Fluid Catalytic cracking (FCC) เป็นกระบวนการที่ทำให้ไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่ (เช่นระดับน้ำมันเตา) แตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง (อยู่ในช่วงน้ำมันเบนซินและดีเซล) เพื่อสนองความต้องการของตลาด แต่ในกระบวนการนี้จะเกิดไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลเล็กระดับ C3 และ C4 (ทั้งอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว) ที่เป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นเพื่อที่จะเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ทีเป็นแก๊สเหล่านี้ให้กลายเป็นของเหลว จำเป็นต้องเอาโมเลกุลเล็ก ๆ เหล่านี้มาต่อเข้าด้วยกันให้เป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น (ระดับ C7 และ C8) และด้วยผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการต่อโมเลกุลมีโครงสร้างเป็นแบบโซ่กิ่ง จึงมีเลขออกเทนสูง เหมาะสำหรับการนำไปผสมกับน้ำมันเบนซินเพื่อเพิ่มเลขออกเทน
การต่อโมเลกุลเล็ก ๆ เหล่านี้เข้าด้วยกันใช้กระบวนการที่เรียกว่า Alkylation process ที่นำเอาโอเลฟินส์โมเลกุลเล็ก (C3 และ C4) มาทำปฏิกิริยากับ isobutane โดยมีกรดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา กรดสองตัวหลักที่ใช้กันคือกรดไฮโดรฟลูออริก (Hydrofluoric HF) และกรดกำมะถัน (Sulphuric acid H2SO4) รูปที่ ๑ ข้างล่างเป็นตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการ Sulphuric acid alkylation
เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากรายงานการสอบสวนของ U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board เป็นกรณีของการระเบิดที่ถังเก็บกรดกำมะถัน (ที่ใช้ในกระบวนการ alkylation) ในขณะที่ทำการซ่อมแซมทางเดินเชื่อมต่อระหว่างด้านบนของถัง (catwalk) โดยเหตุการณ์ดังกล่าวเกิดที่โรงกลั่นน้ำมัน Delaware City Refinery เมื่อวันที่ ๑๗ กรกฎาคม ค.ศ. ๒๐๐๑ (พ.ศ. ๒๕๔๔) ส่งผลให้มีผู้เสียชีวิต ๑ รายและบาดเจ็บอีก ๘ ราย
เหล็ก Carbon steel ทำปฏิกิริยากับกรดกำมะถันได้แก๊สไฮโดรเจนและสารประกอบ FeSO4 ในกรณีของกรดกำมะถันเข้มข้น (98% หรือมากกว่า) FeSO4 ที่เกิดขึ้นจะทำหน้าที่เป็นชั้นฟิล์มขวางกั้นไม่ให้เนื้อโลหะทำปฏิกิริยากับกรดกำมะถันได้ง่าย การกัดกร่อนก็จะช้าลง แต่ถ้ามีอะไรก็ตามที่ทำให้ชั้นฟิล์ม FeSO4 บนผิวเหล็กนี้หลุดออกไป เช่นการไหลแบบปั่นป่วนบริเวณผิวโลหะ หรือการมีน้ำในกรดกำมะถันมากขึ้นที่ทำให้ FeSO4 ละลายออก ผิวเหล็กถูกกัดกร่อนต่อไปอีก
Tank หมายเลข 393 ที่เกิดการระเบิด (ดูรูปที่ ๒ ประกอบ) เดิมออกแบบมาเพื่อเก็บกรดกำมะถันเข้มข้นที่จะส่งไปทำปฏิกิริยา (ความเข้มข้นประมาณ 99%) ต่อมาถูกเปลี่ยนให้มาทำหน้าที่เก็บกรดกำมะถันที่ผ่านการใช้งานแล้ว กรดใช้งานแล้วมีความเข้มข้นเหลือประมาณ 88-95% และน้ำอีกประมาณ 5% โดยส่วนที่เหลือจะเป็นไฮโดรคาร์บอนเบาที่ระเหยได้ง่าย ดังนั้นจากสภาพถังเดิมที่มีความเสี่ยงต่อการระเบิดต่ำ (เพราะไม่มีไฮโดรคาร์บอนอยู่ในถัง) กลายเป็นมีความเสี่ยงที่สูงขึ้น ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการระเบิดในถัง จึงได้ทำการติดตั้ง PV valve (ย่อมาจาก Pressure-Vacuum valve หรืออีกชื่อคือ Breather valve) และ Flame arrester
นอกจากนี้ยังได้พยายามป้องกันไม่ให้อากาศภายนอกเข้าไปในถังด้วยการป้อนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ แต่การป้อนแก๊สเข้า Tank 393 นี้ไม่ได้มีการเดินท่อถาวรป้อนแก๊สเข้าไปเหมือนถังอื่น แต่ใช้การต่อสายยางขนาด 3/4 นิ้วแล้วแหย่เข้าไปในช่องเปิดช่องหนึ่งที่มีอยู่บนฝาถัง การเดินสายยางที่เดิมคาดว่าจะเป็นแบบชั่วคราวกลับกลายเป็นแบบถาวร และด้วยการที่สายยางมีขนาดเล็ก มีโอกาสที่จะเกิดการพับ และมีความยาว ทำให้การไหลของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ไม่เพียงพอที่จะป้องกันไม่ให้อากาศเข้าไปในถัง (รูปที่ ๓)
นอกจากนี้การวัดระดับของเหลวในถังยังใช้ชนิด bubble type ที่วัดความดันที่ต้องใช้ในการอัดอากาศให้ไหลออกจากปลายท่อที่จุ่มอยู่ในของเหลวภายในถัง จึงเป็นการป้อนอากาศเข้าไปในถังโดยตรง
รูปที่ ๓ การป้อนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์เข้า Tank 393 ใช้สายยางขนาด 3/4" ต่อจากท่อแก๊สแล้วแหย่เข้าไปทางช่องเปิดช่องหนึ่งที่มีอยู่บนฝาถัง
หลักการทำงานของ Bubble type level measurement จะใช้การอัดแก๊สลงไปตามท่อที่จุ่มอยู่ในของเหลว (โดยปลายท่อจะอยู่สูงกว่าพื้น ณ ระดับความสูงที่กำหนด) และวัดความดันที่ต้องใช้เพื่อทำให้แก๊สไหลออกทางปลายท่อ ถ้าระดับความสูงของของเหลวมาก ก็ต้องใช้ความดันในการอัดที่มาก ถ้าระดับความสูงของของเหลวต่ำ ความดันที่ใช้ก็จะลดต่ำลามไปด้วย ข้อดีของระบบนี้คือมีเฉพาะตัวท่อเท่านั้นที่จุ่มอยู่ในของเหลวในขณะที่ชิ้นส่วนอื่นสามารถติดตั้งอยู่ภายนอก Tank จึงไม่ต้องกังวลว่าชิ้นส่วนเหล่านี้จะได้รับผลกระทบจากสารเคมีในถัง
ถังกรดแต่ละใบมีปัญหาการกัดกร่อนเกิดขึ้นตลอด ซึ่งเห็นได้จากมีการเชื่อมแผ่นเหล็กปิดรูรั่วตามบริเวณต่าง ๆ รอบตัวถัง นอกจากนี้ไอกรดที่ระเหยออกมาจากถังยังทำให้ทางเดินเชื่อม (ที่อยู่ทางด้านบน) ระหว่างถังผุกร่อนไปด้วย ทำให้ต้องได้รับการซ่อมแซม (ความร้อนทำให้กรดกำมะถันสลายตัวเป็นแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3) ได้ ซึ่งเมื่อแก๊สนี้รวมกับความชื้นในอากาศก็จะกลายเป็นกรดกำมะถันใหม่)
จะว่าไปแม้ไม่มีไฮโดรคาร์บอนเข้ามาเกี่ยวข้อง ถังเก็บกรดกำมะถันเข้มข้นก็ยังมีโอกาสเกิดระเบิดได้ถ้าหากไม่มีการระบายแก๊สไฮโดรเจนที่เกิดจากการกัดกร่อนออกไป การระบายแก๊สไฮโดรเจนทำได้ไม่ยากด้วยการมีช่องระบายแก๊ส (vent) อยู่ที่ตำแหน่งบนสุดของถังเพราะแก๊สไฮโดรเจนเป็นแก๊สที่เบา ฟุ้งกระจายออกไปได้ง่าย ประกอบกับการใช้งานปรกติจะไม่มีการเกิดแก๊สไฮโดรเจนมาก แต่ก็เคยอ่านเจอเหมือนกันกรณีการระเบิดที่เกิดจากแก๊สไฮโดรเจนในถังเก็บกรดกำมะถัน นั่นเป็นเพราะตำแหน่งท่อระบายแก๊สไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งสูงสุด แก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจึงสะสมใต้ฝาถังได้ (ในกรณีของถังเก็บกรดกำมะถันเจือจางจะไม่เกิดปัญหาการเกิดแก๊สไฮโดรเจน เพราะเหล็กไม่ทนต่อกรดกำมะถันเจือจาง วัสดุที่ใช้ทำถังจะเป็นวัสดุอื่นเช่นพวกพอลิเมอร์ต่าง ๆ)
ในวันที่เกิดเหตุนั้นคนงานของผู้รับเหมาได้เข้าทำงานเพื่อที่จะตัดเหล็กทางเดินที่ผุที่อยู่เหนือ Tank 393 เมื่อเริ่มการทำงานก็เกิดการระเบิดขึ้นใน Tank 393 แรงระเบิดทำให้ลำตัว Tank 393 ยกสูงขึ้นก่อนที่จะเกิดการฉีกขาดที่บริเวณขอบล่างของถัง ทำให้ตัวถังปลิวตกไปด้านข้าง (รูปที่ ๔ และ ๕) กรดกำมะถันที่อยู่ในถังจึงไหลออกมาสะสมในบริเวณกำแพงที่ล้อมรอบ (dike) กลุ่มของ Tank แต่ก็มีส่วนหนึ่งรั่วไหลล้นออกมาเพราะปริมาตรที่รั่วออกมานั้นมากเกินกว่าที่กำแพงที่ล้อมรอบนั้นจะรับเอาไว้ได้ ส่วนไฮโดรคาร์บอนที่รั่วออกมาก็เกิดการเผาไหม้โดยลอยอยู่บนผิวน้ำกรดที่รั่วออกมา
ถังที่เกิดการระเบิดมีความจุ 415,000 US gal สร้างในปีค.ศ. ๑๙๗๙ (พ.ศ. ๒๕๒๒) และไม่ได้รับการออกแบบให้แนวรอยเชื่อมระหว่างฝาถังกับส่วนลำตัวเป็นจุดอ่อน การฉีกขาดจึงไปเกิดที่แนวรอยเชื่อมที่ก้นถังแทน
สาเหตุของการระเบิดเชื่อว่าเกิดจากประกายไฟที่เกิดจากการตัดเหล็กตกลงไปบนฝาถัง และไปทำให้ไอระเหยของเชื้อเพลิง + อากาศ ที่ระเหยออกมาทางช่องเปิดของถัง (คือฝาถังมีช่องเปิดอื่นนอกเหนือจาก PV valve อีก) เปลวไฟจึงลุกไหม้ย้อนกลับเข้าไปภายในก่อนที่จะเกิดการระเบิด
ในเช้าวันเกิดเหตุเวลาประมาณ ๘.๐๐ น ได้มีการตรวจสอบสภาพอากาศบริเวณรอบสถานที่ทำงาน และตรวจไม่พบไอระเหยของสารไวไฟ แต่ก่อนที่จะเริ่มการทำงานใหม่ในช่วงบ่ายไม่ได้มีการตรวจสอบซ้ำ รายงานกล่าวว่าเป็นไปได้ว่าในช่วงเช้านั้นอากาศยังเย็นอยู่ (อุณหภูมิประมาณ 21.7ºC) แต่ในช่วงบ่ายก่อนเริ่มงานอุณหภูมิอากาศเพิ่มเป็น 29.4ºC อุณหภูมิอากาศที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้มีไฮโดรคาร์บอนระเหยออกมาเพิ่มมากขึ้น ่ และด้วยการที่ไม่ได้มีการตรวจสอบสภาพอากาศบริเวณทำงานใหม่ก่อนเริ่มงานในช่วงบ่าย จึงทำให้เกิดการระเบิดขึ้น (ในความเป็นจริงนั้นควรต้องตรวจสอบเป็นระยะในระหว่างการทำงาน เพื่อให้มั่นใจว่าในระหว่างที่ทำงานอยู่นั้นไม่มีไอระเหยของไฮโดรคาร์บอนออกมามากจนสามารถเกิดระเบิดได้ และบริเวณที่ตรวจสอบนั้นควรครอบคลุมถึงบริเวณที่สะเก็ดไฟที่เกิดจากการทำงานจะกระเด็นไปถึงด้วย)
อีกประเด็นที่มีการกล่าวถึงคือการเปลี่ยนการตัดเหล็กทางเดินจากการใช้เปลวไฟอะเซทิลีนมาเป็น "air carbon gouging" เนื่องจากผู้ทำงานพบว่าเปลวไฟอะเซทิลีนร้อนไม่พอที่จะตัดเหล็กส่วนที่ขึ้นสนิมของทางเดิน เทคนิค air carbon gouging ใช้การเกิดประกายไฟฟ้า (electric arc) ระหว่างขั้วไฟฟ้าคาร์บอนและชิ้นงานโลหะที่ต้องการตัด ความร้อนที่เกิดขึ้นจะทำให้ชิ้นงานโลหะหลอมเหลว จากนั้นจะทำการฉีดพ่นอากาศความดันสูงลงไปเพื่อผลักโลหะหลอมเหลวนั้นออกไป ข้อดีของเทคนิคนี้คือให้ความร้อนที่สูงกว่าเปลวไฟอะเซทิลีน แต่ก็มีข้อเสียคือมีการกระจายของสะเก็ดไฟมากกว่าและออกไปในบริเวณที่กว้างกว่าเนื่องจากใช้กระแสไฟฟ้าที่สูงและความดันแก๊สที่สูง
ในรายงานฉบับเต็มที่ยาวเกือบ ๑๐๐ หน้ายังมีรายละเอียดประเด็นต่าง ๆ อีกหลายเรื่อง ผู้ที่สนใจสามารถไปดาวน์โหลดได้จากหน้าเว็บของ https://www.csb.gov/ ในหัวข้อ completed investigation
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น