การเสียชีวิตจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ บนหลังคา External Floating Roof Tank MO Memoir : Friday 3 October 2568

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "H₂S exposure & fatality on external floating roof tank deck" เผยแพร่เมื่อวันที่ ๑๕ กันยายน ค.ศ. ๒๐๒๕ บนหน้าเว็บของ "Oil Industry Safety Directorate" ซึ่งเป็นหน่วยงานของรัฐบาลประเทศอินเดีย (https://www.oisd.gov.in/en-in/CaseStudies)

Floating roof tank เป็นถังเก็บของเหลวที่หลังคาถังลอยอยู่บนผิวของเหลวที่อยู่ในถัง ข้อดีของหลังคาแบบนี้คือทำให้ไม่มีที่ว่างเหนือผิวของเหลวทำให้สามารถลดการระเหยของของเหลวได้ ถังแบบนี้เหมาะสำหรับการเก็บของเหลวที่มีความดันไอสูงที่อุณหภูมิห้อง (เช่น น้ำมันเบนซิน หรือน้ำมันหนักที่มีน้ำมันเบาผสมอยู่เช่นน้ำมันดิบ) ด้วยการที่หลังคาถังเลื่อนขึ้นลงตามระดับของเหลวในถัง ตัวหลังคาจึงอยู่ต่ำกว่าขอบบนของผนังลำตัวถัง ดังนั้นเวลาฝนตกก็จะมีน้ำฝนจะสมบนหลังคาถังได้ สำหรับประเทศในเขตร้อนมักจะไม่ทำหลังคาfixed roof ครอบตัว floating roof เอาไว้เพราะสามารถระบายน้ำบนหลังคานั้นออกทางท่อระบายน้ำได้ ถังแบบนี้เรียกว่า external floating roof tank แต่สำหรับประเทศเมืองหนาวที่มีหิมะตกประจำ ก็ควรต้องทำ fixed-roof ครอบ floating roof เอาไว้ เพราะหิมะเป็นของแข็งที่ไม่สามารถไหลลงไปตามท่อระบายน้ำ ถ้าปล่อยให้มันสะสมบน floating roof น้ำหนักของมันก็อาจทำให้ floating roof นั้นจมได้ จึงต้องทำ fixed-roof (หรือ cone roof) ปิดคลุมด้านบนเอาไว้อีกที ถังแบบนี้เรียกว่า internal floating roof tank

รูปที่ ๑ ถังที่เกิดเหตุ

Slop oil หรือที่เรียกสั้น ๆ ว่า Slop ในวงการปิโตรเลียมหมายถึงน้ำมันที่ปนเปื้อนสารต่าง ๆ ที่ระบายออกมาจากกระบวนการต่าง ๆ น้ำมันพวกนี้มักจะถูกรวบรวมเข้าด้วยกันเพื่อที่จะส่งกลับไปกลั่นแยกใหม่ได้ และถังที่เกิดเหตุในเรื่องนี้ก็เป็นถังเก็บ Slop โดยก่อนหน้าที่จะเกิดเหตุทางโรงกลั่นได้มีการหยุดเดินเครื่อง และหลายวันก่อนเกิดเรื่องก็ได้เริ่มเดินเครื่องหน่วยผลิตต่าง ๆ ซึ่งในระหว่างเริ่มเดินเครื่องก็เกิดผลิตภัณฑ์ไม่ได้มาตรฐานที่ถูกส่งไปยังถังเก็บ Slop และในหมู่น้ำมันที่ถูกมายังถังนี้ก็มี แนฟทา/น้ำมันก๊าด/น้ำมันดีเซลจากหน่วย hydrotreating หรือ hydrocracking ที่มีปริมาณ H₂S หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ปนอยู่มาก

ในการกลั่นแยกสารเช่นการกลั่นน้ำมัน น้ำมันที่มีจุดเดือดต่ำจะกลายเป็นไอลอยขึ้นสู่ด้านบนของหอกลั่นก่อนที่จะถูกควบแน่นเป็นของเหลว ส่วนน้ำมันที่มีจุดเดือดสูงสุดก็จะเป็นของเหลวไหลออกทางก้นหอกลั่น น้ำมันที่มีจุดเดือดระหว่างนี้ก็จะควบแน่นกลายเป็นไอที่ระดับความสูงต่าง ๆ กัน ด้วยเหตุนี้จึงมีการเปรียบเทียบจุดเดือดว่าสูงหรือต่ำด้วยการใช้คำว่า "เบา (light)" หรือ "หนัก (heavy)" ดังนั้นเวลากล่าวถึงน้ำมันหนักก็จะหมายถึงน้ำมันที่ประกอบด้วยพวกที่มีมีจุดเดือดสูง น้ำมันเบาก็จะหมายถึงน้ำมันที่ประกอบด้วยพวกที่มีจุดเดือดต่ำ

น้ำมันดิบในส่วนที่เป็นน้ำมันหนักจะมีองค์ประกอบที่มีโครงสร้างโมเลกุลใหญ่ที่มีความไม่อิ่มตัว (มีพันธะคู่ C=C หรือวงแหวนอะโรมาติก) อยู่มาก นอกจากนี้ยังมีสารประกอบอินทรีย์ที่มี กำมะถัน (S), ไนโตรเจน (N) และออกซิเจน (O) ปนอยู่ด้วย โดยส่วนใหญ่จะเป็นสารประกอบกำมะถัน และจะมีมากขึ้นในส่วนของน้ำมันที่หนักขึ้น การทำให้น้ำมันโครงสร้างโมเลกุลใหญ่เหล่านี้แตกออกเป็นโมเลกุลที่เล็กลง (ระดับน้ำมันเบนซินหรือดีเซล) ด้วยการใช้ความร้อนเพียงอย่างเดียวทำได้ยาก จึงต้องลดความไม่อิ่มตัวของน้ำมันลงก่อนด้วยการเติมไฮโดรเจนเข้าไป ปฏิกิริยานี้เรียกว่า hydrocracking ที่มีการใช้ความดันที่สูง (เพื่อเพิ่มการละลายของไฮโดรเจนในน้ำมันที่เป็นของเหลว) และตัวเร่งปฏิกิริยา (เพื่อช่วยในการเติมไฮโดรเจนและทำให้โมเลกุลอิ่มตัวที่เกิดขึ้นแตกตัวออกเป็นโมเลกุลเล็กลง)

แต่เนื่องจากสารประกอบอินทรีย์ที่มี กำมะถัน, ไนโตรเจน, และออกซิเจนเป็นองค์ประกอบนั้นมีคุณสมบัติเป็นเบสลิวอิส (Lewin acid) ซึ่งมีความเป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใข้ในการทำให้น้ำมันแตกตัว (ตัวเร่งปฏิกิริยามีคุณสมบัติเป็นกรด) และถ้ามีปนเปื้อนอยู่ในผลิตภัณฑ์น้ำมันที่นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิง เวลาที่สารเหล่านี้เผาไหม้ก็จะก่อให้เกิดมลพิษเพิ่มมากขึ้นโดยเฉพาะกำมะถัน ดังนั้นจึงมีความจำเป็นที่ต้องกำจัดอะตอมเหล่านี้ออกจากน้ำมันก่อน การกำจัดทำได้ด้วยการใช้แก๊สไฮโดรเจนร่วมกับตัวเร่งปฏิกิริยา โดยกำมะถันจะถูกดึงออกมาในรูปไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) ที่ละลายอยู่ในน้ำมันได้ส่วนหนึ่ง

ที่เล่ามาสองย่อหน้าข้างบนก็เพื่อปูพื้นฐานให้ผู้ที่ไม่ได้มีพื้นฐานทางด้านนี้จะได้มองเห็นว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่เป็นตัวก่อเหตุในเรื่องนี้ มันมาได้อย่างไร

ก่อนเกิดเหตุ โรงงานได้มีการหยุดเดินเครื่องและเริ่มต้นเดินเครื่องใหม่ ในระหว่างการเริ่มเดินเครื่องนี้ก็มีผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติไม่เป็นไปตามข้อกำหนดเกิดขึ้นมาก ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ก็ถูกส่งมารวมกันที่ slop tank คืนก่อนหน้าเข้าวันเกิดเหตุมีฝนตกหนัก ทำให้สัญญาณระดับของเหลวในถังมีความแปรปรวน จึงได้มีการส่งโอเปอร์เรเตอร์คนที่หนึ่งไปตรวจสอบเพื่อดูว่ามีน้ำฝนสะสมบนหลังคา floating roof tank หรือไม่ (ก่อนหน้านี้เคยมีเหตุการณ์ที่น้ำหนักน้ำบนหลังคานั้นทำให้หลังคาเอียงตัว) ในขณะนั้นหลังคาถังอยู่ต่ำกว่าขอบบนสุดประมาณ 5 เมตร

หลังเวลาผ่านไประยะหนึ่งก็ไม่มีการติดต่อมาจากโอเปอร์เรเตอร์คนที่หนึ่ง จึงได้มีการส่งโอเปอร์เรเตอร์คนที่สองไปตรวจสอบ เมื่อไปถึงถังโอเปอร์เรเตอร์คนที่สองก็วิทยุกลับมาว่าพบโอเปอร์เรเตอร์คนที่หนึ่งหมดสตินอนอยู่บนหลังคาถังและกำลังจะลงไปช่วยนำเอาตัวโอเปอร์เรเตอร์คนที่หนึ่งออกมา โอเปอร์เรเตอร์คนที่สามที่ทำงานอยู่ใกล้เคียงก็เลยตามเข้าไปช่วยด้วย แต่เมื่อไปถึงด้านบนของถังก็พบว่าโอเปอร์เรเตอร์คนที่สองที่ลงไปก่อนหน้านั้นก็นอนหมดสติอยู่บนหลังคาถัง ก็เลยวิทยุเหตุฉุกเฉินขอความช่วยเหลือ

แม้จะนำร่างโอเปอร์เรเตอร์สองคนแรกออกมาและพยายามช่วยชีวิต แต่ทั้งสองรายก็ถูกประกาศว่าเสียชีวิตที่โรงพยาบาล

การตรวจสอบที่เกิดเหตุพบแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์เข้มข้นสูงในบริเวณดังกล่าว แม้ว่าหลังจากเกิดเหตุแล้ว48 ชั่วโมงก็พบแก๊สเข้มข้นสูงถึง 40 ppm ที่ขอบด้านบนของถัง (ระดับความเข้มข้นที่ก่อให้เกิดอันตรายได้ทันทีของแก๊สนี้อยู่ที่ประมาณ 100 ppm คำว่าทันทีในที่นี้หมายถึงการหมดสติทันที) และเมื่อนำน้ำมันส่วนที่อยู่ทางด้านบนของถังมาวิเคราะห์ (เก็บตัวอย่างหลังเหตุการณ์เกิดขึ้นแล้ว 11 วัน) ก็พบไฮโดรเจนซัลไฟด์เข้มข้นสูงถึง 890 ppm

อันตรายของแก๊สตัวนี้คือมันเป็น "Knock out gas" คือทำให้ผู้สูดหายใจเข้าไปหมดสติทันที จึงตกค้างอยู่ในที่เกิดเหตุและสูดแก๊สเข้าไปอย่างต่อเนื่องจนเสียชีวิต

การปรับค่าตัวประกอบกำลังหลอดฟลูออเรสเซนต์ MO Memoir : Thursday 2 October 2568

ตอนเด็ก ๆ เคยเห็นโคมหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่บ้านญาติที่ต่างจังหวัดมีวัตถุทรงกระบอกอันใหญ่ ๆ (เทียบกับขนาดหลอด) ติดตั้งอยู่ ซึ่งตอนนั้นก็ไม่รู้ว่ามันคืออะไรเพราะที่บ้านที่กรุงเทพไม่มี มารู้เอาตอนโตขึ้นว่ามันคือตัวเก็บประจุที่เอาไว้ปรับค่าตัวประกอบกำลัง (power factor ที่ย่อว่า pf บ้าง PF บ้าง) ในยุคสมัยนั้น (ก็กว่า ๔๐ ปีที่แล้ว) เป็นยุคสมัยที่กำลังการผลิตไฟฟ้าของไทยจะเรียกว่าไม่ค่อยพอเพียงก็ได้ ตอนหัวค่ำต้องประหยัดไฟกันทั้งประเทศ ไฟถนนต้องเปิดดวงเว้นดวง สถานีโทรทัศน์ต่าง ๆ งดออกรายการช่วง ๑๘.๓๐ ถึง ๒๐.๐๐ น (เพื่อให้ทุกบ้านปิดโทรทัศน์ จะได้ประหยัดไฟ ซึ่งตอนนั้นยังไม่มีเครื่องเล่นวิดิทัศน์)

ชุดหลอดฟลูออเรสเซนต์เป็นอุปกรณ์ที่มีค่าตัวประกอบกำลังต่ำตัวหนึ่ง สำหรับบ้านพักอาศัยทั่วไปที่ไม่ได้ติดตั้งหลอดชนิดนี้จำนวนมาก ค่าตัวประกอบกำลังที่ต่ำนี้ก็ไม่ได้ส่งผลต่อปริมาณกระแสไฟที่ต้องไหลเข้าบ้านมากเท่าใดนัก แต่ในอาคารพาณิชย์ที่มีการใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์เป็นจำนวนมาก และมีการเปิดใช้งานจำนวนมากในเวลาเดียวกัน ปริมาณกระแสที่ต้องจ่ายเพิ่มขึ้นเนื่องจากค่าตัวประกอบกำลังที่ต่ำนั้นจัดว่าสูงอยู่เหมือนกัน

วิธีการลดปริมาณกระแสที่ต้องจ่ายทำได้ด้วยการติดตั้งตัวเก็บประจุขนานเข้ากับวงจรหลอดฟลูออเรสเซนต์ ตัวเก็บประจุจะทำให้ค่าตัวประกอบกำลังเพิ่มสูงขึ้น (เฟสของความต่างศักย์และกระแสใกล้เคียงกันมากขึ้น) ตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่างเป็นของโคมไฟของชั้นที่ผมทำงานอยู่ ชั้นนี้ติดตั้งโคมชนิด ๓ หลอด (บางชั้นติดตั้งโคมชนิด ๔ หลอด) ซึ่งตอนนี้โคมเหล่านี้อายุการใช้งานมันก็มากแล้ว ถ้าชั้วหลอดยังใช้ได้อยู่เขาก็เปลี่ยนเป็นหลอดแอลอีดีแทน แต่ถ้าขั้วหลอดมันเปราะหมดแล้วก็จะเปลี่ยนทั้งโคม ตัวสีส้มที่เห็นในรูปที่ ๑ ข้างล่าง (รวมทั้งในกรอบสี่เหลี่ยมด้วย) ก็คือตัวเก็บประจุที่ติดตั้งมาเพื่อปรับค่าตัวประกอบกำลังให้เข้าใกล้ 1.0

รูปที่ ๑ ตัวสีส้มที่เห็นคือตัวเก็บประจุที่ใช้สำหรับปรับค่าตัวประกอบกำลังให้กับโคมหลอดฟลูออเรสเซนต์

รูปที่ ๒ เป็นวงจรการต่อหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่มีการติดตั้งตัวเก็บประจุ (C2) ในรูปแบบขนานกับวงจรหลอด เพื่อทำหน้าที่ปรับค่าตัวประกอบกำลังให้สูงขึ้น ตัวหลักที่ทำให้ค่าตัวประกอบกำลังของหลอดฟลูออเรสเซนต์มีค่าต่ำก็น่าจะเป็นตัวบัลลาสต์ (ballast) ที่โครงสร้างเป็นขดลวดพันอยู่บนแกนเหล็ก ส่วนตัวเก็บประจุ C1 นั้นในความเป็นจริงมันไม่มี มันเป็นค่าของตัวสตาร์ทเตอร์ (starter) ที่เขาเขียนแยกออกมาเพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น เพราะตัวสตาร์ทเตอร์เองเมื่อหลอดติดแล้วตัวขั้วโลหะจะแยกออกจากกัน ทำให้มีคุณสมบัติเป็นเหมือนตัวเก็บประจุที่เก็บประจุได้นิดหน่อย

 

รูปที่ ๒ วงจรการต่อหลอดฟลูออเรสเซนต์ที่มีการติดตั้งตัวเก็บประจุ (C2) ด้วยการต่อขนานกับตัวหลอด

ด้วยการที่ได้ซื้อ micro power monitor จาก shopee มาเล่นกว่าปี มาวันนี้ก็เลยทดลองนำเครื่องดังกล่าวมาวัดค่าตัวประกอบกำลังของหลอดไฟที่มีอยู่ในบ้าน ๔ ชนิด ชนิดแรกคือหลอดไส้หรือ incandescent lamp ขนาด 40วัตต์ที่เป็นหลอดยุคเก่าและที่บ้านยังมีอยู่ ซึ่งผลออกมาก็คือตัวประกอบกำลังมีค่าเป็น 1.00

ทีนี้พอลองวัดค่าของหลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์หรือที่เราเรียกว่าหลอดตะเกียบขนาด 11 วัตต์ดูบ้าง ก็วัดค่าตัวประกอบกำลังได้ประมาณ 0.71 และพอเปลี่ยนเป็นหลอดแอลอีดีขนาด 7 วัตต์ ก็ได้ค่าตัวประกอบกำลังประมาณ 0.64

รูปที่ ๓ ค่าตัวประกอบกำลังของ (ซ้าย) หลอดฟลูออเรสเซนต์ (กลาง) หลอดแอลอีดี และ (ขวา) หลอดคอมแพคฟลูออเรสเซนต์

หลอดสุดท้ายที่ทำการทดสอบคือโคมฟลูออเรสเซนต์ 18 วัตต์ที่ยังใช้บัลลาสต์แบบเก่าอยู่ (ที่ไม่ใช่ชนิด low loss) ก็วัดค่าตัวประกอบกำลังได้เพียงแค่ประมาณ 0.33 และกินไฟอยู่ที่ประมาณ 30 วัตต์ แสดงว่าการสูญเสียที่ตัวบัลลาสต์นั้นอยู่ที่ประมาณ 10 วัตต์ ซึ่งน่าจะเป็นเข่นนั้น เพราะชนิด low loss นั้นการสูญเสียอยู่ที่ประมาณ 5 วัตต์

นั่นแสดงว่าการเปลี่ยนจากหลอดฟลูออเรสเซนต์มาเป็นหลอดแอลอีดีนั้น แม้ว่าจะสามารถลดการสูญเสียพลังงานลงได้มากจากการที่ได้ความสว่างเท่าเดิมแต่ใช้พลังงานไฟน้อยลง แต่เราก็ยังสามารถลดการสูญเสียนี้ลงไปได้อีก (ถ้าต้องการ แต่จะคุ้มหรือเปล่าก็ไม่รู้) ด้วยการติดตั้งตัวเก็บประจุเข้าไป โคมหลอดแอลอีดี 10 วัตต์ที่นำมาใช้แทนหลอดฟลูออเรสเซนต์ 18 วัตต์ก็มีค่าตัวประกอบกำลังอยู่ที่ประมาณ 0.6

ตัวโคมสำหรับติดตามบ้านที่เห็นขายกันอยู่นั้นไม่เห็นมีการติดตั้งตัวเก็บประจุ เป็นเพียงแค่ฐานเปล่า ๆ สำหรับติดหลอด แต่ถ้าเป็นโคมสำหรับติดฝ้าเพดานในอาคารต่าง ๆ นั้นก็ไม่รู้เหมือนกันว่ามีการติดตั้งตัวเก็บประจุมาให้ด้วยหรือเปล่า เพราะยังไม่มีโอกาสไปรื้อดู

การประหยัดพลังงานของโคมไฟแสงสว่างก็เห็นเปลี่ยนมาเรื่อย ๆ จากยุคของการใช้หลอดไส้มาเป็นหลอดตะเกียบ จากยุคของการใช้หลอดฟลูออเรสเซนต์แบบเดิมที่อ้วนมาเป็นขนาดปัจจุบันที่เรียกว่าหลอดผอม (หลอดกินไฟลดลง 40 วัตต์เหลือ 36 วัตต์ และจาก 20 วัตต์เหลือ 18 วัตต์) และการเปลี่ยนบัลลาสต์เป็นชนิด low loss (การสูญเสียลดลงจาก 10 วัตต์เหลือ 5 วัตต์) ถ้าเป็นอาคารที่ใช้โคมไฟจำนวนมากก็จะมีการใช้โคมที่มีการติดตั้งตัวเก็บประจุเพื่อปรับค่าตัวประกอบกำลัง จนเข้าสู่ยุคปัจจุบันที่หลอดฟลูออเรสเซนต์แบบเดิมถูกแทนที่ด้วยหลอดแอลอีดี

ภาพล่างสุดไม่เกี่ยวอะไรกับบทความนี้ เป็นบรรยากาศการสอบ (ที่ต้องไปคุมสอบ) วิชาของตัวเองเมื่อวันศุกร์ที่ ๒๖ ตุลาคม ๒๕๖๘ ที่ผ่านมา ขอเอามาบันทึกไว้สักหน่อย เพราะปีการศึกษาหน้าก็คงจะไม่ต้องเข้าคุมสอบแล้ว

รูปที่ ๔ บรรยากาศการคุมสอบเมื่อบ่ายวันศุกร์ที่ ๒๖ กันยายนที่ผ่านมา

เมื่อคอมพิวเตอร์ให้คำตอบจากโจทย์ที่ไม่ควรมีคำตอบ MO Memoir : Thursday 25 September 2568

คอมพิวเตร์ทำงานด้วยระบบเลขฐาน 2 ในขณะที่ในชีวิตประจำวันของเรานั้น เราใช้ตัวเลขฐาน 10 ดังนั้นเวลาเราป้อนข้อมูลให้คอมพิวเตอร์ คอมพิวเตอร์ก็จะแปลงค่าตัวเลขในฐาน 10 ที่เราป้อนเข้าไปนั้นให้กลายเป็นตัวเลขในฐาน 2 แต่เนื่องจากว่าเนื่องจากเราไม่สามารถแปลงเลขจำนวนจริงฐาน 10 ให้กลายเป็นเลขจำนวนจริงฐาน 2 ที่มีค่าเท่ากันพอดีได้ทุกตัว มันทำได้เพียงแค่เก็บตัวเลขฐาน 2 ที่มีค่าใกล้เคียงเลขฐาน 10 ที่เราป้อนเข้าไปให้มากที่สุด ทำให้ตัวเลขฐาน 2 ที่อยู่ในเครื่องนั้นมีค่าแตกต่างไปจากตัวเลขฐาน 10 ที่เราต้องการให้มันเป็นอยู่เล็กน้อย ความคลาดเคลื่อนตรงนี้เรียกว่า round off error

และบางทีความคลาดเคลื่อนแบบนี้ก็สามารถทำให้ผลการคำนวณนั้นผิดเพี้ยนไปแบบคนละเรื่องเลย เช่นตัวอย่างอย่างที่นำมาเล่าให้ฟังในวันนี้ ที่ผิดพลาดแบบจากไม่ควรหาคำตอบได้กลายเป็นมีคำตอบเฉยเลย

Cramer's rule เป็นวิธีการหนึ่งที่ใช้สำหรับหาคำตอบของระบบสมการพีชคณิตเชิงเส้น ตัวอย่างเช่นถ้าเรามีระบบสมการ 3 สมการ 3 ตัวแปรที่สามารถเขียนในรูปแบบเมทริกซ์ A·x = bดังนี้

                    

เราสามารถคำนวณค่า x แต่ละตัวได้จากการใช้ค่า determinant ของเมทริกซ์ดังนี้

คำตอบจะมีก็ต่อเมื่อค่า determinant ของเมทริกซ A นั้นไม่เป็นศูนย์ (เพราะมันเป็นตัวหาร)

ทีนี้ลองพิจารณาระบบ 3 สมการ 3 ตัวแปรต่อไปนี้

ซึ่งถ้าคำนวณค่า determinant ของเมทริกซ์ A จะพบว่ามีค่าเป็นศูนย์ ดังนั้นเมื่อพิจารณาจาก Cramer's rule แล้วระบบสมการนี้ไม่ควรจะหาคำตอบได้

แต่เมื่อนำไปทดลองคำนวณด้วยโปรแกรม GNU Octave (version 10.2.0) โดยเริ่มจากหาค่า determinant ก่อน

>> format long e

>> a1 = [3, 1, 4];

>> a2 = [4, 2, 2];

>> a3 = [-1, -1, 2];

>> A = [a1; a2; a3]

A =

3.000000000000000e+00 1.000000000000000e+00 4.000000000000000e+00

4.000000000000000e+00 2.000000000000000e+00 2.000000000000000e+00

-1.000000000000000e+00 -1.000000000000000e+00 2.000000000000000e+00

>> d = det(A)

d = 0

จะเห็นว่าค่า determinant ที่ได้นั้นมีค่าเป็นศูนย์ แต่เมื่อสั่งให้โปรแกรมทำการคำนวณหาค่าคำตอบกลับพบว่า

>> b = [1; 1; 1];

1.000000000000000e+00

1.000000000000000e+00

1.000000000000000e+00

>> x = A\b

warning: matrix singular to machine precision

x =

2.857142857142860e-02 (x₁)

-4.761904761904767e-02 (x₂)

3.238095238095241e-01 (x₃)

กลับพบว่ามันให้คำตอบ (x₁, x₂ และ x₃) ออกมาเป็นตัวเลขที่ดูดีเสียด้วย (คือไม่มากมหาศาลหรือเข้าใกล้ศูนย์มาก) แต่ถ้าทดลองนำคำตอบที่ได้ไปแทนค่าในโจทย์เริ่มต้น จะพบว่ามันไม่ใช่คำตอบที่ทำให้สมการเป็นจริง

หรือลองดูอีกตัวอย่างกับระบบสมการ

ซึ่งในตัวอย่างนี้ค่า determinant ของเมทริกซ์ A ก็มีค่าเป็นศูนย์เช่นกัน และเมื่อคำนวณด้วยโปรแกรม GNU Octave (version 10.2.0) ก็พบว่า

>> a1 = [7, 3, 2];

>> a2 = [1, 1, 1];

>> a3 = [5, 1, 0];

>> A = [a1; a2; a3]

A =

7 3 2

1 1 1

5 1 0

>> d = det(A)

d = -1.7764e-15

ผลการคำนวณให้ค่า determinant เข้าใกล้ศูนย์มาก (อันนี้เป็นผลจาก round off error) และเมื่อให้โปรแกรมคำนวณหาคำตอบของระบบสมการก็พบว่า

>> b = [1; 1; 1];

>> x = A\b

warning: matrix singular to machine precision, rcond = 6.83214e-18

x =

-1.1259e+15 (x₁)

5.6295e+15 (x₂)

-4.5036e+15 (x₃)

โปรแกรมก็ยังสามารถส่งคำตอบออกมาเป็นตัวเลขที่ (อาจจะ) นำไปใช้คำนวณต่อในขั้นตอนการทำงานถัดไปได้

จากประสบการณ์ที่เคยเจอและได้ให้คำแนะนำกับนิสิตที่มาปรึกษา ผมจะบอกเขาเป็นประจำว่า ปัญหาโปรแกรมรันแล้วหยุดการทำงานก่อนจะทำงานจบนั้นมันแก้ไม่ยากเมื่อเทียบกันโปรแกรมทำงานจนครบกระบวนการแล้วพบว่าคำตอบที่ได้มานั้นผิด เพราะถ้าโปรแกรมหยุดการทำงานตรงบรรทัดไหน มันก็สามารถไล่ย้อนกลับไปได้ว่าค่าตัวเลขตัวไหนที่นำมาใช้ในบรรทัดนั้นมันไม่ถูกต้อง แล้วก็สืบย้อนขึ้นไปตามเส้นทางที่มาของตัวเลขตัวนั้น

แต่ถ้าเป็นแบบได้ตัวเลขสุดท้ายมาแล้วพบว่าคำตอบมันผิด (เช่นดุลมวลสารได้ แต่ค่าที่ได้บางค่ามันติดลบ หรือตัวเลขมีขนาดที่มาก (คูณ 10 ยกกำลังสูงมาก) หรือน้อย (คูณ 10 ยกกำลังติดลบมาก) ผิดปรกติมาก) อันนี้จะหาจุดผิดได้ยากกว่า ตัวอย่างหนึ่งที่เคยเจอก็คือเขาเลือกเทคนิคการคำนวณที่ผิด ดังนั้นถ้าไปตรวจหาว่าเขียนโปรแกรมบรรทัดไหนผิด หรือป้อนตัวเลขไหนผิด มันก็หาไม่เจอ เพราะตรงที่เขาหานั้นมันไม่มีที่ผิด แต่มันไปผิดตรงที่เทคนิคการประมาณค่าในช่วงที่เขาเลือกใช้นั้นมันไม่เหมาะสม พอให้เปลี่ยนเทคนิคการประมาณค่าในช่วงใหม่ ปัญหาก็หายไป

ต้นไทรบนระเบียงอาคาร MO Memoir : Wednesday 17 September 2568

หลังจากที่อธิบายรายละเอียดวิธีการทำการทดลองให้กับนิสิตเสร็จ ก็ออกมาพักดื่มน้ำที่ระเบียงทางเดิน พอมองออกไปยังอาคารข้าง ๆ ตรงชั้นที่แต่ก่อนทำวิจัยร่วมกับนิสิตปริญญาโท (ซึ่งหลังจากที่ไม่ได้รับนิสิตเพิ่มก็ไม่ได้ขึ้นไปนานเหมือนกัน) ก็แปลกใจว่าใครไปปลูกต้นอะไรไว้ตรงนั้น (กรอบสีแดงในรูปที่ ๑) นึกสงสัยว่าทางห้องแลปมีโครงการปรับปรุงภูมิทัศน์ให้เป็นอาคารสีเขียวด้วยการปลูกต้นไม้บนระเบียงหรือเปล่า ก็เลยต้องแวะขึ้นไปดู

ผลออกมาว่าน่าจะเป็นผลงานของนกที่กินเมล็ดต้นไทรจากต้นข้าง ๆ อาคาร แล้วนำมาปล่อยแพร่ขยายบนระเบียง (รูปที่ ๒ และ ๓)

พวกต้นโพและต้นไทรเนี่ยเรียกว่าเป็นต้นไม้ที่ขึ้นได้ในสถานที่ที่ต้นไม้อื่นไม่ขึ้นกัน เช่นบนหลังคาอาคาร บนหลังคาสะพานลอย ขอบทางถนนบนสะพานกลับรถหรือสะพานข้ามทางแยก ไม่รู้เหมือนกันว่ามันได้แร่ธาตุต่าง ๆ จากไหนในการเจริญเติบโต จะเรียกว่าเป็นต้นไม้ที่ขยายพันธ์โดยแทบไม่ต้องใช้ดินก็น่าจะได้อยู่นะ

๘ ปีที่แล้วเคยเขียนเรื่อง ต้นโพบนหลังคาสะพานลอย (วันพฤหัสบดีที่๓ สิงหาคม พ.ศ.๒๕๖๐) ซึ่งมันก็เติบใหญ่ได้มากอยู่เหมือนกันจนกระทั่งมีเจ้าหน้าที่มาทำการตัดไป

วันนี้ก็ถือว่าเป็นการบันทึกสิ่งหนึ่งที่ได้เห็นในบริเวณที่ทำงานก็แล้วกัน

รูปที่ ๑ ตอนแรกนึกมีคนทำโครงการอาคารสีเขียวลดโลกร้อน 

 

รูปที่ ๒ พอขึ้นไปดูก็เห็นว่ามันอยู่ตรงระเบียงที่ใช้เป็นที่ติดตั้งคอยล์ร้อนของเครื่องปรับอากาศ แสดงว่าคงไม่มีใครตั้งใจไปปลูก น่าจะเป็นผลงานของนกที่ไปกินผลไทรจากต้นข้างตึก แล้วนำเมล็ดมาปล่อยไว้ที่ระเบียง

รูปที่ ๓ ไม่รู้ว่ามันจะร่วงลงมาก่อนหรือจะมีคนไปรื้อทิ้งก่อน ถ้ามันหนักจนร่วงลงมาก็ไม่รู้ว่ารากของมันจะดึงเอาอะไรตกลงมาด้วยหรือเปล่า

A-Level เคมี ปี ๖๘ ข้อการแยกสารด้วยการกลั่น MO Memoir : Sunday 7 September 2568

ในฐานะวิศวกรเคมี ก็เลยมองคำตอบของโจทย์ข้อนี้แตกต่างออกไป

ข้างล่างเป็นโจทย์ข้อสอบ A-Level วิชาเคมี ปีพ.ศ. ๒๕๖๘ ข้อ ๑๐ ที่มีคำถามและตัวเลือกดังนี้

นักวิทยาศาสตร์นำสาร P และ Q มาทำปฏิกิริยาได้สาร R และ S ดังสมการ (สมการไม่ได้ดุล)

เมื่อปฏิกิริยาสมบูรณ์พบว่าสาร P ถูกใช้ไปจนหมด ได้ของผสมของสาร Q R และ S หากต้องการแยกของผสมที่ได้ให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการกลั่น สารชนิดใดจะกลั่นออกมาเป็นลำดับแรก และลำดับสุดท้ายตามลำดับ

1. สาร Q และสาร R (ข้อสอบเฉลยข้อนี้)

2. สาร Q และสาร P

3. สาร R และสาร Q

4. สาร S และสาร Q

5. สาร S และสาร R

ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักสารแต่ละตัวและปฏิกิริยาที่เกิดกันก่อนดีกว่า

สาร P เป็นแอลกอฮอล์ C5 (2-pentanol) ที่ความดันบรรยากาศ สารตัวนี้เป็น "ของเหลว" ที่อุณหภูมิห้อง

สาร Q เป็นโอเลฟินส์ C4 (ก็คืออัลคีนนั่นแหละ ตัวนี้ก็คือ isobutene หรือ isobutylene) ที่ความดันบรรยากาศ สารตัวนี้เป็น "แก๊ส" ที่อุณหภูมิห้อง แต่เราสามารถทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการเพิ่มความดัน

สาร R เป็นอีเทอร์ C9 (tert-butyl 2-pentyl ether) ที่ความดันบรรยากาศสารตัวนี้เป็น "ของเหลว" ที่อุณหภูมิห้อง (ตัวนี้หาจุดเดือดไม่เจอ แต่ตัวที่มีโครงสร้างใกล้กันคือ tert-butyl pentyl ether มีจุดเดือดที่ประมาณ 148ºC)

สาร S เป็นโอเลฟินส์ C5 (2-pentene) ที่ความดันบรรยากาศ สารตัวนี้เป็น "ของเหลว" ที่อุณหภูมิห้องได้ถ้าอุณหภูมิห้องไม่สูงเกินไป เพราะมันมีจุดเดือดประมาณ 36-37ºC แต่ถ้าอุณหภูมิห้องอยู่ที่ราว ๆ 30ºC มันก็สามารถระเหยกลายเป็นไอได้อย่างรวดเร็ว

ทีนี้มาดูปฏิกิริยาที่เกิด สาร R เกิดจากปฏิกิริยาระหว่าง P และ Q เกิดเป็นสารประกอบอีเทอร์ ส่วน S (2-pentene) นั้นเกิดจากปฏิกิริยา hydration (กำจัดน้ำ) ของสาร P (ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจาการทำปฏิกิริยาควรต้องมี H₂O อยู่ด้วย) โดยทั้งสองปฏิกิริยาจะใช้ "กรด" เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (เป็นปฏิกิริยาที่เกิดคู่ขนานกัน) จากที่โจทย์กำหนดสารตั้งต้นมาสองตัว แสดงผลิตภัณฑ์หลักที่ต้องการคือ R โดย S (2-pentene) เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง

เพื่อที่จะให้ปฏิกิริยาเกิดได้ดีนั้น ควรต้องผสม P และ Q ให้เป็นเฟสเดียวกัน จากนั้นจึงสารผสมไปผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งทำให้ให้ P และ Q ผสมเป็นเฟสเดียวกันนั้นอาจทำโดย

(ก) ใช้การเพิ่มความดันเพื่อเปลี่ยนให้ Q เป็นของเหลว ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดในเฟสของเหลว หรือ

(ข) ใช้การเพิ่มอุณหภูมิเพื่อเปลี่ยนให้ P เป็นแก๊ส ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดในเฟสของแก๊ส

สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดนั้น ในอุตสาหกรรมจะนิยมใช้กรดที่เป็นของแข็ง (เช่น acidic ion-exchange resin) แล้วให้สารผสมของสารตั้งต้นไหลผ่านอนุภาคของแข็งที่มีความเป็นกรดเหล่านั้น จากนั้นจึงนำสารผสมที่ไหลผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาไปแยกเอา สารตั้งต้นที่เหลือ, ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ และผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาข้างเคียง ออกจากกัน

โจทย์บอกว่าในการทำปฏิกิริยานั้น P ถูกใช้จนหมด สารผสมที่ได้จากการทำปฏิกิริยามีเพียง Q, R และ S

การกลั่นเป็นการแยกสารผสมเนื้อเดียวด้วยการใช้จุดเดือดที่แตกต่างกันของสารแต่ละตัวในสารผสมนั้น โดยทั่วไปเมื่อพูดถึงการกลั่น คนมักจะนึกถึงของเหลวเนื้อเดียวที่มีสารหลายชนิดละลายปนกันอยู่

ทีนี้ลองมาดูโจทย์ที่บอกว่าสารผสมที่ได้จากการทำปฏิกิริยามีเพียง Q, R และ S ถ้าสารผสมนี้เป็นของเหลว ก็แสดงว่าเป็นของเหลวภายใต้ความดัน

ถ้าเป็นแบบนี้ก็จะสามารถแยกสารได้โดยเริ่มจากการลดความดันก่อน เพื่อให้ Q (isobutene) ระเหยกลายเป็นไอออกมา จากนั้นจึงค่อยนำของเหลวที่เหลือที่ประกอบด้วย R และ S ไปกลั่นแยก ซึ่งก็จะได้ S (2-pentene) ระเหยกลายเป็นไอออกมา โดยเหลือ R เป็นของเหลวที่มี H₂O ละลายปนอยู่

แต่ถ้าสารผสมของสายผลิตภัณฑ์เป็นไอ การแยกก็จะทำได้ด้วยการค่อย ๆ ลดอุณหภูมิลง เพื่อควบแน่น R (อีเทอร์) ให้กลายเป็นของเหลวก่อน และเมื่อลดอุณหภูมิให้ต่ำลงไปอีกตัว H₂O และ S (2-pentene) ก็จะควบแน่นออกมา โดยเหลือ Q อยู่ในเฟสไอ ที่สามารถควบแน่นให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการเพิ่มความดัน

สำหรับคนที่เรียนทางวิศวกรรมเคมีแล้ว การเขียนสมการในรูปข้างล่างจะเห็นภาพการเกิดปฏิกิริยาได้ถูกต้องกว่า เพราะเป็นการแยกระหว่างผลิตภัณฑ์หลักที่ต้องการ (R) และผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง (S)

 

API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๒๒) MO Memoir : Saturday 30 August 2568

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

วันนี้ยังคงเป็น Annex ฺB โดยเป็นข้อความต่อเนื่องจากฉบับที่แล้ว

ข้อความในรูปที่ ๑ เริ่มต้นด้วยการกล่าวถึง Table 7 และ Table 8 (อยู่ในหัวข้อ 3.3.3.3.3 หรือดูได้ในตอนที่ ๙ ของบทความชุดนี้) โดยกล่าวว่าตัวเลขที่แสดงใน Table 7 และ Table 8 อิงจากเส้นกราฟที่แสดงในรูป B.1 (รูปที่ ๗ เป็น หน่วย SI ในขณะที่รูปที่ ๘ เป็นหน่วยอังกฤษ) ที่ประกอบด้วยเส้นตรงหลายเส้นต่อกัน (เมื่อนำมาเขียนบนกราฟสเกล log-log) โดยเส้นกราฟดังกล่าวในแต่ละช่วงมีคุณลักษณะดังต่อไปนี้

ช่วงเส้นตรง 1 เป็นเส้นที่ลากผ่านค่า 117,240 W (400,000 Btu/h) ที่พื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว 1.86 m² (20 ft²) และค่า 1,172,400 W (4,000,000 Btu/h) ที่พื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว 18.6 m² (200 ft²) ในช่วงนี้ของเส้นกราฟ ปริมาณความร้อนที่ไหลเข้าทั้งหมด Q₁ ในหน่วย SI คือ watts แสดงไว้ในสมการ (B.1) และในหน่วย BSC คือ British thermal units ต่อชั่วโมง (Btu/h) แสดงไว้ในสมการ (B.2) โดยที่ A_TWS คือพื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว

รูปที่ ๑ ย่อหน้าต่อจากตอนที่แล้ว

รูปที่ ๒ เป็นข้อความต่อเนื่องจากรูปที่ ๑ โดยกล่าวว่า ช่วงที่เป็นเส้นตรง 2 เป็นเส้นที่ลากระหว่างค่า 1,172,400 W (4,000,000 Btu/h) ที่พื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว 18.6 m² (200 ft²) และ 2,916,000 W (9,950,000 Btu/h) ที่พื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว 92.9 m² (1000 ft²) ในช่วงนี้ของเส้นกราฟ ปริมาณความร้อนที่ไหลเข้าทั้งหมด Q₂ ในหน่วย SI คือ watts แสดงไว้ในสมการ (B.3) และในหน่วย BSC คือ British thermal units ต่อชั่วโมง (Btu/h) แสดงไว้ในสมการ (B.4)

รูปที่ ๒ ข้อความต่อเนื่องจากรูปที่ ๑

ช่วงที่เป็นเส้นตรง 3 เป็นเส้นที่ลากระหว่างค่า 2,916,000 W (9,950,000 Btu/h) ที่พื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว 92.9 m² (1000 ft²) และ 4,129,700 W (14,090,000 Btu/h) ที่พื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว 260 m² (2800 ft²) ในช่วงนี้ของเส้นกราฟ ปริมาณความร้อนที่ไหลเข้าทั้งหมด Q₃ ในหน่วย SI คือ watts แสดงไว้ในสมการ (B.5) และในหน่วย BSC คือ British thermal units ต่อชั่วโมง (Btu/h) แสดงไว้ในสมการ (B.6)

รูปที่ ๓ ข้อความต่อจากรูปที่ ๒

ต่อไปเป็นข้อความในรูปที่ ๓ สำหรับถังที่ไม่ได้มีระบบทำความเย็น (nonrefrigerated tank) ที่ออกแบบมาสำหรับความดันเกจ 6.89 kPa (1 psi) หรือต่ำกว่า ที่พื้นที่ผิวที่เปียกของเหลวมากกว่า 260 m² (2800 ft²) ได้มีการสรุปว่าการที่จะมีเปลวไฟครอกรอบถังนั้นไม่น่าจะเกิดขึ้น และการที่เนื้อโลหะสูญเสียความแข็งแรงจากการได้รับความร้อนสูงเกินจนเกิดความเสียหายในส่วนของที่ว่างเป็นไอ (คือส่วนที่อยู่เหนือระดับของเหลว) จะเกิดขึ้นก่อนที่อัตราการเกิดไอสูงสุดที่เป็นไปได้จะเกิดขึ้น ดังนั้นความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินที่สูงเกินกว่ากรณีการได้รับความร้อนในอัตรา 4,129,700 W (14,090,000 Btu/h) จึงไม่เกิดประโยชน์ (ให้ดู Key Item 5 ในรูป B.1 (รูปที่ ๗))

สำหรับถังที่มีระบบทำความเย็น (refrigerated tank) ไม่ว่าจะมีความดันการออกแบบเท่าใดก็ตาม และถังที่ไม่มีระบบทำความเย็นและถังเก็บที่ออกแบบมาสำหรับความดันเกจ 6.89 kPa (1 psi) ขึ้นไป เป็นที่เชื่อว่าจำเป็นต้องมีความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินเพราะว่าถังเหล่านี้มักเก็บของเหลวที่อุณหภูมิใกล้จุดเดือด ดังนั้นเวลาที่ทำให้ของเหลวเหล่านี้มีอุณหภูมิสูงถึงจุดเดิอดจึงอาจจะไม่มาก จากสถานการณ์เหล่านี้ (ที่แสดงด้วยช่วงที่เป็นเส้นตรง 4) ปริมาณความร้อนที่ไหลเข้าทั้งหมด Q₄ ในหน่วย SI คือ watts แสดงไว้ในสมการ (B.7) และในหน่วย BSC คือ British thermal units ต่อชั่วโมง (Btu/h) แสดงไว้ในสมการ (B.8)

refrigerated tank ในที่นี้น่าจะเป็นชนิดผนังชั้นเดียวหรือ single wall (รูปที่ ๔ บน) ถังพวกนี้ใช้ในการเก็บสารที่ไม่สามารถใช้ความดันอัดให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ (ตัวอย่างแก๊สที่ทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการใช้ความดันได้แก่แก๊สหุงต้ม แอมโมเนีย และไวนิลคลอไรด์ ตัวอย่างของแก๊สที่เก็บใน refrigerated tank ได้แก่ อีเทน และเอทิลีน) ถังชนิด single wall นั้นจะมีฉนวนกันความร้อนจากอากาศภายนอกหุ้มอยู่ด้านนอก ถ้ามีไฟครอกถัง ความร้อนจากเปลวไฟจะส่งตรงผ่านฉนวนที่หุ้มอยู่ไปยังลำตัวโลหะของถังที่สัมผัสกับของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในได้ ดังนั้นผิวโลหะจะได้รับการปกป้องจากอุณภูมิสูงด้วยการเดือดของของเหลวที่บรรจุอยู่ภายใน

รูปที่ ๔ โครงสร้าง refrigerated tank ชนิด (บน) ผนังชั้นเดียวหรือ single wall และ (ล่าง) ผนังสองชั้นหรือ double wall (จาก https://www.cbi.com/wp-content/uploads/2024/05/low-temp-cryogenic-storage-2021-digital.pdf)

แต่ถ้าเป็นถังแบบ double wall (รูปที่ ๔ ล่าง) ลำตัวถังที่สัมผัสกับของเหลวที่บรรจุอยู่จะอยู่ภายใน และมีลำตัวชั้นที่สองปิดคลุมอยู่ทางด้านนอก โดยที่ว่างระหว่างผนังลำตัวด้านนอกและผนังลำตัวด้านในจะมีพวกวัสดุฉนวนความร้อนบรรจุอยู่ ถังแบบนี้ถ้าโดนไฟครอก ผนังลำตัวโลหะด้านนอกจะร้อนจัดได้อย่างรวดเร็ว (จนสามารถสูญเสียความแข็งแรง) เพราะไม่มีการเดือดของของเหลวช่วยระบายความร้อนออกไป

ข้อความในรูปที่ ๕ กล่าวว่าความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินจะอิงจากค่าความร้อนที่ไหลเข้าถังที่กล่าวไว้ในสมการ (B.1) ถึง (B.8) ความสามารถในการระบาย q (ที่อยู่บนข้อสมมุติที่ว่าของเหลวที่เก็บนั้นมีคุณสมบัติเป็นเฮกเซนและการระบายเกิดที่อุณหภูมิ 15.6ºC (60ºF)) จะคำนวนได้จากค่าความร้อนที่ไหลเข้า Q ที่ให้ไว้ในสมการ (B.9) ซึ่งเป็นกรณีของหน่วย SI โดยที่ q มีหน่วยเป็น Nm³ ของอากาศต่อชั่วโมง และ Q มีหน่วยเป็นวัตต์ โดยค่าคงที่ 208.2 ในสมการที่ (16) ได้มาจากสมการ (B.9) ที่ค่า Q เท่ากับ 43,200 A_TWS^0.82 watt [จากสมการ (B.7)], L เท่ากับ 334,900 J/kg และ M (สำหรับเฮกเซน) เท่ากับ 86.17 (สมการที่ (16) อยู่ใน Table 5 ซึ่งอยู่ในตอนที่ ๙ ของบทความชุดนี้)

รูปที่ ๕ ข้อความต่อจากรูปที่ ๓

ส่วนสมการ (B.10) (รูปที่ ๖) เป็นกรณีของหน่วย USC ที่ q มีหน่วยเป็น normal ft³ ของอากาศต่อชั่วโมง และ Q มีหน่วยเป็น Btu/h โดยค่าคงที่ 1107 ในสมการที่ (17) ได้มาจากสมการ (B.10) ที่ค่า Q เท่ากับ 21,000 A_TWS^0.82 Btu/h [จากสมการ (B.7)], L เท่ากับ 144 Btu/lf และ M (สำหรับเฮกเซน) เท่ากับ 86.17 (สมการที่ (17) อยู่ใน Table 6 ซึ่งอยู่ในตอนที่ ๙ ของบทความชุดนี้)

ย่อหน้าที่สองในรูปที่ ๖ กล่าวว่า ไม่ได้มีการพิจารณาการขยายตัวที่มีความเป็นไปได้ของไอที่อยู่เหนือผิวของเหลวที่กำลังเดือด ทั้งนี้เพราะค่าความจุความร้อนของไอ หรือความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างอุณหภูมิที่ทำการระบายความดันและ 15.6ºC (60ºF) (ซึ่งเป็นตัวที่ใช้คำนวณและมีค่าต่ำกว่า) ทำให้ค่าเหล่านี้ชดเชยกัน (คือที่อุณหภูมิต่ำกว่าแก๊สมีความหนาแน่นมากกว่าแต่มีปริมาตรจำเพาะต่ำกว่าที่อุณหภูมิสูง

รูปที่ ๖ ข้อความต่อจากรูปที่ ๕

ย่อหน้าที่สามในรูปที่ ๖ กล่าวว่า เนื่องจากมีข้อกังวลเกี่ยวกับความแตกต่างที่เกิดจากการใช้วิธีการต่าง ๆ ในการกำหนดความสามารถในการระบายในกรณีที่มีไฟครอก และความต้องการที่จะให้มีวิธีการมาตรฐานเพียงวิธีการเดียว คณะอนุกรรมของ API จึงได้ทำการสำรวจบริษัทประมาณ ๑๐๐ บริษัทในช่วงปีค.ศ. ๑๙๙๓ ถึง ๑๙๙๖ การสำรวจนี้แสดงให้เห็นความแตกต่างของระดับความปลอดภัยที่ไม่สามารถสังเกตได้เมื่อใช้วิธีการกำหนดขนาดที่กล่าวไว้ในมาตรฐาน API 520, ISO 23251, เอกสาร NFPA หรือวิธีการคำนวณความสามารถในการระบายกรณีของไฟครอกที่ใช้กันทั่วไป ในปีค.ศ. ๑๙๙๖ คณะอนุกรรม API จึงได้ยกเลิกความพยายามที่จะทำให้มีมาตรฐานวิธีการคำนวณเพียงวิธีการเดียวในการระบุความสามารถในการระบายในกรณีที่มีไฟครอก (คือวิธีการคำนวณไม่จำเป็นต้องทำตามที่กล่าวไว้ในมาตรฐานนี้ วิธีการคำนวณ

บรรทัดสุดท้ายของรูปที่ ๖ กล่าวไว้ว่าเพื่อวัตถุประสงค์ของบทบัญญัติ มาตรฐาน API 521 เทียบเท่ากับ ISO 23251

สำหรับ Annex B ก็จบเพียงแค่นี้ 

รูปที่ ๗ เส้นกราฟสำหรับระบุความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินในระหว่างโดนไฟครอก (หน่วย SI)

 

รูปที่ ๘ เส้นกราฟสำหรับระบุความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินในระหว่างโดนไฟครอก (หน่วย USC)

 

API 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks (ตอนที่ ๒๑) MO Memoir : Thursday 28 August 2568

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

วันนี้เป็นส่วนของภาคผนวก B หรือ Annex B (ดูหมายเหตุตอนท้าย) ซึ่งเป็นการให้ข้อมูลเกณฑ์ที่ใช้ในการคำนวณความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินที่แสดงไว้ใน Table 7 และ Table 8 (ตอนที่ ๙ วันอาทิตย์ที่ ๒๒ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๖๖)

ประโยคแรกของย่อหน้าแรกกล่าวถึงที่มาที่ไปของค่าต่าง ๆ โดยกล่าวว่าความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินที่ต้องมีที่กล่าวไว้ในมาตรฐาน API 2000 ฉบับเผยแพร่ครั้งแรก (ปีค.ศ. ๒๐๐๐) อิงจากข้อสมมุติที่ว่าถังบรรจุนั้นได้รับความร้อนจากไฟครอก (ก็ต้องเป็นทางด้านนอก) ที่อัตราเฉลี่ย 18,900 W/m² (หรือในหน่วยอังกฤษคือ 6,000 ฺBtu/h-ft²) ของพื้นที่ผิวที่เปียกของเหลว (wetted surface คือพื้นที่ผิวที่อยู่ต่ำกว่าระดับของเหลว)

รูปที่ ๑ เริ่มภาคผนวก B

ตรงนี้ขอขยายความเพิ่มนิดนึง คือถ้ามีเชื้อเพลิงเหลวท่วมนองเป็นแอ่ง และเชื้อเพลิงเหลวนั้นติดไฟ ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า "pool fire" ความสูงของเปลวไฟจะเพิ่มตามขนาดของแอ่งของเหลว ในกรณีของถังเก็บ ขนาดที่ใหญ่ที่สุดของแอ่งของเหลวก็ควรเป็นขนาดของ tank bund (หรือ tank dike) ที่ล้อมรอบถังนั้นเอาไว้ สำหรับพื้นผิวโลหะที่โดนเปลวไฟโดยตรง ถ้าอีกด้านของผิวโลหะนั้นมีของเหลวอยู่ (คืออยู่ต่ำกว่าระดับของเหลว) ผิวโลหะจะได้รับการป้องกันความเสียหายจากความร้อนด้วยการเดือดกลายเป็นไอของของเหลว แต่การเดือดนี้จะเป็นการผลิตไอที่ทำให้ความดันในถังเพิ่มสูงขึ้น ผิวโลหะส่วนที่อยู่เหนือระดับของเหลวถ้าโดนเปลวไฟลน ผิวโลหะจะร้อนจัดจนสูญเสียความแข็งแรงได้ แต่ความดันที่เพิ่มขึ้นจากการขยายตัวของไอจะน้อยกว่าที่เกิดจากการเดือดของของเหลว

ประโยคถัดมากล่าวว่าความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉิน (ที่ให้ไว้ในรูปของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางโดยประมาณของช่องเปิดรูปร่างวงกลมอิสระ (ไม่มีอะไรปิดคลุม) คำนวณจากผลการวิเคราะห์อย่างละเอียดของข้อมูลการกลั่นของ straight run gasoline ที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ U.S. Midcontinent โดยใช้สมการออริฟิคที่ใช้กันทั่วไป โดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ออริฟิค (orifice coefficient C_d หรือ coefficient of discharge) เท่ากับ 0.7 และค่าความถ่วงจำเพาะของไอเท่ากับ 2.5

straight run คือผลิตภัณฑ์ที่ได้ออกมาจากการกลั่นและยังไม่ได้นำไปปรับปรุงคุณภาพใด ๆ straight run gasoline ก็คือน้ำมันเบนซินที่ได้จากหอกลั่นบรรยากาศโดยที่ยังไม่นำไปปรับปรุงคุณสมบัติใด ๆ ซึ่งโดยปรกติน้ำมันนี้ก็จะมีเลขออกเทนที่ต่ำ ไฮโดรคาร์บอนตัวที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำมันเบนซินก็จะเป็นแก๊สที่อุณหภูมิห้อง ส่วนไฮโดรคาร์บอนตัวที่มีจุดเดือดสูงกว่าน้ำมันเบนซินก็จะกลายเป็นไอได้น้อยกว่าเมื่อได้รับความร้อนเท่ากัน การกำหนดว่าไฮโดรคาร์บอนตัวไหนเป็นน้ำมันเบนซินนั้นอาศัยช่วงอุณหภูมิจุดเดือด ที่อุณหภูมิเดียวกัน น้ำมันที่มีช่วงอุณหภูมิจุดเดือดเท่ากัน ก็ไม่จำเป็นต้องมีความดันไอเดียวกัน ตรงนี้ต้องไปดูที่กราฟการกลั่น (distillation curve) ที่เป็นตัวบอกว่าน้ำมันนั้นมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำและจุดเดือดสูงในสัดส่วนเท่าใด (อ่านเพิ่มเติมได้จากบทความใน blog เรื่อง "กราฟอุณหภูมิการกลั่นของน้ำมันเบนซิน(Gasolinedistillation curve) MO Memoir : Thursday 13 December 2555")

รูปที่ ๒ ค่า orifice coefficient (C_d หรือ coefficient of discharge) ของรูที่มีรูปร่างขอบด้านขาเข้าแบบต่าง ๆ จากซ้าย (a) ขอบมุมแหลม, (b) ขอบเหลี่ยมบาง, (c) ของเหลี่ยมหนา และ (d) ขอบมน (จาก https://www.numeric-gmbh.ch/posts/discharge-coefficients-in-aircraft-decompression-simulations.html) C_c คือ coefficient of contraction หรืออัตราส่วนระหว่างพื้นที่หน้าตัดลำของไหลที่พุ่งออกมาต่อพื้นที่หน้าตัดช่องเปิด, C_v คือ coefficient of velocity หรืออัตราส่วนระหว่างลำของไหลที่ฉีดพุ่งออกมาในความเป็นจริงต่อความเร็วในทางทฤษฎี

เป็นเรื่องปรกติที่น้ำมันดิบจากแต่ละแหล่งจะให้น้ำมันที่มีองค์ประกอบแตกต่างกันไป และน้ำมันเบนซินที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพก่อนส่งขายไปเติมรถก็จะมีคุณสมบัติที่แตกต่างไปจากที่ได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ (เช่นน้ำมันเบนซินที่เราใช้กันนั้นจะมีไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารประกอบอะโรมาติกเป็นองค์ประกอบอยู่ในปริมาณมาก (ประมาณ 30%) ในขณะที่น้ำมันstraight run gasoline นั้นจะมีปริมาณสารประกอบอะโรมาติกที่ต่ำกว่ามาก

ส่วนค่าสัมประสิทธิออริฟิคเป็นตัวบอกว่าออริฟิคนั้นยอมให้ของไหลไหลผ่านได้ง่ายหรือยาก จากรูปที่ ๒ จะเห็นว่าขนาดลำของไหลที่ไหลผ่านช่องเปิดเมื่อเทียบกับขนาดของช่องเปิดนั้นขึ้นอยู่กับรูปร่างและความหนาของช่องเปิด ช่องเปิดที่เป็นผนังหนา (c) และ/หรือมีความโค้งมนที่ทางเข้า (d) จะให้ค่า C_d เป็น 1 หรือขนาดลำของไหลที่ฉีดพุ่งออกมีขนาดเท่ากับขนาดช่องเปิด ช่องเปิดที่เป็นขอบคม (a) หรือผนังบาง (b) จะมีค่า C_d น้อยกว่า 1 แสดงว่าพื้นที่ที่มีความสามารถในการระบายจริงนั้นมีขนาดเล็กกว่าขนาดช่องเปิด

ประโยคถัดมากล่าวว่าความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินสูงสุดที่ 17,400 m³/h (648,000 ft³/h) เป็นค่าความสามารถในการระบายที่ต้องมีสูงสุดโดยไม่ขึ้นกับขนาดของถังเก็บ ค่าความสามารถในการระบายที่ต้องมีสูงสุดนี้ได้มาจากความจริงที่ว่าถังที่มีขนาดความจุใหญ่กว่า 2,780 m³ (17,500 bbl) เมื่อได้รับความร้อนจะต้องใช้เวลาที่นานกว่าที่ของเหลวในถังจะมีอุณหภูมิสูงจนทำให้ของเหลวนั้นเดือดกลายเป็นไออย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นกรณีที่ไม่น่าจะเกิดขึ้น (สำหรับถังเก็บขนาดใหญ่) และแม้ว่ามันจะเกิดขึ้นได้ แต่ก็กินเวลาที่นานที่เพียงพอที่จะทำการใด ๆ เพื่อป้องกันชีวิตและทรัพย์สิน

สำหรับถังเก็บขนาดใหญ่ การเพิ่มขนาดความจุของถังจะใช้การเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางถัง ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้อัตราส่วนพื้นที่ผิว (ที่เป็นบริเวณรับความร้อนจากเปลวไฟ) ต่อปริมาตรนั้นลดลง การเพิ่มอุณหภูมิของของเหลวในถังก็จะช้าลง

ย่อหน้าที่สองกล่าวว่าเกณฑ์พื้นฐานที่ใช้ในการกำหนดความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินนี้ได้รับการยอมรับโดย National Fire Protection Association (NFPA) และถูกใช้อย่างประสบความสำเร็จมาเป็นเวลานานหลายปี จะมีข้อยกเว้นบ้างสำหรับถังที่มีขนาดความจุเล็กกว่าปรกติ (อัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อหน่วยปริมาตรสูง ทำให้ของเหลวเดือดได้เร็ว) แต่ก็ไม่มีบันทึกกรณีที่ถังพังเนื่องจากความดันสูงเกินเพราะความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินไม่เพียงพอ กับถังที่ใช้เกณฑ์การระบายความดันที่ให้ไว้ในที่นี้

NFPA เป็นองค์กรไม่แสวงผลกำไรที่มีบทบาทสำคัญในการลดการสูญเสียจากอัคคีภัย และภัยอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง และได้มีการกำหนดมาตรฐานหลายเรื่องที่เกี่ยวข้องกับการป้องกันอัคคีภัยและลดการสูญเสียโดยเป็นมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับกันทั่วโลก ส่วนวิธีการหาความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินนั้นไม่ได้มีหลังจากเกิด API 2000 แต่มีมาก่อนแล้วและเป็นที่ยอมรับกันจนมีการนำมาใส่ไว้ใน API 2000

ย่อหน้าที่สามกล่าวว่า อย่างไรก็ตามการพังของถังที่ทำให้เกิดหายนะก็เคยมีการเกิดขึ้นจริง แต่กับถังที่ความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินไม่เป็นไปตามเกณฑ์ที่ให้ไว้ในนี้ การพังของถังเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่ความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉิน การทดลองขนาดเล็กกับเหตุการณ์เพลิงไหม้แสดงให้เห็นว่าอัตราความร้อนไหลผ่านพื้นผิวเข้าถังที่สูงกว่า 18,900 W/m² (6,000 ฺBtu/h-ft²) เกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะอุดมคติ อย่างไรก็ตามไม่มีข้อมูลสำหรับการทดลองขนาดใหญ่ ในปีค.ศ. ๑๙๖๑ (พ.ศ. ๒๕๐๔) ในระหว่างการสาธิตที่เมือง Tulsa มลรัฐ Oklahoma ได้ใช้ถังแนวนอนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.44 m ยาว 7.18 m (หรือ 8 ft x 26 ft 10 in) ที่ได้รับการติดตั้งอุปกรณ์ระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินที่ได้รับการกำหนดขนาดเพื่อจำกัดความดันเกจภายในถังให้อยู่ที่ประมาณ 0.75 kPa (หรือ 3 in. H₂O) การวัดแสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะที่โดนไฟครอกนั้นความดันเกจในถังเพิ่มสูงถึงประมาณ 11 kPa (44 in. H₂O) โดยอิงจากการทดลองเหล่านี้ จึงได้มีการยอมรับกันว่าควรทำการพิจารณาความสามารถในการระบายความดันในสภาวะฉุกเฉินกันใหม่ และผลจากการศึกษานี้ จึงได้เกิดเกณฑ์การพิจารณาปริมาณความร้อนที่ไหลเข้าถังนี้ขึ้นมา

ถังเก็บของเหลวขนาดใหญ่ส่วนลำตัวจะมีรูปทรงเป็นถังทรงกระบอกแนวตั้ง แต่ถ้าเป็นขนาดเล็กส่วนลำตัวก็อาจมีรูปทรงเป็นทรงกระบอกแนวนอน ถังแบบหลังนี้ถ้าติดตั้งบนพื้นดินจะไม่ติดตั้งให้ลำตัวถังวางบนพื้นโดยตรง แต่จะมีขายกให้ลอยสูงขึ้นมา ดังนั้นเวลาที่โดนไฟครอกก็จะมีไฟครอกจากข้างใต้ถังได้ (ต่างจากถังเก็บขนาดใหญ่ที่วางในแนวดิ่ง ที่เปลวไฟจะครอกได้เฉพาะผิวด้านข้าง)

สำหรับตอนนี้คงจบแค่นี้ก่อน

หมายเหตุ

ตอนเขียนมาถึงบทนี้ ก็ได้ลองค้นดูว่า API 2000 First Edtion ที่มีการกล่าวถึงมีการพิมพ์เผยแพร่เมื่อใด การค้นหาด้วย google ด้วยคำค้นหา "API 2000 first publication" ข้อมูลภาพรวมโดย AI ที่ google ให้มาบอกว่าพิมพ์ครั้งแรกในปีค.ศ. ๑๙๙๘ (รูปที่ ๓ ข้างล่าง)

รูปที่ ๓ ผลการค้นที่ AI ของ google รายงานออกมา

แต่ตอนที่ลองค้นหาฉบับ pdf พบว่าฉบับเก่าสุดที่มีเผยแพร่นั้นเป็นฉบับ forth edition ที่พิมพ์เผยแพร่ในเดือนกันยายนในปี ค.ศ. ๑๙๙๒ ซึ่งมีเนื้อหาเพียงแค่ ๒๙ หน้า (๓ หน้าแรกแสดงไว้ในรูปที่ ๔-๖ ในขณะที่ฉบับที่นำมาเขียนนั้นมีจำนวน ๙๔ หน้า

รูปที่ ๔ หน้าแรกของ API 2000 ฉบับปึค.ศ. ๑๙๙๒

รูปที่ ๕ หน้าที่สองของ API 2000 ฉบับปีค.ศ. ๑๙๙๒

รูปที่ ๖ หน้าที่สามของ API 2000 ฉบับปีค.ศ. ๑๙๙๒