การระเบิดจากความร้อนที่คายออกมาจากการดูดซับแก๊ส MO Memoir : Sunday 27 February 2565

ถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ (atmospheric tank) รับความดันที่สูงกว่าหรือต่ำกว่าบรรยากาศได้เพียงเล็กน้อย (ในระดับเทียบเท่าความสูงของน้ำเพียงแค่ 2.5 นิ้ว) ดังนั้นเวลาที่มีการเติมของเหลวเข้าถัง ก็ต้องมีการระบายแก๊สที่อยู่เหนือผิวของเหลวออกไปให้ทันเวลาเพื่อไม่ให้ความดันในถังเพิ่มสูงเกิน ในทางกลับกันถ้ามีการสูบเอาของเหลวออกจากถังก็ต้องมีแก๊สไหลเข้าถังให้ทันเวลาเพื่อไม่ให้ความดันในถังต่ำกว่าความดันบรรยากาศมากเกินไป

ในกรณีที่เป็นของเหลวที่มีจุดเดือดสูง (หรือความดันไอต่ำ) ก็มักจะทำการติดตั้งท่อระบายอากาศ (ที่เรียกว่า vent) เพื่อให้อากาศเหนือผิวของเหลวไหลออกเวลาที่เติมของเหลวเข้าถัง และให้อากาศภายนอกไหลเข้าถังเวลาที่สูบของเหลวออกจากถัง แต่ถ้าเป็นกรณีของของเหลวความดันไอค่อนข้างสูงและลุกติดไฟได้ ก็อาจใช้การเติมแก๊สเฉื่อย (ปรกติก็ไนโตรเจน) ให้ปกคลุมเหนือผิวของเหลวเอาไว้เพื่อลดการไหลเข้าของอากาศเมื่อสูบของเหลวออกจากถัง และยังอาจมีการติดตั้ง Flame arrestor (เพื่อป้องกันไม่ให้เปลวไฟภายนอกเข้าไปจุดระเบิดแก๊สที่อยูภายในถัง) และ breather valve (เพื่อลดการระบายไอระเหนือผิวของเหลวออกเวลาเติมของเหลวเข้าถัง และลดการไหลเข้าของอากาศเวลาสูบของเหลวออกจากถัง)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเว็บ http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200109.html ของประเทศญี่ปุ่นในหัวข้อเรื่อง "Explosion caused due to heat of adsorption of an adsorption tower used to deodorize a methyl acrylate tank" เป็นเหตุการณ์ที่เกิดเมื่อวันที่ ๙ มีนาคม ค.ศ. ๑๙๗๖ (พ.ศ. ๒๕๑๙) ที่เป็นการระเบิดที่ถังเก็บ methyl acrylate (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

Methyl acrylate (เมทิลอะคลิเลต) เป็นของเหลวที่ติดไฟได้ มีจุดเดือด 80ºC มี flash point ที่ -3ºC ช่วง explosive limit อยู่ที่ 2.8-25% และมีกลิ่นฉุน ดังนั้นเพื่อป้องกันกลิ่นฉุนจากไอระเหยที่ระบายออกมานอกถัง ทางโรงงานจึงได้มีการติดตั้งหอดูดซับ (adsorption tower) ที่บรรจุ active carbon ไว้ภายใน เพื่อดักจับ methyl acrylate ไม่ให้ระบายออกมานอกถังเวลาที่มีการเติมของเหลวเข้าถัง

ถังเก็บของเหลวที่ติดไฟได้ที่มีความดันไอค่อนข้างสูง ที่ว่างเหนือผิวของเหลวมักจะเต็มไปด้วยไอระเหยของสารนั้น เวลาที่เติมของเหลวเข้าถัง ก็จะมีไอระเหยของสารนั้นระบายออกมามาก ในทางกลับกันเวลาที่สูบของเหลวออกจากถัง พอที่ว่างเหนือผิวของเหลวเพิ่มมากขึ้น ความดันเหนือผิวของเหลวลดลง ของเหลวก็จะระเหยกลายเป็นไอมากขึ้น ทำให้อากาศภายนอกที่จะไหลเข้ามานั้นมีไม่มาก ทำให้ส่วนผสมของไอระเหยเหนือผิวของเหลวนั้นสูงกว่า explosion limit จึงมองกันว่าโอกาสที่ส่วนผสมเหนือผิวของเหลวจะเกิดการระเบิดได้จึงต่ำ แต่มันก็มีหลายกรณีเหมือนกันที่มันเกิดระเบิดได้ เช่นเวลาที่ของเหลวมีอุณหภูมิต่ำจึงทำให้ของเหลวระเหยกลายเป็นไอได้ไม่มาก อากาศภายนอกจึงไหลเข้าไปได้มากเวลาสูบของเหลวออก ทำให้ความเข้มข้นของส่วนผสมเหนือผิวของเหลวอยู่ในช่วงของ explosive limit ได้ การป้องกันวิธีหนึ่งที่กระทำกันก็คือการป้อนแก๊สไนโตรเจนเข้าไปชดเชย เพื่อลดการไหลเข้าของอากาศ

การดูดซับ (adsorption) เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ปริมาณความร้อนที่คายออกมาขึ้นอยู่กับความแรงของการดูดซับ (ถ้าจับไว้แรงก็จะคายความร้อนออกมามาก) และถ้าความร้อนที่คายออกมานั้นมีมากเกินไป ก็อาจก่อให้เกิดปัญหากับสารที่ถูกดูดซับเอาไว้หรือตัวสารดูดซับนั้นเองก็ได้

ถังที่เกิดเหตุไม่มีการป้อนไนโตรเจนเข้าไปเพื่อลดการไหลเข้าของอากาศ ทำให้อากาศสามารถเข้ามาสะสมในที่ว่างเหนือผิวของเหลวในถังได้จนมีความเข้มข้นอยู่ในช่วง explosive limit เมื่อมีการเติมของเหลวเข้าถัง ถังมีความจุด1000 m³ แต่ในขณะที่เกิดเหตุมีของเหลวในถังประมาณ 100 m³ เศษ แสดงว่าปริมาตรส่วนที่เป็นไอที่สามารถระเบิดได้ก็มากอยู่ ในวันที่เกิดเหตุนั้นอุณหภูมิของเหลวในถังอยู่ที่ 15ºC (ถังแบบนี้เวลาที่อุณหภูมิอากาศภายนอกเปลี่ยนแปลง ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นก็จะมีการระบายไอระเหยออกจากถัง และถ้าอุณหภูมิลดต่ำลงก็จะมีอากาศไหลเข้าไปในถังได้ โดยไม่จำเป็นต้องมีการถ่ายของเหลวเข้า-ออกจากถัง)

เพื่อที่จะป้องกัน methyl acrylate ไม่ให้ออกมานอกถังจึงทำการผ่านไอระเหยนั้นเข้าหอดูดซับที่บรรจุ active carbon ไว้ภายใน (หอมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 600 mm สูง 4 m) ความร้อนที่คายออกมาจากการดูดซับ methyl acrlate นั้นมากพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ตามมาอีก (ในบทความกล่าวเป็น active carbon เป็นตัวที่ถูกออกซิไดซ์ และปฏิกิริยาการออกซิไดซ์นี้คายความร้อนออกมาอีก) ทำให้อุณหภูมิภายในหอดูดซับสูงจนทำให้ไอระเหยนั้นเกิดการระเบิด และไปทำให้เกิดการระเบิดภายในถังจนฝาถังปลิวออกมา (auto ignition temperature ของ methyl acrylate อยู่ที่ประมาณ 468ºC)

บทความไม่ได้ให้ภาพของหน่วยที่เกิดเหตุ แต่คาดว่าหอดูดซับไม่น่าจะอยู่เหนือฝาถังโดยตรง น่าจะอยู่ข้าง ๆ มากกว่า พอเกิดการระเบิดในหอดูดซับ เปลวไฟที่เกิดจึงวิ่งย้อนเข้าไปในถังเก็บหลักที่มีส่วนผสมที่ระเบิดได้ในปริมาณมาก การระเบิดรุนแรงจึงเกิดขึ้นที่ถังเก็บหลัก ไม่ใช่ที่ตัวหอดูดซับ

การระเบิดจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ปนเปื้อนเบส MO Memoir : Saturday 19 February 2565

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (hydrogen peroxide H₂O₂) ที่ใช้กันทั่วไปมักจะสารละลายในน้ำ ความเข้มข้นของสารละลายขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน สำหรับการใช้งานทั่วไปในครัวเรือน (เช่น ฆ่าเชื้อโรค หรือทำน้ำยาบ้วนปาก) ความเข้มข้นจะอยู่ประมาณ 3-6 %wt (สำหรับการใช้งานงานอย่างเช่นทำน้ำยาบ้วนปาก ต้องนำมาเจือจางให้มีความเข้มข้นต่ำลงอีก) ถ้าเป็นการใช้งานเพื่อเป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรม ความเข้มข้นจะอยู่ที่ระดับ 30 หรือ 35 %wt ขึ้นไป และถ้าใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือองค์ประกอบของเชื้อเพลิง ความเข้มข้นก็จะอยู่ที่ระดับประมาณ 70 %wt ขึ้นไป

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีความเป็นกรดที่แรงกว่าน้ำ (pKa = 11.75 ในขณะที่ของน้ำอยู่ที่ 15.74) ดังนั้นถ้ามีเบสปนอยู่ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะจ่ายโปรตอนให้เบสและกลายเป็น perhydroxyl anion (HOO^-) ซึ่งจะทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวเร็วขึ้น (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ กลไกการสลายตัวของ H₂O₂ ที่เกิดจาก perhydroxyl anion โดย perhydroxyl anion ที่เกิดขึ้นจะเข้าไปจับกับโมเลกุล H₂O₂ อีกโมเลกุลหนึ่ง (รูปกลาง) เกิดการสลายตัวเป็น (รูปขวา) โมเลกุล O₂, H₂O และ hydroxide ion (OH_-) ที่สามารถไปทำให้โมเลกุล H₂O₂ อีกโมเลกุลหนึ่งกลายเป็น perhydroxyl anion ได้อีก ทำให้ปฏิกิริยการสลายตัวดำเนินต่อไปได้เรื่อย ๆ (ภาพจากบทความเรื่อง "The role of perhydroxyl ions in the reaction of hydrogen peroxide", โดย J. Inczedy และ L. Erdey ดาวน์โหลดได้ที่ https://pp.bme.hu/ch/article/download/3609/2714)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ยังคงเป็นเรื่องที่นำมาจาก เอกสาร "Hydrogen peroxide accidents and incidents : What we can learn from History" ที่จัดทำโดย B. Green และคณะ (รูปที่ ๒) โดยเป็นเหตุการณ์การระเบิดของถังโลหะเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ขนาด 300 แกลลอน (บทความนี้เป็นของสหรัฐอเมริกา ดังนั้นแกลลอนในที่นี้คือ US gallon ซึ่งเท่ากับ 3.78 ลิตร ถ้าเป็นของอังกฤษที่เรียก Imperial gallon จะเท่ากับ 4.55 ลิตร ดังนั้นถังใบนี้ก็จะมีขนาดประมาณ 1134 ลิตรหรือ 1 ลูกบาศก์เมตรเศษ)

ถังโลหะดังกล่าวเป็นถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ผ่านการใช้งานแล้วที่ปนเปื้อนเบส (พวกไฮดรอกไซด์ OH^-) โดยสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในถังดังกล่าวผ่านการใช้งานมาแล้วและนำมาเก็บไว้เพื่อรอการเอากลับไปใช้งานใหม่ รายงานไม่ได้กล่าวว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นมีความเข้มข้นเท่าใด คาดว่าในช่วงเวลา ๓ เดือนที่มีการหมุนเวียนใช้งานนั้นคงทำให้เกิดการสะสมของเบสในปริมาณที่มากพอจนทำให้ระบบระบายความดันของถังนั้นระบายความดันไม่ทัน ทำให้ความดันในถึงสูงจนทำให้ตัวถังระเบิด (ระบบระบายความดันดังกล่าวคงออกแบบมาเพื่อระบายแก๊สที่อาจเกิดจากการสลายตัวตามปรกติของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ที่ไม่สามารถรองรับปริมาณแก๊สที่เกิดจากการสลายตัวอย่างรวดเร็วได้)

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์ถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ปนเปื้อนเบสเกิดการระเบิด

ปฏิกิริยาการสลายตัวของ H₂O₂ 2 โมเลกุล กลายเป็น H₂O 2 โมเลกุลและแก๊ส O₂ 1 โมเลกุลนั้นคายความร้อนออกมาประมาณ 2885 kJ/kg ในขณะที่ความร้อนในการทำให้น้ำที่เป็นของเหลวที่จุดเดือดกลายเป็นไอน้ำนั้นต้องการความร้อนประมาณ 2257 kJ/kg ดังนั้นถ้าสารละลาย H₂O₂ มีความเข้มข้นมากพอ ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวจะมากเพียงพอที่จะทำให้น้ำนั้นเดือดกลายเป็นไอได้ ทำให้ความภาชนะบรรจุเพิ่มขึ้นรวดเร็วขึ้นไปอีก

เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์พบเจอกับไม้หมอนรองรางรถไฟ MO Memoir : Saturday 12 February 2565

อุบัติเหตุเดียวกัน แหล่งที่มาของข้อมูลก็มาจากหน่วยงานเดียวกัน แต่พอต่างคนเอามาเขียนย่อแล้ว กลับได้ความหมายที่ไม่ค่อยจะเหมือนกัน เรื่องนี้ทำให้นึกถึงตอนเรียนโท-เอกอยู่ต่างประเทศ ที่อาจารย์ที่ปรึกษามักจะถามเสมอว่า ได้ไปอ่านบทความต้นเรื่องแล้วหรือยัง เพราะบทความที่อ้างต่อ ๆ กันมานั้น มันผิดเพี้ยนมากไปจากเดิมได้ง่าย

เหตุการณ์นี้เกิดที่เมือง Heleana, Montana ประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ ๒ กุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๘๙ (พ.ศ. ๒๕๓๒) เวลาประมาณ ๔.๓๐ น ซึ่งเป็นวันและเวลาที่อากาศหนาวจัด (อุณหภูมิประมาณ -28ºF ถึง -18ºF หรือ -16ºC ถึง -10ºC) โดยขบวนรถไฟขบวนหนึ่งที่ลากตู้บรรจุสารเคมีที่มีทั้ง ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂) เข้มข้น 70%, เม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน (ในตู้ที่อยู่ติดกับตู้บรรทุกไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) และไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (H₃CCH(OH)CH₃) ขณะที่กำลังไต่ขึ้นเนินลาดเอียงนั้น เครื่องทำความร้อนในส่วนของหัวรถจักรมีปัญหา จึงทำให้ต้องหยุดขบวนรถบนทางที่ลาดเอียงนั้น และมีการปลดหัวรถจักรออกจากขบวนรถ และหลังจากที่ปลดหัวรถจักรออกจากตู้ที่ลากมาเสร็จสิ้นแล้ว ระบบเบรคของตู้พ่วงเกิดการคลายตัว (ระบบเบรคทำงานด้วยการใช้แรงดันอากาศ) ทำให้ตู้ลากพ่วงที่เป็นตู้บรรทุกสารเคมีนั้นไหลลงเนินไปชนกับหัวรถจักรที่จอดอยู่ที่ลานจอดด้านล่างของเนิน (ความเร็วในการชนประมาณไว้ว่าอยู่ระหว่าง 24-40 km/hr)

ผลของการชนทำให้ตู้บรรจุสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้รับความเสียหาย เกิดการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ตามด้วยเพลิงไหม้และการระเบิดตามมา

ประเด็นที่จะนำมาเล่าในวันนี้คือเพลิงไหม้และการระเบิดเกิดได้อย่างไร

รูปที่ ๑ นำมาจากเอกสาร "Hydrogen peroxide accidents and incidents : What we can learn from History" จัดทำโดย B. Green และคณะ ในเอกสารนี้กล่าวว่า NTSB (ย่อมาจาก National Transportation Safety Board ของประเทศสหรัฐอเมริกา) เชื่อว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ที่รั่วออกมาเนื่องจากถังบรรจุได้รับความเสียหายจากการชน) ทำปฏิกิริยากับสารปนเปื้อนบนพื้น (บทความใช้คำว่า ground) ทำให้เกิดเพลิงลุกไหม้ ความร้อนจากเปลวไฟทำให้เม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีนในตู้ที่อยู่ติดกันนั้นปล่อยปล่อยสารอินทรีย์ที่ระเหยง่ายออกมา ทำให้เกิดการระเบิดที่รุนแรงเพียงพอที่จะทำให้เกิดการระเบิดครั้งที่สอง

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ในเอกสาร "Hydrogen peroxide accidents and incidents : What we can learn from History" ที่จัดทำโดย B. Green และคณะ

รูปที่ ๒ เป็นคำบรรยายเหตุการณ์ในเอกสาร "Comparison of selected highway and railways accidents to the 10CFR71 hypothetical accident sequence and NRC risk assessments" จัดทำโดย D.J. Ammerman และคณะ ในปีค.ศ. ๒๐๐๓ (พ.ศ. ๒๕๔๖) ในเอกสารนี้กล่าวว่า มีตู้รถที่บรรทุกไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ที่เป็นสารออกซิไดซ์) และไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ ส่วนการระเบิดนั้นเชื่อว่าเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์จากเอกสาร "Comparison of selected highway and railways accidents to the 10CFR71 hypothetical accident sequence and NRC risk assessments" จัดทำโดย D.J. Ammerman และคณะ

รูปที่ ๓ นำมาจากเอกสาร "Forward through the 90s : Selected issues in the transportation by rail of hazardous materials: ที่เป็นรายงานนำเสนอต่อ Senate committee on commerce, science, and transportation and the house committee on energy and commerce ประเทศสหรัฐอเมริกา ในเอกสารนี้กล่าวว่าการชนทำให้ถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทะลุและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เกิดการผสมกับน้ำมันดีเซลที่รั่วไหลออกมา ทำให้เกิดไฟลุกไหม้และการระเบิด

รูปที่ ๓ คำบรรยายเหตุการณ์จากเอกสาร "Forward through the 90s : Selected issues in the transportation by rail of hazardous materials:

สามบทความนี้ให้สาเหตุการเกิดเพลิงไหม้และการระเบิดที่แตกต่างกัน บทความแรกกล่าวว่าเพลิงลุกไหม้เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และสิ่งปนเปื้อนบนพื้น (ไม่มีการระบุ) บทความที่สองบอกว่าการระเบิดเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน แต่มีการกล่าวถึงไอโซโพรพานอลด้วย (กล่าวมาทำไม) ส่วนบทความที่สามบอกว่าเพลิงลุกไหม้เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับน้ำมันดีเซลที่รั่วไหลออกมา

ทีนี้ลองมาดูสิ่งที่เขียนไว้ในรายงานของ NTSB ในหน้า ๖๓ ที่เป็นการวิเคราะห์กลไกการเกิดระเบิดดูบ้าง น่าเสียดายที่รายงานฉบับที่ NTSB เปิดให้ดาวน์โหลดนี้รูปภาพไม่ชัดเจน แต่ภาพหลังการชนกันนั้นมีทั้งตู้บรรทุกที่อยู่บนรางและตกรางโดยวางขวางกับราง และดูเหมือนว่าจะมีการปีนก่ายกันด้วย โดยตู้ที่บรรทุกไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นขึ้นไปเกยก่ายอยู่บนตู้ที่บรรทุกเม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน โดยไปอยู่เหนือบริเวณช่องสำหรับบรรจุเม็ดพลาสติกที่ถูกปิดอยู่ (ภาษาอังกฤษใช้คำว่า covered hopper ซึ่งน่าจะเปิดออกหรือได้รับความเสียหายจนของเหลวสามารถรั่วไหลเข้าไปภายในได้หลังการชน)

รูปที่ ๔ คำบรรยายเหตุการณ์ในเอกสารการสอบสวนของ NTSB "Collision and derailment of Montana rail link freight train with locomotive units and hazardous materials release. Helena, Montana, February 2, 1989" ดาวน์โหลดได้ที่ https://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Reports/RAR8905.pdf

ด้วยการที่ถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้รับความเสียหายจนของเหลวภายในรั่วไหลออกมา โดยเชื่อว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์บางส่วนได้รั่วไหลเข้าไปในตู้ที่บรรทุกเม็ดพลาสติกและอีกส่วนได้ตกลงไปบนพื้น รายงานกล่าวว่าเปลวไฟน่าจะเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 70% กับ "ไม้" หมอนรองรางรถไฟที่ได้รับการปรับสภาพด้วยน้ำยาพวก "creosote-coal tar solution" (ไม่มีการกล่าวถึงน้ำมันดีเซล) ทำให้เกิดเพลิงลุกไหม้ลนบริเวณช่องบรรจุเม็ดพลาสติก ทำให้เม็ดพลาสติกหลอมเหลวและปลดปล่อยไอสารเคมีออกมาจนมีความเข้มข้นมากพอที่เกิดการระเบิดได้

ตรงนี้ของแทรกข้อมูลเพิ่มนิดนึง หมอนรองรางรถไฟหรือที่เราเรียกกันว่า "ไม้หมอน" นั้นปัจจุบันมีทั้งที่ยังคงเป็นไม้ เป็นคอนกรีต คอนกรีตร่วมกับเหล็ก และเป็นเหล็ก ในบ้านเราช่วงหลังก็เห็นใช้แต่หมอนคอนกรีตกันหมดแล้ว หมอนรองรางรถไฟนี้ใน wikipedia กล่าวว่าถ้าเป็นอเมริกันจะเรียกว่า "crosstie" ถ้าเป็นแคนาดาจะเรียก "railway tie" และถ้าเป็นอังกฤษจะเรียก "railway sleeper"

พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (High Density Polyethylene หรือ HDPE) นั้นทนต่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สามารถใช้ทำถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้อย่างปลอดภัย ในขณะที่พอลิโพรพิลีน (Polypropylene หรือ PP) และพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (Low Density Polyethylene หรือ LDPE) ไม่ทนต่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ทั้งนี้เป็นเพราะพอลิเมอร์สองตัวหลังนี้มีจำนวนอะตอม C ที่เป็น tertiary carbon atom มาก และอะตอม H ของอะตอม C ตัวนี้ว่องไวในการทำปฏิกิริยา จึงทำให้สายโซ่พอลิเมอร์ถูกตัดออกเป็นสายโซ่สั้น ๆ ได้ง่าย (ไม่ใช่การเกิดเพลิงลุกไหม้)

ส่วนเรื่องที่ว่าไม้ที่ได้รับการปรับสภาพด้วยน้ำยา "creosote-coal tar solution" ที่เป็นน้ำยารักษาเนื้อไม้นั้นสามารถลุกติดไฟได้ง่ายเมื่อเจอกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูง ก็เคยเล่าไว้ครั้งหนึ่งแล้วในบทความเรื่อง "เพลิงไหม้พาเลทไม้จากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂)" เมื่อวันเสาร์ที่ ๑ มกราคม ๒๕๖๕ ที่ผ่านมา

การระเบิดเกิดขึ้นสองครั้งด้วยกัน โดยเริ่มจากเพลิงที่ลุกไหม้ลนบริเวณช่องบรรจุเม็ดพลาสติกนั้น ทำให้เม็ดพลาสติกหลอมและปลดปล่อยสารอินทรีย์ที่เป็นไอระเหยออกมา (ในขณะเดียวกันความร้อนที่เกิดก็น่าจะทำให้ไฮโดนเจนเปอร์ออกไซด์ที่รั่วเข้าไปในถังบรรจุเม็ดพลาสติกนั้นสลายตัวและให้แก๊สออกซิเจนออกมาด้วย) เมื่อไอสารอินทรีย์สะสมจนมีปริมาณมากพอก็ทำให้เกิดการระเบิดขึ้น (ในรายงานเรียกว่าเป็น vapour phase explosion) การระเบิดครั้งแรกนี้รุนแรงมากพอที่จะทำให้เกิดการระเบิดครั้งที่สอง (ที่ในรายงานเรียกว่าเป็น condensed phase explosion) ที่รุนแรงกว่าที่เกิดจากสารผสมระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเม็ดพลาสติกหลอมเหลวที่อยู่อยู่ในตัวรถ ทำให้ตัวรถฉีกขาดกระจายไปทั่ว

หมายเหตุ : ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นออกซิเจนสูง แม้แต่สารที่ลุกติดไฟได้ยากก็จะลุกติดไฟได้ง่ายมากขึ้น และยังสามารถเกิดการระเบิดได้ง่ายมากขึ้นด้วย ซึ่งในเหตุการณ์นี้การระเบิดที่รุนแรงครั้งที่สองน่าจะเกิดจากแก๊สออกซิเจนที่เกิดจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นสะสมอยู่ในถังบรรจุเม็ดพลาสติกจนมีความเข้มข้นสูงมาก จึงทำให้แทนที่เม็ดพลาสติกจะลุกไหม้ก็กลับกลายเป็นการระเบิดแทน

ในย่อหน้าแรกของรูปที่ ๔ รายงานใช้คำว่า "most likely" คือไม่ได้ฟังธงลงไปว่าไม่มีความเป็นไปได้อย่างอื่นอีก เพียงแต่สภาพที่เกิดเหตุและข้อมูลในอดีตที่เคยมีมานั้น บ่งบอกว่าสถานการณ์นี้มีความเป็นไปได้มากที่สุด และเข้ากับข้อมูลจากพยานบุคคลในที่เกิดเหตุและความเสียหายที่เกิดขึ้น

ณ จุดนี้ก็คงจะเห็นแล้วว่าการไปอ่านตัวบทความต้นฉบับนั้นสำคัญอย่างไร

กราฟการไทเทรตกรดไฮโปคลอรัส (HOCl) MO Memoir : Saturday 5 February 2565

ช่วงแรกที่โควิด-19 กำลังระบาด พวกน้ำยาฆ่าเชื้อโรคขาดตลาดกันเป็นแถว แต่บ้านเรายังโชคดีที่มีกำลังการผลิตเอทานอลสูงที่ใช้ในการผลิตแก๊สโซฮอล์ แต่ก็ต้องใช้เวลาสักพักในการเปลี่ยนเอทานอลเหล่านี้มาเป็นเอทานอลเกรดคุณภาพทางการแพทย์ ในช่วงเวลานั้นผลิตภัณฑ์อื่นที่มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อแต่ไม่ได้ขายในรูปของผลิตภัณฑ์ฆ่าเชื้อก็พลอยขาดตลาดไปด้วย นั่นก็คือน้ำยาซักผ้าขาวที่ทำจากโซเดียมไฮโปคอลไรต์ (NaOCl) ที่เป็นเกลือของกรดไฮโปคลอรัส (Hypochlorous HOCl) 

 

รูปที่ ๑ ตัวอย่างกรดไฮโปคลอรัสที่นำมาทดสอบและเครื่อง autotitrator ที่ใฃ้ไทเทรต

สัปดาห์ที่แล้วได้มีผู้ใจดีนำของขวัญปีใหม่มาให้ด้วยตนเอง (ก็ไม่รู้ว่าเป็นปีใหม่ไทยหรือปีใหม่จีน) สิ่งที่ได้มาก็คือน้ำยาฆ่าเชื้อที่ทำจากกรดไฮโปคลอรัส สูตรนี้ผู้เอามาให้บอกว่าผลิตด้วยกระบวนการแยกเกลือสินเธาว์ (ก็เกลือแกงหรือ sodium chloride NaCl นั่นแหละ เพียงแต่ว่าถ้าเป็นเกลือจากบ่อเกลือใต้ดินมันจะมีความบริสุทธิ์ที่สูงกว่าที่ได้จากน้ำทะเล) บังเอิญช่วงเวลานี้ก็ทำการทดลองที่เกี่ยวข้องกับการหาความเข้มข้นของกรดอยู่พอดี ก็เลยถือโอกาสเอาของขวัญที่ได้มานั้นมาทดลองวัดค่าความเข้มข้นของกรดดูเสียหน่อยด้วยการไทเทรตกับสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.4699 mol/l ด้วยเครื่อง autotitrator (รูปที่ ๑)

ก่อนอื่นลองดูกราฟการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของสารละลายกรดไฮโปคลอรัสที่ได้จากการคำนวณก่อน ค่า pKa ของกรดมีค่าประมาณ 7.53 จะเห็นว่าค่า pH ที่จุดสมมูลมีค่าประมาณ 9.4 (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ กราฟผลการคำนวณการเปลี่ยนแปลงค่า pH เมื่อทำการไทเทรตสารละลายกรดไฮโปคลอรัสเข้มข้น 0.0025 mol/l ปริมาตร 40 ml ด้วยสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.4699 mol/l

รูปที่ ๓ กราฟการเปลี่ยนแปลงค่า pH เมื่อทำการไทเทรตหาความเข้มข้นสารละลายกรดไฮโปคลอรัสปริมาตร 35-40 ml ด้วยสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.4699 mol/l

ตอนแรกก็ไม่ได้ตั้งใจว่าจะทำการไทเทรต เพียงแค่อยากรู้ว่าค่า pH มันมีค่าเท่าไร ก็เลยเอาสารละลายในขวดเทลงบีกเกอร์ของเครื่อง autotitrator แบบคร่าว ๆ คือประมาณ 35-40 ml วัดค่า pH ออกมาได้ 5.29 หลังจากปรึกษากันอยู่สักพักว่าจะไทเทรตดีหรือไม่ (เพราะใช้สารละลาย NaOH เข้มข้นสูงอยู่เหมือนกัน) ก็ตัดสินใจลองดู โดยตั้งให้เคริ่องค่อย ๆ ป้อนสารละลาย NaOH ทีละน้อย ๆ ผลการไทเทรตก็แสดงไว้ในรูปที่ ๓ จะเห็นว่าจุดสมมูลอยู่ที่ค่า pH ประมาณเดียวกัน

รูปที่ ๔ เอกสารคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อของกรดไฮโปคลอรัส

ปริมาตรเบสที่ใช้ไปคือ 0.202 ml เนื่องจากไม่ได้ทำการวัดปริมาณที่เที่ยงตรงของตัวอย่างที่นำมาไทเทรต รู้แต่ว่าอยู่ระหว่าง 35-40 ml ก็เลยต้องใช้ตัวเลขสองตัวนี้คำนวณคาขอบเขตบนและขอบเขตล่างของความเข้มข้นของตัวอย่าง ซึ่งก็ได้ว่าความเข้มข้นของกรดไฮโปคลอรัสของตัวอย่างนั้นมีค่าประมาณ 0.0024 - 0.0027 mol/l และเมื่อคูณด้วยน้ำหนักโมเลกุลของ HOCl คือ 52.46 g/mol ก็จะได้ความเข้มข้น 0.1259 - 0.1416 g/l หรือประมาณ 125.9 - 141.6 ppm (สารละลายเจือจางในน้ำสามารถเปลี่ยนจากหน่วย g/l มาเป็น ppm (ส่วนในล้านส่วน) ได้ด้วยการเปลี่ยนหน่วยน้ำหนักให้เป็นมิลลิกรัม ซึ่งหน่วย mg/l จะเท่ากับ ppm)

รูปที่ ๔ เป็นข้อมูลที่เผยแพร่โดยกรมควบคุมมลพิษ ที่ระบุความเข้มข้นของกรดไฮโปคลอรัสที่เหมาะสมสำหรับงานต่าง ๆ ในกรณีของการฆ่าเชื้อในน้ำ (เช่นน้ำประปาที่จะเอามาบริโภค) ความเข้มข้นที่ใช้ควรมีค่าประมาณ 1 - 2 ppm แต่ไม่ควรเกิน 4 ppm ถ้าเป็นการฆ่าเชื้อบนอาหารควรใช้ความเข้มข้นระหว่าง 20 - 30 ppm แต่ไม่ควรเกิน 60 ppm และถ้าเป็นการฆ่าเชื้อบนพื้นผิวความเข้มข้นที่ใช้ก็ไม่ควรเกิน 200 ppm ดังนั้นของขวัญที่ได้มานั้นก็จัดว่ามีความเข้มข้นของกรดที่เหมาะสมสำหรับการฆ่าเชื้อบนพื้นผิวต่าง ๆ แต่สูงเกินไปสำหรับการฉีดพ่นลงอาหาร แต่นี่ก็จะเพียงพอที่จะทำให้คนที่เอามาให้สบายใจ เพราะก่อนหน้านั้นได้เอากระดาษ universal indicator paper มาวัดค่า pH แล้วมันอ่านค่าไม่ได้

นี่กะว่าเดือนหน้าจะเอามาวิเคราะห์ใหม่อีกครั้ง จะได้ดูว่ามันมีการสลายตัวไปมากน้อยเพียงใด