เพลิงไหม้จากแนฟทารั่วออกทางท่อระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ MO Memoir : Saturday 7 March 2569

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Fire in Atmospheric Vacuum Unit (AVU)" เผยแพร่ในเว็บ Oil Industry Safety Directorate ของประเทศอินเดีย (https://www.oisd.gov.in/en-in/CaseStudies) เมื่อ ๑๔ เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๕ (พ.ศ ๒๕๖๘) เป็นเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่เกิดจากแนฟทารั่วออกมาทางท่อระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ บทความไม่ได้บอกว่าเหตุการณ์เกิดขึ้นเมื่อใด แต่ในส่วนการสอบสวนมีการกล่าวถึงคู่มือการ Shutdown หน่ว AVU ฉบับปีค.ศ. ๒๐๒๔ แสดงว่าน่าจะเกิดในช่วงเวลาปีค.ศ. ๒๐๒๔ ถึงต้นปีค.ศ. ๒๐๒๕

ชื่อเรื่องบทความบอกว่าเกี่ยวกับหน่วย Atmospheric Vacuum Unit ซึ่งถ้าแปลออกมาตรง ๆ ก็คงจะงงว่าตกลงว่าเป็นหน่วยทำงานที่ความดันบรรยากาศหรือสุญญากาศ แต่ด้วยเนื้อหานี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ หน่วยนี้จึงควรเป็นหน่วยกลั่นน้ำมันดิบที่ปรกติจะประกอบด้วยหอกลั่นสองหอ โดยหอกลั่นหอแรกจะทำการกลั่นที่ความดันบรรยากาศ (atmospheric tower) จากนั้นจึงนำพวกจุดเดือดสูงที่ได้จากหอกลั่นแรกไปกลั่นต่อในหอกลั่นที่สองที่มีการทำสุญญากาศ (Vacuum tower) การที่ใช้สุญญากาศช่วยในการกลั่นก็เพื่อทำให้น้ำมันหนักที่มีจุดเดือดสูงที่ได้จากหอกลั่นความดันบรรยากาศ ระเหยได้ง่ายขึ้นโดยใช้อุณหภูมิที่ต่ำลง รูปที่ ๑ ข้างล่างเป็นแผนผังของหน่วยผลิต superheated steams หรือไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่จะเอาไปใช้ในกระบวนการกลั่น

รูปที่ ๑ แผนผังของหน่วยผลิตที่เกิดเหตุ

รูปที่ ๒ เป็นเริ่มคำบรรยายเหตุการณ์ก่อนเกิดเหตุ ประโยคแรกเล่าว่าหอกลั่นอยู่ระหว่างการเริ่มเดินเครื่องใหม่ (startup) หลังการหยุดเดินเครื่องเพื่อการซ่อมบำรุงและตรวจสอบ ในระหว่างนี้หอกลั่นอยู่ในขั้นตอน "hot circulation" โดยรับน้ำมันดิบจาก furnace หรือเตาเผาจำนวน 4 เตาที่อัตราการไหลรวม 700 m³/hr โดยอุณหภูมิน้ำมันที่ออกจากเตา (coil outlet temperature) คือ 320ºC

รูปที่ ๒ คำบรรยายการทำงานก่อนเกิดเหตุ

ในการเริ่มเดินเครื่องหอกลั่นนั้น หลังจากที่ไล่อากาศออกไปจนหมดแล้ว ก็จะเริ่มจากการให้ความร้อนแก่น้ำมันที่ป้อนเข้ามา ส่วนของน้ำมันที่ระเหยกลายเป็นไอก็จะลอยขึ้นสู่ด้านบนไปยังเครื่องควบแน่น (conderser) ที่จะควบแน่นไอให้เป็นของเหลว แล้วส่งของเหลวที่ควบแน่นทั้งหมดกลับเข้าสู่หอกลั่นใหม่ ส่วนของน้ำมันที่เป็นของเหลวก็จะตกลงสู่เบื้องล่างลงไปยังหม้อต้มซ้ำ (reboiler) ที่จะให้ความร้อนแก่ของเหลวดังกล่าวให้เดือดกลายเป็นไอลอยขึ้นไปข้างบน ในระหว่างกระบวนการนี้จะไม่มีการดึงเอาของเหลว (ที่เครื่องควบแน่นหรือที่หม้อต้มซ้ำ) ออกจากระบบ เรียกว่าทำ total reflux เป็นขั้นตอนที่ทำให้ภายในหอกลั่นมีของเหลวและไออยู่ในสภาวะสมดุลก่อน แล้วจึงค่อยดึงเอาผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นออกจากหอกลั่น

ประโยคที่สองเล่าว่า มีการนำไอน้ำความดันปานกลางเข้ามาทาง "battery limit" โดยผ่านไปที่ส่วน "convection" ของตัวเตาเผาก่อน เพื่อให้กลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ก่อนจะนำไปใช้เป็น "stripping steam'

รูปที่ ๓ ตัวอย่างหนึ่งของ furnace หัวเตาจะอยู่ทางด้านล่าง ท่อที่มองเห็นเปลวไฟและสามารถรับรังสีจากการแผ่รังสีคือท่อที่อยู่ที่ผนังด้านข้างและสองแถวแรกของปล่องระบายแก๊สร้อนออก ท่อที่อยู่สูงจากนี้ขึ้นไปจะเป็นส่วน convection คือรับความร้อนจากแก๊สร้อนที่ไหลผ่าน (นำมาจากบทความเรื่อง "ทำความรู้จัก Fired process heater (ตอนที่ ๑) MO Memoir : Friday 29 January 2559"

"battery limit" ในที่นี้คือเส้นแบ่งขอบเขตความรับผิดชอบ ไม่ได้เกี่ยวข้องอะไรกับแบตเตอรี่ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นถ้าเป็นบ้านเรือน การไฟฟ้าก็รับผิดชอบเดินสายไฟมาถึงตรงมิเตอร์ไฟ เจ้าของบ้านก็รับผิดชอบตั้งแต่สายไฟขาออกจากมิเตอร์ ถ้าเป็นน้ำประปาก็เช่นเดียวกัน การประปาก็รับผิดชอบแค่วาล์วขาออกจากมิเตอร์ ท่อน้ำจากนั้นเข้าไปในบ้านเจ้าของบ้านก็เป็นคนรับผิดชอบ

พวกเตาเผาหรือ furnace นั้นจะให้ความร้อนด้วยหัวเตาที่มีการจุดไฟลุกเป็นเปลวไฟ ด้วยอุณหภูมิที่สูงของเปลวไฟ พลังงานของการแผ่รังสีความร้อนจะมีค่าสูง (ค่าพลังงานนี้เป็นไปตาม Stefan–Boltzmann law ที่แปรผันตามอุณหภูมิยกกำลัง 4) ดังนั้นการรับความร้อนของท่อในบริเวณนี้ (ซึ่งต้องมองเห็นเปลวไฟ) จะเป็นการรับความร้อนจากการแผ่รังสี พื้นที่บริเวณนี้จะเรียกว่า ส่วน "radiation" ส่วนแก๊สร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้นั้นจะลอยออกไปทางปล่อย แต่ด้วยอุณหภูมิแก๊สที่ยังสูงอยู่จึงสามารถดึงเอาความร้อนของแก๊สมาใช้งานได้ ดังนั้นทางปล่อยระบายแก๊สก็จะมีท่อของสารที่ต้องการเพิ่มอุณหภูมิขวางอยู่ในเส้นทางการไหลของแก๊สร้อน ท่อในบริเวณนี้มองไม่เห็นเปลวไฟ การรับความร้อนจึงเป็นการแลกเปลี่ยนความร้อนกับแก๊สร้อนโดยตรง ส่วนนี้เรียกว่าส่วน "convection" อุณหภูมิในส่วนนี้จะต่ำกว่าส่วน "radiation" ตรงนี้ดูรูปที่ ๓ เพิ่มเติมได้เพื่อจะได้เห็นภาพ

การควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นในกรณีที่พบว่า ของเหลวที่ต้องการนั้นมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำนั้นปะปนอยู่มากเกินไปก็จะใช้การให้ความร้อนแก่ของเหลวนั้นเพื่อให้องค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำระเหยออกไป เช่นในกรณีที่เราต้องการน้ำมันก๊าด (ช่วงแนฟทาหนัก) แล้วพบว่ามันมีน้ำมันเบนซิน (ช่วงแนฟทาเบา) ปนอยู่มากเกินไป ก็จะใช้การฉีดไอน้ำเข้าไปในน้ำมันก๊าดที่กลั่นได้โดยตรง เพื่อระเหยเอาส่วนที่เป็นน้ำมันเบนซินกลับเข้าไปในหอกลั่นใหม่ หน่วยที่ทำหน้าที่นี้คือ stripping column หรือหอ stripper รูปที่ ๔ เป็นตัวอย่างการใช้งานหอ stripper ไอน้ำจะถูกฉีดเข้าทางด้านล่างหอโดยตรง โดยจุดฉีดจะอยู่ "เหนือ" ระดับน้ำมันที่รวมกันอยู่ด้านล่าง และประเด็นนี้มีบทบาทสำคัญกับอุบัติเหตุที่เกิด

รูปที่ ๔ การทำงานของหอ stripper รูปนี้นำมาจากบทความเรื่อง "ถังความดัน หอ stripper และการลดอุณหภูมิเนื่องจากการระเหยของของเหลว" เผยแพร่ใน blog เมื่อวันอาทิตย์ที่ ๓๐ มิถุนายน ๒๕๕๖

กลับมาต่อกับคำบรรยายในรูปที่ ๒ เมื่อไอน้ำออกจากเตาเผาก็จะกลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในช่วงแรกไอน้ำส่วนนี้จะถูกระบายทิ้งออกสู่บรรยากาศผ่านทางวาล์ว 8 (ในรูปที่ ๑) โดยที่วาล์ว 9 ยังปิดอยู่ ก่อนออกสู่บรรยากาศจะมีอุปกรณ์เก็บเสียง (silencer) เพื่อลดเสียงดัง (แบบเดียวกับที่ท่อไอเสียรถยนต์และมอเตอร์ไซค์ต้องมี) ตำแหน่งของวาล์ว 8 และ 9 นั้นอยู่บน platform ที่สูงจากพื้นประมาณ 8.5 เมตร และปลายท่อระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศก็อยู่สูงจากระดับนี้ไปอีก หลังจากขั้นตอนนี้ก็จะเป็นการส่งไอน้ำต่อไปยังหอกลั่นและหอ stripper

จากวาล์ว 8 ไปยังหอกลั่นและหอ stripper นั้น (ดูรูปที่ ๑) ไอน้ำต้องผ่านระบบวาล์วควบคุม (วาล์ว 6, 5 และ 4 ซึ่งวาล์วควบคุม 5 ควรอยู่ในตำแหน่งปิด) หรือวาล์ว bypass ระบบวาล์วควบคุม (วาล์ว 7) จากนั้นจะไหลผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (วาล์ว 3) ก่อนเข้าสู่หอกลั่นและหอ stripper (วาล์ว 1) โดยวาล์ว 2 เป็นวาล์วสำหรับระบายของเหลวที่ตกค้างอยู่ในท่อ (เช่นระบายไอน้ำที่ควบแน่นทิ้งในขณะที่ทำการอุ่นท่อให้ร้อน) ดังนั้นในช่วงแรกของการ startup นี้ วาล์วทุกตัว (ควรอยู่ในตำแหน่ง "ปิด"

รูปที่ ๕ คำบรรยายเหตุการณ์ก่อนนำไปสู่การรั่วไหลและเกิดเพลิงไหม้

รูปที่ ๕ เป็นคำบรรยายการทำงานก่อนที่จะเกิดการรั่วไหลและเพลิงไหม้ตามมา โดยเริ่มจากโอเปอร์เรเตอร์จะเปลี่ยนเส้นทางการไหลของไอน้ำจากระบายทิ้งเป็นไปยังหอกลั่นและหอ stripper โดยในจังหวะนี้โอเปอร์เรเตอร์ (ซึ่งน่าจะมีมากกว่าหนึ่งคนและทำงานหลายอย่างพร้อมกันในเวลาเดียวกัน ซึ่งข้อความในรูปที่ ๕ ก็บอกว่ามีคนทำงานได้รับบาดเจ็บรวม ๙ คน) ได้ทำการปิดวาล์ว 8 และ "crack open" วาล์ว 9 (ข้อมูลที่ว่าโอเปอร์เรเตอร์ทำการ "crack open" วาล์ว 9 อยู่ในรูปที่ ๖) ก็เกิด flash fire ที่ปลายท่อทางออกของจุดระบายไอน้ำ ซึ่งตรงนี้แสดงว่าในขณะที่ทำการ "crack open" วาล์ว 9 นั้น วาล์ว 8 ยังอยู่ระหว่างการปิด

รูปที่ ๖ ผลการสอบสวนว่าแนฟทาไหลเข้ามาในระบบท่อไอน้ำได้อย่างไร

การเปิดให้ไอน้ำไหลเข้าท่อที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านั้น ต้องค่อย ๆ เปิดให้ไอน้ำไหลเข้าทีละน้อย ๆ เพราะในช่วงที่ท่อเย็น ไอน้ำจะควบแน่นเป็นของเหลวได้ง่าย ถ้าให้ไอน้ำไหลเข้ามากเกินไป ก็จะเกิดน้ำจำนวนมากในท่อ ซึ่งเมื่อน้ำที่ควบแน่นนี้เคลื่อนตัวไปกระแทกท่อ (เช่นตรงข้องอหรือข้อต่อ) จะทำให้เกิดแรงกระแทกอย่างรุนแรงที่เรียกว่า water hammer ซึ่งอาจทำให้ท่อเสียหายได้ ในทางปฏิบัติเปิดวาล์วแบบที่เรียกว่า "crack open" คือเปิดเพียงแค่พอรู้สึกว่าวาล์วเปิดแล้ว (เช่นได้ยินเสียงของไหลไหลผ่านวาล์ว) ก็จะหยุดการเปิด ในช่วงแรกอาจได้ยินเสียง water hammer เกิดขึ้นบ้าง พอท่อร้อนขึ้นเสียงดังกล่าวก็จะหายไป ในช่วงเวลานี้ถ้าหากมีจุดระบายของเหลวทิ้งก็จะเปิดวาล์วนั้นไว้ (เช่นวาล์ว 2 ในรูปที่ 1) พอสิ่งที่รั่วออกมานั้นเป็นไอน้ำไม่ได้เป็นน้ำที่เป็นของเหลว ก็แสดงว่าท่อร้อนขึ้นแล้ว ก็จะค่อย ๆ เปิดวาล์วทีละน้อย ๆ แล้วฟังดูว่าเกิด water hammer หรือไม่ ถ้าพบว่าเริ่มเกิดใหม่ก็จะหยุดเปิด รอจนเสียงดังกล่าวหายไปก่อนจึงค่อยเปิดเพิ่มอีก ทำอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะเปิดวาล์วได้เต็มที่

ประเด็นที่เป็นคำถามคือแนฟทามาปรากฏตรงตำแหน่งวาล์ว 9 ได้อย่างไร

การตรวจสอบข้อมูลย้อนหลังพบว่าระดับของเหลวทั้งที่ก้นหอกลั่นและหอ stripper อยู่ที่ระดับสูงเกิน 100% คือบอกไม่ได้ว่าสูงเกินไปเท่าไร แต่น่าจะสูงเกินมากพอจนทำให้แนฟทานั้นสามารถไหลล้นเข้าไปในท่อไอน้ำได้

การที่แนฟทามาปรากฏที่วาล์ว 9 ได้แสดงว่ามีการรั่วไหลผ่านวาล์ว 1 (ขนาด 6 นิ้ว), วาล์วกันการไหลย้อนกลับ 3 (ขนาด 6 นิ้ว) และวาล์ว 4 ที่เป็นวาล์ว bypass วาล์วควบคุม (ขนาด 4 นิ้ว)

และด้วยการที่จุดฉีดไอน้ำเข้าหอ stripper นั้นอยู่สูงกว่าระดับวาล์ว 8 และ 9 ประมาณ 2 เมตร (ประมาณว่าอยู่ที่ระดับเดียวกันกับจุดระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ) จึงทำให้ด้านขาออกของวาล์ว 9 นั้นมีความดันเนื่องจากความสูงของแนฟทาอยู่ และด้วยการที่วาล์ว 8 ยังเปิดอยู่ ทำให้ความดันด้านขาเข้าของวาล์ว 9 ต่ำกว่าด้านขาออก (ที่มีแนฟทาอยู่)

พอทำการ "crack open" วาล์ว 9 โดยที่วาล์ว 8 ยังเปิดอยู่ ไอน้ำร้อนก็เลยทำให้แนฟทากลายเป็นไอรั่วไหลออกมาทางจุดระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ ด้วยการที่แนฟทามี autoignition temperature 287.7ºC และไอน้ำมีอุณหูมิ 320ºC ซึ่งสูงกว่า autoignition temperature ของแนฟทา เมื่อแนฟทารั่วออกมาเจอบรรยากาศ ก็เกิดการลุกติดไฟทันที

ดาวน์โหลดบทความต้นฉบับได้ที่

https://www.oisd.gov.in/public/assets/upload/CaseStudies/1737028120_3ae6477feb90f1c5c607.pdf

ถังเก็บแนฟทาระเบิดจากไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากแนฟทาไหลเข้าถัง MO Memoir : Wednesday 15 May 2567

ไฟฟ้าสถิตที่สามารถจุดระเบิดเชื้อเพลิงในถังเก็บได้ ไม่จำเป็นต้องมาจากการหย่อนอุปกรณ์ใด ๆ (เช่น เพื่อการเก็บตัวอย่าง การวัดระดับ) ลงไปในถังเก็บเสมอไป การป้อนเชื้อเพลิงเข้าไปในถังเก็บก็มีโอกาสทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตภายในถังสูงมากพอที่จะทำให้ระเบิดได้เช่นกัน

เอกสาร ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๖๓ (เมษายน พ.ศ. ๒๕๑๗) เรื่องที่ ๘ (รูปที่ ๑) ได้เล่าถึงเหตุการณ์การระเบิดของถังเก็บแนฟทา (น้ำมันเบนซิน) ในระหว่างการเติมน้ำมันเกรดหนึ่งเข้าไปผสมกับอีกเกรดหนึ่งที่อยู่ในถัง โดยเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในปีค.ศ. ๑๙๕๔ (พ.ศ. ๒๔๙๗) หรือเมื่อ ๗๐ ปีที่แล้ว ที่โรงกลั่นน้ำมัน Shell เมือง Pernis ประเทศเนเธอร์แลนด์ โดยการระเบิดเกิดขึ้น ๔๐ นาทีหลังการผสม เพลิงไหม้ที่เกิดขึ้นถูกดับได้ในเวลาไม่นาน จากนั้นจึงทำการย้ายน้ำมันไปยังถังอีกใบหนึ่ง

ในวันรุ่งนี้ทางโรงกลั่นก็ได้เริ่มทำการผสมน้ำมันใหม่อีกครั้ง และภายใน ๔๐ นาทีถัดมา ก็เกิดระเบิดขึ้นอีกครั้ง

สาเหตุของการระเบิดเกิดจากไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากอัตราการป้อนน้ำมันเข้าถังเก็บนั้นสูงเกินไป

แนวทางป้องกันที่บทความ (บริษัท ICI) นำเสนอไว้ก็คือให้ลดอัตราการป้อนน้ำมันเข้าถังเก็บ แต่ทางโรงกลั่นใช้อีกวิธีหนึ่งคือผสมสารเติมแต่งป้องกันไฟฟ้าสถิต แต่วิธีหลังนี้ ICI มองว่าอาจก่อให้เกิดปัญหาเมื่อนำน้ำมันเข้าสู่กระบวนการถัดไป

รูปที่ ๑ การระเบิดในถังเก็บแนฟทาระหว่างการผสมน้ำมันให้เป็นเนื้อเดียวกัน

ใน ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๑๙ (๒๕ พฤษภาคม พ.ศ. ๒๕๑๓) หัวช้อที่ ๘ (รูปที่ ๒) ได้กล่าวถึงความเร็วที่เหมาะสมในการไหลของไฮโดรคาร์บอนคือ ความเร็วเชิงเส้นควรจะต่ำว่า 7 เมตรต่อวินาที แต่ถ้าหากมีน้ำปนอยู่ด้วยก็ควรที่จะต่ำกว่า 1 เมตรต่อวินาที

นอกจากนี้ยังได้กล่าวว่า มีรายงานการทดลองในวารสาร Fire International (เดือนตุลาคม พ.ศ. ๒๕๑๒) ว่าประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับเวลาที่ของเหลวนั้นไหล

แต่ถ้าทำการทดลองซ้ำแล้วซ้ำอีก (ตรงนี้เขาหมายความว่ากับอุปกรณ์เดิม ปิดปั๊ม แล้วเริ่มเดินเครื่องใหม่) หรือตัวเชื้อเพลิงนั้นมีการไหลผ่านท่ออย่างต่อเนื่อง ประจุจะค่อย ๆ ลดหายไป

การค้นพบนี้แสดงให้เห็นว่าในช่วงแรกที่เริ่มเดินเครื่องปั๊มเป็นครั้งแรกนั้น จะเป็นช่วงที่อันตรายที่สุด เพราะของเหลวที่ไหลออกไปนั้นจะมีการสะสมประจุมาก และในทำนองเดียวกัน ปั๊มที่ไม่ได้เดินเครื่องเป็นเวลานาน เมื่อเริ่มเดินเครื่องใหม่ก็จะมีประจุไฟฟ้าสถิตสะสมได้มากเหมือนกัน

รูปที่ ๒ ความเร็วในการไหลที่เหมาะสมของน้ำมัน

สาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ง่ายคือการเติมของเหลวที่ทำให้ของเหลวนั้นเกิดการกระเด็นกระจาย ใน ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๒๐ (๑ กรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๑๓) เรื่องที่ ๖ (รูปที่ ๓) ได้เน้นย้ำถึงประเด็นนี้

ปรกติการป้อนของเหลวเข้าถังเก็บนั้นจะป้อนเข้าทางด้านล่างของถัง ถ้าระดับของเหลวในถังนั้นสูงกว่าระดับท่อทางเข้า ปัญหานี้ก็จะไม่เกิด การป้อนเข้าทางด้านบนนั้นอาจเกิดขึ้นเมื่อต้องการการผสมของเหลวสองชนิดให้เป็นเนื้อเดียวกัน ด้วยการสูบของเหลวในถังออกทางด้านล่างที่ก้นถัง แล้วป้อนกลับเข้าถัง ณ อีกมุมหนึ่งทางด้านบน (เช่นการปรับองค์ประกอบหรือความหนาแน่นของน้ำมันสองชนิด เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติตามข้อกำหนด วิธีการที่ปลอดภัยกว่าคืออย่าให้ของเหลวที่ป้อนเข้าทางด้านบนนั้นตกหล่นอย่างอิสระลงบนพื้นผิวของเหลวที่อยู่ในถัง แต่ให้ไหลผ่านท่อที่จุ่มลงไปใต้ผิวของเหลว

การกระเด็นกระจายของเชื้อเพลิงที่ทำให้เกิดละอองหยดของเหลวเล็ก ๆ นั้น สามารถลดอุณหภูมิจุดวาบไฟลงจากค่าปรกติได้ถึง 50ºC ทำให้ของเหลวที่มีจุดวาบไฟปรกติสูงกว่าอุณหภูมิห้อง กลายเป็นของเหลวที่มีความไวไฟสูงที่อุณหภูมิห้องได้ง่าย (หยดของเหลวเล็ก ๆ มีพื้นที่ผิวต่อหน่วยปริมาตรสูง ทำให้ระเหยกลายเป็นไอได้มากขึ้นที่อุณหภูมิเดียวกัน ทำนองเดียวกับพัดลมไอน้ำที่ฉีดพ่นละอองน้ำออกมา น้ำจะระเหยกลายเป็นไอโดยดึงความร้อนจากอากาศรอบ ๆ)

รูปที่ ๓ ไม่ควรเติมของเหลวไวไฟในรูปแบบที่ทำให้ของเหลวนั้นกระเด็นกระจาย

เรื่องที่ 63/8, 19/8 และ 20/6 ถูกนำไปลงใหม่ใน ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๑๒๖ (สิงหาคม พ.ศ. ๒๕๒๑) เป็นเรื่องที่ 12/1, 12/2 และ 12/3 ตามลำดับ ในกรณีของเรื่องที่ 63/8 นั้นแม้ไม่ได้ระบุชัดเจนว่าไฟฟ้าสถิตนั้นเกิดจากอะไร แต่อาจจะพอคาดเดาได้ว่าเกิดจากการน้ำมันแบบมีการกระเด็นกระจาย

การผสมของเหลวสองชนิดให้รวมเป็นเนื้อเดียวกันทำได้หลายแบบ เช่นการสูบของเหลวสองชนิดจากแต่ละถังให้มาผสมรวมกันในท่อที่ส่งไปยังถังเก็บใบที่สาม การไหลปั่นป่วนภายในท่อจะทำให้ของเหลวผสมเป็นเนื้อเดียวกัน โดยอาจติดตั้ง inline mixer หรือ static mixer ในท่อเพื่อช่วยในการผสมด้วยก็ได้ การติดตั้งใบพัดผสมเข้าทางด้านข้างของถังก็เป็นอีกวิธีหนึ่ง แต่ทั้งนี้ต้องดูขนาดของใบพัดและถังประกอบด้วย (ไม่งั้นมันก็จะผสมอยู่กันตรงบริเวณใกล้ ๆ ใบพัด)

รูปที่ ๔ ตัวอย่างท่อสูบเข้าปั๊มที่ลอยขึ้นลงตามระดับความสูงของของเหลวในถัง การสูบแบบนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้ตะกอนที่อยู่ก้นถัง (ถ้ามี) ไหลเข้าไปในตัวปั๊ม (จากเอกสารประชาสัมพันธ์ของบริษัท IGA TEC International)

ในกรณีที่ต้องการทำให้ของเหลวที่อยู่ในถังเก็บขนาดใหญ่เป็นเนื้อเดียวกัน สิ่งที่เราต้องการก็คือให้ของเหลวในถังทั้งหมดมีการเคลื่อนตัว จะได้ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน วิธีการหนึ่งที่ทำได้คือสูบของเหลวในถังจากทางด้านล่างของถัง และเติมกลับเข้าไปทางด้านบนที่อีกฝากหนึ่งของถัง (ในทางกลับกันก็สามารถใช้การสูบของเหลวออกจากทางด้านบนแล้วเติมกลับเข้าทางด้านล่าง) ในกรณีของการเติมของเหลวกลับเข้าทางด้านบนนั้น ถ้าปลายท่อที่เติมกลับเข้ามานั้นอยู่สูงกว่าระดับผิวของเหลว ของเหลวที่ไหลตกลงมาก็จะเกิดการกระเด็นกระจาย แต่ถ้าระดับของเหลวในถังนั้นสูงจนท่วมปลายท่อที่ป้อนน้ำมันกลับเข้ามา ปัญหานี้ก็จะไม่เกิด

(มีอยู่ปีหนึ่ง นิสิตที่ไปฝึกงานที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งได้รับโจทย์ให้วิเคราะห์ปัญหาที่ลูกค้าแจ้งมาว่า น้ำมันเตาที่ส่งไปนั้นคุณสมบัติไม่คงเส้นคงวา โดยที่ไม่ได้บอกว่าคุณสมบัติอะไรที่ไม่คงเส้นคงว่า สุดท้ายพบว่าตัวที่เป็นปัญหาน่าจะเป็นความหนืด (จากการตรวจสอบในช่วงแรกพบว่าน้ำมันที่ตำแหน่งต่าง ๆ ของถังมีความหนาแน่นไม่เท่ากัน แสดงให้เห็นว่าน้ำมันในถังนั้นไม่เป็นเนื้อเดียวกัน) ก็เลยต้องมาทำการผสมน้ำมันเตาในถังเก็บและเก็บตัวอย่างที่ตำแหน่งต่าง ๆ ในถังมาวิเคราะห์เป็นระยะ เพื่อดูว่าน้ำมันเตาในถังเป็นเนื้อเดียวกันหมดแล้วหรือยัง)

แต่ถ้าให้ปลายท่อป้อนกลับต่ำลงมาถึงระดับใกล้ก้นถัง เวลาของเหลวเต็มถัง ของเหลวส่วนที่อยู่ด้านบนเหนือระดับการสูบออก-ป้อนเข้าจะมีการไหลเวียนที่ไม่ดี การผสมจะทำได้ไม่ดี หรือไม่ก็ใช้การออกแบบที่ทำให้ระดับท่อสูบของเหลวออก (หรือป้อนของเหลวเข้า) นั้นเปลี่ยนความสูงได้ตามระดับของน้ำมันในถัง (รูปที่ ๔)

ไฟฟ้าสถิตเกิดจากการที่พื้นผิวสองพื้นผิวที่สัมผัสกันอยู่นั้นเกิดการแยกตัวจากกัน พื้นผิวที่สัมผัสกันนั้นไม่จำเป็นต้องเป็นระหว่างของแข็งด้วยกัน ระหว่างของเหลวก็เกิดได้ เช่นหยดน้ำที่ผสมอยู่ในน้ำมัน เมื่อหยดน้ำนั้นจมลงสู่เบื้องล่างผ่านชั้นน้ำมัน ก็จะทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ (นั่นคือเหตุผลว่าทำไมน้ำมันที่มีน้ำปนอยู่ จึงควรต้องไหลด้วยความเร็วที่ต่ำกว่า) รูปที่ ๕ เป็นตัวอย่างรูปแบบการแยกออกจากกันของพื้นผิว ที่ทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตได้

การระเบิดของถังเก็บเชื้อเพลิงจากไฟฟ้าสถิตเกิดได้จากสาเหตุต่าง ๆ ที่หลากหลาย แม้ว่าในขณะนั้นจะมีคนทำงานอยู่ในบริเวณใกล้เคียง ก็ไม่จำเป็นต้องเกิดจากการทำงานของคนที่อยู่ในบริเวณนั้นในขณะนั้นเสมอไป และควรต้องมีการพิจารณาการทำงานที่เกี่ยวข้องกับถังเก็บนั้นก่อนหน้า เช่นการขนถ่ายและการผสมว่ามีเกิดขึ้นก่อนหน้าด้วยหรือไม่

รูปที่ ๕ ไฟฟ้าสถิตที่เกิดจากการแยกตัวของพื้นผิวสัมผัส (จากเอกสาร International Safety Guide for Inland Navigation Tank-barges and Terminals", Chapter 3 Static electricity, Edition 1 ปีค.ศ. ๒๐๑๐)

การระเบิดหลังการเปิดใบพัดกวน (Naphtha vaporisation) MO Memoir : Wednesday 4 January 2566

เรื่อง "การระเบิดหลังการเปิดใบพัดกวน" ๓ เรื่องแรกที่เล่าไปก่อนหน้านี้เป็นเหตุการณ์ที่เกิดในประเทศญี่ปุ่นเมื่อปีค.ศ. ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓) และปีค.ศ. ๑๙๗๓ (พ.ศ. ๒๕๑๖) มาวันนี้เป็นเหตุการณ์ที่เกิดในประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ ๘ เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๑ (พ.ศ. ๒๕๖๔) แม้ว่าเรื่องในวันนี้จะเกิดหลังจากเรื่องที่เล่าไปก่อนหน้าถึง ๕๐ ปี แต่รูปแบบการเกิดก็เหมือนกัน คือหลังจากที่เดิมสารเข้า reactor ไปแล้ว โอเปอร์เรเตอร์พบว่าใบพัดกวนปิดอยู่ ก็เลยเปิดการทำงานของใบพัดกวน ทำให้เกิดไอระเหยของเชื้อเพลิงรั่วไหลออกมาจาก reactor ก่อนที่จะเกิดการระเบิดตามมา

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ (รวมทั้งรูปที่นำมาประกอบ) นำมาจากรายงาน Investigation Update, December 2022 เหตุการณ์ "Flammable Vapor Release, Explosion, and Fire at Yenkin-Majestic" จัดทำโดย U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board (ที่ย่อว่า CSB) โดยเป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่โรงงาน Yenkin-Majestic OPC Polymers resing plant มลรัฐ Ohio ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ ๘ เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๑ (พ.ศ. ๒๕๖๔) ที่ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๑ รายและบาดเจ็บอีก ๘ ราย (รูปที่ ๑) รายละเอียดเพิ่มเติมของโรงงานและเหตุการณ์นี้สามารถหาอ่านได้ในรายงานดังกล่าว โดยในที่นี้จะคัดมาเฉพาะส่วนที่เกี่ยวข้องกับการเปิดใบพัดกวน

รูปที่ ๑ สภาพภายนอกของโรงงานภายหลังการระเบิด

หน่วยที่เกิดเหตุคือส่วนผลิตเรซิน (Resin) "เรซิน" ในที่นี้คือของเหลวที่ใช้สำหรับเคลือบผิว โดยจะนำสารตั้งต้นมาผสมกันใน reactor ที่เรียกว่า "kettle" สารตั้งต้นที่เป็นของแข็งจะใช้การเทผ่าน Manway ลงไปใน kettle โดยในระหว่างการผสมจะมีการให้ความร้อน (ด้วยไอน้ำหรือเปลวไฟ) เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาและละลายส่วนผสมต่าง ๆ ให้เป็นเนื้อเดียวกัน (รูปที่ ๒) สารละลายที่ได้ค่อนข้างจะมีความหนืดสูงอยู่

รูปที่ ๒ โครงสร้างของ kettle

กระบวนการผลิตเป็นแบบกะ (batch) คือผสมเสร็จก็ถ่ายผลิตภัณฑ์ที่ได้ออกไป แล้วก็เติมส่วนผสมสำหรับการผลิตสารตัวถัดไป ในการผลิตนั้น หลังจากที่เติมวัตถุดิบต่าง ๆ เข้าไปผสมในถังพร้อมทั้งทำการปั่นกวนและให้ความร้อน จนกระทั่งปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์ (มีการเก็บตัวอย่างไปวิเคราะห์ทุก ๑๕-๒๐ นาที) การผสมกระทำที่ความดันบรรยากาศหรือใกล้ความดันบรรยากาศ โดยเมื่อทำปฏิกิริยาเสร็จ โอเปอร์เรเตอร์ก็จะกดปุ่ม "Batch Done" ซึ่งจะทำการหยุดการให้ความร้อนแก่ kettle และเริ่มทำการป้อนน้ำหล่อเย็นเพื่อลดอุณหภูมิสารผสม

ในระหว่างการลดอุณหภูมิสารผสม จะมีการฉีดตัวทำละลายลงไปจากทางด้านบน (Solvent Spray Heads ในรูปที่ ๒) ตัวทำละลายที่ฉีดลงไปทำหน้าที่ช่วยระบายความร้อน (ด้วยการระเหยกลายเป็นไอ) และลดความหนืดของสารผสมในถัง (เพื่อให้ง่ายต่อการส่งต่อทางท่อ) ตัวทำละลายที่ใช้คือ varnish maker และ painter's naphtha (ในรายงานย่อว่า VM&P) ทั้งสองตัวเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวในช่วง light naphtha (ช่วงน้ำมันเบนซิน) ที่มีอุณหภูมิจุดเดือดในช่วงระหว่าง 129-144ºC (ในรายงานบอกเป็นองศาฟาเรนไฮต์คือ 264-291ºF) (จุดเดือดของ octane C₈H₁₈ อยู่ที่ประมาณ 125ºC จุดเดือดของ nonane C₉H₂₀ อยู่ที่ประมาณ 151ºC) ไอระเหยของตัวทำละลายนี้หนักกว่าอากาศประมาณ 4 เท่า

เหตุการณ์ในคืนที่เกิดเหตุ โอเปอร์เรเตอร์ A ที่ทำหน้าที่ดูแล kettle หมายเลข 3 ได้เข้ามาเก็บตัวอย่างเพื่อนำไปวิเคราะห์ว่าปฏิกิริยาสิ้นสุดหรือยัง โดยในขณะที่เข้ามาเก็บตัวอย่างนี้ใบพัดกวนยังทำงาน และโอเปอร์เรเตอร์ A คนเดิมก็กลับเข้ามากดปุ่ม "Batch Done" ให้กับ kettle หมายเลข 3 เมื่อเวลาประมาณ ๒๒.๓๓ น (ข้อมูลที่ระบบบันทึกไว้ระบุว่าใบพัดกวนหยุดทำงานเวลาประมาณ ๒๒.๒๒ น ซึ่งเป็นช่วงเวลาหลังจากที่โอเปอร์เรเตอร์ A นำตัวอย่างไปวิเคราะห์และก่อนที่จะกลับเข้ามากดปุ่ม "Batch Done" ซึ่งตรงนี้ก็สงสัยว่าเมื่อใบพัดกวนหยุดทำงาน มีสัญญาณเตือนหรือไม่) และเริ่มการลดอุณหภูมิสารใน kettle โดยเมื่อเวลา ๒๓.๐๖ น เริ่มการฉีดพ่นตัวทำละลายลงไป 300 แกลลอน (ประมาณ 1136 ลิตร) ด้วยอัตราคงที่นาน 26 นาที โดยในขณะนี้อุณหภูมิใน kettle อยู่ที่ประมาณ 430ºF (221ºC) ในขณะที่ตัวทำละลายที่ฉีดลงไปมีอุณหภูมิประมาณ 70ºF (21ºC) และต้องลดอุณหภูมิให้ต่ำกว่า 325ºF (163ºC) ก่อนจึงจะถ่ายสารออกจาก kettle ได้

พิจารณาจากอุณหภูมิของสารที่ต้องการลดลงให้เหลือ (163ºC) ที่สูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของตัวทำละลาย (ประมาณ 144ºC) แล้ว แสดงว่าการฉีดตัวทำละลายในครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการลดอุณหภูมิเป็นหลักโดยใช้การระเหยของตัวทำละลายที่ฉีดเข้าไป (ความร้อนแฝงของการระเหยกลายเป็นไอมีค่าสูง ดังนั้นปริมาณความร้อนที่ดึงออกได้ต่อหน่วยน้ำหนักตัวทำละลายที่ใช้จึงมีค่าสูง) ในกรณีที่มีการปั่นกวนใน kettle ของเหลวด้านบนใน kettle ที่เย็นตัวลงจะถูกหมุนเวียนลงล่างและของเหลวด้านล่างที่ร้อนจะไหลหมุนเวียนมาด้านบนและสามารถถ่ายเทความร้อนให้กับตัวทำละลายได้ แต่ถ้าไม่มีการปั่นกวน ของเหลวด้านบนที่เย็นตัวลงก็อาจจะกลายเป็นของแข็งหรือเป็นชั้นของเหลวโดยมีอุณหภูมิที่ผิวบนต่ำกว่าจุดเดือดของตัวทำละลาย ดังนั้นตัวทำละลายที่ฉีดลงมาภายหลังจะไม่เกิดการระเหย และลอยอยู่บนชั้นสารใน kettle ในรายงานกล่าวไว้ว่าพิจารณาจากขนาดของ kettle (3000 แกลลอน) และปริมาณตัวทำละลายที่ฉีดเข้าไป คาดว่ามีชั้นตัวทำละลายที่เป็นของเหลวหนา 9-10 นิ้วอยู่บนผิวเรซินใน kettle

รูปที่ ๓ ไอระเหยของตัวทำละลายแพร่ออกจากทาง man way (ตรงลูกศรสีแดง) จากรูปที่ 1 ถึง 4 ใช้เวลาเพียงแค่ 6 วินาที หน้าแปลนสีน้ำเงินที่ลูกศรสีน้ำเงินชี้เป็นช่องที่ทำขึ้นตรงกลางฝา man way อีกที

การฉีดพ่นตัวทำละลายเสร็จสิ้นประมาณ ๒๓.๓๒ น และเวลาประมาณเที่ยงคืน ค่าอุณหภูมิภายใน kettle ที่ระบบบันทึกเอาไว้คือ 424ºF (ประมาณ 218ºC) หรือเย็นตัวลงเพียงเล็กน้อย 3ºC เท่านั้นเอง ในเวลานี้โอเปอร์เรเตอร์ A จึงทำการมองผ่าน glass window ของ man way เข้าไปใน kettle และพบว่าใบพัดกวนหยุดทำงาน (ตรงนี้ก็มีประเด็นที่น่าสนใจก็คือ เสียงในโรงงานดังแค่ไหน เสียงการทำงานของมอเตอร์ดังแค่ไหน ทำไมโอเปอร์เรเตอร์จึงไม่สามารถรู้ได้ว่าใบพัดกวนหยุดทำงานโดยอิงจากเสียงการทำงานของมอเตอร์ที่หายไป) เขาจึงได้เปิดการทำงานของใบพัดกวน รายงานไม่ได้บอกว่าโอเปอร์เรเตอร์สงสัยว่าใบพัดกวนหยุดทำงานโดยดูจากอุณหภูมิที่ไม่ลดลง หรือรู้โดยบังเอิญจากการมองเข้าไปข้างใน kettle

เมื่อเริ่มเปิดการทำงานใบพัดกวน เรซินร้อนที่อยู่ชั้นล่างที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดิอดของตัวทำละลายก็ไหลเวียนมาถ่ายเทความร้อนให้กับตัวทำละลายที่อยู่ผิวบน ทำให้ตัวทำละลายเดิอดกลายเป็นไออย่างรวดเร็ว ทำให้ความดันใน kettle สูงจน alarm ส่งสัญญาณเตือนใน 15 วินาทีถัดมา ก่อนที่จะเกิดการรั่วไหลออกทาง man way อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะเห็นได้จากรูปที่ ๓ ที่แสดงการรั่วไหลออกจาก man way ในช่วงเวลาเพียงแค่ 6 วินาที ทำให้โอเปอร์เรเตอร์ A ไม่สามารถกลับเข้าไปปิดการทำงานของใบพัดกวนได้ (แสดงว่าหลังเปิดการทำงานของใบพัดกวน โอเปอร์เรเตอร์ A ได้ออกจากบริเวณติดตั้งสวิตช์ควบคุม จนกระทั่งสัญญาณเตือนดังและเห็นไอตัวทำละลายรั่วไหลออกมา จึงได้พยายามเข้าไปปิด แต่ไม่สำเร็จ)

รูปที่ ๔ ไอระเหยของตัวทำละลายที่ไหลลงชั้นล่าง ก่อนที่จะเกิดการระเบิด (ภาพจากกล้องวงจรปิด)

ภาพจากกล้องวงจรปิดแสดงให้เห็นว่าโอเปอร์เรเตอร์ A และโอเปอร์เรเตอร์ B (คนที่เข้าไปช่วยพาโอเปอร์เรเตอร์ A ออกจากบริเวณเกิดเหตุ) หนีออกจากอาคารเกิดเหตุเมื่อเวลาประมาณ ๐๐.๐๓.๕๐ น หรือประมาณ 30 วินาทีก่อนการระเบิด จากการนับจำนวนพนักงานพบว่าหายไป ๓ ราย ซึ่งต่อมาพบ ๒ รายได้รับบาดเจ็บติดอยู่ใต้ซากอาคาร และรายที่ ๓ พบว่าเสียชีวิตอยู่ภายใต้ซากอาคาร

รูปที่ ๖ พึงสังเกตความหนาของฝาปิด man way ที่ไม่ได้ออกแบบมารับความดัน ดังนั้นเมื่อความดันสูงขึ้นเล็กน้อยฝาก็สามารถเผยอออก ทำให้แก๊สข้างในรั่วไหลออกมาได้ รูปนี้ถ่ายไว้ก่อนเกิดเหตุไม่กี่เดือน