กรณีศึกษาการจัดหาหอและชิ้นส่วนภายในที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมในโรงงานเคมี

ยกระดับประสิทธิภาพการกลั่นด้วยชิ้นส่วนภายในหอขั้นสูง

ปัญหาคอขวดทั่วไปในหอการกลั่นแบบเดิม

หอการกลั่นแบบดั้งเดิมมักประสบปัญหาต่างๆ ระหว่างการดำเนินงาน เช่น การท่วมของของเหลว การพัดพาของอนุภาค และปัญหาการเกิดฟอง ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากแผ่นเรียงรูปแบบเก่าหรือวัสดุบรรจุที่สึกหรอ จากผลการวิจัยเมื่อปีที่แล้วเกี่ยวกับความสมบูรณ์ของวัสดุ ประสิทธิภาพที่ลดลงเหล่านี้ทำให้พื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างไอและของเหลวที่ใช้งานได้จริงลดลงประมาณ 15% ถึง 30% เมื่อเทียบกับระบบที่ทันสมัยกว่า ปัญหานี้จะทวีความรุนแรงขึ้นเมื่ออายุการใช้งานของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานเดิมมักก่อให้เกิดสถานการณ์การกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ ทำให้ของเหลวและไอไม่ไหลผ่านระบบอย่างสม่ำเสมอ การกระจายตัวที่ไม่เท่ากันนี้ทำให้กระบวนการแยกสารมีความแม่นยำลดลง และในท้ายที่สุดจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ในระดับเดียวกัน

ชิ้นส่วนภายในคอลัมน์ขั้นสูงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการแยกสารอย่างไร

ชิ้นส่วนภายในรุ่นใหม่ เช่น วัสดุบรรจุแบบมีโครงสร้างและระบบถาดขั้นสูง ได้มีการปรับปรุงอย่างมากในด้านการปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟสต่างๆ ภายในอุปกรณ์ ทำให้แก้ไขปัญหามากมายที่พบในแนวทางการออกแบบรุ่นเก่า ตัวอย่างหนึ่งคือถาดวาล์วประสิทธิภาพสูง ซึ่งสามารถลดการสูญเสียแรงดันลงได้ระหว่าง 40 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ แต่ยังคงทำงานได้อย่างราบรื่นแม้ส่วนประกอบของวัตถุดิบจะเปลี่ยนแปลงไปในแต่ละวัน โรงงานแปรรูปทางเคมีสามารถบรรลุมาตรฐานความบริสุทธิ์ของไฮโดรคาร์บอนใกล้เคียงกับ 99.5% ซึ่งสูงกว่าถาดตะแกรงทั่วไปประมาณ 12 ถึง 18 เปอร์เซ็นต์ การออกแบบรูปร่างที่ชาญฉลาดของชิ้นส่วนสมัยใหม่เหล่านี้ยังหมายความว่าของเหลวตกค้างน้อยลง ทำให้ระบบโดยรวมตอบสนองได้รวดเร็วกว่าเมื่อเงื่อนไขเปลี่ยนแปลงระหว่างการดำเนินงาน

Superfrac Trays ที่ให้ประสิทธิภาพ 92–100%: การออกแบบและผลกระทบ

ถาด Superfrac มีการออกแบบการไหลคู่ที่รวมเอาข้อดีที่สุดของเทคโนโลยีถาดแบบบับเบิลแคปและถาดแบบซิฟไว้ด้วยกัน ถาดเหล่านี้มีช่องทางสำหรับไอน้ำแยกจากกัน ทำให้มีประสิทธิภาพตั้งแต่ 92% จนเกือบถึง 100% เมื่อใช้ในแอปพลิเคชันแยก C3 ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพของถาดมาตรฐานทั่วไปประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ ตามข้อมูลเปรียบเทียบอุตสาหกรรมเมื่อปีที่แล้ว ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นนี้หมายความว่าโรงงานสามารถเพิ่มกำลังการผลิตของหอแยกเอทิลีนได้จริงประมาณ 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ โดยไม่จำเป็นต้องติดตั้งคอลัมน์ขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้ถาดเหล่านี้น่าสนใจมากสำหรับการปรับปรุงสถานประกอบการเดิม และยังมีข้อดีอีกประการหนึ่งที่ควรกล่าวถึง คือ การเคลือบพิเศษที่ใช้เพื่อป้องกันการสะสมของสิ่งสกปรก ช่วยลดความถี่ของการหยุดดำเนินงานเพื่อบำรุงรักษาลงได้ประมาณสองในสามเมื่อเทียบกับระบบดั้งเดิมในการผลิตโพรพิลีนเกรดโพลิเมอร์

ความก้าวหน้าเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงบทบาทสำคัญของการปรับให้เหมาะสม การจัดหาอุปกรณ์อุตสาหกรรมเคมี ในการปรับปรุงประสิทธิภาพการกลั่น สถานประกอบการที่นำอุปกรณ์ภายในแบบทันสมัยมาใช้มักจะเห็นระยะเวลาคืนทุนไม่ถึง 18 เดือน จากการประหยัดพลังงานและการเพิ่มขึ้นของอัตราการผลิตรวมกัน

การปรับปรุงกำลังการผลิตในหอกระบวนการทางเคมีผ่านโซลูชันแบบรีโทรฟิต

การลดคอขวดโครงสร้างพื้นฐานการกลั่นที่มีอายุมาก เพื่อเพิ่มอัตราการผลิตสูงขึ้น

มากกว่าครึ่งหนึ่งของหอกลั่นทั้งหมดที่สร้างก่อนปี ค.ศ. 2000 กำลังประสบปัญหาการผ่านของสารที่รุนแรง เนื่องจากรูปแบบแผ่นรองเดิมล้าสมัย และระบบจัดจำหน่ายของพวกมันไม่ได้ถูกออกแบบให้มีขนาดเหมาะสมกับความต้องการในยุคปัจจุบัน เมื่อโรงงานปรับปรุงระบบที่เก่าเหล่านี้ด้วยวัสดุแบบพักโครงสร้างใหม่ๆ และติดตั้งแผ่นชนิดไหลคู่ (dual-flow trays) แทนที่จะใช้เทคโนโลยีฝาฟองโบราณ ก็มักจะเห็นการลดลงของแรงดันประมาณ 20% ตามรายงานการวิจัยล่าสุดจาก IntechOpen ตัวอย่างเช่น โรงงานผลิตพอลิเอทิลีนแห่งหนึ่ง ซึ่งวิศวกรได้เปลี่ยนแผ่นวาล์วแบบดั้งเดิม 5 ช่องทาง เป็นแผ่นที่เรียกว่า ดีไซน์ป้องกันการพุ่ง (anti-jetting designs) พร้อมทั้งปรับปรุงระบบตัวกระจายสารป้อนใหม่ทั้งหมด ผลลัพธ์ที่ได้คือ สามารถเพิ่มขีดความสามารถโดยรวมได้ถึง 40% โดยทำได้เพียงการอัปเกรดอุปกรณ์เท่านั้น โดยไม่จำเป็นต้องรื้อถอนผนังหรือสร้างโครงสร้างใหม่แต่อย่างใด

กรณีศึกษา: เพิ่มการผลิตเอทิลีน 26% ผ่านการปรับปรุงหอแยก (Splitter Tower)

โรงงานผลิตเอทิลีนแห่งหนึ่งบนชายฝั่งอ่าวได้แก้ไขปัญหาการไหลล้นเรื้อรังในหอแยก C2 โดยการปรับปรุงเป้าหมายเฉพาะ:

• ติดตั้งแผ่นกรอง MVG แบบคลื่นเสริม ซึ่งสามารถรองรับภาระไอระเหยได้สูงขึ้น 32%
• ปรับปรุงท่อระบายน้ำกลับจากเครื่องให้ความร้อนใหม่ จากเส้นผ่าศูนย์กลาง 18 นิ้ว เป็น 24 นิ้ว
• นำหัวฉีดป้อนอาหารที่ออกแบบโดยใช้ CFD เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพมาใช้งาน

โครงการปี 2023 ที่มีค่าใช้จ่ายประมาณ 9.2 ล้านดอลลาร์สามารถลดการใช้พลังงานได้ประมาณ 15 เปอร์เซ็นต์ ในขณะที่เพิ่มการผลิตเอทิลีนรายปีจนก่อให้เกิดรายได้จากการขายเพิ่มขึ้นอีกประมาณ 47 ล้านดอลลาร์ การพิจารณาสิ่งที่เกิดขึ้นจากโครงการปรับปรุงเครื่องแยกเอทิลีนนี้ แสดงให้เห็นถึงประเด็นน่าสนใจเกี่ยวกับการปรับปรุงโรงงานเทียบกับการสร้างใหม่ทั้งหมด เมื่อบริษัทเลือกที่จะอัปเกรดอุปกรณ์เดิมแทนที่จะเปลี่ยนหอทั้งหลัง จะทำให้ได้รับผลตอบแทนจากการลงทุนเร็วกว่ามาก สำหรับโครงการนี้ ผลตอบแทนการลงทุนเกิดขึ้นภายในเพียง 11 เดือน ในขณะที่การเปลี่ยนหอทั้งหลังโดยทั่วไปจะใช้เวลาประมาณสามถึงสี่ปีกว่าจะคืนทุน

การปรับปรุงภายในเฉพาะทางสำหรับแอปพลิเคชัน Olefin และ C4 Splitter

ภาคการผลิตโอลีฟินต้องเผชิญกับปัญหาเฉพาะทางอยู่บ้าง โดยเฉพาะในเรื่องการสะสมตัวของพอลิเมอร์ ตัวอย่างเช่น เครื่องแยก C4 ที่จัดการวัตถุดิบประมาณ 450,000 ตันเมตริกต่อปี เมื่อผู้ปฏิบัติงานติดตั้งถาดสแตนเลส 317L ที่มีผิวเคลือบ ซึ่งมีการสะสมสิ่งสกปรกน้อยลงประมาณ 80% เมื่อเทียบกับวัสดุสแตนเลส 304SS มาตรฐาน ร่วมกับการใช้ระบบแจกจ่ายของเหลวแบบ trough to trough และเครื่องกรองไอน้ำแบบ vapor horn inlet ทำให้สามารถเพิ่มอัตราการผลิตได้ถึง 18% และทราบหรือไม่? พวกเขายังคงสามารถรักษาระดับความบริสุทธิ์ของบิวทาไดอีนไว้ได้สูงถึง 99.5% จากการศึกษาของวิศวกร พบว่า แนวทางการปรับปรุงระบบที่ออกแบบเฉพาะเช่นนี้สามารถยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ออกไปได้อีก 12 ถึง 15 ปี และยังช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาอย่างมาก อยู่ในช่วง 3.2 ล้านถึง 4.8 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี ในช่วงอายุการใช้งานปกติ 25 ปี ซึ่งถือเป็นผลตอบแทนจากการลงทุนที่คุ้มค่าอย่างมากสำหรับผู้จัดการโรงงานที่ต้องการเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงานโดยไม่ต้องใช้ต้นทุนสูง

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการประหยัดต้นทุนการดำเนินงานผ่านการออกแบบภายในที่เหมาะสม

โรงงานเคมีทันสมัยต้องสามารถรักษาระดับผลผลิตอย่างต่อเนื่อง พร้อมกับรับมือกับต้นทุนพลังงานที่เพิ่มสูงขึ้น การปรับปรุงอุปกรณ์ภายในคอลัมน์กลั่นเป็นแนวทางที่พิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ลดต้นทุนการดำเนินงาน และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

การลดอัตราการไหลเวียนกลับและปริมาณการใช้ไอน้ำด้วยแผ่นกรองประสิทธิภาพสูง

การออกแบบแผ่นกรองขั้นสูง เช่น การจัดเรียงแบบไหลสองทาง (dual-flow) และแบบหลายช่องทางลง (multiple-downcomer) ช่วยลดแรงดันจากของเหลว ทำให้อัตราการไหลเวียนกลับลดลงได้ 15–30% เมื่อเทียบกับแผ่นกรองแบบซิฟ (sieve trays) ทั่วไป ส่งผลโดยตรงให้ภาระการทำงานของเครื่องระเหยความร้อน (reboiler) และการใช้ไอน้ำลดลง แผ่นกรองบางรูปแบบยังคงรักษาประสิทธิภาพการแยกสารได้แม้ทำงานที่ความเร็วไอระเหยเพียง 60% ของค่าปกติ ช่วยให้มีความยืดหยุ่นในการดำเนินงานในช่วงที่ความต้องการต่ำ

ข้อมูลประสิทธิภาพ: หลังการปรับปรุง ลดการใช้ไอน้ำลง 20%

การปรับปรุงระบบแยก C4 ในปี 2023 แสดงให้เห็นถึงการพัฒนาที่วัดผลได้:

เมตริก	ก่อนการปรับปรุง	หลังการปรับปรุง
การใช้ไอน้ำ	38.2 ตัน/ชั่วโมง	30.5 ตัน/ชั่วโมง
อัตราการไหลเวียนกลับ	3.8:1	3.1:1
การปรับปรุงระบบด้วยงบประมาณ 1.2 ล้านดอลลาร์สามารถคืนทุนได้ภายใน 14 เดือนผ่านการประหยัดค่าพลังงาน ซึ่งแสดงให้เห็นว่านวัตกรรมใน การจัดหาอุปกรณ์อุตสาหกรรมเคมี สามารถสร้างผลตอบแทนอย่างรวดเร็วในการดำเนินงานกลั่น

การสมดุลระหว่างการลงทุนด้านทุนกับการประหยัดพลังงานในระยะยาว

แม้ว่าอุปกรณ์ขั้นสูงจะมีต้นทุนเริ่มต้นสูงกว่า 25–40% แต่ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น 8–15% ก็ช่วยสร้างประโยชน์สะสม โดยการวิเคราะห์ตลอดอายุการใช้งานในโรงงานโอเลฟินแสดงให้เห็นว่าถาดที่ถูกปรับให้เหมาะสมช่วยลดต้นทุนรวมของการเป็นเจ้าของ (TCO) ลงได้ 18–22% ภายในระยะเวลาห้าปี และช่วงเวลาการบำรุงรักษายืดออกไป 30–50% เนื่องจากการสะสมสิ่งสกปรกที่ลดลง

บทบาทของแบบจำลองจำลองในการปรับเงื่อนไขการปฏิบัติงานของหอให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

แบบจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ในปัจจุบันสามารถทำนายประสิทธิภาพของถาดได้ภายในความแม่นยำ ±3% ตลอดช่วง turndown พ engineers ใช้เครื่องมือเหล่านี้ในการประเมินการจัดวางภายในมากกว่า 50 รูปแบบในรูปแบบดิจิทัล เพื่อระบุชุดค่าผสมที่เหมาะสมที่สุดซึ่งตอบสนองเป้าหมายด้านความบริสุทธิ์พร้อมลดการใช้พลังงานให้น้อยที่สุด ผู้ปฏิบัติงานที่ใช้การจำลองรายงานว่าสามารถเร่งวงจรการปรับแต่งให้เร็วขึ้นถึง 40% เมื่อเทียบกับวิธีการทดลองและข้อผิดพลาดแบบดั้งเดิม

การแก้ไขปัญหาและการให้บริการโซลูชันเฉพาะทางสำหรับกระบวนการทางเคมีที่ท้าทาย

การวินิจฉัยปัญหาชิ้นส่วนภายในเสื่อมสภาพและการสะสมสิ่งสกปรกในหอแยก

การสะสมสิ่งสกปรกและการเสื่อมสภาพของชิ้นส่วนภายในก่อให้เกิด 42% ของการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนไว้ในระบบกลั่นทางเคมี (IChemE 2023) แนวทางการวินิจฉัยแบบบูรณาการรวมการสแกนด้วยเลเซอร์เพื่อประเมินการเปลี่ยนรูปของถาท กับการสร้างแบบจำลอง CFD เพื่อตรวจจับ:

• แรงดันตกที่สูงกว่าค่าออกแบบมากกว่า 15%
• จุดที่เกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงในโซนป้อนของหอแยก C4
• การอุดตันจากพอลิเมอร์ใน downcomer ของหอโอเลฟิน

การสแกนแกมมาแบบเรียลไทม์ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพสูง โดยการศึกษาในปี 2022 ที่โรงงานเอทิลีนแสดงให้เห็นถึงความแม่นยำในการทำนายช่วงเวลาการบำรุงรักษาที่ต้องการได้ถึง 89%

กรณีศึกษา: การแก้ปัญหาคราบเกาะในโรงงานเมทานอลด้วยเทคโนโลยีต้านการสะสม

ผู้ผลิตเมทานอลในเอเชียใต้ประสบกับการลดลงของผลผลิตบ่อยครั้งเนื่องจากการสะสมของเกลือแอมีนในหอแยกสาร หลังจากการปรับปรุงด้วยเทคโนโลยีต้านการสะสม ผลลัพธ์ที่ได้รวมถึง:

เมตริก	ก่อนการปรับปรุง	หลังการปรับปรุง
ระยะเวลาเดินเครื่อง	58 วัน	182 วัน
ค่าความดันตกในคอลัมน์ (Column ΔP)	1.8 บาร์	1.1 บาร์
ความบริสุทธิ์ของเมทานอล	99.2%	99.7%

โซลูชันนี้รวมถึง:

1. เคลือบผิวกันการเกาะติดแบบเรียบเป็นพิเศษ (Ra ≤ 0.8 μm)
2. ตัวแจกจ่ายของเหลวที่มีมุมฉีดพ่น 30° เพื่อป้องกันการไหลตามผนัง
3. วาล์วถาดทำความสะอาดตัวเองที่ขับเคลื่อนอนุภาคออกในระหว่างการทำงาน

การดำเนินการนี้ช่วยลดเวลาหยุดทำงานประจำปีลง 1,440 ชั่วโมง และเพิ่มอัตราการผลิตได้ 19%

การออกแบบภายในที่ปรับแต่งเฉพาะสำหรับปฏิกรณ์สังเคราะห์ฟอร์มาลดีไฮด์และปฏิกรณ์ที่ใช้งานหนัก

การสังเคราะห์ฟอร์มาลดีไฮด์ต้องใช้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนและการถ่ายโอนมวลที่ควบคุมอย่างแม่นยำ การติดตั้งล่าสุดมีลักษณะดังนี้:

• ระบบกระจายไอน้ำใหม่เพื่อป้องกันการร้อนเกินบริเวณเฉพาะจุด
• การจัดเรียงแบบผสมผสานระหว่างแท่นบรรจุและถาดที่เพิ่มประสิทธิภาพการแยกสูงสุด
• การปรับใช้สำหรับอุณหภูมิต่ำมากสำหรับเครื่องถอดเอทิลีนออกไซด์ที่ทำงานที่ -80°C

ในกระบวนการผลิตคลอร์-อัลคาไล ฝาครอบฟองที่เคลือบด้วยเซอร์โคเนียมมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าสแตนเลส 316SS ถึงแปดเท่าเมื่อสัมผัสกับไอคลอรีนเปียก ซึ่งช่วยลดความถี่ในการเปลี่ยนใหม่และลดความเสี่ยงด้านความปลอดภัยอย่างมีนัยสำคัญ

คำถามที่พบบ่อย

ปัญหาทั่วไปของหอกลั่นแบบเดิมคืออะไร

หอกรั่นแบบเดิมมักประสบปัญหา เช่น การท่วม (flooding), การพัดพาของเหลวขึ้นไปกับไอ (entrainment), การเกิดฟอง (foaming) และการกระจายของของเหลวไม่สม่ำเสมอ (maldistribution) ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพต่ำและการใช้พลังงานเพิ่มขึ้น

ชิ้นส่วนภายในหอกลั่นขั้นสูงช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการกลั่นได้อย่างไร

ชิ้นส่วนภายในหอกลั่นขั้นสูง เช่น วัสดุเรียงตัวภายในหอ (structured packing materials) และถาดประสิทธิภาพสูง ช่วยเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างเฟสอย่างมีนัยสำคัญและลดการสูญเสียแรงดัน ทำให้การแยกสารมีประสิทธิภาพดีขึ้นและลดการใช้พลังงาน

ถาด Superfrac มีข้อดีอย่างไร

ถาด Superfrac มีการออกแบบการไหลสองทิศทาง (dual flow design) ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความจุ โดยไม่จำเป็นต้องใช้หอขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการปรับปรุงสถานประกอบการเดิม

การปรับปรุงภายในที่ออกแบบเฉพาะตัวมีผลต่อการผลิตเอทิลีนอย่างไร

การปรับปรุงที่ออกแบบเฉพาะตัวสามารถแก้ไขปัญหาเฉพาะด้าน เช่น การเกิดน้ำท่วมในระบบ เพิ่มอัตราการผลิตและระดับความบริสุทธิ์ ส่งผลให้กำลังการผลิตเพิ่มขึ้นและลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

การจำลองมีบทบาทอย่างไรในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการกลั่น

แบบจำลองการจำลอง เช่น การจำลองพลศาสตร์ของของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ช่วยให้สามารถคาดการณ์และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของถาดกลั่นได้อย่างแม่นยำ ส่งผลให้การดำเนินงานของโรงงานรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น