การระเบิดหลังการเปิดใบพัดกวน (Naphtha vaporisation) MO Memoir : Wednesday 4 January 2566

เรื่อง "การระเบิดหลังการเปิดใบพัดกวน" ๓ เรื่องแรกที่เล่าไปก่อนหน้านี้เป็นเหตุการณ์ที่เกิดในประเทศญี่ปุ่นเมื่อปีค.ศ. ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓) และปีค.ศ. ๑๙๗๓ (พ.ศ. ๒๕๑๖) มาวันนี้เป็นเหตุการณ์ที่เกิดในประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ ๘ เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๑ (พ.ศ. ๒๕๖๔) แม้ว่าเรื่องในวันนี้จะเกิดหลังจากเรื่องที่เล่าไปก่อนหน้าถึง ๕๐ ปี แต่รูปแบบการเกิดก็เหมือนกัน คือหลังจากที่เดิมสารเข้า reactor ไปแล้ว โอเปอร์เรเตอร์พบว่าใบพัดกวนปิดอยู่ ก็เลยเปิดการทำงานของใบพัดกวน ทำให้เกิดไอระเหยของเชื้อเพลิงรั่วไหลออกมาจาก reactor ก่อนที่จะเกิดการระเบิดตามมา

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ (รวมทั้งรูปที่นำมาประกอบ) นำมาจากรายงาน Investigation Update, December 2022 เหตุการณ์ "Flammable Vapor Release, Explosion, and Fire at Yenkin-Majestic" จัดทำโดย U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board (ที่ย่อว่า CSB) โดยเป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่โรงงาน Yenkin-Majestic OPC Polymers resing plant มลรัฐ Ohio ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ ๘ เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๑ (พ.ศ. ๒๕๖๔) ที่ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๑ รายและบาดเจ็บอีก ๘ ราย (รูปที่ ๑) รายละเอียดเพิ่มเติมของโรงงานและเหตุการณ์นี้สามารถหาอ่านได้ในรายงานดังกล่าว โดยในที่นี้จะคัดมาเฉพาะส่วนที่เกี่ยวข้องกับการเปิดใบพัดกวน

รูปที่ ๑ สภาพภายนอกของโรงงานภายหลังการระเบิด

หน่วยที่เกิดเหตุคือส่วนผลิตเรซิน (Resin) "เรซิน" ในที่นี้คือของเหลวที่ใช้สำหรับเคลือบผิว โดยจะนำสารตั้งต้นมาผสมกันใน reactor ที่เรียกว่า "kettle" สารตั้งต้นที่เป็นของแข็งจะใช้การเทผ่าน Manway ลงไปใน kettle โดยในระหว่างการผสมจะมีการให้ความร้อน (ด้วยไอน้ำหรือเปลวไฟ) เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาและละลายส่วนผสมต่าง ๆ ให้เป็นเนื้อเดียวกัน (รูปที่ ๒) สารละลายที่ได้ค่อนข้างจะมีความหนืดสูงอยู่

รูปที่ ๒ โครงสร้างของ kettle

กระบวนการผลิตเป็นแบบกะ (batch) คือผสมเสร็จก็ถ่ายผลิตภัณฑ์ที่ได้ออกไป แล้วก็เติมส่วนผสมสำหรับการผลิตสารตัวถัดไป ในการผลิตนั้น หลังจากที่เติมวัตถุดิบต่าง ๆ เข้าไปผสมในถังพร้อมทั้งทำการปั่นกวนและให้ความร้อน จนกระทั่งปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์ (มีการเก็บตัวอย่างไปวิเคราะห์ทุก ๑๕-๒๐ นาที) การผสมกระทำที่ความดันบรรยากาศหรือใกล้ความดันบรรยากาศ โดยเมื่อทำปฏิกิริยาเสร็จ โอเปอร์เรเตอร์ก็จะกดปุ่ม "Batch Done" ซึ่งจะทำการหยุดการให้ความร้อนแก่ kettle และเริ่มทำการป้อนน้ำหล่อเย็นเพื่อลดอุณหภูมิสารผสม

ในระหว่างการลดอุณหภูมิสารผสม จะมีการฉีดตัวทำละลายลงไปจากทางด้านบน (Solvent Spray Heads ในรูปที่ ๒) ตัวทำละลายที่ฉีดลงไปทำหน้าที่ช่วยระบายความร้อน (ด้วยการระเหยกลายเป็นไอ) และลดความหนืดของสารผสมในถัง (เพื่อให้ง่ายต่อการส่งต่อทางท่อ) ตัวทำละลายที่ใช้คือ varnish maker และ painter's naphtha (ในรายงานย่อว่า VM&P) ทั้งสองตัวเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวในช่วง light naphtha (ช่วงน้ำมันเบนซิน) ที่มีอุณหภูมิจุดเดือดในช่วงระหว่าง 129-144ºC (ในรายงานบอกเป็นองศาฟาเรนไฮต์คือ 264-291ºF) (จุดเดือดของ octane C₈H₁₈ อยู่ที่ประมาณ 125ºC จุดเดือดของ nonane C₉H₂₀ อยู่ที่ประมาณ 151ºC) ไอระเหยของตัวทำละลายนี้หนักกว่าอากาศประมาณ 4 เท่า

เหตุการณ์ในคืนที่เกิดเหตุ โอเปอร์เรเตอร์ A ที่ทำหน้าที่ดูแล kettle หมายเลข 3 ได้เข้ามาเก็บตัวอย่างเพื่อนำไปวิเคราะห์ว่าปฏิกิริยาสิ้นสุดหรือยัง โดยในขณะที่เข้ามาเก็บตัวอย่างนี้ใบพัดกวนยังทำงาน และโอเปอร์เรเตอร์ A คนเดิมก็กลับเข้ามากดปุ่ม "Batch Done" ให้กับ kettle หมายเลข 3 เมื่อเวลาประมาณ ๒๒.๓๓ น (ข้อมูลที่ระบบบันทึกไว้ระบุว่าใบพัดกวนหยุดทำงานเวลาประมาณ ๒๒.๒๒ น ซึ่งเป็นช่วงเวลาหลังจากที่โอเปอร์เรเตอร์ A นำตัวอย่างไปวิเคราะห์และก่อนที่จะกลับเข้ามากดปุ่ม "Batch Done" ซึ่งตรงนี้ก็สงสัยว่าเมื่อใบพัดกวนหยุดทำงาน มีสัญญาณเตือนหรือไม่) และเริ่มการลดอุณหภูมิสารใน kettle โดยเมื่อเวลา ๒๓.๐๖ น เริ่มการฉีดพ่นตัวทำละลายลงไป 300 แกลลอน (ประมาณ 1136 ลิตร) ด้วยอัตราคงที่นาน 26 นาที โดยในขณะนี้อุณหภูมิใน kettle อยู่ที่ประมาณ 430ºF (221ºC) ในขณะที่ตัวทำละลายที่ฉีดลงไปมีอุณหภูมิประมาณ 70ºF (21ºC) และต้องลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่า 325ºF (163ºC) ก่อนจึงจะถ่ายสารออกจาก kettle ได้

พิจารณาจากอุณหภูมิของสารที่ต้องการลดลงให้เหลือ (163ºC) ที่สูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของตัวทำละลาย (ประมาณ 144ºC) แล้ว แสดงว่าการฉีดตัวทำละลายในครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการลดอุณหภูมิเป็นหลักโดยใช้การระเหยของตัวทำละลายที่ฉีดเข้าไป (ความร้อนแฝงของการระเหยกลายเป็นไอมีค่าสูง ดังนั้นปริมาณความร้อนที่ดึงออกได้ต่อหน่วยน้ำหนักตัวทำละลายที่ใช้จึงมีค่าสูง) ในกรณีที่มีการปั่นกวนใน kettle ของเหลวด้านบนใน kettle ที่เย็นตัวลงจะถูกหมุนเวียนลงล่างและของเหลวด้านล่างที่ร้อนจะไหลหมุนเวียนมาด้านบนและสามารถถ่ายเทความร้อนให้กับตัวทำละลายได้ แต่ถ้าไม่มีการปั่นกวน ของเหลวด้านบนที่เย็นตัวลงก็อาจจะกลายเป็นของแข็งหรือเป็นชั้นของเหลวโดยมีอุณหภูมิที่ผิวบนต่ำกว่าจุดเดือดของตัวทำละลาย ดังนั้นตัวทำละลายที่ฉีดลงมาภายหลังจะไม่เกิดการระเหย และลอยอยู่บนชั้นสารใน kettle ในรายงานกล่าวไว้ว่าพิจารณาจากขนาดของ kettle (3000 แกลลอน) และปริมาณตัวทำละลายที่ฉีดเข้าไป คาดว่ามีชั้นตัวทำละลายที่เป็นของเหลวหนา 9-10 นิ้วอยู่บนผิวเรซินใน kettle

รูปที่ ๓ ไอระเหยของตัวทำละลายแพร่ออกจากทาง man way (ตรงลูกศรสีแดง) จากรูปที่ 1 ถึง 4 ใช้เวลาเพียงแค่ 6 วินาที หน้าแปลนสีน้ำเงินที่ลูกศรสีน้ำเงินชี้เป็นช่องที่ทำขึ้นตรงกลางฝา man way อีกที

การฉีดพ่นตัวทำละลายเสร็จสิ้นประมาณ ๒๓.๓๒ น และเวลาประมาณเที่ยงคืน ค่าอุณหภูมิภายใน kettle ที่ระบบบันทึกเอาไว้คือ 424ºF (ประมาณ 218ºC) หรือเย็นตัวลงเพียงเล็กน้อย 3ºC เท่านั้นเอง ในเวลานี้โอเปอร์เรเตอร์ A จึงทำการมองผ่าน glass window ของ man way เข้าไปใน kettle และพบว่าใบพัดกวนหยุดทำงาน (ตรงนี้ก็มีประเด็นที่น่าสนใจก็คือ เสียงในโรงงานดังแค่ไหน เสียงการทำงานของมอเตอร์ดังแค่ไหน ทำไมโอเปอร์เรเตอร์จึงไม่สามารถรู้ได้ว่าใบพัดกวนหยุดทำงานโดยอิงจากเสียงการทำงานของมอเตอร์ที่หายไป) เขาจึงได้เปิดการทำงานของใบพัดกวน รายงานไม่ได้บอกว่าโอเปอร์เรเตอร์สงสัยว่าใบพัดกวนหยุดทำงานโดยดูจากอุณหภูมิที่ไม่ลดลง หรือรู้โดยบังเอิญจากการมองเข้าไปข้างใน kettle

เมื่อเริ่มเปิดการทำงานใบพัดกวน เรซินร้อนที่อยู่ชั้นล่างที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดิอดของตัวทำละลายก็ไหลเวียนมาถ่ายเทความร้อนให้กับตัวทำละลายที่อยู่ผิวบน ทำให้ตัวทำละลายเดิอดกลายเป็นไออย่างรวดเร็ว ทำให้ความดันใน kettle สูงจน alarm ส่งสัญญาณเตือนใน 15 วินาทีถัดมา ก่อนที่จะเกิดการรั่วไหลออกทาง man way อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะเห็นได้จากรูปที่ ๓ ที่แสดงการรั่วไหลออกจาก man way ในช่วงเวลาเพียงแค่ 6 วินาที ทำให้โอเปอร์เรเตอร์ A ไม่สามารถกลับเข้าไปปิดการทำงานของใบพัดกวนได้ (แสดงว่าหลังเปิดการทำงานของใบพัดกวน โอเปอร์เรเตอร์ A ได้ออกจากบริเวณติดตั้งสวิตช์ควบคุม จนกระทั่งสัญญาณเตือนดังและเห็นไอตัวทำละลายรั่วไหลออกมา จึงได้พยายามเข้าไปปิด แต่ไม่สำเร็จ)

รูปที่ ๔ ไอระเหยของตัวทำละลายที่ไหลลงชั้นล่าง ก่อนที่จะเกิดการระเบิด (ภาพจากกล้องวงจรปิด)

ภาพจากกล้องวงจรปิดแสดงให้เห็นว่าโอเปอร์เรเตอร์ A และโอเปอร์เรเตอร์ B (คนที่เข้าไปช่วยพาโอเปอร์เรเตอร์ A ออกจากบริเวณเกิดเหตุ) หนีออกจากอาคารเกิดเหตุเมื่อเวลาประมาณ ๐๐.๐๓.๕๐ น หรือประมาณ 30 วินาทีก่อนการระเบิด จากการนับจำนวนพนักงานพบว่าหายไป ๓ ราย ซึ่งต่อมาพบ ๒ รายได้รับบาดเจ็บติดอยู่ใต้ซากอาคาร และรายที่ ๓ พบว่าเสียชีวิตอยู่ภายใต้ซากอาคาร

รูปที่ ๖ พึงสังเกตความหนาของฝาปิด man way ที่ไม่ได้ออกแบบมารับความดัน ดังนั้นเมื่อความดันสูงขึ้นเล็กน้อยฝาก็สามารถเผยอออก ทำให้แก๊สข้างในรั่วไหลออกมาได้ รูปนี้ถ่ายไว้ก่อนเกิดเหตุไม่กี่เดือน