เพลิงไหม้และการระเบิดที่โรงงานผลิต HDPE เนื่องจากเฮกเซนรั่วที่ slurry cooler MO Memoir : Thursday 23 January 2568

ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ในเฟสสเลอรี่ (slurry) มันมีข้อดีตรงที่คุมอุณหภูมิได้ง่าย เพราะมีตัวทำละลายทำหน้าที่เป็นแหล่งรับความร้อนจากปฏิกิริยาและนำความร้อนไปทิ้งให้กับน้ำหล่อเย็น แต่มีข้อเสียตรงที่เกิดการอุดตันในระบบได้ง่าย และการแก้ไขปัญหาการอุดตันนี้ก็นำมาซึ่งการระเบิดหลายครั้ง อย่างเช่นในเรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้

เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในประเทศเกาหลีใต้ในเดือนตุลาคม ค.ศ. ๒๐๐๓ (พ.ศ. ๒๕๔๖) ณ โรงงานผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) ณ เมือง Yeosoo (สะกดตามเอกสาร แต่ถ้าค้นดูในอินเทอร์เน็ตจะเป็น Yeosu) รายละเอียดเหตุการณ์ปรากฏในเอกสารชื่อ "Investigation report : Explosion in HDPE plant" จัดทำโดย Korea occupational safety & health agency (เอกสารต้นเรื่องของเรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้) สาเหตุของการระเบิดเกิดจากการเปิดวาล์วผิดพลาด (วาล์วควบคุมอัตโนมัติ) ทำให้นอร์มัลเฮกเซน (ที่มีอุณหภูมิสูงแต่เป็นของเหลวภายใต้ความดัน) รั่วไหลออกทางท่อขนาด 10" ที่เปิดอยู่ ตามด้วยการระเบิด ทำให้โอเปอร์เรเตอร์เสียชีวิต ๑ รายและบาดเจ็บสาหัสอีก ๗ ราย สภาพโรงงานหลังการระเบิดแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

ในเหตุการณ์นี้เขาบอกว่าท่อที่เปิดอยู่เพราะถอด "strainer" ออกไปทำความสะอาดและยังไม่ได้ติดตั้งคืน ซึ่งโดยส่วนตัวเองสงสัยว่าทำไมไปมี strainer อยู่ตรงนั้น ประเด็นนี้ขอเก็บเอาไว้ก่อน แต่ก่อนอื่นจะขอขยายความก่อนว่า slurry cooler คืออะไร มีไว้ทำไม

รูปที่ ๑ สภาพหน่วยผลิตหลังการระเบิด (จากเอกสารต้นเรื่อง)

รูปที่ ๒ เป็นแผนผังส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องกับ polymerisation reactor ในการทำปฏิกิริยานั้นใช้ n-hexane เป็นตัวทำละลายลาย ตัวเร่งปฏิกิริยาจะถูกละลายในเฮกเซน ส่วนสารตั้งต้นที่เป็นแก๊สจะถูกฉีดลงไปที่บริเวณส่วนล่างของถังปฏิกรณ์ ส่วนหนึ่งจะละลายเข้าไปในเฮกเซน เกิดปฏิกิริยากลายเป็นผงพอลิเมอร์แขวนลอยอยู่ในเฮกเซน แก๊สที่ไม่ละลายเข้าไปในเฮกเซนและเฮกเซนที่ระเหยออกมาเนื่องด้วยความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมา จะลอยสู่ด้านบนไปยังเครื่องควบแน่น (ทางท่อ recycle gas 18") ไปยังเครื่องควบแน่นเพื่อควบแน่นเอาเฮกเซนออกมาและลดอุณหภูมิแก๊ส เฮกเซนที่ควบแน่นออกมาก็จะถูกส่งกลับมายังถังปฏิกรณ์ใหม่ ส่วนแก๊สที่ผ่านการลดอุณหภูมิแล้วก็จะถูกผสมเข้ากับสารตั้งต้นใหม่ (เพื่อชดเชยส่วนที่ทำปฏิกิริยาไป) และอัดกลับเข้าสู่ถังปฏิกรณ์

รูปที่ ๒ ระบบ slurry cooler ของ polymerisation reactor (จากเอกสารต้นเรื่อง)

หัวใจสำคัญของการทำปฏิกิริยานี้คือการระบายความร้อน ถ้าสามารถระบายความร้อนได้มากก็จะทำให้สามารถทำปฏิกิริยาได้มากขึ้น ได้ผลิตภัณฑ์มากขึ้น (คือสามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้ด้วย reactor ตัวเดิม) การระบายความร้อนหลักนั้นผ่านทางการระเหยของตัวทำละลาย รองลงไปก็คือผ่าน jacket รอบตัว reactor ที่มีน้ำหล่อเย็นไหลผ่าน ถ้าต้องการเพิ่มการระบายความร้อนอีกก็ต้องติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพิ่มเติม ด้วยการดึงเอาเฮกเซนที่มีผงพอลิเมอร์ของแข็งแขวนลอยอยู่ (ที่เรียกว่า slurry) ออกจาก reactor มาผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และ slurry ที่เย็นตัวลงแล้วนี้กลับไปยัง reactor ใหม่ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทำหน้าที่ตรงนี้คือ "slurry cooler"

โรงงานแห่งนี้มี slurry cooler สองตัว ท่อจาก reactor เป็นท่อขนาด 10" มีวาล์วควบคุมการเปิดปิดได้จากห้องควบคุมติดตั้งอยู่ 1 ตัว (remote on-off valve) จากนั้นจึงมาถึง strainer แล้วจึงเข้าสุ่ด้านขาเข้าของปั๊มที่สูบ slurry จากถังปฏิกรณ์ป้อนไปยัง slurry cooler และวนกลับไปยังถังปฏิกรณ์ใหม่ ตัวที่เกิดเหตุคือตัวที่สอง

สวิตช์ควบคุมการเปิดปิดของ remote on-off valve มีอยู่สองตำแหน่ง ตำแหน่งแรกอยู่ที่ห้องควบคุม ตำแหน่งที่สองอยู่บริเวณตัววาล์ว (ที่เรียกว่า local) ในการทำงานปรกตินั้นสวิตช์ที่ตำแหน่ง local ต้องอยู่ที่ตำแหน่ง ON จึงจะสามารถควบคุมการเปิดปิดจากห้องควบคุมได้

ช่วงบ่ายของวันที่เกิดเหตุ มีการถอดเอา strainer ของ slurry cooler pump ตัวที่สองออกมาทำความสะอาด โดยได้ทำการปิด remote on-off valve แต่สวิตช์ที่ตำแหน่ง local (เป็นแบบ mechanical) นั้นยังคงอยู่ที่ตำแหน่ง ON และปลายท่อที่เปิดอยู่นั้นก็ไม่ได้ปิดด้วย blind flange (รูปที่ ๓) การล้างทำความสะอาดเสร็จตอนประมาณห้าโมงเย็นทางโอเปอร์เรเตอร์ก็พักรับประทานอาหารเย็นและไปเสร็จตอนประมาณ ๑๗.๔๐ น เวลาก่อนหกโมงเย็นเล็กน้อยเกิดความผิดพลาดในการทำงาน (รายงานไม่บอกสาเหตุ) ทำให้มีการเปิด remote on-off valve จากห้องควบคุมโดยที่ยังไม่ได้ทำการประกอบ strainer กลับคืนเดิม ส่งผลให้เฮกเซนที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิ 85ºC ภายใต้ความดันประมาณ 4 kg/cm² รั่วไหลออกมา พอออกสู่ความดันบรรยากาศก็ระเหยกลายไปไอทัน ตามด้วยการระเบิดและเพลิงไหม้

รายงานได้เสนอแนวทางการป้องกันทางด้านเทคนิคบางแนวทางเพื่อไม่ให้เกิดเหตุการณ์เดิมซ้ำอีกดังนี้

๑. ควรติดตั้ง shut off valve แบบ manual ได้ทางด้าน upstream ของ strainer (ต้องเป็น ball valve ด้วยเพราะของเหลวในท่อมันเป็น slurry แต่วาล์วขนาด 10" เนี่ย ด้ามหมุนวาล์วจะยาวประมาณเมตรครึ่ง)

๒. ติดตั้ง strainer สำรอง เพื่อที่จะได้ไม่ต้องหยุดการทำงานของ slurry pump (คือใช้งานเพียงแค่ตัวเดียว พอมันตันก็เปลี่ยนไปใช้ตัวสำรองและถอดตัวที่ตันออกมาทำความสะอาด แต่การทำแบบนี้ก็ต้องมีการติดตั้ง ball valve ทั้งทางด้านหน้าและด้านหลังของ strainer แต่ละตัวด้วย)

๓. เปลี่ยนสวิตช์ควบคุมการทำงานของ remote on-off valve ที่ติดตั้งอยู่ที่ตำแหน่ง local ให้เป็นชนิด electric โดยให้ไปผูก (interlock) ไว้กับการทำงานของ slurry cooler pump โดยถ้าปั๊มตัวนี้หยุดทำงานก็ให้ remote on-off valve ปิดตามไปด้วย และจะไม่สามารถสั่งเปิดวาล์วได้ถ้า slurry cooler pump ยังปิดอยู่

แต่สิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่รายงานนี้ไม่ได้กล่าวไว้ แต่ปรากฏเป็นประจำสำหรับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในอังกฤษคือ ต้องทำการปิดปลายท่อที่เปิดอยู่นั้นด้วย blind flange คือห้ามไว้ใจการปิดกั้นการไหลด้วยการพึ่งพาวาล์วเพียงตัวเดียว และเมื่อปิดด้วย blind flange ก็ต้องปิดให้แนบสนิทไม่ให้เกิดการรั่วไหลได้ ไม่เช่นนั้นจะเกิดเหตุการณ์แบบเดียวกับกรณีของแท่นขุดเจาะน้ำมัน piper alpha ของอังกฤษเมื่อปีค.ศ. ๑๙๘๘ ได้ (ดาวน์โหลดรายงานการสอบสวนเอาไว้แล้ว แต่ไม่ได้โอกาสที่จะเขียนเรื่องนี้สักที)

รูปที่ ๓ ตำแหน่งที่ถอด strainer ออกไป (จากเอกสารต้นเรื่อง)

ทีนี้ก็มายังข้อสงสัยส่วนตัวที่เกริ่นไว้ตอนแรกว่า ทำไมจึงมี strainer ไปโผล่อยู่ทางด้านขาเข้าของปั๊ม คือผมสงสัยว่าทำไมมันต้องมี ยังนึกหาเหตุผลที่ดีไม่ได้ คงต้องขอให้ผู้รู้มาช่วยอธิบาย

ปรกติเราจะ strainer เวลาที่เราไม่ต้องการให้มีของแข็งปนในของเหลวที่ไหลเข้าปั๊ม ซึ่งสำคัญสำหรับปั๊มที่โครงสร้างมีค่า clearance น้อยเช่นปั๊มที่สร้างความดันได้สูง แต่ในกรณีนี้ปั๊มที่ใช้ไม่จำเป็นต้องสร้างความดันได้สูง เพราะทำเพียงแค่หมุนเวียนของเหลวทางด้านล่างของ reactor กลับเข้าไปทางด้านบนแต่นั้นเอง

ในการสูบของเหลวที่มีของแข็งปะปนอยู่น้อย การใช้ strainer ก็ช่วยในการดักของแข็งนั้นไม่ให้ไปทำความเสียหายภายในปั๊มได้ หรือในงานเช่นการสูบของเหลวจากด้านล่างของถังที่มีของแข็งนอนก้นอยู่ ก็ใช้การวางให้ปลายท่อดูดนั้นอยู่สูงจากระดับของแข็งที่นอนก้นอยู่เพื่อลดการดูดของแข็งเข้ามา และใช้ strainer ดักเอาของแข็งที่หลุดรอดเข้ามาเอาไว้ แต่สิ่งสำคัญสิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงคือ strainer จะไปลด NPSHa หรือ net positive suction head avaiable ของปั๊ม

ในกรณีนี้ของเหลวใน reactor เป็น slurry phase คือมีผงอนุภาคพอลิเมอร์จำนวนมากแขวนลอยกระจายทั่วไปในเฮกเซน strainer ที่ติดตั้งเข้าไปจะอุดตันได้เร็ว และด้วยการที่ผงพอลิเมอร์นั้นไม่ได้มีความแข็งเหมือนกับหินหรือทราย การเลือกใช้ปั๊มที่ทำงานได้ดีกับของเหลวที่มีของแข็งที่เป็นผงละเอียดแขวนลอยอยู่ก็น่าจะเพียงพอแล้ว

เรื่องการระเบิดของโรงงานนี้เท่าที่หาเจอ (ที่เป็นภาษาอังกฤษ) ก็มีแค่รายงานการสอบสวนที่มีเนื้อหาสั้น ๆ เพียงแค่ ๙ หน้า แต่ในข่าวการระเบิดของโรงงานแห่งเดียวกันนี้ในอีก ๑๐ ปีต่อมาในปีค.ศ. ๒๐๑๓ ที่ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๗ ราย ก็มีการกล่าวถึงการระเบิดในปีค.ศ. ๒๐๐๓

อ่านเรื่องนี้แล้วทำให้นึกถึงการระเบิดของโรงงาน HDPE ในไทยเมื่อธันวาคม ๒๕๓๑ ว่า การรั่วไหลนั้นอาจเกิดจากบริเวณ slurry cooler เช่นกัน (ดูเรื่อง "UVCE case 1TPI 2531(1988)" MO Memoir : Wednesday 29 August 2561)

การกลั่นแยกน้ำออกจากเฮกเซน MO Memoir : Sunday 26 May 2567

ค่ำวันศุกร์ ระหว่างนั่งละเลียดฟองเครื่องดื่มอยู่ระหว่างรับประทานอาหารค่ำ พอเปิด facebook ดูก็พบว่ามีข้อความจากศิษย์เก่าทักเข้ามาตั้งแต่เช้า แต่ด้วยบรรยากาศขณะนั้น ก็เลยตอบคำถามเขาไปสั้น ๆ ก่อน ก่อนที่จะอธิบายเพิ่มเติมในวันรุ่งขึ้น ส่วนที่ว่าเขาทักมาเรื่องอะไร ก็ลองอ่านเล่นจากรูปข้างล่างก่อนนะครับ

รูปที่ ๑ ข้อความที่ทักมาตั้งแต่เช้า

ผมทักกลับไปว่าเขาทำงานอยู่บริษัทไหน แต่ไม่ได้รับคำตอบ แต่โจทย์อย่างนี้ที่เคยเจอ มันเหมือนกับหน่วยหนึ่งของโรงงานผลิต HDPE ด้วย slurry phase และไหน ๆ ก็ตอบเขาไปแล้ว ก็ขอเขียนบันทึกนี้ขึ้นมาเพื่อเป็นการเอาสิ่งที่บอกเขาไปมาขยายความให้ละเอียด โดยจะขอเล่าเป็นข้อ ๆ ไปก็แล้วกัน

๑. ในวิชาเคมี เราจะเรียนกันว่าไฮโดรคาร์บอน (เป็นโมเลกุลที่ไม่มีขั้ว) กับน้ำ (ที่เป็นโมเลกุลมีขั้ว) จะไม่ละลายเข้าด้วยกัน ในการทำการทดลองเมื่อเราหยดไฮโดรคาร์บอนลงไปบนน้ำ มันจะลอยอยู่เหนือผิวหน้าน้ำ แต่ในความเป็นจริงนั้นน้ำสามารถละลายเข้าไปในเฟสไฮโดรคาร์บอนได้เล็กน้อย และไฮโดรคาร์บอนก็สามารถละลายเข้าไปในเฟสน้ำได้เล็กน้อยเช่นกัน ส่วนจะละลายเป็นเฟสเดียวกันได้มากน้อยเท่าใดก็ขึ้นอยู่กับขนาดและรูปร่างโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอน และอุณหภูมิ (รูปที่ ๒) โดยอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้ไฮโดรคาร์บอนละลายเข้าไปในเฟสน้ำได้ดีขึ้น และในทำนองเดียวกันน้ำก็ละลายเข้าไปในเฟสไฮโดรคาร์บอนได้ดีขึ้น ทั้งนี้เป็นเพราะแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลตัวทำละลายลดลง และอยู่ห่างกันมากขึ้น ก็เลยทำให้ตัวถูกละลายแทรกเข้าไปอยู่ระหว่างตัวทำละลายได้ง่ายขึ้น

รูปที่ ๒ สมการสำหรับคำนวณค่าการละลายของน้ำในไฮโดรคาร์บอนบางตัวในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด

(ข้อมูลจาก https://petrowiki.spe.org/Equilibrium_of_water_and_hydrocarbon_systems_without_hydrates)

๒. การเกิดพอลิเมอร์ในตัวทำละลายนั้น โมโนเมอร์ที่เป็นแก๊สจะละลายเข้าไปในตัวทำละลายและเกิดการต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันเป็นสายโซ่ที่ยาวขึ้นเรื่อย ๆ โดยที่ยังละลายได้ในตัวทำละลาย แต่เมื่อสายโซ่ยาวถึงระดับหนึ่งก็จะแยกตัวเป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย (สายโซ่ที่ยาวขึ้นจะมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างกันมากขึ้นจนเกาะรวมกันเป็นกลุ่มใหญ่) กลายเป็นเฟสที่เราเรียกว่า "slurry" สายโซ่พอลิเมอร์ที่ยาวจนแยกตัวออกมาเป็นของแข็งนี้เราเรียกว่าเป็น "polymer" ในขณะที่ส่วนที่ยังละลายอยู่ในตัวทำละลายเราเรียกว่าเป็น "oligomer"

๓. โอลิโกเมอร์เป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง แต่ไม่สามารถนำไปขึ้นรูปเป็นชิ้นงาน เช่น ขวด ฟิลม์ ภาชนะพลาสติก ฯลฯ (ทำนองเดียวกับเทียนไขที่เป็นโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ เราทำได้แค่หล่อให้มันเป็นรูปร่างต่าง ๆ) ถ้าจะให้โอลิโกเมอร์ไหลไปตามท่อได้ ก็ต้องทำให้มันมีอุณหภูมิสูงพอจนหลอมเหลว แต่ถ้ามันละลายอยู่ในเฮกเซน ก็จะทำให้มันไหลได้ง่ายขึ้น แต่ถ้าจะให้มันละลายได้ดีก็ต้องใช้อุณหภูมิที่สูง แต่เฮกเซนนั้นมีจุดเดือดต่ำ จึงต้องมีการใช้ความดันช่วยกดเพื่อให้เฮกเซนยังเป็นของเหลวอยู่

๔. ตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูล Ziegler-Natta หรือ Metallocene ที่ใช้ในการผลิตพอลิโอเลฟินส์นั้นถูกทำลายได้ง่ายด้วยน้ำ ดังนั้นตัวทำละลาย (เช่นเฮกเซน) ที่จะนำมาใช้ในกระบวนการจึงต้องผ่านการกำจัดน้ำปนเปื้อนอยู่ออกไปก่อน ที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ ความเข้มข้นอิ่มตัวของน้ำในเฮกเซนสูงได้ถึงหลายร้อย ppm ซึ่งตรงนี้ขึ้นอยู่กับว่าเฮกเซนที่ได้มานั้นผ่านอะไรมาบ้าง ความเข้มข้นน้ำปนเปื้อนในเฮกเซนในระดับหลักร้อย ppm นี้ถือว่าสูงมากเกินไป จำเป็นต้องทำการกำจัดออกก่อน

๕. เฮกเซนที่ผ่านการแยกเอาพอลิเมอร์ที่เป็นของแข็งออกไปแล้ว จะมีโอลิโกเมอร์ละลายอยู่ และยังมีสิ่งปนเปื้อนอื่นเช่นสารประกอบโลหะที่มาจากตัวเร่งปฏิกิริยา ดังนั้นเพื่อที่จะเอาตัวทำละลายกลับมาใช้งานใหม่ ก็ต้องแยกเอาเฮกเซนและโอลิโกเมอร์ออกจากกัน รวมทั้งกำจัดเอาสารปนเปื้อนนั้นออกจากเฮกเซนด้วย

๖. ลดความดันหรือเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น ก็จะทำให้เฮกเซนระเหยแยกออกมาจากโอลิโกเมอร์ (แน่นอนว่ายังมีเฮกเซนบางส่วนตกค้างอยู่กับโอลิโกมเมอร์) ส่วนอุณหภูมิจะสูงเท่าไรนั้น ก็ควรสูงพอที่จะทำให้โอลิโกเมอร์ยังเป็นของเหลวอยู่ จะได้ปั๊มส่งไปตามท่อได้

การให้ความร้อนนั้นทำได้หลายวิธี เช่นใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือการฉีดไอน้ำเข้าไปโดยตรง ในกรณีที่ใช้การฉีดไอน้ำเข้าไปโดยตรง เมื่อไอระเหยของเฮกเซน + น้ำ ควบแน่น ก็จะแยกตัวเป็นสองเฟส คือเฟสน้ำที่มีเฮกเซนและสิ่งปนเปื้อนที่ละลายนำได้ละลายปนอยู่อยู่ชั้นล่าง และเฟสเฮกเซนที่มีน้ำละลายปนอยู่อยู่ชั้นบน โดยเฟสเฮกเซนที่มีน้ำละลายปนอยู่นี้ สามารถนำไปรวมกับเฮกเซนที่ป้อนเข้ามาใหม่ (ที่มีน้ำปนอยู่เช่นกัน) และส่งไปยังหน่วยกำจัดน้ำออกจากเฮกเซน

๗. การกำจัดน้ำที่ละลายอยู่ในเฮกเซนทำได้หลายวิธี แต่ละวิธีก็เหมาะกับความเข้มข้นเริ่มต้นและความเข้มข้นสุดท้ายของน้ำที่ต้องการ ปริมาณเฮกเซนที่ต้องทำการกำจัดน้ำ ค่าใช้จ่ายในนการทำงาน ฯลฯ

๘. การใส่สารบางตัวเข้าไปทำปฏิกิริยากับน้ำที่ปนเปื้อนอยู่นั้นเป็นวิธีการที่เหมาะสมในกรณีที่ต้องการให้มีน้ำหลงเหลืออยู่ในปริมาณน้อยมาก แต่ไม่เหมาะกับกรณีที่ความเข้มข้นเริ่มต้นของน้ำนั้นสูง ตัวอย่างวิธีการนี้คือการใช้ใส่โลหะโซเดียมลงไปในตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอน โลหะโซเดียมจะทำปฏิกิริยากับน้ำกลายเป็นโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) แยกตัวเป็นของแข็งออกมา วิธีการนี้เป็นวิธีการหนึ่งที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ

๙. การใช้สารดูดความชื้นดูดจับน้ำเอาไว้เหมาะกับการดักจับน้ำในปริมาณไม่มาก เพราะเมื่อสารดูดความชื้นจับน้ำจนอิ่มตัว ก็ต้องมีการไล่น้ำออกเพื่อนำกลับมาใช้งานใหม่ (ปรกติก็จะใช้แก๊สเฉื่อยที่ร้อนเข้าไปเป่าไล่) ระยะเวลาตั้งแต่เริ่มใช้งานจนสารดูดความชื้อดูดซับน้ำจนอิ่มตัว และระยะเวลาที่ต้องใช้ในการไล่น้ำออกจากสารดูดความชื้นเพื่อจะนำมันกลับมาใช้งานใหม่ จะเป็นต้วบอกว่าเทคนิคนี้เหมาะสมหรือไม่

ความเข้มข้นสุดท้ายของน้ำที่หลงเหลืออยู่จะขึ้นกับชนิดสารดูดซับที่ใช้ สารดูดความชื้นที่สามารถลดความเข้มข้นของน้ำได้ต่ำมากได้ ก็ต้องใช้ความร้อนที่สูงมากขึ้นในการไล่น้ำออกจากสารดูดความชื้นนั้น

๑๐. การกลั่นเป็นอีกวิธีการหนึ่งที่สามารถนำมาใช้ได้ ส่วนจะเป็นการกลั่นแบบ batch หรือแบบต่อเนื่องก็ขึ้นอยู่กับปริมาณเฮกเซนที่ต้องนำมาผ่านกำจัดน้ำ ถ้ามีปริมาณมาก็จะใช้กระบวนการกลั่นแยกแบบต่อเนื่อง

แต่การต้มให้สารส่วนใหญ่กลายเป็นไอออกทางยอดหอ โดยมีเพียงเล็กน้อยที่เป็้นของเหลวออกทางก้นหอนั้นไม่ดีแน่ เพราะต้องใช้พลังงานที่มากในการระเหย และใช้น้ำหล่อเย็นในปริมาณมากเพื่อควบแน่นไอระเหย

๑๑. แต่สารละลายเฮกเซน + น้ำ มันมี azeotrope อยู่ (รูปที่ ๓ และ ๕) แบบเดียวกับ เอทานอล + น้ำ หรือไอโซโพรพานอล + น้ำ ทำให้เมื่อนำเฮกเซนที่มีน้ำละลายปนอยู่เล็กน้อยไปกลั่นแยก ไอระเหยที่ออกทางด้านบนของหอจะมีความเข้มข้นของน้ำ "สูงกว่า" ของเหลวที่ออกทางก้นหอ (แม้ว่าน้ำจะมีจุดเดือดที่สูงกว่าเฮกเซน) ดังนั้นเฮกเซนที่ออกทางก้นหอจะมีความเข้มข้นของน้ำลดต่ำลง ที่คุ้มค่าที่จะกำจัดด้วยวิธีการอื่น เช่นการใช้สารดูดซับ หรือใส่สารบางตัวเข้าไปทำปฏิกิริยาทำลาย (เช่นเพิ่มปริมาณ alkyl aluminium ที่ใช้ ในกรณีของระบบตัวเร่งปฏิกิริยา Ziegler-Natta)

รูปที่ ๓ ข้อมูล azeotropic ของระบบน้ำกับไฮโดรคาร์บอนบางตัว

รูปที่ ๔ Vapour-Liquid equiligria ระหวางน้ำกับนอร์มัลเฮกเซน

ไม่รู้เหมือนกันว่าพอจะช่วยเขาได้หรือเปล่า แต่คำถามที่ศิษย์เก่ามักถามผมมา มักจะอยู่ในวิชาที่ผมไม่ได้สอน :) :) :)

เพลิงไหม้จากเฮกเซนที่รั่วจากหน้าแปลนที่น็อตคลายตัวจากการสั่น MO Memoir : Sunday 7 November 2564

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Fire caused due to a flange loosened from vibrations at a synthetic rubber plant" (http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200084.html) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในโรงงานผลิตยางสังเคราะห์ Ethylene-Propylene (ยาง EP) เมื่อวันที่ ๑ ธันวาคม ๒๕๔๓ เวลาประมาณ ๑๕.๓๕ น แผนผังกระบวนการผลิตของหน่วยที่เกิดเหตุแสดงไว้ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ แผนผังส่วนที่เกิดเหตุ ปั๊มตัวที่เกิดเหตุคือ P-103B ที่ทำหน้าที่สูบเฮกเซนจาก R-102 ไปยัง washing section และอีกตัวที่เกี่ยวข้องคือ P-103G

บทความบรรยายเหตุการณ์เอาไว้ว่า ปั๊ม P-103G (ที่ท่อด้านขาออกนั้นมีการใช้งานร่วมกับปั๊ม P-103B) เกิด cavitation (ด้วยสาเหตุที่ไม่ทราบแน่ชัด) ประกอบกับด้านขาออกของปั๊ม P-103B ที่มีขนาด 3 นิ้วนั้น ถูกต่อตรงเข้ากับ reducer ขนาด 6 นิ้ว (คือไม่มีท่อสั้น ๆ ที่เรียกว่า spool piece เป็นตัวเชื่อมต่อ) ประกอบกับการที่ท่อมีขนาดแตกต่างกันมากจึงทำให้น็อตยึดหน้าแปลนนั้นคลายตัวได้เร็วขึ้น ทำให้เฮกเซนรั่วออกมาก่อนที่จะเกิดเพลิงไหม้

ย่อหน้าข้างบนคือสรุปเนื้อหาในบทความต้นฉบับที่เขียนไว้สั้น ๆ ประมาณสิบบรรทัดเศษ ต่อไปจะเป็นการขยายภาพเหตุการณ์โดยอาศัยความรู้ที่พอมีอยู่บ้าง เพื่อให้ผู้ที่กำลังศึกษาอยู่นั้นมองภาพเหตุการณ์ที่เกิดได้ชัดเจนขึ้น

เอทิลีน (Ethylene H₂C=CH₂) และโพรพิลีน (Propylene H₃CCH=CH₂) เกิดเป็นพอลิเมอร์ได้ไม่ง่าย เว้นแต่มีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย เนื่องจากการต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันนั้นมีการคายความร้อนออกมา ดังนั้นการพอลิเมอร์ไรซ์จึงต้องหาทางระบายความร้อนนี้ออกด้วย และเทคนิคหนึ่งที่ใช้คือการใช้ตัวทำละลาย

ตัวทำละลายทำหน้าที่เป็นทั้งตัวกลางสำหรับละลายสารตั้งต้น (เอทิลีนและโพรพิลีนที่เป็นแก๊ส) และตัวเร่งปฏิกิริยา และเป็น heat sink สำหรับรับความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมา ในกระบวนการนี้ตัวทำละลายที่ใช้คือเฮกเซน (Hexane C₆H₁₄) ซึ่งเป็นโมเลกุลไม่มีขั้วเช่นเดียวกับสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ จากสารตั้งต้นที่เป็นแก๊ส เมื่อมีการต่อเป็นโมเลกุลใหญ่ขึ้น (เป็น oligomer ก่อน จากนั้นจึงค่อยกลายเป็น polymer) ความสามารถในการละลายในตัวทำละลายจะลดลง แต่ถ้าอุณหภูมิสูงพอ มันก็ยังละลายอยู่ในตัวทำละลายนั้นได้ แต่ถ้าตำแหน่งไหนของระบบ (ตัว vessel หรือระบบท่อ) มีอุณหภูมิต่ำเกินไป โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ละลายอยู่ในตัวทำละลายก็จะแข็งตัวเกาะอยู่บนพื้นผิวนั้น ก่อให้เกิดปัญหาเรื่องการถ่ายเทความร้อนและ/หรือการไหลได้

กระบวนการในรูปที่ ๑ นั้นจะเห็นว่ามีปั๊ม P-103 อยู่ 2 ตัวคือ P-103A P-103B พึงสังเกตว่าปั๊มแต่ละตัวมีท่อต่อแยกอิสระเข้าไปยัง R-102 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าท่อบริเวณระหว่าง R-102 และปั๊ม P-103 นั้นมีโอกาสเกิดการอุดตัน จึงต้องมีการเดินท่อสำรองแยกออกจากกัน เมื่อเกิดปัญหาเกิดการอุดตันที่ท่อหนึ่ง ก็จะเปลี่ยนไปใช้อีกท่อหนึ่งแทน

จากแผนผัง ตัว R-102 น่าจะทำหน้าที่เป็น liquid-gas separator คือการเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์นั้นจะเกิดภายใต้ความดันระดับหนึ่งเพื่อเพิ่มการละลายของเอทิลีนและโพรพิลีนในเฮกเซน เฮกเซนที่ออกมาจาก reactor จะมีสารตั้งต้นที่หลงเหลือจากการทำปฏิกิริยา, oligomer (ที่ควรละลายอยู่ในเฮกเซน), และ polymer ที่อาจละลายอยู่ (ถ้าเป็น solution phase) หรือแขวนลอยอยู่ (ถ้าเป็น slurry phase) ซึ่งขึ้นอยู่กับว่ากระบวนการพอลิเมอร์ไรซ์เป็นแบบไหน การแยกเอาสารตั้งต้นที่ละลายอยู่นั้นทำได้ด้วยการลดความดัน เช่นการถ่ายเฮกเซนจาก reactor ที่ความดันสูงมายัง R-102 ที่ความดันที่ต่ำกว่า เอทิลีนและโพรพิลีนก็จะระเหยออกมาจากตัวทำละลาย

ปั๊มที่แสดงในรูปนั้นควรจะเป็นปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) และเพื่อทำให้ปั๊มทำงานได้เรียบร้อยจึงมีการติดตั้งระบบ flushing คือการใช้ตัวทำละลายที่สะอาดอัดเข้าไปบริเวณ mechanical seal (ตัวนี้เป็น moving part ที่ทำหน้าที่ป้องกันการรั่วไหลจากภายในตัวปั๊มออกมาข้างนอก) เฮกเซนที่สะอาดนี้จะป้องกันไม่ให้สิ่งแปลกปลอม (เช่นผงอนุภาคพอลิเมอร์ที่แขวนลอยอยู่) เข้ามาสะสมบริเวณตัว mechanical seal

ปั๊มหอยโข่งเวลาทำงานตามปรกติตัวระบบท่อก็ไม่ค่อยมีการสั่นอะไรอยู่แล้ว แต่ถ้าเป็นกรณีที่การไหลไม่ราบเรียบเช่นมีปัญหาด้านขาเข้าทำให้เกิด cavitation ก็อาจทำให้ท่อเกิดการสั่นมากผิดปรกติได้ ซึ่งในบทความนี้กล่าวไว้เพียงว่าไม่ชัดเจนว่าปั๊ม P-103G เกิด cavitation ได้อย่างไร โดยความเห็นส่วนตัวคิดว่าท่อเข้าปั๊ม P-103A ที่เป็นตัวหลักนั้นเกิดปัญหาอุดตัน จึงมีการเปลี่ยนไปใช้ปั๊ม P-103B แทน ท่อเข้าปั๊ม P-103G นั้นเป็นท่อเดียวกับท่อเข้าปั๊ม P-103A นั้น ดังนั้นเมื่อท่อนี้อุดตันจึงสามารถก่อปัญหาให้กับปั๊มสองตัวนี้พร้อมกันได้ และนี่อาจเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิด caviation

เป็นเรื่องปรกติที่การสั่นนั้นสามารถทำให้น็อต (ไม่ว่าจะยึดอะไร) สามารถคลายตัวได้ บทความต้นฉบับยังตั้งคำถามว่าเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจว่าทำไม cavitation ที่รุนแรงจนทำให้เกิดการสั่นที่ทำให้น็อตยึดหน้าแปลนคลายตัวได้นั้นจึงไม่ได้รับความใส่ใจ แต่โดยส่วนตัวคิดว่าคำถามหนึ่งที่น่าจะถามก็คือ นับตั้งแต่เริ่มเกิด cavitation จนกระทั่งเกิดการรั่วไหลนั้นกินเวลานานเท่าใด โอเปอร์เรเตอร์คงไม่ปล่อยให้ปั๊มทำงานทั้ง ๆ ที่เกิด cavitation ข้ามกะแน่ เพราะการทำงานปรกติต้องมีการเตินตรวจอยู่แล้ว และเสียงผิดปรกติก็เป็นสิ่งที่ดึงความสนใจได้ดี เป็นไปได้หรือเปล่าที่เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นในเวลาที่สั้น (กล่าวคือเพียงแค่ไม่กี่ชั่วโมงหรือช่วงระยะเวลาระหว่างการเดินตรวจแต่ละครั้ง) จึงทำให้มันหลุดรอดการตรวจพบไปได้