เพลิงไหม้จากน้ำมันดีเซลหยดลงท่อไอเสียเครื่องยนต์ดีเซล MO Memoir : Wednesday 22 February 2566

เรื่องที่แล้วเป็นการใช้ปะเก็นที่ไม่เหมาะสม เรื่องวันนี้ก็ยังคงเกี่ยวข้องกับปะเก็น แต่เป็นเรื่องของการเอาปะเก็นเก่ามาใช้ซ้ำ โดยนำมาจากเรื่อง "Leakage and fire of fuel oil caused due to reuse of an old gasket at a diesel power generator" (ดาวน์โหลดบทความต้นฉบับได้ที่ https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1000201.html)

ปะเก็นจะเป็นวัสดุที่อ่อนกว่าพื้นผิวที่มันทำการปิดกั้นการรั่วซึม โดยตัวมันจะถูกบีบอัดระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิวและมีการเสียรูปร่างไปตามความไม่เรียบของพื้นผิวเพื่อปิดกั้นเส้นทางการไหลของของไหล วัสดุที่ใช้ทำปะเก็นมีความยืดหยุ่นที่ไม่เหมือนกัน พวกที่มีความยืดหยุ่น ถ้าเดิมนั้นมันไม่ถูกกดเอาไว้แรงเกินไป พอเอาแรงกดออกมันก็มีการคืนตัวกลับสภาพเดิมได้บางส่วน แต่ถ้าถูกกดเอาไว้แรงเป็นเวลานาน มันก็อาจจะไม่มีการคืนตัวกลับเลยแม้ว่าจะเอาแรงกดออกแล้ว

เหตุการณ์นี้เกิดที่เมือง Ube, Yamaguchi ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๑๓ ตุลาคม ปีค.ศ. ๑๙๘๙ (พ.ศ. ๒๕๓๒) ในอาคารสำนักงาน โดยก่อนหน้านั้นเมื่อวันที่ ๒๔ สิงหาคม ปีเดียวกัน ได้มีการซ่อมบำรุงปั๊มเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้น้ำมันดีเซล และในวันที่เกิดเหตุพบว่ามีน้ำมันเชื้อเพลิงรั่วไหลออกจากหน้าแปลนบริเวณที่เคยทำการซ่อมบำรุง น้ำมันดังกล่าวลุกติดไฟจากความร้อนของท่อไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ผลิตไฟฟ้า จากการตรวจสอบพบว่าสาเหตุการรั่วมาจากไม่ได้ทำการเปลี่ยนปะเก็นโลหะทองแดงเมื่อทำการซ่อมบำรุงปั๊ม (คือเอาปะเก็นตัวเดิมใส่กลับเข้าไป)

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

บทความต้นฉบับกล่าวถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เครื่องยนต์ "ดีเซล" ขับเคลื่อน แต่ในส่วนของ Substance ที่ก่อเหตุระบุว่าเป็น "Fuel oil" แต่คำแปลของ "Fuel oil" จะตรงกับ "น้ำมันเตา" ตรงนี้เข้าใจว่าในความเป็นจริงผู้เขียนบทความน่าจะหมายถึงน้ำมันดีเซล

น้ำม้นดีเซลที่เราเห็นกันทั่วไปที่ขายตามปั๊มน้ำมันสำหรับเติมรถยนต์รถบรรทุกต่าง ๆ เป็นชนิด High Speed Diesel (HSD) หรือน้ำมันดีเซลหมุนเร็ว แต่ยังมีน้ำมันดีเซลอีกกลุ่มหนึ่งที่มีจุดเดือดสูงกว่าที่เรียกว่า Low Speed Diesel (LSD) หรือน้ำมันดีเซลหมุนช้า ที่ใช้กับเครื่องยนต์บางชนิดเช่นเครื่องยนต์เรือและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ คุณสมบัติน้ำม้นดีเซลหมุนช้าจะมีส่วนคร่อมอยู่ก้บน้ำมันเตาพวกที่มีความหนืดต่ำสุด

การขึ้นรูปโลหะโดยไม่ได้ทำให้โลหะร้อนก่อนเรียกว่า (ที่เรียกว่า cold working) ส่งผลให้เนื้อโลหะมีความแข็งขึ้น เนื้อโลหะทองแดงที่นำมาทำเป็นปะเก็น ก่อนการใช้งานครั้งแรกจะยังคงมีความอ่อนอยู่ แต่เมื่อได้รับแรงบีบกดทิ้งไว้เป็นเวลานานจะทำให้เนื้อโลหะมีความแข็งขึ้น ทีนี้เมื่อนำเอาปะเก็นทองแดงที่ผ่านการใช้งานแล้วมาทำการบีบอัดอีกครั้ง ครั้งหลังนี้จะแตกต่างไปจากการบีดอัดครั้งแรกเพราะในครั้งหลังนี้ตัวปะเก็นมีความแข็งมากขึ้น จะไม่สามารถสูญเสียรูปร่างเพื่อเข้าไปเติมเต็มความไม่เรียบของพื้นผิวได้ดีเหมือนกับการใช้งานครั้งแรก

ในเหตุการณ์นี้หลังจากการซ่อมบำรุง (ที่ไม่ได้มีการเปลี่ยนปะเก็น) ก็ได้มีการทดสอบการรั่วไหล และตรวจไม่พบการรั่วไหล จนกระทั่งผ่านไปอีกเกือบ ๒ เดือนจึงเกิดการรั่วไหลขึ้น มีการสงสัยว่าการการสั่นสะเทือนเป็นสาเหตุที่ทำให้นอตเกิดการคลายตัวจนเกิดการรั่วไหล (เนื้อหาส่วนนี้ในบทความมีเครื่องหมายคำถาม "?" กำกับไว้ แสดงว่าเป็นเพียงแค่ข้อสงสัย โดยยังไม่มีการพิสูจน์) แต่บทความก็กล่าวว่าเหตุการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าผลของการไม่เปลี่ยนปะเก็นนั้นอาจไม่ส่งผลให้เห็นทันที แต่ใช้เวลากว่าจะเกิดเรื่อง

ตรงนี้มีสิ่งที่น่าพิจารณาอยู่เรื่องหนึ่งคือ ถ้าการรั่วไหลเกิดจากการที่นอตคลายตัวที่เป็นผลจากการสั่น ดังนั้นการรั่วไหลแบบนี้ก็ควรที่จะเกิดขึ้นแม้ว่าจะมีการใช้ปะเก็นตัวใหม่ด้วยใช่หรือไม่ หรือว่าแรงบีบอัดที่หน้าแปลนระหว่างการใช้ปะเก็นใหม่กับปะเก็นเก่าไหม่เหมือนกัน ทำให้การใช้ปะเก็นเก่าได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนได้มากกว่า หรือปะเก็นที่มีความแข็งเพิ่มขึ้น (จากการผ่านการใช้งาน) มีความสามารถในการดูดซับการสั่นสะเทือนลดลง ตรงจุดนี้คงต้องขอบันทึกไว้เพื่อเก็บไว้เป็นข้อพิจารณา

การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๑๒ ปะเก็น Autoclave MO Memoir : Saturday 5 February 2554

Autoclave เป็นภาชนะรับความดันที่แลปเราใช้กันอยู่ ไม่ว่าจะเป็นเพื่อการสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือเพื่อการทำปฏิกิริยา

ปัญหาหนึ่งที่ผู้ใช้ autoclave มักประสบคือการรั่วซึมของแก๊สบริเวณฝาปิดซึ่งเป็นบริเวณหน้าสัมผัสระหว่างผิวโลหะสองผิว

วิธีการหลักเพื่อป้องกันการรั่วซึมของแก๊ส (หรือของเหลว) ทางหน้าสัมผัสระหว่างผิวโลหะสองผิวมีอยู่ด้วยกัน ๒ วิธี วิธีการแรกนั้นจะอาศัยพื้นผิวสัมผัสของผิวโลหะที่เรียบสองผิวมาประกบเข้าด้วยกัน ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดของวิธีการนี้ได้แก่ข้อต่อของ Swagelok ที่ใช้พื้นที่ผิวสัมผัสที่เรียบระหว่าง front ferrule กับผิวของข้อต่อ หรือในกรณีของ autoclave ที่เป็นฝาเกลียว (ที่มีบางกลุ่มใช้กันนั้น) จะอาศัยการขันเกลียวจนแน่น

ข้อดีของวิธีการนี้คือตัวโลหะที่ใช้ทำอุปกรณ์นั้นทนอุณหภูมิได้เท่าใด ตัวรอยปิดผนึกก็สามารถใช้งานได้ถึงอุณหภูมินั้นด้วย แต่ก็มีข้อต้องระวังคือต้องระวังไม่ให้ผิวสัมผัสมีรอยขีดข่วน เพราะถ้ามีรอยขีดข่วนเมื่อใด ตัวรอยปิดผนึกก็จะไม่สามารถป้องกันการรั่วซึมได้ นอกจากนี้ยังต้องทำให้พื้นผิวที่จะมาสัมผัสกันต้องมีความราบเรียบสูงตั้งแต่แรก

วิธีการที่สองจะอาศัยวัสดุที่มีความอ่อนนุ่มกว่ามาแทรกไว้ตรงระหว่างพื้นผิวที่จะนำมาสัมผัสกัน วัสดุที่มีความอ่อนนุ่มกว่านี้เรียกว่า "ปะเก็น (gasket)" ปะเก็นนั้นอาจทำจากโลหะที่มีความอ่อนนุ่ม (เช่นทองแดง) วัสดุอโลหะเช่นยางและพวกพอลิเมอร์ต่าง ๆ หรือแร่ใยหิน ในการทำงานนั้นตัวปะเก็นจะถูกกดอัดให้ยุบตัวลงไป ซึ่งการยุบตัวลงไปนี้จะไปเติมเต็มร่องรอยที่ไม่ราบเรียบบนพื้นผิว ทำให้แก๊สไม่สามารถรั่วซึมได้

การใช้ปะเก็นมีข้อดีตรงที่พื้นผิวที่จะนำมาสัมผัสกันนั้นไม่จำเป็นต้องมีความราบเรียบมาก แต่ก็มีข้อเสียคืออุณหภูมิการทำงานหรือความดันใช้งานนั้นจะถูกกำหนดด้วยความแข็งแรงของตัวประเก็น เช่นเราอาจใช้ท่อเหล็กแต่ปะเก็นตรงรอยต่อระหว่างท่อใช้ยาง ดังนั้นอุณหภูมิสูงสุดของสารที่ไหลอยู่ในท่อจะต้องไม่เกินค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ปะเก็นยางนั้นทนได้ (ซึ่งมักจะต่ำกว่าค่าอุณหภูมิสูงสุดที่ท่อเหล็กทนได้อยู่มาก) ในกรณีที่ต้องการใช้งานที่อุณหภูมิสูงหรือความดันสูง ก็อาจต้องใช้ปะเก็นที่เป็นโลหะอ่อนหรือพวก spiral wool (ดูรูปที่ ๑) แต่ปะเก็นพวกหลังนี้จะมีราคาแพงและมักจะใช้ได้เพียงแค่ครั้งเดียว ถ้ามีการถอดข้อต่อออกมาก็ต้องเปลี่ยนปะเก็นใหม่ทุกครั้ง

รูปที่ ๑ ตัวอย่าง Spiral wool gasket ที่มีแหวนโลหะทั้งทางด้านนอกและด้านใน โดยมีส่วนที่เป็น Spiral wool (ซึ่งเป็นส่วนที่จะยุบตัวเมื่อถูกกด) อยู่ระหว่างแหวนโลหะทั้งสอง (ภาพจาก http://www.tradekorea.com)

Autoclave ที่เห็นใช้งานกันในอยู่แลปของเรานั้นมีการปิดผนึกกันการรั่วที่ฝาอยู่ ๓ รูปแบบด้วยกัน รูปแบบแรกเป็นแบบขันเกลียวปิดฝา ตัวนี้เป็น Autoclave ตัวเล็กที่กลุ่มเราไม่ได้ใช้งาน การปิดผนึกกันรั่วซึมนั้นใช้การขันเกลียวให้แน่นโดยไม่มีการพันเทปเทฟลอนหรือใช้ปะเก็นอื่นใด รูปแบบที่สองเป็นการใช้วงแหวน o-ring (โอริง) วางลงในร่องที่ทำเอาไว้บนฝาประกบทั้งสอง (ดูรูปที่ ๒) ตัวโอริงนี้อาจมีเพียงวงเดียวหรือหลายวงซ้อนกันหลายชั้น (วงเล็กด้านใน วงใหญ่ด้านนอก) ก็ได้ แต่ที่เห็นใช้งานกันในแลปของเราเป็นชนิดชั้นเดียว โอริงนี้ทำหน้าที่เป็นตัวปิดผนึกกันรั่ว การเลือกชนิดวัสดุที่ใช้ทำโอริงต้องพิจารณาถึงอุณหภูมิการใช้งานและสารที่อยู่ใน autoclave ด้วย

รูปที่ ๒ Autoclave ที่เราใช้ในปฏิกิริยา hydroxylation ซึ่งใช้โอริงในการปิดผนึกกันรั่ว

รูปแบบที่สามที่เราใช้นั้นเป็นการใช้ปะเก็นที่เป็นแผ่นเทฟลอน ที่ตัดให้มีขนาดพอดีกับหน้าแปลนที่ต้องการปิด โดยตัวปะเก็นนี้อาจวางอยู่บนผิวของหน้าแปลนเลย หรือวางอยู่ในร่องที่มีการจัดทำเอาไว้เฉพาะ ตัวที่เรามีปัญหาในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมากับ autoclave ที่เราใช้เตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งกว่าจะแก้ไขกันได้ก็คือรูปแบบหลังนี้ (ดูรูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ ตัว autoclave และปะเก็นเทฟลอนที่มีปัญหา

งานนี้ตอนแรกก็ทำเอาผมมึนไปเหมือนกัน เพราะตัวปะเก็นเดิมที่ถูกวางค้างเอาไว้โดยไม่มีการเปลี่ยน (ดูเหมือนว่าจะนานเป็นปีเลย) นั้นเปลี่ยนสีไปจนกลมกลืนกับสีของเนื้อโลหะ ทำเอาเข้าใจผิดว่ามันใช้การปิดผนึกแบบกดหน้าสัมผัสที่เรียบของผิวโลหะเข้าด้วยกัน แต่พอนึกได้ว่าแต่ก่อนเคยมีการขอซื้อปะเก็น autoclave ก็เลยสอบถามดูว่าเป็นของ autoclave ตัวไหน เรื่องทั้งหมดก็เลยได้ข้อยุติ สรุปว่าที่ผ่านมานั้นไม่เคยมีการเปลี่ยนปะเก็นใหม่มาเป็นปี ใช้การขันกดอัดปะเก็นเดิมซ้ำไปเรื่อย ๆ จนในที่สุดมันก็หมดสภาพ การแก้ปัญหาก็ต้องทำโดยการเปลี่ยนปะเก็นใหม่ โชคดีที่มีคนเก็บสำรองเอาไว้ Memoir ฉบับนี้ก็เลยขอบันทึกเรื่องนี้เอาไว้เตือนความจำเผื่อมีปัญหาเกิดขึ้นอีก