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
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น