ทำความรู้จัก Process Design Questionnaire ตอนที่ ๓ MO Memoir : Thursday 22 January 2558

ตอนที่ ๓ นี้นำเสนอเฉพาะข้อ 5 ที่เป็นเรื่องเกี่ยวกับ Plant Definition หรือข้อกำหนดเฉพาะของโรงงาน เริ่มต้นจากหน้า Page 6 of 28 ไปจนถึงหน้า Page 12 of 28 แต่น่าเสียดายว่าหน้า Page 7 of 28 หายไป เนื้อหาคำถามในส่วนนี้จะเป็นเรื่องลักษณะทั่วไปของโรงงานและข้อกำหนดเฉพาะต่าง ๆ ที่อาจมี เพื่อใช้ประกอบการวางแผนการก่อสร้าง การขนส่งอุปกรณ์ วัตถุดิบ การจัดการของเสีย ฯลฯ

Plant Location

หัวข้อนี้เป็นการสอบถามตำแหน่งที่ตั้งของโรงงาน ว่าตั้งอยู่ ณ ประเทศไหน เมืองอะไร และส่วนไหนของเมือง

Type and Capacity of Plant

หัวข้อนี้เป็นคำถามว่าเป็นโรงงานผลิตผลิตภัณฑ์อะไร มีกำลังการผลิตเท่าใด
  

คำถามย่อยคำถามแรกในข้อนี้คือ “On stream time .... hours/year” คือชั่วโมงการเดินเครื่องในแต่ละปี โดยปรกติแล้วส่วนมากในการออกแบบโรงงานจะใช้ ๑ รอบปีเป็นหลัก โดยโรงงานจะเดินเครื่องต่อเนื่อง ๒๔ ชั่วโมงต่อวัน แต่ไม่ได้หมายความว่าจะเดินเครื่องติดกัน ๑๒ เดือนโดยไม่หยุดพัก การออกแบบนั้นอาจจะกำหนดให้โรงงานต้องสามารถเดินเครื่องได้ต่อเนื่อง ๓๐๐ วัน และมีเวลาหยุดพักเพื่อซ่อมบำรุงอีกประมาณ ๖๐ วัน ซึ่งเมื่อรวมกันก็จะเป็น ๑ รอบปีพอดี ดังนั้นกำลังการผลิตของโรงงานแทนที่จะระบุเป็น ตันต่อปี (tpy - ton per year) ก็ระบุเป็น ตันต่อรอบการทำงาน (tpa - ton per annual) ซึ่งให้ความหมายที่ถูกต้องมากกว่า เพราะคิดจากเวลาที่โรงงานเดินเครื่องจริง ซึ่งตรงนี้มันจะไปสัมพันธ์กับคำถามถัดไปก็คือ “Product design flow rate ..... unit of mass per hour”
   

เพื่อให้เห็นภาพลองพิจารณากรณีกำลังการผลิต 300000 tpa ถ้าหากคิดรอบการเดินเครื่องเป็น 300 วัน ก็จะได้กำลังการผลิตต่อชั่วโมงเท่ากับ 41.7 ton per hour แต่ถ้าหากคิดรอบการเดินเครื่องเป็น 360 วัน ก็จะได้กำลังการผลิตต่อชั่วโมงเท่ากับ 34.7 top per hour ซึ่งต่ำกว่าประมาณ 17%
   

คำถามถัดไปคือ “Turndown Requirements” หรือความต้องการในการลดการผลิต/หยุดเดินเครื่อง ตรงนี้มีคำถามเพิ่มเติมคือในกรณีที่เป็นกระบวนการผลิตแบบกะ (Batch process) ก็ต้องมีข้อมูล จำนวนวันการทำงานต่อปี จำนวน batch ที่ผลิตต่อวัน และปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการผลิตในแต่ละ Batch
  

และคำถามสุดท้ายในส่วนนี้คือ “Provision for future expansion” หรือความต้องการในการขยายกำลังการผลิตในอนาคต ตรงนี้เป็นหัวข้อหนึ่งที่ต้องพิจารณาให้ดีในการออกแบบขนาดอุปกรณ์ เพราะโดยทั่วไปอุปกรณ์ต่าง ๆ จะมีช่วงการทำงานอยู่ในช่วงหนึ่ง คือช่วงอัตราการทำงานต่ำที่สุดที่อุปกรณ์นั้นยังเดินเครื่องได้ ไปจนถึงช่วงอัตราการทำงานสูงสุดที่อุปกรณ์นั้นสามารถทำได้ ที่กำลังการผลิตเดียวกัน ถ้าอุปกรณ์ทุกตัวที่เลือกใช้นั้นต่างทำงานอัตราการทำงานต่ำสุดที่อุปกรณ์นั้นยังเดินเครื่องได้ เราก็จะสามารถเพิ่มกำลังการผลิตขึ้นได้โดยไม่ต้องทำการเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ใด ๆ แต่จะไม่สามารถลดกำลังการผลิตลงได้ แต่ถ้าอุปกรณ์ทุกตัวที่ต่างเลือกใช้นั้นต่างทำงานที่อัตราการทำงานสูงสุดที่มันทำได้ เราจะไม่สามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้ แต่ถ้ามีความจำเป็นก็จะสามารถลดกำลังการผลิตลงได้
  

อีกประเด็นที่ควรต้องพิจารณาร่วมตรงนี้คือ อัตราการผลิตที่ทำให้อุปกรณ์นั้นทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด ซึ่งจะเป็นการประหยัดพลังงาน
  

เป็นเรื่องปรกติที่จะพบว่าเมื่อต้องการขยายกำลังการผลิต อาจจำเป็นต้องมีการแก้ไขกระบวนการในบางจุด เช่นเปลี่ยนขนาดปั๊ม เพิ่มขนาดท่อ เปลี่ยนขนาดเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน หรือไม่ก็ใช้การเพิ่มจำนวน หรือเปลี่ยนไปใช้ชนิดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนขนาดอุปกรณ์ (เช่นการเปลี่ยนแปลงชนิด tray หรือ packing ในหอกลั่น) ตัวอุปกรณ์ที่ยากต่อการเปลี่ยน เช่น Reactor ก็ต้องหาวิธีอื่นที่จะทำให้อัตราการทำงานสูงขึ้น เช่นเพิ่มอุณหภูมิการทำปฏิกิริยา เพิ่มการระบายความร้อน ฯลฯ ซึ่งตรงนี้ก็ต้องคำนึงด้วยว่าอุปกรณ์ที่มีอยู่นั้นมีการเผื่อขีดจำกัดในการออกแบบไว้มากน้อยเท่าใด

Raw Materials

ในส่วนของหัวข้อนี้ให้ระบุรายละเอียดของวัตถุดิบทุกชนิดที่ใช้ในกระบวนการผลิต ไม่ว่าจะเป็นวิธีการจัดส่งมายังโรงงาน การควบคุมการนำเข้าวัตถุดิบ รวมทั้งการที่วัตถุดิบจะมีการผันแปรตามฤดูกาลด้วย

ขอทวนตรงนี้หน่อยจะครับว่าเอกสารของผมนั้นหน้า Page 7 of 28 หายไป ดังนั้นหน้าต่อไปที่จะกล่าวถึงคือหน้า Page 8 of 28 แต่ดูจากหัวข้อในหน้า Page 6 of 28 และ Page 8 of 28 แสดงว่าหน้าที่หายไปนั้นก็ยังเกี่ยวกับเรื่องวัตถุดิบ
  

Raw Materials (contd)

ในหน้า Page 8 of 28 เริ่มจากสถานะว่าเป็นของแข็ง ของเหลว หรือไอ (State (solid, liquid or vapor)) คำถามถัดไปก็คือต้องมีการเก็บวัตถุดิบภายใน/ภายนอกพื้นที่เขตความรับผิดชอบของโรงงาน (Battery limits) หรือไม่
  

Battery limit ในที่นี้คือเขตพื้นที่ความรับผิดชอบของโรงงาน เป็นเส้นแบ่งส่วนที่ตัวโรงงานเองเป็นผู้ดูแลรับผิดชอบกับส่วนที่ผู้อื่นเป็นผู้ดูแลรับผิดชอบ ซึ่งอาจไม่ใช่ตำแหน่งรั้ว ถ้าจะยกตัวอย่างง่าย ๆ ให้เห็นก็คงเป็นไฟฟ้าที่เรารับจากการไฟฟ้าเข้ามายังบ้านของเรา การไฟฟ้าเป็นผู้รับผิดชอบและดูแลระบบไฟฟ้าภายนอกบ้านของเรามาจนถึงมิเตอร์วัดไฟ ส่วนเจ้าของบ้านนั้นเป็นผู้รับผิดชอบตั้งแต่ตำแหน่งสายไฟที่ต่อจากมิเตอร์เข้าบ้าน ถ้ามิเตอร์มีปัญหาหรือสายไฟที่ต่อมาจากสายหลักมายังมิเตอร์มีปัญหา ทางการไฟฟ้าจะเป็นผู้รับผิดชอบการซ่อมแซม แต่ถ้าสายไฟนับจากจุดที่ออกจากมิเตอร์เข้ามายังตัวบ้านเกิดปัญหา เจ้าของบ้านจะต้องเป็นผู้รับผิดชอบค่าใช้จ่ายต่าง ๆ ในการซ่อมแซม แต่ตัวมิเตอร์นั้นจะติดตั้งอยู่ที่เสาไฟฟ้านอกตัวอาคารหรือนอกเขตที่ดินที่ผู้ใช้ไฟฟ้าเป็นเจ้าของ
  

ในบางแห่งนั้นจะมีบริษัทที่ให้บริการให้เช่า Tank farm อยู่ใกล้กับบริเวณท่าเทียบเรือ (ที่มาบตาพุดก็มี) โรงงานใดมีการนำเข้าวัตถุดิบจากต่างประเทศหรือส่งผลิตภัณฑ์ออกต่างประเทศก็สามารถติดต่อขอรับบริการเช่า Tank ต่าง ๆ ในการเก็บวัตถุดิบหรือผลิตภัณฑ์ได้โดยไม่ต้องทำการจัดสร้างเป็นของตนเอง ตัวอย่างเช่นโรงงาน A เป็นผู้ผลิตเอทิลีนให้กับโรงงานต่าง ๆ ที่อยู่เคียงข้าง โรงงาน A ก็จะรับผิดชอบเรื่องการเก็บสำรองเอทิลีนโดยที่ลูกค้าไม่ต้องเตรียม Tank สำหรับเก็บ แต่เมื่อโรงงาน A จำเป็นต้องหยุดเดินเครื่องต่อเนื่องเป็นเวลานาน ทำให้เอทิลีนที่โรงงาน A มีสำรองอยู่นั้นไม่เพียงพอต่อความต้องการของลูกค้า โรงงาน A ก็อาจจะไปเช่า Tank farm เพิ่มเติมจากผู้ให้บริการเพื่อใช้เก็บเอทิลีนที่นำเข้ามาจากแหล่งอื่นเพื่อสร้างความมั่นใจให้กับลูกค้าว่าจะมีสารตั้งต้นในการผลิตอย่างไม่ต่อเนื่องแม้ว่าโรงงาน A จะหยุดการทำงาน หรือตัวลูกค้าเองอาจจะนำเข้าเอทิลีนมาเก็บไว้เอง
  

"Inert gas blanking requirements" คือความต้องการแก๊สเฉื่อยในการปกคลุม (ในที่นี้คงหมายถึงผิวหน้าของเหลวที่เก็บอยู่ใน Tank ซึ่งขึ้นอยู่กับจุดวาบไฟ (Flash point) ของของเหลวที่บรรจุอยู่ใน Tank นั้น "แก๊สเฉื่อย" ในที่นี้หมายถึงแก๊สที่ "ไม่ทำปฏิกิริยากับสารที่มันสัมผัส" ไม่ได้หมายถึงแก๊สเฉื่อยที่เป็นธาตุในหมู่ VIII ของตารางธาตุ

“Intermediates” คือสารมัธยันต์หรือสารที่เกิดขึ้นในกระบวนการที่ต้องถูกเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์อีกทีหนึ่ง ในที่นี้ให้ทำการระบุความต้องการในการเก็บสำรอง (เช่นปริมาณและความต้องการพิเศษสำหรับการเก็บรักษา)
   

ในบางกระบวนการนั้นใช้ A เป็นสารตั้งต้นที่ต้องเปลี่ยนไปเป็นสาร B ก่อน จากนั้นจึงค่อยเปลี่ยน B ไปเป็นผลิตภัณฑ์ C อีกทีหนึ่ง สารมัธยันต์ในที่นี้ก็คือสาร B การออกแบบนั้นอาจออกแบบให้เปลี่ยน B ไปเป็น C ทันทีเลยก็ได้เมื่อเกิด B ขึ้น ทำให้โรงงานไม่มึความจำเป็นต้องลงทุนในการสร้างสถานที่เก็บสาร B แต่ถ้าหน่วยเปลี่ยน A ไปเป็น B หรือเปลี่ยน B ไปเป็น C มีปัญหา จะกระทบต่อกระบวนการผลิตของทั้งโรงงานทันที ทางเลือกหนึ่งก็คือการให้มีหน่วยเก็บสาร B เอาไว้ในปริมาณหนึ่ง ในกรณีที่หน่วยเปลี่ยน A ไปเป็น B มีปัญหา หน่วยเปลี่ยน B ไปเป็น C ก็ยังสามารถทำงานต่อไปได้ด้วยการใช้ B ที่เก็บสำรองเอาไว้จนกว่าจะหมด ในทำนองเดียวกันถ้าหน่วยเปลี่ยน B ไปเป็น C มีปัญหา หน่วยเปลี่ยน A ไปเป็น B ก็ยังสามารถทำงานต่อไปได้จนกว่าสาร B ที่ผลิตได้นั้นจะเต็มสถานที่เก็บ ปริมาณ B ที่เก็บนั้นเปรียบเสมือนเงินที่จมอยู่ในกระบวนการผลิต ไม่สามารถนำออกมาใช้ได้ (ฺB จะมีค่าก็ต่อเมื่อมันขายได้ ซึ่งหมายถึงเมื่อเปลี่ยนไปเป็น C แล้ว) แต่ก็เป็นเหมือนกับเงินประกันความเสียหายถ้าหากเกิดเหตุไม่คาดฝันขึ้น

ต่อไปเป็นหน้า Page 9 of 28

Products (List separately for each product.)

เริ่มจากผลิตภัณฑ์ที่ให้แยกรายการออกเป็นทีละผลิตภัณฑ์ ระบุองค์ประกอบที่ต้องการ (ค่ามากสุด/ต่ำสุด หน่วยวัดที่ใช้ - คงกังวลเรื่องปัญหาหน่วยวัดความเข้มข้น) ช่วงอุณหภูมิการกลั่น จุดเยือกแข็ง ปริมาณกำมะถัน ค่าความเป็นกรด และค่าต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง ซึ่งตรงนี้ขึ้นอยู่กับว่าผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้นั้นคืออะไร
  

“Temperature/Pressure/State at battery limits” คือค่าอุณหภูมิ ความดัน และสถานะของสายผลิตภัณฑ์ที่ battery limit ในกรณีของการส่งออกทางงระบบท่อ ค่าอุณหภูมิและความดัน ณ ตำแหน่งนี้เป็นค่าที่ผู้รับผลิตภัณฑ์นั้นจะต้องทราบ ผลิตภัณฑ์ในที่นี้ไม่จำเป็นต้องเป็นวัตถุดิบหรือผลิตภัณฑ์ แต่อาจเป็นการขายสาธารณูปโภค เช่น น้ำประปา ไอน้ำ อากาศความดัน แก๊สไนโตรเจน ฯลฯ ก็ได้

ต่อไปเป็นหน้า Page 10 of 28 ซึ่งยังคงเกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์อยู่

Products (contd)

“Maximum delivery flowrate required” คือค่าอัตราการไหลส่งออกสูงสุดที่ต้องการ ตรงนี้จะเกี่ยวข้องกับการออกแบบขนาดท่อ ขนาดของปั๊ม/คอมเพรสเซอร์ที่ต้องใช้ ความดันของระบบ ณ ตำแหน่ง battery limits
  

“Storage required inside and outside batter limits” ตรงนี้เกี่ยวกับความต้องการมีการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์ที่ผลิตได้ภายใน/ภายนอกขอบเขต battery limit หรือไม่
  

"Inert gas blanking requirements" คือความต้องการแก๊สเฉื่อยในการปกคลุม (เช่นเดียวกับในกรณีของวัตถุดิบที่กล่าวมาก่อนหน้านี้)
  

“Any special shipping requirement, method of shipping or expected variations in flow” เป็นการสอบถามถึงความต้องการพิเศษในการส่งออกผลิตภัณฑ์ว่ามีหรือไม่ หรือมีกรณีที่คาดว่าอัตราการไหลส่งออกจะมีความผันแปรหรือไม่

  

ต่อไปเป็นหน้า Page 11 of 28
  

Toxic Materials

เริ่มจากสารพิษที่เกี่ยวข้อง มีข้อมูลสารพิษที่ต้องการการจัดการเป็นพิเศษหรือไม่ (ตรงนี้อาจขึ้นอยู่กับข้อกฎหมายในแต่ละท้องถิ่นด้วย) และยังมีการสอบถามว่าเคยมีประสบการณ์อะไรเป็นพิเศษกับสารพิษนั้นหรือไม่ ซึ่งอาจทำให้ต้องมีมาตรการการป้องกันเป็นพิเศษนอกเหนือไปจากมาตรฐานทั่วไป

Type of Coolings

คือการระบุชนิดของระบบทำความเย็น/สารหล่อเย็น ส่วนใหญ่การหล่อเย็นจะกระทำโดยใช้น้ำหล่อเย็น (cooling water) ที่ผลิตจากหอทำน้ำหล่อเย็น (cooling tower) ถ้าหากมีความต้องการสารหล่อเย็นที่แตกต่างไปจากนี้ก็ให้ทำการระบุ เช่น ต้องการสารหล่อเย็นที่เป็นของเหลวแต่มีอุณหภูมิต่ำ เป็นต้น

ในกรณีของน้ำหล่อเย็นนั้นจำเป็นต้องระบุแหล่งที่มาของน้ำ ระยะทางจากแหล่งน้ำมาถึงตัวโรงงาน การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิอากาศและสภาพน้ำ ต้องทำการกรองก่อนหรือไม่ ความต้องการพิเศษในการจัดการกับน้ำปล่อยทิ้ง (หรือ blow down water เพราะปรกติจะมีการเติมสารเคมีเพื่อปรับสภาพน้ำหล่อเย็นไม่ให้ก่อความเสียหายให้กับอุปกรณ์ และต้องมีการระบายน้ำทิ้งบางส่วนเพื่อลดการสะสมของสารละลายที่ละลายอยู่ในน้ำ)
  

คำถามในข้อนี้ยังครอบคลุมไปถึงการใช้อากาศเป็นตัวระบายความร้อน การใช้น้ำทะเลเป็นน้ำระบายความร้อน (กัดกร่อนโลหะสูงกว่าน้ำจืด) การใช้น้ำแบบครั้งเดียวทิ้งหรือไม่นำกลับมาเวียนใช้ใหม่ (non-recirculating) ซึ่งเป็นการนำน้ำจากแหล่งธรรมชาติมาระบายความร้อนและปล่อยกลับคืนสู่แหล่งธรรมชาติโดยตรง ตรงนี้มีข้อดีตรงที่ไม่ต้องมีการสร้างหอทำน้ำเย็น แต่มีข้อเสียตรงที่น้ำที่ได้จากธรรมชาติโดยตรงมักมีปริมาณสารแขวนลอยและแร่ธาตุละลายอยู่มาก ทำให้ต้องออกแบบอุปกรณ์ให้รองรับการกัดกร่อนและการอุดตัน นอกจากนี้การปล่อยน้ำร้อนกลับสู่แหล่งธรรมชาติโดยตรงจะทำให้อุณหภูมิน้ำในแหล่งธรรมชาตินั้นเพิ่มสูงขึ้นจนส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตที่อาศัยแหล่งน้ำนั้นในการดำรงชีวิตได้

ต่อไปเป็นหน้า Page 12 of 28
  

  
Special Requirements

คำถามในข้อนี้เกี่ยวข้องกับความต้องการพิเศษว่ามีอะไรบ้าง เช่นชนิดของระบบเผาแก๊สทิ้ง (flare system) ที่ต้องต้องการใช้ ต้องการใช้กังหันไอน้ำแทนมอเตอร์ไฟฟ้าในการขับเคลื่อนปั๊ม/คอมเพรสเซอร์บ้างหรือไม่ ซึ่งอาจเกิดขึ้นกับโรงงานที่มีการผลิตไอน้ำเกินความต้องการใช้งานในกระบวนการผลิตหรือในโรงงานที่ไม่มั่นใจเรื่องเสถียรภาพของระบบไฟฟ้า ก็จะใช้กังหันไอน้ำในการขับเคลื่อนปั๊ม/คอมเพรสเซอร์ตัวสำคัญบางตัว

ตอนที่ ๓ คงจบลงเพียงแค่นี้ ตอนต่อไปจะเป็นตอนเกี่ยวกับสภาพลมฟ้าอากาศ