เหตุการณ์นี้แสดงให้เห็นว่า การทำ HAZOP โดยใช้เพียงแค่ P&ID นั้นไม่เพียงพอ ควรต้องมีการตรวจสอบกับสถานที่จริงหรือ Isometric drawing ด้วย
Hydroxylamine (H2-N-OH) เป็นสารเคมีที่เป็นของแข็งตัวหนึ่งที่ใช้ในการสังเคราะห์ ยา ยาปราบศัตรูพืช ฯลฯ และยังมีการผลิตในรูปของสารละลายในน้ำเข้มข้น 50% ที่มีความบริสุทธิ์สูงมากเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และปรับสภาพพื้นผิวโลหะ ปัญหาหนึ่งที่สำคัญของสารนี้ก็คือมันไม่เสถียร สลายตัวได้ง่ายทั้งที่อุณหภูมิห้องและเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น หรือในสภาวะที่มีไอออนบวกของโลหะบางชนิดปนอยู่ โดยเฉพาะเมื่ออยู่ในรูปสารบริสุทธิ์หรือสารละลายความเข้มข้นสูง ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ US3145082A กล่าวไว้ว่าการตั้งทิ้งไว้เพียงแค่ ๒ วันก็ทำให้ Hydroxylamine สลายตัวกลายเป็น NH3 และ H2O จนหมดได้
enthalpy of formation (ที่ 298 K) ของ H2N-OH คือ -39.9 kJ/mol ของ NH3 คือ -46 kJ/mol และของ H2O คือ -286 kJ/mol ดังนั้นจะเห็นว่าเมื่อ hydroxylamine สลายตัว จะคายพลังงานความร้อนออกมามากเหมือนกัน ด้วยเหตุนี้จึงได้มีการหาทางยับยั้งการสลายตัวดังกล่าวด้วยการเติมสารยับยั้ง (Inhibitor) บางชนิดเข้าไป ซึ่งนอกจากจะช่วยป้องกันอันตรายที่อาจเกิดจากพลังงานจำนวนมากที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาการสลายตัว ยังทำให้ผลิตภัณฑ์มีอายุยืนยาวขึ้นสะดวกต่อการจัดเก็บและขนส่วน
ตัวอย่างเช่นสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ US3145082A "Stabilized hydroxylamine and its method of preparation" เปิดเผยการใช้สารพวก trisodium salt ของ hydroxylethylethylenediaminetriacetic acid หรือ tetrasodium salt ของ ethylenediaminetetraacetic acid หรือ polyvinyl pyrrolidone และ poly-N-vinyl-5-ethyl-2-oxazolidinone (ตัว "a" ที่ทำสีแดงไว้เป็นเพราะในสิทธิบัตรนั้นมีการใช้ตัว "i" ในหลายตำแหน่ง ซึ่งที่ถูกนั้นควรเป็นตัว "a") เป็นสารยับยั้งการสลายตัวของ hydroxylamine อีกตัวอย่างหนึ่งได้แก่สิทธิบัตรประเทศญี่ปุ่นเลขที่ JPS57100908A "Stabilization of hydroxylamine or solution containing it by addition of 8-Hydroxyquinoline" ที่เปิดเผยการใช้ 8-Hydroxyquinoline เป็นสารยับยั้งการสลายตัว
เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเว็บ http://www.shippai.org/fkd/en/lisen/hyaku_lisen.html ที่เป็นของ Association for the study of failure ของประเทศญี่ปุ่น จากบทความเรื่อง "Explosion and Fire of Hydroxylamine : June 10th, 2000. Ojima Town, Gunma, Japan" เขียนโดย H. Koseki, M. Kobayashi และ M. Tamura
เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นในวันเสาร์ที่ ๑๐ มิถุนายน ค.ศ. ๒๐๐๐ (พ.ศ. ๒๕๔๓) ที่โรงงานผลิต "Free hydroxylamine" เข้มข้น 50% ของบริษัท Nissin Chemical Industry ผลจากการระเบิดและเพลิงไหม้ที่เกิดขึ้นตามมาทำให้โอเปอร์เรเตอร์กะนั้นทั้ง ๔ คนเสียชีวิต และยังทำให้มีผู้บาดเจ็บอีก ๕๘ รายโดยที่ ๕๔ รายนั้นเป็นชาวบ้านที่มีที่พักอาศัยอยู่ในบริเวณใกล้เคียงโรงงาน (ผลจากการที่อาคารพักอาศัยได้รับความเสียหายจากแรงระเบิด) นอกจากนี้บันทึการทำงานก่อนหน้าเกิดเหตุการณ์ยังถูกทำลายหมด และด้วยความเสียหายในที่เกิดเหตุ (รูปที่ ๑) จึงทำให้การระบุสาเหตุที่แน่นอนของการระเบิดนั้นทำได้ยาก สิ่งที่ทีมสอบสวนทำได้ก็คือการตัดความเป็นไปได้ต่าง ๆ ออกไปโดยใช้หลักฐานที่หลงเหลืออยู่ จนเหลือแค่เพียงความเป็นไปได้เพียงอย่างเดียวที่ไม่มีหลักฐานตัดออกไป
บริษัท Nissin Chemical Industry เป็นบริษัทแรกที่สามารถผลิตสารละลาย "Free hydroxylamine" เข้มข้น 50% ออกจำหน่ายเป็นบริษัทแรกในปีค.ศ. ๑๙๘๒ (พ.ศ. ๒๕๒๕) "Free hydroxylamine" ในที่นี้หมายถึงสารละลายในน้ำของ hydroxylamine ที่มีไอออนเหล็กเจือปนต่ำกว่า 1 ppb และด้วยการที่สามารถผลิตและจำหน่ายสารละลายเข้มข้นสูงขนาดนี้ได้ก็ด้วยอาศัยการเติมสารยับยั้งเพื่อป้องกันการสลายตัวของ hydroxylamine ในช่วงเวลานั้นบริษัทนี้ยังเป็นผู้ผลิตสำคัญของสารเคมีตัวนี้ด้วย
๑๔ เดือนก่อนการระเบิดที่ประเทศญี่ปุ่นก็ได้เกิดการระเบิดที่โรงงานผลิต "Free hydroxylamine" ที่ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยในขณะที่การสอบสวนหาสาเหตุการระเบิดกำลังดำเนินอยู่ในประเทศสหรัฐอเมริกานั้น ก็เกิดเหตุการณ์ที่ประเทศญี่ปุ่นตามมา (เอาไว้จะมาเล่าเรื่องเหตุการณ์ที่ประเทศสหรัฐอเมริกานี้ในตอนต่อไป)
กระบวนการผลิต Free hydroxylamine ของบริษัท Nissin นั้นเริ่มจากการนำสารละลาย hydroxylamine เข้มข้น 50% ที่มีไอออนเหล็กปนอยู่ 40-60 ppb (ส่วนในพันล้านส่วน) ผสมเข้ากับสารละลาย hydroxylamine เข้มข้น 80% ที่ไหลวนรอบอยู่ในกระบวนการกลั่น (ดูรูปที่ ๒) ในกระบวนการกลั่นนี้ใช้ปั๊ม 4 สูบของเหลวออกทางด้านล่างของ evaporator (หรือ re-distillation column) โดยก่อนถึงปั๊มจะมีการผสมสารละลาย hydroxylamine เข้มข้น 50% ที่มีไอออนเหล็กปนอยู่ 40-60 ppb เข้าไป ออกจากปั๊มสารละลายก็จะไหลเข้าสู่ตัว heater ให้ความร้อนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิสารละลาย การผลิตสารละลาย Free hydroxylamine จะใช้การปรับอุณหภูมิและความดันที่ตัว evaporator เพื่อทำให้ไอระเหยนั้นเมื่อควบแน่นออกมาแล้วจะได้สารละลาย hydroxylamine เข้มข้น 50% และด้วยการที่ไอออนโลหะนั้นไม่สามารถระเหยเป็นไอออกมาได้ จึงทำให้สารละลาย hydroxylamine เข้มข้น 50% ที่ได้จากการควบแน่นนั้นมีความบริสุทธิ์สูง (ในทางปฏิบัตินั้นอาจมีไอออนหลุดติดมากับละอองของเหลวเล็ก ๆ ที่เกิดขึ้นในขณะที่ของเหลวเดือดและลอยออกมาพร้อมกับไอ)
ด้วยการที่ไอออนเหล็กนั้นไม่สามารถระเหยออกไปได้ จึงทำให้มันสะสมอยู่ในสารละลายที่ไหลวนรอบ และเพื่อป้องกันไม่ให้ความเข้มข้นของไอออนเหล็กในสารละลายที่ไหลวนรอบนั้นสูงเกินไป (ไม่ให้เกิน 3 ppm) จึงจำเป็นต้องมีการระบายของเหลวที่ไหลวนรอบนี้ออกเป็นระยะ (คิดเป็นประมาณ 4% ของสายป้อน)
Safety Data Sheet ของ hydroxylamine ที่พอจะค้นได้ทางอินเทอร์เน็ตนั้นไม่ได้ให้รายละเอียดที่สำคัญอะไรมากโดยเฉพาะในส่วนของสารที่ไม่สามารถเข้ากันได้ (คือสามารถเกิดปฏิกิริยารุนแรงได้ถ้ามาพบเจอกัน) อย่างเช่นตัวอย่างที่นำมาแสดงในรูปที่ ๓ ในหัวข้อ 10.3 นั้นบอกแต่เพียงว่าอาจเกิดปฏิกิริยาที่อันตรายกับ เกลือของโลหะ โลหะผสม และผงโลหะ แต่ไม่ได้มีการระบุว่าเป็นโลหะตัวไหนบ้าง หรือแม้แต่ในข้อ 10.5 เองก็บอกแบบครอบคลุมเลยว่าเข้าไม่ได้กับโลหะ (หลายชนิด) โดยไม่มีการระบุว่าเป็นตัวไหน แต่ตัวหนึ่งที่ไม่น่ามีปัญหาก็คือเหล็กกล้าไร้สนิม เพราะอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้ในการผลิตของโรงงานบริษัท Nissin นี้ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม
ไอออนเหล็กนั้นสามารถไปเร่งการสลายตัวของ hydroxylamine ได้ แต่ไอออนบวกของเหล็กนั้นมีอยู่ด้วยกันสองตัวคือ Ferrous หรือ Fe2+ และ Ferric หรือ Fe3+ ตัว 3+ จะเป็น Lewis acid ที่แรงกว่า สามารถทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของอะตอม N (ที่เป็น Lewsi base) ได้ง่ายกว่า จากที่ค้นข้อมูลทางอินเทอร์เน็ตพบแต่ปฏิกิริยาระหว่าง Fe3+ กับ hydroxylamine โดย Fe3+ จะถูกรีดิวซ์เป็น Fe2+ ในกระบวนการทำให้ hydroxylamine สลายตัว
ที่ต้องกล่าวเอาไว้หน่อยตรงนี้ก็เพราะในบทความที่นำมาเป็นต้นเรื่องนั้น ใช้คำว่า "ferrous ions" ซึ่งหมายถึง Fe2+
ในวันที่เกิดเหตุนั้นมีการพบว่าน้ำมันปั๊มสุญญากาศสกปรก จึงจำเป็นต้องหยุดการทำงานเพื่อเปลี่ยนน้ำมัน และเริ่มเดินเครื่องใหม่เมื่อเวลาประมาณ ๑๗.๓๐ น การเดินเครื่องเริ่มจากการเริ่มเดินเครื่องปั๊มหมุนเวียนของเหลว (4) ก่อน ตามด้วยการป้อนสารตั้งต้นเข้าระบบ การเดินเครื่องปั๊มสุญญากาศ จากนั้นจึงทำการป้อนไอน้ำให้ความร้อนเป็นขั้นตอนสุดท้าย หลังจากที่เริ่มเดินเครื่องไปประมาณ ๔๐ นาที ก็เกิดการระเบิดขึ้นอย่างกระทันหัน ณ เวลา ๑๘.๐๘ น
การตรวจสอบที่เกิดเหตุและการทดลองที่กระทำภายหลังระบุได้ว่าสารตัวที่เกิดการระเบิดคือ hydroxylamine เข้มข้น 80% โดยจุดเริ่มต้นเกิดการระเบิดอยู่ที่ท่อไหลหมุนเวียนของเหลวใกล้กับ heater ก่อนที่จะไปเกิดการระเบิดอย่างรุนแรงที่ตัว re-distillation column (ตำแหน่งที่มีปริมาณ hydroxylamine มากที่สุด) โดยทีมสอบสวนนั้นได้ตั้งสมมุติฐานความเป็นไปได้ไว้ ๓ ข้อด้วยกันคือ
๑. ความเข้มข้นของ ferrous ion นั้นสูงเกินไป
๒. อุณหภูมิสารละลายสูงเกินไป และ
๓. ความเข้มข้นสารละลาย hydroxylamine สูงเกินไป
สมมุติฐานเรื่องอุณหภูมินั้นถูกตัดออกจากการตรวจสอบระบบควบคุมอุณหภูมิและไม่พบว่ามีสัญญาณแจ้งเตือนอุณหภูมิเกิดขึ้นก่อนการระเบิด สมมุติฐานเรื่องความเข้มข้นก็ถูกตัดออกไปเมื่อพิจารณาจากความเสียหายที่เกิดขึ้นเฉพาะที่บริเวณส่วนด้านล่างของ re-distillation column และด้วยการที่อุณหภูมิการสลายตัวนั้นอยู่ที่ประมาณ 130ºC และไม่ลดต่ำลงแม้ว่าความเข้มข้นของสารละลายจะเพิ่มสูงขึ้น และอุณหภูมิด้านขาออกจาก evaporator ก็สูงเพียงแค่ 50ºC ดังนั้นจึงเหลือความเป็นไปได้อยู่เพียงข้อเดียวคือความเข้มข้นของ ferrous ion สูงเกินไป
จากการตรวจสอบข้อมูลความเข้มข้นของ ferrous ion ของวันเกิดเหตุและก่อนวันเกิดเหตุก็พบว่าอยู่ที่ระดับปรกติ ปริมาณสาร chelate ที่เติมเข้าไปเพื่อยับยั้งการสลายตัวก็อยู่ที่ระดับปรกติ โอกาสที่ความเข้มข้น ferrous ion จะเพิ่มสูงขึ้นกระทันหันอันเป็นผลจากการละลายของเนื้อเหล็กก็ไม่น่าจะใช้ เพราะอุปกรณ์ที่ใช้นั้นทำจาก stainless steel ความเป็นไปได้เดียวที่เหลือคือก็คือการสะสมของ ferrous ion
จุดที่คาดว่าเป็นจุดสะสม ferrous ion คือท่อระบายฉุกเฉิน (emergency line) ท่อนี้เป็นคนละท่อกับท่อที่ใช้ควบคุมระดับความเข้มข้นของ ferrous ion โดยท่อระบายฉุกเฉินนี้จะใช้ในกรณีที่ตรวจพบอุณหภูมิสูงเกิน โดยจะถ่ายของเหลวภายใน column ลงสู่ vessel ที่อยู่ใต้ดินเพื่อทำการเจือจางและลดอุณหภูมิ ท่อระบายฉุกเฉินนี้ต่อออกทางด้านล่างของท่อไหลเวียนรอบ โดยมีความยาวท่อจากท่อแยกถึงวาล์วปิด-เปิดประมาณ 70-80 mm และท่อนี้ไม่เคยเปิดตั้งแต่การเริ่มเดินเครื่องครั้งแรก (ในรายงานใช้คำว่า initial startup ซึ่งน่าจะหมายถึงตั้งแต่เริ่มเดินเครื่องโรงงานครั้งแรก) ดังนั้นบริเวณนี้จึงเป็นเสมือนท่อ dead end ที่แทบไม่มีการไหลเวียนของของเหลวที่อยู่ภายใน (รูปที่ ๔)
ธรรมชาติของเหลวที่ร้อนจะลอยตัวไหลเวียนขึ้นด้านบน ของเหลวที่ค้างอยู่ในส่วนที่เป็นท่อ dead end นั้นไม่ได้รับความร้อนและจะเย็นกว่าของเหลวที่วิ่งผ่านไปใน recirculation pipe การต่อท่อแยกออกทางด้านล่างจึงไม่เปิดโอกาสในของเหลวที่ค้างในส่วนที่เป็น dead end (ที่เย็นกว่าและมีความหนาแน่นสูงกว่า) นั้นมีการไหลหมุนเวียน แต่ถ้าต่อท่อแยกออกทางด้านบน ของเหลวที่ร้อนกว่า (และมีความหนาแน่นต่ำกว่า) ใน recirculaion pipe จะลอยเข้าไปในท่อส่วนที่เป็น dead end นั้นทำให้เกิดการไหลหมุนเวียนของของเหลวในท่อส่วนที่เป็น dead end
งานนี้เรียกว่าความผิดพลาดจากการออกแบบระบบท่อนั้น กว่าจะปรากฏให้เห็นก็ใช้เวลานานถึง ๑๘ ปี
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น