การล้าง Convection zone ในเตา Fire heater – ด้วยน้ำยา organic solvent

วันนี้ทางเพจนายช่างมีเรื่องมาแชร์ ขอมาแชร์วิธีการล้าง Convection zone ในเตา Fired heater หรือ Furnace ซึ่งเป็นอุปกรณ์เพิ่มความร้อนให้กับกระบวนการที่ผลิต เช่น Reactor และ หอกลั่น เพื่อให้สารในกระบวนการผลิตสามารถเพิ่มอุณหภูมิสูงตามที่ออกแบบไว้นั้นเองครับ

งั้นเรามาทำความรู้จักกับ Fire heater เบื้องต้นกันเถอะ!!

Fire heater หรือ เตาเผา คืออะไร?

ขึ้นชื่อว่าเตาเผา แม้ว่าจะเป็นเตาเผาในอุตสาหกรรม ก็ตาม แต่ก็ไม่ได้แตกต่างจากเตาเผาบ้าน หรือ เตาร้านหมูกระทะเลย (ว่าไปนั้น 555)

เพียงแต่ว่ากระบวนการให้ความร้อนขึ้นอยู่กับว่า “เราเอาอะไรมาเผา” ยกตัวอย่างใกล้ๆ ตัว เช่น ถ่าน หรือแก๊ส ในโรงงานก็เช่นกันครับ อาจจะเป็น ถ่านหิน ฝืน หรือกากใยธรรมชาติต่างๆ ถ้าเป็นของเหลวก็เริ่มตั้งแต่ น้ำมันเชื้อเพลิงประเภทต่างๆ จนไปถึงแก๊สก็อาจจะเป็น LPG , NG หรือแก๊สที่เหลือเป็น byproduct ในโรงงานครับผม

ซึ่งหน้าที่หลักๆของเตาเผา คือ “การเพิ่มอุณหภูมิในเตา และถ่ายเทความร้อนไปหาวัตถุที่อยากจะเพิ่มความร้อน ด้วยกระบวนการถ่ายเทความร้อน (Heat transfer) จะทำโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิง (ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ) ซึ่งส่วนของควันหรือไอร้อนที่เกิดขึ้นหลังจากการเผา จะเรียกว่า Flue gas ลอยขึ้นออกจากปล่องเตาดัง Diagram

ประเภทของการส่งถ่ายความร้อนในเตาเผา (Heat Transfer)

ต่อมาในส่วนกระบวนการส่งถ่ายความร้อนภายในเจากันนะครับ ซึ่งจะแบ่งตามประเภทของการส่งถ่ายความร้อนตามหลัก Heat transfer ของเรานั่นเอง ซึ่งการส่งถ่ายความร้อนแบบนี้ยังถูกแบ่งออกเป็น zone นะครับ ซึ่งการส่งถ่ายความร้อนจะถูกแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

1. Radiation heat transfer

หรือ การถ่ายเทความร้อน แบบการแผ่รังสีของเปลวไฟที่ Burner (หัวเตา)  ซึ่งในพื้นที่บริเวณ Section นี้ จะเรียกว่า Radiant section (ตามรูปที่ 1 นะครับ มุมล่างขวานะครับ)

2. Convective heat transfer

หรือ การถ่ายเทความร้อน แบบการพาความร้อนจาก Flue gas ผ่านท่อ ซึ่งใน Section นี้ จะเรียกว่า Convection section หรือ Convection zone

NOTE: ส่วนประกอบของเตาอาจดูได้จากรูปด้านล่าง ซึ่งมี 3 Sections คือ Radiant section, Convection section และ Stack (ปล่องเตา) และท่อที่วิ่งผ่านบริเวณนั้นจะเรียกชื่อตามเช่น ท่อที่อยู่ตรง convection zone ก็จะเรียกว่า Convection tube เป็นต้นนะครับ

การเกิด Fouling ในเตาเผา และประสิทธิภาพการใช้งานที่ลดลง

อย่างที่ทราบกันขั้นต้นนะครับ เตา Fire heater ถือเป็นอุปกรณ์หนึ่งที่มีต้นทุนพลังงานสูง มีทั้งใช้เป็นก๊าซธรรมชาติ (Natural gas) หรือเป็น น้ำมันเตา(Fuel oil)

ซึ่งเมื่อใช้อุปกรณ์นานๆ ภายใต้ความร้อนสูง แน่นอนว่า ในกระบวนการเคมี หรือกระบวนการเผาไหม้ ด้านภายในของเตาเผา ในส่วนของท่อแลกเปลี่ยนความร้อนจะทำให้เกิด Scale หรือ Fouling ขึ้น ซึ่งอาจจะเกิดจาก สารกำมะถันหรือสิ่งเจือปนในเชื้อเพลิง ที่หลงเหลือจากการเผาไหม่ไปเกาะที่ผิวท่อ ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อน 

ซึ่งเมื่อมี Fouling เกิดขึ้นที่ผิวท่อ (ทั้งด้านในและนอก) จะเป็นเสมือนฉนวนทางความร้อนมาเกาะผิวท่อ ซึ่งจะทำให้ Fire heater ใช้พลังงานในการส่งถ่ายความร้อนมากขึ้น (จ่ายเงินมากขึ้นด้วยครับ TT)  ซึ่งหากปล่อยไว้นานๆเงินต้องจ่ายมากขึ้นแน่นอนครับ แต่ที่แย่คือ ท่อในเตาอาจจะเกิดความเสียหาย ท่อบิดเบี้ยว บวม ย้าย พัง ได้เลยครับ ซึ่งท่อในโรงงานก็ไม่ใช่วัสดุปกติด้วยสิ ซึ่งถ้าเคสโรงงานปกติอาจจะต้องหยุดโรงงานเพื่อสั่งท่อใหม่ได้เลย

ดังนั้นถ้าไม่อยากให้ฝันร้ายระดับร้ายแรงขั้นสุดเกิดขึ้น นายช่างจึงขอเสนอเทคนิคในการประหยัดพลังงานง่ายๆ ที่ใช้ในโรงงานปิโตรเคมี โรงกลั่นน้ำมัน หรือโรงไฟฟ้า ที่เป็นที่นิยมอยู่ คือ การล้าง Convection zone ถ้าในโรงไฟฟ้าจะเป็นส่วนที่เรียกว่า HRSG (Heat Recovery Steam Generator) ซึ่งใช้ผลิตไอน้ำจาก Waste heat ของระบบ

ประเภทของการล้างเตาที่ Convection Zone

ในการล้างเตาที่บริเวณ convection zone ซึ่งเป็น zone ที่ได้รับอุณหภูมิรวมถือสิ่งสกปรกต่างๆมากที่สุด (นึกภาพตามที่บริเวณปากปล่อง) จึงเป็นการทำความสะอาดที่คุ้มค่า และสามารถดังประสิทธิภาพกลับมาได้สูงเลยทีเดียวครับ ซึ่งประเภทในการล้างมี 2 แบบ โดยแบ่งตามการเดินเครื่องจักร คือ

1. Online cleaning (การล้างขณะที่เตายังทำงาน)

บางทีจะใช้เทคนิคที่ชื่อว่า การล้างแบบ “IN SITU” จะเดินท่อไปที่ Convection zone จากนั้น จะใช้สารเคมีที่ทำให้ตะกรัน (Fouling) อ่อนตัวจากการเกาะแน่น บางครั้งจะเรียกว่า Rust removal

แล้วจากนั้นเปลี่ยนมาใช้ Steam อัดไปที่ท่อ Convection tube เพื่อให้ Fouling หลุดออกจากด้านบนไหลลงมาสู่ด้านล่าง ซึ่งวิธีนี้สามารถกู้ประสิทธิภาพเตาได้ 2-5% คิดง่ายว่าสามารถคืนทุนได้ภายในปีเดียว แถมไม่ต้อง Shutdown อีกด้วย

2. Offline cleaning (การล้างในขณะ เตา Shutdown แล้ว)

จะทำขณะหยุดอุปกรณ์ สามารถทำความสะอาดได้ดีกว่า online cleaning โดยใช้หลักการเดียวกัน สามารถกู้ประสิทธิภาพของเตาได้ดีกว่า แต่ต้องรอ Plant Shutdown

การล้างเตาด้วย Organic solvent ประสิทธิภาพสูง

เป็นการล้างแบบ Offline โดยใช้สารเคมีที่มีประสิทธิภาพสูง และมีความสามารถในการชะล้างได้สูง อย่างสาร organic solvent และแถมยังปลอดภัยต่อคนทำงานและสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

กลับไปทำความรู้จัก Organic solvent ได้ในบทความเดิม น้ำยาอเนกประสงค์ [EP.1]: ประโยชน์ของสาร Solvent ในโลกอุตสาหกรรม

รูปการจำลองการล้าง Fin tube ใน Convection zone โดยใช้ Solvent พิเศษที่สามารถกำจัด Fouling ได้

ภาพจากเทคนิด IN SITU ที่เป็น Offline cleaning  จะแสดงให้เห็นว่าสารเคมี Rust remover (Solvent) จะถูก Recirculation ไหลวนโดยใช้ Pump ทำจนกว่า Fouling ทำจนกว่า Fouling จะหลุดออกหมด

CASE – ตัวอย่างในการล้างเตาด้วย Organic solvent ที่โรงไฟฟ้าแห่งหนึ่ง

ซึ่งมีการประกอบชุดการล้างแบบอัตโนมัติแบบ recirculation โดยเข้าไปล้างบริเวณ Convection zone ของเตาครับ ซึ่งผลที่ได้คือ (ตามตารางด้านล่าง before-after)

จากตารางพบว่าค่า Heat transfer ต่างๆ รวมถึงค่า efficiency ของเตา (HRSG) มีค่าสูงขึ้น ก่อน-หลัง อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งแน่นอนว่าหากประสิทธิภาพสูงขึ้นแล้วปริมาณการใช้เชื้อเพลิง, พลังงานต่างๆ รวมไปถึงเงินในกระเป๋าของโรงงานจะลดลงตามเช่นเดียวกันครับผม

และหากเพื่อนๆคนไหนสนใจนวัตกรรมดีๆสำหรับ Organic solvent สามารถจิ้มที่รูปด้านล่างเพื่อขอรายละเอียดได้เลยนะครับผม

หรือติดต่อโดยตรงกับบริษัท Global seal (คุณพรเทพ) Tel. 081-624-4111 email [email protected]

สุดท้ายนี้หากเพื่อนๆมีคำถามสงสัยเกี่ยวกับปั้มหรือแม็คซีลสามารถ inbox มาถามใน facebook นายช่างมาแชร์ได้เลยนะครับ แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ

Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit :  https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCmIPiSeg-uy4k8JYSmknp_g

#นายช่างมาแชร์ #Organicsovent #Orangesol #GBS