เพลิงไหม้และการระเบิดที่ BP Oil (Grangemouth) Refinery 2530(1987) Case 2 การระเบิดที่หน่วย Hydrocraker ตอนที่ ๕ MO Memoir : Saturday 24 November 2561

ก่อนถึงยุคของดิจิตอลคอมพิวเตอร์และจอแสดงผล ในห้องควบคุมก็จะมีการสร้างแผนผังโรงงานที่แสดงการเชื่อมต่อและสภาวะการทำงานของหน่วยต่าง ๆ เอาไว้ที่เรียกว่า mimic panel ดังเช่นรูปที่ ๒๐ ข้างล่าง แผงผังนี้อาจจะเป็นแผงที่ผนังด้านใดด้านหนึ่งของห้อง หรือเป็นแผงที่ยกระดับสูงจากพื้น (เพื่อที่จะได้มองเห็นได้จากมุมต่าง ๆ ของห้อง) บนแผงนี้ก็จะมีการติดตั้งหลอดไฟสีต่างเพื่อแสดงสภาวะการทำงานของหน่วยต่าง ๆ เช่น ไฟสีเขียวคือบอกว่าปั๊มกำลังเดินเครื่องอยู่ ไฟสีแดงกระพริบแสดงถึงสัญญาณเตือนที่ยังไม่มีการกดปุ่มรับรู้ (ที่มักมาควบคู่กับสัญญาณเสียง) ไฟสีแดงติดต่อเนื่องแสดงถึงสัญญาณเตือนที่มีการรับรู้แล้ว (ทำให้สัญญาณเสียงหายไป แต่สัญญาณไฟยังคงค้างอยู่) แต่สภาวะที่ทำให้เกิดสัญญาณเตือนนั้นยังไม่หายไป และใต้ mimic panel นี้ก็จะมีการติดตั้งอุปกรณ์แสดงค่าที่วัดได้ อุปกรณ์แสดงค่าและควบคุม ฯลฯ เอาไว้ในตำแหน่งที่ใกล้เคียงกับตำแหน่งที่วัดจริงหรือควบคุมจริงบนแผนผัง

รูปที่ ๒๐ ตัวอย่าง mimic panel (ที่เลิกใช้งานแล้ว) ของโรงกลั่นเบียร์แห่งหนึ่ง ที่ข้างใต้มีการติดตั้งทั้งอุปกรณ์แสดงค่าที่วัดได้และอุปกรณ์ควบคุม เรียกว่าอุปกรณ์ควบคุม 1 ชิ้นต่อ 1 control loop ตัวอุปกรณ์ควบคุมบางทีก็สามารถดึงออกมาจากทางด้านหน้าได้หรือตัว mimic panel เองก็สามารถเดินอ้อมไปทางด้านหลังได้เพื่อทำการเชื่อมต่อ/ปลดวงจร

ผมคิดว่าห้องทำงานในห้องควบคุมที่โรงกลั่นน้ำมัน BP เมื่อปีพ.ศ. ๒๕๓๐ ก็คงมีรูปแบบทำนองเดียวกันนี้ ที่วันนี้ยกเอาเรื่องนี้ขึ้นมาก่อนก็เพื่อให้ผู้ที่ไม่เคยได้เห็นภาพในห้องควบคุมพอจะมีภาพบ้างว่าบรรยากาศการควบคุมโรงงานเป็นอย่างไร เวลาที่มีการกล่าวถึงสัญญาณไฟว่าติดค้างหรือไม่ติดนั้นมันคืออะไร เพราะยุคนั้นใช้หลอดไฟสำหรับไฟสัญญาณเตือนสีต่าง ๆ บน mimic panel ไม่ได้ใช้การแสดงผลเป็นสีต่าง ๆ บนจอภาพสีเหมือนในปัจจุบัน

รูปที่ ๒๑ ตัวอย่างอุปกรณ์แสดงผล (เฉพาะสามตัวที่อยู่ตรงกลาง) ที่ใช้กับ mimic panel ในรูปที่ ๒๐ โดยตัวซ้ายแสดงค่าอุณหภูมิในช่วงจาก 20-120ºC ส่วนตัวขวาแสดงค่าความดันในช่วง 0.0-0.6 bar โดยตัวเข็มชี้ (ที่ลูกศรสีแดงชี้) จะเลื่อนขึ้น-ลง ตามสัญญาณที่ได้รับมา โดยสัญญาณ 4 mA จะทำให้เข็มชี้อยู่ที่ตัวเลขล่างสุด และสัญญาณ 20 mA จะทำให้เข็มชี้อยู่ที่ตัวเลขบนสุด (ช่วงค่าสัญญาณนี้ระบุไว้ในกรอบสี่เหลี่ยมสีเหลือง) พอปลดสายไฟออก (หรือเทียบเท่าสัญญาณเป็น 0 mA) เข็มชี้ก็เลยตกลงต่ำกว่าตัวเลขล่างสุด ส่วนสองตัวนอกสุดด้านซ้ายขวานั้นเป็นรุ่นใหม่กว่าและเป็นตัวที่ทำหน้าที่ควบคุมด้วย

ทีนี้เราลองมาดูต่อกันว่าในเช้าวันเกิดเหตุนี้มีการทำงานอะไรกันบ้าง

๓๗. ผลจากการทำงานของ Temperature cut out (TCO) จึงทำให้ต้องเดินหน่วย hydrocracker ในสภาวะ standby (หรือเตรียมความพร้อม) ทำให้ไม่มีน้ำมันไหลมาจาก V308 (Feed surge drum) อย่างไรก็ตามของเหลวที่ค้างอยู่ใน V301-V304 (เครื่องปฏิกรณ์ต่าง ๆ) ยังคงไหลเข้าไปใน V305 (HP separator) อันเป็นผลจากการทำงานของระบบ recycling gas ซึ่งต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงกว่าจะหมด
 

ในการทำงานตามปรกตินั้นจะควบคุมระดับของเหลวใน V305 ด้วยการให้มีอัตราการไหลที่คงที่ผ่าน HIC 3-22 (ทำงานด้วยระบบ manual คือคงเปิดวาล์วค้างเอาไว้ที่ระดับหนึ่งที่ต้องไม่มากเกินไป) และปรับค่าการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ โดยใช้ LIC 3-22 ที่ทำงานด้วยระบบอัตโนมัติ อย่างไรก็ตามเมื่อระบบอยู่ในสถานะ standby พบว่าระดับของเหลวใน V305 อยู่ในสภาพที่เอาแน่เอานอนไม่ได้ และการให้ LIC 3-22 ทำอย่างอย่างอัตโนมัติจะไม่สามารถจัดการกับความแปรปรวนเช่นนั้นได้ จึงได้ทำการปรับ LIC 3-22 เข้าสู่สภาวะ manual (คือให้โอเปอร์เรเตอร์หมุนปรับแต่งระดับการเปิดของวาล์วเอง) แต่การทำงานในสภาวะ manual ต้องมีการคอยควบคุมระดับของเหลวใน V305 ให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยอย่างเข้มงวด และเมื่อถึงเวลาประมาณ ๖.๐๐ น น้ำมันก็หยุดไหลเข้า V305 โดย boardman (คนที่ทำหน้าที่คอยเฝ้า mimic panel) ให้การว่าจากนั้นจึงได้ทำการปิด HIC 3-22 และ LIC 3-22 ด้วยระบบ manual (การทำงานแบบ manual ในกรณีนี้คือการปรับตรงให้วาล์วปิดตัวเอง ไม่ได้ใช้การตั้งค่า flow ให้เป็นศูนย์ แล้วค่อยให้ระบบควบคุมสั่งปิดวาล์ว)
 

ทีมโอเปอร์เรเตอร์คือทีมที่มีหน้าที่เข้ากะเพื่อเดินเครื่องโรงงาน ทีมนี้ก็จะมีหัวหน้าทีม (ที่อาจเรียกว่าหัวหน้ากะ) และผู้ร่วมทีมงานที่ปฏิบัติหน้าที่หลักต่าง ๆ กัน (เช่นตรวจดูแล เปิด-ปิดวาล์ว อุปกรณ์ ในแต่ละส่วนของโรงงานที่ได้มอบหมาย หรือออกไปตรวจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีสัญญาณเตือน) แต่จำเป็นต้องมีอย่างน้อยหนึ่งคนที่มีหน้าที่เฝ้า mimic panel (ปัจจุบันก็คงเป็นจอคอมพิวเตอร์แล้ว กลายเป็น mimic screen แทน) และคอยปรับแต่งการเปิด-ปิดวาล์วหรืออุปกรณ์ต่าง ๆ จากห้องควบคุม ผู้ปฏิบัติหน้าที่นี้เรียกว่า boardman ตัวอย่างเช่นถ้ามีสัญญาณเตือน boardman ก็จะตรวจว่าเกิดอะไรขึ้น และทำการปรับแต่ง (เช่นด้วยการเปิด-ปิดวาล์วต่าง ๆ) เพื่อให้สภาวะที่ทำให้เกิดสัญญาณเตือนหมดไป ถ้าจำเป็นต้องมีการไปเปิด-ปิดวาล์วข้างนอกห้องควบคุม ก็จะเป็นหน้าที่ของโอเปอร์เรเตอร์คนอื่นที่ไม่ใฃ่ boardman

รูปที่ ๒๒ ตัวซ้ายคือ LIC 3-22 controller ส่วนตัวขวาคือ HIC 3-22 controller แถบดำพาดขวางหน้าจอด้านบนคือแถบขีดอ่านข้อมูล พึงสังเกตว่าจะมีช่วงหนึ่งที่เป็นแถบดำเส้นเล็ก ๆ (ในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดง) ที่ไว้สำหรับอ่านค่าตัวเลขบนหน้าปัดที่หมุนขึ้นลงอยู่ด้านหลัง ค่าตัวเลขบนหน้าปัดนี้อาจเป็น "%" ของสัญญาณ (เช่นตัวซ้ายที่เป็นของ LIC 3-22 และตัวขวาที่เป็นของ HIC 3-22 ที่บอกว่าวาล์วเปิดอยู่ที่ระดับกี่ %) หรือบอกค่าสิ่งที่ต้องการวัด (เช่น ความดัน อัตราการไหล อุณหภูมิ ดังตัวอย่างในรูปที่ ๒๑)
 

๓๘. ในช่วงเวลานั้นตัว boardman เองมุ่งความสนใจไปที่การ trip ที่เกิดจากการทำงานของ TCO ที่ยังไม่มีเหตุผลอธิบาย การสั่นอย่างผิดปรกติของคอมเพรสเซอร์ C301 และสภาพการทำงานของหน่วยที่อยู่ downstrem ลงไป (ก็เพราะมันไม่มีน้ำมันไหลไปยังหน่วยเหล่านั้น) มากกว่าการให้ความสนใจไปยังระดับของเหลวใน V305
 

ซึ่งประเด็นเรื่องการมุ่งความสนใจนี้ทางคณะกรรมการสอบสวนได้บันทึกเอาไว้ว่า เนื่องด้วยการที่ต้องเดินเครื่องในสภาวะ standby เป็นเวลานานนั้นไม่ได้เกิดขึ้นบ่อยครั้ง และตัวโอเปอร์เรเตอร์ (ในที่นี้ก็คงคือ boardman) ก็ไม่เคยมีประสบการณ์มาก่อนด้วย ตรงนี้น่าจะเป็นการชี้ให้เห็นถึงความสำคัญของการบันทึกประสบการณ์และการถ่ายทอดประสบการณ์จากรุ่นหนึ่งไปยังอีกรุ่นหนึ่ง โดยเฉพาะกับสถานการณ์ที่นาน ๆ เกิดขึ้นและยังมีความเป็นไปได้ที่จะเกิดขึ้นอีก

๓๙. เมื่อ boardman ยืนยันว่าได้ปิดวาล์ว แต่หลักฐานยืนยันว่าวาล์ว LIC 3-22 ยังคงเปิดอยู่ คำถามก็คือว่าวาล์วตัวนี้เปิดได้อย่างไร ซึ่งก็ได้มีการพิจารณาประเด็นต่าง ๆ ต่อไปนี้

(ก) ในสภาพที่อากาศเย็นและระบบอยู่ในสภาวะ standby ที่ไม่มีการไหล น้ำมันที่อยู่ในท่อส่วนที่ไม่มีการหุ้มฉนวนที่มุ่งไปยัง HIC 3-22 และ LIC 3-22 มีโอกาสที่จะแข็งตัว (กลายเป็น wax) และทำให้ท่ออุดตันได้ ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้ท่ออุดตันจึงต้องมีการปล่อยให้ของเหลวที่อุ่นไหลผ่านเล็กน้อยด้วยการเปิดวาล์วแบบ manual การยืนยันว่ามีการไหลกระทำโดยการสังเกตการเปลี่ยนแปลงระดับใน V305 และ V306 และความดันใน V306 ที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากแก๊สที่ระเหยออกมาจากของเหลว (ที่ความดันสูงแก๊สจะละลายในของเหลวได้มาก พอความดันลดลงก็จะระเหยออกมา แก๊สตรงนี้เป็นแก๊สที่ละลายอยู่ในน้ำมัน) และการรั่วไหลของแก๊สจะสังเกตได้จากความดันใน V306 ที่เพิ่มขึ้น
 

Unconfined vapour cloud explosion (UVCE) ครั้งแรกในไทยเมื่อธันวาคม ๒๕๓๑ ก็ดูเหมือนว่าจะเกิดจากการใช้ความดันในการไล่สิ่งอุดตันที่ค้างอยู่ในท่อด้วย (อ่านเรื่องนี้ได้ใน Memoir ปีที่ ๑๑ ฉบับที่ ๑๕๙๙ วันพุธที่ ๒๙ สิงหาคม ๒๕๖๑ เรื่อง "UVCE case 1 TPI 2531(1988)")
 

เทคนิคการป้องกันไม่ให้ท่ออุดตันหรือใช้ความดันไล่สิ่งอุดตันนี้ตัว boardman ที่ทำงานอยู่ในเวลานั้นไม่เคยได้รับการฝึกฝนมาก่อน และก็ไม่เคยมีใครให้คำอธิบายด้วย แต่ไม่กี่วันก่อนหน้านั้นในช่วงที่ทำการเริ่มเดินเครื่อง เขาได้อยู่ในห้องควบคุมและได้เห็น senior technician ใช้แก๊สเป่าไล่ท่อนี้เพื่อเตรียมการเริ่มเดินเครื่อง นอกจากนี้โอเปอร์เรเตอร์อีกคนหนึ่งยังจำได้ว่าประมาณ ๒ ปีก่อนหน้านั้นก็เคยได้ยินเสียงแก๊สรั่วเข้าไปใน V306 จนทำให้วาล์วระบายความดันเปิด แต่ boardman สั่งปิดวาล์วควบคุมการไหลได้ทันเวลา เหตุการณ์ "near miss" (คือเกือบจะเป็นเรื่อง) ครั้งนั้นไม่ได้มีการรายงานไปยังระดับ supervisor หรือ managerment และก็ไม่มีการสอบสวนใด ๆ ซึ่งประเด็นนี้ทางทีมสอบสวนคงต้องการชี้ว่าการสอบสวนอุบัติเหตุไม่ควรจำกัดเพียงแค่อุบัติเหตุที่ได้เกิดขึ้นแล้ว แต่ควรครอบคลุมไปยังเหตุการณ์ near miss ด้วย

(ข) การที่ FIC 3-21 ที่ส่งของเหลวจาก V306 ไปยังหน่วยกลั่นแยกนั้นปิดได้ไม่สนิทถ้าใช้การสั่งการจากห้องควบคุม ดังนั้นจึงต้องเปิดไปปิดวาล์วดังกล่าวด้วยมือ (ซึ่งได้มีการทำงานดังกล่าว) และก่อนที่จะเริ่มเดินเครื่องใหม่นั้นก็ต้องทำให้ระดับของเหลวใน V306 มากเพียงพอก่อน ซึ่งทำได้ด้วยการเปิดวาล์ว (ด้วยระบบ manual) เพื่อให้ของเหลวใน V306 มีมากเพียงพอที่อุปกรณ์วัดระดับจะวัดได้ เรื่องนี้ได้กล่าวเอาไว้ข้างแล้วในข้อ ๓๖.

(ค) การจัดวางตัวอุปกรณ์ควบคุมที่มีรูปแบบคล้ายคลึงกันไว้เคียงข้างกัน (ดูรูปที่ ๒๒) อาจทำให้โอเปอร์เรเตอร์นั้นทำผิดพลาดด้วยการไปหมุนปุ่ม LIC 3-22 คือไม่ได้ตั้งใจจะไปหมุนปุ่มควบคุม LIC 3-22 แต่ผิดพลาดไปหมุนเข้าโดยไม่รู้ ทำให้ไม่คิดที่จะสังเกตการเปลี่ยนแปลงระดับใน V305 ที่ลดต่ำลง ตรงประเด็นนี้รายงานการสอบสวนบันทึกเอาไว้ว่าเป็นเหตุการณ์ที่ "unlikely" แต่ก็ไม่ได้ตัดทิ้งไปโดยไม่ถูกกล่าวถึง
 

(ง) โอเปอร์เรเตอร์เชื่อค่าระดับของเหลวใน V305 ที่ nucleonic gauge อ่านได้แม้ว่ามันจะมีค่า "zero offset" ก็ตาม และด้วยการที่ระดับของเหลวใน V306 นั้นต่ำกว่าระดับที่ float gauge จะอ่านค่าได้ (แถมมี zero offset เช่นกัน) ดังนั้นเมื่อโอเปอร์เรเตอร์เปิดวาล์ว LIC 3-22 และไม่เห็นค่าระดับของเหลวใน V305 ที่ nucleonic gauge อ่านได้ลดต่ำลง (ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงมันก็ลงต่ำสุดอยู่แล้ว) และไม่เห็นระดับใน V306 เพิ่มขึ้น (เพราะระดับของเหลวต่ำเกินกว่าที่ float gauge จะอ่านค่าได้) จึงอาจทำให้สมมุติว่าวาล์ว LIC 3-22 นั้นยังคงปิดอยู่ และทำให้มีการเปิดวาล์วมากขึ้นไปอีกหรือเปิดนานขึ้นอีก
 

ตรงนี้ขอทบทวนนิดนึง ระดับต่ำสุดของของเหลวใน V305 ที่ nucleonic gauge สามารถอ่านได้นั้นมันสูงกว่าระดับที่ float gauge อ่านได้ แต่ด้วยการที่โอเปอร์เรเตอร์นั้นเชื่อค่าจาก nucleonic gauge มากกว่าค่าจาก float gauge ประกอบกับการที่ค่าระดับ 0% (ค่าต่ำสุดที่วัดได้) ของ nucleonig gauge นั้นถูกตั้งให้อยู่ที่ระดับ 10% บนกระดาษบันทึกผล จึงทำให้โอเปอร์เรเตอร์คิดว่าการที่เห็นระดับอ่านได้คงที่ 10% นั้นแสดงว่าไม่มีของเหลวไหลออกจาก V305

๔๐. การเปิดวาล์ว LIC 3-22 ด้วยการควบคุมแบบ manual เพื่อให้ของเหลวหรือแก๊สที่อุ่นไหลผ่านเส้นท่อจำเป็นต้องได้รับการอนุมัติจาก supervisor เนื่องจากจำเป็นที่ต้องมีการ bypass ระบบ safety trip และด้วยการที่รู้ว่าการปฏิบัตินี้มีอันตราย จึงได้มีการกำหนดให้ต้องปฏิบัติภายใต้การควบคุมอย่างใกล้ชิด และตัวโอเปอร์เรเตอร์เองต้องให้ความสนใจไปยังอุปกรณ์วัดคุมต่าง ๆ ซึ่งตรงนี้รายงานได้มีการนำเอาข้อความที่มีการบันทึกไว้ใน log book มาบันทึกไว้ดังนี้
 

๑๗ ตุลาคม ๑๙๘๖ "once all was appears to have been removed, block in and leave for 2 hours, then check by opening LIC 3-22 carefully to avoid over-pressuring the LP separator. Repeat every 2 hours" 
  

และอีกครั้งเมื่อวันที่ ๑๓ มีนาคม ๑๙๘๗ "with caution and care, sweep hydrogen from the HP through the LP and the multilocks to the ractionator to try to removed as much wax from the lines as possible"

ดูเหมือนว่าจะรู้กันว่างานนี้เป็นงานอันตราย แต่ไม่รู้ว่าอันตรายนั้นจะรุนแรงแค่ไหนถ้าเกิดขึ้น

รูปที่ ๒๓ ตารางแสดงผลการคำนวณโดย HSE ว่า LIC 3-22 ควรต้องเปิดอย่างน้อยกี่ % จึงจะทำให้ความดันใน V306 สูงถึงระดับ 50 bar (ค่าที่เชื่อว่าค่าความดันที่ทำให้ V306 ระเบิด) 
  

๔๑. ประเด็นสำคัญอีกประเด็นที่ต้องหาคำตอบก็คือ LIC 3-22 ควรต้องเปิดอย่างน้อยกี่ % จึงจะทำให้ความดันใน V306 สูงถึงระดับ 50 bar (ค่าที่เชื่อว่าค่าความดันที่ทำให้ V306 ระเบิดที่ได้มาจากการคำนวณแรงที่ต้องใช้ทำให้ชิ้นส่วนขนาดต่าง ๆ ปลิวไปเป็นระยะทางต่าง ๆ) และใช้เวลานานเท่าใดจึงจะถึงระดับความดันดังกล่าว ผลการทดสอบและการคำนวณที่กระทำโดย HSE (Health & Safety Executive) แสดงไว้ในรูปที่ ๒๓ ตรงนี้จะเห็นว่าถ้า LIC 3-22 เปิดไม่ถึงระดับ 40% วาล์วระบายความดันบนตัว V306 จะระบายความดันได้ทันและไม่ทำให้ความดันใน V306 สูงถึง 50 bar ได้
 

ข้อมูลที่ HSE มีก็คืออัตราการลดระดับของของเหลวใน V305 ซึ่งตรงนี้ถ้าสมมุติว่า LIC 3-22 เปิดคงที่ ก็ต้องหาว่านับจากเวลาที่เห็นของเหลวไหลออกจาก V305 จนหมด จนถึงเวลาที่ V306 นั้น LIC 3-22 ต้องเปิดค้างไว้ที่ระดับกี่ % เป็นอย่างน้อย ซึ่งในการสอบสวนนั้นก็มีการหาค่าอัตราการไหลผ่านวาล์วของทั้งของเหลวและแก๊สที่ระดับการเปิดวาล์วต่าง ๆ

๔๒. เมื่อมีการเข้าไปในห้อง control room ภายหลังการระเบิด supervisor รายงานว่า LIC 3-22 อยู่ที่ตำแหน่ง "manual" และเปิดที่ระดับ "100%" แต่เมื่อเจ้าหน้าที่จาก HSE เข้าไปตรวจสอบภายหลังกลับพบว่า LIC 3-22 อยู่ที่ตำแหน่ง "ปิด" และอุปกรณ์ควบคุมต่าง ๆ ก็อยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างไปจากในรายงานของ supervisor แต่รายงานของ supervisor ได้รับการยืนยันความถูกต้องด้วยโอเปอร์เรเตอร์อีก ๒ คน (ที่เข้าไปปรับเปลี่ยนตำแหน่งของอุปกรณ์ควบคุมต่าง ๆ) ในอีกหลายเดือนให้หลัง อย่างไรก็ตามทางคณะกรรมการสอบสวนก็ไม่สามารถหาคำอธิบายได้ว่าทำไม LIC 3-22 จึงไปอยู่ที่ตำแหน่งเปิดเต็มที่ก่อนเกิดการระเบิด และด้วยการที่ระบบควบคุมนั้นเป็นระบบที่สร้างขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ทางคณะกรรมการสอบสวนจึงได้ให้ความเห็นที่เป็นไปได้ที่อาจนำไปสู่อุบัติเหตุที่เกิดขึ้นไว้ดังนี้

(ก) ความผิดพลาดที่เกิดจากการประมาณค่าปริมาตรหรือความลึกของของเหลวใน V305 และ V306 ผิดไป เนื่องจากอุปกรณ์วัดระดับให้ช่วงการวัดระดับที่แตกต่างกันและไม่สัมพันธ์กัน และไม่ได้บ่งบอกถึงปริมาณของเหลวใน vessel

(ข) การที่ไม่มีการวัดการไหลจาก V305 ไปยัง V306 โดยตรง ทำให้ต้องอิงจากระดับของเหลวที่อ่านได้ใน V305 และ V306 แทน นำไปสู่การตั้งข้อสมมุติที่ผิดได้ อย่างเช่นในเหตุการณ์นี้คือระดับของเหลวนั้นต่ำกว่าระดับที่อุปกรณ์วัดระดับจะวัดได้ แต่มีการตั้งค่าอุปกรณ์วัดระดับให้มี offset (คือตั้งค่าวัดจริงที่เป็นศูนย์ให้แสดงค่าสูงกว่าศูนย์) ดังนั้นแม้ว่าจะมีของเหลวไหลออกจาก V305 ไปยัง V306 จริง โอเปอร์เรเตอร์ก็จะเข้าใจว่าไม่มีการไหลเกิดขึ้น

(ค) ความผิดพลาดที่เกิดจากการติดตั้งอุปกรณ์ควบคุมที่คล้ายคลึงกัน (ที่ทำหน้าที่ต่างกัน) ไว้เคียงข้างกัน อาจทำให้เกิดการหมุนปรับผิดตัวได้

(ง) ในสถานการณ์ที่มีความเครียดสูงอาจทำให้เกิดการหมุนปุ่มปรับผิดทิศได้

(จ) ความผิดพลาดสามารถเกิดขึ้นได้ถ้าหากทำการปรับเปลี่ยนรูปแบบการควบคุมวาล์วจาก auto ไปเป็น manual โดยที่ไม่มีการปรับ balance ก่อน และไม่ได้มีการตรวจสอบตำแหน่งปุ่มปรับ manual ว่าอยู่ที่ตำแหน่งใด การปรับ balance ตรงนี้คือการตั้งปุ่มปรับ manual ให้อยู่ที่ระดับที่วาล์วเปิดอยู่ในขณะที่อยู่ในการทำงานรูปแบบ auto ก่อน จากนั้นจึงค่อยปรับรูปแบบการควบคุมจาก auto ไปเป็น manual เพราะถ้าไม่ทำเช่นนี้ เช่นสมมุติว่าขณะที่ทำการควบคุมแบบ auto นั้นวาล์วเปิดอยู่ 30% แต่ปุ่มปรับ manual นั้นอยู่ที่ตำแหน่งเปิด 100% ดังนั้นเมื่อทำการปรับการควบคุมจาก auto ไปเป็น manual ก็จะเกิดปัญหาการเปลี่ยนตำแหน่งวาล์วอย่างกระทันหันได้

๔๓. ในช่วงท้ายของรายงานการสอบสวน คณะกรรมการสอบสวนได้สรุปผลการสอบสวนเอาไว้ดังนี้ (ผมไม่ได้เขียนแยกตามรายข้อที่ปรากฏในรายงาน บางข้อมีการยุบรวมและบางจุดมีการเพิ่มเติมรายละเอียดเข้าไปเล็กน้อยเพื่อช่วยเตือนความจำ)

๔๓.๑ V306 LP separator ได้รับความดันสูงถึงประมาณ 50 bar ก่อนเกิดการระเบิด ซึ่งสูงกว่าความดันทำงานปรกติมาก (ความดันทำงานปรกติอยู่ที่ 9 bar) โดยความดันที่สูงเกินมาจากแก๊สไฮโดรเจนที่ความดัน 155 bar จาก V305 HP separator ไหลเข้ามา

๔๓.๒ แก๊สไฮโดรเจนความดันสูงจาก V305 ไหลเข้า V306 ทางวาล์วระบายของเหลว LIC 3-22 ที่เปิดอยู่ (ในขณะที่วาล์ว HIC 3-22 และวาล์ว bypass นั้นปิดอยู่ ซึ่งตรงนี้รู้ได้จากการมีของแข็งตกค้างในเส้นท่อสองเส้นนี้)

๔๓.๓ LIC 3-22 ไม่ได้อยู่ภายใต้การควบคุมอัตโนมัติ ดังนั้นจึงสามารถตัดความเป็นไปได้ที่ว่าเหตุการณ์นี้เกิดจากความบกพร่องของ float gauge ของ V305 (ที่เป็นตัวส่งสัญญาณควบคุมอัตโนมัติ) และการที่สายไฟของวงจรควบคุมถูกปลด ออกไป (ที่สามารถทำให้ LIC 3-22 อยู่ในตำแหน่งเปิด)

๔๓.๔ ไม่พบความบกพร่องของ Level indicator controller และ pueumatic position ของ LIC 3-22 ดังนั้นอุปกรณ์สองชิ้นนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการเปิดของ LIC 3-22 (เรียกว่าจะไปโทษอุปกรณ์ไม่ได้)

๔๓.๕ มีการเปิด LIC 3-22 แบบ manual มากเกินกว่า 40% และเป็นไปได้ที่จะเปิดถึง 100%

๔๓.๖ การปิดวาล์วในกรณีฉุกเฉินในกรณีที่ระดับของเหลวใน V305 ต่ำมากเกินไปนั้น พึ่งพิงแต่ LIC 3-22 และ HIC 3-22 เท่านั้น โดยไม่มีวาล์วปิดกั้นการไหลที่ทำงานได้อย่างอิสระบนเส้นท่อจาก V305 ไปยัง V306

๔๓.๗ ระบบสายไฟไปยัง dump solenoid valve ของ LIC 3-22 ถูกปลดออกประมาณ ๕ ปีก่อนหน้า ทำให้ LIC 3-22 ไม่ปิดตัวลงเมื่อระดับของเหลวใน V305 ลดต่ำลงมาก และ trip solenoid valve ของ HIC 3-22 ยังถูก bypass

๔๓.๘ ระบบสัญญาณเตือนการตรวจจับระดับของเหลวที่ต่ำมากไม่ทำงาน และโอเปอร์เรเตอร์ไม่รู้ว่าสถานการณ์อันตรายกำลังเกิดขึ้น

๔๓.๙ เนื่องจาก hydrocracker อยู่ในสภานะ standby ทำให้เส้นทางการไหลปรกติจาก V306 (ที่ไปยังหน่วย amine และหน่วยกลั่นแยก) ถูกปิดเอาไว้ แก๊สที่ไหลเข้ามาจึงต้องออกทางวาล์วระบายความดันเพียงเส้นทางเดียว

๔๓.๑๐ วาล์วระบายความดันบน V306 มีขนาดไม่ใหญ่พอที่จะระบายแก๊สที่ไหลเข้ามาด้วยอัตราการไหลสูงสุดที่เป็นไปได้ จึงไม่สามารถป้องกันเหตุความดันเพิ่มสูงเกินไปได้

๔๓.๑๑ มีการให้ความไว้วางใจกับโอเปอร์เรเตอร์มากเกินไป ในการทำงานควบคุมการไหลจากระบบความดันสูงไปยังระบบความดันต่ำ (ทำนองว่าอุปกรณ์ป้องกันอัตโนมัติที่เคยมีนั้นไม่ทำงาน และไม่คิดจะทำให้มันทำงานได้)
 

๔๓.๑๒ ทางโรงกลั่นเองก็ได้เล็งเห็นถึงอันตรายนี้มาก่อนแล้วในการประเมินความเสี่ยงในปีค.ศ. ๑๙๗๕ และ ๑๙๘๐

๔๔. ทางโรงกลั่นเองก็มีระเบียบปฏิบัติในการตรวจสอบระบบความปลอดภัยเป็นประจำ แต่ checklist บางรายการของหน่วย hydrocracker กลับไม่มี และเป็นที่รู้กันว่าระบบตรวจวัด, trip และสัญญาณเตือนสำหรับกรณี extra-low liquid level ของ V305 ไม่ทำงานมาเป็นเวลานานแล้ว แต่ต่างคิดกันว่านั่นเป็นเพราะเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการใช้อีก ถึงแม้ว่า chief instrument engineer ของโรงกลั่นจะได้บันทึกเอาไว้ในปี ๑๙๘๕ ว่าสายไฟ trip solenoid valve ของ LIC 3-22 ถูกปลดออก แต่ก็ไม่มีการดำเนินการใด ๆ

๔๕. คณะกรรมการสอบสวนยังได้ปิดท้ายรายงานการสอบสวนด้วยการนำเสนอมาตรการป้องกันเพื่อไม่ให้เกิดเหตุการณ์ดังกล่าวขึ้นอีกดังนี้

๔๕.๑ ควรมีระบบป้องกันอัตโนมัติที่มีความพร้อมสำหรับการใช้งานสูงในการป้องกันไม่ไห้แก๊สความดันสูงไหลเข้าไปได้ และการออกแบบระบบระบายความดันสูงเกินควรที่จะคำนึงถึงอัตราการไหลที่มากที่สุดที่เป็นไปได้ที่แก๊สความดันสูงจะไหลเข้ามา และควรมีวาล์วปิดกั้นการไหลแยกต่างหากอีกชุดบนเส้นท่อจาก V305 ไปยัง V306 นอกจากนี้ควรมีตัวตรวจวัด extra-low level สองชุดติดตั้งให้กับ V305 โดยให้แต่ละตัวทำงานได้อย่างอิสระในการปิดวาล์ว

๔๕.๒ ระบบ trip และ alarm ต่าง ๆ ควรมีความพร้อมสำหรับการทำงานเสมอ ควรมีการตรวจสอบเป็นระยะ ความบกพร่องที่ตรวจพบควรได้รับการรายงาน บันทึก และดำเนินการแก้ไข

๔๕.๓ การเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ เกี่ยวกับตัวโรงงานควรกระทำต่อเมื่อได้มีการพิจารณาผลกระทบด้านความปลอดภัยที่จะเกิดขึ้นตามมาอย่างรอบคอบทุกด้านแล้ว

๔๕.๔ การทำงานในห้องควบคุมควรมีการตรวจสอบการปฏิบัติงานที่ไม่เป็นไปตามขั้นตอนหรือความผิดพลาดที่เกิดขึ้น การออกแบบและแผนผังต่าง ๆ ในห้องควบคุมควรได้รับประเมินเป็นระยะว่าจะเป็นปัจจัยที่สามารถทำให้เกิดความผิดพลาดในการปฏิบัติหน้าที่ได้หรือไม่

๔๕.๖ การป้องกันไม่ให้มีของแข็งอุดตันในเส้นท่อของวาล์ว HIC 3-22 และ LIC 3-22 สามารถกระทำได้ด้วยการหุ้มฉนวนและมีระบบ tracing ให้ความร้อน

๔๕.๗ ควรมีการวิเคราะห์อันตรายและผลที่จะเกิดขึ้นตามมาในการเดินเครื่องหน่วย hydrocracker ควรมีระบบป้องกันที่มากเพียงพอและผู้ที่เกี่ยวข้องทุกคนควรตระหนักถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นและมาตรการการป้องกันที่จำเป็น

ผลการสอบสวนบ่งชี้ว่า LIC 3-22 นั้นถูกเปิดโดยใครสักคน (จะโดยรู้เท่าไม่ถึงการณ์หรือความผิดพลาดก็ตาม) แต่รายงานไม่มีการระบุว่าใครเป็นคนเปิด และยังได้ชี้ให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นโดยบุคคลอื่นโดยที่ผู้ปฏิบัติงานไม่ทราบว่ามีการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว และ Case 2 การระเบิดที่หน่วย Hydrocraker ก็คงจะจบเพียงแค่นี้

Mechanics of Materials ในงานวิศวกรรมเคมี MO Memoir : Saturday 7 April 2561

เมื่อ ๓๐ กว่าปีที่แล้วตอนที่เรียนวิศวกรรมเคมี ต้องเรียนวิชาพื้นฐานทางด้านวิศวกรรมเครื่องกล ๔ วิชาด้วยกัน วิชาแรกที่ทุกคนต้องเรียนเหมือนกันหมดคือ Engineering Drawing หรือเขียนแบบวิศวกรรมที่เรียนในปี ๑ (วิชา ๔ หน่วยกิต) ตามด้วยวิชา Statics (สถิตศาสตร์) ที่เรียนในปี ๒ เทอมต้น ปี ๒ เทอมปลายจะเรียนวิชา Dynamics (จลนศาสตร์) และ Mechanics of Materials (กลศาสตร์วัสดุ) ๓ วิชาหลังนี้เป็นวิชา ๓ หน่วยกิต รวม ๆ กันก็เป็น ๑๓ หน่วยกิต ถ้าเป็นพวกที่เรียนทางด้านโยธา สิ่งแวดล้อม สำรวจ จะเรียนวิชา Strength of Materials (กำลังวัสดุ) ที่สอนโดยภาควิชาวิศวกรรมโยธาแทนวิชา Mechanics of Materials
 

วิชาเหล่านี้ตอนเรียนใครต่อใครก็บอกกันว่ามันไม่มีสูตรอะไรให้ต้องท่องจำเลย วิชา Statics ก็มีเพียงแค่สองสูตรคือผลรวมของแรงเท่ากับศูนย์ (∑F = 0) และผลรวมของโมเมนต์เท่ากับศูนย์ (∑M = 0) วิชา Dynamics ก็มีเพียงแค่สูตรเดียวคือแรงเท่ากับผลคูณระหว่างมวลกับความเร่ง (F = ma) ส่วนวิชา Mechanics of Materials ก็มีสูตรความเค้น (stress) และความเครียด (strain) เพิ่มขึ้นมาจากวิชา Statics
 

แต่สูตรเพียงแค่ไม่กี่สูตรเท่านี้แหละ นำไปประยุกต์ใช้ได้ไม่รู้กี่รูปแบบ ใครที่เรียนด้วยการทำโจทย์เยอะ ๆ โดยที่ไม่คิดที่จะทำความเข้าใจ จะอาศัยเพียงแค่จำเอาแต่ว่าโจทย์หน้าตาอย่างนี้ให้ทำอย่างนี้แม้ว่าอาจจะรอดตัวจากการสอบไปได้ แต่คงยากที่จะเอาความรู้นั้นไปใช้งานได้ เพราะในการทำงานจริงนั้นเป็นเรื่องปรกติที่เราต้องตั้งโจทย์ใหม่ขึ้นมาเอง และก็ไม่แปลกถ้ามันจะเป็นโจทย์ที่ไม่ปรากฏในตำราใด ๆ ให้เห็นมาก่อนด้วย
 

ด้วยที่วิชานี้ต้องสอนนิสิตเป็นจำนวนมาก จำนวนผู้สอนจึงมีมากกว่าจำนวนข้อสอบที่จะออก ตอนที่กลับมาสอนหนังสือใหม่ ๆ นั้นได้รับหน้าที่ให้เป็นกรรมการประจำห้องสอบไล่ คือทำหน้าที่รับ-ส่งข้อสอบและจัดการกับปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการสอบ มีอยู่ปีหนึ่ง ในช่วงระหว่างการสอบวิชาเครื่องกลวิชาหนึ่ง (จำไม่ได้ว่าเป็นวิชาไหน แต่เป็น ๑ ใน ๓ ตัวหลักที่กล่าวมาข้างต้น) ข้อสอบมีทั้งสิ้น ๖ ข้อ ให้เวลาทำ ๓ ชั่วโมง อาจารย์หัวหน้าวิชาก็กำหนดตัวผู้สอน ๖ คน แต่ละคนให้ออกข้อสอบ ๑ ข้อในหัวข้อที่สอนที่แตกต่างกันไป ช่วงระหว่างการสอบอาจารย์หัวหน้าวิชาก็แวะเข้ามาที่ห้องสอบไล่ ขอดูข้อสอบวิชานั้นหน่อยว่าข้อสอบเป็นอย่างไรบ้าง พอพลิกดูเสร็จแกก็บอกว่า "กูยังทำไม่ได้เลย"
 

พอได้ยินอย่างนั้น อาจารย์อาวุโสภาคเครื่องกลอีกท่านหนึ่งที่อยู่ในห้องนั้นด้วยก็เลยขอดูข้อสอบด้วย พอเห็นข้อสอบก็ยังบอกเลยว่า ๓ ชั่วโมงทำได้ ๒ ข้อก็เก่งแล้ว แถมยังบอกอาจารย์หัวหน้าวิชาด้วยว่า อาจารย์ก็เตรียมตัวชี้แจงกรรมการคณะก็แล้วกัน ว่าทำไมจึงตัดเกรด C ที่ ๓๐ (จาก ๑๐๐ คะแนนเต็ม)

เหตุมันเกิดจากพออาจารย์แต่ละท่านออกข้อสอบมาแล้ว ก็มีการแซวกันเล่น ๆ ว่าทำไมข้อสอบมันง่ายจัง ก็เลยมีการปรับเปลี่ยนข้อสอบแบบเรียกว่าแต่ละคนก็เลยคัดเอาโจทย์สุดยอดยากในเรื่องนั้นมาให้นิสิตสอบกัน นิสิตก็เลยระเนระนาดกันเป็นแถว แต่นี่เป็นเหตุการณ์เมื่อราว ๆ ๒๐ ปีที่แล้ว
 

สัปดาห์ที่แล้วได้พบกับอาจารย์รุ่นน้องภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลรายหนึ่ง แกเข้ามาทักว่าช่วยเขียนอะไรเกี่ยวกับวิชา Mechanics of Materials ที่เกี่ยวกับงานวิศวกรรมเคมีให้หน่อยได้ไหม คือวิชานี้พักหลัง ๆ นี้มีนิสิตถอนกันมาก และมีการตั้งคำถามทั้งจากตัวนิสิตและอาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเคมีบางรายว่าเรียนไปทำไม และโดยส่วนตัวผมเองผมเห็นว่าวิชาเหล่านี้ยังมีความสำคัญอยู่เพราะมันมีการนำไปใช้งานจริง วันนี้ก็เลยพยายามหาตัวอย่างบางตัวอย่างที่ไม่ยากเกินไปที่คิดว่าเกี่ยวข้องกับวิชาเหล่านี้ โดยได้เลือกเอากรณีของอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นจริงที่มีการบันทึกไว้มาเป็นตัวอย่าง

๑. They did not know what they did not know

ท่อที่ร้อนก็จะมีการยืดตัวออก ถ้าการวางท่อนั้นไม่เปิดโอกาสให้ท่อได้มีการขยายตัวได้ ก็จะเกิดความเค้นกดตามแนวความยาวของท่อ ในกรณีที่แนววางท่อนั้นเป็นแนวยาว เราก็สามารถจัดให้มี expansion loop เพื่อให้ท่อมีความยืดหยุ่นสำหรับการขยายตัว แต่ถ้าเป็นท่อช่วงสั้น ๆ ก็คงต้องใช้วิธีอื่น
 

ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ไซโคลเฮกเซน (cyclohexane) ไปเป็นไซโคลเฮกซาโนน (cyclohexanone) ที่เป็นสารมัธยันต์ในการผลิตสารตั้งต้นสำหรับเส้นใยไนลอนเกิดขึ้นในถังปฏิกรณ์แบบปั่นกวนที่มีการฉีดอากาศให้ลอยขึ้นเป็นฟองจากทางด้านล่างของถัง เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้รวดเร็วจึงทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง แต่เพื่อให้ไซโคลเฮกเซนคงสภาพเป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูงได้ก็ต้องมีการเพิ่มความดันให้กับระบบ และเนื่องจากเวลาสัมผัสระหว่างอากาศกับไซโคลเฮกเซนมีไม่มาก ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้น้อย เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้มากขึ้นจึงต้องมีการติดตั้งถังปฏิกรณ์หลายใบต่ออนุกรมกัน โดยให้ไซโคลเฮกเซนในถังที่ 1 ไหลล้นลงสู่งถังที่ 2 ที่อยู่ถัดไปในตำแหน่งที่ต่ำกว่าเล็กน้อย และเป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึงถังใบที่ 6 (ตามรูปที่ ๑ ข้างล่าง) และเนื่องจากระยะห่างระหว่างถังแต่ละใบมีไม่มาก จึงใช้ข้อต่ออ่อนหรือ "Bellow" (ขนาด 28 นิ้ว) เป็นตัวเชื่อมต่อการไหลระหว่างถังแต่ละถัง (เพราะระยะห่างระหว่างถังที่สั้น ถ้าใช้ท่อเชื่อมต่อก็ต้องใช้ท่อตรง แต่เมื่อท่อขยายตัวเมื่อร้อนจะทำให้เกิดแรงกดกระทำที่ตัวถังปฏิกรณ์ การใช้ bellow จะไม่ทำให้เกิดปัญหาดังกล่าว)

รูปที่ ๑ เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการออกซิไดซ์ไซโคลเฮกเซนไปเป็นไซโคลเฮกซาโนน ในเหตุการณ์ก่อนการระเบิดของโรงงานที่เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษนั้น ถังปฏิกรณ์หมายเลข 5 เกิดการแตกร้าว เลยต้องถอดออก และทำท่อชั่วคราวเชื่อมต่อระหว่างถังปฏิกรณ์ถังที่ 4 และ 6 เข้าด้วยกัน (ในกรอบสีแดง)
 

ในเหตุการณ์การระเบิดของโรงงานที่เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษเมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศง ๒๕๑๗ นั้น ก่อนเกิดเหตุการณ์ประมาณ ๒ เดือนมีการตรวจพบว่าถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 มีรอยร้าว ทำให้ต้องถอดเอาถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 ออกจากระบบ แต่การผลิตยังสามารถทำงานได้โดยใช้ถังปฏิกรณ์อีก 5 ถังที่ยังเหลืออยู่ แต่ทั้งนี้ต้องทำการเชื่อมต่อการไหลระหว่างทางออกของถังที่ 4 และทางเข้าของถังที่ 6 เข้าด้วยกัน แต่เนื่องจากระดับท่อทางออกของถังที่ 4 นั้นอยู่สูงกว่าระดับท่อทางเข้าถังที่ 6 จึงได้มีการออกแบบให้ท่อเชื่อมต่อ (ที่มีขนาด 20 นิ้ว) นั้นมีการเปลี่ยนระดับในรูปแบบที่เรียกว่า "dog leg" (ระดับท่อทางออกของถังที่ 4 จะอยู่ตรงกับระดับท่อทางเข้าของถังที่ 5 และระดับท่อทางออกของถังที่ 5 จะอยู่ต่ำกว่าระดับท่อทางเข้าของถังที่ 5 แต่จะอยู่ที่ระดับความสูงเดียวกันกับของท่อทางเข้าของถังที่ 6) พอสร้างเสร็จแล้วก็มีหน้าตาดังแสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง คนที่ออกแบบและสร้างท่อดังกล่าวก็เป็นเพียงแค่ช่างประกอบท่อ และการ "ออกแบบ" จะว่าไปแล้วก็คือทำกันใน workshop ด้วยการร่างขนาดท่อเท่าของจริงบนพื้นโรงงานโดยไม่ได้มีการคำนวณความสามารถในการรับแรงใด ๆ ทั้งสิ้น

รูปที่ ๒ การวางท่อเชื่อมต่อที่มีลักษณะเป็น "dog leg" โดยถังที่ 6 อยู่ทางด้านซ้ายและถังที่ 4 อยู่ทางด้านขวา

เพื่อที่จะทดสอบว่าท่อที่ประกอบเข้าไปแล้วนั้นสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยหรือไม่ จึงมีการทดสอบความสามารถในการรับความดัน โดยใช้ความดันที่ใช้ในการเดินเครื่อง (คือ operating pressure นั่นแหละ) เป็นความดันสูงสุดที่ใช้ในการทดสอบ ซึ่งก็พบว่าท่อดังกล่าวสามารถรองรับความดันที่ใช้ในการเดินเครื่องนั้นได้ กระบวนการผลิตก็เลยมีการเดินเครื่องต่อมาได้อีกราว ๆ ๒ เดือน
 

ในช่วงบ่ายของวันเสาร์ที่ ๑ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๑๗ เกิดการรั่วไหลของไซโคลเฮกเซนปริมาณมากออกจากระบบก่อนเกิดการระเบิดขนาดใหญ่ติดตามมา อุบัติเหตุนี้ถูกบรรจุเอาไว้ในวิชา Safety ของผู้ที่เรียนทางด้านวิศวกรรมเคมี (เป็นตัวอย่างการระเบิดแบบที่เรียกว่า Unconfined Vapour Colud Explosion โดยมีแรงระเบิดประมาณไว้ระหว่าง 2 - 40 ตัน TNT ขึ้นอยู่กับว่าใช้แบบจำลองไหน ในบ้านเราก็เคยมีการระเบิดแบบนี้เกิดขึ้น ๔ ครั้งแล้ว ครั้งแรกเป็นการรั่วไหลที่โรงงานผลิตพอลิเอทิลีนของ TPI ในปลายปีพ.ศ. ๒๕๓๑ และครั้งที่ ๔ คือกรณีของบริษัท BST เมื่อเดือนพฤษภาคม พ.ศ. ๒๕๕๕)

รูปที่ ๓ แผนผังแสดงการกระทำของแรงที่มีต่อท่อ dog leg และแผนภาพโมเมนต์ดัด

รูปที่ ๑ - ๓ นำมาจากรายงานการสอบสวน "The Flixborough disaster : Report of the Court of Inquiry" ที่ตีพิมพ์เผยแพร่ในปีพ.ศ. ๒๕๑๘ (หาดาวน์โหลดไฟล์ pdf ได้ทางอินเทอร์เน็ต) ในการวิเคราะห์หาสาเหตุการรั่วไหลนั้นมีการมุ่งไปที่สองตำแหน่งด้วยกัน คือท่อ dog leg ที่สร้างขึ้นมาชั่วคราวเพื่อเชื่อมต่อการไหลระหว่างถังปฏิกรณ์ใบที่ 4 และ 6 เข้าด้วยกัน และท่อขนาด 8 นิ้วที่อยู่ใกล้เคียงกัน แต่ผลสรุปสุดท้ายให้น้ำหนักไปที่ท่อ dog leg ว่าเป็นสาเหตุของการรั่วไหล
 

ท่อตรงที่ร้อนจะขยายตัว แต่ถ้าขยายตัวไม่ได้ก็จะเกิดความเค้นกดในแนวความยาว ถ้าท่อรับแรงกดนี้ไม่ได้ ในกรณีที่เป็นท่อสั้น ท่อก็จะโป่งออกทางด้านข้าง ในกรณีที่เป็นท่อยาว ท่อก็จะเกิดการโก่งหรือโค้งออกทางด้านข้าง แต่ในกรณีของท่อที่มีลักษณะเป็น dog leg ที่แนวแกนที่ปลายทั้งสองข้างนั้นไม่ตรงกัน มันจะมีโมเมนต์ดัดและแรงเฉือนเกิดขึ้นด้วย (ดูแผนผังในรูปที่ ๓) และที่สำคัญก็คือตัวข้อต่ออ่อนหรือ bellow นั้น ไม่สามารถรับโมเมนต์ดัดหรือแรงเฉือนได้ (กล่าวคือ bellow มันเหมาะสำหรับการยืดหดในทิศทางความยาวเท่านั้น การใช้ bellow เชื่อมต่อระหว่างทางออกของถังปฏิกรณ์ถังหนึ่งกับทางเข้าของถังปฏิกรณ์อีกถังหนึ่งที่ระดับทางออกและทางเข้านี้อยู่ที่ระดับเดียวกัน ไม่ทำให้เกิดปัญหาใด ๆ) เมื่อ bellow ไม่สามารถรับแรงได้ มันก็เลยฉีกขาดออก ทำให้เกิดไซโคลเฮกเซนหลายสิบตันที่เป็นของเหลวภายใต้ความดัน เมื่อรั่วไหลออกมาที่ความดันบรรยากาศจึงกลายเป็นไอระเหยผสมเข้ากับอากาศได้ดี (ทำนองเดียวกันกับแก๊สหุงต้มตามบ้านเรือน)
 

การสอบสวนยังพบว่าท่อ dog leg ที่ทำขึ้นใช้ชั่วคราวนี้ไม่มีการยึดกับนั่งร้านเพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวทางด้านข้าง ผู้ติดตั้งทำเพียงแค่วางมันไว้บนนั่งร้านเฉย ๆ เท่านั้น (รูปที่ ๒) ซึ่งเป็นความผิดพลาดสำคัญอีกข้อหนึ่ง และผลการสอบสวนยังพบอีกด้วยว่า
 

- ช่างประกอบท่อก็เป็นเพียงแค่ช่าง ที่มีฝีมือในการประกอบท่อ ไม่ได้มีความรู้ว่าท่อที่ประกอบขึ้นนั้นจำเป็นต้องได้รับการคำนวณโดย "ผู้เชี่ยวชาญ" ว่าสามารถรับแรงได้หรือไม่ รู้แต่เพียงว่าทำตามงานที่ได้รับมอบหมายให้เสร็จก็พอ
 

- ในโรงงานเองก็ไม่มีใครรู้ว่า ท่อรูปร่าง dog leg ดังกล่าวควรได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษเรื่องการรับแรง โดยเฉพาะแรงกดที่ปลายทั้งสองข้างของท่อที่ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกันและทำให้เกิดโมเมนต์ดัดเกิดขึ้น
 

- เมื่อไม่มีใครคิดว่าจะมีแรงเฉือนเกิดขึ้น ก็เลยไม่มีใครเฉลียวใจว่า bellow ไม่เหมาะกับการรับแรงเฉือน
 

- วิศวกรเครื่องกลที่มีความรู้เรื่องดังกล่าวเพิ่งจะออกจากงานไป ยังไม่มีคนใหม่เข้ามาทำหน้าที่แทน ส่วนคนที่อยู่ก็ไม่รู้ว่างานลักษณะนี้ควรต้องให้ผู้มีความรู้เป็นผู้ออกแบบ
 

- ในส่วนของผู้ที่เหลืออยู่ เพื่อให้มั่นใจว่าท่อสามารถใช้งานได้ จึงทำการทดสอบความสามารถในการรับความดัน แต่การทดสอบความสามารถในการรับความดันทำสูงสุดเพียงแค่ "Operating pressure" หรือความดันในระหว่างการใช้งาน เท่านั้น ซึ่งก็พบว่า "ผ่าน" การทดสอบ
 

- แต่การจำลองท่อดังกล่าวขึ้นมาใหม่และทำการทดสอบภายหลังพบว่า ท่อดังกล่าวจะได้รับความเสียหายถ้าหากเพิ่มความดันให้สูงกว่า Operating pressure เพียงเล็กน้อย (แต่ยังต่ำกว่าความดันที่กำหนดให้วาล์วระบายความดันหรือ safety valve เปิด) ประเด็นนี้จึงมีการตั้งข้อสังเกตไว้ว่า ถ้าหากมีใครสักคนรู้ว่าการทดสอบควรทำที่ความดันที่กำหนดให้ safety valve เปิด ก็คงจะพบว่าท่อดังกล่าวรับความดันไม่ได้ อุบัติเหตุก็ไม่น่าจะเกิด
 

Prof. Trevor A. Kletz เขียนไว้ในหน้า ๖๙ ของหนังสือ "Learning from accidents in industry" ในหัวข้อเรื่อง "Flixborough" เอาไว้ว่า
 

"At the time the pipe was constructed and installed there was no professionally qualified mechanical engineer on site, though there were many chemical engineers."
 

ถึงแม้ว่าตามข้อกำหนดนั้นจะไม่ได้กำหนดให้เป็นหน้าที่ของวิศวกรเคมีโดยตรง แต่คนที่ทำงานอยู่นั้นควรต้องรู้ว่างานประเภทไหนควรต้องให้ใครมาเป็นคนตรวจสอบรับรอง และในย่อหน้าก่อนข้อความข้างบนก็ได้กล่าวประโยคว่า "They did not know what they did not know." เอาไว้

หมายเหตุ : อ่านเรื่องเพิ่มเติมเกี่ยวกับเหตุการณ์นี้และการขยายตัวของท่อร้อนได้ใน Memoir ต่อไปนี้

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๑๓ วันศุกร์ที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "Flixborough explosion" และ

ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๕๒๐ วันอาทิตย์ที่ ๒๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๑ เรื่อง "การเผื่อการขยายตัวของท่อร้อน"

๒. แรงปฏิกิริยาเท่ากับแรงกิริยา (Reaction = Action)

ในขณะที่ของไหลที่ไหลไปในทิศทางหนึ่ง จะมีแรงกระในทิศทางที่ตรงข้ามกัน (ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม) ในกรณีของการไหลในท่อตรงนั้น แรงที่กระทำต่อตัวท่อจะไม่ปรากฎชัดเท่าใดนักเพราะมันอยู่ในแนวแกนท่อ แต่ในกรณีที่มีการเปลี่ยนทิศทางการไหล โดยเฉพาะการเลี้ยวเป็นมุมฉาก แรงกระทำดังกล่าวจะตั้งฉากกับแนวแกนท่อ ทำให้เกิดโมเมนต์ดัด (bending moment) มากที่สุด ในกรณีของท่อที่มีการเชื่อมต่อปลายสองข้างของท่อนั้นเข้ากับอุปกรณ์อื่น (เช่นจากปั๊มเข้าสู่ถังเก็บ) ผลของโมเมนต์ดัดนี้มักจะมองไม่เห็น (เพราะมันมีจุดยึดท่อที่ปลายด้านขาออกนั้นช่วยดึงเอาไว้) แต่ถ้าเป็นกรณีของท่อที่ระบายออกสู่บรรยากาศ (เช่นวาล์วระบายความดัน) ผลที่เกิดจากการที่ท่อไม่สามารถรับโมเมนต์ดัดดังกล่าวได้อาจนำมาซึ่งความสูญเสียที่อาจคาดไม่ถึง
 

รูปที่ ๔ นำมาจาก Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๓๒ วันเสาร์ที่ ๑๕ สิงหาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "พังเพราะข้องอเพียงตัวเดียว" ที่เล่าถึงความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการติดตั้งข้องอเพื่อเบี่ยงทิศทางการไหลของแก๊สที่พุ่งออกมาถ้าหากวาล์วระบายความดันเปิดออก และได้นำภาพตัวอย่างสิ่งที่ได้ไปพบเห็นจากการไปเดินเล่นที่โรงงานแห่งหนึ่งที่อยู่ระหว่างการเริ่มทดสอบอุปกรณ์ (ควบคุมการก่อสร้างโดยวิศวกรจากเกาหลีใต้) ส่วนรูปที่ ๕ นำมาจากหนังสือ "What Went Wrong? Case Histories of Process Plant Disasters" ฉบับพิมพ์ครั้งที่ ๒ บทที่ ๑๐ หน้า ๑๔๓ ที่เขียนโดย Prof. Trevor A. Kletz เป็นภาพความเสียหายจากโมเมนต์ดัดของท่อระบาย (tail pipe) ของวาล์วระบายความดันเมื่อวาล์วระบายความดันเปิด

รูปที่ ๔ ปลายด้านขาออกของวาล์วระบายความดัน เมื่อไม่มีการติดตั้งข้องอ (ซ้าย) และมีการติดตั้งข้องอ (ขวา) จะมีโมเมนต์ดัดกระทำต่อท่อด้วยขนาดที่แตกต่างกัน ต้องคำนึงถึงความสามารถของท่อในการรับโมเมนต์ดัดดังกล่าวด้วย

รูปที่ ๖ เห็นเหตุการณ์อุบัติเหตุในปีค.ศ. ๑๙๔๘ (พ.ศ. ๒๔๙๑ หรือเมื่อ ๗๐ ปีที่แล้ว) ที่มีผู้เสียชีวิตที่ Prof. Trevor A. Kletz เล่าไว้ในบทที่ ๒ ของหนังสือเรื่อง "Lessons from disaster : How organisations have no memory and accidents recur"
 

พันธะคู่ C=C ในน้ำมันพืชที่ได้จากธรรมชาติเป็นโครงสร้างแบบ cis เสมอ ความไม่อิ่มตัวของน้ำมันพืชแม้ว่าจะมีข้อดีในแง่ของสุขภาพแต่ก็มีข้อเสียคือทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศได้ง่ายเมื่อร้อน เกิดเป็นสารมีกลิ่นหรือเป็นพิษได้เมื่อนำไปประกอบอาหารที่ใช้อุณหภูมิสูง (กล่าวคือไม่เหมาะกับการทอด แต่ใช้ผัดอาหารได้ ว่าแต่บอกได้หรือเปล่าครับว่าทอดกับผัดต่างกันอย่างไร) ในกรณีของน้ำมันพืชที่มีความไม่อิ่มตัวสูงนั้นเพื่อที่จะลดปัญหาดังกล่าวก็จะทำการเติมไฮโดรเจน (ปฏิกิริยานี้มีชื่อว่า hydrogenation) เข้าไปที่พันธะคู่ C=C เพื่อลดความไม่อิ่มตัว กล่าวคือเปลี่ยนพันธะ C=C เป็น C-C แต่ก็อาจมีบางส่วนเปลี่ยนจากโครงสร้างแบบ cis ไปเป็นโครงสร้างแบบ trans ได้ (ที่เรียกว่าไขมันทรานส์หรือ trans fat ที่ว่ากันว่ามีอันตรายต่อสุขภาพมากกว่าไขมันอิ่มตัวอีก)
 

โครงสร้างแบบ cis นี้ทำให้โมเลกุลมีรูปร่างที่หักงอ การสัมผัสระหว่างโมเลกุลเกิดได้ไม่ดี แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลจึงต่ำ ทำให้น้ำมันพืชพวกนี้มีจุดหลอมเหลวต่ำ ยิ่งน้ำมันพืชมีความไม่อิ่มตัวสูงมากขึ้น จุดหลอมเหลวก็ยิ่งลดต่ำลง แต่พอเปลี่ยนเป็นพันธะอิ่มตัว C-C โครงสร้างโมเลกุลจะตรงขึ้น การสัมผัสระหว่างโมเลกุลจะมากขึ้น ทำให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเพิ่มมากขึ้น จุดหลอมเหลวของน้ำมันพืชจะสูงขึ้น (เช่นอาจเปลี่ยนจากของเหลวที่อุณหภูมิห้องมาเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องได้) ปฏิกิริยานี้จึงมีการนำมาใช้ในการสังเคราะห์เนยเทียม (มาการีน Margarine) จากน้ำมันพืชที่มีความไม่อิ่มตัวสูง (ราคาถูกกว่าเนยที่ได้จากผลิตภัณฑ์นม) ด้วยการเติมไฮโดรเจนเข้าไป จากนั้นจึงทำการแต่งสีและกลิ่น แต่ถ้าใช้น้ำมันพืชที่มีความอิ่มตัวสูง ก็ไม่ต้องใช้ปฏิกิริยานี้ช่วย

รูปที่ ๕ ท่อระบายแก๊ส (tail pipe) ของวาล์ระบายความดันที่พับงอเมื่อวาล์วระบายความดันเปิดออก

รูปที่ ๖ คนงานเสียชีวิตจากการถูกท่อที่พลิกมาฟาดที่ศีรษะ ที่เกิดจากการที่ฉีดพุ่งอย่างรวดเร็วของแก๊สที่ระบายออกทางท่อระบาย
 

โรงงานดังกล่าวทำการเติมไฮโดรเจน (hydrogenation) ให้กับน้ำมันพืช โดยปฏิกิริยาเกิดที่อุณหภูมิ 270ºC ความดัน 270 bar เพื่อความปลอดภัยในการเก็บตัวอย่างจะไม่ทำการเก็บตัวอย่างจากถังปฏิกรณ์โดยตรง แต่จะเปิดให้ของเหลวในถังปฺฏิกรณ์ส่วนหนึ่งไหลผ่านท่อขนาดเล็ก (ท่อ 3/16 นิ้วในรูป) เข้าถูกถังเก็บตัวอย่างใบเล็กที่ติดตั้งอยู่เคียงข้าง (sample pot) 
  

ท่อที่ต่อเข้าถังเก็บตัวอย่างนี้จะมีวาล์วป้องกันอยู่สองตัว ตัวแรก (นับจากถังปฏิกรณ์) จะเป็นวาล์วปิด-เปิด (isolation valve) ที่สามารถปิดเปิดได้รวดเร็ว) ส่วนวาล์วตัวที่สองจะเป็นวาล์วที่ค่อย ๆ เปิด (fine adjustment valve) ในการเก็บตัวอย่างนั้นจะเปิด isolation valve ก่อน จากนั้นจึงค่อยเปิด fine adjustment valve เพื่อให้ของเหลวไหลเข้าสู่ sample pot อย่างช้า ๆ เมื่อของเหลวไหลเข้าถังเก็บแล้วก็จะปิดท่อที่มาจากเครื่องปฏิกรณ์และเก็บตัวอย่างทางท่อ drain ที่อยู่ทางด้านล่างของถังเก็บตัวอย่าง ส่วนท่อ vent นั้นมีไว้เพื่อให้แก๊สที่ละลายปนอยู่ในน้ำมันพืชนั้นระเหยออกไป ทั้งถังเก็บตัวอย่างและท่อ vent ไม่มีการยึดตรึงเอาไว้ ตัวถังเก็บตัวอย่างนั้นต่อเข้ากับท่อไหลเข้าด้วยหน้าแปลนชนิด "เกลียว"
 

สองสัปดาห์หลังติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าว พนักงานที่มาเก็บตัวอย่างพบว่าไม่สามารถเก็บตัวอย่างได้ จึงสงสัยว่าท่อคงจะเกิดการอุดตัน (จุดหลอมเหลวของผลิตภัณฑ์อยู่ที่ 20ºC) จึงตัดสินใจที่จะใช้ความดันจากถังปฏิกรณ์ดันให้ของแข็งที่อุดตันท่อนั้นหลุดออก วิธีการก็คือเปิด isolation valve แล้วค่อย ๆ เปิด fine adjustment valve แต่ในขณะที่กำลังปฏิบัติงานอยู่นั้น ท่อ vent มีการพลิกตัวฟาดลงบนศีรษะของพนักงานที่กำลังเปิดวาล์อยู่ (ผลจากการมีแก๊สฉีดพุ่งออกไปอย่างรวดเร็ว เกิดแรงในทิศทางที่ทำให้ตัวถังเก็บตัวอย่างนั้นหมุน "คลายตัว" จากตัวหน้าแปลนท่อทางเข้าได้ งานมีแม้ว่าในการออกแบบนั้นจะมีการออกแบบให้มีการยึดตรึงทั้งท่อ vent และตัวถังเก็บตัวอย่างแต่ในการติดตั้งสุดท้ายกลับถูกมองข้ามไป และท่อ vent นั้นไม่มีการให้ความร้อน ทำให้เกิดการอุดตันจากไอน้ำมันร้อนที่ระเหยและไปควบแน่นยังท่อดังกล่าวได้
 

วิชา Statics สอนให้เรารู้ว่าจะมีแรงกระทำขนาดเท่าใดที่ชิ้นส่วนแต่ละชิ้น

วิชา Mechanics of Materials สอนให้เรารู้ว่าด้วยแรงกระทำขนาดดังกล่าว ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นนั้นสามารถรองรับแรงนั้นได้โดยไม่เกิดความเสียหายหรือไม่

และท้ายสุดวิชา Dynamics สอนให้เรารู้ว่าเมื่อชิ้นส่วนมันรับแรงไม่ได้ มันจะเกิดอะไรขึ้นตามมาได้

๓. ผู้แข็งแกร่งกว่าคือผู้ชนะ

การติดตั้งนั้นต้องคำนึงถึงการเข้าถึงเพื่อการใช้งานหรือซ่อมบำรุงด้วย ในกรณีของท่อที่เดินบน pipe rack นั้น ถ้าจำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วที่มีการใช้งานเป็นประจำ ก็จะทำการลดระดับท่อมายังระดับพื้นเพื่อติดตั้งวาล์วเพื่อให้สะดวกในการทำงาน ก่อนที่จะยกระดับท่อกลับขึ้นไปบน pipe rack ใหม่ เช่นตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๗ ข้างล่าง

รูปที่ ๗ การติดตั้งวาล์วควบคุมที่มีการยึดตรึง pipe support ไว้กับพื้นที่ปลายทั้งสองข้าง
 

รูปที่ ๗ และ ๘ นำมาจากหนังสือเรื่อง "Learning from accidents in industry" เขียนโดย Prof. Trevor A. Kletz ในบทที่ ๑๖ เรื่อง "Some pipe failures" ตัวอย่างในรูปที่ ๗ นั้นเป็นกรณีการติดตั้ง control valve ที่ต้องมี block valve ทางด้านหน้าและด้านหลัง control valve และมี valve สำหรับ bypass การไหล ซึ่งเรียกได้ว่าน้ำหนักวาล์วจำนวน 4 ตัวก็ไม่ใช่เล่นเหมือนกัน ดังนั้นต้องมี pipe support ช่วยในการรับน้ำหนัก แทนที่จะให้ท่อเป็นตัวรับน้ำหนักทั้งหมด
 

ในการติดตั้งนั้นตัว pipe support ถูกเชื่อมติดกับตัวท่อ และขาด้านล่างถูกยึดตรึงกับพื้นเอาไว้ทั้งสองขา ทีนี้ขอให้ลองนึกภาพเมื่อท่อร้อนขึ้นและเกิดการขยายตัวว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับ ตัวท่อ รอยเชื่อมระหว่างท่อกับ pipe support หรือขาของ pipe support ที่ถูกยึดตรึงเอาไว้กับพื้น ถ้าชิ้นส่วนทุกชิ้นสามารถรับแรงที่เกิดจากการขยายตัวดังกล่าวได้ก็คงไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้าหากแรงจากการขยายตัวดังกล่าวมีค่ามาก จุดที่แข็งแรงน้อยที่สุดก็จะเกิดความเสียหายก่อน
 

ปัญหานี้ป้องกันได้ด้วยการยึดตรึง pipe support ไว้กับพื้นเพียงข้างเดียว (หรือไม่ก็ไม่ยึดตรึงทั้งสองข้าง) ส่วนอีกข้างหนึ่งแค่วางแตะพื้นไว้เฉย ๆ เพื่อที่มันจะเคลื่อนตัวไปทางด้านข้างได้เมื่อท่อเกิดการขยายตัว
 

รูปที่ ๘ ข้างล่างเป็นตัวอย่างกรณีของท่อที่ว่างอยู่บน pipe rack และมีท่อแยกลงมาทางด้านล่าง โดยตำแหน่งท่อที่แยกนั้นอยู่ใกล้กับตำแหน่งของคาน คำถามก็คือเมื่อท่อร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อแยกนั้นจะเคลื่อนไปทางซ้ายหรือทางขวา ถ้าเคลื่อนตัวไปทางซ้ายก็คงไม่มีปัญหาอะไร แต่ถ้าเคลื่อนตัวมาทางขวาและชนเข้ากับคาน ที่น่าคิดก็คือจะเกิดอะไรขึ้น

รูปที่ ๘ เมื่อท่อร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อจะเคลื่อนตัวไปทางซ้ายหรือทางขวา

ว่าแต่ว่าเราจะรู้ได้อย่างไรว่าท่อจะเคลื่อนตัวไปทางด้านไหน ผมว่าเรามาลองพิจารณากรณีสมมุติเล่น ๆ กันหน่อยดีกว่า ในรูปที่ ๙ ข้างล่างนั้นสมมุติว่าท่อสีแดงถูกตรึงไว้ที่ตำแหน่ง A และ B เมื่อท่อสีแดงร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อสีเขียวที่แยกลงมาทางด้านจะเคลื่อนตัวไปทางซ้ายหรือทางขวา ลองพิจารณาดูนะครับว่าส่วนของท่อด้านไหนมีความยืดหยุ่นมากกว่ากัน ด้านไหนที่ยืดหยุ่นมากกว่ามันก็เคลื่อนที่ไปทางด้านนั้น

รูปที่ ๙ สมมุติว่าท่อถูกตรึงไว้ที่ตำแหน่ง A และ B เมื่อท่อร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อสีเขียวที่แยกลงมาทางด้านล่างจะเคลื่อนตัวไปทางซ้ายหรือทางขวา
 

๔. ร้อนปะทะเย็น

ในสภาพที่เย็นจัดนั้น โลหะที่ใช้งานได้ดีในช่วงอุณหภูมิสูงอาจเปลี่ยนสภาพจากเดิมที่มีความเหนียว (คือรับแรงดึงได้ดี โดนแรงกระแทกก็ไม่มีปัญหาอะไร) มาเป็นแข็งและเปราะเหมือนแก้วได้ (คือถ้าโดนแรงกระแทกหรือมีความเค้นไม่ว่าจะเป็นการดึงหรือการกดมากระทำ ก็จะเกิดการแตกหักเหมือนแก้วได้) ดังนั้นการออกแบบอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มีการเชื่อมต่อระหว่างด้านอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำของกระบวนการ จึงต้องหาทางป้องกันไม่ให้ process fluid ที่เย็นจัดนั้นไหลมายังด้านฝั่งอุณหภูมิสูงที่ใช้วัสดุที่ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่เย็นจัดนั้นได้
 

ในช่วงหลังเที่ยงเล็กน้อยของวันศุกร์ที่ ๒๕ กันยายน พ.ศ. ๒๕๔๑ เกิดการรั่วไหลของแก๊สไฮโดรคาร์บอนที่โรงแยกแก๊สของบริษัท Esso ที่เมือง Longford ในออสเตรเลีย ตามด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง ส่งผลให้มีผู้เสียชีวิต ๒ รายและบาดเจ็บอีกเป็นจำนวนมาก รายละเอียดการสอบสวนเหตุการณ์ดังกล่าวอยู่ในรายงานเรื่อง "The Esso Longford Gas Plant Accident" ที่พอจะหาไฟล์ pdf ได้ทางอินเทอร์เน็ต (เนื้อหาในที่นี้ผมก็เอามาจากรายงานนี้) ต้นตอของการรั่วไหลพบว่าเกิดจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (heat exchanger) ชนิด shell and tube เครื่องหนึ่งที่รูปแบบการไหลเป็นแบบ one pass ทั้งด้าน tube และด้าน shell ที่เชื่อมส่วน end cover ด้าน front end และ rear end เข้ากับตัว shell โดยตรง (รูปที่ ๑๐ และ ๑๑) โดยพบว่า end cover ด้านหนึ่งมีการแตกหลุดออกมาเป็นชิ้น (ไม่ได้ฉีกขาดเหมือนดังเช่นกรณีของโลหะที่มีความเหนียว) เหมือนกับความเสียหายที่เกิดขึ้นกับวัสดุที่เปราะเช่นแก้ว
 

ตรงนี้ถ้าใครยังไม่รู้จักว่า shell and tube heat exchanger คืออะไร สามารถอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๑๕ วันพุธที่ ๑๕ กรกฎาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "ทำความรู้จัก Shell and Tube Heat Exchanger" 
  

จากการสอบสวนพบว่าช่วงเช้าของวันดังกล่าว โรงงานเกิดปัญหาในการเดินเครื่อง ทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ปรกติทำงานในช่วงอุณหภูมิ 60 - 230ºC นั้นมีอุณหภูมิลงต่ำลงเหลือ -48ºC ตั้งแต่ช่วงเช้า ทำให้เนื้อโลหะเปลี่ยนสภาพจากมีความเหนียวเป็นแข็งและเปราะ แต่จากการสอบสวนพบว่าแม้ว่าเนื้อโลหะจะมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ แต่ก็ยังสามารถรับแรงอยู่ได้เนื่องจากในช่วงเวลาดังกล่าวไปจนถึงช่วงเกิดการรั่วไหลนั้นไม่ได้มีแรงกระทำใด ๆ ที่จะทำให้โครงสร้างไม่ว่าจะเป็นส่วน end cover หรือตัว shell นั้นแตกหัก คำถามที่เกิดขึ้นก็คือ แรงกระทำให้เกิดการแตกหักมาจากไหน

รูปที่ ๑๐ โครงสร้างของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เป็นต้นตอของอุบัติเหตุ

รูปที่ ๑๑ โลหะตรงรอยเชื่อมที่เย็นจัดจะเปราะและแตกง่าย พอมีความเค้นที่เกิดจากการขยายตัวของส่วน shell ที่ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว เลยทำให้โลหะตรงรอยเชื่อม (ที่ปรกติก็เป็นจุดอ่อนอยู่แล้ว และยังเป็นจุดสัมผัสด้วย) นั้นแตกร้าวและลามต่อไปยังตัว head ส่งผลให้ตัว end cover นั้นแตกออกเป็นชิ้น ๆ ทำให้มีแก๊สรั่วไหลออกมา

ผลการสอบสวนพบว่าในระหว่างการแก้ปัญหาการเดินเครื่องนั้น เกิดความผิดพลาดที่ทำให้มีของเหลวร้อนไหลเข้าส่วน shell โดยเร็ว ทำให้เนื้อโลหะส่วน shell ร้อนและขยายตัวอย่างรวดเร็วในขณะที่ส่วน end cover นั้น (โดยเฉพาะตรงรอยเชื่อม) ยังคงเย็นจัดอยู่ จากการคำนวณด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์พบว่า ความเค้นที่เกิดขึ้นนั้นสูงเพียงพอที่จะทำให้เนื้อโลหะตรงบริเวณรอยเชื่อมและส่วน end cover ที่ยังคงเย็นจัดอยู่นั้นแตกหัก ตรงนี้ถ้านึกภาพไม่ออก ลองนึกภาพแก้วเย็น ๆ แล้วเติมน้ำเดือดลงไปโดยเร็ว บางทีเราจะเห็นแก้วนั้นแตกร้าว แต่ในกรณีของอุบัติเหตุนี้เนื่องจากในระบบมีความดันอยู่ด้วย เมื่อเกิดการแตกร้าว ชิ้นส่วนที่แตกหักนั้นก็เลยปลิวหลุดออกมา

รูปที่ ๑๒ รูปบนคือหน้าตาของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลังจากที่เพลิงสงบ เป็นภาพที่มองจากมุมด้านทิศตะวันออกเฉียงเหนือเข้ามา ส่วนรูปล่างคือแนวรอยแตกที่เกิดขึ้นกับส่วน end cover ทางด้าน east end ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ดูรูปที่ ๑๐) เมื่อมองจากด้านข้างทางด้านทิศเหนือและทิศใต้
 

ในขณะที่ระบบการศึกษานั้นมีการกล่าวถึงการพัฒนาไปทางด้านการเรียนรู้ข้ามศาสตร์ต่าง ๆ กันมากขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับสภาพการทำงานจริง แต่ในหลายกรณีกลับพบว่าทั้งผู้เรียนและผู้สอนมีความพยายามที่จะ (ตรงขอยืมคำพูดอาจารย์ท่านหนึ่งที่ได้ยินมาจากการทำประชาพิจารณ์เมื่อวันพฤหัสบดีที่ผ่านมานะครับ) "ขีดเส้นแบ่งสีดำหนา ๆ" ขอบเขตการเรียนรู้หรือเปล่า
 

ผมเองก็ไม่รู้ว่าตัวอย่างที่ยกมาในที่นี้พอจะทำให้เห็นความสำคัญของวิชา Mechanics of Materials สำหรับอาจารย์ที่สอนในภาควิชาวิศวกรรมเคมีและนิสิตเรียนทางด้านวิศวกรรมเคมีได้หรือไม่ (โดยเฉพาะกับตัวอาจารย์เองที่เป็นคนกำหนดเนื้อหาหลักสูตรการเรียน) แต่ส่วนตัวผมเองนั้นยังเห็นว่าสำคัญอยู่ โดยเฉพาะผู้ที่ต้องไปทำงานด้านที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบตัวอุปกรณ์และระบบท่อโดยตรง ส่วนผู้ที่ทำงานด้านการเดินเครื่องนั้น แม้ว่าจะไม่ได้เกี่ยวข้องกับการคำนวณโดยตรง แต่จำเป็นต้องรู้ขีดจำกัดและข้อควรระวังของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้อยู่ (เพราะเวลาเกิดอุบัติเหตุ คนที่ตายคือคนเดินเครื่อง ไม่ใช่คนออกแบบ)