เนื้อหาวันที่ : 2011-05-13 14:32:53 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 3865 views

การควบคุมความปลอดภัยของเครื่องทำความร้อน (ตอนที่ 1)

การควบคุมความปลอดภัยในการทำงานของเครื่องทำความร้อนหรือ เตาเผา ที่ให้ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยตรง ในปัจจุบันได้มีการพัฒนากันไปอย่างต่อเนื่องซึ่งมากกว่าในอดีตที่ผ่านมาและวิวัฒนาการดังกล่าวได้ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วมากในช่วงห้าปีที่ผ่านมานี้

การควบคุมความปลอดภัยของเครื่องทำความร้อน (ตอนที่ 1)
(Safety Controls on Direct-Fired Heaters)

ทวิช ชูเมือง

          การควบคุมความปลอดภัยในการทำงานของเครื่องทำความร้อนหรือ เตาเผา ที่ให้ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยตรง (Direct-Fired Heaters) ในปัจจุบันได้มีการพัฒนากันไปอย่างต่อเนื่องซึ่งมากกว่าในอดีตที่ผ่านมาและวิวัฒนาการดังกล่าวได้ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วมากในช่วงห้าปีที่ผ่านมานี้ เนื่องจากได้รับข้อแนะนำจากมาตรฐานที่มีอยู่และกฎหมายทางด้านความปลอดภัยก็มีการบังคับใช้อย่างเข็มงวดในหลายประเทศ รวมไปถึงประเทศผู้ผลิตและจัดจำหน่ายเครื่องทำความร้อนหรือเตาเผาเหล่านี้

          มาตรฐานการออกแบบเตาเผาไหม้และมาตรฐานด้านคุณภาพมีการปฏิบัติตามมาตรฐาน NFPA และ API 560 กันมากที่สุดสำหรับบริษัทที่ดำเนินงานเกี่ยวกับการออกแบบเตาเผาไหม้ ในปัจจุบันบริษัทต่าง ๆ ได้ยอมรับมาตรฐานเหล่านี้และใช้เป็นมาตรฐานขั้นต่ำในการดำเนินการ ซึ่งแต่ละบริษัทได้มีการเพิ่มเติมความต้องการของตนเองเข้าไป

          ถึงแม้ว่าบางรายละเอียดและการกำหนดแนวทางในการออกแบบและจัดทำเตาเผาได้เกิดขึ้นมาหลายปีแล้ว แต่อัตราและระดับของการยอมรับมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญภายในวงการอุตสาหกรรมเอง บริษัทที่ดำเนินงานเกี่ยวกับการออกแบบเตาเผาไหม้จะมีมาตรฐานของตนเอง ซึ่งยังอาจมีการเปลี่ยนแปลงไปตามพื้นที่ใช้งาน 

นอกจากนี้แล้วในแต่ละการติดตั้งเตาเผานั้นไม่ใช่สิ่งผิดปกติสำหรับเครื่องทำความร้อนที่สร้างขึ้นภายในสองปีที่ผ่านมา ที่มีการออกแบบระบบบริหารการเผาไหม้หรือระบบ BMS (Burner Management Systems) ที่แตกต่างกัน เหตุผลเพียงเพราะถูกสร้างจากผู้รับเหมาวิศวกรรมที่ต่างกัน 

กฎหมายและกฎระเบียบที่เพิ่มขึ้นรวมทั้งคดีความสำหรับอุบัติเหตุที่เกิดขึ้น เนื่องมาจากการดำเนินการที่ไม่ได้ปฏิบัติตามกฎเกณฑ์และแนวทาง จึงเป็นสิ่งสำคัญในการทบทวนความต้องการ ระบบบริหารการเผาไหม้สำหรับการติดตั้งเครื่องทำความร้อนใหม่และทั้งที่มีอยู่แล้ว

          กฎหมายใหม่ได้ถูกแนะนำขึ้นสำหรับเป็นมาตรฐานข้อกำหนด ในเกือบทุกพื้นที่ได้ออกกฎหมายให้ใช้ NFPA หรือกฎเกณฑ์ในท้องถิ่นเป็นความต้องการพื้นฐานขั้นต่ำในการควบคุมความปลอดภัย บริษัทที่ดำเนินงานเกี่ยวข้องกับการจัดเตรียมระบบบริหารการเผาไหม้สำหรับนำไปใช้ในเครื่องทำความร้อนใหม่และที่มีอยู่แล้วได้นำไปปฏิบัติกันตามแนวทางที่ต้องการมากที่สุด

อย่างไรก็ตามมีการติดตั้งบางพื้นที่ยังคงเชื่อใจอยู่บนการสังเกตการณ์ด้วยตนเองจากผู้ปฎิบัติการหรือระบบ Emergency Shutdown (ESD) ของโรงงานสำหรับใช้เป็นการควบคุมความปลอดภัย สาเหตุส่วนใหญ่ที่บริษัทเหล่านี้ยังคงใช้การควบคุมการทำงานเตาเผาด้วยผู้ปฎิบัติการและไม่มีอุปกรณ์สำหรับการตรวจสอบเปลวไฟมาเป็นเวลาหลายปี ก็เพราะว่าไม่เคยมีเหตุการณ์อันตรายเกิดขึ้น จึงมีคำถามเกิดขึ้นว่าทำไมควรลงทุนทำ BMS ในปัจจุบัน ?

          ข้อตกลงและคำแนะนำทั่วไปได้กลายเป็นมาตรฐานข้อกำหนดของความปลอดภัยและระบบบริหารการเผาไหม้ซึ่งสามารถนำไปใช้งานได้สำหรับเครื่องทำความร้อน เพื่อให้แน่ใจว่ามีการหยุดทำงานอย่างปลอดภัยและการทำงานปกติในขณะที่ลดปริมาณการหยุดทำงานจากความล้มเหลวของอุปกรณ์ (Nuisance Trips) แต่ทั้งหมดต้องจำไว้ว่าความปลอดภัยของบุคลากรและสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญสูงสุด และเป็นวิธีการเชิงรุกที่จะต้องดำเนินการ

ข้อกำหนดใหม่สำหรับระบบ BMS
          ในอดีตที่ผ่านมาเตาเผาในอุตสาหกรรมการผลิตเกือบทั้งหมดมีการทำงานบนการควบคุมอุณหภูมิจากเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่ด้านทางออกในการควบคุมวาล์วควบคุมก๊าซในท่อจ่ายเชื้อเพลิงหลักด้วยการปิดวาล์วตัวเดียวที่ด้านต้นทางของวาล์วควบคุม การปิดวาล์วนี้เป็นทั้งแบบปิดโดยจากระบบนิรภัยของโรงงาน (ระบบ ESD) หรือดำเนินการด้วยผู้ปฎิบัติการ ซึ่งในแต่ละบริษัทได้มีการเพิ่มเติมสิ่งต่าง ๆ เข้าไปในแนวคิดพื้นฐานนี้

          รายการของข้อกำหนดใหม่ที่ต้องใช้ในการควบคุมเตาเผาต่าง ๆ และหลักเกณฑ์ของระบบบริหารการเผาไหม้หรือ ระบบ BMS มีรายการดังต่อไปนี้
          1. บังคับให้มีการไล่อากาศ (Mandatory Purging)
          2. การเชื่อมโยงระบบการอนุญาต (Permissive & Interlocks) 
          3. ระบบปิดสองชั้นและระบายออก (Double Block and Bleed Systems)
          4. ระบบจุดระเบิดและการนำร่อง (Pilots and Ignition Systems)
          5. ระบบการตรวจสอบเปลวไฟ (Dedicated Flame Monitoring Systems)
          6. ระบบการตรวจสอบความดัน, อุณหภูมิและการไหลสูงหรือดันต่ำ
          7. สัญญาณเตือนภัยและการควบคุมความดันอากาศและกระแสอากาศ (Combustion Air and Draft Pressure Alarms and Control)
          8. ระบบประมวลผลโดยเฉพาะ (Dedicated Logic Solver)
          แต่ละความต้องการเหล่านี้ได้ถูกพัฒนาเนื่องจากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากการไม่มีระบบต่าง ๆ เหล่านี้

          1. บังคับให้มีการไล่อากาศ (Mandatory Purging)
          ฟังก์ชันที่สำคัญที่สุดของระบบการควบคุมเตาเผาเพื่อป้องกันความเป็นไปได้ในการสะสมของก๊าซที่พร้อมติดไฟได้อยู่ในเตาเผา ซึ่งสิ่งที่อาจเกิดขึ้นตามมาจะเป็นความสามารถทำให้เกิดการระเบิดขึ้นในที่สุด ถ้ามีการจุดระเบิดโดยบังเอิญหรือไม่เหมาะสม การไล่อากาศที่ถูกต้องก่อนการจุดระเบิดของเตาเผาเป็นสิ่งสำคัญในการทำงานที่ปลอดภัยของเตาเผา

          การปฏิบัติงานตามปกติสำหรับการไล่อากาศของกระแสอากาศธรรมชาติ (Natural Draft) ในเตาเผาอนุญาตให้ใช้ระยะเวลาหนึ่งสำหรับเพื่อไล่อากาศตามธรรมชาติในเตาเผา ซึ่งโดยปกติจะใช้เวลาอยู่ประมาณ 20-30 นาทีบนสภาวะเตาเผาเย็นและจะได้รับการพิจารณาของผู้ปฎิบัติการ ทางเลือกคือการไล่อากาศด้วยไอน้ำ (ถ้ามีไอน้ำ) การดำเนินการต้องระมัดระวังที่จะทำเช่นนี้เพื่อป้องกันการควบแน่นของไอน้ำ อาจมีผลกระทบต่อการดำเนินงานของการจุดระเบิดและเครื่องมือตรวจสอบเปลวไฟ

          ในการไล่อากาศต้องมีการตรวจสอบว่าเวลาในการทำงานได้เสร็จสิ้นสมบูรณ์แล้ว ในหลักเกณฑ์ข้อแนะนำจะหมายความว่าจะต้องมีวิธีตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงปริมาณอากาศสี่ครั้ง (Four Volumes Changes) ก่อนที่จะดำเนินการจุดระเบิด เนื่องจากจะไม่สามารถวัดอัตราการไหลของอากาศในระหว่างการไล่อากาศตามธรรมชาติได้ ดังนั้นตัวเลือกที่ใช้ได้เพื่อให้ยืนยันการไล่อากาศคือ
          1) เครื่องเป่าหรือพัดลมไล่อากาศ (Purge Blower or Fan)
          2) การไล่อากาศด้วยไอน้ำ (Steam Purge from Radiant Section)
          3) การสร้างกระแสไล่อากาศ (Induced Draft Purge)
          นอกจากขึ้นอยู่กับกฎหมายแล้ว อาจจะต้องปฏิบัติตามให้มีอัตราการไหลต่ำสุด

          เวลาเพื่อให้บรรลุถึงการเปลี่ยนแปลงปริมาณอากาศสี่ครั้งอาจจะคำนวณจากอัตราการไหลที่ต้องการ ในกรณีที่การไล่อากาศไม่ต่อเนื่องตามเวลาที่กำหนดหรือเวลาที่ต้องการ ระบบการอนุญาตจะไม่ยินยอมและจะต้องไล่อากาศอีกครั้ง เฉพาะเมื่อการไล่อากาศเสร็จสิ้นลงเท่านั้นจึงจะสามารถดำเนินการจ่ายเชื้อเพลิงจุดระเบิดได้ อ้างอิงถึงมาตรฐาน NFPA 86 เป็นดังนี้

          NFPA 86 Section 8-4.1 Pre-ignition (Pre-purge, Purging Cycle)
          8-4.1.2: A timed pre-ignition purge shall be provided. At least 4 standard cubic feet (scf) of fresh air or inert gas per cubic foot (4 m3/m3) of heating chamber volume shall be introduced during the purge cycle.

 2. การประสานงานและระบบอนุญาต (Permissives & Interlocks)
          การประสานงานและระบบอนุญาตเหล่านี้สามารถมีเป็นจำนวนมากและอาจรวมถึงรายการทั้งหมดในระบบบริหารการเผาไหม้ การประสานงาน (Interlocks) ปกติมีการกำหนดไว้ในแผนภาพกระบวนการผลิตหรือ P & ID กับสัญลักษณ์ "I" ดังแสดงตัวอย่างในรูปที่ 1

รูปที่ 1 สัญลักษณ์ "I" บนแผนภาพกระบวนการผลิต

          สิ่งเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในการกำหนดค่าของการปฏิบัติการและเงื่อนไขการทำงาน เพื่อให้แน่ใจว่ามีลำดับการทำงานที่มีความปลอดภัยของเตาเผา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเริ่มต้นการจุดระเบิดและระหว่างการทำงาน ระบบอนุญาต (Permissives) เป็นส่วนหนึ่งของขั้นตอนการเริ่มต้นและการตัดเปลวไฟ ความสำคัญหลักของการประสานงานคือการตรวจสอบความต้องการบางส่วนหรือทั้งหมดของการหยุดการทำงานเตาเผา

          การประสานงานทั่วไปจะรวมไปถึงสิ่งต่าง ๆ ดังนี้
          * ความดันก๊าซเชื้อเพลิงสูงหรือต่ำ
          * ความดันก๊าซเชื้อเพลิงนำร่องสูงหรือต่ำ
          * อุณหภูมิปล่องควันสูงหรือต่ำ
          * การสูญเสียของเปลวไฟ
          * ความดันในห้องเผาไหม้สูงหรือต่ำ
          * การสูญเสียของอากาศในการเผาไหม้

          นอกจากนี้การหยุดทำงานโดยทั่วไปของแต่ละเตาเผาจะต้องตรวจสอบเป็นราย ๆ เพื่อตรวจสอบว่าอาจจะต้องเพิ่มเติมการหยุดทำงานเนื่องจากการออกแบบเตาเผาหรือการกำหนดค่า ไม่มีมาตรฐานการหยุดทำงานได้ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันเตาเผาและบุคลากรจากท่อขดและความเสียหายของโครงสร้างที่อาจเกิดขึ้นจากการดำเนินงานที่ไม่เหมาะสมเป็นระยะเวลานาน

          3. วาล์วปิด (Shut-off Valves)
          วาล์วปิดนิรภัย (Safety Shut-off valves) เป็นส่วนประกอบสำคัญในระบบบริหารการเผาไหม้เพื่อป้องกันการสะสมของสารผสมสิ่งที่ระเบิดได้ (Explosive Mixture) ในเตาเผา มาตรฐานการปฏิบัติเพื่อให้มีการจัดเตรียมวาล์วปิดนิรภัยอัตโนมัติติดตั้งในรูปแบบการปิดสองชั้นและระบายออก (Double Block and Bleed) บนท่อเชื้อเพลิงหลักและเชื้อเพลิงนำร่อง วาล์วปิดนิรภัยเพิ่มเติมควรตั้งอยู่ในแต่ละหัวเผา

สำหรับเตาเผาที่มีระบบหลายหัวเผา (Multiple Burner Systems) วาล์วปิดเหล่านี้จะต้องได้รับการรับรองให้ใช้ในระบบนิรภัย ตามความต้องการ NFPA วาล์วเหล่านี้จำเป็นต้องจดทะเบียนใน FM-7400 [7] ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 Double Block and Bleed valve

          ในระหว่างการทำงานตามปกติวาล์วด้านระบายจะปิดโดยอัตโนมัติตามการร้องขอและเช่นเดียวกันจะเปิดโดยอัตโนมัติเมื่อเตาเผาหยุดทำงาน วาล์วด้านระบายจะถูกตรวจสอบว่าวาล์วปิดสนิทก่อนจะทำการเปิดวาล์วนิรภัยตัวอื่น ๆ ในการปิดวาล์วนิรภัยด้านต้นทางต้องได้รับการยืนยันการปิดก่อนเปิดวาล์วด้านระบายเพื่อป้องกันเชื้อเพลิงปล่อยออกภายนอกโดยไม่จำเป็น วาล์วด้านระบายยังต้องอยู่ในสภาพ De-energized และถูกตรวจสอบก่อนการไล่อากาศและเริ่มต้นทำงาน

          ระบบที่แสดงข้างต้นสามารถทำงานได้ดีสำหรับระบบหัวเผาเดียว (Single Burner Systems) แต่ไม่สามารถนำไปใช้กับระบบหลาย ๆ หัวเผา จนกว่าจะมีการทำงานเรียงตามกันทั้งหมด เพื่อที่จะให้เตาเผาทำงานในกรณีของการเกิดความล้มเหลวในหัวเผาเดียวแล้วก๊าซเชื้อเพลิงจะต้องถูกแยกออกจากหัวเผาที่ล้มเหลวนั้น ความเข้มงวดของหลักเกณฑ์และข้อแนะนำต้องการให้มีวาล์วปิดนิรภัยสองตัวต่ออนุกรมกันในท่อตรงสำหรับแต่ละหัวเผา 

ข้อยกเว้นที่มีแสดงไว้ใน NFPA ที่จะอนุญาตให้มีการหยุดทำงานของหัวเผาเดียว ต้องมีการจัดเตรียมที่ให้ทุกหัวเผาทำการเผาไหม้ไปยังห้องเผาไหม้ร่วมกัน (Common Combustion Chamber) และตรงตามเงื่อนไขที่แน่นอน อ้างอิงถึงมาตรฐาน NFPA 86 เป็นดังนี้

          NFPA 86 Section 8-7 Safety Shut-off Valves (Fuel Gas or Oil)
          8-7.1.1: Safety shut-off valves shall be utilized as a key safety control to protect against explosions and fires.
          8-7.1.2: Each safety shut-off valve required in 8-7.2.1 and 8-7.3.1 shall automatically shut off the fuel to the burner system after interruption of the holding medium (such as electric current or fluid pressure) by any one of the interlocking safety devices, combustion safeguards, or operating controls.
          NFPA 86 Section 8-7.2 Fuel Gas Safety Shut-off Valves
          8-7.2.1: Each main and pilot fuel gas burner system shall be separately equipped with two safety shutoff valves piped in series.
          8-7.2.2: Where the main or fuel pilot gas burner system capacity exceeds 400,000 Btu/hr (117 kW), at least one of the safety valves required by 5-7.2.1 shall be proved closed and interlocked with the pre-ignition purge interval.

          4. ระบบจุดระเบิดและการนำร่อง (Pilots and Ignition Systems)
          เป็นเรื่องน่าเสียดายที่ว่าเตาเผาส่วนใหญ่ที่ยังคงใช้ในงานวงการอุตสาหกรรมกระบวนการผลิต ยังคงใช้ระบบจุดระเบิดด้วยมือ ซึ่งหมายความว่าเตาเผาเป็นระบบจุดไฟด้วยมือโดยผู้ปฎิบัติจากหัวจุดไฟ (Ignition Torch) ที่ฐานของหัวเผานั้น ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันและสามารถจัดหาระบบจุดระเบิดแบบอิเล็กทรอนิกส์ได้สะดวกขึ้น จึงอาจไม่จำเป็นที่จะต้องดำเนินการจุดไฟที่เตาเผาด้วยมือและอาจจะเป็นบริเวณที่เสี่ยงอันตรายของผู้ปฎิบัติการ

          ระบบจุดไฟด้วยอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยแกนจุดระเบิด (Burner Rod) ที่ถูกจัดเตรียมไว้ให้กับหัวเผาและหม้อแปลงจุดระเบิดไฟฟ้าแรงสูง เมื่อการประสานงานทั้งหมดถูกทำให้ถูกต้องชัดเจนและระบบอนุญาตอยู่ในตำแน่งพร้อมจุดไฟหัวเผานำร่องแล้ว จากนั้นก็ดำเนินการจุดไฟหัวเผาหลัก 

ระบบจุดระเบิดด้วยอิเล็กทรอนิกส์ถูกควบคุมโดยระบบบริหารจัดการเผาไหม้หรือ BMS, ลดความจำเป็นในการดำเนินการให้จัดเตรียมแหล่งกำเนิดไฟสำหรับหัวเผานั้น ซึ่งถือว่าเป็นส่วนที่อันตรายที่สุดของการขั้นตอนการเริ่มต้นทำงานของเตาเผา ระบบบริหารการเผาไหม้เป็นตัวควบคุมการเผาไหม้ของเตาเผา ซึ่งขั้นตอนการไล่อากาศไม่สามารถข้ามมาได้ง่าย ๆ

          โดยปกติแต่ละหัวเผาจะมีระบบจุดระเบิดนำร่องของตนเอง ขอแนะนำให้ทดลองใช้อย่างต่อเนื่อง ระบบจุดระเบิดนำร่องที่แยกแต่ละชุดเพื่อให้แน่ใจว่ายังมีแหล่งที่มาของการจุดระเบิดอย่างต่อเนื่องสำหรับหัวเผาหลัก ดังนั้นระบบจุดระเบิดนำร่องต้องทำงานอย่างต่อเนื่องและจะต้องมาจากแหล่งเชื้อเพลิงที่มีความปลอดภัยเช่นก๊าซธรรมชาติ 

การทำงานของระบบจุดระเบิดนำร่องอย่างต่อเนื่องเป็นวิธีการด้านความปลอดภัยของการทำงานในกรณีที่เตาหลักที่ถูกปิดและปฏิเสธความจำเป็นในการไล่อากาศของเตาเผาหลังหัวเผาหลักหยุดทำงาน ความร้อนที่ปล่อยจากระบบจุดระเบิดนำร่องมีน้อยและจะไม่ทำให้เกิดความเสียหายได้ถึงแม้หากไม่มีการไหลผ่านท่อขดในเตาเผา อ้างอิงถึงมาตรฐาน NFPA 86 เป็นดังนี้

          NFPA 86 Section 8-4.1 Pre-ignition (Pre-purge, Purging Cycle)
          8-4.1.5: Prior to re-ignition of a burner after a burner shutdown or flame failure, a pre-ignition purge shall be accomplished.
          Exception; Repeating the pre-ignition purge shall not be required where the conditions of (a), (b) or (c) are satisfied.
          (a) The heating chamber temperature exceeds 1400_F (760_C )
          (b) For any fuel-fired system, all of the following conditions are satisfied:
          (1) Each burner and pilot is supervised by a combustion safeguard in accordance with Section 8-9; (2) Each burner system is equipped with safety shutoff valves in accordance with Section 8-7; and 
          (3) At least one burner remains operating in the combustion chamber of the burner to be reignited.
          (c) All of the following conditions are satisfied (does not apply to fuel oil systems): (1) each burner and pilot is supervised by a combustion safeguard in accordance with Section 8-9; (2) each burner system is equipped with a gas safety shutoff valve in accordance with Section 8-7and (3) it can be demonstrated that      the combustible concentration in the heating chamber cannot exceed 25 percent of the LEL.

          5. ระบบการตรวจสอบเปลวไฟ (Dedicated Flame Monitoring Systems)
          แต่ละหัวเผาจะมีอุปกรณ์ตรวจสอบเปลวไฟของตนเอง ในการตรวจสอบเปลวไฟนำร่องและเปลวไฟหลักจะต้องการตัวตรวจสอบแบบอิสระ ข้อยกเว้นจะขึ้นอยู่กับชนิดของระบบจุดระเบิดนำร่องและหัวเผา มีการใช้เทคนิคการตรวจสอบที่แตกต่าง ๆ กันในการติดตั้งมากที่สุดอยู่ 2 ประเภทคือ
          1. Flame (Ionisation) Rod ในการตรวจสอบเปลวไฟนำร่อง
          2. UV (Ultraviolet) หรือ IR (Infrared) Scanner ในการตรวจสอบเปลวไฟหลัก

          โดยทั่ว Flame Rod จะถูกใช้ทั่วไปในการตรวจสอบเปลวไฟนำร่องตามต้นทุนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น แต่ระบบเดียวกันไม่ควรใช้ในการตรวจสอบเปลวไฟหลัก โดยปกติแล้วเปลวไฟหลักเหล่านี้มักจะทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นและ Flame Rod จะถูกเผาไหม้ในระยะเวลาสั้น ๆ

          อุปกรณ์ตรวจสอบเปลวไฟบางประเภทที่ผ่านการรับรองสามารถปรับเวลาตอบสนองต่อความล้มเหลวของเปลวไฟ ปกติอยู่ในช่วงระยะเวลาจาก 1-4 วินาที ในหลักเกณฑ์ของบางประเทศ ยังกำหนดให้มีการตรวจสอบความสามารถล้มเหลวของเปลวไฟในวิธีการ "Flame-proving" จะถูกเตรียมมาพร้อมกับกลไกการตรวจสอบตัวเอง ซึ่งหมายความว่าหัวเผาจะอยู่ในเตาเผาได้นานกว่า 24 ชั่วโมง 

เมื่อการตรวจสอบเปลวไฟเป็นเครื่องมือมือวัดที่สำคัญในการตรวจสอบการสูญเสียของเปลวไฟและเริ่มต้นแยกก๊าซเชื้อเพลิง จึงมีข้อแนะนำให้ใช้เครื่องมือตรวจสอบเปลวไฟที่สามารถตรวจสอบตนเองได้ สำหรับระบบทั้งหมดของวัฎจักรการจ่ายเชื้อเพลิง โดยขึ้นอยู่กับขนาดของหัวเผา อาจเพียงใช้เวลาหลายวินาทีเพื่อสะสมส่วนผสมที่สามารถระเบิดได้ ซึ่งจะใช้อธิบายความต้องการของอุปกรณ์ อ้างอิงถึงมาตรฐาน NFPA 86 เป็นดังนี้

          NFPA 86 Section 8-9 Combustion Safeguards (Flame Supervision)
          8-9.1: Each burner flame shall be supervised by a combustion safeguard having a maximum flame failure response time of 4 seconds or less, that performs a safe-start check, and is interlocked into the combustion safety circuitry.
          8-9.2: Each pilot and main burner flame shall be supervised independently.

          6. สัญญาณเตือนและการหยุดทำงาน (Alarms and Shutdowns)
          สัญญาณเตือนและการหยุดทำงานถูกจัดเตรียมขึ้นโดยระบบเครื่องมือวัดและการควบคุมของเตาเผาเพื่อเพิ่มความปลอดภัยและการอนุญาตให้ระบบที่จะเปลี่ยนจากลำดับขั้นตอนที่แตกต่างกันของการทำงานเตาเผาในลักษณะที่เหมาะสมและปลอดภัย มีตัวอย่างเครื่องมือวัดบางอย่างของระบบทั้งหมดและส่วนอื่น ๆ ของเตาเผาจะขึ้นอยู่กับสิ่งต่าง ๆ ดังนี้
*  ขนาด
*  วัตถุประสงค์
*  การกำหนดค่าของเตาเผา

          เครื่องมือวัดจะถูกติดตั้งอยู่บนตำแหน่งท่อจ่ายก๊าซเชื้อเพลิงและตัวเตาเผา ในอดีตที่ผ่านมาเครื่องมือวัดในรูปแบบสวิตช์มีใช้งานกันอย่างแพร่หลายสำหรับการใช้งานเหล่านี้ด้วยเหตุผลต่าง ๆ อย่างไรก็ตามแต่มีข้อแนะนำว่าควรใช้เครื่องส่งสัญญาณ (Transmitter) แทนเครื่องมือวัดในรูปแบบสวิตช์ (Switch) ซึ่งอาจล้มเหลวในตำแหน่งที่ไม่ปลอดภัยโดยไม่มีการแสดงถึงสถานะความล้มเหลวที่เกิดขึ้น จนกระทั่งถึงเวลาต้องใช้งานจริง

รายงานจากเครื่องส่งสัญญาณกลับเป็นข้อมูลแบบไดนามิกและมีการควบรวมระบบวินิจฉัยความล้มเหลวเข้าไปด้วย จึงสามารถให้การบ่งชี้ถึงความล้มเหลวที่เกิดขึ้น ดังนั้นถ้ามีการพิจารณาความสูญเสียที่เกี่ยวข้องหากเกิดเหตุการณ์อันตราย จะเกิดค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพมากหากมีการใช้เครื่องส่งสัญญาณที่น่าเชื่อถือมากขึ้น

          ความต้องการสัญญาณเตือนสำหรับก๊าซเชื้อเพลิงเป็นเรื่องทั่วไปสำหรับทุกระบบโดยจะมีสัญญาณต่าง ๆ เหล่านี้
          *  ความดันท่อก๊าซเชื้อเพลิงหลักสูงหรือต่ำ
          *  ความดันท่อก๊าซเชื้อเพลิงนำร่องสูงหรือต่ำ

          สิ่งเหล่านี้เป็นที่ต้องการเพื่อรักษาความดันการทำงานของหัวเผาภายในตัวแปรการออกแบบโดยผู้ผลิตเตาเผา การทำงานนอกขอบเขตเหล่านี้จะทำให้เปลวไฟไม่มีเสถียรภาพท่ามกลางปัญหาอื่น ๆ ถ้าพัดลมบังคับกระแสอากาศหรือเครื่องเป่ามีความต้องการ สำหรับจ่ายอากาศในการเผาไหม้ จะต้องจัดเตรียมสัญญาณเตือนการไหลอากาศต่ำและการไหลอากาศต่ำมากแล้วสั่งให้หยุดทำงานในระบบควบคุม

          เครื่องมือวัดและสัญญาณเตือนอื่น ๆ ควรจะถูกจัดเตรียมขึ้นเพื่อป้องกันตัวเตาเผาจากการทำงานที่ไม่เหมาะสม สัญญาณเตือนอุณหภูมิปล่องควันสูงจะเตือนการรั่วไหลที่เป็นไปได้ในส่วนการพาความร้อน (Convection Section) เป็นผลทำให้ไม่สามารถควบคุมเปลวไฟได้ ในขณะที่สัญญาณเตือนต่ำจะป้องกันความเป็นไปได้ของการกลั่นตัวก๊าซกรด ขณะที่สัญญาณเตือนอุณหภูมิปล่องควันสูงมาก ๆ จะทำให้หัวเผาหลักหยุดทำงาน

          การวัดกระแสอากาศและสัญญาณเตือนของเตาเผาจะช่วยให้มั่นใจว่าเตาเผาทำงานในรูปแบบกระแสอากาศตามที่ออกแบบไว้ การทำงานที่อยู่นอกช่วงนี้อาจทำให้เกิดเหตุการณ์ต่าง ๆ ดังนี้
          * ความไม่เสถียรภาพของเปลวไฟ
          * ลักษณะเปลวไฟที่ไม่เหมาะสม
          * การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์

          สัญญาณเตือนการไหลด้านทางเข้าต่ำอาจเป็นที่ต้องการ ขึ้นอยู่กับของไหลกระบวนการ, ถ้าของไหลกระบวนการนี้ไวต่อการเกิด Coking หรือสลายที่อุณหภูมิสูงกว่าการออกแบบขอแนะนำให้จัดเตรียมสัญญาณเตือนการไหลต่ำและจะสั่งการให้ปิดหัวเผาเมื่อเกิดการสูญเสียของการไหล การไหลต่ำก็จะเป็นผลลัพธ์ทำให้อุณหภูมิผิวท่อขดมีค่าสูงถึงความร้อนไม่สามารถดึงออกจากท่อได้อย่างเพียงพอ อ้างอิงถึงมาตรฐาน NFPA 86 ได้เป็นดังนี้

          NFPA 86 Section 5-8 Fuel Pressure Switches (Gas or Oil)
          5-8.1: A low pressure switch shall be provide and shall be interlocked into the combustion safety circuitry.
          5-8.2: A high gas pressure switch shall be provide and shall be interlocked into the combustion safety circuitry. The switch shall be located downstream of the final pressure-reducing regulator
          5-8.3: Pressure switch settings shall be made in accordance with the operating limits of the burner system.

          7. กระแสอากาศสำหรับการเผาไหม้/สัญญาณเตือนและการควบคุมความดัน (Combustion Draft/Pressure Alarms and Controls)
          กระแสอากาศของเตาเผาเป็นแรงกระตุ้นที่จะให้การไหลของอากาศและก๊าซเชื้อเพลิงที่เหมาะสมผ่านเตาเผา จุดวิกฤติที่สำคัญที่สุดของกระแสอากาศคือโครงสร้างที่มีรูปเป็นเส้นโค้ง (The Arch) เป็นการควบคุมตัวแปรในการออกแบบหัวเผาและเตาเผาเอง การวัดตัวแปรนี้เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญในการทำงานของเตาเผาและแจ้งเตือนผู้ปฎิบัติการที่มีแนวโน้มไปในเชิงบวกใด ๆ

          ถึงแม้ว่าโดยปกติจะไม่ใช่อุปกรณ์ที่ใช้หยุดการทำงาน จะมีการประสานงานอย่างใกล้ชิดในการเปิดใบ Damper ในปล่องควัน การควบคุมความดันประกอบด้วยเครื่องส่งสัญญาณความดันอยู่ที่เตาเผาและหัวขับที่ Damper ปล่องควัน ความดันกระแสอากาศต่ำ (ความดันสูงในห้องเผาไหม้) สัญญาณเตือนควรจะถูกเพิ่มสำหรับเครื่องส่งสัญญาณนี้ การควบคุมที่กำหนดค่าดังกล่าวที่ให้ Damper ปล่องควันเปิดเมื่อกระแสอากาศยังคงมีค่าต่ำ ในกรณีที่กระแสอากาศยังคงต่ำเกินไป แต่ Damper ปล่องควันเปิดที่ 100% การจ่ายเชื้อเพลิงไปยังหัวเผาจะต้องลดลง

          8. ระบบประมวลผลเฉพาะ (Dedicated Logic Solver)
          ระบบบริหารการเผาไหม้ดั้งเดิมที่สุดได้ดำเนินการโดยใช้ระบบรีเลย์และสวิตช์ในการประมวลผล เมื่อออกแบบได้อย่างถูกต้องแผงเชื่อมต่อสายเหล่านี้อาจพิสูจน์ว่ามีความเชื่อถือได้มาก แต่ระบบการอนุญาตและการประสานงานในระบบดังกล่าวจะถูกมองข้ามได้อย่างง่ายดาย กับการถือกำเนิดของไมโครโปรเซสเซอร์,

การใช้ประโยชน์ตัวควบคุมการป้องกันเปลวไฟ (Flame Safeguard Controllers) ได้รับการแนะนำ ตัวควบคุมเหล่านี้จัดเตรียมลำดับขั้นตอน ในการเริ่มต้นและหยุดการทำงานของเตาเผาอย่างปลอดภัย เบื้องหลังของตัวควบคุมเหล่านี้ได้รับการออกแบบเฉพาะเพื่อการควบคุมระบบเตาที่มีหัวเผาเดี่ยว

          การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดในระบบบริหารการเผาไหม้เป็นความสามารถในการใช้ Programmable Logic Controller (PLC) เป็นตัวป้องกันหลักและประมวลผลทางโลจิก เงื่อนไขบางอย่างจะต้องปฏิบัติตามคำสั่งในการตรวจสอบการใช้งาน ซึ่งมีความแตกต่างระหว่างหลักเกณฑ์ที่แตกต่างกัน 

ข้อกำหนดความต้องการทั่วไปเป็นความล้มเหลวของแหล่งจ่ายไฟฟ้าและฮาร์ดแวร์จะไม่ป้องกันระบบจากการคืนสภาพกลับไปยังสภาวะที่ปลอดภัยและต้องใช้ระบบการตรวจสอบจากภายนอกในการตรวจสอบช่องสัญญาณเอาต์พุตโดยเฉพาะ ความผิดพลาดใด ๆ ที่จะเป็นสาเหตุทำให้ระบบกลับไปใช้เงื่อนไขที่ปลอดภัย เป็นเทคโนโลยีความก้าวหน้าและเป็นการนำเสนอความก้าวหน้าของระบบที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยอย่างแท้จริง ความต้องการเหล่านี้และข้อกำหนดย่อมจะเปลี่ยนแปลง อ้างอิงถึงมาตรฐาน NFPA 86 ได้เป็นดังนี้

          NFPA 86 Section 5-3 Programmable Controllers for Safety Service
          5-3.1.2: In the event of a power failure, the programmable controller (hardware and software) shall not prevent the system from reverting to a safe default condition. A safe condition shall be maintained upon the restoration of power.
          5-3.1.3: The control system shall have a separate manual emergency switch, independent of the programmable controller that initiates a safe shutdown.
          5-3.1.4: Any changes to hardware or software shall be documented, approved, and maintained in a file on the site.
          5-3.2.1; A programmable controller-based system specifically listed for combustion safety service shall be permitted where applied in accordance with the listing requirements and the manufacturer’s instructions.
          5-3.2.2: A programmable controller not listed for combustion safety service shall be permitted to monitor safety interlocks, or to provide burner control functions, provided …PLC Panel with Lights and Push Buttons

เอกสารอ้างอิง
[1] NFPA 86-2007, “Standard for Ovens and Furnaces”
[2] API Std 560-May 2001, “Fire Heaters for General Refinery Services”
[3] Safety Control and Burner Management Systems (BMS) on Direct-Fired Multiple Burner Heater, Born Heaters Canada Ltd.
[4] Bela G. Liptak, Instrument Engineers' Handbook, Fourth Edition, Volume Two- Process Control and Optimization
[5] IEC 61508,” Functional Safety – Safety Related Systems”
[6] IEC 61511-2003, “Function safety-Safety instrumented system for the process industry sector”, 2003
[7] Approval Standard for Liquid and Gas safety shutoff Valves, Class Number 7400.
[8] Safety Equipment Reliability Handbook, Second Edition, Exida.

 

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด