เพลิงไหม้และการระเบิดที่ Steam Cracker Unit, Czech Republic 2558 (2015) ตอนที่ ๑ กระบวนการผลิต MO Memoir : Monday 29 January 2567

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Propylene column pressure relief valves chattering resulting in explosion and fire of the Steam Cracker unit" ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Loss Prevention in the Process Industries ฉบับปีค.ศ. ๒๐๒๒ (พ.ศ. ๒๕๖๕) โดยเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่โรงงานโอเลฟินส์แห่งหนึ่งในสาธารณรัฐเช็ก เมื่อวันที่ ๑๓ สิงหาคม ค.ศ. ๒๐๑๕ (พ.ศ. ๒๕๕๘)

รูปที่ ๑ บทความที่นำมาเป็นต้นเรื่องในวันนี้

ถ้าดูตามชื่อเรื่องก็ทำให้คิดว่าสาเหตุหลักเกิดจากการที่วาล์วระบายความดันมีการเปิด-ปิดอย่างรวดเร็วต่อเนื่อง (ที่เรียกว่า "chattering") ทำให้เกิดแรงกระแทกที่ส่งผลให้น็อตที่ยึดหน้าแปลนของตัววาล์วนั้นเกิดการคลายตัว แก๊สก็เลยรั่วออกมาได้ ส่งผลให้เกิดการจุดระเบิดตามมา แต่พอได้อ่านเนื้อหาในบทความ เห็นว่าส่วนหนึ่งน่าจะเป็นเพราะการออกแบบระบบมีปัญหา ทำให้ระบบไม่มีเสถียรภาพเมื่อถูกรบกวนชั่วขณะหนึ่ง ส่งผลให้วาล์วระบายความดันเกิดการ "chattering" อย่างเช่นในเหตุการณ์นี้ที่โอเปอร์เรเตอร์พบว่าลืมเปิดวาล์วน้ำหล่อเย็น ทำให้อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นลดลง แต่พอสามารถทำให้อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นกลับคืนเดิมได้ ก็ไม่สามารถกู้ให้ระบบกลับคืนสู่สภาวะเดิมได้

เนื้อหาในบทความนี้สำหรับคนที่ทำงานทางด้านนี้อยู่แล้วจะสามารถอ่านและทำความเข้าใจได้ง่าย แต่สำหรับผู้ที่กำลังศึกษาอยู่หรือไม่ได้ทำงานทางด้านวิศวกรรมเคมีหรือไม่ได้ทำงานเกี่ยวข้องกับกระบวนการกลั่น ก็อาจมีหลายจุดที่อ่านแล้วไม่เข้าใจความหมาย ก็เลยนำขอมาเขียนแบบขยายความเพิ่มเติม จะได้ถือโอกาสเอาไปใช้ในการสอนนิสิตด้วย

ตอนแรกนี้จะเป็นการแนะนำให้รู้จักกระบวนการผลิตของโรงงานที่เกิดเรื่องก่อน (รูปที่ ๒ และ ๓)

รูปที่ ๒ คำบรรยายกระบวนการผลิตในช่วงเข้า-ออก pyrolysis heater

การผลิตเอทิลีนใช้การให้ความร้อนด้วยเปลวไฟแก่วัตถุดิบที่ไหลอยู่ในท่อ วัตถุดิบอาจเป็นไฮโดรคาร์บอนเบาเช่นอีเทน (ethane C₂H₆) ไปจนถึงน้ำมันหนัก (ระดับน้ำมันดีเซลหรือน้ำมันเตาเบา) อุปกรณ์นี้มีชื่อเรียกว่า "pyrolysis heater" ที่โรงงานมีทั้งสิ้น 10 หน่วยด้วยกัน (BA-101 ถึง BA-110) ซึ่งสร้างตามเทคโนโลยีของบริษัท Lummus ที่มีชื่อว่า SRT III (SRT ย่อมาจาก Short Residence Time) โครงสร้าง pyrolysis heater แบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนล่างที่เป็นส่วนให้ความร้อนด้วยเปลวไฟแก่วัตถุดิบที่ไหลอยู่ในท่อเป็นส่วนที่โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงและได้เอทิลีนออกมา ส่วนนี้เป็นส่วนที่ให้ความร้อนด้วยการแผ่รังสีความร้อน (Radiation section ในรูปที่ ๓)

ที่อุณหภูมิสูง การส่งผ่านพลังงานความร้อนด้วยการแผ่รังสีความร้อนจะมีบทบาทสำคัญมากกว่ากลไกอื่น เพราะการส่งผ่านพลังงานความร้อนด้วยการแผ่รังสีความร้อนแปรผันตามอุณหภูมิยกกำลัง 4 (T⁴ เมื่อ T คืออุณหภูมิ)

แก๊สร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้จะลอยขึ้นทางปล่องด้านบน โดยจะมีการถ่ายเทความร้อนให้กับวัตถุดิบที่ป้อนเข้ามาและน้ำและไอน้ำเพื่อผลิตไอน้ำความดันสูง การให้ความร้อนในส่วนนี้เป็นการถ่ายเทความร้อนจากแก๊สร้อนที่อยู่ภายนอกท่อไปยังของไหลที่เย็นกว่าที่ไหลอยู่ในท่อ (ชื่อส่วนนี้คือ Convection section) ปล่องด้านบนถูกแบ่งออกเป็น 4 ส่วน ส่วนที่หนึ่งที่อยู่ด้านบนสุดจะมีอุณหภูมิต่ำสุด เป็นจุดที่วัตถุดิบที่ป้อนเข้ามาจะรับความร้อนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ และกลับมารับความร้อนใหม่ที่ส่วนที่สี่ที่อยู่ล่างสุดเพื่อเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นไปอีกก่อนที่จะไหลเข้าส่วนที่ให้ความร้อนด้วยการแผ่รังสีความร้อน โดยก่อนที่วัตถุดิบจะไหลเข้าส่วนที่สี่นี้จะมีการผสมไอน้ำเข้าไป

ปฏิกิริยาที่แก๊สโมเลกุลใหญ่แตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงเป็นปฏิกิริยาที่มีจำนวนโมลเพิ่มขึ้น (กล่าวอีกอย่างก็คือทำให้ปริมาตรของแก๊สเพิ่มขึ้น) สมดุลเคมีบ่งบอกว่าปฏิกิริยาแบบนี้จะเกิดได้ดีขึ้นที่สภาวะความดัน (หรือความดันย่อย - partial pressure) ของสารตั้งต้นต่ำ การผสมไอน้ำเข้าไปจะไปช่วยลดความดันย่อยของสารตั้งต้นให้ต่ำลง ทำให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดีขึ้น ในขณะเดียวกันก็ยังสามารถใช้ในการไล่ไฮโดรคาร์บอนที่ตกค้างในท่อออก (ในกรณีที่ต้องการหยุดการป้อนวัตถุดิบ) และช่วยป้องกันความเสียหายของท่อได้ (คือถ้าท่อไม่มีของไหลคอยรับความร้อนอยู่ภายใน ผิวโลหะของท่อก็จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นจนอาจเกิดความเสียหายได้)

รูปที่ ๓ แผนผังกระบวนการผลิตในส่วนของ Pyrolysis heater และ Transfer-Line Exchanger (TLE)

น้ำปราศจากไอออน (Demineralised water หรือ Demin water) จะเข้ามารับความร้อนที่ส่วนที่สอง ก่อนที่จะถูกป้อนไปยัง Transfer Line Exchanger (TLE) เพื่อลดอุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกมาจาก pyrolysis heater ให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว (เพื่อหยุดปฏิกิริยาการสลายตัวของเอทิลีน) และน้ำจะเดือดกลายเป็นไอน้ำความดันสูง ไอน้ำที่ออกมาจาก TLE นี้จะไปรับความร้อนยังส่วนที่สามเพื่อเปลี่ยนสภาพเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam หรือบางทีเรียกว่า "ไอดง") ก่อนจะถูกนำไปใช้ยังส่วนอื่น ๆ ของโรงงานต่อไป

ทางด้านขาออกของ TLE มีการฉีด "Quench oil" เข้าไปเพื่อลดอุณหภูมิแก๊สผลิตภัณฑ์ให้ต่ำลงไปอีกก่อนที่จะไหลไปยังหน่วยถัดไป (ส่วน Quench tower)

วิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงในการลดอุณหภูมิแก๊สร้อนคือการฉีดของเหลว (ที่ระเหยได้) เข้าไปผสมกับแก๊สร้อนนั้นโดยตรง ค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอที่สูงของของเหลวจะทำให้แก๊สร้อนเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว และเร็วกว่าเมื่อเทียบกับการให้แก๊สร้อนถ่ายความร้อนผ่านผนังโลหะไปยังของเหลวที่อยู่อีกฟากหนึ่งเพื่อทำให้ของเหลวนั้นมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ของเหลวที่ฉีดเข้าไปนั้นต้องไม่ไปทำปฏิกิริยาอะไรกับสารที่อยู่ในแก๊สและควรแยกออกมาได้ง่าย

รูปที่ ๔ คำบรรยายรายละเอียดส่วนของ pyrolysis heater

รูปที่ ๔ เป็นคำบรรยายโครงสร้างของ pyrolysis heater ตัวโรงงานประกอบด้วย pyrolysis heater ที่มีรูปแบบการวางท่อแตกต่ากัน 3 รูปแบบคือ รูปแบบ Lummus SRT I จำนวน 1 หน่วย รูปปแบบ Lummus SRT III จำนวน 5 หน่วย และรูปแบบ Technip radiant coil GK-6 จำนวน 4 หน่วย

การจัดวางท่อรูปแบบ Lummus SRT I ประกอบด้วยท่อเดี่ยวจำนวน 4 ท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางคงในในส่วน radiation section การจัดวางท่อรูปแบบ Lummus SRT IIIเริ่มต้นด้วยท่อเดี่ยวจำนวน 4 ท่อที่รับวัตถุดิบเข้ามา จากนั้นท่อเดี่ยว 2 ท่อจะรวมเข้ากับเป็นท่อขนาดกลาง 2 ท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น และสุดท้ายท่อขนาดกลาง 2 ท่อจะรวมกันเป็นท่อใหญ่ 1 ท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ขึ้น ก่อนที่จะออกจากส่วน radiation section ส่วนการจัดวางท่อรูปแบบ GK-6 ประกอบด้วยท่อเดี่ยวจำนวน 6 ท่อในส่วนของ radiation section

การให้ความร้อนในส่วนนี้ หัวเตาที่อยู่ทางด้านล่างของ pyrolysis heater ให้ความร้อนประมาณ 30% ของความร้อนที่ต้องใช้ โดยความร้อนส่วนที่เหลือมาจากหัวเตาที่อยู่ที่ผนังด้านข้าง

รายละเอียดเพิ่มเติมของ pyrolysis heater และการจัดวางท่อรูปแบบ SRT I และ SRT III นี้อ่านเพิ่มเติมได้ในบทความก่อนหน้านี้คือ

"ทำความรู้จัก Fired process heater (ตอนที่ ๓)" (MO Memoir ฉบับวันพุธที่ ๓ กุมภาพันธ์ พ.ศ. ๒๕๕๙)

"ทำความรู้จัก Fired process heater (ตอนที่ ๔)" (MO Memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๔ กุมภาพันธ์ พ.ศ. ๒๕๕๙)

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๔ Pyrolysis and waste heat recovery ภาค ๒" (MO Memoir ฉบับวันอังคารที่ ๑ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๕๙)

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๕ Pyrolysis and waste heat recovery ภาค ๓" (MO Memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที ่๓ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๕๙)

 

รูปที่ ๕ กระบวนการลดอุณหภูมิสารที่ออกจาก pyrolysis heater

ปฏิกิริยาทำให้ไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่แตกออกเป็นเอทิลีนที่มีขนาดโมเลกุลเล็กลงเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน จำเป็นต้องใช้อุณหภูมิในการทำปฏิกิริยาที่สูงเพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้ แต่ถ้าใช้อุณหภูมิที่สูงเกินไปหรืออยู่ที่อุณหภูมิสูงนานเกินไป เอทิลีนที่ได้ก็จะสลายตัวต่อไปเป็นสารอื่น ดังนั้นเมื่อได้เอทิลีนแล้วจึงต้องลดอุณหภูมิแก๊สร้อนที่ออกมาจาก pyrolysis heaterให้เย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว (ดูรูปที่ ๕ ประกอบ) แก๊สที่ออกมาจาก pyrolysis heater มีอุณหภูมิประมาณ 810-850ºC จะไหลเข้าสู่ Transfer Line Exchanger (TLE) ที่มีน้ำความดันสูงเป็นแหล่งรับความร้อน น้ำที่รับความร้อนจะกลายเป็นไอน้ำความดันสูง ส่วนแก๊สร้อนจะมีอุณหภูมิลดเหลือประมาณ 450-550ºC ซึ่งจะถูกทำให้เย็นลงต่อด้วยการฉีด "quench oil" เข้าไป (ในที่นี้คือไฮโดรคาร์บอนเหลวที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงในกระบวนการผลิต)

ส่วนของ pyrolysis heater นี้สามารถตัดแยกระบบออกจากส่วนที่เหลือด้วยวาล์วควบคุมการปิดเปิดด้วยมอเตอร์ DN-1000 ที่มีชื่อเรียกว่า RHEFLA valve จุดนี้ถือว่าเป็นจุดสิ้นสุดของการเกิดปฏิกิริยาและการหยุดปฏิกิริยา (ปรกติจะเห็นการใช้คำว่า "isolate" ในการตัดแยกระบบ แต่ในบทความนี้ใช้คำว่า "insulate" ซึ่งไม่ค่อยเห็นใครใช้กันนัก)

รูปที่ ๖ กระบวนการลดอุณหภูมิและกลั่นแยกผลิตภัณฑ์

ในขั้นตอนต่อไปแก๊สร้อนที่มีอุณหภูมิเหลือประมาณ 200-250ºC จะถูกลดอุณหภูมิให้ต่ำลงไปอีกจนกลายเป็นของเหลวก่อนทำการกลั่นแยก (รูปที่ ๖ และ ๗) ในโรงงานนี้การทำให้เย็นตัวลงเริ่มด้วยการให้แก๊สร้อนนั้นสัมผัสกับของเหลวที่เป็นน้ำมันก่อนเพื่อแยกเอาไฮโดรคาร์บอนบางส่วนออกไป (หมายเลข 1 ในรูปที่ ๗) จากนั้นจะสัมผัสกับน้ำโดยตรงในหอที่เรียกว่า Quench tower (หมายเลข 3 ในรูปที่ ๗) ณ ที่นี้จะเหลือแต่ไฮโดรคาร์บอนเบาที่ไม่ควบแน่นและไอน้ำผ่านออกจากระบบ อุณหภูมิแก๊สจะลดลงเหลือประมาณ 30ºC ส่วนหนึ่งของไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่นถูกนำไปใช้เป็น quench oil และนำไปเข้ากระบวนการอื่น ส่วนหนึ่งของน้ำร้อนที่ออกจาก Quench tower จะถูกนำไปใช้เป็นแหล่งให้ความร้อนแก่หม้อต้มซ้ำ (reboiler) ของหอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนก่อนที่จะนำกลับมาใช้ใหม่ (ตรงประเด็นนี้จะมีการกล่าวถึงในส่วนของกระบวนการกลั่นอีกที)

รูปที่ ๗ กระบวนการถัดจาก pyrolysis heater "pyrolysis gasoine" คือไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอมคาร์บอนในช่วงน้ำมันแก๊สโซลีน (ที่บ้านเราเรียกน้ำมันเบนซิน)

การแยกผลิตภัณฑ์กระทำโดยใช้กระบวนการกลั่น ซึ่งต้องทำให้แก๊สนั้นกลายเป็นของเหลวอุณหภูมิต่ำก่อน จากนั้นจึงค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นเป็นลำดับเพื่อแยกเอาสารที่มีจุดเดือดต่ำออกจากสารที่มีจุดเดือดสูง การเพิ่มความดันแก๊สทำให้สามารถทำให้แก๊สเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิไม่ต่ำเกินไป แก๊สที่ผ่านออกมาจาก quench tower ที่อิ่มตัวไปด้วยไอน้ำจะถูกเพิ่มความดันด้วยการอัดเพิ่มความดันเป็นขั้น ๆ จำนวน 5 ขั้นตอน โดยในระหว่างแต่ละขั้นจะมีการลดอุณหภูมิแก๊ส (ที่ร้อนขึ้นเพราะการอัด) และแยกส่วนที่ควบแน่นเป็นของเหลวออกมา มีการใช้สารดูดซับเพื่อดึงน้ำที่ยังคงค้างอยู่ออก (เพราะมันจะกลายเป็นน้ำแข็งอุดตันในระบบลดอุณหภูมิได้) มีการกำจัดแก๊สที่มี่ฤทธิ์เป็นกรด (พวก H₂S และ CO₂) และมีการเติมไฮโดรเจนให้กับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนพวกพันธะ 3 (สารประกอบ alkyne เช่นอะเซทิลีนหรือเมทิลอะเซทิลีน) หรือมีความไม่อิ่มตัวหลายตำแหน่ง (ผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดจากปฏิกิริยาที่ไม่ต้องการ) เพื่อให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ส่วนที่ว่ากระบวนการกำจัดความชื้นและเติมไฮโดรเจนจะอยู่ระหว่างขั้นตอนไหนของกระบวนการอัดนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบ

แก๊สที่ผ่านการเพิ่มความดันและทำให้แห้งจะถูกลดอุณหภูมิด้วยหน่วยที่มีชื่อเรียกว่า "Cold box" จนมีอุณหภูมิลดลงเหลือประมาณ -160ºC จากนั้นจะเข้าสู่กระบวนการแยกไฮโดรเจนและมีเทนออกไปก่อนในรูปแก๊สที่ออกทางด้านบนของหอกลั่นที่หน่วย Demethanizer (ดูรูปที่ ๗ ประกอบ) ของเหลวที่ออกจากหน่วย Demethanizer จะเข้าสู่การแยกไฮโดรคาร์บอน C2 และ C3 ออกจากกันที่หน่วย Deethanizer โดยอีเทนกับเอทิลีนจะถูกแยกออกทางด้านบนและถูกกลั่นแยกออกจากกันอีกทีที่หน่วย Ethylene column ส่วนไฮโดรคาร์บอนตั้งแต่ C3 เป็นต้นไปจะถูกแยกออกทางด้านล่าง โดยไปทำการแยกโพรเพนและโพรพิลีนออกจากไฮโดรคาร์บอนที่เหลือที่หน่วย Depropanizer และไปทำการกลั่นแยกสารทั้งสองออกจากกันอีกทีที่หน่วย Propylene column ส่วนไฮโดรคาร์บอนตั้งแต่ C4 เป็นต้นไปจะถูกส่งไปแยกเป็นส่วนต่าง ๆ ในกระบวนการอื่น ๆ ต่อไป ซึ่งขอไม่กล่าวถึง เพราะไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับอุบัติเหตุที่เกิด (แต่มีคำบรรยายไว้ในช่วงท้ายของรูปที่ ๗)

ฉบับนี้ขอเปิดตัวด้วยกระบวนการผลิตเพียงแค่นี้ก่อน

ถังระเบิดจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) MO Memoir : Tuesday 23 January 2567

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (Hydrogen sulphide H₂S) หรือที่บ้านเราเรียกว่าแก๊สไข่เน่า เป็นแก๊สที่มีความเป็นพิษสูงและติดไฟได้ ผลิตผลที่ได้จากการเผาไหม้คือน้ำและซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (Sulphur dioxide SO₂) อันตรายจากการระเบิดของแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ไม่ค่อยมีให้เห็น ที่เกิดขึ้นบ่อยกว่าและทำให้มีผู้เสียชีวิตเห็นจะได้แก่ความเป็นพิษของมัน ซึ่งบ้านเราก็เคยเกิดขึ้นกับโรงงานผลิตเส้นใหญ่แห่งหนึ่งตอนปลายปีพ.ศ. ๒๕๕๒ และเกิดขึ้นอีกหลายครั้งกับหน่วยผลิตแก๊สเชื้อเพลิงชีวภาพที่มักจะมีไฮโดรเจนซัลไฟด์เกิดร่วมด้วยเสมอ ในโรงกลั่นน้ำมันเองก็มีไฮโดรเจนซัลไฟด์เกิดขึ้นจากกระบวนการกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมัน (ดึงอะตอม S ในน้ำมันออกมาในรูปแก๊ส H₂S ก่อนที่จะเปลี่ยนมันเป็นธาตุกำมะถันอีกที)

เรื่องสองเรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ที่เกี่ยวข้องกับการระเบิดของ H₂S ในถังเก็บที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric tank) เรื่องแรกนำมาจากเอกสาร European Process Safety Centre (EPSC) Learning Sheets "เรื่องที่ 49 Hydrogen sulphide explosion" ส่วนเรื่องที่สองนำมาจากเว็บของ JICOSH ของประเทศญี่ปุ่น (เว็บนี้ปิดตัวลงไปแล้วแต่ยังมีข้อมูลสืบค้นได้ทางอินเทอร์เน็ต) "เรื่องที่ 43 Explosion inside a tank during wastewater system repair work"

เรื่องที่ ๑ Hydrogen sulphide explosion

Vacuum breaker คืออุปกรณ์หรือระบบที่ป้องกันการเกิดสุญญากาศ ในบางกรณีอาจเป็นเพียงแค่วาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve) ที่ไม่ยอมให้แก๊สในระบบรั่วออกสู่ภายนอก แต่ยอมให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปในระบบได้ถ้าหากความดันในระบบนั้นต่ำกว่าความดันบรรยากาศ (ดูตัวอย่างได้ในบทความวันอังคารที่ ๖ มกราคม พ.ศ. ๒๕๕๘ เรื่อง "Vacuum breaker - การป้องกันการเกิดสุญญากาศในระบบ")

เอกสารไม่ได้บอกว่าเหตุการณ์เกิดที่ไหน (รูปที่ ๑) แต่ดูแล้วอาจเป็นไปได้ที่เกิดที่ระบบเปลี่ยนแก๊ส H₂S (จากหน่วยกำจัดกำมะถันออกจากน้ำมัน) ให้กลายธาตุกำมะถัน (เห็นจากการมี H₂S ละลายปนอยู่ในกำมะถัน) เนื่องจากกำมะถันเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องแต่หลอมเหลวได้ง่าย ดังนั้นจึงต้องมีการให้ความร้อนเพื่อให้กำมะถันกลายเป็นของเหลวเพื่อความสะดวกในการส่งผ่านระบบท่อ แต่ไอระเหยของกำมะถันเมื่อเย็นตัวลงก็จะกลายเป็นของแข็ง และถ้าไปเกาะที่ตัววาล์ว ก็จะทำให้วาล์วมีปัญหาในการทำงาน อย่างเช่นในเหตุการณ์นี้ที่ไปสะสมที่ตัว vacuum breaker และยังไปปิดกั้นการไหลของอากาศที่ป้อนเข้าถังเก็บ (อากาศตัวนี้ดูแล้วไม่น่าใช่อากาศจากบรรยากาศภายนอก แต่น่าจะเป็นอากาศที่ป้อนเข้ามาทางระบบท่อเพื่อระบายเอาแก๊ส H₂S ที่ระเหยออกมาจากกำมะถันออกไป ไม่ให้มันสะสมจนถึงระดับที่อันตราย) ทำให้เกิดการสะสม H₂S จนมีความเข้มข้นสูงพอที่จะเกิดระเบิดได้ (บทความบอกว่า ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถระเบิดได้คือ 3.3% ในขณะที่สภาวะปรกติความเข้มข้นต่ำสุดจะอยู่ที่ประมาณ 4.3%)

การจุดระเบิดคาดว่าน่าจะเกิดจากการสะสมไฟฟ้าสถิต เนื่องจากในช่วงเวลาดังกล่าวมีการขนถ่ายกำมะถันระหว่างถังเก็บกับรถบรรทุก

โมเลกุลที่ไม่มีขั้ว (เช่นไฮโดรคาร์บอน กำมะถันเหลว) ที่ไหลไปตามพื้นผิวจะทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสม ในกรณีที่พื้นผิวนั้นเป็นพื้นผิวโลหะก็ต้องมีการต่อสายดิน (ที่บทความใช้คำว่า grounding) และการเชื่อมต่อชิ้นส่วนโลหะต่าง ๆ ให้มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างกัน (ที่บทความใช้คำว่า bonding)

รูปที่ ๑ ถังเก็บกำมะถันระเบิดจาก H₂S ที่สะสม

เรื่องที่ ๒ Explosion inside a tank during wastewater system repair work

การระเบิดเกิดที่ถังเก็บน้ำเสียขนาดความจุ 250m³ ในระหว่างการใช้งานปรกติถังนี้จะมีที่ว่างเหนือผิวของเหลว (ส่วนที่เป็นแก๊ส) อยู่ประมาณ 60% โดยส่วนที่เหลือเป็นน้ำเสียที่มาจากการแยกน้ำมันและตะกอนที่สะสมอยู่ก้นถัง (รูปที่ ๒) แก๊สส่วนใหญ่ในถังจะเป็น H₂S โดยอาจมีแอมโมเนีย (NH3) และเฮกเซนร่วมด้วย

การระเบิดเกิดขึ้นระหว่างการเตรียมการซ่อมแซม โดยเริ่มจากการระบายน้ำเสียในถังออก (จะเหลือตะกอนที่ค้างอยู่ก้นถัง) จากนั้นทำการยกฝา manhole ด้านบนขึ้น 15 cm เพื่อระบายแก๊ส และหลังจากเสร็จสิ้นการตรวจสอบตะกอนก้นถังก็ทำการปิดฝา manhole กลับ เมื่อทำการปิดฝา manhole กลับก็เกิดเปลวไฟและควันออกมาทาง manhole ตามด้วยเสียงดังสนั่น ส่งผลให้มีผู้บาดเจ็บจากเปลวไปจำนวน ๕ ราย

ที่มาของแก๊สที่ลุกติดไฟได้เชื่อว่ามาจาก

- H₂S ที่ยังคงค้างอยู่ในถัง เนื่องจากทำการไล่แก๊สตกค้างไม่เพียงพอ

- แก๊สที่ลุกติดไฟได้ที่ละลายอยู่ในตะกอนนั้นระเหยออกมาเมื่อเวลาผ่านไป

- น้ำมันที่ละลายอยู่ในปริมาณเล็กน้อยในน้ำเสียที่ตกค้างในถัง (ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวเช่นเฮกเซน ละลายได้ในน้ำในระดับ mg/l ในขณะที่พวกอะโรมาติกเช่นเบนซีน โทลูอีน ละลายได้ในระดับ g/l)

ต้นตอชองการจุดระเบิดเชื่อว่าน่าจะเกิดจาก FeS (Iron sulfide) ที่เกิดจาก H₂S ทำปฏิกิริยากับ FeO (เหล็กออกไซด์หรือสนิมเหล็ก) ซึ่ง FeS นี้สามารถลุกติดไฟได้เองเมื่อสัมผัสกับอากาศ

ในกรณีแบบนี้คงต้องไล่แก๊สตกค้างภายในถังเก็บด้วยแก๊สเฉื่อยก่อน จากนั้นจึงค่อย ๆ นำอากาศเข้าทีละน้อย เพื่อให้ออกซิเจนในอากาศที่ป้อนเข้าไปเข้าไปทำลาย FeS อย่างช้า ๆ (จะได้ไม่เกิดความร้อนมากพอที่จะจุดระเบิดเชื้อเพลิงที่ยังอาจตกค้างบนพื้นผิวถังเก็บได้)

รูปที่ ๒ ถังบำบัดน้ำเสียระเบิดเนื่องจาก H₂S ที่สะสมอยู่ภายใน

สาเหตุที่ทำให้สแตนเลสแตกร้าว MO Memoir : Wednesday 17 January 2567

สองเรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสาร European Process Safety Centre (EPSC) Learning Sheets ซึ่งเป็นการสรุปย่อเหตุการณ์อุบัติเหตุพร้อมรูปประกอบไว้ในกระดาษ ๑ หน้า A4 (https://epsc.be) เห็นมีบางบทความได้รับการแปลเป็นภาษาไทย แต่ดูเหมือนว่าบางจุดจะแปลออกมาโดยใช้คำไม่ค่อยตรงความหมายนัก สองเรื่องที่เลือกมาเล่าเป็นเรื่องเกี่ยวกับการแตกร้าวของเหล็กกล้าไร้สนิมหรือที่เราเรียกทับศัพท์ว่าสแตนเลสหรือสแตนเลสสตีลด้วยสาเหตุที่เห็นว่าน่าสนใจดี

เรื่องที่ ๑ Stress corrosion cracking จาก chloride

Stress Corrosion Craking (ในวงการบ่อยครั้งที่เรียกย่อ ๆ ว่า SCC) คือการที่เนื้อโลหะมีรอยแตกร้าวในบริเวณที่มีความเค้น (เช่นผิวโลหะของภาชนะรับความดัน หรือบริเวณที่มีการดัดให้โค้งงอ) สารเคมีหลายตัวไม่ทำอันตรายต่อพื้นผิวโลหะถ้าพื้นผิวโลหะที่สัมผัสสารเคมีนั้นไม่มีความเค้น แต่จะทำให้พื้นผิวโลหะบริเวณที่มีความเค้นนั้นแตกร้าวได้ รอยแตกร้าวอาจเริ่มจากรอยแตกร้าวเล็ก ๆ หลายรอยเกิดแยกจากกัน และมีแต่ละรอยขยายตัวจนมาพบกันก็จะกลายเป็นรอยแตกร้าวขนาดใหญ่ ที่สามารถทำให้พื้นผิวโลหะ ณ บริเวณนั้นเสียความสามารถในการรับแรง (เพราะพื้นที่ผิวรับแรงลดลง) คลอไรด์ไอออน (Cl^- ต้องมีประจุลบด้วยนะ) ก็เป็นสารเคมีตัวหนึ่งที่ก่อให้สแตนเลสสตีลที่มีความเค้นนั้นเกิดรอยแตกร้าวได้

เหตุการณ์ในรูปที่ ๑ กล่าวว่าตรวจพบการรั่วบนตัวภาชนะครับความดันที่ทำจากสแตนเลสสตีล โดยเกิดรอยร้าวขนาดใหญ่บริเวณใต้เทปกาว รอยร้าวดังกล่าวขยายตัวใหญ่ขึ้นโดยไม่เป็นที่สังเกตเพราะมีฉนวนหุ้มเอาไว้

การตรวจสอบพบว่าเทปกาวเป็นที่มาของคลอไดร์ (chloride) โดยตรวจพบคลอรีน (chlorine) ถึง 4% บนเทปกาวส่วนที่เหลือ (แหล่งที่มาของคลอไรด์ที่ไม่ได้คาดคิดกันมาก่อน)

คลอไรด์สามารถทำให้สแตนเลสสตีล (เช่น SS304 และ SS316) เกิด chloride stress corrosion ได้ที่อุณหภูมิประมาณ 50ºC

คำเตือนที่ได้จากเหตุการณ์นี้คือให้ระวังการใช้กาวหรือน้ำหมึกพบพื้นผิวเหล็กสแตนเลสสตีล เพราะอาจเป็นแหล่งคลอไรด์ที่ทำให้เนื้อโลหะแตกร้าวได้

ความหมายของประโยคคำถามที่ว่า "Next crack location?" ใต้รูปร่างขวาคือ พื้นผิวโลหะที่อยู่ใต้สติ๊กเกอร์ "Danger, Confined Space, Ener by Permit Only" อาจเป็นจุดเกิดการแตกร้าวในอนาคต (ถ้ากาวที่ใช้กับสติ๊กเกอร์แผ่นนี้มีคลอไรด์ผสมอยู่)

นอกจากนี้สำหรับสแตนเลสสตีลแล้ว คลอไรด์ยังก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบ pitting ได้ การกัดกร่อนแบบ pitting เป็นการกัดกร่อนในบริเวณที่แคบแต่เป็นหลุมลึกลงไป ปัญหานี้จะเกิดได้ง่ายถ้าหากบนผิวโลหะจุดใดจุดหนึ่งมีความเข้มข้นคลอไรด์ไอออนสูงกว่าบริเวณรอบข้าง เช่นบริเวณพื้นผิวใต้อนุภาคของแข็งที่ตกค้างอยู่ข้างบน (ระบบที่ของเหลวสะอาดหรือมีการไหลพัดพาไม่ให้มีตะกอนของแข็งตกค้างบนพื้นผิวจะมีปัญหาน้อยกว่า)

รูปที่ ๑ สแตนเลสแตกร้าวเพราะคลอไรด์ที่เป็นส่วนผสมของกาวที่ใช้กับเทปกาว

เรื่องที่ ๒ ท่อแตกร้าวเนื่องจากความล้า

สแตนเลสสตีล SS304 จะทนอุณหภูมิสูงสุดได้ประมาณ 870-900ºC (ที่ยังทนการกัดกร่อนได้อยู่) ในขณะที่ SS316 จะทนได้ต่ำกว่าเล็กน้อย ในขณะที่สามารถทนอุณหภูมิติดลบได้ถึงระดับประมาณ -250ºC

การทดสอบหนึ่งเพื่อหาว่าโลหะนั้นมีความแข็งแรงเท่าใดคือการทดสอบความสามารถในการรับแรงดึง คือเอาชิ้นโลหะมาดึงให้ยืดตัวจนขาดเพื่อหาว่าต้องใช้แรงเท่าใดในการดึงให้โลหะยืดตัวจนขาด ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดแรงดึงสูงสุดที่โลหะนั้นรับได้

แต่แม้ว่าโลหะนั้นจะรับแรงดึงที่ต่ำกว่าค่าแรงดึงสูงสุด (แต่ต้องสูงในระดับหนึ่ง) แต่ได้รับแรงดึงนั้นต่อเนื่องเป็นเวลานานพอ โลหะนั้นก็จะฉีกขาดจากกันได้ เพราะแรงดึงนั้นทำให้โลหะยืดตัวออกเล็กน้อย พื้นที่รับแรงก็จะลดต่ำลง ความเค้นก็จะเพิ่มขึ้น (แรงดึงเท่าเดิมแต่พื้นที่รับแรงเล็กลง) ทำให้โลหะนั้นยืดตัวออกอีก พื้นที่รับแรงก็จะลดต่ำลงไปอีก และเมื่อเวลาผ่านไปนานพอ โลหะนั้นก็จะฉีกขาด ความเสียหายแบบนี้เรียกว่า "Creep" หรือภาษาไทยแปลว่า "ความคืบ"

การแตกร้าวเนื่องจาก "Fatigue" หรือที่ภาษาไทยเรียกว่า "ความล้า" เกิดจากการที่โลหะต้องรับความเค้น (มีแรงกระทำ) และไม่ต้องรับความเค้น (ไม่มีแรงกระทำ) สลับไปมาต่อเนื่องเป็นเวลานานพอ ตัวอย่างของเหตุการณ์ทำนองนี้ได้แก่กรณีของลำตัวเครื่องบินโดยสารที่เมื่อบินสูง ความดันภายนอกจะสูงกว่าภายใน (ทำให้เหมือนเป็นภาชนะรับความดัน) แต่เมื่อลงสู่พื้นความดันภายนอกจะเท่ากับความดันภายใน (ไม่ได้กลายเป็นภาชนะรับความดัน) หรือระบบ Pressure Swing Adsorption (PSA) ที่ใช้ในการแยกแก๊ส ที่ตัวภาชนะบรรจุสารดูดซับมีการเปลี่ยนแปลงความดันขึ้น-ลงตลอดเวลา ดังนั้นเมื่อใช้งานไปเป็นระยะเวลาหนึ่ง แม้ว่าลักษณะปรากกภายนอกนั้นยังคงดูดีอยู่ ก็ควรต้องเปลี่ยนทิ้งไป

อีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้โลหะเสียหายเนื่องจากความล้าได้ก็คือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ โดยอุณหภูมิที่สูงจะทำให้โลหะยืดตัว และอุณหภูมิที่ต่ำทำให้โลหะหดตัว (มีการเปลี่ยนแปลงความเค้นสลับไปมาในเนื้อโลหะ)

เหตุการณ์ในรูปที่ ๒ เกิดที่ท่อสแตนเลส SS316 ขนาด 80 mm ถัดจากข้อต่อสามทางที่ใช้เป็นจุดผสมระหว่างของไหลร้อนอุณหภูมิ 155ºC (วิ่งมาในแนวตรง) กับของไหลเย็นอุณหภูมิ -15ºC (เข้ามาบรรจบทางด้านข้าง) พึงสังเกตุว่าช่วงอุณหภูมิการทำงานนั้นห่างจากช่วงอุณหภูมิต่ำสุดและสูงสุดที่สแตนเลสสตีลทนได้มาก ความล้าของเนื้อโลหะทำให้ท่อพัง เกิดการรั่วไหลและเพลิงไหม้ตามมาหลังใช้งานไปเพียงแค่ 6 เดือน การจำลองเหตุการณ์พบว่าบริเวณดังกล่าวมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกลับไปมาประมาณ 120ºC (ซึ่งคงเป็นผลจากการไหลที่ไม่ได้ราบเรียบตลอดเวลา) ทำให้เกิดรอยแตกร้าวจากภายในออกมา (ช่วงอุณหภูมิ 1 K (เคลวิน) = 1ºC นะ ที่คำบรรยายในบทความใช้หน่วย K คงเป็นเพราะว่าเอาผลการคำนวณมารายงานโดยตรง)

บทความบอกว่าถึงแม้ว่าจะเปลี่ยนไปใช้โลหะตัวอื่นแทนก็คงจะไม่ได้ช่วยอะไรเท่าไรนัก วิธีที่ดีกว่าคือการผสมแบบ "central tube inlet" คือให้สารตัวหนึ่งไหลอยู่ในท่อใหญ่ และให้สารอีกตัวที่ต้องการผสมนั้นให้ไหลเข้าท่อเล็กกว่าที่สอดเข้าไปในท่อใหญ่ โดยให้ปลายท่อนั้นหันไปในทิศทางการไหล (รูปมุมขวาล่างสุด)

รูปที่ ๒ เหตุการณ์ที่สแตนเลสแตกร้าวเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิร้อน-เย็นบ่อยครั้งเกินไป

ถังใส่กรดกำมะถัน (H2SO4) ก็ระเบิดได้ (๔) MO Memoir : Monday 15 January 2567

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Learning lessons from eight gas explosions" เขียนโดย EGAN Simon Mark, Corporate Process Safety Expert, Solvay, France เผยแพร่ในเอกสาร Symposium Series no. 160 จัดโดย IChemE ในปีค.ศ. ๒๐๑๕ (พ.ศ. ๒๕๕๘) โดยเรื่องที่นำมาเล่าเป็นเรื่องที่ ๓ ในหัวข้อเรื่อง "1989 gas phase explosion in a sulphuric acid tank"

รูปที่ ๑ โครงสร้างถังเก็บกรดกำมะถันที่เกิดเหตุ

เหตุการณ์เกิดขึ้นในปีค.ศ. ๑๙๘๙ (พ.ศ. ๒๕๓๒) กับถังบรรจุกรดกำมะถันเข้มข้น 96% ความจุ 50 m³ สร้างขึ้นจากเหล็กกล้าคาร์บอน (mild steel) ถังดังกล่าวตั้งอยู่ในบ่อที่อยู่ในระดับที่ต่ำกว่าพื้นดิน (รูปที่ ๑) (คือให้บ่อดังกล่าวทำหน้าที่กักเก็บกรดกำมะถันในกรณีที่ถังเกิดความเสียหายจนมีกรดกำมะถันรั่วไหลออกมา ถ้าตั้งถังไว้ที่ระดับพื้นดินก็ต้องมีการสร้างกำแพงล้อมรอบ)

เนื่องจากมีความจำเป็นต้องซ่อมท่อที่ต่อออกมาจากด้านบนของตัวถังบรรจุ จึงได้ทำการถ่ายกรดกำมะถันในถังดังกล่าวไปไว้ยังถังบรรจุอื่น หลังจากที่ถ่ายกรดกำมะถันออกไปแล้วก็พบว่าที่ก้นถังมีชั้นตะกอนตกค้างอยู่ (ตะกอนมาได้อย่างไรไม่มีข้อมูลบอก แต่สาเหตุหนึ่งที่อาจเป็นไปได้คือเป็นเกิดจากด่างที่เทลงไปสะเทินกรดที่ค้างในถังในงานซ่อมก่อนหน้า และแน่นอนว่าต้องมีกรดกำมะถันที่ปั๊มไม่สามารถสูบออกไปได้ค้างอยู่ที่ก้นถังด้วย) จึงได้ทำการเทโซเดียมคาร์บอเนตผง (Sodium carbonate Na₂CO₃) จำนวน ๘ ถุงลงไปทาง manhole ทางด้านบน (พอหรือเปล่าก็ไม่รู้) จากนั้นทำการเติมน้ำเข้าไปในถังจนอยู่ที่ระดับ 15 cm ก่อนถึง "ระดับบนสุด" (คำว่าระดับบนสุดในที่นี้น่าจะอิงจากส่วนที่เป็นลำตัวทรงกระบอก ไม่รวมส่วนฝาถังรูปกรวย) และด้วยเหตุผลหลายประการงานซ่อมท่อจึงยังไม่ได้ดำเนินการทันที โดยมาเริ่มในอีก ๖ วันให้หลัง

ในช่วงเวลาดังกล่าวและ "ทันทีก่อนที่จะเริ่มงานซ่อม" ได้มีการตรวจวัดแก๊สไฮโดรเจนใน บ่อ, ระดับพื้นดิน และ "ภายในถังบรรจุ" ซึ่งการทดสอบทั้งหมดให้ผลออกมาเป็น "ลบ" (ซึ่งก็ไม่ได้แปลว่าไม่มีเลย แต่อาจมีอยู่ในระดับความเข้มข้นที่ต่ำกว่า Lower Explosive Limit มากก็ได้) จึงได้อนุญาตให้เริ่มงานเจียรบนเส้นท่อที่ต้องการซ่อม (คงเริ่มด้วยการตัดท่อด้วยหินเจียร) และเมื่อเริ่มงานเจียรก็เกิดการระเบิดขึ้นภายในถัง การระเบิดไม่ได้ทำให้ถังพังแต่คงต้องทำให้เกิดการสั่นอย่างรุนแรงเนื่องจากพบว่าส่วนที่ตรึงถังไว้กับพื้นนั้นหลุดออก และทำให้คนงาน ๓ คนที่ทำงานอยู่ข้างบนนั้นกระเด็นขึ้นไปในอากาศ ทำให้เสียชีวิต ๑ รายและบาดเจ็บสาหัสอีก ๒ ราย

โปรตอน (H⁺) ที่แตกตัวออกมาจากกรดสามารถทำปฏิกิริยากับเหล็กทำให้เหล็กกลายเป็น FeSO₄ (Ferrous sulphate หรือ Iron (ii) sulphate) ส่วนตัวโปรตอนนั้นจะกลายเป็นแก๊สไฮโดรเจนลอยออกไป FeSO₄ เป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ ดังนั้นถ้าเป็นกรณีของกรดเจือจาง (คือมีน้ำผสมอยู่) FeSO₄ ที่เกิดขึ้นจะละลายน้ำออกมาทำให้โปรตอนสามารถเข้าทำปฏิกิริยากับผิวเหล็กที่อยู่ลึกลงไปได้เรื่อย ๆ จนกว่ากรดหรือเนื้อโลหะตัวใดตัวหนึ่งจะหมด แต่ถ้าเป็นกรดเข้มข้น (คือมีน้ำอยู่น้อย) FeSO₄ ที่เกิดขึ้นจะก่อตัวเป็นชั้นฟิล์มป้องกันอยู่บนผิวเหล็ก ทำให้ไม่เกิดการกัดกร่อนลึกลงไป

ในเหตุการณ์นี้แก๊สที่เป็นสาเหตุของการระเบิดคือไฮโดรเจน (ข้อสรุปนี้น่าจะมาจากเมื่อพิจารณาปัจจัยรอบด้านแล้วไม่น่าจะมีความเป็นไปได้ที่จะมีสารเชื้อเพลิงอื่นหลุดปนเปื้อนเข้ามาในถังในช่วงเวลารอคอย ๖ วัน) ซึ่งเกิดจากการสะเทินสารที่ค้างอยู่ในถังไม่สมบูรณ์ กล่าวคือไม่มีการวัดค่า pH ของน้ำ (ซึ่งจะเป็นตัวบอกว่าใส่ด่างลงไปเพียงพอหรือเปล่า) และไม่มีความพยามที่จะทำการผสมน้ำที่อยู่ในถังไม่ว่าจะด้วยวิธีใด (เพื่อให้การสะเทินเป็นไปอย่างทั่วถึงทุกจุดในถัง) นอกจากนี้ ณ ตำแหน่งสูงสุดของถังยังไม่มีช่องสำหรับระบายแก๊ส จึงทำให้แก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นสะสมอยู่ใต้ฝาถัง

ประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจแต่บทความไม่ได้กล่าวถึงคือ มีการตรวจวัดแก๊สไฮโดรเจน "ทันทีก่อนที่จะเริ่มงานซ่อม" และได้ผลออกมาเป็น "ลบ" ไม่ว่าจะเป็นการตรวจในบ่อ ระดับพื้นดิน และที่สำคัญคือ "ภายในถัง" (รูปที่ ๒) การตรวจไม่พบไฮโดรเจนในบ่อหรือระดับพื้นดินไม่ใช่เรื่องแปลก เพราะไฮโดรเจนเป็นแก๊สเบากว่าอากาศมาก ฟุ้งกระจายไปได้ง่ายอยู่แล้วแม้ว่าจะไม่มีลดพัดแรง แต่ข้อสงสัยที่สำคัญคือทำไมจึงตรวจไม่พบแก๊สไฮโดรเจนในถัง

ปรกติเครื่องตรวจวัดแก๊สชนิดพกพาได้จะมีสายยางหรือท่อสำหรับยื่นเข้าไปดูดแก๊สในบริเวณที่ต้องการทดสอบ ดูจากรูปแล้วการตรวจวัดนี้คงใช้ช่องเปิดใด ๆ ที่อยู่ด้านบนของฝาถัง (ซึ่งไม่มีช่องเปิดที่ระดับบนสุด) และในเหตุการณ์นี้คาดว่าการตรวจคงเป็นการตรวจที่ระดับที่ต่ำกว่าช่องเปิดดังกล่าว ซึ่งเป็นระดับที่แก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นไม่สามารถสะสมเพราะจะระบายออกทางช่องเปิดดังกล่าว (คำถามก็คือช่องเปิดที่ใช้สอดท่อเข้าไปดูดแก๊สเพื่อตรวจสอบนั้น สามารถสอดท่อให้แยงขึ้นไปเหนือระดับช่องเปิดได้หรือไม่)

ในเหตุการณ์นี้ท่อที่ต้องการซ่อมน่าจะเป็นท่อที่เชื่อมต่อด้วยการเชื่อม ไม่มีจุดที่เป็นหน้าแปลนที่สามารถถอดหรือง้างออกได้ (ที่สามารถใช้เป็นจุดระบายแก๊สไฮโดรเจนออกหรือตรวจสอบองค์ประกอบของแก๊สในท่อก่อนเริ่ม hot work ได้) จึงจำเป็นต้องใช้การตัดด้วยหินเจียร ดังนั้นจุดนี้จึงเป็นจุดที่แก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นสามารถสะสมอยู่และเกิดการระเบิดจากความร้อนและ/หรือประกายไฟที่เกิดขึ้น ซึ่งนำไปสู่การระเบิดภายในถังต่อ

 

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

 

API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๑๑) MO Memoir : Wednesday 10 January 2567

หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน

หัวข้อ 3.6 เป็นเรื่องของข้อกำหนดคุณลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์ระบายความดัน

หัวข้อ 3.6.1 เกี่ยวกับเกณฑ์ที่ใช้ในการกำหนดขนาด (รูปที่ ๑) ในย่อหน้าแรกกล่าวว่าอุปกรณ์ระบายความดันและสุญญากาศ (รวมทั้งช่องเปิด) ควรมีความเหมาะสมที่สามารถให้แก๊สระบายผ่านได้ตามอัตราที่ต้องการ เมื่อเกิดกรณีฉุกเฉินกรณีเดียวที่มีขนาดใหญ่ที่สุด (คือกรณีฉุกเฉินมีได้หลายรูปแบบ แต่ให้พิจารณากรณีที่ต้องการอัตราการระบายที่สูงสุด) หรือการรวมกันอย่างสมเหตุสมผลหรือมีความเป็นไปได้ของกรณีฉุกเฉินต่าง ๆ (คืออาจเกิดกรณีฉุกเฉินหลายกรณีพร้อมกัน แต่ต้องพิจารณาด้วยว่ามันมีความสมเหตุสมผลหรือโอกาสที่จะเกิดพร้อมกันหรือไม่) ตรงนี้ให้ดูหัวข้อ 3.2.5 (ตอนที่ ๕ และ ๖) และ 3.3.1 (ตอนที่ ๗)

ย่อหน้าที่สองกล่าวว่าการจำลองสถานการณ์ในหัวข้อ 3.2.5 ผู้ใช้ควรต้องระบุว่าภาระการระบายความดันนั้นควรใช้อุปกรณ์ระบายความดันออกที่ใช้งานในการทำงานปรกติ (คืออาจใช้ท่อระบายความดันปรกติ หรือ Pressure-Vacuum valve แต่การกำหนดขนาดให้พิจารณาจากขนาดของสถานการณ์ฉุกเฉิน) หรือใช้อุปกรณ์ระบายความดันฉุกเฉิน การพิจารณาประเด็นนี้อาจมีความสำคัญถ้าการระบายความดันฉุกเฉินมีรูปแบบเป็นการเปิดหลังคาออกหรือใช้อุปกรณ์ระบายความดันที่ไม่ปิดกลับคืนได้ (เช่นพวก rupture-disk หรือ blow-off hatch)

รูปที่ ๑ หัวข้อ 3.6 และ 3.6.1

ย่อหน้าที่สามกล่าวว่าอาจกำหนดให้มีการใช้ระบบแก๊สเฉื่อยดังนี้กล่าวไว้ในหัวข้อ 3.5.3 เพื่อหลีกเลี่ยงการดึงเอาอากาศเข้าไปในถังเก็บในระหว่างการเกิดสุญญากาศภายในถัง แต่ไม่ควรให้ความสำคัญกับระบบแก๊สเฉื่อยนี้ในการหาขนาดของอุปกรณ์ป้องกันสุญญากาศ (คือให้คิดเสมือนว่าไม่มีระบบแก๊สเฉื่อยช่วยป้องกัน แม้ว่าจะกำหนดให้มีติดตั้งอยู่ก็ตาม)

ย่อหน้าที่สี่กล่าวว่าไฮดรอกลิกส์ (hydraulics) ของช่องทางไหลเข้าและไหลออกสามารถส่งผลต่อการหาขนาดอุปกรณ์ระบายความดัน ซึ่งสามารถเป็นกระบวนการออกแบบแบบวนซ้ำ ส่วนย่อหน้าสุดท้ายกล่าวว่าเกณฑ์สำหรับสมการใช้คำนวณได้อธิบายไว้ในภาคผนวก D

ความหมายของคำว่า "ไฮดรอกลิกส์" ตรงนี้น่าจะหมายถึงการสูญเสียความดันทางด้านช่องทางเข้าและช่องทางออก ซึ่งขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่นการเปลี่ยนแปลงขนาด, รูปร่างขอบของช่องทางเข้า (ขอบเหลี่ยมหรือมน, ปลายตรงหรือโค้งมน ฯลฯ), การมีข้องอ, การมีหลังคาปิดป้องกันฝนที่ทางออก ฯลฯ

รูปที่ ๒ หัวข้อ 3.6.2

หัวข้อ 3.6.2 (รูปที่ ๒) เป็นเรื่องการตั้งค่าการระบายความดันและสุญญากาศ หัวข้อ 3.6.2.1 กล่าวว่าค่าความดันเพื่อการระบายความดันและป้องกันสุญญากาศควรสอดคล้องกับความต้องก่ารของมาตรฐานที่ใช้ในการออกแบบและขึ้นรูปถัง อุปกรณ์ระบายความดันภายใต้สถานการณ์ปรกติและสภาวะฉุกเฉินควรมีความสามารถให้แก๊สไหลผ่านที่เพียงพอเพื่อป้องกันความดันสูงเกิน (หรือการเกิดสุญญากาศมากเกินไป) ไม่ให้เกินข้อกำหนดของมาตรฐานที่ใช้ในการออกแบบ มาตรฐานบางชนิดอาจมีความต้องการเฉพาะในขณะที่มาตรฐานอื่นไม่มี

หัวข้อ 3.6.2.2 ย่อหน้าแรกกล่าวว่าการปรึกษาหารือกันระหว่าง ผู้ออกแบบถัง, บุคคลผู้เป็นผู้ระบุอุปกรณ์ระบายความดัน และผู้ผลิตอุปกรณ์ระบายความดัน เป็นสิ่งที่ควรต้องทำอย่างยิ่งเพื่อให้มั่นใจว่าอุปกรณ์ระบายความดันนั้นเหมาะสมกับการออกแบบถัง บ่อยครั้งที่มีความจำเป็นต้องตั้งให้ค่าความดัน (ที่อุปกรณ์ระบายความดันเริ่มเปิด) ต่ำกว่าค่าความดันที่ใช้ในการออกแบบถัง ทั้งนี้เพื่อให้ตัวอุปกรณ์ให้ค่าอัตราการไหลที่เพียงพอ ความดันการทำงานควรต่ำกว่าค่าความดันที่ตั้งไว้ (ความดันที่ตั้งให้ตัวอุปกรณ์เปิด) เพื่อให้รองรับการเปลี่ยนแปลงในระหว่างการทำงานตามปรกติที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและปัจจัยอื่นที่ส่งผลต่อความดันในที่ว่างเหนือผิวของเหลวในถัง (เช่นการมีของเหลวไหลเข้า-ออกจากถัง)

ย่อหน้าที่สองกล่าวว่าเมื่อทำการออกแบบท่อทางเข้าหรือท่อทางออกสำหรับวาล์วระบายความดัน/สุญญากาศ ควรคำนึงถึงผลกระทบต่อไปนี้ที่มีต่อ ความความดันที่ตั้งไว้เมื่อความดันสูง, ค่าความดันสำหรับสุญญากาศ และอัตราการไหล

ก) ความต้านทานการไหลของท่อ, ข้องอ, และอุปกรณ์อื่นที่ติดตั้ง

ข) ความดันต้านกลับ (back pressure) หรือสุญญากาศภายในระบบ

ตรงนี้คือตัวอุปกรณ์ระบายความดันอาจไม่ได้ติดตั้งโดยตรงเข้ากับถังเก็บ (เช่นจำเป็นต้องมีการต่อท่อยกสูงขึ้น, มีการติดตั้ง flame arrester, มีการติดตั้งวาล์วเพื่อการซ่อมบำรุง) หรือด้านขาออกนั้นจำเป็นต้องมีการหันไปในทิศทางที่ปลอดภัยหรือป้องกันน้ำฝน (เรื่องนี้จะมีการกล่าวถึงต่ออีก) หรือด้านขาออกมีการต่อเข้าระบบท่อร่วม (เช่นต่อเข้าระบบท่อที่ส่งต่อออกไปยังปล่อง (stack) ระบายหรือระบบเผาแก๊สทิ้ง (flare system) ซึ่งอาจมีความดันต้านกลับถ้าหากในเวลานั้นมีการระบายความดันจากถังใบอื่นเข้าสู่ระบบท่อเดียวกัน), หรือเข้าสู่อุปกรณ์อื่นเช่นระบบดักจับไอสาร

รูปที่ ๓ หัวข้อ 3.6.2.3 ถึง 3.6.2.7

หัวข้อ 3.6.2.3 (รูปที่ ๓) กล่าวว่าช่วงการทำงานที่คาดหวังไว้ของระบบควบคุมความดันใด ๆ (ที่ไม่ใช่ระบบป้องกันความดันสูงเกินหรือสุญญากาศ) ควรได้รับการพิจารณาเทียบกับค่าที่ตั้งไว้ของอุปกรณ์ระบายความดัน (คือช่วงความดันที่อุปกรณ์ระบายความดันเริ่มเปิดและปิด) ทั้งนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการระบายความดันที่อาจก่อให้เกิดความลำคาญ (เช่นถี่เกินไป) และ/หรือการรั่วไหลที่บ่าวาล์ว (seat) ของอุปกรณ์ระบายความดัน

หัวข้อ 3.6.2.4 กล่าวว่าค่าความดันที่ตั้งไว้ของอุปกรณ์ระบายความดัน ไม่ควรสูงเกินค่าความดันสูงสุดที่สามารถเกิดขึ้นได้ที่ระดับเมื่อตัวอุปกรณ์อยู่ในตำแหน่งที่เมื่อดันที่จุดสูงสุดของถังเท่ากับค่าความดันระบุ (nominal pressure) สำหรับถังและถังนั้นมีของเหลวอยู่ที่ระดับสูงสุดที่ออกแบบไว้ (เมื่อของเหลวในถังอยู่ที่ระดับสูงสุด ปริมาตรที่ว่างเหนือผิวของเหลวจะมีค่าน้อยสุด กล่าวคือสำหรับไอระเหยที่เพิ่มขึ้นด้วยอัตราเท่ากันและปริมาตรเท่ากัน ถ้าที่ว่างเหนือผิวของเหลวมีปริมาตรมาก ความดันก็จะเพิ่มไม่มาก แต่ถ้าที่ว่างเหนือผิวของเหลวมีปริมาตรเหลือน้อย ความดันจะเพิ่มขึ้นเร็วกว่าและสูงกว่า) ความดันเนื่องจากความแตกต่างของระดับความสูง (static head) อาจมีนัยสำคัญ (ถ้าไอระเหยนั้นมาจากสารที่มีความหนาแน่นสูงกว่าอากาศอย่างมีนัยสำคัญ เช่นไอระหยของไฮโดรคาร์บอนเหลว) โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อช่องระบายออกนั้นถูกต่อท่อขึ้นไปยังระดับที่สูงกว่าถังเก็บ (เช่นถังที่ตั้งอยู่ในอาคาร ท่อทางออกของอุปกรณ์ระบายความดันอาจต้องโผล่ออกไปนอกอาคารหรืะทะลุหลังคาขึ้นไป)

หัวข้อ 3.6.2.5 กล่าวว่าสำหรับถังที่สร้างตามมาตรฐาน API 650 (Welded Tanks for Oil Storage) และไม่ได้ถูกครอบคลุมไว้ด้วย API 650:2007, Appendix F (คือมาตรฐานมันมีการเปลี่ยนแปลงและ/หรือแก้ไขเพิ่มเติมเป็นระยะ ดังนั้นถังที่สร้างตามมาตรฐานที่บังคับใช้ ณ เวลานั้น อาจจะไม่เป็นไปตามมาตรฐานเมื่อมีการปรับปรุง/แก้ไขมาตรฐาน) อุปกรณ์ระบายความดันที่เลือกควรที่จะจำกัดความดันในถังเพื่อป้องกันการยกตัวและการบิดตัวของหลังคาถัง การยกตัวและการบิดตัวของหลังคาถังเป็นสภาวะที่สามารถระบุได้ด้วยน้ำหนักของถัง แรงทั้งหมดที่กระทำโดยความดันภายในไม่ควรมีค่าเกินน้ำหนักของฝาถังและสิ่งยึดเกาะต่าง ๆ (เช่นทางเดินและราวจับ) ตัวอย่างเช่นความดันเกจควรถูกจำกัดไว้ที่ค่าประมาณ 350 Pa (ปาสคาล) หรือประมาณ 3.5 มิลลิบาร์หรือ 1.4 นิ้วน้ำ (คือความดันเทียบเท่าความสูงของน้ำ 1.4 นิ้ว) สำหรับหลังคาเหล็กกล้าคาร์บอนหน้า 4.76 มิลลิเมตร (3/16 นิ้ว)

หัวข้อ 3.6.2.6 กล่าวว่าสำหรับถังที่สร้างตามมาตรฐาน EN 14015 ค่าความดันที่ตั้งไว้ของวาล์วควรจะเลือกให้มีค่าที่ทำให้ ณ ความสามารถในการระบายที่ต้องการนั้น ความดันในถังจะต้องไม่เกินค่าความดันออกแบบ (มาตรฐาน EN 14015 Specification for the design and manufacture of site built, vertical, cylindrical, flat-bottmed, abover ground, welded, steel tnaks for the storate of liquids at ambient temperature and above เป็นมาตรฐานของทางสหภาพยุโรป)

หัวข้อ 3.6.2.7 กล่าวว่าโดยทั่วไปค่าความดันที่ตั้งไว้และค่าความดันที่เริ่มทำการระบายสำหรับการระบายความดันสุญญากาศ ควรมีค่าที่สามารถป้องกันการเกิดอันตรายต่อถัง และควรจำกัดความเป็นสุญญากาศอยู่ที่ระดับที่ไม่มากเกินกว่าค่าความดันที่ใช้ออกแบบถัง อุปกรณ์ระบายความดันสุญญากาศของถังควรตั้งให้เปิดที่ค่าความดันหรือระดับสุญญากาศที่ทำให้มั่นใจได้ว่าความเป็นสุญญากาศในถังจะไม่เกินค่าความดันสุญญากาศที่ใช้ออกแบบถังเมื่ออัตราการไหลเข้าของอากาศผ่านตัวอุปกรณ์ (ระบายความดัน) อยู่ที่ค่าอัตราการไหลสูงสุดที่ได้กำหนดไว้

รูปที่ ๔ หัวข้อ 3.6.3 ถึง 3.6.4

หัวข้อ 3.6.3 การออกแบบ (รูปที่ ๔) ย่อหน้าแรกกล่าวว่า อุปกรณ์ระบายความดันสูงเกินหรือสุญญากาศควรได้รับการออกแบบที่ทำให้ยังสามารถปกป้องถังเก็บได้ในกรณีที่เกิดความเสียหายกับชิ้นส่วนสำคัญ

ในกรณีที่สภาวะอุณหภูมิห้องสามารถทำให้เกิดการสะสมของวัสดุที่สามารถป้องกันไม่ให้วาล์วเปิด (เช่นกรณีของยางมะตอยที่กล่าวมาก่อนหน้านี้ในตอนที่ ๑๐) ผู้ใช้ควรพิจารณาการติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติมเพื่อป้องกันการทำงานผิดปรกติของตัวอุปกรณ์

หัวข้อ 3.6.4 เกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ในการขึ้นรูป หัวข้อนี้กล่าวว่าวัสดุที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ระบายความดันรวมทั้งระบบท่อที่เกี่ยวข้องควรเลือกให้เหมาะกับวัสดุที่ทำการเก็บ ณ ความดันและอุณหภูมิการทำงาน และตัววัสดุนั้นควรต้องเข้าได้กับสารในถังเก็บ และผลิตภัณฑ์อื่นที่อาจเกิดขึ้นในบริเวณของอุปกรณ์ระบายความดันเมื่อทำการระบายความดัน

จะว่าไปความหมายของคำว่า "เข้ากันได้ (compatible)" กับ "ทนต่อ (resistant to)" ก็ไม่ได้เหมือนกัน การที่บอกว่าวัสดุหนึ่งทนต่อสารเคมี นั่นคือสารเคมีนั้นไม่สามารถทำให้เกิดความเสียหายแก่วัสดุนั้นได้ หรืออัตราการเสียหายอยู่ในระดับที่ยอมรับได้เมื่อเทียบกับอายุการใช้ คือมองที่ตัววัสดุเป็นหลัก แต่ความหมายของคำว่า "เข้ากันได้" มันจะไปรวมถึงการที่สารเคมีที่บรรจุอยู่นั้นไม่ทนต่อวัสดุ ตัวอย่างเช่นกรณีของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่โลหะหลายชนิด (โดยเฉพาะพวกทองแดงทองเหลือง) ที่ไปทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวโดยทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในขณะที่ตัวมันเองไม่เป็นอะไร

รูปที่ ๕ หัวข้อ 3.7.1

ต่อไปเป็นหัวข้อ 3.7 (รูปที่ ๕) ที่เป็นเรื่องของการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความดันและช่องเปิดระบายความดัน

เริ่มจากหัวข้อ 3.7.1 เรื่องทั่วไป ที่กล่าวว่าอุปกรณ์ระบายความดันสูงเกินและสุญญากาศ และช่องเปิดระบายความดัน ควรได้รับการติดตั้งดังต่อไปนี้

a) ตัวอุปกรณ์ควรมีการเชื่อมต่อโดยตรงกับที่ว่างที่เป็นไอ และต้องไม่ถูกปิดกั้นด้วยของเหลวในถังเก็บ (คือท่อด้านขาเข้าต้องไม่มีข้องอหรือความลาดเอียงที่ทำให้ไอของเหลวที่ระเหยมานั้นมาควบแน่นเป็นของเหลวทางด้านทางเข้าของอุปกรณ์ระบายความดันได้)

b) วาล์วเปิดปิดหรืออุปกรณ์ตัดแยกระบบใด ๆ ที่อยู่ในเส้นทางระบายความดัน ควรที่จะถูกล็อกหรือตรึงให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสม ในกรณีที่ไม่มีการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความดันสำรอง สิ่งนี้ทำให้ด้วยการล็อกหรือยึดตรึงให้วาล์วเหล่านี้อยู่ในตำแหน่งเปิด เมื่อมีการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความดันสำรอง ควรใช้ วาล์วชนิดหลายทิศทาง, วาล์วอินเตอร์ล็อก, หรือวาล์วปิดกั้นที่มีการปิดผนึกและขั้นตอนการทำงาน ที่ทำให้การแยกอุปกรณ์ระบายความดันสูงเกินหรือสุญญากาศตัวหนึ่ง ไม่ไปลดความสามารถในการระบายความดันของอุปกรณ์ตัวที่เหลือให้ต่ำกว่าความสามารถในการระบายที่ต้องการ

ตัวอย่างเช่นในกรณีของวาล์วระบายความดัน ถ้าไม่มีวาล์วปิด-เปิดด้านขาเข้า ก็จะมั่นใจได้ว่าตัววาล์วระบายความดันมีการเชื่อมต่อกับที่ว่างเหนือผิวของเหลวตลอดเวลา แต่ในกรณีที่มีความจำเป็นต้องถอดวาล์วระบายความดันตัวนี้มาตรวจหรือซ่อมบำรุง ก็จะมีไอระเหยออกมาทางช่องเปิดที่ถอดตัววาล์วออกไป เพื่อแก้ปัญหานี้แนวทางหนึ่งคือติดตั้งวาล์วระบายความดันสองตัว แต่ใช้เพียงตัวเดียว อีกตัวสำรองไว้ใช้เวลาที่ต้องถอดตัวที่ใช้งานอยู่เดิมมาซ่อมบำรุง

การเลือกใช้วาล์วสามทางที่ต้องเลือกเปิดไปด้านขาออกด้านใดด้านหนึ่ง (ดังตัวอย่างในรูปที่ ๖) ติดตั้งด้านขาเข้าวาล์วระบายความดันก็เป็นวิธีการหนึ่ง หรือการออกแบบระบบอินเตอร์ล็อกที่ทำให้เมื่อต้องปิดวาล์วตัวหนึ่งก็ต้องไปเปิดวาล์วอีกตัวหนึ่งแทน

รูปที่ ๖ ตัวอย่าง selector valve ใช้กับวาล์วระบายความดัน ที่เมื่อเลือกปิดด้านใดด้านหนึ่งก็จะไปเปิดอีกทางด้านหนึ่งแทน

c) วาล์วปิดกั้นใด ๆ ที่อยู่ทางด้านขาเข้าของ PV valve ต้องเป็นชนิด "full bore" คือพื้นที่การไหลที่น้อยที่สุดต้องเท่ากับหรือมากกว่าพื้นที่ด้านขาเข้าของ PV valve ทั้งนี้เพื่อลดการสูญเสียความดันและการไหลแบบปั่นป่วน วาล์วปิดกั้นใด ๆ ทางด้านขาออกของ PV valve ก็ต้องเป็นชนิด "full bore" ด้วยเช่นกัน และวาล์วเหล่านี้ต้องมีความเหมาะสมกับการใช้งาน (คือไม่ว่าจะเป็นชนิดวัสดุ ความดันและอุณหภูมิการทำงาน)

d) การออกแบบจะต้องมั่นใจว่าส่วนประกอบต่าง ๆ ทั้งด้านขาเข้าและขาออก (รวมทั้งวาล์วปิดกั้น) ต้องยอมให้อุปกรณ์ระบายความดันสามารถระบายความดันได้ ณ อัตราการไหลที่ต้องการ การสูญเสียความดันด้านขาเข้าและขาออกในระหว่างการระบายความดันควรต้องนำมาพิจารณาเมื่อทำการหาขนาดวาล์วระบายความดันสูงเกินและสุญญากาศ ท่อทางเข้าที่ยื่นลึกลงไปในตัวถังเก็บ, ความดันลดคร่อมวาล์วปิดกั้นใด ๆ ทางด้านขาเข้าของวาล์วระบายความดันและท่อด้านขาเข้า ต้องนำมาพิจารณาเพื่อระบุการสูญเสียเหล่านี้

คือถ้าจุดทางเข้าของวาล์วระบายความดันไม่ใช่ตำแหน่งฝาถัง แต่มีการต่อท่อให้ปลายยื่นลงไปต่ำกว่าระดับฝาถัง ความสูญเสียความดันทางด้านขาเข้าจะมีมากกว่าเมื่อจุดทางเข้าอยู่ที่ตำแหน่งฝาถัง ท่อด้านขาเข้าที่อาจจำเป็นต้องติดตั้งเพื่อยกระดับวาล์วระบายความดันให้สูงขึ้นก็สามารถเพิ่มการสูญเสียความดันด้านขาเข้าได้ (ในบางกรณีอาจต้องยกระดับวาล์วระบายความดันให้สูงขึ้น เพื่อให้ท่อด้านขาออกสามารถเอียงลงสู่ท่อระบายร่วมได้ เพื่อให้ของเหลวที่อาจเกิดการควบแน่นเมื่อไอเย็นตัวลงนั้น ไหลออกไปจากตัววาล์วระบายความดัน)

รูปที่ ๗ หัวข้อ 3.7.2

หัวข้อ 3.7.2 เป็นเรื่องของท่อด้านระบายออก (รูปที่ ๗) กล่าวว่าท่อด้านระบายออกของอุปกรณ์ระบายความดัน, ท่อระบายร่วม, หรือช่องเปิดระบายความดัน ต้องเป็นไปตามเกณฑ์ดังต่อไปนี้

a) ต้องระบายไปยังตำแหน่งที่ปลอดภัย ตำแหน่งและทิศทางการระบายออกต้องป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของไอที่ลุกติดไฟได้ที่ระดับพื้นดินหรือในพื้นที่ปิดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งควรหลีกเลี่ยงท่อระบายที่หันลงด้านล่าง (เพื่อป้องกันฝนที่ตกลงมาไหลเข้า) หรือเป็นรูปคอห่านถ้าหากมีโอกาสที่จะมีการปลดปล่อยไอสารที่ลุกติดไฟได้ในปริมาณมากออกมา ตำแหน่งและทิศทางการระบายควรต้องออกไปยังพื้นที่ที่ป้องกันไม่ให้เกิดเปลวไฟลนบน ตัวบุคคล, ถังเก็บ, ระบบท่อ, อุปกรณ์และโครงสร้างต่าง ๆ มีหลายมาตรฐานที่ควรนำมาพิจารณา (เช่น API 500, TRbF 20, NFPA 30, IEC 60079-10) เพื่อระบุวิธีการะบายออกที่ปลอดภัยของลำแก๊สที่ระบายออกมาจากถังเก็บ

คือในกรณีของสารที่ระบายออกมานั้นลุกติดไฟได้และมีการระบายออกมาอย่างต่อเนื่อง เช่นในกรณีที่ถังเก็บถูกไฟคลอก แก๊สที่ระบายออกมามีโอกาสที่จะลุกติดไฟได้อย่างต่อเนื่องที่ปลายท่อด้านขาออก จึงต้องหันทิศทางปลายท่อไม่ให้เปลวไฟที่อาจเกิดขึ้นนั้นไปลนหรือทำความเสียหายให้กับบุคคลหรืออุปกรณ์รอบตัว

b) ควรได้รับการป้องกันจากความเสียหายทางกล

c) ควรได้รับการป้องกันหรือกำจัดความชื้นในอากาศและน้ำที่ควบแน่นจากตัวอุปกรณ์ระบายความดันและระบบท่อที่เกี่ยวข้อง ซึ่งอาจทำได้ด้วยการใช้ฝาปิดกันนั้นฝนแบบหลว ๆ หรือมีช่องระบาย แต่ก็ควรนำการสูญเสียความดันเนื่องจากอุปกรณ์เหล่านี้ (เช่นฝาปิด) มาพิจารณาด้วย ถ้าจัดให้มีจุดระบายของเหลวที่ตำแหน่งต่ำสุด จะต้องหันไปในทิศทางที่ป้องกันไม่ให้เปลวไฟที่อาจเกิดขึ้นนั้นลดไปบน ตัวถัง, ระบบท่อ, อุปกรณ์และโครงสร้าง การเลือกฝาปิดกันน้ำฝนควรได้รับการพิจารณาอย่างระมัดระวังเพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่ปิดกั้นการไหลเพื่อระบายความดันสูงเกินหรือป้องกันการเกิดสุญญากาศ

เรื่องรูระบายของเหลวที่ตำแหน่งต่ำสุดด้านขาออกอ่านเพิ่มเติมได้ในบทความเรื่อง "รูระบายของเหลวที่ท่อด้านขาออกของ Safety valve" เผยแพร่เมื่อวันพุธที่ ๒๘ กรกฎาคม ๒๕๕๘ กล่าวคือในกรณีที่แก๊สที่ระบายออกมานั้นลุกติดไฟได้ ในจังหวะที่มีการระบายความดันนั้นจะมีแก๊สบางส่วนไหลออกมาทางรูนี้ได้ และถ้าแก๊สที่ไหลออกมาทางรูนี้ลุกติดไฟ เปลวไฟที่เกิดขึ้นไม่ควรจะไปลนที่ตัวถังหรือโครงสร้างใด ๆ ที่อยู่รอบข้าง

d) ไอที่ระเหยออกมาจากถังควรได้รับการป้องกันไม่ให้เกิดการแข็งตัว

รูปที่ ๘ หัวข้อ 3.7.2 (ต่อ)

e) ถ้าถังเก็บนั้นติดตั้งอยู่ภายในอาคาร อุปกรณ์ระบายควรต้องระบายความดันออกไปนอกอาคาร และไม่ควรใช้ถังที่มีรอยเชื่อมต่อระหว่างหลังคากับส่วนลำตัวที่เป็นจุดอ่อนเพื่อใช้ในการระบายความดันฉุกเฉินกับถังที่ตั้งในอาคาร (เพราะฝาถังมันจะปลิวไปทำความเสียหายให้กับโครงสร้างอาคารและสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่โดยรอบภายในอาคารได้)

f) ท่อระบายความดันจากอุปกรณ์ระบายความดันจากถังหนึ่งถังหรือมากกว่าอาจเชื่อมต่อเข้ากับท่อระบายหลักเดียวกันได้ถ้าหากท่อระบายหลักนั้นมีลักษณะเป็นไปตามบทบัญญัติอื่นของหัวข้อย่อยนี้ ควรหลีกเลี่ยงการเกิดจุดที่ของเหลวสามารถสะสมจนกระทั่งทำให้เกิดความดันย้อนกลับที่สูงเพียงพอที่ทำให้วาล์วระบายความดันไม่สามารถทำงานได้อย่างปรกติ ช่องระบาย, รูระบาย, รูระบายขนาดเล็ก (bleeder), และอุปกรณ์ระบายความดัน ใด ๆ ไม่ควรถูกต่อเข้ากับท่อระบายร่วมถ้าหากสามารถเกิดความดันย้อนกลับที่ทำให้อุปกรณ์ระบายความดันบนถังนั้นไม่สามารถทำงานได้อย่างปรกติ จะต้องนำเอาความดันย้อนกลับที่เกิดขึ้นในการระบายความดันมาร่วมพิจารณาในการหาขนาด ท่อระบายร่วม, ขนาดของอุปกรณ์ระบายความดัน, การตั้งค่าความดันชดเชยของอุปกรณ์ระบายความดันที่ไม่สมดุล (ดูมาตรฐาน ISO 16852) การพิจารณาควรต้องคำนึงถึงโอกาสที่วาล์วระบายความดันสูงเกิน/ป้องกันสุญญากาศจะยอมให้ของเหลวในท่อระบายร่วมไหลเข้าไปในถังเก็บ การออกแบบระบบควรต้องประเมินการเข้ากันได้ของของไหล (กล่าวคือไม่ใช่เอาของไหลที่ทำปฏิกิริยากันมาระบายเข้าท่อระบายร่วมเดียวกัน) และการเคลื่อนที่ของเปลวไปที่อาจทำให้ต้องมีการติดตั้ง detonation arrester

ปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาที่เร่งตนเอง ดังนั้นเวลาที่เปลวไฟเคลื่อนที่ไปในท่อมันจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเรื่อย ๆ ถ้าหากความเร็วในการเคลื่อนที่นั้นต่ำกว่าความเร็วเสียงจะเรียกว่าเป็น deflagration ซึ่งใช้ flame arrester ดักเอาไว้ได้ แต่ถ้าผ่านความเร็วเสียงเมื่อใดมันจะทำให้เกิด shock wave เรียกว่าเป็น detonation ซึ่งตรงนี้ต้องใชเ detonation arrester เป็นตัวดักเอาไว้

g) ดูมาตรฐาน ISO 16852 สำหรับการประยุกต์ใช้งานที่ถูกต้องของ flame arrester กับท่อระบายด้านขาอออก ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ flame arrester สามารถพบได้ในมาตรฐาน NFPA 69, UL 525 และ TRbF 20

h) ท่อด้านระบายออกทั้งหมดควรได้รับการรองรับที่เพียงพอและต้องไม่ก่อให้เกิดแรงกระทำมากเกินไปต่อตัวอุปกรณ์ระบายความดัน ไม่ว่าจะเป็นในส่วนของน้ำหนักท่อหรือจากโมเมนต์การบิดที่เกิดขึ้นในระหว่างการระบายความดัน

ตัวอย่างความเสียหายที่เกิดจากโมเมนต์แรงบิดที่เกิดขึ้นระหว่างการระบายความดันนี้อ่านเพิ่มเติมได้ในบทความเรื่อง "พังเพราะข้องอเพียงตัวเดียว" เผยแพร่เมื่อวันเสาร์ที่ ๑๕ สิงหาคม พ.ศ. ๒๕๕๘

รูปที่ ๘ หัวข้อ 3.7.3 - 3.7.5

หัวข้อ 3.7.3 การตรวจยืนยันค่าความดันที่ตั้งไว้ (รูปที่ ๘) หัวข้อนี้กล่าวว่าค่าความดันที่ตั้งไว้ของอุปกรณ์ระบายความดันสูงเกิน/ป้องกันสุญญากาศทุกตัว ควรได้รับการยืนยันก่อนนำเอาอุปกรณ์ไปติดตั้งใช้งาน ด้วยวิธีการตามมาตรฐานของผู้ใช้งานและข้อปฏิบัติต่าง ๆ (กล่าวคืออย่างเชื่อค่าที่ผู้ผลิตบอกมาโดยไม่ทดสอบยืนยันด้วยตนเอง)

หัวข้อ 3.7.4 การติดตั้ง หัวข้อนี้กล่าวว่าการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความดันสูงเกิน/ป้องกันสุญญากาศ ควรพิจารณาสิ่งต่าง ๆ ต่อไปนี้

a) ในบางกรณีน้ำหนักถ่วงอาจถูกส่งแยกเป็นชิ้นส่วนต่างหาก เพื่อป้องกันความเสียหายกับโครงสร้างภายใน ดังนั้นจึงควรใช้ความระมัดระวังในการติดตั้งน้ำหนักถ่วงให้เป็นไปตามคำแนะนำของผู้ผลิต (คือการตั้งค่าแรงที่ใช้ในการทำให้ชิ้นส่วนที่คุมเส้นทางการไหลนั้นเปิดหรือปิด อาจทำได้ด้วยการใช้สปริงหรือน้ำหนักกดกระทำต่อชิ้นส่วนที่คุมเส้นทางการไหลนั้น)

b) อาจมีการติดตั้งบรรจุภัณฑ์ไว้ภายในและ/หรือภายนอกตัวอุปกรณ์เพื่อการป้องกันในระหว่างการขนส่ง ซึ่งต้องนำออกก่อนใช้งานตัวอุปกรณ์ระบายความดัน

c) อ่านคำแนะนำของผู้ผลิตก่อนทำการติดตั้ง

หัวข้อ 3.7.5 เป็นเรื่องของการตรวจสอบและการซ่อมบำรุง หัวข้อนี้กล่าวว่า การตรวจสอบและการซ่อมบำรุงอุปกรณ์ระบายความดันสูงเกิน/สุญญากาศควรต้องทำตามแนวปฏิบัติของการซ่อมบำรุงเพื่อการป้องกันของผู้ใช้งาน และวิธีการปฏิบัติงานที่เหมาะสมที่สุด การตรวจสอบควรมีการกำหนดระยะเวลาให้เหมาะสมกับสภาวะการใช้งาน ควรศึกษาแนวทางการตรวจสอบและการซ่อมบำรุงตามที่ผู้ผลิตอุปกรณ์ให้ไว้

ตอนที่ ๑๑ นี้คงพอแค่นี้

API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๑๐) MO Memoir : Thursday 4 January 2567

หมายเหตุ : เนื้อหาในบทความชุดนี้อิงจากมาตราฐาน API 2000 7th Edition, March 2014. Reaffirmed, April 2020 โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจ ดังนั้นถ้าจะนำไปใช้งานจริงควรต้องตรวจสอบกับมาตรฐานฉบับล่าสุดที่ใช้ในช่วงเวลานั้นก่อน

หายไปกว่าสองเดือน ก็ได้เวลากลับมาเขียนเรื่องนี้ต่อ โดยจะเป็นในส่วนหัวข้อ 3.4 และ 3.5

เริ่มจากหัวข้อ 3.4 Means of Venting หรือวัตถุประสงค์ของการระบายความดัน ซึ่งแยกเป็นหัวข้อ 3.4.1 Normal Venting หรือการระบายความดันในสภาวะปรกติ (รูปที่ ๑) และหัวข้อ 3.4.2 Emergency Venting หรือการระบายความดันในกรณีฉุกเฉิน (ความดันเพิ่มสูงขึ้นหรือลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว)

รูปที่ ๑ หัวข้อ 3.4 ถึง 3.4.1.1

หัวข้อ 3.4.1.1 General หรือเรื่องทั่วไป ในย่อหน้าแรกกล่าวถึงการระบายความดันสำหรับความดันที่สูงเกินหรือเกิดสุญญากาศภายใน ซึ่งทำได้ด้วยการใช้ Pressure-Vacuum valve (PV valve) ที่มีหรือไม่มี flame arresting device (อุปกรณ์ป้องกันไม่ให้เปลวไฟวิ่งผ่าน) หรือโดยการใช้ช่องเปิด (open vent เช่นท่อมีขนาดที่ใหญ่พอและได้รับการป้องกันไม่ให้น้ำฝนไหลเข้าไปข้างใน โดยปรกติก็จะใช้ข้องอต่อให้โค้งคว่ำคง) ที่มีหรือไม่มี flame arresting device

การไม่ติดตั้ง flame arresting device จะใช้กับถังบรรจุของเหลวที่ไม่ติดไฟ หรือมีจุดวาบไฟสูง หรือไม่มีโอกาสที่มีสารไวไฟที่มีความดันไอสูงปะปนเข้ามากับของเหลวในถัง

ย่อหน้าที่สองกล่าวว่าการป้องกันบรรยากาศภายในถังไม่ไม่ให้เปลวไฟจากภายนอกวิ่งย้อนเข้ามาได้จะกระทำเมื่อ

- ของเหลวในถังมีจุดวาบไฟต่ำ (เช่นน้อยกว่า 60ºC หรือ 140ºF) หรือตามกฎข้อบังคับที่บังคับใช้อยู่ ขึ้นอยู่กับว่าอันไหนกำหนดอุณหภูมิไว้สูงกว่า

- อุณหภูมิของเหลวที่เก็บมีโอกาสสูงเกินกว่าจุดวาบไฟ หรือ

- ที่ว่างส่วนที่เป็นไอเหนือผิวของเหลวอาจกลายเป็นส่วนผสมที่สามารถติดไฟได้

ถังเก็บของเหลวที่มีจุดวาบไฟสูงและอุณหภูมิกักเก็บต่ำกว่าจุดวาบไฟ จะยอมให้อากาศไหลผ่านเข้า-ออกได้ ดังนั้นที่ว่างส่วนที่เป็นไอเหนือผิวของเหลวจะมีอากาศอยู่แล้ว แต่ความเข้มข้นของเชื้อเพลิงจะต่ำ ทำให้ปลอดภัยจากการระเบิด แต่ถ้าเมื่อใดก็ตามที่ความเข้มข้นของเชื้อเพลิงในส่วนที่เป็นไอนั้นเพิ่มสูงขึ้นจนถึงความเข้มข้นที่สามารถระเบิดได้ (เช่นกรณีที่ถังถูกไฟครอกหรือมีโอกาสที่จะมีสารไวไฟที่มีความดันไอสูงปะปนเข้ามากับของเหลวที่ป้อนเข้าถัง) เวลาที่เกิดไฟไหม้ภายนอก ความร้อนจากเปลวไฟจะทำให้ส่วนที่เป็นไอนั้นระบายออกมา และเพื่อพบกับเปลวไฟภายนอก ก็จะเกิดเปลวไฟวิ่งย้อนเข้าไปภายในถังได้ จึงจำเป็นต้องมีการติดตั้ง flame arresting device เพื่อไม่ให้เปลวไฟเข้าไปจุดระเบิดไอผสมในถังได้

รูปที่ ๒ หัวข้อ 3.4.1.2 และ 3.4.1.3

หัวข้อ 3.4.1.2 Pressure/Vacuum Valves หรือวาล์วความดัน/สุญญากาศ (รูปที่ ๒) หัวข้อนี้เป็นหัวข้อสั้น ๆ กล่าวไว้เพียงบรรทัดเดียวว่า เพื่อป้องกันการสูญเสียผลิตภัณฑ์ แนะนำให้ใช้ PV valves กับถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ

คือการใช้ช่องระบาย (vent) เวลาที่ความดันในถังเพิ่มสูงขึ้น (เช่นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นจากแสงแดด) ไอระเหยในถังก็จะระบายออกจากถังทันที ทำให้สูญเสียผลิตภัณฑ์ออกไปกับไอระเหย แต่ถ้าติดตั้ง PV valve ที่กำหนดให้เปิดเมื่อความดันในถังสูงถึงค่า ๆ หนึ่ง ถ้าความดันภายในถังนั้นสูงยังไม่เกินค่าที่ตั้งเอาไว้ วาล์วก็จะไม่เปิดระบายไอ และในทางกลับกันเมื่อความดันในถังที่เพิ่มสูงขึ้นไปนั้นลดต่ำลงจนต่ำกว่าค่าความดันที่ตั้งให้วาล์วเปิด วาล์วก็จะปิดตัว ทำให้หยุดการระบายไอระเหยออกมา จึงเป็นการลดการสูญเสียผลิตภัณฑ์

ในทางตรงข้ามถ้าความดันในถังลดต่ำลงกว่าความดันบรรยากาศภายนอก ถ้าใช้ช่องระบาย อากาศภายนอกก็จะไหลเข้าถังทันที แต่ถ้าติดตั้ง PV valve วาล์วจะเปิดให้อากาศภายนอกไหลเข้าก็ต่อเมื่อความดันภายในถังลดต่ำลงถึงระดับหนึ่งก่อน จึงเป็นการลดปริมาณอากาศที่จะไหลเข้าไปในถัง (ที่อาจทำให้เกิดส่วนผสมไอที่ระเบิดได้ภายในถัง

หัวข้อ 3.4.1.3 กล่าวถึง Open Vents หรือช่องระบายแบบเปิด ในย่อหน้าแรกกล่าวว่าถ้าเลือกใช้ช่องระบายแบบเปิดกับถังที่บรรจุของเหลวที่อาจทำให้ที่ว่างเหนือผิวของเหลวภายในถังนั้นเกิดเป็นองค์ประกอบที่ระเบิดได้ (ดังเช่นที่กล่าวไว้ในหัวข้อ 3.4.1.1) จึงควรที่จะต้องติดตั้ง flame arresting device เอาไว้ด้วย ถังที่ใช้ช่องระบายแบบเปิดโดยไม่ติดตั้ง flame arresting device เหมาะสำหรับถังที่ไม่มีโอกาสที่ไอระเหยเหนือผิวของเหลวจะเกิดเป็นองค์ประกอบที่ระเบิดได้

ย่อหน้าที่สองกล่าวไว้ว่าในกรณีของน้ำมันที่ข้นหนืด (เช่น cutback หรือ penetration grade asphalts) ที่อันตรายจากถังพังเนื่องจากตัวแผ่นปิดกั้นการระบายไอของ PV valves ไม่เปิดหรือ flame arrester อุดตัด (ต่างเป็นผลจากการมียางเหนียวไปเกาะติด) มีโอกาสสูงกว่าการที่จะมีเปลวไฟวิ่งย้อนกลับเข้าไปในถัง ก็อาจใช้ช่องเปิดแบบธรรมดาได้ (คือไม่มีการติดตั้ง flame arresting device หรือ PV valves) เว้นแต่ที่ระบุไว้ในหัวข้อ 3.4.1.1 หรือไม่ก็ต้องมีการให้ความร้อนแก่ช่องระบาย (heat traced vent) ที่มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิจะสูงกว่าจุดควบแน่นของไอ

penetration grade asphalts คือคือไฮโดรคาร์บอนหนักที่เราเรียกว่า "ยางมะตอย" พวกนี้จะแข็งตัวเป็นของแข็งที่มีความอ่อนนุ่มที่แตกต่างกันที่อุณหภูมิห้อง การแบ่งเกรดจึงใช้การกดลงไปบนพื้นผิว ที่แรงกดเท่ากัน ตัวไหนอ่อนก็จะกดลงไปได้มากกว่าตัวที่แข็งกว่า (ที่มีของชื่อ penetration grade) ส่วน cutback คือยางมะตอยที่มีการผสมไฮโดรคาร์บอนที่เป็นตัวทำละลายเข้าไปเพื่อลดความหนืด (เพื่อให้ไหลเทได้ง่าย)

สารพวกนี้เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง แต่ในการผลิตหรือเก็บต้องทำให้มันร้อนเพื่อให้ไหลไปตามท่อได้ง่าย ดังนั้นมันจะมีไอระเหยเกิดขึ้นภายในถัง และเมื่อไอระเหยเหล่านี้ไปควบแน่นบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ (เช่นฝาถังด้านบน) ก็จะควบแน่นกลายเป็นของแข็งยึดเกาะตามพื้นผิวต่าง ๆ ถ้าไปเกาะที่ pallet (แผ่นปิด) ของ PV valve ก็จะทำให้ตัว pallet ขยับตัวไม่ได้ หรือถ้าไปเกาะที่ตะแกรงโลหะของ flame arrester ก็จะทำให้ flame arrester อุดตัน อันที่จริงแม้แต่ตัว open vent เองถ้าไม่มีการตรวจสอบเป็นเวลานาน ก็มีโอกาสเกิดการอุดตันได้เช่นกัน

flame arrester เป็นอุปกรณ์ป้องกันไม่ให้เปลวไฟวิ่งผ่านไปได้โดยตัวมันเองจะชิ้นส่วนโลหะที่มีช่องเปิดขนาดเล็กที่ยอมให้แก๊สไหลผ่านได้ (เช่นลองนึกภาพเอากระดาษลูกฟูกมาม้วนเป็นแท่งกลม) เมื่อเปลวไฟวิ่งมาถึงชิ้นส่วนโลหะนี้ เปลวไฟจะถ่ายเทความร้อนให้กับชิ้นส่วนโลหะ ทำให้เปลวไฟเย็นลงและดับก่อนที่จะทะลุผ่านตัวชิ้นส่วนโลหะนี้ไป ด้วยการที่ชิ้นส่วนโลหะนี้มีรูให้แก๊สไหลผ่านที่เล็ก มันจึงอุดตันได้ง่าย

สารที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง แต่เมื่ออากาศเย็นจัดอาจแข็งตัวได้ก็สามารถก่อให้เกิดการอุดตันที่ flame arrester ได้เช่นกัน เช่นเบนซีนที่มีจุดเยือกแข็งที่ประมาณ 5-6ºC ไอระเหยของเบนซีนอาจไปแข็งตัวที่บริเวณดังกล่าวได้เมื่อากาศภายนอกเย็นจัด (ดูตัวอย่างได้ในบทความฉบับวันเสาร์ที่ ๒๓ ตุลาคม ๒๕๖๐ เรื่อง "ถัง (Tank) บรรจุเบนซีนได้รับความเสียหายจากความดันที่สูงเกิน"

seal drum ก็เป็น flame arresting device อีกชนิดหนึ่ง แต่ตัวนี้จะพบเห็นกันที่ระบบเผาแก๊สทิ้ง (flare system) ตัวนี้จะเป็นถังบรรจุน้ำอยู่ภายใน ปลายท่อแก๊สที่ไหลเข้าถังจะจุ่มลงใต้ผิวน้ำ แล้วแก๊สก็จะลอยผ่านน้ำออกไปยังท่อทางออก ถ้ามีเปลวไฟวิ่งย้อนมาตามท่อทางออก ก็จะมาหยุดที่ผิวน้ำที่อยู่ในถัง

ย่อหน้าที่สามกล่าวไว้ว่าในกรณีที่มีข้อกำหนดเรื่องการปลดปล่อยที่เข้มงวด การใช้ช่องเปิดแบบธรรมดาอาจเป็นสิ่งที่ไม่สามารถยอมรับได้ ดังนั้นการเลือกอุปกรณ์ระบายความดันจึงควรต้องพิจารณาข้อกำหนดอัตราการรั่วไหลสูงสุดในระหว่างการทำงานปรกติ

รูปที่ ๓ หัวข้อ 3.4.2

หัวข้อ 3.4.2 Emergency Venting (รูปที่ ๓) หรือการระบายความดันในสถานการณ์ฉุกเฉิน ซึ่งในหัวข้อนี้กล่าวเอาไว้ว่าการระบายความดันในสถานการณ์ฉุกเฉินอาจทำได้ด้วยวิธีการต่าง ๆ ดังนี้

a) ใช้ช่องเปิดระบายที่มีขนาดใหญ่ขึ้นหรือมีจำนวนมากกว่าที่กำหนดไว้ในหัวข้อ 3.4.1.3

b) ติดตั้ง PV valve ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นหรือเพิ่มจำนวน

c) ใช้ฝาเปิด-ปิดที่ใช้สำหรับการวัดระดับของเหลวในถัง (gauge hatch) ที่สามารถเปิดเองได้เมื่อความดันในถังผิดปรกติ

d) ใช้ฝาเปิด-ปิดช่องทางคนเข้า (manhole) ที่สามารถเปิดเองได้เมื่อความดันในถังผิดปรกติ

e) การใช้รอยต่อระหว่างตัวหลังคากับผนังถังที่ฉีกขาดได้ง่ายกว่ารอยต่อที่จุดอื่น (ดูหัวข้อ 3.3.3.2) (คือให้ฝาถังปลิวออกไปก่อนที่ลำตัวถังจะฉีกขาด)

f) ติดตั้ง rupture-disk (ที่แผ่น disk จะฉีกขาดเมื่อความดันสูงเกินกำหนด (พึงสังเกตว่าจะไม่ใช้ safety valve เพราะ safety valve จะใช้เวลาในการเปิดและยังมีความต้านทานการไหลที่สูงกว่า)

g) รูปแบบโครงสร้างแบบอื่นที่สามารถพิสูจน์ได้ว่าสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการระบายความดันได้

รูปที่ ๔ หัวข้อ 3.51

หัวข้อ 3.5 Considerqations for Tanks with Potentially Flammable Atmosheres (รูปที่ ๔) หรือการพิจารณาในกรณีของถังเก็บที่มีโอกาสที่จะมีบรรยากาศที่ติดไฟได้ (ภายในถัง) ซึ่งตรงนี้หัวข้อ 3.5.1 General (ทั่วไป) กล่าวไว้ในประโยคแรกว่า โอกาสที่ส่วนผสมของไอที่อยู่เหนือผิวของเหลวภายในถังจะมีสัดส่วนที่ระเบิดได้ขึ้นอยู่กับ กระบวนการ, สภาวะการทำลาย และ/หรือ สภาวะการระบายไอ การจุดระเบิดของไอระเหยที่อยู่ภายในถังมักจะนำไปสู่ความเสียหายของตัวหลังคาถัง และ/หรือการสูญเสียความสามารถในการเก็บกัก (อันนี้คือลำตัวถังฉีกขาด) แหล่งจุดระเบิดมีได้หลายอย่างเช่น ประกายไฟจากไฟฟ้าสถิตที่เกิดขึ้นภายในถังอันเป็นผลจาก การเติมของเหลวแบบตกกระจายหรือวิธีการจุ่มวัดระดับที่ไม่เหมาะสม การมีสารที่สามารถลุกติดไฟได้เองเมื่อสัมผัสอากาศ (pyrophoric substance) อยู่บนผนังด้านในของถัง, งานที่มีความร้อนที่กระทำบนตัวถัง (พวก งานเชื่อม ตัด เจียร), อุณหภูมิของถังหรือข้อต่อต่าง ๆ สูงกว่าอุณหภูมิลุกติดไฟได้เอง (auto-ignition temperature) อันเป็นผลจากความร้อนของเปลวไฟที่อยู่ภายนอก, หรือเปลวไฟวิ่งผ่านทางช่องเปิดหรือช่องระบายต่าง อันเป็นผลจากฟ้าผ่าหรือเพลิงไหม้ภายนอก การพิจารณาโอกาสเกิดไอระเหยที่ระเบิดได้ภายในถังและระบุมาตรการป้องกันก็เป็นสิ่งที่เพียงพอแล้ว

แต่ต้องจำเป็นต้องมีการระบาย explosion/deflagration ให้ดูหัวข้อ 3.2.5.13

สาร pyrophoric ตัวหนึ่งที่มีโอกาสพบได้คือ FeS หรือ iron sulphide ที่เกิดจากสนิมเหล็กกับสารประกอบกำมะถัน (เช่น hydrogen sulphide) FeS นี้ลุกติดไฟได้เองถ้าเจออากาศ

ปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาความความร้อนซึ่งจะเร่งตนเอง ทำให้ความเร็วของไอระเหยที่ลุกไหม้จากจุดเริ่มต้นแผ่กระจายด้วยความเร็วที่เพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ ถ้าความเร็วนั้นยังต่ำกว่าความเร็วเสียงก็จะเรียกว่า deflagration แต่ถ้าไปถึงความเร็วเสียงหรือสูงกว่าเมื่อใดก็จะเป็น detonation ที่มีอำนาจการทำลายล้างสูงกว่ามาก

รูปที่ ๕ หัวข้อ 3.5.2

หัวข้อ 3.5.2 Design Options for Explosion Preventing (รูปที่ ๕) หรือตัวเลือกในการออกแบบเพื่อป้องกันการระเบิด ย่อหน้าแรกกล่าวไว้ว่าถ้าหากไอเหนือผิวของเหลวนั้นสามารถเป็นส่วนผสมที่ลุกติดไฟได้ ผู้ใช้ควรต้องระบุว่าต้องมีการป้องกันใดบ้างเพื่อไม่ให้เกิดการลุกไหม้ภายใน หัวข้อต่อไปนี้เป็นตัวอย่างการป้องกัน

a) การเลือกใช้ถังเก็บที่แตกต่างออกไป กล่าวคือการเลือกใช้ถังเก็บที่มีรูปแบบแตกต่างออกไปอาจช่วยลดหรือกำจัดการเกิดบรรยากาศที่สามารถลุกติดไฟได้ภายในถัง ตัวอย่างเช่น Floating roof tank หรือถังที่สามารถรองรับสุญญากาศได้เต็มที่ (คือไม่มีความดันภายในถังเลย)

Floating roof tank หรือถังที่ฝาถังลอยอยู่บนผิวของเหลว มันไม่มีที่ว่างระหว่างผิวของเหลวกับฝาถัง จึงไม่มีโอกาสเกิดไอผสมที่สามารถลุกไหมได้ภายใต้ฝาถัง

ถังที่ไม่ได้ออกแบบให้รับสุญญากาศได้เต็มที่ เวลาที่ความดันในถังลดต่ำลงก็จำเป็นต้องให้อากาศภายนอกไหลเข้ามาเพื่อไม่ให้ความดันในถังต่ำเกินไปจนถังถูกความดันอากาศภายนอกบีบกดให้ถังยุบตัว แต่การยอมให้อากาศภายนอกไหลเข้ามาก็ทำให้เกิดไอผสมระหว่างอากาศกับไอระเหยของเชื้อเพลิงใต้ฝาถัง ซึ่งอาจทำให้เกิดเป็นส่วนผสมที่สามารถลุกติดไฟได้อยู่ภายใต้ฝาถัง

b) การใช้แก๊สเฉื่อยเข้าปกคลุม (blanketing) กล่าวคือในกรณีที่ความดันในถังลดต่ำลง แทนที่จะยอมให้อากาศภายนอกเพียงอย่างเดียวไหลเข้าภายในถัง ก็จะทำการป้อนแก๊สเฉื่อย (ปรกติก็คือไนโตรเจน แต่ก็อาจมีคาร์บอนไดออกไซด์ก็ได้) เข้าไปในถังเพื่อรักษาความดันในถัง แก๊สเฉื่อยที่ป้อนเข้าไปจะช่วยลดปริมาณอากาศที่ไหลเข้าถัง (ถ้าหากยังยอมให้อากาศไหลเข้าถังได้ เพื่อที่ว่าจะได้ไม่ต้องป้อนแก๊สเฉื่อยเข้าไปมาก)

แต่ก็มีหมายเหตุว่าอาจไปทำให้ก่ออันตรายเรื่องอื่นแทนเช่นการขาดอากาศ หรือในกรณีของระบบที่มีสารที่เป็นกรด (sour service) อาจจะไปช่วยเสริมการเกิดคราบสาร pyrophoric ได้

ในกรณีของไฮโดรคาร์บอน สารที่เป็นกรดที่ปะปนอยู่ที่พบอยู่เสมอคือสารประกอบกำมะถัน เช่นไฮโดรเจนซัลไฟด์ สารประกอบกำมะถันนี้จะทำปฏิกิริยากับสนิมเหล็ก (เหล็กออกไซด์) เกิดเป็นสารประกอบซัลไฟด์ (FeS) สารประกอบซัลไฟด์นี้เมื่อทำปฏิกิริยากับอากาศจะกลับเป็นสนิมเหล็กและคายความร้อนออกมา ซึ่งถ้ามีอยู่ในปริมาณมากก็อาจทำให้เชื้อเพลิงในถังเกิดการจุดระเบิดได้ แต่ถ้าในถังมีอากาศผสมอยู่ในปริมาณไม่มาก สารประกอบซัลไฟล์ที่เกิดขึ้นก็จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศและสลายตัวไป พร้อมกับความร้อนออกมาในปริมาณที่ไม่มากพอที่จะทำให้เกิดการลุกไหม้ของเชื้อเพลิงภายในถังได้ แต่ถ้ามันเกิดสะสมในปริมาณมาก และเมื่อใดที่มีอากาศมากพอไหลเข้าไปในถัง ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นก็จะคายความร้อนที่มากพอที่จะทำให้ไอระเหยของเชื้อเพลิงในถังเกิดระเบิดได้

c) การติดตั้ง flame arrester หัวข้อนี้บอกว่าการติดตั้ง flame arrester ทางด้านปลายขาออกของช่องระบาย หรือทางด้านขาเข้าของ PV valve (คืออยู่ระหว่างวาล์วกับถัง เพราะมันติดตั้งทางด้านขาออกไม่ได้) เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดความเสี่ยงที่เปลวไฟจะวิ่งผ่านเข้าไปในถัง แต่ตรงนี้มีคำเตือนว่าในกรณีที่มีเปลวไฟลุกติดอย่างต่อเนื่องทางด้านขาออกของ flame arrester และตัว flame arrester ดังกล่าว (หรือชิ้นส่วนอื่นของถังหรือข้อต่อท่อ) ไม่ได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อการมีเปลวไฟเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง อุณหภูมิของชิ้นส่วนเหล่านั้นอาจจะสูงเพียงพอที่จะไปจุดระเบิดไอผสมในถังได้ การติดตั้งสัญญาณเตือนอุณหภูมิสูงที่ตัว flame arrester จะสามารถเตือนการเกิดเหตุการณ์นี้ได้

ตรงนี้ขอขยายความนิดนึง กรณีเปลวไฟลุกไหม้อย่างต่อเนื่องมีโอกาสเกิดเมื่อของเหลวในถังนั้นร้อนและระเหยกลายเป็นไอออกมาตลอดเวลา ทำให้เปลวไฟลุกไหม้ได้อย่างต่อเนื่องที่ด้านขาออกของ flame arrester (คล้ายกับหัวเตาแก๊สที่ใข้กันในบ้าน แต่ในกรณีหัวเตาแก๊สนั้นความเร็วแก๊สที่พุ่งออกมากับความเร็วเปลวไฟนั้นพอ ๆ กัน เปลวไฟเลยอยู่กับที่) ความร้อนจากเปลวไฟจะไปทำให้ชิ้นส่วนที่เป็นโลหะ (ที่ปรกติทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับความร้อนของเปลวไฟเพื่อให้เปลวไฟที่วิ่งผ่านนั้นดับ) มีอุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ และเมื่อใดที่สูงถึง auto-ignition temperature ของไอสารผสม ไอสารผสมที่อยู่ในถังก็จะระเบิดได้ หรือในกรณีของท่อระบายที่เป็นรูปตัว U คว่ำลง (ป้องกันน้ำฝนไหลเข้า) เปลวไฟที่เกิดขึ้นก็มีสิทธิไปทำให้ฝาถังบริเวณที่อยู่ใต้ flame arrester นั้นร้อนจัดจนสามารถจุดระเบิดไอสารผสมที่อยู่ในถังได้

และมีคำเตือนเพิ่มเติมว่าการติดตั้ง flame arrester ก็อาจทำให้ถังได้รับความเสียหายจากความดันสูงเกินหรือสุญญากาศได้ถ้าหาก flame arrester เกิดการอุดตันอันเนื่องจากขาดการตรวจสอบและบำรุงรักษา และการใช้ flame arrester จะไปเพิ่มความดันลด (ความต้านทานการไหล) ของระบบระบายความดัน ดังนั้นจึงควรปรึกษาบริษัทผู้ผลิตเพื่อประเมินผลกระทบเหล่านี้ ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ flame arrester สามารถอ่านได้จากมาตรฐาน ISO 16852, NFPA 69, TRbF 20, FM 6061, และ USCG 33 CFR 154

ย่อหน้าสุดท้ายกล่าวว่าในการเลือก flame arrester ที่เหมาะสม ควรพิจารณาเรื่องต่าง ๆ ต่อไปนี้ได้แก่ รูปแบบการเดินท่อ, ความดันและอุณหภูมิการทำงาน, ความเข้มข้นออกซิเจน, ความเข้ากันได้ของวัสดุที่ใช้ทำ flame arrester, และ group ของแก๊สที่ระเบิดได้ (เช่น IIA, IIB ฯลฯ) และควรปรึกษาผู้ผลิตเพื่อเลือก flame arrester ที่เหมาะสม

แก๊สที่ระเบิดได้มีการจำแนกออกเป็น group ต่าง ๆ ตามระดับความดันสูงสุดเมื่อไอผสมของแก๊สนั้นระเบิด ตรงนี้อ่านเพิ่มเติมได้ใน Memoir ฉบับวันพุธที่ ๓๑ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๕๓ เรื่อง "Electrical safety for chemical processes"

d) หัวข้อย่อยสุดท้ายกล่าวว่าในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมมีประสบการณ์ที่ดีกับถังที่ติดตั้ง PV valve โดยไม่มีการติดตั้ง flame arrester ทำให้เกิดความเชื่อจากประสบการณ์ที่ดีนี้ว่า PV valve โดยตัวมันเองสามารถป้องกันไม่ให้เปลวไฟไหลย้อนเข้าไปในถังได้อยู่แล้ว แต่จากการทดลองเมื่อไม่นานนี้ (คือช่วงเวลาที่ออกมาตรฐาน) พบว่าไม่เป็นความจริงเสมอไป อย่างน้อยก็ในสภาวะที่ใช้ทำการทดลอง ประเด็นนี้จะมีการกล่าวถึงอีกครั้งในหัวข้อ 3.5.4

รูปที่ ๖ หัวข้อ 3.5.3

หัวข้อ 3.5.3 Inert-gas-blanketed Tanks หรือถังที่ปกคลุมด้วยแก๊สเฉื่อย กล่าวถึงการใช้ระบบป้อนแก๊สเฉื่อยเพื่อหลีกเลี่ยงการดึงอากาศเข้าภายในถังเวลาที่ความดันภายในถังต่ำกว่าความดันบรรยากาศ หัวข้อนี้กล่าวว่า การใช้ระบบแก๊สเฉื่อยแทนการใช้อุปกรณ์ป้องกันการเกิดสุญญากาศ "อยู่นอกขอบเขต" ของมาตรฐานนี้ สำหรับถังที่ใช้ระบบป้อนแก๊สเฉื่อย โอกาสที่จะเกิดบรรยากาศที่ระเบิดได้ภายในถังจะลดลง และจะได้ประโยชน์เทียบได้กับการจำแนกเป็นพื้นที่ที่มีอันตรายลดต่ำลง ดูภาคผนวก F สำหรับประโยชน์อื่นที่ได้และข้อมูลเป็นแนวทางสำหรับการใช้แก๊สเฉื่อยปกคลุมเพื่อป้องกันเปลวไฟวิ่งย้อนกลับ ส่วนการหาขนาดอุปกรณ์ระบายความดันควรกำหนดขนาดเผื่อกรณีที่ไม่มีแก๊สเฉื่อย (ดูข้อ 3.3.1)

เรื่อง "hazardous area classification" เป็นเรื่องเกี่ยวกับโอกาสที่จะมีสารไวไฟในพื้นที่ต่าง ๆ เรื่องนี้อ่านเพิ่มเติมได้ใน Memoir ฉบับวันพุธที่ ๓๑ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๕๓ เรื่อง "Electrical safety for chemical processes"

รูปที่ ๗ หัวข้อ 3.5.4

หัวข้อสุดท้ายของฉบับนี้คือ 3.5.4 Flame Propagation Through Pressure/Vacuum Valves (รูปที่ ๗) หรือการเดินทางของเปลวไฟ (จากภายนอก) ผ่าน PV valves (เข้าไปในถัง) จะเรียกว่าหัวข้อนี้เป็นการอภิปรายเพิ่มเติมเรื่องความเชื่อที่ว่า flame arrester มีคุณสมบัติในการป้องกันไม่ให้เปลวไฟผ่านได้ที่กล่าวไว้ในหัวข้อ 3.5.2 ข้อย่อย d)

ย่อหน้าแรกกล่าวว่า ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเปลวไฟสามารถแพร่กระจายผ่าย PV valve เข้าไปในที่ว่างเหนือผิวของเหลวในถังได้ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการจุดระเบิดไอที่ระเหยออกมาจาก PV valve (เช่นจากการโดนฟ้าผ่า) สามารถก่อให้เกิดเปลวไฟวิ่งย้อนกลับเข้าไปใน PV valve และทำให้เกิดความดันที่สูงพอที่จะยกแผ่นปิดกั้น (pallet) ของตัว PV valve ได้ ทำให้เปลวไฟแพร่เข้าไปในว่างเหนือผิวของเหลวในถังได้ การทดลองอื่นแสดงให้เห็นว่า ในสภาวะที่มีการไหลออกมาอย่างช้า ๆ เปลวไฟสามารถแพร่ผ่านเข้าทางด้านความดันของ PV valve ได้ (ด้านที่เปิดเมื่อความดันในถังสูงเกิน)

ด้านความดันคือด้านที่จะเปิดเมื่อความดันในถังสูงกว่าความดันภายนอกถังระดับหนึ่ง ตำแหน่งของเปลวไฟจะขึ้นอยู่กับความเร็วของไอที่ไหลออกมากับความเร็วของเปลวไฟ ถ้าความเร็วของไอที่ไหลออกมานั้นเท่ากับความเร็วในการแพร่กระจายของเปลวไฟ เปลวไฟก็จะอยู่กับที่ (แบบเตาแก๊สหุงต้มที่ใช้กันตามบ้าน) แต่ถ้าความเร็วของไอที่ไหลออกมานั้นต่ำกว่าความเร็วของเปลวไฟ เปลวไฟก็จะวิ่งสวนทางกับการไหลของไอได้ (เช่นตอนที่เราปิดเตาแก๊สหุงต้ม เปลวไฟจะวิ่งเข้าไปในรูหัวเตา และไปดับตรงจุดผสมระหว่างอากาศและแก๊สหุงต้ม อนึ่งพึงระลึกว่าการทำงานของเตาแก๊สหุงต้มนั้น เราผสมอากาศกับแก๊สหุงต้มก่อน แล้วจึงไปจุดไฟให้มันเผาไหม้ที่หัวเตา)

ย่อหน้าที่สองกล่าวว่า ในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมนั้นเหตุการณ์เปลวไฟวิ่งย้อนผ่าน PV valve เป็นเหตุการณ์ที่ยากที่จะพบเห็น ซึ่งอาจเป็นเพราะปัจจัยดังต่อไปนี้

- สารที่เก็บในถังเก็บแบบหลังคารูปกรวย (cone roof tank) บ่อยครั้งที่ไม่ก่อให้เกิดส่วนผสมที่ระเบิดได้ภายในถัง

- ฟ้าผ่ามักจะเกิดขึ้นเมื่อมีเมฆปกคลุม จึงมีแนวโน้มที่ถีงจะระบายแก๊สออกลดลง อย่างไรก็ตามการระบายแก๊สออกก็ยังอาจเกิดขึ้นได้ถ้ามีการเติมของเหลวเข้าไปในถัง (ตรงนี้น่าจะเป็นเพราะพอท้องฟ้ามีเมฆ แสงแดดก็จะหายไป ความร้อนจากแสงแดดที่ถังได้รับก็จะหายไป ทำให้ถังเย็นลง ความดันในถังก็ลดลง)

- ก่อนเกิดฟ้าผ่ามักจะมีลมพัด (สภาพอากาศก่อนฝนตก) ทำให้กลุ่มไอระเหยที่ลุกติดไฟได้ (ที่อยู่ด้านนอกของช่องระบายของ PV valve) มีขนาดที่เล็กลง (คือถ้าฟ้าไม่ผ่าลงมาใกล้ PV valve ก็คงยากที่จะจุดระเบิดไอระหยนี้)

สำหรับตอนที่ ๑๐ คงพอแค่นี้ก่อน