การระเบิดในโกดังเก็บเม็ดพลาสติก Expandable Polystyrene จาก Blowing Agent ที่ระเหยออกมา MO Memoir : Wednesday 14 July 2564

สไตรีน (Styrene H₂C=CH(C₆H₅)) เป็นสารที่เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์กลายเป็นพอลิเมอร์ได้ไม่ยาก ไม่ต้องใช้สภาวะการทำปฏิกิริยาที่รุนแรง ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ใช้เพียงแค่ตัวกระตุ้น (Initiator) ก็สามารถสังเคราะห์ได้แล้ว

รูปที่ ๑ ข้างล่างเป็นแผนผังกระบวนการผลิต expandable polystyrene แบบ suspension ในกระบวนการนี้ใช้น้ำเป็นตัวกลางในการปฏิกิริยาและระบายความร้อนที่เกิดจากปฏิกิริยา หลังจากที่ปฏิกิริยาดำเนินไปได้ขนาดหนึ่งก็จะทำการเติม blowing agent (จะเป็นสารที่มีจุดเดือดต่ำและเฉื่อย เช่นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวช่วง C3-C5) เข้าไป เพื่อให้อนุภาคพอลิเมอร์ที่ก่อตัวเป็นก้อนใหญ่ขึ้นนั้นดูดซับเอาไว้ หลังเสร็จสิ้นการทำปฏิกิริยาก็จะระบายของเหลวในถังปฏิกรณ์ (reactor) เข้าสู่ slurry tank ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการแยกเอาอนุภาคพอลิเมอร์ออกมาและทำการคัดขนาด

รูปที่ ๑ กระบวนการผลิต expandable polystyrene ของ BP/Lummus
(จาก https://www.engstack.com/kb/manufacturing-processes-expandable-polystyrene/)

เมื่อนำเอาเม็ดพลาสติกพอลิสไตรีนที่ดูดซับ blowing agent เอาไว้นี้ไปให้ความร้อน (เช่นด้วยไอน้ำหรืออากาศร้อน) blowing agent ที่มีจุดเดือดต่ำก็จะกลายเป็นไอดันให้อนุภาคพอลิสไตรีนขยายตัว ความหนาแน่นของอนุภาคจะลดลงกลายเป็นวัสดุที่มีรูพรุนที่มีอากาศแทรกอยู่ภายในและมีน้ำหนักเบา จึงมีการใช้ทำเป็นฉนวนความร้อนหรือบรรจุภัณฑ์ไม่ว่าจะเพื่อกันกระแทกหรือป้องกันความร้อน (เช่น ถ้วย ชาม กล่องโฟมต่าง ๆ)

แต่ในระหว่างช่วงเวลาที่ผลิตเสร็จ เข้าสู่การเก็บเพื่อรอการนำไปใช้งานงาน สาร blowing agentที่เป็นไฮโดรคาร์บอนเบาที่อยู่ในเม็ดพลาสติกพอลิสไตรีนก็สามารถระเหยออกมาได้ และถ้าไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้ไม่ถูกระบายออกไป เกิดการสะสมจนมีความเข้มข้นสูงมากพอ เพื่อพบก็แหล่งพลังงานที่สามารถจุดระเบิดได้ (เช่นประกายไฟจากการเปิดปิดสวิตช์ไฟฟ้า) ก็จะเกิดการระเบิดขึ้น และนี่คือที่มาของเหตุการณ์การระเบิดของโกดังที่เก็บเม็ดพลาสติก expandable polystyrene ที่ประเทศญี่ปุ่นเมื่อวันที่ ๒๓ สิงหาคม ค.ศ. ๑๙๘๒ (พ.ศ. ๒๕๒๕)

เหตุการณ์นี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion of Warehouse during Storage of Expanded Polystyrene Beads [Aubust 23rd, 1982 Yokkaichi, Mie, Japan]" รูปที่ ๒ ข้างล่างเป็นแผนผังกระบวนการผลิตเม็ดพลาสติกที่เกิดเหตุ คือมีการผสม blowing agent ที่เป็นไฮโดรคาร์บอนตั้งแต่ C3-C5 เข้าไป แต่ปัจจัยที่ทำให้แก๊สที่เม็ดพลาสติกคายออกมาและเกิดการสะสมนั้นในรายงานกล่าวว่าน่าจะเป็นขั้นตอนการบรรจุ (filling) ที่มีการเปลี่ยนการบรรจุจากเดิมที่เป็น steel drum ขนาด 100 kg ไปเป็น flexible container ขนาด 500 kg และขั้นตอน ripening ที่ทางผู้ผลิตจะเก็บเม็ดพลาสติกที่ผลิตได้นั้นในบริเวณที่เหมาะสมที่อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในสถานที่เก็บนั้นจะเป็นแบบ explosion proof ขั้นตอนนี้ก็เพื่อให้ไฮโดรคาร์บอนเบาบางส่วนนั้นระเหยออกมาก่อนที่จะส่งให้กับลูกค้าต่อไป

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการผลิตและกระบวนการจัดเก็บเม็ดพลาสติก expandable polystyrene ที่เป็นต้อตอของการระเบิด (จาก http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200111.html)

steel drum สามารถกักเก็บไฮโดรคาร์บอนเบาที่ระเหยออกมาได้ ในขณะที่ flexible container นั้นจะยอมให้ไฮโดรคาร์บอนเบาผ่านออกมาได้ นอกจากนี้จากเดิมที่ผู้ผลิตจะเก็บเม็ดพลาสติกที่ได้เอาไว้ชั่วเวลาหนึ่งเพื่อลดปริมาการระเหยของไฮโดรคาร์บอนเบาออกจากเม็ดพลาสติกก่อนส่งต่อให้ลูกค้านำไปเก็บไว้ได้ในโกดังปรกติที่อุณหภูมิห้อง (ขั้นตอน ripening) แต่เนื่องจากมีรายงานหนึ่งกล่าวว่าเม็ดพลาสติกนั้นจะไม่คายไฮโดรคาร์บอนที่ดูดซับเอาไว้ออกมาถ้าอุณหภูมิในการเก็บนั้นไม่เกิน 5ºC จึงมีแนวความคิดที่ว่าจะสามารถข้ามขั้นตอน ripening ได้ด้วยการส่งไปเก็บในโกดังที่คุมอุณหภูมิไว้ไม่เกิน 5ºC

โกดังที่ส่งเม็ดพลาสติกไปเก็บนี้เดิมเป็นโกดังที่ใช้เก็บสินค้าทั่วไป ต่อมาได้รับการดัดแปลงให้เห็นโกดังห้องเย็นที่สามารถคุมอุณหภูมิไว้ที่ 5ºC ได้ แต่เนื่องการดัดแปลงนั้นไม่ได้เผื่อไว้สำหรับการเก็บสินค้าที่คายไอระเหยของเชื้อเพลิงได้ อุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ ที่ใช้จึงเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบธรรมดาทั่วไป ไม่ใช่ชนิด explosion proof ในคืนที่เกิดเหตุนั้นมีเม็ดพลาสติก expandable polystyrene เก็บอยู่ในรูปของ steel drum (100 kg/drum) อยู่ 30 ตัน และในรูปของ flexible container (500 kg/container) อีก 120 ตัน

ช่วงเวลาดังกล่าวเป็นช่วงฤดูร้อน flexible container ที่นำมาจากข้างนอกโกดังจะมีอุณหภูมิเท่ากับอากาศข้างนอก และเมื่อถูกนำมาวางเรียงซ้อนกัน ทำให้ถุงที่อยู่ข้างใต้นั้นไม่ได้เย็นเร็วเหมือนถุงที่อยู่ด้านนอก

รูปที่ ๓ ความเข้มข้นแก๊สที่เม็ดพลาสติก expandable polystyrene คายออกมาที่อุณหภูมิต่าง ๆ และชนิดแก๊สที่ใช้เป็นตัว blowing agent

การระเบิดเกิดเมื่อเวลาประมาณ ๓.๑๐ น ทำให้มีผู้บาดเจ็บ ๒๔ ราย สาเหตุของการระเบิดเชื่อว่าเป็นเพราะ blowing agent ที่ระเหยออกมาจากเม็ดพลาสติกที่ยังมีอุณหภูมิสูงอยู่ (พวกที่อยู่ใน flexible container ที่กองอยู่ข้างใต้) และในห้องเก็บนั้นไม่มีการระบายอากาศที่เพียงพอ ทำให้เชื้อเพลิงเกิดการสะสมจนมีความเข้นข้นสูงพอที่จะเกิดการระเบิดได้ รูปที่ ๓ เป็นผลการทดลองวัดปริมาณ blowing agent ชนิดต่าง ๆ ที่ระเหยออกมาจากเม็ดพลาสติกที่อุณหูมิต่าง ๆ ส่วนการจุดระเบิดนั้นเกิดขึ้นที่แผงควบคุมระบบปรับอากาศที่เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดธรรมดา

ในรายงานกล่าวถึงการระบายอากาศที่ไม่เพียงพอ แต่กรณีนี้เป็นกรณีของห้องเย็น ที่การระบายอากาศจะส่งผลต่อภาระงานของระบบทำความเย็นที่เพิ่มมากขึ้น มันจะเหมือนกับอยู่ในห้องเปิดแอร์แต่เปิดพัดลมดูดอากาศเพื่อระบายอากาศในห้องออกไป

เหตุการณ์นี้น่าสนใจตรงที่ ถ้าหากเกิดเพลิงไหม้โกดังเก็บเม็ดพลาสติก expandable polystyrene ความร้อนที่เกิดจากเปลวไฟก็สามารถทำให้เม็ดพลาสติกร้อนขึ้น และแม้ว่าจะสามารถดับเพลิงให้สงบด้วยน้ำได้ แต่เม็ดพลาสติกที่ยังร้อนอยู่ก็น่าจะยังคงคาย blowing agent ที่มันดูดซับเอาไว้ออกมาได้อีก จึงควรเป็นข้อควรระวังในการดับเพลิง