อุบัติเหตุจาก saturator (๒) MO Memoir : Monday 21 August 2560

เวลาประมาณ ๑๖ นาฬิกา วันอังคารที่ ๒๕ กรกฎาคม ๒๕๖๐ ขวดแก้วที่ใช้ทำ saturator (รูปที่ ๑) เพื่อการระเหยเอทานอลเกิดระเบิด ผลจากแรงระเบิดทำให้นิสิตรายหนึ่ง (ที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการทดลองที่ใช้ saturator ดังกล่าว แต่บังเอิญนั่งทำงานอยู่บริเวณนั้น) ได้รับบาดเจ็บจากเศษแก้วที่ปลิวบาด และหูอื้อไปข้างหนึ่ง (จากเสียงระเบิด) แรงระเบิดส่งผลให้เอทานอลที่บรรจุอยู่ใน saturator นั้นรั่วไหลออกมา เกิดเพลิงลุกไหม้บริเวณที่เกิดเหตุ แต่นิสิตรายอื่นที่อยู่ใกล้เคียงเข้ามาระงับเหตุได้ทัน นอกจากนี้กระจกของประตูตู้ hood (เป็นกระจกนิรภัย) ที่อยู่ห่างไปประมาณ ๓ เมตรแตกละเอียดด้วย (เข้าใจว่าเป็นเพราะเศษแก้วจากขวดที่ใช้ทำ saturator ปลิวไปกระทบ)
 

ก่อนเกิดเหตุ นิสิตรายหนึ่งเตรียมทำการทดลอง ด้วยการเปิดแก๊ส "ออกซิเจนบริสุทธิ์" ให้ไหลผ่าน saturator ไปยัง quartz reactor ที่บรรจุอยู่ furnace ภายใน reactor บรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาเอาไว้ จากนั้นได้ทำการเพิ่มอุณหภูมิ furnace ไปยังอุณหภูมิที่ต้องการทำการทดลอง ช่วงระหว่างรอให้อุณหภูมิ furnace เข้าที่นั้นพบว่าอุณหภูมิ furnace ที่ตัว temperature indicator แสดงนั้นมีการกระโดดขึ้นไปสูงมากในบางจังหวะ นิสิตจึงรอให้ระบบนิ่งก่อนจะทำการทดลอง การระเบิดเกิดขึ้นในขณะที่เตรียมการทดลองนี้
 

อุปกรณ์ตัวเดียวกัน ส่วนผสมเดียวกัน เกิดการระเบิดเหมือน ๆ กัน แต่ห่างกันเกือบ ๖ ปี เรื่องราวเหตุการณ์ครั้งก่อนหน้านี้อ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๓๖๓ วันศุกร์ที่ ๑๔ ตุลาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "อุบัติเหตุจาก saturator"

รูปที่ ๑ ขวดแก้วที่ใช้ทำ saturator เป็นขวดที่มีลักษณะดังรูป แต่ตัวที่ระเบิดเป็นขวดขนาดความจุประมาณ 500 ml (ใหญ่กว่าตัวที่นำมาให้ดูเป็นตัวอย่างสองเท่า) ในขณะเกิดเหตุมีเอทานอลอยู่ประมาณ 70 ml
 

รูปที่ ๑ เป็นตัวอย่างขวดแก้วที่นำมาดัดแปลงทำเป็น saturator โดยเจาะรูที่ฝาสองรูป เพื่อต่อท่อให้แก๊สไหลเข้าหนึ่งรู และไหลออกหนึ่งรู ในระหว่างการใช้งานจะตั้งขวด saturator นี้ไว้บนพื้นโต๊ะปฏิบัติการโดยไม่มีอะไรป้องกัน ระดับที่ตั้ง saturator อยู่ที่ประมาณระดับความสูงของโต๊ะทำงานทั่วไป การทดลองนี้ได้กระทำมาเป็นระยะเวลาหนึ่งแล้ว
 

รูปที่ ๒ เป็นภาพร่างแผนผังบริเวณที่เกิดเหตุ โต๊ะตั้งอุปกรณ์ทดลองนั้นมีการแบ่งครึ่งออกเป็นสองด้านตามแนวยาว ทำให้สามารถตั้งอุปกรณ์ทดลองได้ทั้งสองฝั่งของโต๊ะ ในรูปที่ ๒ นั้นทางด้านหลังของ saturator มีอุปกรณ์ทดลองอื่นตั้งอยู่ ทางด้ายขวาจะเป็นตู้เหล็กติดตั้งอุปกรณ์วัด ทางด้านซ้ายเป็น furnace ที่ให้ความร้อนแก่ reactor ที่รับแก๊สที่ไหลมาจาก saturator ตัว saturator เองนั้นตั้งอยู่ระหว่างตัว furnace และตู้อุปกรณ์วัด

รูปที่ ๒ ภาพร่างแผนผังบริเวณที่เกิดอุบัติเหตุ โต๊ะปฏิบัติการตั้งอยู่ตรงกลางระหว่าง Hood และโต๊ะตั้งอุปกรณ์ทดลอง ระยะห่างระหว่าง Hood 2 และโต๊ะตั้งอุปกรณ์ทดลองประมาณ 3 เมตร

ในขณะเกิดเหตุนั้นมีนิสิตผู้หนึ่งนั่งทำงานอยู่ที่โต๊ะปฏิบัติการ โดยนั่งหันหลังให้แต่เยื้องออกมาทางด้านขวาของตัว saturator แรงระเบิดที่เกิดขึ้นทำให้เศษแก้วปลิวบาดแขนและลำตัวด้านข้างด้านซ้ายของนิสิตที่นั่งทำงาน เสียงที่ดังทำให้หูด้านซ้ายของนิสิตผู้นั้นอื้อไปเป็นวัน และยังทำให้กระจกประตู Hood 2 (ที่เป็นกระจกนิรภัยชนิด tempered) ที่อยู่ห่างออกไปนั้นแตกละเอียด มีไฟเกิดขึ้นตรงบริเวณด้านข้างตู้อุปกรณ์วัดคุม แต่ได้รับการดับลงอย่างรวดเร็วด้วยการใช้เครื่องดับเพลิงชนิดผงเคมีแห้ง
 

การระเบิดที่ saturator เชื่อว่าเกิดจากการลุกไหม้ที่เกิดขึ้นกับแก๊สที่อยู่ใน reactor ส่วนต้นตอที่ทำให้เกิดการลุกไหม้นั้นไม่สามารถยืนยันได้ว่าเกิดจากการที่ furnace นั้นมีอุณหภูมิสูงเกินไปจากเกินค่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเอง (ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า autoignition temperature หรือ self ignition temperature) หรือเกิดจากการทำปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนและเร่งตัวเองจนทำให้ไอผสมที่อยู่โดยรอบเกิดการลุกไหม้ได้ ประกอบกับการที่การทดลองนี้ใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ผสมกับเชื้อเพลิง ไม่เพียงแค่โอกาสที่ไอผสมจะเกิดการลุกไหม้จะเกิดได้ง่ายขึ้น แต่ความรุนแรงของการเผาไหม้จะเพิ่มมากตามไปด้วย ทำให้เปลวไฟที่เกิดขึ้นนั้นสามารถวิ่งทวนทิศทางการไหลของแก๊สจาก reactor ย้อนไปตามท่อ (ที่เป็นสายยาง) ไปยัง saturator ได้ ทำให้เกิดการระเบิดรุนแรงที่ saturator เนื่องจากเป็นแหล่งที่มีไอผสมพร้อมเผาไหม้อยู่เป็นจำนวนมาก

ส่วนสถานที่เกิดเหตุนั้นมีลักษณะเป็นเช่นใด ก็ขอเชิญชมภาพที่ถ่ายมาให้ดูก็แล้วกัน (รูปที่ ๓ ถึง ๑๒) เนื้อหาเหตุการณ์ส่วนที่เหลือก็อยู่ในคำบรรยายภาพต่าง ๆ อยู่แล้ว

รูปที่ ๓ บริเวณที่เกิดเหตุ ถ่ายไว้ในตอนเช้าวันที่สองหลังการระเบิด พื้นที่ดังกล่าวได้รับการทำความสะอาดแล้ว รูปนี้เป็นการมองจากด้านหลังจุดระเบิดไปยังประตู Hood ที่ได้รับความเสียหาย

รูปที่ ๔ ถ่ายในวันเดียวกับรูปที่ ๓ แต่เป็นการมองจากตำแหน่งประตู Hood ที่แตกออกมา 1 คือบริเวณที่ตั้ง saturator ที่เกิดการระเบิดในวันเกิดเหตุ ส่วน 2 คือ furnace ที่ใช้ในการทดลอง

รูปที่ ๕ บริเวณตำแหน่งที่เกิดการระเบิด ถ่ายไว้ในเช้าวันรุ่งขึ้นหลังวันระเบิด สภาพที่เกิดเหตุส่วนใหญ่ยังคงสภาพไว้เช่นเดียวกับหลังการระงับเหตุเสร็จ คือในระหว่างการดับเพลิงนั้น ไม่สามารถยืนยันได้ว่ามีการเคลื่อนย้ายวัตถุใดบ้าง ทราบแต่ว่าหลังจากที่ระงับเหตุได้เสร็จสมบูรณ์และนำคนเจ็บส่งโรงพยาบาลแล้ว ยังไม่มีการจัดการใด ๆ กับที่เกิดเหตุ ยังดีหน่อยตรงที่นิสิตที่เข้ามาดับเพลิงนั้นใช้ผงเคมีแห้ง ไม่ได้หยิบถังโฟมมาใช้ เพราะถ้าใช้ถังโฟมอาจเกิดปัญหาไฟฟ้าลัดวงจรตามมาได้ เพราะไม่ได้มีการตัดระบบไฟฟ้าในที่เกิดเหตุออก

รูปที่ ๖ บริเวณที่เกิดการระเบิด ทางด้านล่างซ้ายของภาพที่เห็นมีวาล์วสองตัวคือฝาปิดตัว saturator (ส่วนลำตัวที่เป็นแก้วกระจายหายไปหมดแล้ว) ตรงกลางคือ furnace ส่วนสายไฟที่อยู่ทางมุมซ้ายบนเป็นสายสัญญาณวัด พึงสังเกตตำแหน่งของคราบเขม่าบนผนังตู้อุปกรณ์วัด ทางด้านซ้ายบนแถวสายสัญญาณเป็นคราบเกิดจากสายไฟที่ไหม้ ส่วนที่อยู่ทางด้านล่าง (ด้านหลัง furnace) เกิดจากแอลกอฮอล์ที่รั่วออกมา ที่เห็นเป็นฝุ่นผงขาวทั่วไปหมดคือผงเคมีแห้งจากถังดับเพลิง

 

รูปที่ ๗ ฝาปิดขวดแก้วที่ใช้ทำ saturator ท่อยาวเป็นท่อให้แก๊สพาหะไหลเข้า (รอยไหม้ที่ปลายท่อเข้าใจว่าเกิดจากสายยางที่ต่อจากปลายท่อลงไปใต้ระดับของเหลวที่บรรจุอยู่) ส่วนท่อสั้นเป็นท่อให้ไอผสมไหลออก เศษแก้วที่เห็นเป็นเศษของตัว saturator ที่แตกออก พึงสังเกตว่าจะแตกออกโดยมีรูปร่างที่มีลักษณะแหลมคม ที่แปลกใจอยู่หน่อยก็คือไม่เห็นเศษแก้วชิ้นใหญ่ เช่นก้นขวดเหลือเลย ไม่รู้ว่ามันแตกเป็นชิ้นเล็กหมดหรือถูกเก็บทิ้งไปก่อนหน้าแล้วเพราะหาคนให้คำตอบนี้ไม่ได้

รูปที่ ๘ สายสัญญาณที่เกิดการลุกไหม้ (ที่เห็นรอยดำเป็นรูปสายสัญญาณนั่นไม่ใช่คราบเขม่า แต่เป็นเงาของสายสัญญาณที่ทอดลงผลผนังตู้อุปกรณ์วัด) พึงสังเกตว่าสีที่ทาเคลือบผนังตู้อุปกรณ์วัดนั้นไม่ได้รับผลกระทบจากความร้อนของเปลวไฟเท่าใดนัก

รูปที่ ๙ ภาพขยายตรงส่วนบริเวณชุมสายของสายสัญญาณในรูปที่ ๘

รูปที่ ๑๐ บริเวณที่นิสิตที่ได้รับบาดเจ็บนั่งทำงาน ขณะนั้นใช้เก้าอี้มีพนักพิง หันหลังโดยเยื้องมาทางด้านขวาของจุดที่เกิดการระเบิด เศษแก้วที่เห็นบนพื้นด้านหลังเก้าอี้ไม่สามารถบอกได้ว่าเป็นเศษแก้วที่ปลิวมากระทบเก้าอี้จากการระเบิด หรือเกิดจากการเข้าไประงับเหตุ สิ่งของต่าง ๆ ที่วางอยู่บนโต๊ะปฏิบัติการทางด้านซ้าย แม้ว่าจะมีน้ำหนักเบาก็ไม่ได้ถูกพัดปลิวจากการระเบิด ส่อให้เห็นว่ากระจก Hood ที่แตกนั้นไม่น่าจะเป็นผลจากแรงอัด

รูปที่ ๑๑ บริเวณพื้นที่ทำงานของ Hood ที่กระจกแตก กระจกบานประตูเป็นกระจกนิรภัยชนิด tempered ที่จะแตกออกเป็นเม็ดข้าวโพดเล็ก ๆ เต็มไปหมดถ้าผิวกระจกมีรอยขูดขีดลึกลงไปเพียงนิดเดียว เศษกระจกที่แตกจะมีลักษณะใกล้เคียงกับรูปทรงสี่เหลี่ยม (เป็นรูปทรงที่มีมุมแหลมน้อยสุด) กระจกบานนี้สูงประมาณ 60 cm ยาวประมาณ 180 cm

รูปที่ ๑๒ บริเวณพื้นด้านหน้า hood ที่กระจกแตก พบเศษแก้วที่มีลักษณะแหลมคมตกปนอยู่ด้วย (ในกรอบสี่เหลี่ยม) ทำให้เชื่อว่าน่าจะมีเศษแก้วจาก saturator บางชิ้นปลิวมากระแทกบานกระจกของประตู hood ทำให้กระจกของประตู hood แตกออก

ประเด็นเรื่องไอผสมระหว่าง เอทานอล + ออกซิเจน เกิดการลุกติดไฟได้อย่างไรนั้น โดยส่วนตัวแล้วคิดว่าบทบาทของตัวเร่งปฏิกิริยาที่บรรจุอยู่ใน reactor ที่ใช้ในการทดลองในขณะนั้น เป็นสิ่งที่ไม่สามารถตัดทิ้งไปได้ ในกรณีของตัวเร่งปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ที่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนนั้น ความร้อนที่เกิดขึ้นมีสิทธิทำให้อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยานั้นร้อนจัดกว่าแก๊สที่ไหลผ่านโดยรอบ และถ้าแก๊สที่ไหลผ่านนั้นมีส่วนผสมอยู่ในช่วง flammability limit ด้วยแล้ว โอกาสที่แก๊สนั้นจะลุกติดไฟอันเป็นผลจากการสัมผัสกับอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิติดไฟได้ด้วยตนเองก็เป็นประเด็นที่ควรต้องพึงคำนึงถึงด้วย ส่วนที่ว่าจะเกิดการลุกติดไฟทันทีเมื่อสัมผัส หรือต้องรอให้ตัวเร่งปฏิกิริยาสะสมความร้อนก่อนเป็นระยะเวลาหนึ่ง ตรงนี้คงขึ้นอยู่กับชนิดตัวเร่งปฏิกิริยาและเชื้อเพลิง

เรื่องการจุดไฟด้วยตัวเร่งปฏิกิริยานี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ กองทัพสหรัฐเองก็เคยมีการพิจารณาเทคนิคการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในการจุดไฟให้กับเครื่องพ่นไฟที่ใช้ในการรบ มาตั้งแต่ยุคสมัยสงครามโลกครั้งที่สองแล้ว (รูปที่ ๑๓)

รูปที่ ๑๓ ส่วนหนึ่งของข้อความจากเอกสาร "Chemical ignition of flame thrower" ที่เกี่ยวข้องกับการจุดไฟให้กับเชื้อเพลิงเหลวที่ฉีดออกจากหัวฉีดของเครื่องพ่นไฟ ของกองทัพสหรัฐที่จัดทำในปีค.ศ. ๑๙๔๔ (พ.ศ. ๒๔๕๗) หรือก่อนสงครามโลกครั้งที่ ๒ สิ้นสุดหนึ่งปี มีการกล่าวถึงการพิจารณาใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นตัวจุดไฟให้กับเชื้อเพลิง

อีกประเด็นหนึ่งที่ขอบันทึกไว้เพื่อพิจารณาคือ ถ้าเปลี่ยนท่อด้านขาออกจาก saturator ไปยัง reactor จากเดิมที่เป็นท่อสายยางไปเป็นท่อโลหะที่มีขนาดเล็กจะช่วยป้องกันการเดินทางย้อนกลับของเปลวไฟได้หรือไม่ ท่อขนาดเล็กจะช่วยเพิ่มความเร็วเชิงเส้นในการไหลให้สูงขึ้น (ถ้าสูงมากกว่าความเร็วของเปลวไฟก็จะทำให้เปลวไฟเดินทางย้อนกลับไม่ได้) และท่อโลหะขนาดเล็กจะมีพื้นที่ผิวต่อหน่วยปริมาตรที่สูง ทำให้ระบายความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกได้ดี จึงน่าจะมีโอกาสที่จะทำให้เปลวไฟเย็นลงจนดับได้ (ทำนองเดียวกับการทำงานของ flame arrester)

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๗ (ตอนที่ ๘) MO Memoir : Saturday 6 June 2558

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog
  

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับงานที่ได้กระทำไปในช่วง ๒ สัปดาห์ที่ผ่านมา เกี่ยวกับการแก้ไขปัญหาความเข้มข้นสารตั้งต้นด้านขาเข้าที่มีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

อุบัติเหตุจาก saturator MO Memoir : Friday 14 October 2554

Saturator เป็นอุปกรณ์หนึ่งที่เราใช้ในการผสมไอสารที่ปรกติเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องเข้ากับแก๊สพาหะ ในการใช้งานนั้นเราจะทำการผ่านแก๊สพาหะลงไปใต้ผิวของเหลวที่ต้องการระเหย การปรับปริมาณ (ความเข้มข้น) ของสารในแก๊สพาหะทำโดยการปรับอุณหภูมิการระเหย ถ้าต้องการความเข้มข้นสูงก็จะใช้อุณหภูมิสูง ถ้าต้องการความเข้มข้นต่ำก็จะใช้อุณหภูมิต่ำ

ในกลุ่มของเรานั้นมี saturator ใช้อยู่สองชนิด ชนิดแรกที่เราใช้กันมากที่สุดคือที่เป็นโลหะที่เราออกแบบทำขึ้นเอง (รูปที่ ๑) ตัวนี้ที่ผ่านมาไม่มีปัญหาใด ๆ ยกเว้นเกิดการรั่วเนื่องจากประเก็นฉีกขาด ซึ่งเราก็ได้แก้ไขด้วยการออกแบบไปแล้ว อีกตัวหนึ่งที่เรามีใช้แต่ไม่ค่อยใช้กัน แต่กลุ่มอื่นใช้กันมากกว่าคือที่ทำจากแก้ว (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๑ Saturator แบบโลหะที่กลุ่มเราทำขึ้นใช้เอง ฝาปิดใช้นอตยึดโดยมี o-ring กันการรั่วซึม เดิมใช้ในการระเหย phthalic anhydride และ maleic anhydride แต่ตอนนี้ถูกนำไปใช้ในการระเหยน้ำของระบบ DeNOx

รูปที่ ๒ Saturator แบบแก้วที่สองชิ้นส่วนประกบเข้าด้วยกันด้วยข้อต่อที่เรียกว่า ground joint ตัวนี้ทั้งส่วนท่อนำแก๊สเข้าออกและส่วนลำตัวบรรจุของเหลวไม่มีเงี่ยงสำหรับให้สปริงเกี่ยวยึด

Saturator ที่ทำจากแก้วนั้นมีชิ้นส่วนอยู่ ๒ ชิ้น ชิ้นล่างเป็นส่วนลำตัวที่เป็นที่บรรจุของเหลว ชิ้นบนเป็นฝาปิดที่มีท่อให้แก๊สไหลเข้า (ปลายท่อนี้จุ่มอยู่ใต้ผิวของเหลว) และท่อให้แก๊สไหลออก (ที่ช่องทางออกควรอยู่สูงกว่าผิวเหลว มากพอ เพื่อป้องกันไม่ให้หยดของเหลวที่ลอยขึ้นมาพร้อมกับฟองแก๊ส (ที่เรียกว่าเกิดการ carry over) ไหลออกไปกับแก๊สที่ไหลออกจาก saturator

ชิ้นส่วนทั้งสองชิ้นประกบเข้าด้วยกันด้วยข้อต่อเครื่องแก้วทั่วไป (ที่เรียกว่า ground joint) บริเวณผิวสัมผัสของ ground joint มักจะมีการทาจารบี (หรือ grease ซึ่งต้องเลือกชนิดที่ไม่ทำให้สารที่อยู่ใน saturator เกิดการปนเปื้อนได้ ปรกติที่ใช้กันในแลปเป็นพวก silicone grease) เพื่อให้สามารถทำการสวม-ถอดได้ง่าย และยังเป็นการปิดการรั่วซึมตามพื้นผิวที่ไม่เรียบของเครื่องแก้วด้วย นอกจากนี้ส่วนลำตัวและส่วนฝาปิดอาจมีเงี่ยงอยู่ (รูปที่ ๓) เงี่ยงดังกล่าวมีไว้สำหรับเกี่ยวสปริงยึดเพื่อดึงให้ส่วนลำตัวและส่วนฝาปิดยึดปิดสนิทเข้าด้วยกัน แรงดึงยึดดังกล่าวก็ขึ้นอยู่กับความตึงของสปริงที่ใช้ บางรายก็กลัวว่าสปริงจะคลายตัวทำให้เกิดการรั่วไหลได้ ก็เลยเอาลวดทองแดงพันยึดไว้แทน

รูปที่ ๓ เงี่ยงที่ใช้สำหรับเกี่ยวสปริงเพื่อยึดชิ้นส่วนสองชิ้นเข้าด้วยกัน (ตรงลูกศรสีแดงชี้) รูปนี้ถ่ายมาจาก saturator ของระบบ in situ IR

ตรงนี้ต้องขอกล่าวไว้นิดนึงว่า ปรกติในการใช้งานนั้นเรามักจะสมมุติว่าความดันไอเหนือผิวของเหลวจะเป็นความดันไอสมดุล ณ อุณหภูมิที่ทำการระเหยนั้น ในกรณีที่อัตราการไหลของแก๊สพาหะไม่สูง ความดันไอของของเหลวที่อยู่ในแก๊สที่ไหลออกจาก saturator จะไม่ขึ้นอยู่กับอัตราการไหลของแก๊สพาหะ แต่ถ้าอัตราการไหลของแก๊สพาหะสูงมากเมื่อเทียบกับขนาดของ saturator ความดันไอของของเหลวในแก๊สพาหะก็จะต่ำกว่าความดันไอสมดุล ณ อุณหภูมินั้น ยิ่งแก๊สพาหะไหลเร็วเท่าไร ความแตกต่างระหว่างความดันไอสมดุลกับค่าความดันไอที่ได้จริงก็จะมากขึ้นเรื่อย ๆ

ดังนั้นในกรณีที่คิดว่าจะเกิดปัญหาในย่อหน้าข้างต้น ก็มีการออกแบบโดยการใช้ saturator 2 ตัวต่ออนุกรมกัน (ดูรูปที่ ๔) โดย saturator ตัวแรกจะระเหยสารที่อุณหภูมิที่เท่ากับหรือสูงกว่าอุณหภูมิความดันไอของสารที่ต้องการ และ saturator ตัวที่สองจะระเหยสารที่อุณหภูมิที่เท่ากับอุณหภูมิความดันไอของสารที่ต้องการ ซึ่งการออกแบบเช่นนี้จะช่วยลดความแตกต่างระหว่างค่าความดันไอที่ต้องการและค่าความดันไอ ณ อุณหภูมิที่ทำการระเหย ในกรณีที่ saturator ตัวแรกระเหยสารที่อุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิค่าความดันไอสมดุลที่ต้องการ ความดันไอของสารในแก๊สพาหะที่ออกจาก saturator ตัวแรกอาจจะสูงกว่า/เท่ากับหรือต่ำกว่าค่าความดันไอที่ต้องการ แต่เมื่อแก๊สดังกล่าวไหลเข้า saturator ตัวที่สองที่ทำการระเหยสาร ณ อุณหภูมิที่ให้ความดันไอที่ต้องการ สิ่งที่เกิดขึ้นคือ

(ก) ถ้าแก๊สที่มาจาก saturator ตัวแรกนั้นมีความดันไอสูงกว่าความดันไอที่อุณหภูมิการทำงานของ saturator ตัวที่สอง ไอส่วนเกินก็จะควบแน่นใน saturator ตัวที่สอง ทำให้แก๊สที่ออกจาก saturator ตัวที่สองมีค่าความดันไอที่ลดลงเข้าหาความดันไอสมดุล ณ อุณหภูมิการระเหยของ saturator ตัวที่สอง

(ข) ถ้าแก๊สที่มาจาก saturator ตัวแรกนั้นมีความดันไอเท่ากับความดันไอที่อุณหภูมิการทำงานของ saturator ตัวที่สอง แก๊สที่ออกจาก saturator ตัวที่สองก็จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นใด ๆ และ

(ค) ถ้าแก๊สที่มาจาก saturator ตัวแรกนั้นมีความดันไอต่ำกว่าความดันไอที่อุณหภูมิการทำงานของ saturator ตัวที่สอง แก๊สที่ออกจาก saturator ตัวที่สองก็จะมีความดันไอเพิ่มสูงขึ้นเข้าหาความดันไอสมดุล ณ อุณหภูมิการทำงานของ saturator ตัวที่สอง

รูปที่ ๔ (ซ้าย) ระบบ saturator เดี่ยว (ขวา) ระบบ saturator คู่ โดยที่ตัว saturator อาจทำการระเหยของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในที่อุณหภูมิสูงกว่าหรืออุณหภูมิเดียวกันกับตัวที่สอง

โดยปรกติถ้าจะให้ saturator ทำงานได้ดี ระดับของเหลวที่ใช้เป็นตัวกลางนำความร้อน (ที่ใช้เป็นประจำคือน้ำหรือน้ำมัน) ควรที่จะอยู่สูงกว่าระดับของเหลวใน saturator เพื่อให้อุณหภูมิในส่วนที่เป็นแก๊สเหนือผิวของเหลวใน saturator มีอุณหภูมิเดียวกันกับของเหลวด้วย เพราะด้านบนมักจะมีการสูญเสียความร้อนออกสู่อากาศด้านนอก ดังนั้นถ้าเราไม่ให้แก๊สด้านบนร้อนด้วย ไอระเหยจะควบแน่นตกกลับลงมาใหม่ ทำให้ความเข้มข้นของสารในแก๊สขาออกต่ำกว่าที่ต้องการจริง

เมื่อราวเที่ยงวันจันทร์ที่ผ่านมามีนิสิตรายหนึ่งจากกลุ่มหนึ่ง (ที่ไม่ใช่กลุ่มเรา) โทรมาปรึกษาเรื่อง saturator ที่ใช้ในการทดลองนั้นแตกระหว่างการใช้งานเมื่อวันเสาร์ที่ผ่านมา

ระบบ saturator ที่เขาใช้นั้นเป็นระบบ saturator สองตัวต่ออนุกรมกัน ตัวที่แตกเป็น saturator ตัวแรก แต่อุปกรณ์ที่เขาใช้ทำ saturator นั้นดัดแปลงมาจากฟลาสก์สามคอ (รูปที่ ๕) โดยคอหนึ่งเป็นท่อสำหรับให้แก๊สไหลเข้า อีกสองคอที่เหลือเป็นท่อสำหรับให้แก๊สไหลออกและวาล์วปิด-เปิดระบายแก๊สในฟลาสก์ออก

รูปที่ ๕ ฟลาสก์สามคอชนิดที่นำมาใช้ทำเป็น saturator แล้วเกิดการ "แตก"

สิ่งแรกที่ผมถามเขาเพื่อต้องการความชัดเจนคือ ที่เขาบอกว่า “แตก” นั้น มันเป็น (ก) การแตกหัก หรือการที่ (ข) ส่วนลำตัวและส่วนฝาปิดแยกตัวออกจากกันระหว่างการใช้งาน

ถ้าเป็นกรณี (ข) ก็ต้องกลับไปดูว่าทำไมถึงไม่มีการยึด หรือว่ามีการยึดแล้วแต่ความดันในระบบนั้นสูงเกินกว่าที่แรงยึดจะต้านเอาไว้ได้ แต่ที่ได้รับแจ้งกลับมาคือเป็นกรณี (ก) 

 

ในกรณี (ก) นี้มีประเด็นที่ต้องพิจารณาคือ

๑. การแตกนั้นเกิดที่ความดันใช้งานปรกติ หรือ

๒. การแตกนั้นเกิดที่ความดัน “สูงกว่า” ความดันใช้งานปรกติ

ในกรณีของการแตกที่เกิดขึ้นที่ความดันใช้งานปรกตินั้น ก็ต้องไปดูว่าก่อนการใช้งาน หรือระหว่างการใช้งาน มีอะไรไปกระแทกให้ตัว saturator เกิดรอยร้าวหรือเปล่า แล้วรอยร้าวนั้นขยายตัวจนทำให้ตัวเรือน saturator รับความดันไม่ไหวจึงแตกออก

แต่ถ้าเป็นกรณีที่ความดันใน saturator สูงกว่าความดันใช้งานปรกติ ก็ต้องกลับมาพิจารณาดูสาเหตุที่ทำให้ความดันใน saturator สูงผิดปรกติ ซึ่งอาจเกิดจาก

(ก) ระบบจ่ายความดันให้กับ saturator จ่ายความดันตามปรกติ แต่ทางด้านขาออกเกิดการอุดตัน/ไหลไม่สะดวก ทำให้เกิดความดันสะสมใน saturator และ/หรือ

(ข) ระบบจ่ายความดันให้กับ saturator จ่ายความดันสูงกว่าปรกติ และด้านขาออกระบายความดันดังกล่าวไม่ทัน ทำให้เกิดความดันสะสมใน saturator

การที่ความดันด้านขาออกสูงกว่าปรกติก็ต้องไปดูสาเหตุต่าง ๆ ที่คิดว่าทำให้เกิดได้ เช่นอาจเกิดจาก การไม่ได้เปิดวาล์วด้านขาออก การที่วาล์วขาออกเปิดไม่เต็มที่ การอุดตันในท่อขาออก การที่ความดันของระบบด้านขาออกเพิ่มขึ้นสูงผิดปรกติ เป็นต้น

จากการพูดคุยกับผู้ทำการทดลอง ทำให้ทราบว่าความดันแก๊สที่จ่ายให้กับระบบนั้นน่าจะเป็นความดันปรกติ (ประมาณ 1 barg) และระบบก็ไม่ได้มีการอุดตัน ดังนั้นถ้าความดันในระบบเพิ่มสูงขึ้นผิดปรกติก็ไม่น่าจะมีสาเหตุมาจากแหล่งจ่ายแก๊ส โชคดีที่ว่าส่วนใหญ่ของตัว saturator ตรงที่แตกนั้นอยู่ในน้ำที่ใช้เป็นตัวกลางให้ความร้อน ทำให้ไม่มีเศษแก้วกระเด็นไปไกล

ผมสอบถามเขาว่าตัว saturator ที่นำมาใช้มีรอยร้าวอยู่ก่อนหรือเปล่า ซึ่งเขาบอกว่าไม่มี จึงต้องมาพิจารณาประเด็นถัดไปว่าทำไมความดันใน saturator จึงเพิ่มสูงขึ้นได้

saturator ที่เขาใช้นั้นทำการระเหยเอทานอลที่อุณหภูมิประมาณ 70ºC แก๊สพาหะที่เขาใช้ผ่านลงไปในเอทานอลที่เป็นของเหลวที่บรรจุอยู่ใน saturator นั้นเป็นแก๊สผสมระหว่าง อาร์กอนกับออกซิเจน โดยความเข้มข้นของออกซิเจนในแก๊สผสมที่เขาต้องการนั้นคือ "50%"

explosive limit ของเอทานอลในอากาศ (ออกซิเจนเข้มข้น 21%) คือ 3.3-19% autoignition temperature มีค่าประมาณ 363ºC แต่ถ้าความเข้มข้นของออกซิเจนในแก๊สนั้นสูงเกินกว่า 21% การระเบิดจะเกิดได้ง่ายกว่าในอากาศมาก

แต่ที่แย่ก็คือฐานข้อมูลความง่ายในการระเบิดของสารเมื่อความเข้มข้นออกซิเจนสูงเกินกว่า 21% มักจะไม่มี

ดังนั้นถ้าพิจารณาจากส่วนผสมของแก๊สใน saturator แล้ว โอกาสที่จะเกิดระเบิดใน saturator ที่เขาใช้จึงสูงมากขึ้น (แก๊สผสมที่มีออกซิเจน 50% กับเอทานอลที่เป็นทั้งของเหลวและไอ) แต่ก็ยังมีคำถามบางคำถามที่ยังค้างอยู่โดยที่ผมไม่มีคำตอบ คำถามแรกก็คือที่อุณหภูมิการระเหยเอทานอลที่เขาใช้นั้นมันเพียงพอที่จะทำให้สารระเบิดเองได้หรือเปล่า หรือมีปัจจัยอื่นร่วมด้วย

คำถามที่สองก็คือถ้าสาเหตุที่ทำให้ฟลาสก์แตกออกคือการที่ความดันภายในฟลาสก์สูงมากเกินไป แต่ทำไมตัว saturator ถึงระเบิดออก แทนที่จะเกิดการแยกตัวตรง ground joint ระหว่างส่วนลำตัวกับฝาปิด ทั้ง ๆ ที่บริเวณนี้ควรจะเป็นจุดอ่อนที่สุดถ้าหากความดันในระบบสูงมากเกินไป ground joint ชนิดที่เขาใช้เป็นชนิดที่ไม่มีเงี่ยงสำหรับให้สปริงเกี่ยวยึด สิ่งที่เขาทำหลังการประกอบ ground joint เข้าด้วยกันเอาเทฟลอนพันท่อพันปิดตรงรอยต่อเอาไว้เพื่อป้องกันการรั่วไหล ซึ่งถ้าทำเช่นนี้ก็น่าไม่น่าจะทำให้การยึดกันของข้อต่อแน่นหนามากจนแรงดันแก๊สไม่สามารถดันให้หลุดออกจากกันได้ เว้นแต่ ground joint จะยึดติดแน่นกันด้วยสาเหตุอื่น ซึ่งการที่ ground joint ยึดติดแน่นนั้นอาจเกิดจากอุณหภูมิการใช้งานที่สูงจนทำให้จารบีหล่อลื่นแห้ง หรือการที่ไม่ได้ทาจารบีหล่อลื่น หรือตัวสารเคมีที่ใส่ลงไปในฟลาสก์นั้นทำให้ข้อต่อยึดติดกัน หรือเกิดจากการที่ใช้สปริงหรือวัตถุอื่นยึดตรึงส่วนลำตัวและส่วนฝาปิดเอาไว้แน่นหนาเกินไป 

 

อีกตำแหน่งที่เป็นจุดอ่อนคือข้อต่อท่อแก๊สไหลเข้าและไหลออก โดยปรกติถ้าเป็น saturator ที่ทำจากแก้วเรามักจะใช้ท่อพลาสติกเป็นตัวเชื่อมต่อระหว่างตัว saturator กับระบบท่อหลักของอุปกรณ์ (ซึ่งมักเป็นท่อโลหะ) ในกรณีของเขานั้นเขาใช้เพียงสายยางซิลิโคนสวมเอาไว้เท่านั้น โดยไม่มีการใช้อะไรมารัดสายยางให้ยึดแน่น ตรงจุดต่อท่อสายยางนี้ก็เป็นจุดอ่อนอีกจุดหนึ่งที่น่าจะเกิดการหลุดออกก่อนที่ตัว saturator จะแตก

คำตอบที่คิดว่าอาจเป็นไปได้สำหรับคำถามที่สองก็คือ การเพิ่มความดันนั้นเป็นการเพิ่มแบบกระทันหัน (จากการระเบิด) ไม่ใช่แบบค่อย ๆ เพิ่มสูงมากขึ้น ต้องนี้ต้องขอเตือนความจำเอาไว้หน่อยนะว่า ที่ความหนาของภาชนะเท่ากัน ยิ่งภาชนะมีขนาดใหญ่มากเท่าใดก็จะรับความดันได้ลดลง ท่อขนาดเล็กที่เราใช้ในแลปมีผนังบางกว่าท่อใหญ่ แต่ท่อขนาดเล็กรับความดันได้สูงกว่าท่อใหญ่นะ

แม้ว่าจะยังไม่ทราบสาเหตุที่แน่นอน แต่ผมก็ได้แนะนำให้ผู้ทำการทดลองทำการเปลี่ยนแปลงวิธีการทดลองบางส่วน คือหลีกเลี่ยงการใช้แก๊สที่สามารถทำปฏิกิริยากับของเหลวที่บรรจุใน saturator มาเป็นแก๊สพาหะ ในกรณีของเขาควรใช้แต่เพียงอาร์กอนระเหยเอทานอล จากนั้นจึงค่อยผสมออกซิเจนเข้าไปทีหลัง ซึ่งตอนที่ผสมออกซิเจนเข้ากับแก๊สผสม (อาร์กอน + เอทานอล) นั้นปริมาณเอทานอลจะต่ำกว่าปริมาณที่อยู่ใน saturator มาก

ตอนแรกเขาก็บอกว่าที่ผ่านมาก็ทำมาอย่างนี้ (ทำนองว่าก็ไม่เห็นมันเป็นอะไร) ผมก็อธิบายเขาไปว่าการเกิดอุบัติเหตุนั้นเป็นเรื่องปรกติที่มันรอจังหวะและโอกาสว่าทุกอย่างประจวบเหมาะเมื่อไรก็จะเกิด และสิ่งที่เขาปฏิบัตินั้นมันเหมือนกันทุกครั้งหรือไม่ 

 

มันเหมือนกับบางคนที่ขับรถแซงในที่คับขันในถนนที่ไม่ค่อยมีรถ แล้วไม่เกิดอุบัติเหตุ ทั้งนี้เพราะมันไม่มีรถสวนก็เลยรอดตัวไป หรือไม่ก็มีรถสวนแต่อีกฝ่ายหนึ่งยอมหลบให้ก็เลยไม่เป็นไร แต่ถ้ามีรถสวนเมื่อไรและเขาไม่สามารถหลบให้ได้ก็เป็นเรื่อง อุบัติเหตุที่เกิดขึ้นในแลปเราส่วนใหญ่ก็พูดกันว่าก่อนหน้านี้ก็ทำกันแบบนี้ แต่ก็ไม่เห็นเกิดเรื่องอะไร ทำไมมันเพิ่งจะมาเกิดเอาตอนนี้ หลายครั้งที่พอตรวจสอบวิธีการทำงานกันแล้วปรากฏว่ามันไม่เหมือนเดิม ล่าสุดก็คือกรณีของอุบัติเหตุจาก syringe pump ที่เขียนเล่าไปใน memoir เมื่อสัปดาห์ที่แล้ว ซึ่งจะเห็นว่าขั้นตอนการล้างทำความสะอาด line ด้านขาออกนั้นหายไปจากวิธีปฏิบัติปัจจุบัน

เช่นในกรณีนี้ในการที่จะให้ได้แก๊สผสมที่มีออกซิเจน 50% ถ้าเปิดอาร์กอนก่อน ในฟลาสก์ก็จะเต็มไปด้วยอาร์กอนกับเอทานอล (ปลอดภัยดีอยู่) แต่พอเปิดให้ออกซิเจน 100% ไหลเข้ามา ความเข้มข้นของออกซิเจนในฟลาสก์ก็จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ (จากปลอดภัยเข้าสู่ระดับอันตราย) แต่ถ้าเปิดให้ออกซิเจนเข้ามาก่อน ในฟลาสก์จะเต็มไปด้วยแก๊สออกซิเจน 100% ร่วมกับไอระเหยของเอทานอล (ระดับอันตรายมาก) ซึ่งความอันตรายนี้จะค่อย ๆ ลดลง (แต่ยังอยู่ในระดับอันตรายอยู่ดี) เมื่อมีอาร์กอนเข้ามาเจือจาง แต่ที่ผ่านมามีการระบุไว้ในวิธีการทดลองหรือไม่ว่า "ต้อง" ทำอย่างไรก่อนหน้าหลัง และห้าม "สลับ" ขั้นตอนการทำงาน

อีกจุดหนึ่งของระบบดังกล่าวที่ผมคิดว่าควรต้องมีการดัดแปลง คือระบบ tubing ของเขานั้นมีการต่อท่อออกซิเจน 100% ร่วมกับท่อไฮโดรเจน (อันที่จริงผมก็ไม่ทราบนะว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่การระเบิดจะเกิดจากการที่มีไฮโดรเจนบางส่วนรั่วเข้าไปใน saturator) ในโรงงานที่เคยเดินท่อมานั้น ในเครื่องปฏิกรณ์ที่เขาต้องใช้ทั้งไฮโดรเจนในการรีดิวซ์ตัวเร่งปฏิกิริยาและอากาศในการออกซิไดซ์ทำลายต้วเร่งปฏิกิริยา เวลาจะเอาแก๊สตัวไหนเข้าเครื่องปฏิกรณ์เขาจะใช้วิธีต่อท่อแก๊สตัวนั้นเข้า และปลดท่อแก๊สที่ไม่ต้องใช้ออก ทั้งนี้เพื่อไม่ให้ท่ออากาศและท่อไฮโดรเจนมีการเชื่อมต่อกันทางกายภาพ เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการไหลย้อนกลับในระบบท่อได้ (อย่าไว้วางใช้ check valve ว่ามันทำหน้าที่ป้องกันการไหลย้อนกลับได้ 100% มันทำหน้าที่เพียงแค่ป้องกันไม่ให้เกิดการไหลย้อนกลับ "ในปริมาณมาก" มันไม่ได้รับประกันว่าจะไม่มีการไหลย้อนกลับ "แบบรั่วซึม" เอาไว้จะเขียนเรื่องนี้แยกเป็นเรื่องหนึ่งอีกที)

บันทึกฉบับนี้ไม่ได้สรุปว่าอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นเมื่อวันเสาร์ที่ผ่านมานั้นเกิดจากอะไร เพียงแต่ต้องการให้ตัวอย่างแนวทางในการพิจารณาว่าเมื่อเกิดอุบัติเหตุแล้วเราควรมองภาพให้กว้างที่สุดเท่าที่จะได้ อย่างเพิ่งด่วนสรุป เพราะบางครั้งการเกิดนั้นเกิดจากสาเหตุหลายอย่างร่วมกันในเวลาเดียวกัน (ไม่จำเป็นต้องเกิดจากสาเหตุเดียว) และสาเหตุต่าง ๆ ก็ไม่ได้มีจำกัดเพียงแค่ที่ผมเขียน (ผมเขียนในเวลาจำกัดด้วยข้อมูลที่จำกัด) พวกที่คุณที่อ่านอาจมองเห็นความเป็นไปได้อื่นนอกเหนือจากที่ผมเขียนก็ได้ และถ้าหากมีข้อมูลพิจารณาเพิ่มเติมก็อาจทำให้ได้ข้อสรุปที่แตกต่างไปจากนี้ก็ได้ ดังนั้นเวลานำไปปรับใช้กับเหตุการณ์อื่นก็ต้องพิจารณาด้วยว่าสาเหตุไหนที่ไม่น่าจะมีความเป็นไปได้หรือเป็นไปได้เพิ่มเติมด้วย

สาเหตุสุดท้ายที่ผมคุยกับเขาเมื่อวานตอนเย็นก็คือ ถ้าหากเหตุผลทางวิทยาศาสตร์มันไม่สามารถอธิบายได้ ก็คงต้องใช้เหตุผลเหนือวิทยาศาสร์ (ก็คือทางไสยศาสตร์นั่นแหละ) เช่นมีมือที่มองไม่เห็น (ด้วยตาเปล่า) มาทำให้มันแตกหรือเปล่า ดังนั้นจึงควรไปตรวจสอบภาพจากกล้องวงจรปิดดูด้วยว่าในขณะที่เกิดเหตุนั้นแน่ใจหรือเปล่าว่ามีเพียงแต่เขาอยู่ในห้องแลป แม้ว่าเขาจะมั่นใจว่ามีเขาเพียง "คน" เดียวอยู่ในห้องแลป ซึ่งผมก็ไม่เถียงเพราะเขาเป็น "คน" แต่ไม่ได้หมายความว่าในห้องแลปจะมีแต่ "คน" เพราะเรามักเห็นหรือได้ข่าวเป็นประจำเกี่ยวกับบุคคลที่ไม่มีใครมองเห็นแต่ชอบปรากฏตัวในภาพถ่าย จะเรียกว่าพวกเขาเหล่านี้ว่าเป็นพวกบ้ากล้องได้หรือเปล่าเนี่ย ทั้ง ๆ ที่ไม่มีใครเชื่อว่าเขานั้นเป็น "คน"