วันพฤหัสบดีที่ 12 มิถุนายน พ.ศ. 2557

Flooded drain MO Memoir : Thursday 12 June 2557

โมเลกุลที่มีขั้วอย่างเช่นน้ำ ก็ชอบที่จะยึดเกาะกับโมเลกุลที่มีขั้วด้วยกัน โมเลกุลที่ไม่มีขั้วเลยเช่นไฮโดรคาร์บอน ก็ชอบที่จะยึดเกาะกับโมเลกุลที่ไม่มีขั้วด้วยกัน นั่นเป็นเหตุผลที่ทำให้น้ำกับน้ำมันไฮโดรคาร์บอนนั้นไม่ผสมรวมเป็นเนื้อเดียวกัน และด้วยการที่ไฮโดรคาร์บอนมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ จึงทำให้ไฮโดรคาร์บอนลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำ
  
การระเหยของโมเลกุลออกจากผิวหน้าของเหลวมาอยู่ในเฟสแก๊สนั้นขึ้นอยู่กับแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลที่อยู่บนผิวหน้ากับโมเลกุลที่อยู่ข้างใต้มัน ถ้าแรงยึดเหนี่ยวนี้ต่ำ โมเลกุลที่อยู่บนผิวหน้าก็จะระเหยหลุดออกมาได้ง่ายขึ้น อุณหภูมิก็เป็นปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่อแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลว เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แรงยึดเหนี่ยวก็จะลดลง ทำให้ของเหลวระเหยออกมาจากผิวหน้าได้มากขึ้น
  
พื้นผิวเปิดของผิวของเหลวก็มีส่วนกำหนดว่าของเหลวจะระเหยออกมาได้มากน้อยเท่าใด ถ้าพื้นผิวเปิดนั้นมีมาก ของเหลวนั้นก็จะระเหยได้ง่าย ถ้าพื้นผิวเปิดนั้นมีน้อยลง ของเหลวก็จะระเหยได้น้อยลง ความเข้าใจในเรื่องนี้เรามีการนำมาใช้งานกันทั้งในห้องปฏิบัติการเคมี (การลดการระเหยของน้ำจาก water bath) และในอุตสาหกรรม (การลดการระเหยของของเหลวจุดเดือดต่ำในแทงค์เก็บ) เรื่องนี้เคยเล่าเอาไว้เมื่อ ๒ ปีที่แล้วใน Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๔๖๓ วันอังคารที่ ๑๒ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๕๕ เรื่อง "การลดการระเหยของของเหลว"

การลุกติดไฟของเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนนั้น อย่างแรกที่สำคัญก็คือเชื้อเพลิงนั้นต้องมีอุณหภูมิสูงมากพอที่จะระเหยกลายเป็นไอที่มีความเข้มที่สูงมากพอในอากาศ และถ้าส่วนผสมระหว่างไอเชื้อเพลิงกับอากาศนั้นได้รับการกระตุ้น (เช่นจากพื้นผิวร้อน ประกายไฟ หรือเปลวไฟ) ส่วนผสมของเชื้อเพลิงนั้นก็จะเกิดการลุกติดไฟหรือระเบิดได้ น้ำมันบางชนิดเช่นดีเซล มีอุณหภูมิจุดวาบไฟ (flash point) สูงกว่าอุณหภูมิห้อง ดังนั้นถ้าเราเอาน้ำมันดีเซลใส่บีกเกอร์ และเอาเปลวไฟไปจุดล่อ มันก็ไม่ลุกติดไฟ เพราะน้ำมันไม่ระเหย แต่ถ้าเราอุ่นมันให้ร้อนมากพอ มันก็จะลุกติดไฟได้
  
แต่มันก็พอมีวิธีการง่าย ๆ ในการจุดน้ำมันดีเซลให้ลุกติดไฟได้ คือการใช้ไส้เทียนหรือไส้ตะเกียงช่วย ไส้เทียนหรือไส้ตะเกียงจะช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวในการระเหยของน้ำมัน (ทั้ง ๆ ที่เป็นอุณหภูมิห้อง) ทำให้ได้ไอระเหยน้ำมันออกมามากพอที่จะจุดให้ลุกติดเป็นเปลวไฟต่อเนื่องได้ ตามศาลเจ้าที่เขาใช้ตะเกียงน้ำมันพืชก็ใช้หลักการนี้

มีวิธีการง่าย ๆ อีกวิธีหนึ่งที่สามารถทำให้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวที่มีจุดวาบไฟสูงกว่าอุณหภูมิห้อง ระเหยกลายเป็นไอในปริมาณที่มากพอที่สามารถลุกติดไฟได้เมื่อได้รับการกระตุ้น วิธีการนี้มักจะเกิดขึ้นโดยไม่ตั้งใจ และมักจะนำไปสู่อุบัติเหตุที่ไม่ได้คาดเอาไว้ วิธีการดังกล่าวก็คือการให้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวนั้น "แผ่ลอยเป็นชั้นบาง ๆ อยู่บนผิวน้ำ"

เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเหลวเช่นน้ำมันดีเซล เวลาที่มีอยู่ในปริมาณมาก โมเลกุลของน้ำมันดีเซลที่อยู่บนผิวหน้าของเหลวนั้นจะถูกดึงดูดเอาไว้ด้วยโมเลกุลที่อยู่ข้างใต้ผิวหน้า และเนื่องจากมันเป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้วเหมือนกัน การยึดเกาะกันระหว่างโมเลกุลก็เลยเกิดได้ดี ที่อุณหภูมิห้องมันก็เลยไม่ค่อยระเหยกลายเป็นไอเท่าใดนั้น แต่ถ้ามันแผ่กระจายไปบนผิวหน้าน้ำได้อย่างอิสระ (คือพื้นที่ผิวบนของน้ำนั้นมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับปริมาณน้ำมัน) ชั้นโมเลกุลของน้ำมันที่แผ่นออกไปบนผิวหน้าน้ำนั้นบางมาก อาจจะมีเพียงชั้นโมเลกุลเดียวก็ได้ และในสภาพเช่นนี้ น้ำมันนั้นจะระเหยได้มากขึ้น นอกจากนี้บนผิวหน้าน้ำนั้น น้ำมันจะแผ่กระจายออกไปได้รวดเร็วกว่าบนพื้นผิวของแข็งแม้ว่าน้ำมันนั้นจะมีปริมาณน้อยก็ตาม
  
จริงอยู่ แม้ว่าการที่มีน้ำมัน (ในที่นี้ถือว่าเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงก็แล้วกัน) ลอยอยู่บนผิวหน้าแหล่งน้ำที่มีพื้นที่ผิวกว้าง น้ำมันจะระเหยได้ง่ายขึ้น แต่ถ้าเป็นแหล่งน้ำที่เป็นพื้นที่เปิด เช่น ทะเล หรือสระน้ำขนาดใหญ่ การไหลเวียนของอากาศที่อยู่เหนือผิวหน้าแหล่งน้ำนั้นทำให้มีโอกาสต่ำที่ไอน้ำมันที่ระเหยขึ้นมาจะสะสมจนเกิดความเข้มข้นสูงพอที่จะสามารถทำให้เกิดการระเบิดได้ แต่ก็มีแหล่งน้ำบางแหล่งเหมือนกันที่มีพื้นที่ผิวที่กว้างและเป็นบริเวณที่ค่อนข้างปิดหรือแทบจะไม่มีการถ่ายเทอากาศเลย แหล่งน้ำนั้นก็คือ "ระบบท่อระบายน้ำ"
  
ระบบท่อระบายน้ำนั้นมักประกอบด้วยบ่อพักที่เป็นตำแหน่งรองรับน้ำ (อาจเป็นน้ำทิ้งหรือน้ำฝน) ที่จะไหลเข้าสู่ระบบท่อที่ฝังอยู่ใต้ดิน และไหลด้วยแรงโน้มถ่วง เพื่อลำเลียงน้ำทิ้งนั้นไประบายทิ้งยังจุดที่เหมาะสมหรือส่งต่อไปยังหน่วยบำบัดต่อไป
  
ปรกติระดับน้ำในท่อระบายน้ำนั้นจะไม่อยู่เต็มท่อ แต่อย่างมากจะท่วมสูงขึ้นมาระดับหนึ่งเท่านั้น เช่นกรณีที่แสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง ดังนั้นถ้าหากมีน้ำมันหกลงในบ่อพักบ่อใดบ่อหนื่ง น้ำมันนั้นจะแผ่กระจายกว้างไปบนผิวหน้าน้ำโดยอาศัยระบบท่อระบายน้ำนี้ได้อย่างรวดเร็ว ประกอบกับการที่อากาศในระบบท่อระบายน้ำนี้ไม่มีการหมุนเวียน ไอน้ำมันที่เกิดขึ้นจึงสามารถสะสมจนมีความเข้มข้นที่สูงพอพร้อมที่จะลุกติดไฟหรือระเบิดได้เมื่อได้รับการกระตุ้น ตัวอย่างหนึ่งของเหตุการณ์ระเบิดที่เกิดขึ้นจากการมีน้ำมันรั่วไหลเข้าไปในระบบท่อระบายน้ำได้แก่การระเบิดที่ ที่เกิดจากน้ำมันเบนซินรั่วไหลเข้าไปในระบบท่อ และแผ่กระจายออกไปตามจุดต่าง ๆ ในเมือง Guadalajara ประเทศเมกซิโก เมื่อวันที่ ๒๒ เมษายนปีค.ศ. ๑๙๙๒ (พ.ศ. ๒๕๓๕) (ดูเพิ่มเติมได้ที่ http://en.wikipedia.org/wiki/1992_explosion_in_Guadalajara)


รูปที่ ๑ ระบบท่อระบายน้ำที่เราพบเห็นกันได้ทั่วไป

ระบบท่อระบายน้ำที่แสดงในรูปที่ ๑ นั้นยังเป็นเส้นทางลำเลียงแก๊สที่ดีเวลาที่มีแก๊สที่หนักกว่าอากาศเช่นหุงต้ม (หรือ LPG) รั่วไหลออกมา แก๊สหุงต้มในปริมาณที่ไม่มากนักที่รั่วไหลออกสู่ที่เปิดในอากาศมีโอกาสสูงที่จะแพร่กระจายออกไปจนความเข้มข้นเจือจางลงจนไม่สามารถระเบิดได้ แต่ถ้าหากมีระบบท่อระบายน้ำดังเช่นในรูปที่ ๑ อยู่ใกล้บริเวณที่มีแก๊สรั่วไหล แก๊สหุงต้มก็จะไหลลงสู่ระบบท่อระบายน้ำดังกล่าวได้ (เพราะมันหนักกว่าอากาศ) และสามารถแพร่กระจายออกไปเป็นระยะทางไกลตามความยาวของระบบท่อระบายน้ำ โดยที่ความเข้มข้นของมันไม่ได้ลดลงไปมากเท่าใดนัก
  
ในต่างประเทศที่มีการเดินท่อแก๊สใต้ดินตามถนนหนทางเพื่อจ่ายให้กับบ้านเรือนและอาคารต่าง ๆ ในเมืองนั้น ข่าวกรณีอุบัติเหตุแก๊สระเบิดเนื่องจากแก๊สรั่วออกจากท่อแล้วรั่วไหลเข้าสู่ระบบท่อระบาย ย้อนกลับเข้าไปในอาคารต่าง ๆ ก็เคยมีให้เห็นอยู่ การออกแบบระบบระบายน้ำในชุมชนนั้นจะคำนึงถึงการระบายน้ำได้อย่างรวดเร็วเป็นสำคัญ การมีแก๊สรั่วไหลหรือน้ำมันหกลงไปในท่อระบายนั้นต้องถือว่าเป็นกรณีนอกเหนือการควบคุมและไม่ได้เป็นเหตุการณ์ที่ต้องคาดว่ามีโอกาสจะเกิดได้ในการออกแบบระบบท่อระบาย
  
แต่สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการใช้งานสารเหล่านี้อยู่เป็นประจำทุกวันในกระบวนการผลิต การรั่วไหลของแก๊สที่หนักกว่าอากาศหรือน้ำมันเชื้อเพลิงลงสู่ระบบท่อระบาย เป็นสิ่งที่มีโอกาสเป็นไปได้ ในกรณีเช่นนี้การป้องกันการแพร่กระจายของแก๊สหรือน้ำมันเชื้อเพลิงที่รั่วไหลลงไปในระบบท่อระบายกระทำได้ด้วยการทำให้ระบบท่อระบายน้ำนั้นมีน้ำท่วมเต็มท่อที่เชื่อมต่อระหว่างบ่อพักต่าง ๆ ตลอดเวลา (รูปที่ ๒) ระบบนี้เรียกว่า Flooded drain


รูปที่ ๒ ระบบ Flooded drain ท่อที่เชื่อมต่อระหว่างบ่อพักใน process area จะมีน้ำท่วมเต็ม ด้วยการใช้กำแพงรักษาระดับน้ำที่ติดตั้งอยู่ในบ่อพักที่อยู่ภายนอก process area

รูปที่ ๒ นี้ผมวาดขึ้นมาใหม่โดยใช้รูปจากบทความเรื่อง Fire prevention/protection : A company's approach to fire safety ที่เผยแพร่ในวารสาร Loss Prevention Bulletin ฉบับที่ ๔๓ ปีค.ศ. ๑๙๘๒ (พ.ศ. ๒๕๒๕) หน้า ๑-๑๙ เป็นตัวอย่าง ในระบบ Flooded drain นี้จะมีบ่อพักอยู่นอก process area โดยบ่อพักนี้รองรับน้ำจากท่อระบายน้ำต่าง ๆ ในบริเวณ process area บ่อพักที่อยู่นอก process area นี้จะมีกำแพงรักษาระดับน้ำ โดยความสูงของกำแพงนั้นจะสูงกว่าความสูงของท่อระบายน้ำที่เชื่อมต่อระหว่างบ่อพักต่าง ๆ ใน process area และด้วยการรักษาระดับน้ำในระบบท่อระบายน้ำในส่วนของ process area อยู่ที่ระดับไม่ต่ำกว่าความสูงของกำแพงรักษาระดับน้ำ ก็จะทำให้ท่อเชื่อมระหว่างบ่อพักต่าง ๆ ใน process area มีน้ำท่วมเต็มตลอดเวลา น้ำมันที่หกลงไปในบ่อพักใด หรือแก๊สที่รั่วไหลลงไปในบ่อพักใดก็ตามใน process area ก็จะคงค้างอยู่ที่บ่อพักนั้น ไม่สามารถใช้เส้นทางระบบท่อระบายน้ำแพร่กระจายไปยังบริเวณต่าง ๆ ของโรงงานได้

ระบบ Flooded drain นี้ไม่รู้เหมือนกันว่ามันอยู่ในข้อกำหนดในการสร้างโรงงานของประเทศไหนบ้างหรือเปล่า รู้แต่ว่าช่วงนี้เห็นเขากำลังขุดถนนเพื่อวางท่อระบายน้ำใหม่รอบ ๆ มหาวิทยาลัย ก็เลยคิดว่าได้เวลาลงมือเขียนเรื่องนี้สักทีแม้ว่าเคยคิดไว้ตั้งนานแล้ว แถมบ่ายวันนี้ตอนที่กำลังพิมพ์ Memoir นี้อยู่ฝนก็ตกหนักอีก (แต่คงตกไม่นาน)

และถ้าจะเอาระบบ Flooded drain นี้มาใช้กับโรงงานในบ้านเรา ก็ขอเสนอว่าควรพิจารณาถึงการนำเอาปลาหางนกยูงมาปล่อยในระบบท่อระบายน้ำด้วย เพื่อที่จะได้ช่วยกินลูกน้ำ เพราะไม่เช่นนั้นโรงงานอาจมีความปลอดภัยเพิ่มมากขึ้นในกรณีที่มีน้ำมันหกหรือแก๊สรั่วไหลลงระบบท่อระบายน้ำ แต่พนักงานที่ทำงานอยู่อาจมีความเสี่ยงจากไข้เลือดออกมากขึ้นแทนก็ได้

ไม่มีความคิดเห็น: