ได้ค่าอัตราการไหลไม่ต่ำกว่า 600 ลิตรต่อนาทีได้