ท่อแก๊สใต้ดินขาดในแนวขวางเนื่องจากการทรุดตัวของดิน MO Memoir : Monday 31 January 2565

ผ่านไปเป็นเวลากว่า ๑ ปีแล้วกับเหตุการณ์ท่อแก๊สธรรมชาติระเบิดที่สมุทรปราการ และจนบัดนี้ก็ยังไม่มีการเปิดเผยว่าการสอบสวนหาสาเหตุได้คือหน้าไปมากน้อยแค่ไหนหรือได้ข้อสรุปอะไรออกมาบ้าง แต่ก่อนอื่นเราลองย้อนกลับไปดูภาพเหตุการณ์ในวันนั้นก่อนสักนิดดีกว่า

รูปที่ ๑ แนวทางการพุ่งออกมาเปลวไฟบ่งบอกทิศทางการพุ่งออกมาของแก๊ส (ภาพจาก https://thestandard.co/gas-pipe-explode-at-samutprakarn/)

รูปที่ ๑ น่าจะถ่ายหลังจากเกิดระเบิดได้ไม่นานนัก เพราะเปลวไฟยังมีความรุนแรงอยู่ เปลวไฟทางด้านซ้ายมีลักษณะพุ่งเฉียงสูงยาวขึ้นเป็นลำไปทางด้านซ้าย ลักษณะเช่นนี้บ่งบอกว่าเป็นการฉีดพุ่งของเชื้อเพลิงที่มีความดันสูง แสดงว่าตอนนั้นความดันภายในท่อยังคงสูงอยู่ และจุดรั่วไหลไม่น่าจะมีขนาดใหญ่มาก

ส่วนรูปที่ ๒ น่าจะเป็นการถ่ายหลังจากคุมเหตุการณ์ได้แล้ว (มีการปิดท่อแก๊สแล้ว) จะเห็นว่าปลายท่อที่โผล่ขึ้นมาพ้นพื้นดินนั้นยังมีแก๊สลุกติดไฟอยู่จากแก๊สที่ค้างอยู่ในเส้นท่อ แต่เปลวไฟอ่อนลงมาก รูปนี้บ่งบอกว่าปลายท่อที่เห็นนี้น่าจะเป็นรอยขาดของเส้นท่อ ที่ขาดใน "แนวขวาง" แถมยังขาดแบบเรียบร้อยดีเสียด้วย (คือเหมือนกับถูกตัดขวางตรง ๆ)

ทบทวนความรู้กันนิดนึง ในกรณีของท่อทรงกระบอกรับความดันนั้น ความดันภายในท่อจะทำให้ท่อยืดตัวออกในสองทิศทาง คือทิศทางความยาว (ที่ทำให้ท่อยาวขึ้น) และทิศทางแนวเส้นรอบวง (ที่ทำให้ท่อพองขึ้น) ความดันนี้จะทำให้เกิดความเค้น (stress) ในเนื้อโลหะ และความเค้นที่เกิดจากความดันนั้น ความเค้นในทิศทางเส้นรอบวง (ที่ทำให้ท่อพองตัว) จะมีค่าเป็นสองเท่าของความเค้นในแนวยาว (ที่ทำให้ท่อยืดออก) ดังนั้นถ้าท่อที่อยู่ในสภาพสมบูรณ์ได้รับความเสียหายจากความดันสูงเกิน ท่อก็จะฉีกขาดตามแนวความยาวท่อเสมอ แต่ก็ใช่ว่าการฉีดขาดตามแนวขวางจะเกิดไม่ได้ มันเกิดได้เหมือนกันถ้าเนื้อโลหะของท่อในแนวเส้นรอบวงมีความผิดปรกติ และ/หรือมีแรงอื่นมาเสริมให้ความเค้นตามแนวยาวสูงขึ้น

รูปที่ ๒ รูปนี้แสดงให้เห็นว่าปลายท่อที่โผล่ขึ้นมานี้เป็นส่วนปลายของเส้นท่อแก๊สที่ขาด พึงสังเกตว่าท่อขาดในแนวขวาง (ภาพจาก https://siamrath.co.th/n/191779)

บริเวณรอยเชื่อมของโลหะจะเป็นจุดอ่อนของชิ้นงาน การที่โลหะบริเวณรอยเชื่อมได้รับความร้อนจนหลอมเหลวและเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วทำให้โครงสร้างเนื้อโลหะบริเวณนี้แตกต่างไปจากบริเวณอื่น เช่นเนื้อโลหะอาจมีความแข็งมากขึ้น (มีโอกาสที่จะเสียหายแบบแตกหักมากกว่าการยืดตัวออกจนขาด) หรือเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ง่ายขึ้น โดยเฉพาะการเกิด "Stress Corrosion Cracking" หรือที่เรียกย่อกันว่า SCC เรื่องนี้เคยเล่าไว้ในเรื่อง "เมื่อท่อส่งแก๊สธรรมชาติระเบิดจากStress CorrosionCracking" ในบทความวันอาทิตย์ที่ ๑๕ พฤศจิกายน ๒๕๖๓

ในกรณีของท่อที่วางตัวตามแนวนอนหรือลาดเอียงไม่มากนัก แรงดึงเนื่องจากน้ำหนักของท่อที่ทำให้ท่อยืดตัวออกจะมีค่าไม่มาก แต่ถ้าเมื่อใดก็ตามที่โครงสร้างที่รองรับน้ำหนักท่อ (เช่น pipe support หรือพื้นดินที่อยู่ข้างใต้) นี้หายไป แรงดึงเนื่องจากน้ำหนักที่เมื่อรวมเข้ากับแรงที่เกิดจากความดันภายในท่อแล้ว ก็อาจทำให้ความเข้นในแนวยาวสูงกว่าความเค้นตามแนวเส้นรอบวงได้ ในกรณีนี้ท่อก็จะขาดในแนวขวางได้

เรื่องเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Landslide issues associated with oil and gas pipelines in mountainous terrain" โดย E.M. Lee, P.G. Fookers และ A.B. Hart เผยแพร่ในวารสาร Quarterly Journal of Engineering Geology and Hydrology ที่เปิดให้ดาวน์โหลดทางอินเทอร์เน็ตเมื่อวันที่ ๑๗ พฤษภาคม ค.ศ. ๒๐๑๖ (พ.ศ. ๒๕๕๙ น่าจะเผยแพร่ออนไลน์ก่อนจัดพิมพ์เป็นเล่ม) เป็นบทความที่เกี่ยวกับความเสียหายของท่อส่งแก๊สที่เกิดจากการลื่นไถลหรือทรุดตัวของดินที่เกิดกับท่อที่วางพาดไปตามแนวภูมิประเทศที่เป็นภูเขา

การลื่นไถลหรือการทรุดตัวของดินที่รองรับน้ำหนักท่อจะทำให้ท่อเบี่ยงไปจากแนวเดิม บริเวณดังกล่าวจะทำให้ท่อยืดตัวออกจนเกิดความเสียหายแบบที่เรียกว่า full bore rupture หรือในแนวขวางไว้ดังแสดงในรูปที่ ๓ การลื่นไถลของดินนั้นอาจทำให้ท่อเคลื่อนตัวออกไปทางด้านข้างเพียงอย่างเดียว หรืออาจมีการตกท้องช้างลงข้างล่างได้ถ้าหากดินที่รองรับน้ำหนักท่อนั้นทรุดตัวหายไปด้วย (รูปที่ ๔)

รูปที่ ๓ รูปจุดที่ท่อขาดในแนวขวางเนื่องจากการทรุดตัวของดิน พึงสังเกตความเรียบร้อยของรอยขาดที่เหมือนกับถูกตัดขวางตรง ๆ แถมลักษณะสีบริเวณนี้ทำให้คิดว่าน่าจะเป็นตรงรอยเชื่อม (ท่อเหล็กฝังใต้ดินจะมีการหุ้มวัสดุปิดคลุมผิวท่อภายนอกไว้เพื่อป้องกันการผุกร่อน แต่จะมีการเว้นไว้ตรงปลายท่อที่ต้องทำการเชื่อมต่อ ที่จะทำการหุ้มวัสดุปิดคลุมหลังจากที่ทำการเชื่อมต่อเรียบร้อยแล้ว)

รูปที่ ๔ เมื่อดินที่รองรับน้ำหนักท่อหายไป ทำให้ท่อเกิดการตกท้องช้าง ส่งผลให้ท่อยืดตัวออก (จากน้ำหนักของตัวมันเอง) ทำให้ความเค้นในแนวความยาวท่อเพิ่มสูงขึ้น โดยจุดที่มีความเค้นสูงมากขึ้นคือ transition zone ที่เป็นรอยต่อระหว่างตำแหน่งที่ยังมีพื้นดินรองรับน้ำหนักท่อและบริเวณที่พื้นดินรองรับน้ำหนักหายไป

ในภูมิประเทศที่เป็นเนินเขานั้น โอกาสที่จะเกิดการลื่นไถลหรือการทรุดตัวของดินในแนววางท่อเป็นสิ่งที่สามารถมองเห็นได้ล่วงหน้า แต่ในกรณีของท่อที่วางฝังดิน การมองเห็นการทรุดตัวหรือการเกิดโพรงใต้ดินทำได้ยากกว่า โพรงใต้ดินนั้นอาจเกิดจากการทำเหมืองในบริเวณที่อยู่ใกล้เคียงกับแนวเส้นท่อ เมื่อดินที่อยู่รอบ ๆ อุโมงค์ของเหมืองหรือหลุมที่เจาะเอาไว้ทรุดตังลง ก็จะทำให้เกิดการทรุดตัวของดินต่อเนื่องออกไปยังบริเวณรอบข้าง และถ้าการทรุดตัวนั้นเคลื่อนตัวไปทางทิศทางที่เดินท่อ ก็จะทำให้ดินที่รองรับน้ำหนักท่อนั้นหายไปได้ ท่อก็จะเกิดการแอ่นตัวที่เรียกว่าตกท้องช้าง

เหตุการณ์พื้นดินเกิดการลื่นไถลจนทำให้พื้นเกิดการทรุดตัวต่อเนื่องนั้นก็เพิ่งเกิดขึ้นในบ้านเราไปเมื่อเร็ว ๆ นี้ที่ อ.บางพลี จ.สมุทรปราการ ที่ดินคันบ่อดินเกิดการทรุดตัวลามออกมายังชุมชนที่อยู่ใกล้เคียงจนบ้านได้รับความเสียหายไปหลายหลัง (รูปที่ ๕)

รูปที่ ๕ ภาพพื้นที่ความเสียหายจากดินทรุดตัว (ภาพจาก https://www.pptvhd36.com/news/สังคม/164898) ที่ อ.บางพลี จ.สมุทรปราการ เมื่อเวลาประมาณ ๒๑.๐๐ วันพฤหัสบดีที่ ๒๐ มกราคม ๒๕๖๕ ที่ผ่านมา จะเห็นว่าระดับของพื้นที่สร้างบ้านนั้นสูงกว่าความลึกของบ่อทางด้านชวามาก จึงทำให้การทรุดตัวแผ่กว้างไปได้ไกล

แต่จะว่าไปพื้นดินบริเวณที่ราบลุ่มภาคกลางเนี่ย มันก็ทรุดตัวตามธรรมชาติของมันอยู่แล้ว ดังจะเห็นได้จากถนนที่สร้างบริเวณเสาทางด่วนหรือรถไฟฟ้า ที่เมื่อแรกสร้างมันจะได้ระดับดี แต่พอผ่านไปมันจะเป็นลูกคลื่นเพราะบริเวณที่เป็นพื้นดินมันทรุดตัว ทำให้พื้นผิวจราจรบริเวณนี้ทรุดต่ำลง ในขณะที่ถนนที่สร้างอยู่เหนือส่วน footing ของหัวเสาเข็มมันไม่ทรุดตัว (เพราะเสาเข็มมันลงไปถึงชั้นดินที่ไม่มีการทรุดตัว) ถนนก็เลยกลายเป็นลูกคลื่นให้รถวิ่งเล่นกัน

คราบสีขาวบน mechanical seal MO Memoir : Saturday 22 January 2565

ต้นเดือนสิงหาคมปีที่แล้ว มีคำถามเข้ามาทาง facebook จากศิษย์เก่าคนหนึ่งของภาควิชา ที่ทำงานบริษัทที่จำหน่าย mechanical seal ให้กับโรงงาน ปัญหาเขาเกี่ยวกับสิ่งที่ทางลูกค้าของเขาถามมา ซึ่งผมก็ได้ตั้งสมมุติฐานที่มาของปัญหาจากข้อมูลเท่าที่มีให้กับเขาไป ส่วนในความเป็นจริงนั้นมันเกิดจากอะไร ผมก็ไม่รู้เหมือนกัน เพราะเรื่องมันก็เงียบไป แต่ก็ขอเอาเรื่องราวการสนทนาวันนั้น มาบันทึกไว้เสียหน่อย โดยเรื่องเริ่มจากคำถามว่า

"อาจารย์คะ มีเรื่องสงสัยนิดนึง เกี่ยวกับ process ของ XXX หรือ XXXX ปัจจุบันค่ะ

ลูกค้าบอก process มันคือ propylene ปกติ colourless แต่ทำไมเวลาถอดมามักจะเจอคราบขาว ๆ เหมือนในรูปเหรอคะอาจารย์ ทั้งที่ temp 40ºC มันไม่น่าจะเกิด polymer ได้นะคะ

รูปที่เห็นเป็น part ของ mechanical seal ที่อยู่ใน pump ค่ะ (รูปที่ ๑ ข้างล่าง)

ส่วน process ผ่านอะไรมาบ้างอันนี้คงต้องถามลูกค้าดูอีกทีค่ะ"

รูปที่ ๑ คราบสีขาวบน mechanical seal ที่เขาส่งมาให้ดู

mechanical seal เป็นชิ้นส่วนที่ใช้ในการป้องกันการรั่วไหลตรงตำแหน่งที่มีการสอดเพลา (ที่หมุนได้) ผ่านรูบนพื้นผิว เช่นเพลามอเตอร์ที่สอดเข้าไปในตัวเรือนปั๊ม (housing หรือ casing) ในกรณีที่เป็นปั๊มหอยโข่งเพื่อหมุนใบพัดข้างใน หรือเพลาที่ใช้ในการหมุนใบพัดกวนภายใน vessel ตัว mechanical seal จะประกอบไปด้วยชิ้นส่วนสองส่วนหลักคือส่วนที่จับเข้ากับตัวเพลาและหมุนไปพร้อมกับตัวเพลา และส่วนที่ยึดติดกับตัวเรือนที่อยู่กับที่ โดยสองชิ้นส่วนนี้จะถูกกดให้แนบกันและมีการเสียดสีกันในขณะที่ชิ้นส่วนหนึ่งหมุนไปพร้อมเพลาในขณะที่อีกชิ้นส่วนหนึ่งอยู่กับที่

จากคำถามดังกล่าวผมก็ถามขอข้อมูลเพิ่มเติมกลับไปว่า

ปั๊มตัวนี้เป็นโพรพิลีนอย่างเดียวหรือเป็นโพรพิลีนละลายใน solvent ถ้าเป็นกรณีโพรพิลีนละลายใน solvent ตัว mechanical seal มีการใช้ solvent flushing ด้วยหรือเปล่าครับ หรือถ้าไม่มี flushing มันก็มีความร้อนที่เกิดจากการเสียดสีของตัว mechanical seal ที่อาจทำให้อุณหภูมิสูงพอที่จะเกิดเป็น oligomer (polymer สายโซ่สั้นที่ยังนำไปใช้ประโยชน์ไม่ได้) ก็ได้ครับ ผมว่าทางแลปวิเคราะห์ของเขาน่าจะมี FT-IR อยู่ น่าจะเองตัวอย่างไปลองวิเคราะห์ดูก็จะเห็นครับ ทำไม่ยาก ใช้เวลาไม่นานก็เห็นแล้วว่าใช่พอลิเมอร์หรือเปล่า

ซึ่งเขาก็ตอบกลับมาว่า

"มี Exxon D80 เป็น flushing oil ka"

รูปที่ ๒ ตัวอย่างหนึ่งของรูปแบบการ flushing ตัว mechanical seal ด้วยการใช้ของเหลวที่ออกจากปั๊มไหลเวียนกลับไปยัง mechanical seal การติดตั้งตัวกรอง (หรืออาจเป็น hydrocyclone) ก็เพื่อกรองเอาของแข็งออก (ถ้ามี) แต่ก็ต้องระวังเรื่องไส้กรองตัน เพราะถ้ามันตันเมื่อใดก็จะทำให้ mechanical seal ขาดของเหลวเข้าไปชะ ส่วน restriction orifice ก็มีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้มีของเหลวไหลเข้า flushing มากเกินไป

mechanical seal มีพื้นผิวที่มีการหมุนขัดสีกัน ดังนั้นบริเวณนี้จะมีความร้อนเกิดขึ้น และถ้าในของเหลวนั้นมีของแข็งปะปนอยู่ด้วย ก็จะทำให้ mechanical seal เสียหายได้เร็วขึ้น วิธีการที่ใช้ในการระบายความร้อนและป้องกันไม่ให้ของเหลวเข้าไปในบริเวณดังกล่าวก็คือการใช้ solvent flushing คือการใช้ของเหลวในระบบนั้นเอง (ถ้าเป็นของเหลวสะอาด) หรือของเหลวจากแหล่งภายนอกที่เข้ากันได้กับของเหลวในระบบ (ปรกติก็จะเป็นของเหลวชนิดเดียวกัน) อัดเข้าไปตรงบริเวณ mechanical seal เพื่อระบายความร้อนและป้องกันไม่ให้ของแข็งเข้าไปก่อปัญหาในบริเวณดังกล่าว รูปที่ ๒-๔ เป็นตัวอย่างรูปแบบการใช้ solvent flushing ที่นำมาจาก "Annex D : Standard flush plans and auxiliary hardware ของ API 682 Pumps-Shaft sealing systems for centrifugal and rotary pumps"

ซึ่งผมก็ได้ให้ความเห็นต่อไปว่า

"ผมเดาว่ากระบวนการผลิตของเขามีการใช้ solvent และ solvent ตัวนั้นก็เป็นตัวเดียวกับ Exxon D80 (เพราะ flushing fluid มันจะถูกผสมเข้าไปในระบบ ดังนั้นมันต้องไม่รบกวนระบบ) ถ้าหากสิ่งที่พบคือ oligomer ของโพรพิลีน ตรงจุด mechanical seal คือจุดสัมผัสระหว่างโพรพิลีน (ใน solvent) กับ flushing solvent ประเด็นคำถามก็คือมีอะไรอยู่ใน flushing solvent หรือเปล่าที่ทำให้เกิดพอลิเมอร์ได้ที่บริเวณนั้น

ตามสมมุติฐานของผม คงต้องลองไล่ดูครับว่า flushing solvent มาจากไหน คงไม่ได้เอาของใหม่มาใช้ แต่อาจมาจากหน่วย solvent recovery หรือเปล่า (ตรงนี้ต้องไปดูกระบวนการผลิตของเขาครับว่าเป็นอย่างไร ผมได้แต่คาดเดา) ถ้าหากมาจากหน่วย solvent recovery ก็ต้องดูว่ามีความเป็นไปหรือไม่ที่จะมี co-catalyst (เช่นพวก alkyl aluminium) ติดมาด้วยครับ"

รูปที่ ๓ รูปนี้ต่างจากรูปที่ ๒ ตรงที่ให้ของเหลวด้านในไหลเข้าไป flushing และไหลเวียนกลับไปยังด้าน suction ของปั๊ม (ที่มีความดันต่ำกว่า) วิธีการนี้จะเหมาะก็ต่อเมื่อของเหลวในระบบนั้นเป็นของเหลวที่สะอาด

รูปที่ ๔ ระบบ flushing รูปแบบนี้จะต้องมีแหล่งจ่ายของเหลวภายนอก (ที่ต้องมีความดันสูงมากพอที่จะอัดของเหลว flushing เข้าไปในตัวปั๊ม) ของเหลวที่ใช้ในการ flushing นั้นต้องสามารถเข้ากับของเหลวที่ไหลเวียนในระบบได้ ปรกติก็จะใช้ของเหลว (หรือตัวทำละลาย) ชนิดเดียวกับที่ใช้ในระบบ

บทสนทนาช่วงต่อไปก็เป็นดังนี้

"แล้วถ้ามันอยู่ในถังเปิดใช้ใหม่ ประเด็น oil react with propylene ก็ตัดทิ้งได้เลยใช่มั้ยคะ"

"ถ้าเป็นถังเปิดใช้ใหม่ก็คงต้องตัดทิ้งไปครับ จะเหลือเพียงแค่ประเด็นว่ามีอะไรอยู่ในระบบหรือเปล่า เพียงแต่ว่าอุณหภูมิไม่สูงก็เลยไม่เกิด มาเกิดตรง mechanical seal ที่มีการเสียดสีและเกิดความร้อนหรือเปล่าครับ งานนี้คงต้องทะเลากับทาง process กันน่าดู"

"Temp เท่าไหร่ propylene มันถึงเริ่มเป็น polymer เหรอคะอาจารย์ อย่าง styrene 100 นิด ๆ ก็เริ่มเกิดล่ะ"

"อุณหภูมิห้องก็เริ่มเกิดได้ครับ แต่เกิดได้ช้าครับ"

"โดยที่ไม่มีตัวเร่งอะไรเลยนะคะอาจารย์"

"มันควรต้องมีครับ"

จากข้อมูลที่เขาให้มาพอจะคาดเดาได้ว่าปั๊มตัวนี้น่าจะใช้ในกระบวนการผลิต polypropylene แบบ slurry phase ที่มีการใช้ตัวทำละลายทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาและเป็น heat sink รับความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมา ในการทำปฏิกิริยานั้นจำเป็นต้องมีตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ซึ่งเป็นสารประกอบโลหะทรานซิชัน และตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม (co-catalyst) ที่มักเป็นสารในตระกูล alkyl aluminium (หรือสารอื่นในทำนองเดียวกัน) alkyl aluminium สามารถทำให้โมเลกุลโพรพิลีนต่อเป็นสายโซ่ยาวได้ แต่จะไม่ยาวจนเป็นพอลิเมอร์ ตัวที่ผมตั้งสมมุติฐานว่าเป็นตัวก่อปัญหาก็คือตัว co-catalsyt นี้ เพราะมันมีการใช้ในปริมาณที่มากกว่าตัว catalyst และละลายได้ดีในตัวทำละลายที่ใช้

อีกเหตุผลหนึ่งคือก่อนหน้านี้ตอนฝึกงานปี ๒๕๖๓ มีนิสิตที่ไปฝึกงานที่บริษัทดังกล่าว (ไม่รู้ว่าเป็นโรงงานเดียวกันหรือเปล่า แต่สงสัยว่าน่าจะเป็นโรงงานเดียวกัน) สอบถามมาเรื่องการออกแบบ scrubber สำหรับโพรพิลีน เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนในตัวโพรพิลีนก่อนนำกลับไปใช้งานใหม่ โดยสารปนเปื้อนนั้นก็คาดว่าเป็นพวก alkyl aluminium นั่นเอง

ส่วนข้อสรุปสุดท้ายเป็นยังไงก็ไม่รู้เหมือนกัน เพราะเหมือนกับรายก่อนหน้านี้ที่มักมีคำถามมาของแนวทางแก้ไข แต่สุดท้ายก็ไม่มีการแจ้งกลับมาว่าที่ตั้งสมมุติฐานเอาไว้นั้นมีถูกต้องหรือไม่

เพลิงไหม้สัมภาระจากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ MO Memoir : Saturday 15 January 2565

ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ (oxidation) เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และถ้าเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วบนวัตถุที่ลุกไหม้ได้ก็จะทำให้เกิดการลุกติดไฟได้ ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ที่เกิดขึ้นอย่างช้า ๆ ในพื้นที่เปิดนั้นอาจคายความร้อนออกมาในปริมาณที่เราไม่รู้สึก แต่ถ้าเกิดขึ้นในบริเวณที่ปิดที่การระบายความร้อนเกิดได้ไม่ดี ทำให้เกิดการสะสมความร้อน ความร้อนที่สะสมก็จะเร่งให้ปฏิกิริยานั้นเกิดเร็วขึ้น จนอาจทำให้วัสดุนั้นลุกติดไฟได้ ปรากฏการณ์นี้เป็นที่ทราบดีว่าเกิดได้กับผ้าขี้ริ้วที่ใช้เช็ดทำความสะอาด ที่ถ้านำผ้าขี้ริ้วนั้นมาใช้ทำความสะอาดน้ำมันบางชนิด (เช่นน้ำมันที่ใช้เคลือบผิวไม้) การกองผ้าขี้ริ้วหลังการใช้งานเอาไว้อย่างไม่เหมาะสม สามารถทำให้ผ้าขี้ริ้วนั้นลุกติดไฟได้จากความร้อนที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำมันกับอากาศ (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ เอกสารคำเตือนเรื่องการป้องกันการลุกติดไฟด้วยตนเองของผ้าขี้ริ้วที่ชุ่มไปด้วยน้ำมันบางชนิด (จาก https://www.bendoregon.gov/home/showdocument?id=16299)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสารการสอบสวนอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นกับอากาศยานที่จัดทำโดย NTSB (National Transportation Safety Board) เป็นกรณีเลขที่ DCA-99-MZ-001 ที่เกิดบนสายการบิน Northwest Airlines เที่ยวบินที่ 957 เมื่อวันที่ ๒๘ ตุลาคม ค.ศ. ๑๙๙๘ (พ.ศ. ๒๕๔๑) เหตุการณ์เริ่มจากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 35 % ที่ไปปสัมผัสกับถุงไปรษณีย์ (รูปที่ ๒) ก่อนที่จะทำให้เกิดการลุกไหม้ของไปรษณีย์ภัณฑ์ (ที่เป็นกระดาษ)

เหตุการณ์เริ่มจากผู้โดยสารรายหนึ่งนำกระติกน้ำแข็ง (รูปที่ ๓) ที่ใส่ขวดพลาสติกบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (รูปที่ ๔) จำนวนสองขวดโดยไม่ได้แจ้งให้เจ้าหน้าที่ทราบว่ากระติกน้ำแข็งดังกล่าวบรรจุสิ่งของอะไรอยู่ (จะว่าไปผู้โดยสารก็ไม่รู้ด้วยว่าสิ่งของที่ตนเองขนนั้นมีอันตรายอย่างไร) กระติกน้ำแข็งดังกล่าวถูกบรรจุไว้ในห้องเก็บสัมภาระของเที่ยวบินที่ 957 ที่เดินทางจาก Florida ไปยัง Tennessee ที่ใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงนั้นไม่มีปัญหาอะไร ปัญหาเริ่มมาพบในระหว่างการขนถ่ายสัมภาระไปยังเครื่องบินลำที่สอง

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

เมื่อเที่ยวบินที่ 957 ลงจอดที่ Tennessee พนักงานภาคพื้นดินจำนวนสองนายได้ขึ้นไปบนเครื่องเพื่อถ่ายสัมภาระส่วนหนึ่งไปยังเครื่องบินลำที่สอง (เที่ยวบินที่ 7 ที่จะบินไปยัง Seattle) ในขณะที่ขึ้นไปขนถ่ายสัมภาระนั้นพนักงานทั้งสองสังเกตเห็นว่ามีสัมภาระบางส่วนเปียกของเหลว และมีของเหลวใสอยู่บนพื้น แต่พนักงานทั้งสองเข้าใจว่าของเหลวนั้นคือน้ำที่รั่วไหลมาจากกระติกน้ำแข็งหรือจากการขนส่งปลาเขตร้อน

ประมาณ 10 นาทีหลังการขนถ่ายสัมภาระ พนักงานที่ทำหน้าที่ขนสัมภาระที่เปียกและถุงไปรษณีย์รายงานว่ารู้สึกปวดเสียวที่มือ และกลายเป็นสีขาว โดยในช่วงเวลานั้นสัมภาระบางส่วน (ที่เปียก) ได้ถูกลำเลียงขึ้นไปบนเที่ยวบินที่ 7 แล้ว

(หมายเหตุ : ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้นเวลาถูกผิวหนังจะทำให้รู้สึกปวดเสียว แต่มันไม่ได้เกิดทันทีที่สัมผัส จะเกิดขึ้นหลังจากสัมผัสแล้วสักพัก และผิวหนังตรงนั้นจะกลายเป็นสีขาวเหมือนกับโดนป้ายน้ำยาลบคำผิด (รูปที่ ๕ ที่เป็นมือผมเอง ที่ไปโดนไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เปียกอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของบีกเกอร์) รอยสีขาวนี้ล้างน้ำไม่ออก แต่ทิ้งไว้สักพักก็จะหายไป (ประมาณหนึ่งชั่วโมง)

รูปที่ ๓ กระติกน้ำแข็งที่บรรจุขวดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งก็แปลกใจเหมือนกันว่าของเหลวข้างในมันรั่วออกมาได้อย่างไร หรือว่าในระหว่างการขนส่งนั้นกระติกไม่ได้วางตั้ง แต่วางนอน เลยทำให้ของเหลวไหลซึมออกทางฝาปิดได้

จากการร้องเรียนของพนักงานขนสัมภาระ สายการบินจึงได้ทำการติดต่อหน่วยดับเพลิงของทางสนามบิน ซึ่งได้เดินทางมายังเครื่องบิน พนักงานขนสัมภาระผู้หนึ่งเข้าไปนำกะติกน้ำแข็งออกจากเที่ยวบินที่ 7 แต่เมื่อได้รับแจ้งว่ากระติกน้ำแข็งใบดังกล่าวอาจบรรจุสารเคมีอันตราย จึงได้ออกจากพื้นที่และไปหาแพทย์

หลังจากที่พนักงานขนสัมภาระคนดังกล่าวจากไป นักบินของเที่ยวบินดังกล่าวก็เข้ามาและเห็นเจ้าหน้าที่ฉุกเฉินและของสายการบินรอบเครื่องบิน จึงได้สอบถามว่าเกิดเหตุอะไร เมื่อทราบแล้วจึงถามต่อว่าแล้วกระติกน้ำแข็งใบดังกล่าวอยู่บนเครื่องหรือไม่ เจ้าหน้าที่สายการบิน (จำนวนหลายคน) ที่อยู่บริเวณนั้นรู้ว่ากระติกใบดังกล่าวไม่ได้อยู่บนเครื่องบิน จึงบอกนักบินไปว่ากระติกใบดังกล่าวไม่ได้อยู่บนเครื่อง นักบินจึงเข้าใจว่าเครื่องบินของเขานั้นไม่ได้รับผลกระทบอะไรจากเหตุการณ์ จึงออกเดินทางตามกำหนดการ

ตรงนี้มีประเด็นที่แสดงให้เห็นว่ามีปัญหาเรื่องการสื่อสารกันอยู่ คือทั้งพนักงานสายการบินและนักบินเข้าใจว่าเมื่อกระติกน้ำแข็งใบดังกล่าวไม่ได้อยู่บนเครื่อง (โดยไม่รู้ว่ามันถูกขนขึ้นเครื่องก่อนที่จะถูกนำออกมา) เครื่องบินก็ไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ แต่ในความเป็นจริงนั้นก่อนหน้านั้นช่วงที่กระติกใบดังกล่าวอยู่บนเครื่อง สารเคมีที่รั่วไหลออกมาก็ได้เปียกกระเป๋าสัมภาระบางใบและถุงไปรษณีย์บางถุงแล้ว

จากการตรวจสอบ ณ ที่เกิดเหตุว่าในกระติกน้ำแข็งใบนั้นบรรจุอะไร และก็พบขวดบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 35% ที่เสียหาย และก็ได้มีการแจ้งไปยังสนามบินปลายทางของเที่ยวบินที่ 7 ว่าเที่ยวบินที่ 7 อาจบรรจุสารเคมีอันตรายไปด้วย และให้ผู้ขนถ่ายสัมภาระระมัดระวังและใช้ถุงมือยางป้องกันมือ ซึ่งเที่ยวบินที่ 7 เดินทางไปถึงปลายทางได้โดยไม่มีเหตุการณ์อะไร

รูปที่ ๔ ขวดบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เสียหาย (บรรจุขวดพลาสติก)

แต่เมื่อเจ้าหน้าที่ขนถ่ายสัมภาระเปิดประตูห้องเก็บสัมภาระก็พบกลุ่มควันลอยออกมาแต่ไม่มีเปลวไฟ เจ้าหน้าที่คนหนึ่งเข้าไปลากเอากระเป๋าเดินทางที่มีกลุ่มควันลอยออกมาออกมานอกเครื่อง และเจ้าหน้าที่ดับเพลิงก็ฉีดน้ำใส่กระเป๋าใบนั้นให้ชุ่ม (คงเป็นความโชคร้ายของเจ้าของกระเป๋าเดินทางใบนั้น)

รูปที่ ๕ ปื้นสีขาวบนนิ้วมือที่สัมผัสกับสารละลาย H₂O₂ 35 %wt สีดังกล่าวคงอยู่เพียงแค่ประมาณชั่วโมงก่อนหายไป

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide H₂O₂) สามารถทำการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ได้หลากหลาย ส่วนความเร็วในการเกิดปฏิกิริยานั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง ในกรณีที่สารเคมีนั้นมีส่วนผสมของโลหะบางชนิดหรือเมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สัมผัสกับสารประกอบบางชนิด (เช่นสนิมเหล็ก) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ก็จะสลายตัวได้รวดเร็วขึ้นพร้อมทั้งปลดปล่อยแก๊สออกซิเจนและความร้อนออกมา ที่สามารถทำให้วัสดุนั้นลุกไหม้ได้ แต่สิ่งนี้จะเกิดได้เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นมีความเข้มข้นสูงมากพอ (ประมาณ 30% ขึ้นไป ส่วนไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ขายเป็นยาล้างแผลนั้นเข้มข้นเพียง 3%)

ในเหตุการณ์นี้อาจเป็นเพราะภายในกระเป๋าเดินทางนั้นเป็นพื้นที่ที่การถ่ายเทอากาศไม่ดี สิ่งที่เป็นเชื้อเพลิงที่บรรจุอยู่ในกระเป๋าเดินทางจึงไม่สามารถเกิดการลุกไหม้จนเกิดเปลวไฟได้ แต่เป็นการลามไหม้อย่างช้า ๆ ที่ทำให้เกิดควัน

เพลิงไหม้ใต้พื้นยกจากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ MO Memoir : Thursday 6 January 2565

พื้นยก (Raised floor) เป็นโครงสร้างพื้นที่ยกขึ้นสูงจากพื้นอาคาร ทำให้มีช่องว่างระหว่างพื้นอาคารเดิมและใต้พื้นยก ห้องทำงานบางแบบจะนิยมทำพื้นแบบนี้เพราะทำให้สามารถเดินสายไฟหรือระบบท่อต่าง ๆ ได้สะดวก (เช่นในห้องศูนย์คอมพิวเตอร์ ห้องควบคุม ห้องที่ต้องมีการวางสายระบบจำนวนมาก (เช่นสายไฟ สายแลน) หรือห้องสะอาด (clean room))

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากวารสาร NFPA Journal ฉบับเดือน พฤศจิกายน/ธันวาคม ปีค.ศ. ๒๐๑๑ หน้า ๒๒ เป็นเรื่องเกี่ยวกับเหตุการณ์ไฟไหม้ใต้ raised floor ของห้อง clean room แห่งหนึ่ง โดยเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 30% รั่วไหลออกจากท่อ และสัมผัสกับกาวที่สะสมอยู่ใต้พื้นยก รายละเอียดต่าง ๆ แสดงไว้ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูงเป็นสารออกซิไดซ์ที่ต้องใช้ความระมัดระวังในการใช้งานตัวหนึ่ง ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์สารนั้นอาจไม่ได้เกิดแบบรุนแรง แต่อาจเกิดแบบค่อยเป็นค่อยไป (ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลสารที่มันทำปฏิกิริยาด้วย) และถ้าอยู่ในที่ไม่มีการระบายความร้อนได้ดีพอ ความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมาก็อาจสะสมมากพอจนทำให้สารนั้นหรือสารอื่นที่ติดไฟได้ที่สัมผัสอยู่ ลุกติดไฟได้ (เช่นในกรณีของพาเลทไม้ในตอนที่แล้ว)

จากข้อมูลนี้วันนี้ก็เลยทดลองเอาไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 50% หยดลงบน ผ้าขี้ริ้ว (ที่ใช้เช็ดโต๊ะในห้องแลป), สำลี และกระดาษทิชชู (ที่ต่างใช้เป็นที่ซับของเหลว) แล้วลองวัดอุณหภูมิดู ผลออกมาก็คือไม่สามารถสังเกตเห็นการเกิดปฏิกิริยาใด ๆ แม้ว่าจะตั้งทิ้งไว้พักหนึ่งก็ตาม (ประมาณ ๑๐ นาที) ที่ทำการทดลองนี้ก็เพราะเกรงว่าหากมีอุบัติเหตุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หกในระหว่างการทำลอง และมีการนำเอาวัสดุเหล่านี้มาซับสารเคมีที่หก จะเกิดปฏิกิริยาทันทีหรือไม่

แต่ทางที่ดีถ้าใช้วัสดุเหล่านี้ซับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่หก ก็ควรละล้างวัสดุเหล่านี้ด้วยน้ำเปล่าในปริมาณมากเพื่อชะเอาไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกไป เพราะเกรงว่าถ้าหากวางผ้าขี้ริ้วกองทิ้งไว้โดยไม่ได้ล้าง หรือทิ้งกระดาษทิชชูหรือสำลีลงในถังขยะ อาจเกิดไฟลุกไหม้ถ้าหากว่ามันเกิดปฏิกิริยากันจริงและความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมานั้นสามารถสะสมจนทำให้วัสดุนั้นลุกติดไฟได้

รูปที่ ๒ ทดลองหยดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 50% ลงบน (จากซ้ายไปขวา) ผ้าขี้ริ้ว, สำลี และกระดาษทิชชู ผลออกมาคือไม่เห็นการเกิดปฏิกิริยาใด ๆ หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ แต่เพื่อความปลอดภัยก็ได้ทำลายตัวอย่างด้วยการล้างด้วยน้ำสะอาดในปริมาณมากก่อนทิ้งไป

เพลิงไหม้พาเลทไม้จากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) MO Memoir : Saturday 1 January 2565

พาเลท (pallet) คือแท่นสำหรับรองรับหรือวางสินค้า พาเลทจัดเป็นอุปกรณ์สำคัญในระบบการขนส่ง การค้า และโลจิสติกส์ เพราะช่วยให้เกิดความสะดวกในการเคลื่อนย้ายสินค้าจากชั้นวางด้วยรถ fork lift ลักษณะทั่วไปของพาเลทตือเป็นแท่นสี่เหลี่ยมที่มีช่องสำหรับให้รถ fork lift สอดงาเข้าไปยกของ เดิมวัสดุหลักที่ใช้ทำพาเลทคือไม้ ที่มักใช้ครั้งเดียวทิ้ง โดยลูกค้าที่รับสินค้าที่วางอยู่บนพาเลทก็จะได้ตัวไม้พาเลทไปเลย (ไม่ต้องส่งคืน) แต่ในปัจจุบันก็มีการนำเอาพาเลทที่ทำจากพลาสติกมาใช้งานมากขึ้นเพราะมันสามารถใช้ซ้ำได้

เรื่องเพลิงไหม้ที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสารเรื่อง "Hydrogen peroxide accidents and incidents: What we can learn from History" โดย B. Breene, D.L. Baker และ W. Frazier ซึ่งต่างทำงานอยู่ที่องค์การ NASA เอกสารฉบับนี้ค้นเจอบนอินเทอร์เน็ตโดยมีหมายเหตุเอาไว้ที่หน้าแรกว่า "For review purposes only. Nor for publication" เป็นเอกสารที่จัดทำในปีค.ศ. ๒๐๐๔ (พ.ศ. ๒๕๔๗) เหตุการณ์นี้เป็นเพลิงไหม้ที่เกิดที่พาเลทไหม้ที่ใช้วางถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 35-70% (by weight) โดยมีผู้พบเห็นเพลิงเริ่มเกิดจากบริเวณถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 35% ที่วางอยู่บนพาเลทที่ทำจากไม้ ก่อนที่ไฟจะลามต่อไปยังบริเวณที่เก็บไนโตรเซลลูโลสที่ทำให้ไฟไหม้ลามอย่างรวดเร็วขึ้นไปอีก (รายละเอียดในรูปที่ ๑ ข้างล่าง)

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด เหตุการณ์นี้มีการอ้างอิงไปยัง ref. 9 คือ NFPA Journal March/April 1992 แต่พอไปดาวน์โหลดวารสารดังกล่าวมาดูแล้วกลับไม่พบเรื่องนี้ในวารสารดังกล่าว วารสารดาวน์โหลดมาได้ทั้งเล่ม (๑๐๐ หน้า) แต่บางหน้าหายไปโดยมีบางหน้าปรากฏซ้ำแทน

ผู้สอบสวนอุบัติเหตุเชื่อว่าต้นเหตุของเพลิงไหม้น่าจะเกิดจากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลงบนพาเลทไม้ (รายละเอียดในรูปที่ ๒) ในบริเวณที่เก็บสารเคมีกลางแจ้ง ด้วยการที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารออกซิไดซ์และมีความเข้มข้นสูงจึงทำให้ไม้นั้นลุกติดไฟได้ด้วยตนเอง และการลุกติดไฟนั้นจะเกิดได้ง่ายขึ้นถ้าไม้นั้นได้รับการชุบน้ำยาหรือเคลือบผิวด้วยสารเคมีบางชนิด เช่นพวกที่ทำมาจากไฮโดรคาร์บอน (เช่น creosote) หรือมีโลหะเป็นองค์ประกอบ (เช่น chromated copper arsenate (ไม่มีตัว t สีแดง arsentate ดังที่ปรากฏในบทความนะ) ข้อมูลใน wikipedia บอกว่าสารนี้ใช้เป็นน้ำยารักษาเนื้อไม้โดยเฉพาะไม้ที่ใช้งานกลางแจ้ง เพื่อป้องกันเนื้อไม้จากเชื้อจุลชีพหรือแมลง)

สิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่บทความไม่ได้กล่าวถึงคือภาชนะบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นทำจากวัสดุอะไร และอะไรน่าจะเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการรั่วไหล (กล่าวคือ จากปฏิกิริยาเคมี, การเสื่อมสภาพของวัสดุ, การกระแทกระหว่างขนส่ง ฯลฯ) แต่ก็ทำให้ได้แนวความคิดว่าพอมหาวิทยาลัยเปิดให้เข้าไปทำงานได้ ควรทำการทดลองอะไรเพิ่มเติม เพื่อที่จะได้วางข้อกำหนดในการทำงานให้ปลอดภัยกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูง (ที่กำลังใช้ในการทดลองอยู่ในขณะนี้)

รูปที่ ๒ การวิเคราะห์สาเหตุ

เนื่องจาก Memoir ฉบับนี้เป็นฉบับแรกของปีพ.ศ. ๒๕๖๕ ก็ขอบันทึกสถิตของปี ๒๕๖๔ ที่ผ่านมาเสียหน่อย

เดือนธันวาคมที่ผ่านมาเขียนบทความลง blog เพียงแค่ ๒ บทความเนื่องจากต้องรีบทำการทดลองร่วมกับนิสิตในที่ปรึกษาเนื่องจากงานล่าช้ามามากแล้วจากการปิดมหาวิทยาลัย แต่โดยภาพรวมแล้วปีที่ผ่านมาก็มีการเข้ามาอ่าน blog ลดลง คือค่าเฉลี่ยลดจาก ๖๙๖ ครั้งต่อวันในปี ๒๕๖๓ เหลือเป็น ๕๗๖ ครั้งต่อวันในปี ๒๕๖๔ (จำนวนครั้งการเข้าเยี่ยมชมในปีพ.ศ. ๒๕๖๔ คือ ๒๑๐๒๗๘ ครั้ง) แต่จะว่าไปเรื่องราวต่าง ๆ ที่มีสะสมอยู่และอยากเขียนบันทึกไว้กันลืม ก็ได้เขียนลง blog ไปเกือบหมดแล้ว พักหลัง ๆ นี้ก็เลยไม่ค่อยมีเรื่องราวอะไรให้เขียนมากเท่าใดนัก

รูปที่ ๓ ค่าเฉลี่ยการเข้าเยี่ยมชม blog ตลอดปี ๒๕๖๔

สำหรับประเทศที่ผู้อ่านมาเยี่ยมชมก็แสดงไว้ในรูปที่ ๔ ที่ทำให้แปลกใจก็คือผู้อ่านจำนวนไม่น้อยมาจากประเทศที่คิดว่าไม่น่าจะมีคนไทยไปอาศัยหรือไปเรียนอยู่มากนัก

รูปที่ ๔ ประเทศของผู้อ่านบทความในปีพ.ศ. ๒๕๖๔

ท้ายสุดก็ขอให้ผู้อ่านทุกท่านประสบแต่ความสุขกายสุขใจตลอดปีเสือนี้ก็แล้วกันครับ