เหตุการณ์ต่อไปนี้นำมาจากเว็บของประเทศญี่ปุ่น http://shippai.jst.go.jp/en/ ซึ่งเป็นเว็บของ Japan Science and Technology Agency ในส่วนที่เป็น Failure Knowledge Database จากบทความเรื่อง "Explosion of an acetylene hydrogenation section in ethylene plant" เรียบเรียงโดย Hiroshi Koseki และคณะ
เว็บนี้ได้รวบรวมเหตุการณ์อุบัติเหตุและความผิดพลาดทางด้านวิศวกรรมที่สำคัญต่าง ๆ เอาไว้ โดยได้เล่าถึงความเป็นมาของเหตุการณ์ และผลการสอบสวน สิ่งที่น่าสนใจในการสอบสวนเหตุการณ์อุบัติเหตุคือไม่ได้ต้องการหาผู้กระทำผิดเพียงอย่างเดียว แต่ยังมองลึกไปถึงระดับที่ว่าทำไปจึงเปิดโอกาสให้ทำผิดพลาดเช่นนั้นได้ และจะป้องกันได้อย่างไร
Memoir ฉบับนี้เป็นเพียงแค่การสรุปเนื้อหาเหตุการณ์และให้คำอธิบายเพิ่มเติมของคำศัพท์บางคำ (ส่วนที่เป็นสีน้ำตาล) เพื่อให้ผู้ที่ยังไม่มีประสบการณ์กับโรงงานจริง (ทั้งนิสิตปี ๒ และบัณฑิตศึกษา) ได้ทราบว่าสิ่งที่บทความกล่าวถึงนั้นคืออะไร เนื้อหาฉบับเต็มโปรดไปอ่านที่บทความที่ส่งมาพร้อมกับไฟล์แนบ สำหรับผู้ที่พึ่งจะมาเห็น memoir ฉบับนี้ควรไปอ่าน memoir ฉบับก่อนหน้า "MO Memoir : Tuesday 9 November 2553 เรื่อง Acetylene hydrogenation (ตอนที่ ๑)" ก่อน
เวลาประมาณ ๒๒.๑๓ ของคืนวันที่ ๗ กรกฎาคม ปีค.ศ. ๑๙๗๗ (ปีพ.ศ. ๒๕๒๐) ได้เกิดการระเบิดขึ้นที่โรงงานผลิตเอทิลีนของบริษัท Idemitsu Petrochemicals Co., Ltd. ในย่อหน้าสุดท้ายของหน้าที่ ๑ ได้สรุปเหตุการณ์ก่อนที่จะเกิดการระเบิดเอาไว้ดังนี้
๑. มีการเริ่มเดินเครื่องเครื่องปฏิกรณ์ acetylene hydrogenation หลังเกิดเหตุ emergency shutdown และเกิดการป้อนไฮโดรเจนมากเกินไปเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์
[shut down คือการหยุดการเดินเครื่องโรงงาน ถ้าเป็น annual shutdown ก็เป็นการหยุดเดินเครื่องเพื่อทำการซ่อมบำรุงหรือทำการปรับปรุงโรงงาน กรณีนี้ถือว่าเป็นการหยุดเดินเครื่องที่มีการวางแผนไว้ล่วงหน้า ส่วน emergency shutdown เป็นการหยุดเดินเครื่องในกรณีฉุกเฉิน เช่น ไฟฟ้าดับ ระบบสาธารณูปโภคหยุดการทำงาน (น้ำ ไฟฟ้า อากาศความดันสูง ฯลฯ) เกิดไฟไหม้ เกิดการระเบิด]
๒. เอทิลีนที่สะสมอยู่ในเครื่องปฏิกิริยาเกิดปฏิกิริยาเติมไฮโดรเจนกลายเป็นอีเทน (ในความเป็นจริงนั้นควรเกิดเฉพาะกับอะเซทิลีนที่มีอยู่ในปริมาณเล็กน้อยเท่านั้น)
๓. การเติมไฮโดรเจนให้กับเอทิลีนทำให้เกิดการคายพลังงานความร้อนออกมามากเกินไป จนนำไปสู่การสลายตัวของเอทิลีนซึ่งเป็นปฏิกิริยาคายความร้อนเช่นเดียวกัน
กระบวนการผลิตของโรงงาน (ดูรูปที่ ๑) เริ่มจากการนำเอาแนฟทา (ไฮโดรคาร์บอนในช่วงน้ำมันเบนซินและน้ำมันก๊าด) ผสมกับไอน้ำและให้ความร้อนจนโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง การแยกพาราฟิน (อีเทนและโพรเพน) ออกจากผลิตภัณฑ์นั้นทำโดยใช้การกลั่นแยก ส่วนการกำจัดอะเซทิลีน โพรพาไดอีน (H2C=C=CH2) และเมทิลอะเซทิลีน (หรือโพรพาย) กระทำโดยการเติมไฮโดรเจนเพื่อเปลี่ยนสารเหล่านี้ให้กลายเป็นโมโนโอเลฟินส์ (โอเลฟินส์ที่มีเพียงแค่พันธะคู่พันธะเดียว) โดยตัวระบบเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ 3 ตัวต่อเข้าด้วยกัน (ดูรูปที่ ๒) คือตัวบน A ตัวกลาง B และตัวล่าง C อุณหภูมิทำงานปรกติอยู่ในช่วง 55-60 องศาเซลเซียส ภายในเครื่องปฏิกรณ์บรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูลโลหะพัลลาเดียม (Pd) เอาไว้
รูปที่ ๑ แผนผังกระบวนการผลิตของโรงงาน [cracking - หน่วยให้ความร้อนจนโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแตกออกเป็นโมเลกุลเล็ก ๆ; quenching - หน่วยลดอุณหภูมิแก๊สร้อนที่มาจากหน่วย cracking กระทำโดยการให้แก๊สร้อนสัมผัสกับน้ำเย็นโดยตรง; หน่วยถัดจาก quenching เป็นหน่วยแยกสารต่าง ๆ ออกจากกัน คำว่า de- ถ้าไปนำหน้าชื่อสารใดก็หมายความว่าเป็นหน่วยที่แยกสารนั้นออกมา เช่นหน่วย de-ethane ในภาพเป็นหน่วยที่แยกอีเทนออกมา]
รูปที่ ๒ หน่วย Acetylene hydrogenation แสดงความดันและอุณหภูมิการทำงานปรกติของหน่วยนี้
ในคืนวันที่ ๗ กรกฎาคมเวลาประมาณ ๑๘.๕๐ น Instrument air (IA) เกิดหยุดไหลกระทันหัน ทำให้อุปกรณ์วัดคุมทุกตัวหยุดทำงานกระทำหัน ทำให้เกิดเหตุการณ์ emergency shutdown ตามด้วยการที่วาล์วควบคุมการไหล (control valve) ต่าง ๆ ปรับตัวไปอยู่ที่ failure position ตามด้วยการระบายแก๊สทิ้งจำนวนมากออกทาง flare stack
[ในโรงงานมักมีการใช้อากาศอัดความดัน (compressed air) เพื่อใช้งานต่าง ๆ เช่น ใช้ในการระบายอากาศในภาชนะปิดหรือบริเวณคับแคบต่าง ๆ ใช้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ (เช่นประแจขันนอตหรือสว่าน) เป็นต้น บางทีอาจเรียกอากาศอัดความดันนี้ว่า plant air (PA) แต่ในบทความนี้เข้าใจว่าใช้ชื่อ work air (YA) แต่ PA นี้ยังมีความชื้นปนปนอยู่ การนำ PA ไปใช้ในระบบส่งสัญญาณหรือควบคุมการทำงานของอุปกรณ์จึงไม่เหมาะ เพราะไอน้ำที่ปะปนอยู่นั้นอาจเกิดการควบแน่นเป็นน้ำ และถ้าอยู่ในบริเวณที่อากาศหนาวก็อาจเกิดการแข็งตัวและทำให้ระบบท่ออุดตันได้ ดังนั้นถ้าต้องการนำเอาอากาศไปใช้เพื่องานดังกล่าวจึงต้องนำไปกำจัดความชื้นออกก่อน PA ที่ผ่านการกำจัดความชื้นแล้วเรียกว่า instrument air (IA)
วาล์วควบคุม (control valve - CV) เป็นวาล์วที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหลว่าจะให้ไหลมากหรือไหลน้อย โดยทั่วไปวาล์วควบคุมจะต่อเข้ากับระบบควบคุมอัตโนมัติ วาล์วควบคุมการไหลส่วนใหญ่นั้นจะทำงานโดยการใช้แรงกดอากาศ (IA) กดต้านแรงสปริง ถ้าไม่มีแรงกดจาก IA วาล์วก็จะไปอยู่ที่ตำแหน่งที่สปริงจะดันไปซึ่งอาจเป็นตำแหน่งเปิดหรือตำแหน่งปิดซึ่งขึ้นอยู่กับการออกแบบ ตำแหน่งวาล์วเมื่อไม่มีแรงกดจาก IA เรียกว่า failure position ถ้าไม่มีแรงกดจาก IA แล้วทำให้สปริงดันวาล์วตัวนั้นไปอยู่ที่ตำแหน่งเปิดก็จะเรียกว่า failure open แต่ถ้าไม่มีแรงกดจาก IA แล้วตัวสปริงดันวาล์วไปอยู่ที่ตำแหน่งปิดก็จะเรียกว่า failure close
Flare stack เป็นระบบเผาแก๊สทิ้งของโรงงานในกรณีฉุกเฉินหรือเมื่อต้องหยุดเดินเครื่องโรงงาน สารเคมีต่าง ๆ ที่เผาไหม้ได้จะถูกส่งออกมาเผาที่ flare stack นี้]
เวลาประมาณ ๑๘.๕๘ น IA กลับมาใช้งานได้ใหม่ จึงได้เริ่มทำการเดินเครื่องระบบใหม่ รายละเอียดเหตุการณ์ตรงนี้อ่านได้ในหัวข้อ "2. Course" ในหน้าที่ ๔ และ ๕ กล่าวโดยสรุปคือพนักงานปฏิบัติการ (หรือที่เรามักเรียกว่า - operator) เริ่มเดินเครื่องระบบใหม่โดยการเปิดวาล์วให้เอทิลีนและไฮโดรเจนไหลเข้าเครื่องปฏิกรณ์ แต่สิ่งที่เกิดขึ้นคือไม่มีเอทิลีนไหลเข้าไหลเครื่องปฏิกรณ์ มีเพียงแต่ไฮโดรเจนเท่านั้น ทำให้เอทิลีนที่ค้างอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์เกิดปฏิกิริยาเติมไฮโดรเจนและคายความร้อนออกมา อุณหภูมิการทำงานปรกติอยู่ที่ 60 องศาเซลเซียส แต่เมื่อเวลา ๒๑.๓๐ น operator สังเกตว่าอุณหภูมิในเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มสูงถึง 120 องศาเซลเซียส operator จึงได้ตัดสินใจเปิดวาล์วป้อนแก๊สเอทิลีนจากแหล่งอื่นเข้าระบบเพื่อระบายความร้อน แต่เมื่อถึงเวลา ๒๑.๓๘ น operator ยังพบว่าอุณหภูมิยังคงเพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว จึงได้ตัดสินใจปิดวาล์วป้อนไฮโดรเจน
[สำหรับ fixed-bed ที่ไม่มีการระบายความร้อนผ่านทางผนังนั้น การระบายความร้อนออกจาก fixed-bed จะอาศัยการไหลของแก๊สผ่าน fixed-bed ในกรณีนี้แม้ว่าจะมีไฮโดรเจนไหลเข้าระบบ แต่ปริมาณการไหลของไฮโดรเจนไม่มากพอที่จะดึงเอาความร้อนออกจากเบด จึงทำให้อุณหภูมิภายในเบดเพิ่มสูงขึ้น ดังนั้นเมื่อ operator สังเกตพบอุณหภูมิภายใน fixed-bed เพิ่มสูงขึ้น จึงเปิดเอทิลีนเข้าเพิ่มเติมเพื่อเพิ่มการไหลของแก๊สผ่านเครื่องปฏิกรณ์ แต่พอพบว่าอุณหภูมิยังคงเพิ่มขึ้น จึงตัดสินใจหยุดการป้อนไฮโดรเจนเพื่อหยุดปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนซึ่งเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน]
แต่เมื่อเอทิลีนเริ่มไหลเข้าระบบ operator พบว่าอุณหภูมิยังคงเพิ่มสูงขึ้น โดยเมื่อเวลา ๒๑.๔๕ น พบว่าอุณหภูมิในส่วนกลาง (เครื่องปฏิกรณ์ B) สูงถึง 970 องศาเซลเซียส และเมื่อถึงเวลา ๒๒.๐๐ น ก็พบว่าอุณหภูมิที่ส่วนล่างของเครื่องปฏิกรณ์ B เพิ่มขึ้นเกินกว่า 1000 องศาเซลเซียส ทำให้ท่อทางออกจากเครื่องปฏิกรณ์ร้อนแดง และเมื่อถึงเวลา ๒๒.๑๕ น ท่อดังกล่าวก็แตกหัก ทำให้เกิดแก๊สรั่วออกมาและเกิดการระเบิด ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๑ ราย
[แม้ว่า operator จะหยุดการป้อนไฮโดรเจนทำให้ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจน (hydrogenation) หยุดแล้วก็ตาม แต่ตัวเร่งปฏิกิริยาพัลลาเดียม (Pd) ที่อยู่ในเครื่องปฏิกรณ์สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาการสลายตัวของเอทิลีนได้เมื่ออุณหภูมิสูงของระบบสูงกว่า 400 องศาเซลเซียส ดังนั้นเอทิลีนที่ป้อนเข้าไปในขณะที่อุณหภูมิภายในเครื่องปฏิกรณ์นั้นมีค่าสูงจึงไม่ได้เข้าไประบายความร้อนออกจากเครื่องปฏิกรณ์ แต่เป็นการป้อนสารตั้งต้นสำหรับปฏิกิริยาการสลายตัวของเอทิลีนเข้าไปในระบบ ทำให้ไม่สามารถหยุดการเพิ่มอุณหภูมิภายในเครื่องปฏิกรณ์ได้]
สาเหตุที่ทำให้เกิดการระเบิดได้รับการพิจารณาว่าเป็นผลรวมของความผิดพลาดหลายอย่าง เริ่มตั้งแต่การออกแบบตำแหน่งติดตั้งวาล์ว การออกแบบระบบการทำงาน การทำงานและการตัดสินใจของ operator ซึ่งเกี่ยวพันไปถึงการฝึกอบรม operator ด้วย แต่ตัวที่เป็นจุดเริ่มต้นคือตำแหน่งติดตั้งวาล์ว PA และ IA ที่อยู่สูงจากพื้น (ดูรูปที่ ๓ ประกอบ) ซึ่งเป็นตำแหน่งที่เข้าถึงได้ยาก ทำให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถทำผิดพลาดได้ง่าย ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงแล้วในแต่ละปีจะมีการเปิด-ปิดวาล์ว PA บ่อยครั้งกว่า ดังนั้นจะเป็นการดีกว่าถ้าจะออกแบบการวางท่อให้วาล์ว PA อยู่ในระดับที่ operator ที่ยืนอยู่บนพื้นสามารถปิด-เปิดได้ง่าย
[ท่อในโรงงานนั้นมักวางอยู่บน pipe rack ซึ่งเป็นที่สำหรับวางท่อต่าง ๆ ซ้อนกันเป็นชั้น ๆ อยู่เหนือศีรษะ (อยู่ที่ระดับประมาณ ๕ เมตรสูงจากพื้น) ทั้งนี้เพื่อให้สามารถใช้พื้นที่ด้านล่างในการเดินทางของคนและยานพาหนะต่าง ๆ ได้ วาล์วที่นาน ๆ ครั้งจึงจะมีการใช้งานและใช้เมื่อจำเป็นเท่านั้นก็อาจติดตั้งอยู่ที่ระดับ pipe rack ได้ ส่วนวาล์วที่ต้องมีการใช้งานเปิด-ปิดบ่อย ๆ ก็จะมีการเดินท่อให้ลดระดับลงมาข้างล่างที่ระดับพื้นเพื่อติดตั้งวาล์วไว้ที่ระดับพื้น และค่อยเดินท่อด้านขาออกจากวาล์วนั้นกลับไปที่ระดับ pipe rack ใหม่อีกครั้ง (ดูรูปที่ ๔ ประกอบ)]
รูปที่ ๓ ตำแหน่งที่ตั้งของวาล์วท่อ IA ที่ operator ปิดผิดตัว วาล์วที่ควรจะถูกปิดคือวาล์วของท่อ plant air (วงกลมเขียว) แต่วาล์วที่ถูกปิดคือวาล์วของท่อ instrument air (วงกลมแดง)
รูปที่ ๔ ตัวอย่างตำแหน่งการติดตั้งวาล์วที่ใช้งานเป็นประจำ
สำหรับวาล์วที่ไม่มีการปิด-เปิดบ่อยครั้ง (เช่นใช้เมื่อเริ่มเดินเครื่องหรือหยุดเดินเครื่องโรงงานเท่านั้น) ก็สามารถติดตั้งไว้ให้อยู่เหนือศีรษะได้ แต่สำหรับวาล์วที่ถ้าหากเผลอไปปิดหรือเปิดเข้าโดยไม่ตั้งใจจะทำให้เกิดความเสียหายได้ ก็ต้องมีการป้องกันการไปปิด-เปิดโดยไม่ตั้งใจ เช่นโดยการใช้โซ่พันและคล้องกุญแจเอาไว้ ทาสีให้เห็นเด่นชัดเจน หรือทำการติดป้ายให้เห็นชัดเจนว่าต้องได้รับอนุญาตก่อนจึงจะทำการปิดหรือเปิดได้
บทความนี้ยังได้ให้ข้อสังเกตด้วยว่าทำไม operator จึงรีบพยายามเดินเครื่องระบบกลับคืนสู่สภาพเดิมทันทีที่มี IA กลับมาใช้งานอีกครั้ง ทั้ง ๆ ที่เมื่อระบบเริ่มต้นกระบวนการ emergency shutdown แล้วก็ควรให้กระบวนการนี้ดำเนินไปจนสิ้นสุดก่อน จากนั้นจึงค่อยเริ่มต้นเดินเครื่องระบบใหม่ เพราะในระหว่างระบบดำเนินการ emergency shutdown นั้นมีการระบายความดันออกจากหน่วยต่าง ๆ ในระบบ ทำให้เกิดปัญหาความดันไม่สมดุลและทำให้เกิดการไม่ไหลของแก๊สในระบบได้ ในกรณีนี้คือแก๊สเอทิลีนไม่ไหลเข้า hydrogenation reactor มีแต่แก๊สไฮโดรเจนเท่านั้นที่ไหลเข้า
ทางผู้เขียนบทความได้บันทึกไว้ว่าสาเหตุที่ทางผู้จัดการโรงงานและ operator รีบเดินเครื่องระบบกลับคืนสภาพเดิมทันทีก็เพราะไม่ต้องการสูญเสียเวลา เพราะถ้าปล่อยให้กระบวนการ emergency shutdown ดำเนินการอย่างเสร็จสมบูรณ์และเริ่มต้นเดินเครื่องใหม่นั้นจะต้องใช้เวลาหลายวัน ซึ่งจะมีการสูญเสียถึงหลายสิบล้านเยนต่อวัน (ตรงนี้ดูเหมือนว่าผลกำไรของบริษัทสำคัญกว่าความปลอดภัยในการทำงาน)
