วันจันทร์ที่ 8 พฤษภาคม พ.ศ. 2560

Switch loading (น้ำมันเชื้อเพลิง) MO Memoir : Monday 8 May 2560

สมมุติว่าคุณมีรถบรรทุกน้ำมันอยู่ ๑ คัน ต้องนำน้ำมันดีเซลไปส่งให้ลูกค้ารายที่หนึ่ง และน้ำมันเบนซินไปส่งให้ลูกค้ารายที่สองด้วยรถบรรทุกน้ำมันคันเดิม คำถามก็คือควรส่งน้ำมันให้ลูกค้ารายไหนก่อน (คือลำดับการส่งมีความสำคัญ) หรือส่งให้ใครก่อนก็ได้ (คือลำดับการส่งไม่มีความสำคัญ สะดวกอันไหนก็ทำอันนั้นก่อน)

"Switch loading" ในงานขนถ่ายน้ำมันหมายถึงการที่เปลี่ยนจากการเติม (หรือบรรจุ) เชิ้อเพลิงในถังเก็บ (อาจเป็นถังเก็บของรถบรรทุกน้ำมัน หรือถังเก็บใน tank farm ก็ได้) จากเชื้อเพลิงชนิดหนึ่งไปเป็นเชื้อเพลิงอีกชนิดหนึ่ง ดังเช่นตัวอย่างที่ยกมาในย่อหน้าแรก

การทำงานลักษณะเช่นนี้มีโอกาสที่จะเกิดอันตรายสูงจากการระเบิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเปลี่ยนจากการบรรจุเชื้อเพลิงที่มีความดันไอสูงมาเป็นการบรรจุเชื้อเพลิงที่มีความดันไอต่ำกว่า (เช่นการเปลี่ยนจากการบรรจุน้ำมันเบนซินมาเป็นน้ำมันดีเซล) และในสภาพอากาศที่แห้ง เกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิตย์ได้ง่าย
 
เอกสารต้นฉบับที่ใช้ในการเขียนบทความนี้ ได้มาเมื่อประมาณ ๓๐ ปีที่แล้ว ไม่มีรายละเอียดผู้จัดทำ มีแต่หัวข้อว่า "Truck loading rack safety" แต่ดูจากวันที่กรณีตัวอย่างอุบัติเหตุที่มีในเอกสาร ทำให้คาดการณ์ได้ว่าน่าจะจัดทำขึ้นในต้นทศวรรษ ๑๙๗๐ หรือกว่า ๔๐ ปีที่แล้ว ที่หัวข้อมันเกี่ยวข้องกับรถบรรทุกก็เพราะอุบัติเหตุจาก Switch loading นี้มันมักจะเกิดกับรถบรรทุกน้ำมันในขณะที่กำลังเติมน้ำมันลงถังเก็บเพื่อนำไปส่งลูกค้า


รูปที่ ๑ หัวข้อ "Switch loading" จากเอกสารต้นฉบับที่ใช้ในการเขียนบทความนี้
 
การที่จะเกิดการระเบิดได้นั้นจำเป็นต้องมีองค์ประกอบ ๓ องค์ประกอบรวมอยู่ด้วยกันคือ เชื้อเพลิง (ซึ่งในที่นี้ก็คือไอน้ำมัน) ตัวออกซิไดซ์ (ซึ่งก็ได้แก่ออกซิเจนในอากาศ) และแหล่งพลังงาน (ความร้อน ประกายไฟ เปลวไฟ)

เวลาที่ของเหลวไหลออกจากถัง ระดับของเหลวในถังลดลง ปริมาตรที่ว่างเหนือผิวของเหลวจะเพิ่มขึ้น ถ้าหากของเหลวไม่สามารถระเหยเป็นไอขึ้นมาชดเชยปริมาตรของเหลวที่หายไปได้ทัน หรือไม่มีแก๊สจากภายนอกไหลเข้ามาชดเชย จะทำให้ความดันเหนือผิวของเหลวในถังลดต่ำกว่าความดันบรรยากาศภายนอก ถ้าหากถังบรรจุนั้นไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรับแรงดันดังกล่าว ถังก็จะถูกแรงกดอากาศจากภายนอกบีบอัดให้ถังยุบตัวลง
 
ของเหลวที่มีจุดเดือดสูง มีความดันไอต่ำ เช่นน้ำมันดีเซล ที่อุณหภูมิห้องจะไม่ระเหยกลายเป็นไอได้มาก ดังนั้นเมื่อระบายน้ำมันดีเซลออกจากถัง จะต้องยอมให้อากาศไหลเข้าถังเพื่อรักษาความดันในถังไม่ให้ต่ำกว่าความดันบรรยากาศ แต่ด้วยความที่น้ำมันดีเซลมันระเหยได้น้อย ไอน้ำมันเมื่อผสมกับอากาศแล้วจึงไม่มีความเข้มข้นสูงพอจนอยู่ในช่วงที่สามารถเกิดการระเบิดได้ (ถ้าได้รับการกระตุ้น)
  
ของเหลวที่มีจุดเดือดต่ำ มีความดันไอสูง เช่นน้ำมันเบนซิน ที่อุณหภูมิห้องจะระเหยกลายเป็นไอได้มาก ดังนั้นเมื่อระบายน้ำมันเบนซินออกจากถัง ไอน้ำมันเบนซินจะระเหยออกมาชดเชยปริมาตรของเหลวที่ไหลออกไปได้มาก ทำให้อากาศรั่วไหลเข้าไปในถังได้ไม่มาก ความเข้มข้นของอากาศในถังจึงต่ำเกินไปที่จะทำให้ไอผสมในถังสามารถเกิดการระเบิดได้
 
พอเราเติมของเหลวเข้าถัง เราก็ต้องให้อากาศหรือแก๊สที่อยู่ในถังนั้นระบายออกมา ไม่เช่นนั้นความดันในถังจะเพิ่มมากขึ้น ในกรณีของถังน้ำมันดีเซล ในถังเดิมนั้นจะมีอากาศเป็นหลัก พอเติมน้ำมันดีเซลเข้าไปใหม่ อากาศในถังก็จะถูกดันออกมา ในกรณีของถังน้ำมันเบนซิน ในถังเดิมจะมีไอน้ำมันเบนซินเป็นหลัก พอเติมน้ำมันเบนซินเข้าไปใหม่ ไอน้ำมันเบนซินในถังก็จะระบายออกมาก
 
ทีนี้ลองมาดูว่าถ้าหากมีการ "Switch loading" ถังเดิมถังใบนั้นบรรจุน้ำมันดีเซล พอถ่ายน้ำมันดีเซลออกไป ในถังเปล่าก็มีจะแต่อากาศเป็นหลัก (น้ำมันดีเซลไม่ค่อยระเหยเป็นไอเท่าใด) พอเติมน้ำมันเบนซินลงไป น้ำมันเบนซินก็จะระเหยกลายเป็นไอผสมกับอากาศในถัง ความเข้มข้นของไอน้ำมันที่ผสมกับอากาศเหนือผิวของเหลวในถังก็จะเพิ่มขึ้นจนเข้าสู่ช่วง explosive limit ดังนั้นถ้าในช่วงนี้เกิดมีประกายไฟใด ๆ เกิดขึ้นถัง ก็จะเกิดการระเบิดขึ้นได้ แต่ไม่เกิดประกายไฟ น้ำมันที่เติมเข้าไปจะเข้าไปไล่อากาศในถังออก จนในที่สุดที่ว่างเหนือผิวน้ำมันเบนซินในถังก็จะมีแต่ไอน้ำมันเบนซินเป็นหลัก
 
แต่ถ้าเดิมถังใบนั้นบรรจุน้ำมันเบนซิน พอถ่ายน้ำมันเบนซินออกไป ในถังเปล่าก็จะมีแต่ไอน้ำมันเบนซินเป็นหลัก พอเติมน้ำมันดีเซลเข้าไป มองในแง่หนึ่งก็คือน้ำมันดีเซลน่าจะดันให้ไอน้ำมันเบนซินรั่วไหลออกจากถัง แต่ในขณะเดียวกันไอน้ำมันเบนซินที่อยู่ในถังจะ "ละลาย" เข้ามาอยู่ในน้ำมันดีเซลที่เติมเข้าไป ทำให้ความดันในถังลดต่ำลง อากาศจากภายนอกจะไหลเข้ามาผสมกับไอน้ำมันเบนซินในถัง จนทำให้สัดส่วนระหว่างไอน้ำมันเบนซินกับอากาศในถังอยู่ในช่วงที่สามารถระเบิดได้ถ้าหากมีประกายไฟไปกระตุ้น
 
ถ้ามองในแง่นี้ กลับไปที่คำถามในย่อหน้าแรก ไม่ว่าจะส่งน้ำมันเบนซินก่อน แล้วค่อยส่งน้ำมันดีเซล หรือส่งน้ำมันดีเซลก่อน แล้วค่อยส่งน้ำมันดีเซล ก็น่าที่จะมีโอกาสเกิดอันตรายเท่า ๆ กัน แต่เอาเข้าจริงแล้วกลับพบว่าถ้าส่งน้ำมันเบนซินก่อน แล้วค่อยส่งน้ำมันดีเซล จะมีโอกาสเกิดอันตรายจากการระเบิดสูงกว่า ความแตกต่างตรงนี้ไปอยู่ตรงที่โอกาสที่จะเกิด "ประกายไฟ" ที่แตกต่างกัน

"ไฟฟ้าสถิต" เกิดขึ้นได้เมื่อพื้นผิวสองพื้นผิวมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์กัน เช่นอนุภาคน้ำแข็งเล็ก ๆ ที่เคลื่อนที่อยู่ในก้อนเมฆและเกิดการชนกัน ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสมในก้อนเมฆจนทำให้เกิดฟ้าแลบและฟ้าผ่า เวลาที่เราเดินไปบนพื้น ตอนที่พื้นรองเท้าที่เราสวมใส่แยกตัวยกขึ้นจากพื้น ก็จะเกิดไฟฟ้าสถิต ของเหลวหรือแก๊สที่ไหลในท่อ ก็จะทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้าในตัวของเหลวและตัวท่อได้ เป็นต้น
 
ประจุไฟฟ้าสถิตที่สะสมอยู่นั้นสามารถระบายออกไปได้ ถ้ามีสิ่งอื่นมารับเอาประจุไฟฟ้านั้นออกไป ในบ้านเราในสภาพอากาศที่มีความชื้นสูง ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการเดินและสะสมอยู่บนตัวเรา จะถูกความชื้นในอากาศดึงออกไป แต่ถ้าเป็นในห้องแอร์ที่อากาศแห้ง พออยู่ไปนาน ๆ บางครั้งจะพบว่าเวลาที่จะจับลูกบิดประตูที่เป็นโลหะ หรือเปิดก๊อกน้ำ หรือเอามือไปเข้าใกล้ชิ้นส่วนโลหะใด จะรู้สึกสะดุ้งที่มือ ทั้งนี้เป็นเพราะประจุไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นนั้นไม่มีไอน้ำนำมาออกไป ทำให้มีประจุไฟฟ้าสะสมบนตัวเรามาก พอเรายื่นมือออกไปใกล้ชิ้นส่วนที่เป็นโลหะที่นำไฟฟ้าได้ดี ก็จะเกิดประกายไฟฟ้ากระโดดระหว่างมือเรากับชิ้นส่วนโลหะนั้น ทำให้เรารู้สึกสะดุ้ง
 
ในกรณีของรถบรรทุกน้ำมันนั้น ประจุไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นในขณะที่น้ำมันที่เติมเข้าไปในถังนั้นตกกระทบกับผิวถัง ถ้าเป็นการเติมแบบกระฉอก (เช่นปลายท่ออยู่สูงจากผิวถังหรือผิวของเหลวในถัง) หรือเติมด้วยอัตราเร็วที่สูงเกินไป การสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตก็จะเกิดได้เร็วมากขึ้น ตัวถังบรรจุน้ำมันนั้นแม้ว่าจะเป็นโลหะ และตัวรถก็เป็นโลหะ แต่ส่วนที่สัมผัสพื้นคือยางที่เป็นฉนวนไฟฟ้า ดังนั้นจึงเกิดการสะสมประจุไฟฟ้าที่ตัวถังบรรจุน้ำมันได้ แต่ถ้ามีการต่อสายดินให้กับตัวถังบรรจุน้ำมัน ประจุไฟฟ้าที่สะสมอยู่ที่ตัวถังก็จะถูกระบายออกไป การเกิดประกายไฟกับตัวถังก็จะไม่เกิด
 
ในเอกสารที่ผมมีอยู่นั้นเขาบอกว่าการระเบิดมักจะเกิดที่เมื่อเติมน้ำมันลงไปได้ประมาณ ๑ ใน ๔ ของถัง และที่อุณหภูมิประมาณ 30ºF (-1ºC) โดยตำแหน่งที่เกิดประกายไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างผิวของเหลวในถัง กับปลายท่อที่ใช้ในการถ่ายน้ำมันลงไปในถัง (ปลายท่อจะยื่นเข้าไปในถัง) ตรงนี้ในเอกสารไม่ได้ให้คำอธิบายว่าทำไมมักจะเกิดที่อุณหภูมิดังกล่าวและเมื่อเติมน้ำมันลงไปได้ปริมาณดังกล่าว แต่คิดว่าเหตุผลน่าจะเป็นเพราะที่อุณหภูมิสูง ไอน้ำมันจะระเหยออกมาเร็วมากจนไล่อากาศออกไปจนหมดก่อนที่จะเกิดการสะสมประจุไฟฟ้าจะเกิดประกายไฟได้ และในทางตรงกันข้าม ที่อุณหภูมิต่ำนั้นไอน้ำมันจะเกิดน้อย ส่วนในเรื่องปริมาตรนั้นคาดว่าเป็นเพราะนั่นเป็นปริมาตรการเติมที่ทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้ามากพอที่จะทำให้เกิดประกายไฟได้


รูปที่ ๒ รูปเขียนโครงสร้างถังบรรจุน้ำมันที่เกิดการระเบิด
 
ถ้าพิจารณาในแง่นี้ ในกรณีของการส่งน้ำมันดีเซลก่อนแล้วค่อยเปลี่ยนมาส่งน้ำมันเบนซิน ไอน้ำมันเบนซินที่เกิดขึ้นจะไล่อากาศออกไปจนหมดก่อนที่จะเกิดการสะสมประจุไฟฟ้ามากพอจนเกิดประกายไฟได้ การระเบิดจึงไม่เกิน แต่ถ้าส่งน้ำเบนซินก่อนแล้วค่อยเปลี่ยนมาส่งน้ำมันดีเซล อากาศที่ไหลเข้ามาในถัง (ผลจากการที่ไอน้ำมันเบนซินละลายเข้าไปในน้ำมันดีเซลที่เติมเข้าไป) จะค่อย ๆ เพิ่มมากขึ้นจนถึงสัดส่วนความเข้มข้นที่เกิดระเบิดได้ ซึ่งเป็นเวลาประจวบเหมาะกับการที่มีประจุไฟฟ้าสถิตสะสมมากพอจนทำให้เกิดประกายไฟได้ การระเบิดจึงเกิดขึ้นได้ง่ายกว่า
 
การระเบิดเนื่องจาก Switch loading นี้ไม่จำเป็นต้องเกิดกับรถบรรทุกน้ำมัน สามารถเกิดกับ Tank เก็บน้ำมันได้เช่นกัน ดังเช่นในเอกสารเรื่อง "Storage tank explosion and fire in Glenpool, Oklahoma April 7, 2003" จัดทำโดย National Transportation Safety Board ประเทศสหรัฐอเมริกา (หาดาวน์โหลดไฟล์ pdf ได้จากอินเทอร์เน็ต) รายงานการสอบสวนอุบัติเหตุการระเบิดใน Internal floating roof tank ที่เปลี่ยนจากเดิมที่ใช้บรรจุน้ำมันเบนซิน มาเป็นการบรรจุน้ำมันดีเซล โครงสร้างของถังดังกล่าวและรูปถังหลังเพลิงไหม้สงบนำมาให้ดูในรูปที่ ๒ และ ๓
 
(Internal floating roof tank คือถัง floating roof ที่มีหลังคาปกคลุมที่ฝาถังด้านบนสุดอีกชั้น เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนหรือหิมะตกลงไปสะสมบนฝาถังที่ลอยอยู่เหนือผิวของเหลว เป็นการเพิ่มน้ำมันให้กับฝาถัง ตัวฝาถังที่ลอยอยู่บนผิวของเหลว เวลาที่สูบของเหลวออกจากถังจนหมด ฝาถังนี้จะไม่วางตัวบนพื้น แต่จะมีขารองรับให้ลอยสูงจากพื้น เพื่อการเข้าไปตรวจภายใต้ฝาได้ และตรงขอบระหว่างผนังถังกับฝาถัง แม้ว่าจะมี seal ป้องกันการรั่วไหล แต่ก็ไม่ได้ปิดสนิทสมบูรณ์ ยังมีช่องทางให้ไอน้ำมันและอากาศไหลเชื่อมต่อกันได้)
 
ตอนผมไปฝึกอบรมที่ญี่ปุ่นเมื่อปีพ.ศ. ๒๕๓๒ สิ่งหนึ่งที่เขาย้ำเสมอก่อนจะทำอะไรในบริเวณ process area คือการถ่ายประจุไฟฟ้าสถิตจากตัวลงดินก่อน โดยตัวโรงงานจะมีการติดตั้งแท่งเหล็กสำหรับให้พนักงานเอามือเปล่า (คือไม่สวมถุงมือ) จับเพื่อถ่ายประจุไฟฟ้าจากตัวลงดิน การทำเช่นนี้บ้านเราคงไม่มี เพราะความชื้นในอากาศของบ้านเราสูงตลอดทั้งปี


รูปที่ ๓ ถังที่เกิดการระเบิด หลังจากเพลิงไหม้สงบลงแล้ว

ไม่มีความคิดเห็น: