การทำ Hydrostatic Test ที่ถูกต้อง

Hydrostatic Test Page 1 of 16

การทา Hydrostatic Test ทถกตอง และ อนตรายจากการทา Pressure Test

คณกฤตย ศรนภาสวสด กรรมการผจดการ บรษทโปรเซสอควปเมนทเทคโนโลย จากด

โดยปกตแลวหลงจากทวศวกรหรอชางเทคนคไดดาเนนการตรวจซอมแซมอปกรณตางๆใน

โรงงานอตสาหกรรมเสรจเรยบรอยแลว ในขนตอนถดจากนน คอ การทาการทดสอบ ความแขงแรงมนคง (Integrity) ของอปกรณและการทดสอบหารอยรว ของตวอปกรณ 4การทาการทดสอบสามารถกระทาไดโดยใชสาร (Medium) ตางๆ เชน อดดวยนา, ลม (compressed air), Nitrogen หรอ Helium หรอแกส ชนดอนๆ ในบรรดาสารตางๆ ทกลาวมานาและ compressed air เปนสารทหางายทสด และมคาใชจายนอยทสด เมอเปรยบเทยบกนระหวาง นาและ ลม การใชลมทมความดนตาๆ ไมเกน 7 bar จะยงมความสะดวกมากขน เพราะในโรงงานหรอใน Workshop ทกแหงมกจะม Air Compressor ขนาดเลกๆ ทสามารถ อดอากาศใหมความดนถง 7 bar

อยแลว ดงนนจะพบวา มกจะมการใชลมอดในการทดสอบความแขงแรงของอปกรณตาง ๆ เสมอ 5การใชลมอดในการทดสอบอปกรณดงกลาวขางตน สามารถกอใหเกดการเสยหายตอทรพยสนและชวตของผปฏบตงานได และในอดตทผานมาไดเกดอบตเหตทเกดจากสาเหตนจนมผไดรบอนตรายถงแกชวตมากมายหลายครงดวยกน บทความเรองนจะกลาวถงวธการทาการทดสอบความแขงแรงอปกรณทถกตองและปลอดภย ตลอดจนจะกลาวถงอนตรายทอาจเกดขนจากการปฏบตงานทไมเหมาะสม ทาไมถงตองมการทดสอบความแขงแรงของอปกรณ?

อปกรณทกประเภททมความดนภายในเกนกวา 15 ปอนดตอตารางนว (psi) ตางถกจดใหเปนภาชนะรบความดน (Pressure Vessel) ตามคาจากดความของ ASME Code VIII Div.1 ไมวาจะเปนถงบรรจสารตาง ๆ, Casing ของ Pump และ Compressor หรอ Heat Exchanger อปกรณทงหมดจะตองไดรบการออกแบบคานวณความหนาตามวธการและขนตอนทระบใน Code ทใชในการออกแบบซงอาจจะเปน ASME Code หรอ British Standard BS 5500 เปนตน ซง Code ตางๆทกลาวมาทงหมดตางกอยบนพนฐานทางวศวกรรมศาสตรทงสน ในการคานวณออกแบบดงกลาว เมอผออกแบบ คานวณหาความหนาทตองการสาหรบอปกรณนน ๆ สาหรบการใชงานทความดน และ อณหภม ทระบไวแลว สวนใหญจะมการเพมความหนาของตวผนง (Wall thickness) เขาไปเปนคาเผอสาหรบการกดกรอนจากการใชงาน (Corrosion Allowance,

CA) เมออปกรณนน ๆ ไดผานการใชงานไประยะหนง ผใชงานมความจาเปนจะตองหยดการใชงานเพอตรวจสอบสภาพของมนวาชนสวนตางๆ ยงมความหนาเพยงพอทจะรบความดน และ อณหภมจากการใชงานเชนเดมหรอไม วธการตรวจสอบสภาพกขนอยกบปจจยตางๆเชน เปนภาชนะบรรจวสดอนตรายหรอไม มความดนและอณหภมใชงานสงเพยงไรเปนตน แตในการตรวจสอบในทกกรณจะตองม


9เมอการตรวจสอบและซอมแซมดงกลาวขางตนเสรจสนลง ผใชงานมความจาเปนจะตองทดสอบความแขงแรงของอปกรณนน ๆ และทาการทดสอบหารอยรวของอปกรณ ทกครงกอนทจะนาเขาไปใชงานดงเดม ทงนเพอใหเกดความมนใจวาอปกรณดงกลาวจะสามารถใชงานไดอยางปลอดภยจนกวาจะถงกาหนดการตรวจสอบ และซอมแซม ครงตอไป สาร (Medium) ทใชในการทาการทดสอบความแขงแรง

โดยหลกการทวไปแลวการทาการทดสอบความแขงแรงกคอ การจดใหอปกรณมความดนสงกวาความดนใชงานเพอใหแนใจวามนจะมความมนคงแขงแรงตลอดระยะเวลาการใชงานโดยใชสาร (Medium) ตาง ๆ เชน นา, ลมอด (Compressed Air), หรอ Nitrogen เปนตน 12อยางไรกตามเนองจากลมอด และ Nitrogen เปนสารทสามารถอดตวได (Compressible

Fluids) เมอมนไดรบการบบอดใหมความดนสงขนมนจะมพลงงานสะสม (Stored energy) อยในตวสงมาก ถาอปกรณทกาลงทาการทดสอบไมสามารถรบความดนใดเกดแตกระหวางการทดสอบจะทาใหเกดการระเบดรนแรง ซงอนตรายจากการระเบดอาจจะทาใหผปฏบตงานถงแกชวตได ซงจะไดกลาวถงในตอนทายของบทความน 13ตวอยางของความรนแรงของการระเบดจาก Compressible Fluids เราอาจเหนไดจากการทเราเปาลกโปง แลวลกโปงเกดแตก ความดนของอากาศในลกโปงโดยทวไปแลว มคาตามาก อาจจะมคาเพยง 0.01 barg เทานน (Head ของนา 10 เมตร มคาเทากบความดน 1 bar เราอาจสามารถออกแรงเตมทเปาใหนาในสายยางสงขนมา 30 cm. ซงมคาเทากบ 0.03 bar แตการเปาลกโปงจะใชแรงนอยกวามาก) เมอลกโปงแตกใกลตวเรา เราจะรสกเจบ หรอจากขาวในหนาหนงสอพมพทมคนเสยชวตหลายครง จากเหตการณยางรถยนตระเบด และยางรถยนต โดยทวไปมความดนเพยง 2-2.5 bar เทานน 14ดงนนการทาการทดสอบความแขงแรงของอปกรณใหปลอดภย ควรจะใชนาเปนสารทดสอบเพราะนาเปนสารทถอวาอดตวไมใด (Incompressible Fluid) ซงเมอมความดนสงขนจะมพลงงานสะสมภายใน (Stored energy) ทตา ในกรณทไมตองการใหอปกรณสมผสกบนาเราอาจใชนามน Diesel เปนตวทดสอบไดเชนเดยวกน ในกรณทใชนามนเปนตวทดสอบ นามนทใชจะตองมจดวาบไฟ (Flash point) ไมตากวา 50oC เพอความปลอดภยจากการตดไฟของนามน 15สาหรบอปกรณบางชนดทไมสามารถใชนาเปนตวทดสอบ เชน อปกรณทมปนทนไฟ (Refractory) อยภายใน หรอระบบทอทมการใชงานทอณหภมตากวาจดเยอกแขง (Cryogenic

System) หรออยในบรเวณทไมมนา เรามความจาเปนจะตองทดสอบดวยลมอด หรอ Nitrogen ซงจะตองมมาตรการความปลอดภยเพมเตม จะไดกลาวตอไปภายหลง


ความดนทใชในการตรวจสอบ (Test Pressure)

ในทางปฏบตเราจะใชความดนทสงกวาความดนออกแบบ (Design Pressure) และความดนใชงาน (Operating Pressure) ในการทดสอบความแขงแรงของอปกรณ ความดนทใชในการทดสอบ (Test pressure) จะมคาขนกบคา Yield Strength Safety Factor ทใชในการออกแบบคานวณอปกรณนน ๆ 18ตวอยางเชนใน ASME Code, VIII Div.1ระบใชในสมการขางลางในการคานวณหาคาความหนา ของ Vessel รปทรงกระบอก :- PR t = + CA (1)

SE - 0.6P 22โดยท t = ความหนาของ Vessel, in. P = Design Pressure, psi. R = รศมภายในของ Vessel ไมรวม CA, in. E = Joint Efficiency ขนกบลกษณะของรอยเชอม 26และความเขมงวดในการตรวจสอบรอยเชอม

คาเผอการกดกรอน, in. 27CA =

S = คา Allowable Tensile stress, psi.

29คาของ Allowable Tensile Stress (S) ในตารางของ ASME Code ไดจากการนาเหลกมาทา Tensile test เพอหาคา Tensile Strength และ Yield Strength จากนนคา Allowable Stress ทใชในสมการขางบนซงจะเปนคาของความเคนสงสดทจะยอมใหเกดขนในเนอเหลกขณะใชงานจะคานวนจากสมการขางลางและเปนคาทตากวาระหวางคา 2 คา คอ Ultimate tensile Strength (σu) Su = (2) 4.0 Yield Strength (σy) Sy = (3) 1.5 35คาของ Ultimate Tensile Strength (σu) และคาของ Yield Strength (σy) จะเปนคาตาทสด สาหรบเหลกชนดนน (Specified Minimum Tensile Strength, SMTS) และ (Specified Minimum Yield Strength, SMYS) แตเหลกทไดมาตรฐานตาม ASME Standards และจาหนายในทองตลาดจะมคาความแขงแรงสงกวาคานทงสน ตวหารในสมการทงสองกคอคา Safety Factor สาหรบคา Tensile Strength และ Yield Strength นนเอง.


36ดงนน จากสมการ (3) จะเหนไดวา ถาเราทาการทดสอบความแขงแรงของอปกรณดวยความดนเทากบ 1.5 เทา ของคาความดนทใชในการออกแบบ อปกรณนนๆ จะมคา Stress สงขนจนมคาใกลเคยงกบคา SMYS (ถาเปนกรณทคา Allowable stress ใดมาจากสมการ 3) แตคาของความเคนในอปกรณขณะทาการทดสอบจะยงไมถง Yield เพราะเหลกมความแขงแรงทแทจรงสงกวาน 37ดวยเหตนเราจะเหนวาขอมลของการออกแบบอปกรณตางๆสวนมากจะระบใหทาการทดสอบความแขงแรงดวยความดนเทากบ 1.5 ทาของความดนทใชในการออกแบบ เนองจากอปกรณทใชในโรงงานสวนใหญ ไดรบการออกแบบตาม Code ASME VIII Div.1 นนเอง 38อยางไรกตามความดนทใชในการทดสอบความแขงแรงเทากบ 1.5 เทาของความดนทใชในการออกแบบจะใชไดเฉพาะอปกรณทไดรบการออกแบบตาม ASME VIII Div.1 ฉบบทตพมพกอนหนาป 2001 เทานน สาหรบ ASME Code ฉบบปจจบนใชคา Yield Strength Safety Factor เทากบ 1.3 และ British Standard BS 5500 จะใชคา Safety Factor ทตากวาน ซงความดนทดสอบทใชจะตองเปนไปตามคานน ๆ 39คาของความดนทใชในการออกแบบ (Design Pressure) หมายถง คาของความดนทเกดขนทสวนบนสดของตวอปกรณ ถาตวอปกรณมความสงมาก จะตองนาคาของความดนทเกดขนจากระดบความสงของของเหลวทบรรจอยภายในอปกรณ (Static head) มาคดดวย ดงนนในกรณเชนน ความดนภายในตวอปกรณจะมคาสงสดทสวนลางสด ในบางกรณวสดทบรรจอยภายในอปกรณอาจจะไมใชของเหลว แตเปนของแขง เชนเมดพลาสตก หรอสารเรงปฏกรยา (Catalyst) เราจะสามารถคานวณหาคาของความดนทเกดจากนาหนกของสารเหลานไดโดยใชคาความหนาแนนรวม (Bulk density) ของมนโดยวธการทางกลศาสตรของไหล (Fluid Mechanics) ตามปกต 40ในการกรณการทา Hydrotest อปกรณทมความสงมากๆ โดยปกตแลวเราจะอดนาจากระดบพนดนโดยทตว Pressure gauge จะอยตากวาสวนบนสดของอปกรณ ดงนนความดนทอานคาจาก Pressure gauge จะตองมคาเทากบคา Test Pressure บวกกบคาความดนทเกดจาก Static head

ของนาตงแตระดบของ Pressure gauge ตวลางทอยใกลกบตวปมไปจนถงสวนบนสดของอปกรณ (ความสงของนา 10 เมตร จะมความดนทจดลางสดเทากบ 1 bar.) การทดสอบอปกรณทมการใชงานทอณหภมสง ๆ 42ทอณหภมสงๆเหลกจะมคาความแขงแรงตาลง ดงในรปท 1 การทดสอบความแขงแรงของอปกรณมกจะกระทาทอณหภมปกต คอประมาณ 30-35°C ซงทอณหภมนเนอเหลกจะมความแขงแรงสงกวาทอณหภมสงๆ ในการทาการทดสอบอปกรณนจงตองเพมคาความดนในการทดสอบใหมคาสงขน ตามอตราสวนระหวางคาความแขงแรงทอณหภมทดสอบและคาความแขงแรงทอณหภมใชงานเพอชดเชยคาความแขงแรงทเพมขน ดงสมการ St Pt = 1.5 Pd (4)


S 46โดยท Pt = ความดนทใชในการ test

ความดนทใชในการออกแบบ Pd =

คาความแขงแรงทอณหภมทดสอบ 48St =

49S = คาความแขงแรงทอณหภมใชงาน

650600550500450400350300

14,000

12,000

10,000

8000

6000

4000

2000

16,000

A 285 Gr. C

A 515, A516 Gr. 60

A 387 5 Cl. 2 (5% C./ ½ Mo)

Maximum Metal Temperature, oC

Allo

wab

le s

tres

s, p

si

Fig. 1

Comparison of the maximum allowable stresses for various steels plates at different temperatures (From

ASME VIII Div. 1)

ตวอยาง

Pressure Vessel ทาดวยเหลก A285 Gr.c ไดรบการออกแบบโดยใช ASME Code ทความดนออกแบบเทากบ 18 barg. โดยทมอณหภมใชงานเทากบ 400 °C จากรปท 1 ทอณหภม 400 °C เหลกนจะมคา Allowable Stress เทากบ 12,400 psi และทอณหภม 30 °C เหลกน จะม Allowable

Stress เทากบ 13,800 psi. ดงนน คาความดนทจะใชในการทา Hydrostatic test จะมคาเทากบ 13800

Pt = 1.5 x 18 12400 = 30.0 barg. การคานวณหาคา Test Stress

เมอเราไดคาของ Hydrotest pressure แลว สงทจะตองปฏบตในลาดบตอมากคอ การคานวณหาคาของ Stress ทเกดขนในเนอโลหะของตวอปกรณ ขณะททาการ Test (Test stress) วาจะม


58ในการคานวณหาคา Test Stress เราจะใชสมการทกาหนด โดย Code ซงกคอสมการทใชในการออกแบบคานวณอปกรณนน ๆ นนเอง ตวอยาง ตองการทา Hydrotest ถงแกสทรงกลมทมขนาดเสนผาศนยกลางภายในเทากบ 12.55 เมตร ถงอยสงจากพนดนเทากบ 15.5 เมตร ดงในรป จากในแบบกอสรางไดขอมลในการออกแบบถง ดงน Material : ASTM A516 Gr.70 Design Pressure : 18.00 barg. Design temperature : 48 °C Test Pressure : 27.00 barg. Corrosion Allowance : 1.5 mm. Top wall thickness : 50.00 mm. Bottom wall thickness : 53.00 mm. Joint Efficiency : 1.0

15.5

m

ID = 12,550 mm

Inlet, 6”

Outlet, 8”

Drain, 1 ½”

PI

Thickness 50.00 mm

Thickness 53.00 mm

รปท 2

กอนการทา Hydro test วดความหนาของถงทวทงลก และพบวาทสวนลางสดมความหนา 52.80 mm. เราจะคานวณคา Test stress ทสวนลางสดของถง ไดดงน :-

Test Pressure at bottom = (27 + 1.55) x 14.5

Pt = 413.97 psi.

จาก ASME Code ความหนาของ Spherical Vessel จะคานวณไดจาก สมการ :- P Ri t = (5) 2SE - 0.2P


เมอแทนคา Design pressure ดวยคา Test pressure เราจะคานวณคา Test Stress ไดจาก :-

Pt (RRi + 0.2t) St = 2t 12550 RRi = = 247.04 in. 2 x 25.4 52.80 t = = 2.079 in. 25.40

413.97 [247.04 + (0.2 x 2.079)] ∴ Test stress, St = 2 x 2.079 = 24,636.6 psi 89จาก ASME Code, คา SMYS ของเหลก A 516 Gr.70 มคาเทากบ 38,000 psi. ดงนนเราสามารถทา Hydrotest ถงแกสลกนไดอยางปลอดภย การทา Hydrotest สาหรบอปกรณททาดวย Austenitic Stainless Steels

เหลก Stainless Steel ทมโครเมยมและนเกล เปนสวนผสมหลก จะมโครงสรางเปน Austenite

มชอเรยกรวมๆ วา Austenitic Stainless Steel เหลก Stainless กลมนมรหสขนตนดวย เลข 3 ทงหมด เชน Type 304, 316, 317 (Series 300) รวมทงเหลกรหส 201 และ 202 ตางถกจดอยในกลมน เหลกในกลมนจะมคณสมบตททนการกดกรอนไดดกวาเหลกชนดอนๆ แตเหลกชนดนจะเกดรอยแตกแยก (Crack) ไดงายถาอยภายใต Tensile Stress และสมผสกบ คลอไรด (Chloride) การชารดเสยหายในลกษณะนมชอเรยกวา “Stress Corrosion Cracking” (SCC) ความรวดเรวและรนแรงของการเกดรอยแตกแยกจะขนอยกบปรมาณคลอไรดและ Tensile Stress ทมอย ในบางครงจะเกดขนอยางรนแรงในระยะเวลาไมกชวโมงเทานน 92ในการทา Hydrotest ของอปกรณททาดวยเหลกชนดน จะตองใชนาทมปรมาณ คลอไรดสงไมเกน 50 ppm. เพอปองกนไมใหเกด Stress Corrosion Cracking นาในแมนาลาคลองอาจมคลอไรดอยระหวาง 25-150 ppm ขนอยกบแหลงนาและสภาพแวดลอม นาฝนจะมคลอไรดตาถาอยหางจากเขตโรงงานอตสาหกรรม นาประปาจะมคลอไรดคอนขางสงจากคลอรนทเตมลงไป อณหภมของนาในการทา Hydrotest


เหลกจะมความแขงเพมขนทอณหภมตาๆ ซงกหมายความวาเหลกมความเปราะมากขน ยงเหลกทมความหนามากๆ กจะยงมความเปราะมากขนดวย ในการทา Hydrotest นาทจะนามาใชจะตองมอณหภมไมตากวา 4 °C ในกรณทอปกรณมความหนามาก อณหภมของนาทใชจะตองสงกวานทงนเพอปองกนมใหตวอปกรณแตกชารดเนองจากความเปราะ (Brittleness)

R-453 CHANNEL FAILURE

Failed in the longitudinal direction of maximum

stress and perpendicular to the force

รปท 3 เปนอปกรณแลกเปลยนความรอนทแตกเนองจากการทา hydrostatic test ดวยนาทอณหภมตาเกนไป ขนตอนการทา Hydrotest

การทา Hydrotest อปกรณใหญๆ นบไดวาเปนงานทมอตราความเสยงอนตรายคอนขางสง โดยเฉพาะถาเปนการ test ทความดนสงๆ ผปฏบตงานจะตองทาการวางแผนงานและเตรยมอปกรณตางๆ อยางรอบคอบทกขนตอนเพอปองกนอบตเหต หรออนตรายทอาจเกดขนกบตวอปกรณเองและตวผปฏบตงาน 98กอนการทดสอบอปกรณทจะใชในการทา Hydrotest จะตองไดรบการตรวจสอบสภาพความมนคงแขงแรงและแมนยา เชน Test Pump, Flexible hose, วาวล และขอตอตางๆ จะตองตดตง Pressure gauge อยางนอย 2 ตว gauge ทใชจะตองไดรบการ Calibrate อยางถกตอง 99กอนการ test ตองแยกอปกรณทจะทาการทดสอบออกจากระบบโดยการใส Spade (เหลกแผนทสอดใสระหวางหนาแปลน) ทมความหนาเพยงพอทจะรบ Test Pressure ไดโดยไมโกงงอทหนาแปลนของทอ ทกตว ทตอไปยงอปกรณอน ๆ ถอดอปกรณทใชในการวดตางๆ (Instrument) ออก หรอแยกออกเพอไมใหเกดการเสยหายจาก Test pressure Safety valve ทตดตงอยถาไมถอดออก กอาจจะ

รปท 3


ด

ร

100เมอตดตงอปกรณตางๆ เสรจ และตรวจความพรอมของอปกรณทกอยางแลว เรมเตมนาเขาในอปกรณชาๆ ในกรณการทา Hydro test ดวยนา ASME Code ไมมขอกาหนดอตราการเตมนาหรออตราความเรวในการอดเพมความดน ดงนนอตราความเรวทใชในการอดจะขนกบความเหมาะสมตามขนาดของอปกรณ และความดนทใชในการทดสอบ 101เมอเพมความดนไปจนถงคาทตองการ เราจะรกษาระดบความดนทดสอบน ไวเปนเวลา 30 นาท ซงเปนคาตาสดท ASME Pressure Vessel Code ระบไว ระยะเวลาทใชในการรกษาความดนทดสอบนจะไมเทากนสาหรบมาตรฐานทแตกตางกน เชน ASME/ANSI B31.3 Chemical Plant and

Petroleum Refinery Piping ระบใหใชเวลาอยางนอย 10 นาท หรอ ASME/ANSI 31.8 Piping for

Gas Transmission ระบใหใชเวลาอยางนอย 2 ชวโมง แตไมควรรกษาความดนนใช เปนเวลานานจนเกนไปเพราะในเวลากลางวนอากาศทรอนขน และความรอนจากแสงแดดจะทาใหความดนในอปกรณสงขนได 102ในระหวางทอปกรณมความดนทดสอบอยภายใน บคคลผปฏบตงานไมควรเขาใกลโดยควรจะอยระยะหางพอสมคว เพราะตวอปกรณทนตอความดนไมไดและอาจปรแตกได ซงจะเปนอนตรายตอผปฏบตงาน ในระหวางนเปนระยะเวลาของการทดสอบความแขงแรงของอปกรณ (Strength test)

หลงจากนนกไดลดความดนลงมาเทากบความดนทใชในการออกแบบ (Design Pressure) เพอทจะใหผตรวจสอบเขาไปพสจนหารอยรวทตวอปกรณ


Time

Pres

sure

at t

he v

esse

l top

, bar

g

Strength test 30 min .

Leak t est Design pressure

Hydrostatic test pressure

รปท 3ร

เมอตรวจสอบเสรจแลวใหระบายนาออกเพอลดความดนลงจนเทากบบรรยากาศแลวเปดวาวล ระบายอากาศ (Vent) และ วาวลระบายนาออก (Drain) ตามลาดบ ในตอนนมขอควรระวงคอ จะตองเปดวาวลระบายอากาศกอน มฉะนน ในขณะระบายนาออกจะเกดสญญากาศขนในตวอปกรณ และตวอปกรณอาจเกดการเสยหายได

อนตรายทอาจเกดขนจากการทา Hydrostatic Test

โดยปกตแลว การทา Hydrostatic test ดวยนา จะคอนขางปลอดภย ไมคอยจะมอนตรายมากนก อยางไรกตามอนตราย หรออบตเหตกอาจเกดขนไดในขณะทาการ test เชนอปกรณพงลงมาเนองจาก Support ผกรอนทาใหรบนาหนกไมไหว อปกรณทรดตวเนองจากฐานราก (Foundation) รบนาหนกไมได หรอชนสวนตางๆของอปกรณเชน Thermowell หรอ Blind หลดกระเดนออกมา ดงนนในขณะทอปกรณอยภายใตความดนทดสอบ ผปฏบตงานจะตองอยหางจากอปกรณนน ๆ พอสมควร 106สงหนงทผปฏบตงานมกมองขามไปกคอ ถงแมวาความดนทใชในการทดสอบจะไมสงนก แต ในกรณทอปกรณมขนาดใหญมากๆแรงทเกดจากความดนทใชจะมคามหาศาล ดงเชนในกรณทเกดอบตเหตททาใหมผเสยชวตในโรงงานแหงหนงเมอเรวๆนจากการทวศวกรไดทาการอดลมเขาไปในถงกรองนาดวยความดน 10 bar เพอทาการทดสอบหารอยรว และฝาปดของถงทมขนาดเสนผาศนยกลาง 1.2 เมตร ไดหลดออกมากระแทกถกคนงานทอยใกลๆ จนเสยชวต ในกรณเชนนแรงทเกดจากความดนของลมทมความดน 10 bar จะทาใหเกดแรงกระทาทตวฝาปดถงเทากบ 113 Tons ซงตวถงเอง หรอ สลกเกลยว (Bolts) ทยดฝาครอบของถงอาจจะทนไมไหวดงแสดงในรปท 5

ปท 4


Tank Test pump

Drain

Vent

Pt = 10 b arg

Cover

D = 1.2 m

Hydro static end force, F

Hydrostatic end force,

F = P x A

10 x π (120)2

F = 4

= 113, 097 kg

รปท 45

นอกจากนอนตรายทรนแรงกวากคอการทใชอากาศมาทาการทดสอบอปกรณ ซงเมออปกรณทน

ตอความดนไมไดและเกดการปรแตก จะมการระเบด (Mechanical Explosion) ทรนแรงซงจะทาใหเกดการเสยหายทรายแรงกวาการใชนาเปนตวทดสอบซงจะไดกลาวถงโดยละเอยดตอไป อนตรายจากการใช Pneumatic Test

Pneumatic test หมายถงการ Test อปกรณโดยใช Compressible Fluid เชน Compressed

air, Nitrogen, Helium หรอแกสอนๆเปนสารในการทดสอบ ในบางกรณเราอาจมความจาเปนตองใชวธ Pneumatic test ในการทดสอบเชน กรณทหานาไมได, มปนทนไฟ (Refractory) อยในอปกรณ หรอมการใชงานอปกรณนนๆ ทอณหภมตากวาจดเยอกแขง (ในกรณนถาทา Hydrotest นาทตกคางอยในระบบจะกลายเปนนาแขงเมอมการใชงานอปกรณและนาแขงจะไปอดตนตามจดตางๆ ได) หรออยในเมองหนาวทมอณหภมตามากๆ และไมสามารถหานาทมอณหภมเหมาะสมได 110เมออปกรณใด ๆ มแกส หรอ มอากาศทมความดนสงอยภายใน ถาอปกรณนนๆ ทนตอความดนภายในไมไดกจะเกดการแตกระเบดอยางรนแรง เรยกวา Mechanical Explosion เชน ลกโปงแตก, ยางรถยนตระเบด หรอหมอนาระเบดเปนตน. ทงนเนองจากวาอากาศหรอแกสภายใตความดนมพลงงานสะสมอยในตวมาก ยงปรมาณแกสมากๆ หรอ ความดนสงๆ ปรมาณพลงงานทสะสมอยภายในกยงมากขนเปนทวคณ 111เมอเกดการระเบด อากาศรอบ ๆ แหลงระเบดจะถกผลกออกดวยความเรวทสงกวา ความเรวเสยง (Sonic velocity) ทาใหเกดคลนของอากาศทมความดนสง (Shock wave) วงออกไปดวยความเรวเหนอกวาความเรวเสยง การระเบดทรนแรง หมายถง เกดคลนอากาศทมความดนสง ในทางปฏบตเราจะ

รปท


รปท 6 และ 7 แสดงถงความสมพนธระหวางความดนในถงในขณะเกดการระเบด กบพลงงานจากการระเบดเปนหนวยเทยบเทากบการระเบดของ TNT ในกรณถงบรรจนาและแกสตามลาดบ

10-3 10-2 10-1 1 1010-410-5

104

103

102

105

Burst energy (W/V = lbs TNT/ft3) for Water

Burs

t pr

essu

re, p

sig

Fig. 6 Equivalent TNT burst energy for water-filled vessels

642 8 8642 8642 6842 8642 8642

Water temperature = 68oF

Ambient pressure = 1 atm

1 10 10210-110-2

104

103

102

105

Burst energy (W/V = lbs TNT/ft3) for Gases

Burs

t pr

essu

re, p

sig

Fig. 7 Equivalent TNT burst energy for gas-filled vessels

2 64 8 64 28 42 6 8 8642

Gas temperature = 70oF

Ambient pressure = 1 atm

จากรปท 6 เราจะสามารถคานวณไดวา ถาอปกรณทบรรจนาภายใตความดนและเกดปรแตก จะม

แรงระเบดเทยบเทากบการระเบดของ TNT กปอนด และจากรปท 7 เราจะสามารถคานวณไดวาการระเบดของอปกรณบรรจแกสภายใตความดนสงจะมแรงระเบดเทยบเทากบการระเบดของ TNT กปอนด


Distance, ft Overpressure, psi t1, m/s t2, m/s

2 320.0 0.2 0.84 70.0 0.8 1.66 28.0 1.8 2.48 15.0 3.0 3.0

10 9.6 4.3 3.220 3.0 12.0 --40 1.2 29.0 --

100 0.35 82.0 --200 0.13 169.0 --400 0.05 346.0 --

Table 1 Overpressure from 1 lb Hemispherical Charge of TNT-Surface Explosion in Open Air

t1 = blast wave arrival time, t2 = time required for the overpressure to decay back to zero

Blast overpressure Structural or biological response to blast effectsor shrapnel momentum

0.5-1 psig Glass windows shatter

1-2 psig Corrugated asbestos siding shatter; corrugated steel or aluminum paneling buckles

2-3 psig Nonreinforced concrete or cinderblock wall (8-12 in. thick) shatter

5 psig Eardrums rupture7-8 psig Nonreinforced brick walls (8-12 in. thick) shear and fall15 psig Lung damage occurs115 ft/s for a 0.35 oz glass Projectile penetrates abdomenprojectile

10 ft/s for a 10 lb masonry Projectile penetrates abdomenprojectile

10 ft/s for a 160 lb man Skull fractures from impact

Table 2 Structural and Biological Response to Overpressure and Shrapnel

ตารางท 1 แสดงใหเหนวาแรงระเบดของ TNT ขนาด 1 ปอนดจะกอใหเกดคลนของความดนมคาเทาไร ทระยะหางจากจดระเบดตางๆ ในตารางท 2 เราจะเหนวาถาโครงสรางอาคาร หรอรางกายมนษยไดรบแรงระเบดจะเกดความสญเสยอยางรนแรงอยางไร จะเหนไดวาถารางกายเราไดรบแรงระเบดกมคลนความดนขนาด15 ปอนด ตอตารางนว ปอดจะถกทาลาย ซงหมายถงการเสยชวตนนเอง


1,000

100

10

1

10,000

0.1

10

100

1,000

10,000

1

1

0.1

100

10

1000

TNT Equivalent, lb

Overpressure, psig

Distance, ft

Fig. 8

Nomograph for estimating

overpressures resulting from open-air surface explosion

of s hemispherical TNT charge

จาก Nomograph ในรปท 8 เราสามารถหาคาของความดนทเกดจากแรงระเบดของ TNT ทวง

ผานระยะทางตาง ๆ ได ตวอยาง 117พจารณากรณการทดสอบถงกรองนาทเกดอบตเหตทผานมา สมมตวาถงมขนาดความจ 5 m3 (ประเมนจาก ถงซงมขนาดเสนผาศนยกลางของถงทมขนาด 1.2 เมตร) แตกขณะทอดอากาศเขาไป จนมความดน 10 barg. (จากคาใหการของวศวกรผปฎบตงาน ตามรายละเอยดขาวในหนาหนงสอพมพ) 118เราจะหาคาของพลงงานของการระเบดไดจาก :- Burst Pressure = 10 x 14.5 = 145 psi. 120จากรปท 6 เราจะไดคาของ Burst energy เทากบ 2 x 10-2 lb TNT/ft3

ดงนน Burst Energy = 2 x 10-2 x 5 x (3.28)3

= 3.52 lb TNT จากรปท 8 ถามผปฏบตงานยนอยหางจากถงกรองนาในระยะ 10 ฟต เขาจะไดรบแรงระเบดม

คาเทากบ 18 psig ซงหมายความวา เขาจะเสยชวต ในทานองเดยวกน ถาผปฏบตงานใชนา ในการทดสอบถงกรองใบน ถาถงแตก คาพลงงานจาก

การระเบดจะมคาตามาก 125Burst Energy = 8 x 10-5 x 5 x (3.28)3 = 0.014 Ib TNT.


127จะเหนไดวาถาทาการทดสอบถงกรองนาใบนดวยวธ Hydrotest ถงแมตวถงจะแตกแตแรงระเบดจะมคาตามาก ซงไมกอใหเกดการสญเสยแตอยางใด 128จากตวอยางขางบนจะเหนวาการทา Pneumatic test จะมความเสยงตออนตรายทรนแรงมาก ดงนนในกรณทจะมการทดสอบความแขงแรงของอปกรณดวยวธการน ผปฏบตงานจะตองดาเนนงานดวยความระมดระวง และความดนทใชในการทดสอบดวยวธการนจะตากวาความดนทใชในการทา Hydrotest ขนตอนในการทา Pneumatic Test

ในการทา Pneumatic test เราจะใชคาของความดนในการทดสอบ เพยง 1.25 เทาของความดน

ในการออกแบบ (1.25 ของ Design pressure) สาหรบ Pressure vessels และ 1.10 เทาของความดนในการออกแบบสาหรบ Piping system และจะมขนตอนในการปฏบตงานดงน

เพมความดนขนไปชา ๆ จนไดคาความดนเทากบ 25 psi (170 kPa) จากนนทาการตรวจสอบหารอยรวตามสวนตางๆ ของอปกรณ

1.

จากนนเพมความดนขนอยางชา ๆ จนถงครงหนงของความดนทดสอบ 2.

เพมความดนขนอกเปนชวงๆ ครงละ 10% ของความดนทดสอบจนกระทงถงความดนทดสอบ

3.

หลงจากนนลดความดนลงมาจนเทากบความดนออกแบบ (Design pressure) แลวทาการตรวจสอบหารอยรว

4.

ในทางปฏบตเราสามารถใชรปท 7 มาใชกาหนดระยะปลอดภยในการทางาน (Safety distance)

ในขณะทกาลงอยในระหวางการเพมความดนในการทดสอบความแขงแรงของอปกรณโดยกาหนดใหเราใดรบความดนจากการระเบดไมเกน 0.1 ปอนดตอตารางนวเปนตน

ผเขยนหวงวาบทความเรองนจะชวยกระตนใหวศวกรและชางเทคนคไดมการทางานทถกตองตามหลกวศวกรรม และตระหนกถงอนตรายทอาจเกดขนได เพอชวยลดปรมาณการเกดอบตภยททาใหเกดการสญเสยชวตและทรพยสน ตลอดจนสามารถดาเนนการทดสอบอปกรณเครองจกรตางๆ ไดอยางถกตองเหมาะสมโดยไมเกดการเสยหายตออปกรณโดยรเทาไมถงการณ

เอกสารอางอง 1) ASME/ANSI B31.3; Chemical Plant and Petroleum Refinery Piping, 1987 2) ASME/ANSI B31.8; Gas Transmission and Distribution Piping Systems, 1999 3) กฤตย ศรนภาสวสด; เฉลยขอสอบเลอนระดบใบอนญาตวชาชพ วศวกรรมควบคม สาขา

วศวกรรมเครองกล, สภาวศวกร วชา Pressure Vessels เดอน พฤศจกายน 2545 4) T.M. Flynn; Cryogenic Engineering, Mercel Dekker Inc., 1997 5) ASME VIII Div 1; Pressure Vessel, 1995


6) J. R. Farr and M. H. Jawad; Guidebook for the Design of ASME Section VIII Pressure Vessels, 2nd. Edition, ASME Press, 2001

ผเขยน คณกฤตย ศรนภาสวสด วศ.บ. (เกยรตนยม), วศ.ม.วศวกรรมเครองกล, วฒวศวกร วก.507 กรรมการผจดการบรษท โปรเซสอควปเมนทเทคโนโลย จากด สมาชกสภาวศวกร และ สมาชก American Society of Mechanical Engineers

Documents

การทำ Hydrostatic Test ที่ถูกต้อง