ใน memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ ผมได้เล่าเรื่องเกี่ยวกับ liquid phase oxidationไปแล้ว memoir ฉบับนี้ก็เป็นเรื่องเกี่ยวกับ liquid phase oxidation เช่นกัน แต่เป็นหายนะที่เกิดขึ้น คราวนี้ขอเป็นการบรรยายตามรูปภาพแต่ละรูป (เพื่อเปลี่ยนบรรยากาศ)
ในวันเสาร์ที่ ๑ มิถุนายนปีค.ศ. ๑๙๗๔ (พ.ศ. ๒๕๑๗) เวลา ๑๖.๕๓ น ได้เกิดการระเบิดขึ้นที่โรงงานของบริษัท Nypro (UK) ซึ่งผลิต caprolactam จากการออกซิไดซ์ cyclohexane ด้วยอากาศให้กลายเป็น cyclohexanol และ cyclohexanone จากนั้นจึงทำการออกซิไดซ์ cyclohexanone ให้กลายเป็น adipic acid (HOOC-C4H8-COOH) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นตัวหนึ่งในการผลิตเส้นใยไนลอน
ปฏิกิริยานี้ผมใช้เป็นตัวอย่างสอนนิสิตในวิชาอินทรีย์เคมี เนื้อหา ketone ในตำราอินทรีย์เคมีมักจะบอกว่าคีโตนไม่สามารถถูกออกซิไดซ์ต่อได้ (จริง ๆ แล้วโมเลกุลมันจะขาดออกจากกันตรงตำแหน่งหมู่ carbonyl (C=O)ถ้าออกซิไดซ์แรงพอ) แต่ถ้าเราออกซิไดซ์ cycloketone (ในที่นี้คือ cyclohexanone) เราจะได้ carboxylic acid ที่มีหมู่คาร์บอกซิล (-COOH) อยู่ที่ปลายโซ่ทั้งสองข้าง
แรงระเบิดครั้งนั้นทำให้สถานีตรวจวัดแผ่นดินไหวสามารถจับสัญญาณการสั่นสะเทือนได้ และคลื่นจากการระเบิดยังเคลื่อนที่สูงไปจนถึงชั้นบรรยากาศที่ทำหน้าที่สะท้อนคลื่นวิทยุ ทำให้ตรวจพบการรบกวนสัญญาณวิทยุในช่วงเวลาดังกล่าวด้วย
รายละเอียดของเหตุการณ์ดังกล่าวไปอ่านได้ในหนังสือ Loss prevention ของ F.P. Lee ถ้าจำไม่ผิดจะอยู่ในส่วน appendixของเล่มที่ 2 (หนังสือดังกล่าวมีที่ห้องสมุดของภาควิชา)
บทเรียนที่ได้จากเหตุการณ์ครั้งนั้นนำไปสู่ความเปลี่ยนแปลงหลายด้านในการด้านออกแบบโรงงาน เช่น
- การวางผังโรงงาน ซึ่งออกแบบให้บริเวณที่มีอันตรายสูงอยู่ห่างจากบริเวณอาคารสำนักงาน และอาจมีโครงสร้างอื่นป้อนกัน เช่นวาง warehouse ไว้ระหว่าง process area กับอาคารสำนักงาน
- การออกแบบห้องควบคุม (control room) ให้สามารถทนต่อแรงระเบิดได้ในระดับหนึ่ง และควรมีเพียงชั้นเดียว (ในเหตุการณ์นี้ส่วนหนึ่งเสียชีวิตเพราะอาคารพังถล่มลงมาทับ)
- แนวความคิดในด้านการออกแบบกระบวนการผลิต โดยลด inventory ของสารต่าง ๆ ในระบบให้น้อยลง
- การต้องมีวิศวกรผู้มีประสบการณ์ทำหน้าที่ ไม่ใช่ปล่อยให้ช่างฝีมือแก้ปัญหากันเอง
- ฯลฯ
แต่ที่น่าแปลกคือผมยังเคยเห็นโรงงานที่สร้างโดยไม่ได้สนใจบทเรียนจากหายนะดังกล่าว (คือเคยเจอโรงงานที่สร้าง control room มี 2 ชั้น ชั้นล่างเป็นห้องควบคุมที่ออกแบบมาเพื่อรับแรงระเบิด ส่วนชั้นบนเป็นห้องแลปที่มีหน้าต่างกระจกแบบธรรมดา
รูปที่ 1 ภาพโรงงานของบริษัท Nypro (UK) ที่เมือง Flixborouth ประเทศอังกฤษก่อนการระเบิด โรงงานบรรยากาศดี อยู่ข้างแม่น้ำ section 25A เป็นบริเวณที่ตั้งของเครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นตำแหน่งที่เชื่อกันว่าเป็นจุดต้นเหตุของการรั่วไหล พึงสังเกตว่าอาคารสำนักงานหลัก (main office block) ห้องควบคุม (control room) และห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ (laboratory) ล้วนตั้งอยู่ล้อมรอบ section 25A
รูปที่ 2 โรงงานเดียวกับรูปที่ 1 หลังเหตุการณ์ระเบิดสงบลง ที่ผ่านมาพวกคุณคงเคยเล่นเกมส์หาจุดที่แตกต่างกันในภาพ 2 ภาพ ส่วนเกมส์นี้คงต้องเป็นการมองหาจุดที่เหมือนกันแทน
รูปที่ 3 ภาพเขียนมุมมองจากทางด้านบนและมุมมองจากทางด้านข้างของบริเวณ section 25A ที่เกิดปัญหา
รูปที่ 3 แสดงส่วนหนึ่งของระบบ liquid phase oxidation ของ cyclohexane ไปเป็น cyclohexanol และ cyclohexanone
ระบบ liquid phase oxidation นั้น ค่า conversion ของแต่ละเครื่องปฏิกรณ์จะน้อย ดังนั้นเพื่อให้ได้ค่า conversion สูงขึ้นก็เลยต้องมีการนำเอาเครื่องปฏิกรณ์หลายเครื่องมาวางต่ออนุกรมกัน ในโรงงานดังกล่าวมีการใช้เครื่องปฏิกรณ์ต่อกัน 6 ตัว (ตัวที่ชื่อขึ้นต้นด้วย R เช่น R 2524 คือตัวที่ 4 และ R 2526 คือตัวที่ 6)
เครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 1 จะอยู่ทางซ้าย ของเหลวที่ไหลล้นออกมาจากเครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 1 จะไหลเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 2 ที่อยู่ถัดมาทางด้านขวา และอยู่ในตำแหน่งที่ต่ำกว่าเล็กน้อยแบบเป็นขั้นบันได ดังนั้นเครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 6 ที่อยู่ทางขวาสุดจะอยู่ต่ำสุด
ปัญหาเริ่มจากมีการรั่วไหลบริเวณ seal ของเครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 5 (R 2525) ทำให้มีไซโคลเฮกเซนรั่วออกมา เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดอันตรายจากแก๊สรั่ว ทางบริษัทจึงได้นำน้ำมาฉีดราดบริเวณดังกล่าว เพื่อให้แก๊สไฮโดรคาร์บอนนั้นควบแน่นเป็นของเหลว (ไซโคลเฮกเซนเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง แต่ในอุณหภูมิการทำปฏิกิริยานั้นเป็นของเหลวอยู่ได้ด้วยความดัน เมื่อรั่วสู่ความดันบรรยากาศจึงกลายเป็นแก๊สร้อน) และไหลลงระบบบำบัดน้ำต่อไป
การใช้น้ำฉีดนั้นพอจะกระทำได้ถ้าหากการรั่วไหลนั้นไม่มาก ซึ่งจะเป็นการประคองโรงงานให้สามารถทำการผลิตต่อไปได้อย่างปลอดภัยก่อนจะถึงกำหนด shut down ครั้งใหญ่ ซึ่งตอนนั้นจึงค่อยซ่อมแซม
แต่น้ำที่นำมาราดนั้นมีสารประกอบไนเทรต (nitrate) ปนอยู่ โดยปรกติแล้วไนเทรตมันก็ไม่ทำอันตรายต่อเหล็ก แต่สามารถทำอันตรายต่อเหล็กที่มีความเค้นและอุณหภูมิสูงได้ที่เรียกว่า stress corrosion cracking เหล็กที่ใช้ทำถังเครื่องปฏิกรณ์ก็อยู่ในภาวะดังกล่าว (รับแรงดันและอุณหภูมิสูง) น้ำที่นำมาราดบริเวณที่แก๊สรั่วก็เลยทำให้ผนังเครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 5 ร้าว
รูปที่ 4 เครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 5 (R 2525) ที่ก่อปัญหา ที่เห็นรูสี่เหลี่ยมคือบริเวณที่ตัดเนื้อโลหะไปตรวจสอบ ภาพนี้ถ่ายหลังการระเบิด ส่วนฐานที่เห็นเป็นริ้วนั้นเกิดจากการโดนไฟคลอกจนเหล็กสูญเสียความแข็งแรง บริเวณดังกล่าวเรียกว่า skirt ใช้สำหรับเป็นฐานตั้งของเครื่องปฏิกรณ์ ทำหน้าที่รับน้ำหนักแต่เพียงอย่างเดียว ไม่ได้รับความดัน
ทีนี้ทางโรงงานไม่สามารถยื้อต่อไปได้แล้ว ต้องทำการ shut down โรงงาน และได้ตัดสินใจเอา R 2525 ออกจากระบบ และสร้างท่อชั่วคราว (ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 นิ้ว) เชื่อมต่อระหว่าง R 2524 และ R 2526 เพื่อให้สามารถดำเนินการผลิตต่อไปได้ (เครื่องปฏิกรณ์มันไม่มีขายเป็น spare part เหมือนชิ้นส่วนอื่น มันต้นสั่งทำ)
การออกแบบท่อนั้นกระทำใน work shop โดยการวาดรูปเท่าของจริงบนพื้น แล้วก็ใช้ชิ้นส่วนต่าง ๆ ที่มีอยู่ประกอบขึ้นเป็นท่อเชื่อมต่อชั่วคราว จากนั้นก็นำไปทดสอบการรับความดันโดยใช้ความดันที่ระดับ "operating pressure"
พึงสังเกตว่าท่อเชื่อมต่อดังกล่าวมีลักษณะหักงอ (ภาษาอังกฤษเรียกว่า dog leg) ที่แนวแกนของท่อที่ปลายทั้งสองด้านไม่อยู่บนเส้นตรงเดียวกัน ดังนั้นเมื่อมีแรงดันกระทำที่ปลายทั้งสองด้านก็จะเกิดโมเมนต์บิด
หลังเกิดอุบัติเหตุได้มีการสร้างท่อเชื่อมต่อแบบดังกล่าวขึ้นมาใหม่ และนำไปทดสอบการรับความดันที่ระดับ "operating pressure" และพบว่าท่อดังกล่าวสามารถรับความดันที่ระดับดังกล่าวได้ แต่เมื่อเพิ่มความดันให้เกินระดับ "operating pressure" ไปเล็กน้อย จะพบว่าท่อดังกล่าวจะพังทันที
และเพื่อเป็นการเผื่อการขยายตัวของท่อ การเชื่อมต่อระหว่างท่อเชื่อมต่อกับเครื่องปฏิกรณ์ตัวที่ 4 และ 6 จึงใช้ข้อต่ออ่อนที่เรียกว่า "Bellow"
รูปที่ 5 สภาพการเชื่อมต่อกันของเครื่องปฏิกรณ์ 5 เครื่องที่เหลือ ก่อนเกิดการระเบิด
ข้อต่ออ่อน (bellow) ที่ใช้ต่อปลายทั้งสองด้านของท่อเชื่อมเข้ากับ R 2524 และ R 2526 ไม่สามารถทนต่อแรงเฉือนที่เกิดจากโมเมนต์บิดได้มากนัก ดังนั้นเมื่อเกิดปัญหาความดันในระบบสูงขึ้นผิดปรกติ ข้อต่ออ่อนนั้นจึงฉีกขาดออก ทำให้ cyclohexane รั่วออกมา
รูปที่ 6 ทบทวนความรู้ในวิชา mechanic of material กันหน่วย เรื่องของโมเมนต์บิด
รูปที่ 7 แผงผังแสดงขอบเขตการแพร่กระจายของ cyclohexane ก่อนการระเบิด
มีการประมาณว่า cyclohexane น่าจะรั่วออกมาประมาณ 40 ตัน (จากทั้งหมด 400 ตัน) ก่อนเกิดการระเบิด โดยคาดว่าต้นเหตุของการจุดระเบิดมาจาก hydrogen plant ที่อยู่ใกล้เคียงกัน แรงระเบิดที่เกิดขึ้นมีการประมาณว่าอยู่ระหว่าง 2-40 ตันทีเอ็นที (เทียบเท่าระเบิดทีเอ็นทีหนัก 2-40 ตัน) ขึ้นอยู่กับแต่ละทฤษฎีที่ใช้คำนวณ มีทั้งจากการพิจารณาทิศทางการปลิวของอุปกรณ์ การทิศทางการล้มของเสา แรงกระแทกที่ต้องใช้ในการทำให้ฝาคอนกรีตปิดท่อระบายน้ำแตก ฯลฯ การระเบิดในที่โล่งแบบนี้เรียกว่า Unconfined Vapour Cloud Explosion ซึ่งมักจะรุนแรงเพราะในที่โล่งต้องมีแก๊สรั่วออกมาเป็นจำนวนจึงจะระเบิดได้
รูปที่ 8 สิ่งที่หลงเหลืออยู่หลังเหตุการณ์สงบ ลองมองหาห้องควบคุมและห้องแลปดูเอาเอง
รูปที่ 9 อีกภาพหนึ่งหลังของ section 25A จะเห็นเครื่องปฏิกรณ์วางเรียงเป็นแถวอยู่ 3 เครื่องทางด้านขวา
รูปที่ 10 ภาพหลังเกิดการระเบิดได้ 1 วัน ไฟยังคงไหม้อยู่ ที่เห็นกลางภาพคือศพผู้เสียชีวิตรายหนึ่งที่ถูกลำเลียงออกมา โชคทีที่เกิดในวันหยุดจึงมีผู้เสียชีวิตเพียง 28 ราย ถ้าเกิดในวันทำงานคงอยู่ราว ๆ 500 รายเพราะอาคารสำนักงานพังลงทันทีจากการระเบิดครั้งแรก แต่กว่าจะกู้ศพได้หมดก็ใช้เวลาประมาณ 3 สัปดาห์
รูปที่ 11 อีกภาพที่ถ่ายในวันเกิดเหตุ หลังเกิดระเบิด
รูปที่ 12 อีกภาพที่ถ่ายในวันเกิดเหตุ หลังเกิดระเบิด
รูปที่ 1-9 นั้นผมเห็นปรากฏอยู่ในหลายที่ รวมทั้งในรายงานการสอบสวน (ที่ทางอังกฤษทำเผยแพร่) และในหนังสือ ที่เห็นตามหน้า web ต่าง ๆ ก็เป็นรูปที่ซ้ำกัน เลยไม่รู้จะให้เครดิตใครดี ดูเหมือนว่ามันลอกกันไปลอกกันมาจนทั่วไปหมด แต่ภาพจาก http://www.cookeonfire.com/pdfs/Flixborough.pdf นั้นชัดที่สุด ก็เลยขอนำมาใช้
ส่วนรูปที่ 10-12 นั้นได้มาจาก web ของ www.gettyimages.com ซึ่งรวมรูปภาพต่าง ๆ หลากหลายเรื่องราวไว้น่าสนใจมาก ผมเองก็มีหนังสือรวมรูปภาพของ gettyimages อยู่ 3 เล่มด้วยกัน
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น