ขาดอากาศเพราะ "Chimney effect" MO Memoir : Thursday 22 February 2561

เรื่องการขาดอากาศเมื่อต้องเข้าไปปฏิบัติหน้าที่ในพื้นที่อับหรือที่เรียกกันติดปากว่า confined space นั้น เป็นเรื่องที่มีการย้ำกันอยู่เสมอสำหรับผู้ที่ต้องเข้าไปปฏิบัติงานภายในอุปกรณ์ต่าง ๆ ของกระบวนการผลิต แต่ก็มีกรณีพิเศษเหมือนกันที่ดูแล้วไม่น่าจะเกิดปัญหาดังกล่าวได้เพราะเป็นพื้นที่เปิดโล่งที่น่าจะมีการถ่ายเทอากาศได้ดี

รูปที่ ๑ หอกลั่นขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 4 เมตร สูงประมาณ 70 เมตร (สูงกว่าตึก 20 ชั้น) คนงานคนหนึ่งเกิดอาการหมดสติเมื่อเปิดหน้าแปลนปิด manhole ที่อยู่ที่ยอดหอกลั่น

หน้า ๘ ของวารสาร Loss Prevention Bulletin ฉบับที่ ๑๑๐ ปีค.ศ. ๑๙๙๓ เล่าถึงกรณีที่คนงานสองคนหมดสติชั่วคราวเมื่อเปิดหน้าแปลนที่ปิด manhole บนยอดหอกลั่น หอกลั่นดังกล่าวมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 4 เมตร สูงประมาณ 70 เมตร ได้รับการไล่สารอินทรีย์ (สารที่ทำการกลั่นแยก) ออกจนหมด แล้วแทนที่แก๊สภายในด้วยไนโตรเจน ก่อนที่จะทำการเปิดหน้าแปลนปิด manhole (ทั้งด้านล่างและด้านบน) ก็ได้ทำการระบายความดันภายในหอออกให้หมดก่อน (คือให้มีความดันเท่ากับความดันบรรยากาศข้างนอก)
 

การถอดหน้าแปลนที่ปิด manhole ตัวล่างนั้นไม่มีปัญหาอะไร แต่พอคนงานสองคนขึ้นไปถอดหน้าแปลนตัวบน พอถอดหน้าแปลนออก คนงานรายหนึ่งก็หมดสติล้มฟุบลงไป เพื่อร่วมงานอีกคนหนึ่งก็รีบเข้าไปพยุงออกมาแล้วทั้งคู่ก็ล้มตัวลงต่ำไปยังพื้น platform ที่ยืนทำงานอยู่ตรงหน้า manhole และด้วยการกระทำอย่างทันทีทันใดของเพื่อนร่วมงาน ทำให้คนงานคนแรกที่หมดสติฟุบลงไปนั้นมีสติกลับคืนมาอย่างรวดเร็ว
 

งานที่สองคนนี้ได้รับมอบหมายให้ไปกระทำก็คือถอดหน้าแปลนที่ปิด manhole ด้านบนออกเท่านั้น ไม่มีการเข้าไปในตัวหอกลั่น และตอนเกิดเหตุ ทั้งคู่ก็ยังอยู่ภายนอกหอกลั่น

ตัวอุปกรณ์ (เช่นพวก pressure vessel, tank หรือหอกลั่น) ที่บรรจุสารอันตรายนั้น ก่อนที่จะเข้าไปทำงานข้างในจำเป็นต้องมีการกำจัดสารอันตรายเหล่านั้นออกก่อน (สารอันตรายอาจเป็นสารเคมีที่เป็นพิษหรือติดไฟได้ก็ได้) ถ้าสารนั้นเป็นของเหลวก็ต้องเริ่มจากการระบายส่วนที่เป็นของเหลวออกก่อน (ซึ่งต้องคำนึงถึงพวกที่ยังคงตกค้างอยู่ตามพื้นผิวหรือมุมอับต่าง ๆ ภายในตัวอุปกรณ์หรือระบบท่อได้) จากนั้นจึงค่อยไล่เอาส่วนที่เป็นไอระเหยออก (รวมทั้งของเหลวที่ตกค้างอยู่) ออก
 

ตัวอย่างเช่นในกรณีของไฮโดรคาร์บอนเบาที่เป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง แต่เป็นของเหลวภายใต้ความดันในกระบวนการผลิต (เช่นโพรเพนและบิวเทนที่เราใช้เป็นแก๊สหุงต้ม) เมื่อเราลดความดันภายในภาชนะบรรจุ สารพวกนี้ก็จะระเหยกลายเป็นไอออกมาจนหมด จนกระทั่งความดันภายในภาชนะบรรจุนั้นเท่ากับความดันบรรยากาศภายนอก จากนั้นจึงเอาแก๊สเฉื่อย (ที่ใช้กันมากที่สุดคือไนโตรเจน) เข้าไปไล่ไอระเหยของเชื้อเพลิงที่ตกค้างอยู่ออกให้หมด (ขั้นตอนนี้ใช้อากาศไม่ได้ เพราะอาจทำให้ส่วนผสมของไอกลายเป็น explosive mixture ได้) แล้วจึงทำการเปิดภาชนะออก จากนั้นจึงค่อยเอาอากาศเข้าไปแทนที่ในโตรเจนก่อนที่จะอนุญาตให้คนงานเข้าไปปฏิบัติงานภายในได้
 

ในกรณีที่เป็นของเหลวที่มีจุดเดือดสูงเช่นน้ำมันหนักต่าง ๆ (ที่อาจเป็นของเหลวข้นเหนียวหรือของแข็งที่อุณหภูมิห้องเช่นน้ำมันเตา) หลังจากที่ระบายเอาของเหลวส่วนใหญ่ออกไปแล้ว ก็ต้องทำการล้างพวกน้ำมันหนักที่ตกค้างอยู่ด้วยการนำเอาน้ำมันที่ใสกว่า (เช่นดีเซล) เข้าไปไหลเวียน (อาจต้องใช้ความร้อนช่วย) เพื่อละลายเอาน้ำมันหนักที่ตกค้างอยู่ออกมา จากนั้นจึงค่อยเอาไอน้ำเข้าไปไล่ไอน้ำมันและน้ำมันใสที่เอาเข้าไปชะล้างน้ำมันหนัก (คือให้น้ำมันใสระเหยกลายเป็นไอด้วยความร้อนจากไอน้ำ) ออกให้หมด เมื่อไล่ไอน้ำมันออกจนหมดแล้วก็ต้องรีบเอาแก๊สไนโตรเจนเข้าไปแทนที่ไอน้ำ เพราะถ้าปล่อยให้ไอน้ำเย็นตัวลงโดยไม่มีแก๊สไนโตรเจนเข้าไปแทนที่ จะเกิดสุญญากาศภายในตัวอุปกรณ์ที่อาจทำให้ตัวอุปกรณ์ได้รับความเสียหายจากแรงบีบอัดของความดันบรรยากาศภายนอกได้

ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของหอกลั่นถูกกำหนดโดยปริมาณของเหลวและไอที่ไหลสวนทางกันอยู่ภายในหอกลั่น กล่าวคืออัตราการไหลที่สูงจะทำให้ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น ส่วนความสูงของหอกลั่นถูกกำหนดโดยความยากง่ายในการกลั่นแยกและความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ กล่าวคือยิ่งแยกออกจากกันยากและ/หรือต้องการความบริสุทธิ์ที่สูง ก็จะทำให้ความสูงเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่นหอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนเพื่อที่จะให้ได้โพรพิลีนความบริสุทธิ์สูงพอสำหรับนำไปทำปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ได้นั้น มีความสูงได้ถึงระดับแตะหอละ 100 เมตร (แถมใช้สองหอคู่กันด้วย)

แก๊สร้อนจะลอยตัวขึ้นข้างบน ตัวหอกลั่นที่เกิดเหตุก็ตั้งอยู่กลางแจ้ง รวมทั้ง platform ที่เกิดเหตุที่อยู่ด้านยอดหอก็เป็นพื้นที่เปิดกลางแจ้งด้วย ตอนที่เปิดหน้าแปลน manhole ตัวล่างนั้นไม่มีปัญหาเรื่องแก๊สไนโตรเจนรั่วออกมาในปริมาณมาก เพราะมันมีแนวโน้มที่จะลอยขึ้นด้านบน ในเหตุการณ์นี้ผลการสอบสวนคาดว่า พอเปิดหน้าแปลน manhole ตัวบน แก๊สไนโตรเจนร้อนที่ลอยตัวขึ้นบนโดยธรรมชาติอยู่แล้วนั้นจึงไหละลักออกมาทางหน้าแปลนที่เปิดออกในปริมาณมาก จนทำให้พื้นที่ที่พนักคนแรกยืนอยู่นั้นไม่มีออกซิเจน (เรียกว่าลดจาก 21% ลงมาแตะระดับ 0% อย่างรวดเร็ว) จึงทำให้พนักงานคนแรกนั้นหมดสติอย่างรวดเร็ว พนักงานคนที่สองที่เข้าไปช่วยก็ได้รับผลกระทบดังกล่าวด้วย แต่ด้วยการที่ทั้งคู่ลดระดับตัวต่ำลงกว่าระดับ manhole จึงทำให้กลับเข้าสู่สภาพอากาศที่ปลอดภัย (ไนโตรเจนที่รั่วออกมานั้นเนื่องจากมันร้อน มันจึงไหลขึ้นด้านบน ไม่ไหลต่ำลงมา) การไหลออกของแก๊สร้อนทางด้านบนทำให้ความดันภายในนั้นลดต่ำลง อากาศเย็นจากภายนอกจะไหลเข้าทดแทนทางช่องเปิดด้านล่างจนกระทั่งอุณหภูมิด้านบนของหอนั้นไม่สูงกว่าอุณหภูมิทางด้านล่างของหอ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "Chimney effect" หรือ "Stack effect"