วาล์วนิรภัย (safety valve) ในโรงงานปิโตรเคมีคืออุปกรณ์ป้องกันขั้นสุดท้ายที่ทำหน้าที่ระบายแรงดันที่เกินค่าที่ตั้งไว้ของอุปกรณ์ออกสู่ภายนอกโดยอัตโนมัติ ในกระบวนการที่จัดการกับของไหลอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง เพื่อป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรงอย่างการแตกเสียหายหรือการระเบิดของถังและท่อ สิ่งสำคัญที่สุดในการเลือกใช้มี 2 ประการ คือ “อัตราการระบาย (吹出量) ต้องมากกว่าค่าแรงดันเกินที่คาดการณ์ไว้ของอุปกรณ์ที่ต้องการปกป้อง” และ “วัสดุและรูปแบบต้องเหมาะสมกับของไหลและอุณหภูมิที่ใช้งาน” ส่วนในการตรวจสอบนั้นจะเน้นที่การยืนยันแรงดันทำงานและการควบคุมการรั่วที่หน้าซีต (seat) บทความนี้จะเรียบเรียงข้อควรระวังที่ต้องคำนึงในการเลือกใช้และการตรวจสอบตามระยะของวาล์วนิรภัย โดยพิจารณาจากเงื่อนไขเฉพาะของโรงงานปิโตรเคมีในมุมมองเชิงปฏิบัติ
สาระสำคัญของบทความนี้
- การเลือกใช้พิจารณาจาก 3 แกน คือ “อัตราการระบายที่จำเป็น” “แรงดันที่ตั้งไว้ (設定圧力)” และ “รูปแบบและวัสดุที่เหมาะกับเงื่อนไขการใช้งาน (ของไหล อุณหภูมิ แรงดันย้อนกลับ)”
- ในสภาวะอุณหภูมิสูงแรงดันสูง การขยายตัวทางความร้อน ความผันผวนของแรงดันย้อนกลับ และการเสื่อมสภาพของหน้าซีตล้วนส่งผลต่อการทำงาน จึงต้องเข้าใจเงื่อนไขในเชิงตัวเลขเป็นข้อกำหนดพื้นฐาน
- การตรวจสอบควรบันทึกการยืนยันแรงดันที่ตั้งไว้ การรั่วที่หน้าซีต การรั่วสู่ภายนอก และการตอบสนองการทำงานอย่างสม่ำเสมอ และติดตามการเปลี่ยนแปลงตามอายุการใช้งานจึงจะได้ผล
บทบาทของวาล์วนิรภัยในโรงงานปิโตรเคมีและพื้นฐานการเลือกใช้
วาล์วนิรภัยจะทำงานเมื่อแรงดันในท่อหรือในถังรับแรงดันถึงค่าที่ตั้งไว้ (แรงดันเริ่มระบาย / 吹始め圧力) โดยแรงดันจะเอาชนะแรงสปริงทำให้ลิ้นวาล์วเปิดออกและระบายของไหลตามปริมาณที่กำหนดออกไป เพื่อยับยั้งการเพิ่มขึ้นของแรงดันภายในระบบ ในโรงงานปิโตรเคมีนั้นมีปัจจัยที่ก่อให้เกิดแรงดันเกินหลายประการที่คาดว่าจะเกิดขึ้นพร้อมกัน เช่น การหนีของความร้อนจากปฏิกิริยา (reaction heat runaway) การใช้งานวาล์วปิดกั้นผิดพลาด หรือการขยายตัวของสารภายในจากไฟไหม้ภายนอก ดังนั้นจึงไม่ใช่เพียง “วาล์วที่ระบายแรงดัน” เท่านั้น แต่จุดเริ่มต้นของการเลือกใช้คือการพิจารณาว่าสามารถตอบสนองอัตราการระบายที่จำเป็นในแต่ละสถานการณ์ที่คาดการณ์ไว้ได้หรือไม่
แนวคิดเรื่องอัตราการระบายที่จำเป็นและแรงดันที่ตั้งไว้
ในการเลือกใช้ อันดับแรกให้ค้นหาปริมาณแรงดันเกินสูงสุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในแต่ละอุปกรณ์ที่ต้องการปกป้อง แล้วเลือกรูปแบบและขนาดรูที่มีความสามารถในการระบายมากกว่านั้น ค่าแรงดันที่ตั้งไว้กำหนดโดยอ้างอิงจากแรงดันใช้งานสูงสุดของอุปกรณ์ที่ต้องการปกป้อง และคำนึงถึงส่วนต่างระหว่างแรงดันย้อนกลับกับแรงดันในกระบวนการ (ระยะเผื่อของสปริง) ด้วย หากแรงดันใช้งานปกติของกระบวนการใกล้เคียงกับแรงดันที่ตั้งไว้มากเกินไป จะง่ายต่อการเกิดการรั่วที่หน้าซีตหรือการระบายโดยไม่ตั้งใจจากความผันผวนเพียงเล็กน้อย โดยทั่วไปจึงแนะนำให้เผื่อระยะขอบ (margin) ที่เหมาะสมไว้ ทั้งนี้ตัวเลขเป็นเพียงค่าอ้างอิง การตัดสินใจจริงขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการออกแบบของอุปกรณ์แต่ละชิ้น
วิธีเลือกรูปแบบและวัสดุในเงื่อนไขอุณหภูมิสูงแรงดันสูงและแรงดันย้อนกลับ
สำหรับของไหลอุณหภูมิสูง จำเป็นต้องเผื่อผลกระทบจากความร้อนต่อคุณสมบัติของสปริงและหน้าซีต รวมถึงการเปลี่ยนแปลงขนาดจากการขยายตัวทางความร้อน ในระบบที่แรงดันย้อนกลับผันผวน หรือกรณีที่ต่อเข้ากับท่อระบายแบบปิด ควรพิจารณาวาล์วแบบเบลโลว์ (bellows) หรือแบบทำงานด้วยไพลอต (pilot-operated) ซึ่งได้รับผลกระทบจากแรงดันย้อนกลับน้อย ส่วนวัสดุให้เลือกตามการกัดกร่อนและอุณหภูมิของของไหลที่ใช้งาน ในกรณีของก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหรือไอน้ำอุณหภูมิสูงเป็นต้น การยืนยันความเหมาะสมของวัสดุตัวเรือนและชิ้นส่วนทริม (trim) เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ ในโรงงานปิโตรเคมีมีหลายกรณีที่ต้องจัดการกับของไหลที่ติดไฟได้หรือมีพิษ จึงสำคัญที่จะพิจารณาโดยรวมทั้งโครงสร้างที่ยับยั้งการรั่วสู่ภายนอกและการจัดการปลายทางการระบายด้วย
ข้อควรระวังที่มักมองข้ามในการตรวจสอบตามระยะและการบำรุงรักษา
เนื่องจากวาล์วนิรภัยเป็นอุปกรณ์ที่ “ปกติไม่ทำงาน” จึงจำเป็นต้องตรวจสอบเป็นระยะว่าจะทำงานได้อย่างแน่นอนเมื่อถึงคราวจำเป็น จุดหลักของการตรวจสอบคือการยืนยันว่าแรงดันที่ตั้งไว้ (แรงดันเริ่มระบาย) เป็นไปตามข้อกำหนดหรือไม่ การรั่วที่หน้าซีตอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้หรือไม่ และมีการรั่วสู่ภายนอกหรือการติดขัด (การจับตัว) หรือไม่
การยืนยันการทำงานและการควบคุมการรั่วที่หน้าซีต
การยืนยันการทำงานมีพื้นฐานอยู่ที่การวัดแรงดันที่ตั้งไว้ด้วยอุปกรณ์ทดสอบเฉพาะ เนื่องจากวิธีเข้าใกล้แรงดันที่ตั้งไว้ในขณะเดินเครื่องเพื่อทดสอบนั้นส่งผลกระทบต่อระบบมาก หน้างานส่วนใหญ่จึงใช้การทดสอบหลังถอดออก หรือใช้กลไกทดสอบที่ให้แรงจากภายนอก การรั่วที่หน้าซีตเกิดจากปัจจัยหลายอย่างที่ทับซ้อนกัน เช่น การเดินเครื่องที่แรงดันใช้งานปกติใกล้เคียงกับแรงดันที่ตั้งไว้ การมีสิ่งแปลกปลอมหรือตะกรันเข้าไปติด และการเสื่อมสภาพของหน้าซีตตามอายุการใช้งาน หากพบว่ามีการรั่ว ให้แยกแยะสาเหตุก่อนแล้วจึงพิจารณาการซ่อมบำรุงหรือเปลี่ยนชิ้นส่วน
การเสื่อมสภาพตามอายุและวิธีจัดเก็บบันทึก
ในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงแรงดันสูง สปริงจะอ่อนตัว (การหย่อนล้า) หน้าซีตสึกหรอ และการกัดกร่อน/การเกาะติดภายในดำเนินไปได้ง่าย ซึ่งสิ่งเหล่านี้มักไม่ปรากฏในคราวเดียว แต่ค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงคุณลักษณะการทำงาน การบันทึกค่าจริงของแรงดันที่ตั้งไว้และสภาพการรั่วในทุกครั้งที่ตรวจสอบ และติดตามแนวโน้มตามอายุการใช้งาน จะช่วยให้ตัดสินใจวางแผนช่วงเวลาของการเปลี่ยนใหม่หรือการบำรุงรักษาได้ง่ายขึ้น รอบการบำรุงรักษาแตกต่างกันไปตามเงื่อนไขของไหล ความถี่การใช้งาน และข้อกำหนดทางกฎหมาย จึงควรกำหนดเป็นรายอุปกรณ์แทนที่จะกำหนดเป็นค่าเดียวเท่ากันทั้งหมด
คำถามที่พบบ่อย
Q1. วาล์วนิรภัย (safety valve) กับวาล์วระบายแรงดัน (relief valve) ต่างกันอย่างไร
A1. โดยทั่วไปวาล์วนิรภัยใช้กับก๊าซและไอน้ำ ทำงานแบบเปิดฉับพลัน ส่วนวาล์วระบายแรงดันใช้กับของเหลว โดยระดับการเปิดจะแปรผันตามแรงดัน อย่างไรก็ตามคำเรียกแตกต่างกันไปตามการใช้งานและมาตรฐาน จึงแนะนำให้ยืนยันตามเงื่อนไขการใช้งานจริง
Q2. แรงดันที่ตั้งไว้สามารถเข้าใกล้แรงดันใช้งานปกติได้มากเพียงใด
A2. หากเข้าใกล้มากเกินไปจะเป็นสาเหตุหนึ่งของการรั่วที่หน้าซีตและการระบายโดยไม่ตั้งใจ ระยะขอบที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของอุปกรณ์ จึงต้องพิจารณาเป็นรายกรณีโดยคำนึงถึงแรงดันใช้งานปกติ แรงดันย้อนกลับ และแรงดันเกินที่ยอมรับได้
Q3. ในระบบที่แรงดันย้อนกลับผันผวน ควรใช้รูปแบบใด
A3. ควรพิจารณาวาล์วแบบเบลโลว์หรือแบบทำงานด้วยไพลอตซึ่งได้รับผลกระทบจากแรงดันย้อนกลับน้อย โดยเลือกใช้หลังจากเข้าใจโครงสร้างของท่อระบายและช่วงของแรงดันย้อนกลับในเชิงตัวเลขแล้ว
Q4. ความถี่ในการตรวจสอบควรอยู่ที่ประมาณเท่าใด
A4. แตกต่างกันไปตามเงื่อนไขของไหล ความถี่การใช้งาน และข้อกำหนดทางกฎหมาย ไม่ได้เท่ากันทั้งหมด วิธีที่ได้ผลคือการกำหนดรอบเป็นรายอุปกรณ์โดยอิงจากค่าจริงของแรงดันที่ตั้งไว้และบันทึกการรั่วที่หน้าซีต
Q5. หากเกิดการรั่วที่หน้าซีต จำเป็นต้องเปลี่ยนเสมอหรือไม่
A5. ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนเสมอไป อาจเกิดได้จากหลายปัจจัย เช่น สิ่งแปลกปลอมเข้าไปติด การเสื่อมสภาพของหน้าซีต หรือการที่แรงดันใช้งานปกติใกล้เคียงกันเกินไป จึงต้องแยกแยะสาเหตุก่อนแล้วจึงตัดสินใจว่าจะซ่อมบำรุงหรือเปลี่ยน
Q6. สำหรับของไหลอุณหภูมิสูง มีสิ่งใดที่ต้องระวังเป็นพิเศษ
A6. ผลกระทบจากความร้อนต่อคุณสมบัติของสปริงและหน้าซีต การขยายตัวทางความร้อน และความเหมาะสมของวัสดุ ให้ระบุอุณหภูมิและของไหลที่ใช้งานให้ชัดเจนในเชิงตัวเลขและข้อกำหนด แล้วยืนยันวัสดุของตัวเรือนและชิ้นส่วนทริม
สรุป
วาล์วนิรภัยในโรงงานปิโตรเคมีเป็นอุปกรณ์ที่เลือกใช้โดยยึดแกนของอัตราการระบายที่จำเป็น แรงดันที่ตั้งไว้ และความเหมาะสมกับเงื่อนไขการใช้งาน และด้วยการสั่งสมบันทึกการยืนยันการทำงานตลอดจนการตรวจสอบการรั่วที่หน้าซีตและการรั่วสู่ภายนอก จะช่วยนำไปสู่การป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรง ในเงื่อนไขอุณหภูมิสูงแรงดันสูงนั้น ความร้อน แรงดันย้อนกลับ และการเสื่อมสภาพตามอายุล้วนส่งผลต่อคุณลักษณะการทำงาน ดังนั้นการเข้าใจเงื่อนไขในเชิงตัวเลขจึงเป็นข้อกำหนดพื้นฐานของการเลือกใช้และการบำรุงรักษา
หากท่านมีข้อกังวล เช่น “ไม่สามารถตัดสินได้ว่าอัตราการระบายของวาล์วนิรภัยที่ใช้อยู่เพียงพอต่อแรงดันเกินที่คาดการณ์ไว้หรือไม่” “ต้องการยืนยันว่าระยะเผื่อระหว่างแรงดันใช้งานปกติกับแรงดันที่ตั้งไว้เหมาะสมหรือไม่” “ต้องการเลือกรูปแบบที่เหมาะกับท่อระบายที่มีแรงดันย้อนกลับผันผวน” หรือ “ต้องการเลือกผลิตภัณฑ์ที่เทียบเท่ากับวาล์วเดิมที่ติดตั้งอยู่” ขอเชิญใช้บริการปรึกษาด้านเทคนิคและการเลือกใช้ของ Yoshitake โดยอ้างอิงจากเงื่อนไขต่าง ๆ เช่น ของไหล อุณหภูมิ แรงดัน และแรงดันย้อนกลับที่ใช้งาน เราพร้อมช่วยพิจารณารูปแบบ วัสดุ และขนาดรูที่สอดคล้องกับเงื่อนไขของอุปกรณ์ของท่าน