เนื้อหาวันที่ : 2011-08-18 10:16:28 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 5343 views

แนวทางการใช้งานกับดักก๊าซเปรี้ยว

ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ ก๊าซเปรี้ยว คือ ก๊าซธรรมชาติที่ถูกปนเปื้อนด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ เกิดขึ้นตามธรรมชาติแต่ไม่เป็นที่ต้องการ

เทพพิชา วิทยานารถไพศาล

ก๊าซเปรี้ยวคืออะไร ?
          ในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ SOUR GAS (ก๊าซเปรี้ยว) หมายถึง ก๊าซธรรมชาติที่ถูกปนเปื้อนด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ (Hydrogen Sulfide, H2S) และก็เช่นกัน SOUR CRUDE ก็คือ น้ำมันดิบที่ถูกปนเปื้อนด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซึ่งเกิดขึ้นโดยธรรมชาติแต่ไม่เป็นที่ต้องการเพราะนอกจากจะสร้างปัญหามลภาวะทางสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากเชื้อเพลิงที่มีซัลเฟอร์สูงแล้ว ยังสร้างปัญหาการกัดกร่อนร้ายแรงต่อวัสดุหลายอย่างด้วย

          LIQUID DRAINERS (DRAIN TRAPS) หรือตัวระบายของเหลว และ STRAINERS หรือตัวกรอง จาก ARMSTRONG จึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่นิยมใช้กับงานก๊าซเปรี้ยว แต่ก็มีผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่บางครั้งระบุว่าต้องใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่ง INVERTED BUCKET AIR TRAPS (กับดักอากาศแบบถ้วยคว่ำ) การตรวจสอบรุ่นเพื่อนำไปใช้งานอาจจะควบคู่ไปกับรายละเอียดเพิ่มเติมของค่าความเข้มข้นของ H2S   ซึ่งอาจจะมีการระบุว่าใช้งานกับก๊าซเปรี้ยว หรืออาจมีการระบุว่า NACE ที่จะอ้างอิงถึงมาตรฐาน MR0175-93 โดย National Association of Corrosion Engineers (NACE)

ปัญหาคืออะไร ?
          H2S ภายใต้ความดันจะแทรกผ่านเข้าไปในโครงสร้างผลึกของโลหะและสร้างความเครียด (STRAIN) ให้แก่โครงสร้างผลึก ซึ่งจะลดความสามารถในการเปลี่ยนรูปหรือทำให้เปราะนั่นเอง ในปัจจุบันนี้ความเค้นภายนอกเนื่องจากความดันและภาวะงาน หรือความเค้นภายในเนื่องจากงานเย็นหรือการเชื่อม จะทำให้ชิ้นส่วนเปราะพังโดยไม่มีสัญญาณบ่งบอกล่วงหน้า กระบวนการนี้เรียกว่า Sulfide Stress Cracking (SSC)
SSC เกิดจากหลายปัจจัย ได้แก่

          - ส่วนประกอบ ความแข็งแรง การให้ความร้อน (heat treatment) และโครงสร้าง microstructure ของวัสดุ  
          - ความเข้มข้นของประจุไฮโดรเจน (pH) ของสภาวะแวดล้อม
          - ความเข้มข้นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ และความดันทั้งหมด
          - ความเค้นแรงดึงทั้งหมด (total tensile stress)
          - เวลา และอุณหภูมิ

การเลือกผลิตภัณฑ์และข้อจำกัด
          Inverted Bucket Traps (โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับงานกับดักอากาศ) ควรจะเลือกกับดักจากรุ่น Series 300 ตัวถ้วยและกลไก (ยกเว้นวาล์วและบ่าวาล์ว) จะถูกเผาเพื่อกำจัดความเค้นที่เกิดขึ้นจากขั้นตอนการตอกขึ้นรูป วาล์วและบ่าวาล์วทำมาจาก Stainless 316 โดยไม่ผ่านการให้ความร้อนใด ๆ ทั้งสิ้น ตัวถ้วยทำจากเหล็กหล่อ (Cast Iron) ที่มีน้ำหนักถูกต้องเนื่องจากเหล็กหล่อจะไม่สร้างความเค้นแรงดึง และอาจมีการใช้สลักเกลียวแบบพิเศษในกรณีที่มีก๊าซเปรี้ยวอยู่ในบรรยากาศบริเวณนั้น

          Strainers ควรจะเลือกจากรุ่นเหล็กหล่อเหนียว (Cast Carbon Steel) เพื่อให้เกิดปัญหาในการใช้งานน้อยที่สุด แผ่นกรองสำหรับตัว Strainer ทุกตัวจะถูกเผาเพื่อกำจัดความเค้นในเส้นลวดหรือฐานที่เป็นรู (Perforated Stock) ถ้าไม่มีก๊าซเปรี้ยวอยู่ในบรรยากาศรอบนอก Strainer จะไม่มีการใช้ตัวสลักเกลียวแบบพิเศษ

          Low Alloy Steel Strainers (Grade WC6) อาจถูกใช้ในข้อต่อแบบเกลียวโดยไม่มีการผ่านความร้อนแบบพิเศษแต่อย่างใด แต่แบบหน้าแปลนเชื่อม (Welded-on) จะต้องผ่านการเผาเนื่องจากอัลลอยด์ชนิดนี้จะแข็งตัวง่ายมากในช่วงการเย็นตัวอย่างรวดเร็วที่เกิดหลังจากการเชื่อม

          Socketweld Strainers ในงานเหล็กแบบอัลลอยด์ต่ำ (Grade WC6 และ F22) จะไม่สามารถใช้ได้กับงานที่มีก๊าซเปรี้ยว เนื่องจากเราไม่มีทางจะมั่นใจได้ว่าจะไม่มีการให้ความร้อนในภาคสนามแก่รอยเชื่อม

          Float Traps โดยทั่วไปจะต้องมีการวิเคราะห์สำหรับแต่ละงานเพื่อให้มีการแก้ปัญหาที่ดีที่สุดสำหรับแต่ละกรณี   ปัจจัยที่ล่อแหลมสำหรับกับดักชนิดนี้คือตัวลูกลอยที่จะต้องผ่านการเผา ซึ่งจะลดค่า Maximum Working Pressure (MWP) ลงถึง 50% ซึ่งอาจจะส่งผลหรือไม่ส่งผลต่อค่าความดันในการใช้งานของกับดัก

ในหลาย ๆ กรณีนั้นจำเป็นจะต้องใช้ลูกลอยแบบดั้งเดิมเพื่อให้เป็นไปตามการออกแบบให้ใช้งานได้ รวมถึงกลไกต่าง ๆ ก็จะผ่านการเผา วาล์วและบ่าวาล์วทำจาก Stainless 316 (หรือชนิด 17-4Ph สำหรับกับดักรุ่น HLS) สปริงถ่วงน้ำหนักของรุ่น HLS ทำจาก Inconel X-750 Alloy

          ตารางที่ 1 บอกค่าความดันการใช้งานสูงสุด (MWP) ที่ 100 ๐F (38 ๐C) ของลูกลอยที่ผ่านการเผาสำหรับกับดักต่าง ๆ ค่าความดันใช้งานที่เป็นไปได้ของกับดักจะต่ำที่สุดตาม
          - ค่าความดันใช้งานของลูกลอยจะถูกทำให้ต่ำลงสำหรับงานที่จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิสูง
          - ค่าความดันการทำงานของกลไก
          - ค่าความดันที่เป็นไปได้ของถัง Vessel

          ค่าความดัน 2 อันสุดท้ายมักจะพบในหนังสือคู่มือ Handbook 402 "Draining Compressed Air and Other Gases" อย่างไรก็ตามถ้ามีก๊าซเปรี้ยวอยู่ในสภาวะแวดล้อมด้านนอกเข้ามาเกี่ยวข้อง (สลักเกลียว Class I หรือ II ไปดูเรื่อง "Special Considerations for Bolts") ให้ติดต่อเพื่อตรวจสอบกับวิศวกรของ Alpha Group หรือ Armstrong ในเรื่องของการประเมินถัง (Vessel Rating) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเรื่องการเพิ่มของอุณหภูมิที่จะส่งผลไปลดค่าความดันใช้งานของลูกลอย

ตารางที่ 1 ค่าความดันใช้งานที่100 F (38 C)   ของลูกลอยที่ผ่านการเผาแล้ว

          The Series 2400 HLS Traps ข้อต่อแบบเกลียวหรือหน้าแปลนจะต้องผ่านการเผาหลังจากเชื่อมข้อต่อแล้ว เนื่องจาก F22 Alloy Steel จะแข็งตัวง่ายมากในช่วงการเย็นตัวอย่างรวดเร็วที่เกิดหลังจากการเชื่อม ซึ่งจะไม่สามารถทำเป็นงานสวมเชื่อม (Socketweld) ได้ เนื่องจากเราไม่มีทางจะมั่นใจได้ว่าจะไม่มีการให้ความร้อนในภาคสนามแก่รอยเชื่อม

กับดักที่ไม่เหมาะกับงาน SOUR
          Model 71-A Liquid Drainer แบบตอบสนองไวไม่เหมาะกับงานก๊าซเปรี้ยวเนื่องจากสปริงที่มีสารเจือปนสูงมักจะมีจุดอ่อนเรื่อง SSC
          Thermodynamic Traps ไม่เหมาะกับงานก๊าซเปรี้ยวเนื่องจากส่วนภายในที่ไม่เหมาะ
          Thermostatic Traps and F&T Traps ไม่เหมาะกับงานก๊าซเปรี้ยวเพราะตัว Bellows มักจะมีปัญหาเรื่อง SSC จนบางลง ไม่ทนต่องานเย็น และความเค้นสูง

การพิจารณาสลักเกลียวแบบพิเศษ
          เนื่องจากสลักเกลียวของหลาย ๆ ผลิตภัณฑ์อาจมีค่าการทนสภาวะก๊าซเปรี้ยวที่ต่างกันออกไป มาตรฐาน NACE MR0175-93 จึงได้ให้กำหนดออกเป็น 3 หมวดแบ่งตามการสัมผัสกับก๊าซเปรี้ยว สลักที่ไม่ถูกปกคลุมคือสัมผัสกับก๊าซเปรี้ยวจะถูกจัดอยู่ในวัสดุ Class I หรือ Class II

          - Class I สลักเกลียวทำจากวัสดุที่ยอมรับได้ (โดยมาตรฐาน NACE) สำหรับใช้ในสภาวะแวดล้อมก๊าซเปรี้ยว ผ่านการให้ความร้อนที่เหมาะสมจำกัดค่าความแข็ง

          - Class II สลักเกลียวที่อยู่ในกลุ่ม Class I และ Bolt ตาม ASTM A 193, Grade B7M และ Nut ตาม ASTM A 194, Grade 2HM ซึ่งวัสดุเหล่านี้มีค่าความเค้นแรงดึงเพียง 80% ตามมาตรฐานวัสดุ B7 และ H2 ซึ่งในบางกรณีอาจจะไปลดค่าความดันมากที่สุดที่เป็นไปได้ของถัง Vessel

          -  Class III สลักเกลียวที่ถูกออกแบบมาให้ไม่สัมผัสกับสภาวะแวดล้อมก๊าซเปรี้ยวโดยตรงและสามารถเปิดออกสู่บรรยากาศที่ไม่มีการปนเปื้อนเท่านั้น ซึ่งสามารถรวมถึงวัสดุที่เหมาะสมในการทำสลักเกลียว รวมทั้ง ASTM A 193, Grade B7

          และพึงรู้ไว้ว่านี่ไม่ใช่การจัดอันดับคุณภาพ ฉะนั้นอย่าเลือก Class I ด้วยจุดประสงค์ที่ต้องการวัสดุที่ดีกว่า ระดับมาตรฐานของสลักเกลียวนั้นคือความแข็งแรง ราคาไม่แพง และหาง่าย

การสั่งและการตรวจสอบข้อมูล
          การทำงานที่ต้องเกี่ยวข้องกับก๊าซเปรี้ยว ทำให้ต้องเพิ่มปัจจัยที่ซับซ้อนหลายอย่างเข้าไปในกระบวนการที่ได้ทำการเลือกไว้แล้ว นอกเหนือจากรายละเอียดเดิมของรุ่นของผลิตภัณฑ์ (ขนาดข้อต่อ และชนิด) และความสามารถการจุที่ต้องการ เรายังสามารถควบคุมการตรวจสอบเพื่อระบุรุ่นที่จะใช้งานได้ดีถ้าเราทราบ:
          - ความดันและอุณหภูมิที่ออกแบบไว้
          - ข้อมูลความเข้มข้นของก๊าซเปรี้ยวในกรณีที่อาจสร้างปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม
          - บริเวณที่จะมีความเปรี้ยวเจือปน (เฉพาะบริเวณภายในหรือภายนอกด้วย)
          - ในกรณีของกับดักแบบลูกลอย ควรจะทราบค่าความถ่วงจำเพาะจริงของของไหลที่จะต้องถูกระบายออก

การพิจารณาทางวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องกับสภาวะแวดล้อมของก๊าซเปรี้ยวและวัสดุที่ต้องการสำหรับการปรับเปลี่ยนผลิตภัณฑ์

ค่าจำกัดการสัมผัส
          มาตรฐาน MR0175-93 ถูกตีพิมพ์โดย the National Association of Corrosion Engineers กำหนดว่าจะต้องทราบบทบาทที่ซับซ้อนของค่าความดันและความเข้มข้นของ H2S ถึงแม้ว่าจะสภาวะความเปรี้ยวจะทำให้เกิด SSC เพื่อให้เข้าใจง่ายสามารถกล่าวได้ว่า ถ้าค่าความดันย่อยของ H2S มีค่าไม่เกิน 0.05 psia (0.34 kPa abs) หรือค่าความดันรวมไม่เกิน 65 psia (4.5 bara) จะไม่เกิดปัญหา SSC แน่นอน โดยค่าความดันย่อยของ H2S สามารถคำนวณได้จาก ค่าอัตราส่วนโมลของก๊าซ H2S คูณกับ ค่าความดันรวม เมื่อค่าอัตราส่วนโมล = mol% /100

          ยกตัวอย่างเช่น ถ้าระบบมีการใช้ความดันที่ 1000 psia ถูกปนเปื้อนด้วย H2S 0.01 mol% ฉะนั้นค่าความดันย่อยของ H2S คือ (0.01/100) x1000 ซึ่งเท่ากับ 0.10 psia นั่นหมายความว่าความเข้มข้นก๊าซอยู่ในช่วงที่จะเกิดผลกระทบ SSC 

การเลือกวัสดุและการปรับเปลี่ยนผลิตภัณฑ์เพื่อป้องกันการเกิด SSC
          ขั้นตอนแรกในการป้องกันความเสียหายจาก SSC คือการเลือกวัสดุให้เหมาะสม หรือปรับเปลี่ยน เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้วัสดุที่ไม่เหมาะสม ขั้นที่สองคือจำกัดความแข็งแรงของวัสดุให้สัมพันธ์กับค่าต่ำสุด (ซึ่งเปลี่ยนไปตามหมวดที่ต่างไปของวัสดุ) สิ่งสำคัญในการจำกัดวัสดุที่จะสัมผัสกับสภาวะความเปรี้ยวได้แก่

          - สามารถใช้เหล็กขึ้นรูป หรือเหล็กหล่อเหนียวและเหล็กอัลลอยด์ต่ำที่มีนิกเกิลผสมน้อยกว่า 1% ได้ โดยมีค่าความแข็งสูงสุดที่ RC 22 การผ่านความร้อนโดยทั่วไปจะต้องรวมถึงการเผาให้อ่อนหรือการให้ความร้อนที่ระดับหนึ่งด้วย ถ้ามีการเชื่อมเข้ามาเกี่ยวข้องด้วยจะต้องมีการจำกัดวัสดุที่บริเวณเชื่อมและที่จะต้องสัมผัสกับความร้อนตอนเชื่อมด้วย

          - สามารถใช้ Austenitic Stainless Steel (type 304,304L, 316, 316L) ทั้งแบบที่หลอมและหล่อเพื่อขึ้นรูปได้ โดยมีค่าความแข็งสูงสุดที่ RC 22 สำหรับสภาวะการเผา และไม่ได้ออกแบบมาสำหรับงานเย็นเพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกลศาสตร์ของวัสดุ

          - สามารถใช้ Precipitation Hardening Stainless รุ่น 17-4Ph ได้ เมื่อมีการผ่านความร้อนที่สภาวะ H-1150-M (ค่าความแข็ง 2 เท่าที่ 1150 F) โดยมีค่าความแข็งสูงสุดที่ RC 33

และวัสดุดังต่อไปนี้ที่ไม่อนุญาตให้ใช้ (เช่น ไม่อยู่ในรายการตรวจสอบของ NACE) หรือมีการสั่งห้ามมาโดยเฉพาะ
          - เหล็กที่ผ่านการกลึงอิสระมา รวมทั้ง Stainless 303
          - เหล็กหล่อในส่วนที่จะต้องรับความดัน
          - Stainless Steel 440 ทุกแบบการขึ้นรูป
          - ทองเหลืองและ bronze
          - แผ่นไฟฟ้าและวัสดุที่เคลือบด้วยพลาสติกนั้นไม่เป็นที่ยอมรับในการป้องกันการเกิด SSC

บทสรุป
          การเลือกกับดักและ Strainer สำหรับการปฏิบัติงานที่ต้องเกี่ยวข้องกับก๊าซเปรี้ยวนั้นต้องการการดูแลมากกว่าปกติ และบางครั้งก็ต้องการการเลือกชิ้นส่วนที่ไม่ใช่มาตรฐานเป็นพิเศษ การปฏิบัติตามหลักการในคู่มือจะช่วยหลีกเลี่ยงการถูกกัดกร่อนของกับดักได้มาก  

 

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