ถังเก็บโทลูอีนระเบิดจากไฟฟ้าสถิตขณะเก็บตัวอย่าง MO Memoir : Tuesday 30 March 2564

สภาพอากาศบ้านเรานั้นความชื้นในอากาศค่อนข้างสูง อาจจะมียกเว้นบ้างในบางท้องถิ่นในช่วงเวลาหน้าหนาวที่อากาศค่อนข้างแห้ง (คือมีความชื้นในอากาศต่ำ) ปริมาณความชื้นในอากาศมีบทบาทสำคัญในการป้องกันไม่ให้เกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิต ดังจะเห็นได้จากบางครั้งที่เราเดินไปมาอยู่ในอาคารที่ปรับอากาศ การขัดสีระหว่างเสื้อผ้ากับลำตัวหรือระหว่างรองเท้ากับพื้นทางเดิน ก็ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสมอยู่ในตัวเราได้ และถ้ามีมากพอ พอเรายื่นมือจะไปสัมผัสกับสิ่งที่เป็นโลหะ (เช่น ราวบันได ลูกบิดประตู หรือก๊อกน้ำ) ก็จะเกิดประกายไฟฟ้าสถิตกระโดยระหว่างตัวเรากับสิ่งที่เราจะยื่นมือไปสัมผัสนั้น ทำเกิดอาการสะดุ้งขึ้นได้

ในประเทศที่มีอากาศหนาวในช่วงหน้าหนาวที่อากาศแห้งมาก การทำงานเกี่ยวกับวัตถุไวไฟในช่วงเวลาดังกล่าวจึงต้องระวังการเกิดประกายไฟฟ้าจากไฟฟ้าสถิตนี้ให้มากขึ้นอีก เพราะถ้ามีไอผสมระหว่างเชื้อเพลิงกับอากาศในสัดส่วนที่พอเหมาะอยู่ในบริเวณนั้น ประกายไฟนี้ก็สามารถจุดระเบิดไอผสมนั้นได้ ดังเช่นเหตุการณ์นี้ที่เกิดขึ้น ณ โรงงานแห่งหนึ่งในเมือง Okayama ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๒๖ มกราคม ค.ศ. ๑๙๗๖ (พ.ศ. ๒๕๑๙) ซึ่งก็เป็นช่วงฤดูหนาวที่อากาศแห้ง

เรื่องเล่าในวันนี้นำมาจากเว็บ http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200044.html เรื่อง "Explosion of a toluene tank due to static electricity on sampling" เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในขณะที่โอเปอเรเตอร์ทำการเก็บตัวอย่างโทลูอีน (C₆H₅-CH₃) จากถังเก็บ ด้วยการหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่าง (sampling thief) ผ่านทางช่องเปิด (gauge hatch) ที่อยู่ทางด้านบนของถัง (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ ภาพจำลองสถานที่เกิดเหตุ (บทความไม่ได้ให้รูปไว้ แต่คิดว่าน่าจะเป็นทำนองนี้)

การเก็บตัวอย่างเริ่มจากการที่โอเปอร์เรเตอร์ขึ้นไปบนหลังคาถัง เปิดฝาช่องสำหรับหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่าง (gauge hatch) เพื่อหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่าง (sampling thief) โดยครั้งแรกเป็นการเก็บตัวอย่างที่ระดับก้นถังก่อน (ภาชนะเก็บตัวอย่างจะมีฝาปิดอยู่ และเมื่อหย่อนลงไปถึงระดับที่ต้องการก็จะเปิดฝานั้นเพื่อให้ของเหลวไหลเข้าไปในภาชนะนั้น ทำให้สามารถการเก็บตัวอย่างที่ระดับความลึกต่าง ๆ กันได้ ซึ่งเป็นการตรวจสอบความสม่ำเสมอของคุณภาพของเหลวที่อยู่ในถังเก็บนั้น) เมื่อได้โทลูอีนที่ก้นถังแล้ว โอเปอร์เรเตอร์ก็สาวเชือก (ทำจากฝ้าย) ดึงเอาภาชนะเก็บตัวอย่างนั้นกลับขึ้นมา "อย่างรวดเร็ว" แล้วเทใส่ขวดแก้วโดยในระหว่างการทำงานนี้โอเปอร์เรเตอร์สวม "ถุงมือยาง" อยู่

ในขณะทำการเก็บตัวอย่างครั้งที่สอง พอหย่อนภาชนะเก็บตัวอย่างลงไปใกล้ถึงระดับของเหลว ก็เกิดการระเบิดขึ้น ทำให้ถังเกิดความเสียหายและมีผู้ได้รับบาดเจ็บ ๑ ราย (ก็คงเป็นโอเปอร์เรเตอร์ที่เก็บตัวอย่างอยู่บนฝาถัง)

สาเหตุของการระเบิดเกิดจากประกายไฟที่เกิดจากไฟฟ้าสถิตตรงบริเวณ gauge hatch ที่ไปจุดไอผสมระหว่างไอระเหยของโทลูอีนกับอากาศเหนือผิวของเหลวในถัง

เนื้อหาในบทความก็มีเพียงแค่ที่บรรยายมาข้างต้น สำหรับคนที่ทำงานอยู่ในสายงานนี้อยู่แล้วก็คงจะเห็นภาพหมดแล้วว่าเหตุการณ์เป็นอย่างไร แต่เพื่อให้ผู้ที่กำลังศึกษาอยู่ได้มีความเข้าใจมากขึ้นก็เลยจะขอขยายความเพิ่มเติมอีก

การเกิดไฟฟ้าสถิตเกิดได้เมื่อมีการเสียดสีหรือการเคลื่อนที่ระหว่างกันระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิว ที่เป็นไปได้ทั้งแก๊สกับหยดของเหลว หรือแก๊สกับพื้นผิวของแข็ง การเสียดสีกันระหว่างพื้นผิวของแข็ง (เช่นรองเท้าพื้นยางที่เดินอยู่บนพื้นที่เป็นฉนวน เสื้อผ้าที่ทำจากเส้นใยสังเคราะห์ที่โมเลกุลมีความเป็นขั้วต่ำ และเสียดสีกับร่างกายเราในขณะที่เคลื่อนไหว) การไหลของของเหลวในท่อ (เช่นไฮโดรคาร์บอนไหลไปตามท่อ) หรือของเหลวต่างเฟสที่ไม่ผสมเข้าด้วยกัน (เช่นหยดน้ำที่ปนอยู่ในน้ำมัน) ของเหลวที่มีขั้วจะถ่ายเทไฟฟ้าสถิตได้ดีกว่าของเหลวที่ไม่มีขั้ว การสะสมไฟฟ้าสถิตในของเหลวที่มีขั้วจึงต่ำกว่า โลหะเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี แต่ถ้าโลหะนั้นไม่มีการต่อลงดิน (คือไม่มีช่องทางให้ถ่ายเทประจุไฟฟ้าลงสู่พื้นดินได้) ไฟฟ้าสถิตก็สามารถสะสมบนตัวโลหะนั้นได้ ถ้าการเสียดสีนั้นรุนแรง การเกิดประจุไฟฟ้าสถิตย์นั้นก็จะมากขึ้น

ในเหตุการณ์นี้ตัวภาชนะเก็บตัวอย่างเป็นโลหะ (ที่นำไฟฟ้า) ผูกอยู่กับเชือกที่ทำจากฝ้าย (โมเลกุลเส้นใยเซลลูโลสมีความเป็นขั้วสูง) ถูกหย่อนลงในโทลูอีน (โมเลกุลที่ไม่มีขั้ว) เมื่อเก็บตัวอย่างได้แล้วโอเปอร์เรเตอร์ก็ทำการดึงเอาภาชนะเก็บตัวอย่างขึ้นบน "อย่างรวดเร็ว" (มีการเสียดสีที่รุนแรงที่เป็นปัจจัยทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสม) แต่ด้วยการที่โอเปอร์เรเตอร์สวมถุงมือยาง (ที่ไม่นำไฟฟ้า) บวกกับการสาวเชือกกลับคืนที่เร็ว จึงทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตสะสมและไม่สามารถถ่ายเทออกไปได้ และอาจเป็นไปได้ด้วยว่าทั้งตัวเชือกและภาชนะนั้นไม่ได้มีการสัมผัสกับส่วนที่เป็นโลหะของถังเก็บ จึงทำให้ไม่มีการถ่ายเทประจุไฟฟ้าสถิตย์ลงดินผ่านถังเก็บ การเทโทลูอีนออกจากภาชนะเก็บตัวอย่างสู่ขวดรองรับ (การไหลของเหลวที่เป็นโมเลกุลไม่มีขั้วผ่านพื้นผิวโลหะ) ก็ทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตสะสมได้อีก และเมื่อทำการหย่อนภาชนะบรรจุลงไปในถังใหม่เพื่อเก็บตัวอย่างเพิ่มเติม ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่าทำด้วยการปล่อยให้สายเชือกนั้นลื่นไถลผ่านมือที่สวมถุงมือยางลงไปในถัง (มีการเสียดสีระหว่างเชือกกับถุงมือยาง) ก็ทำให้เกิดการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตเพิ่มมากขึ้นอีก จนกระทั่งมีความต่างศักย์มากพอที่จะเกิดประกายไฟข้ามระหว่างเชือกและฝาช่องเก็บตัวอย่าง (ที่เป็นโลหะและมีการต่อลงดิน)

โทลูอีนแม้ว่าเป็นของเหลวที่มีจุดวาบไฟต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง แต่ด้วยการที่โทลูอีนมีจุดเดือดสูง (ประมาณ 110ºC ซึ่งสูงกว่าจุดเดือดของน้ำอีก) ดังนั้นการเก็บโทลูอีนจึงสามารถเก็บใน cone roof tank แบบธรรมดาได้ ถังแบบนี้จะต้องมีช่องระบายอากาศ (vent) ที่ยอมให้อากาศไหลเข้าได้เมื่อสูบของเหลวออกจากถัง (เป็นการป้องกันไม่ให้เกิดสุญญากาศในถัง) และให้ไอโทลูอีนระบายออกเมื่อบรรจุของเหลวเข้าไปในถัง (เป็นการป้องกันไม่ให้ความดันในถังสูงเกิน) ดังนั้นอากาศจึงสามารถเข้าไปผสมกับไอโทลูอีนในถังได้ในจังหวะที่มีการสูบของเหลวออกจากถัง และด้วยการที่ไอโทลูอีนนั้นหนักกว่าอากาศ บริเวณที่มีการผสมกันจนมีความเข้มข้นพอเหมาะสำหรับการจุดระเบิดจึงเป็นด้านบนใกล้ฝาถัง ซึ่งในที่นี้ก็คือบริเวณช่องเปิด

ประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจแต่รายงานไม่ได้กล่าวถึงก็คือ การเก็บตัวอย่างก่อนหน้านั้นปรกติกระทำอย่างไรจึงไม่เกิดการระเบิด แล้วในวันที่เกิดเหตุนั้นมีการกระทำใดที่แตกต่างไปจากก่อนหน้านี้หรือไม่ และถ้าไม่แตกต่างกันก็ต้องหาว่าทำไมก่อนหน้านี้จึงไม่เกิดเรื่องขึ้น (คือมีปัจจัยอะไรที่แตกต่างกันอยู่) และถ้าไม่เหมือนกันก็ต้องดูว่าเกิดความผิดพลาดได้อย่างไร

Electrophilic substitution ตำแหน่งที่ 2 บนวงแหวนเบนซีน ตอน ผลของอุณหภูมิการทำปฏิกิริยา MO Memoir : Thursday 21 January 2564

ปฏิกิริยา electrophilic substitution ตำแหน่งที่ 2 บนวงแหวนเบนซีนนั้นมีเรื่องเข้ามาเกี่ยวข้อง 2 เรื่องด้วยกัน เรื่องแรกคือการแทนที่ครั้งที่สองนี้จะเกิดได้ง่ายกว่าหรือยากกว่าเมื่อเทียบกับการแทนที่ครั้งแรกของวงแหวนเบนซีน และเรื่องที่สองก็คือตำแหน่งที่จะเกิดการแทนที่ครั้งที่สองว่าจะอยู่ที่ตำแหน่งไหนเมื่อเทียบกับตำแหน่งการแทนที่ครั้งแรก

สิ่งที่เราเห็นกันในตำราอินทรีย์เคมีนั้นก็คือ ถ้าหมู่ที่มาเกาะหมู่แรกนั้นเป็นหมู่ที่สามารถจ่ายอิเล็กตรอนให้กับวงแหวนเบนซีนได้ การแทนที่ครั้งที่สองชอบที่จะเกิดที่ตำแหน่ง ortho (หรือ 1,2-) หรือ para (หรือ 1,4-) มากกว่าที่ตำแหน่ง meta (หรือ 1,3-) ด้วยเหตุผลที่ว่าประจุ + ของ carbocation ที่เป็นสารมัธยันต์ (intermediate) ระหว่างการเกิดปฏิกิริยานั้นสามารถถูกสะเทิน (ได้บางส่วน) จากการจ่ายอิเล็กตรอนของหมู่แรกที่มาเกาะก่อน (รูปที่ ๑) ทำให้สารมัธยันต์ตัวนี้มี "เสถียรภาพ" สูงกว่ากรณีของการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta ที่หมู่ที่สามารถจ่ายอิเล็กตรอนนั้นไม่มีโอกาสที่จะจ่ายอิเล็กตรอนเพื่อลดทอนความเป็น + ของ carbocation

แต่ถ้าหมู่แรกที่มาเกาะนั้นเป็นหมู่ที่ดึงอิเล็กตรอนออกจากวงแหวน การแทนที่ครั้งที่สองชอบที่จะเกิดที่ตำแหน่ง meta มากกว่า เพราะประจุ + ของ carbocation นั้นจะไม่เคลื่อนย้ายไปตรงกับอะตอม C ที่มีหมู่ดึงอิเล็กตรอนเกาะอยู่ (รูปที่ ๒) จึงไม่เกิดการผลักกันของอะตอมที่มีประจุ +

รูปที่ ๑ ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วย electrophile (สารที่ชอบอิเล็กตรอน) บนวงแหวนเบนซีนของโทลูอีน การแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho- หรือ para- ทำให้ตำแหน่งที่เป็นประจุบวกของ carbocation ที่เกิดขึ้นเคลื่อนย้ายไปตรงตำแหน่งอะตอม C ที่มีหมู่ -CH₃ เกาะอยู่ ทำให้หมู่ -CH₃ สามารถจ่ายอิเล็กตรอนชดเชยความเป็นบวก carbocation จึงมีเสถียรภาพสูงกว่า (หรือมีพลังงานต่ำกว่า) กรณีการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta ที่หมู่ -CH₃ ไม่สามารถจ่ายอิเล็กตรอนชดเชยความเป็นบวก

รูปที่ ๒ ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วย electrophile บนวงแหวนเบนซีนของไนโตรเบนซีน การแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho- หรือ para- ทำให้ตำแหน่งที่เป็นประจุบวกของ carbocation ที่เกิดขึ้นเคลื่อนย้ายไปตรงตำแหน่งอะตอม C ที่มีหมู่ -NO₂ เกาะอยู่ แต่ด้วยการที่อะตอม N ของหมู่ -NO₂ นั้นมีความเป็น + อยู่แล้ว จะทำให้เกิดการผลักกันระหว่างอะตอมที่มีความเป็น + สองอะตอม carbocation จึงมีเสถียรภาพต่ำกว่า (หรือมีพลังงานสูงกว่า) กรณีการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta ที่ไม่เกิดการผลักกันของอะตอมที่มีความเป็น + สองอะตอม

เวลาที่เจอคำว่า "เสถียรภาพ" (หรือ stability) ในตำราอินทรีย์เคมี มักจะหมายถึงเสถียรภาพในสภาพแวดล้อมที่มี "พลังงานต่ำ" โครงสร้างที่ตำราอินทรีย์เคมีบอกว่ามีเสถียรภาพสูงนั้น สามารถทำให้กลายเป็นโครงสร้างที่มีเสถียรภาพต่ำได้ถ้าหากสภาพแวดล้อมนั้นมีพลังงานสูง ซึ่งทำให้โครงสร้างที่มีเสถียรภาพต่ำที่ตำราอินทรีย์เคมีบอกไว้กลายเป็นโครงสร้างที่มีเสถียรภาพสูงแทน ที่เห็นได้ชัดในอุตสาหกรรมคือการสังเคราะห์พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำที่กลไกการเกิดปฏิกิริยาเป็นแบบอนุมูลอิสระ (free radical polymerisation) ในตำราอินทรีย์เคมีนั้นจะบอกว่าอนุมูลอิสระชนิด tertiary จะมีเสถียรภาพสูงสุดในขณะที่อนุมูลอิสระแบบ primary มีเสถียรภาพต่ำสุด แต่ด้วยการใฃ้สภาวะการทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและความดันที่สูง ทำให้อนุมูลอิสระชนิด primary เป็นตัวที่มีเสถียรภาพสูงแทน จึงสามารถเกิดปฏิกิริยาต่อสายโซ่โมเลกุลได้

เมื่อนำปฏิกิริยาจากตำราอินทรีย์เคมีมาใช้เพื่อการผลิตในระดับภาคอุตสาหกรรม มักจะมีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการทำปฏิกิริยาหลายอย่าง เช่นการใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นเพื่อเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา การทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊ส ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยแก้ปัญหาเรื่องการผสมกันถ้าหากสารตั้งต้นประกอบด้วยโมเลกุลมีขั้วกับไม่มีขั้วที่จะไม่ผสมเข้าด้วยกันในเฟสของเหลว และการใช้กรดที่เป็นของแข็งแทนการใช้กรดที่เป็นของเหลว ทั้งนี้เพื่อลดปัญหาการกัดกร่อนอุปกรณ์และเพิ่มความสะดวกในการแยกออกจากผลิตภัณฑ์

ด้วยเหตุนี้เมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้นจริง จึงดูเหมือนว่าสิ่งที่พบนั้นแตกต่างไปจากที่กล่าวเอาไว้ในตำรา แต่ถ้าจะพิจาณากันจริง ๆ แล้วมันก็ยังใช้ความรู้ที่ปรากฏในตำรา เพียงแต่เวลาที่เราจะสรุปนั้น เราพึงต้องมองให้เห็นว่าข้อสรุปที่ปรากฏในตำรานั้นขึ้นอยู่บนข้อสมมุติอะไรที่ไม่ได้มีการกล่าวไว้ ตรงนี้เรามาลองดูตัวอย่างปฏิกิริยา alkylation ของโทลูอีนด้วยเมทานอล (รูปที่ ๓) และปฏิกิริยา nitration ของ chlorobenzene (รูปที่ ๔) ที่มีการรายงานไว้ในบทความวิชาการ อยากให้ลองพิจารณาผลของอุณหภูมิที่มีต่อการเกิดการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta

รูปที่ ๓ ปฏิกิริยา alkylation โทลูอีนด้วยเมทานอล จากบทความเรื่อง "Alkyation of toluene with methanol over alkali exchanged ZSM-5" โดย H. Vinek, M. Derewinski, G. Mirth และ J.A Lercher, Applied Catalysis, 68(1991) 277-284

ทั้ง -CH₃ และ -Cl ต่างเป็น ortho และ para directing group ต่างกันที่ -CH₃ เป็น ring activating group ในขณะที่ -Cl เป็น ring deactivating group ผลของอุณหภูมิที่มีต่อการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta ในปฏิกิริยา nitration ในรูปที่ ๔ นั้นเห็นไม่ชัดเจนเท่าใดนัก เพราะปฏิกิริยาเกิดในเฟสของเหลวและช่วงอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาไม่ได้แตกต่างกันมาก แต่ก็พอสังเกตได้อย่างหนึ่งว่าเมื่ออุณหภูมิการทำปฏิกิริยาสูงขึ้น การเกิดการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta มีการเพิ่มขึ้นเล็กน้อย

ผลการทดลองที่รายงานไว้ในรูปที่ ๓ ที่เป็นปฏิกิริยาเกิดในเฟสแก๊สและมีช่วงอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่แตกต่างกันมากจะเห็นการเปลี่ยนแปลงสัดส่วนการเกิดการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta อย่างชัดเจน นั่นเป็นเพราะในสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานสูงนั้น ปฏิกิริยาที่ต้องการพลังงานกระตุ้นที่สูงจะเกิดได้ดีขึ้น สัดส่วนโมเลกุล (สารมัธยันต์) ที่มีพลังงานในตัวสูงจะเพิ่มมากขึ้น ทำให้ปฏิกิริยาที่ไม่เห็นการเกิดที่อุณหภูมิต่ำนั้นมาปรากฏให้เห็นได้ที่อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่สูง

 

รูปที่ ๔ ปฏิกิริยา nitration ของ chlorobenzene จากบทความเรื่อง "Effect of process conditions on formation of isomers in nitration of chlorobenzene" โดย Harold H. Bieber และ W. Fred Schurig, Industrial and Engineering Chemistry, vol 49 no. 5 May 1957, 832-837.

ปฏิกิริยา alkylation ของโทลูอีนด้วยเมทานอลโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งที่มีรูพรุนขนาดเล็กเช่น molecular sieve บางชนิดนั้นอาจแตกต่างไปจากตัวอย่างที่นำมาให้ดูนี้ได้ นั่นเป็นเพราะว่าปฏิกิริยาที่เกิดนั้นเป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ แต่ผลิตภัณฑ์ที่จะแพร่ออกจากรูพรุนขนาดเล็กระดับโมเลกุลได้นั้นจำเป็นต้องมีรูปร่างโมเลกุลที่เหมาะสมด้วย โมเลกุลที่มีรูปร่างยาวดังเช่นโครงสร้างแบบ para นั้นสามารถแพร่ผ่านรูพรุนขนาดเล็กได้ดีกว่าโมเลกุลที่มีรูปร่างกลมกว่า (เช่นพวกโครงสร้างแบบ ortho หรือ meta) จึงทำให้เห็นค่าการเลือกเกิดผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างแบบ para นั้นอยู่ที่ระดับสูงได้แม้ว่าจะมีการเพิ่มอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาให้สูงขึ้นมากก็ตาม

สิ่งที่เรียกว่าการค้นพบใหม่หรือองค์ความรู้ใหม่นั้น อาจจะเป็นเพียงแค่ตัวอย่างใหม่ของการประยุกต์ใช้งานองค์ความรู้พื้นฐานที่มีอยู่เดิมแค่นั้นเอง ขึ้นอยู่กับว่าเรามีความเข้าใจองค์ความรู้พื้นฐานนั้นดีแค่ไหนเท่านั้นเอง

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๑ (ตอนที่ ๕) MO Memoir : Monday 16 September 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เป็นบันทึกการสนทนาสั้น ๆ ที่ได้พูดคุยกันไปเมื่อช่วงบ่ายวันนี้

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๑ (ตอนที่ ๔) MO Memoir : Saturday 14 September 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog
 

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เป็นตัวอย่างการทดลองนำเอาข้อมูลการทดลองที่มีอยู่มาหาค่า kinetic parameter ของปฏิกิริยา Toluene oxideation ของระบบเดี่ยว (ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์โทลูอีนเพียงอย่างเดียว) และระบบที่มีปฏิกิริยา SCR (Selective Catalytic Reduction) ร่วมด้วย

 

UVCE case 4 BST 2555(2012) MO Memoir : Tuesday 11 September 2561

"... พังหมด พังหมดคือ พนักงานทั้งกะไปหมดแล้ว เหลือไอ้น้องคนเดียวที่ ที่บอกให้เฝ้าอยู่ที่ที่ ในห้อง control room เนี่ย ซึ่งตอนนี้เขาสติแตกแล้ว ..."
 

วันเสาร์ที่ ๕ พฤษภาคม พ.ศ. ๒๕๕๕ เวลาประมาณ ๑๕.๑๓ น. เกิดการระเบิดที่โรงงานผลิตยางสังเคราะห์ของบริษัท BST ระเบิด ภาพจากกล้องวงจรปิดของโรงงานข้างเคียงและความเสียหายจากแรงระเบิดที่เกิดกับอาคารที่อยู่ห่างจากจุดระเบิดกว่า ๑ กิโลเมตรแสดงว่าการระเบิดดังกล่าวเป็นการระเบิดแบบ Unconfined Vapour Cloud Explosion (UVCE) และจัดเป็น UVCE ครั้งที่ ๔ ที่เกิดขึ้นในประเทศไทย จากรายงานข่าว อุบัติเหตุครั้งนั้นมีผู้เสียชีวิตรวมกันทั้งสิ้น ๑๑ ราย (ตัวเลขยอดผู้เสียชีวิตของแต่ละแหล่งข่าวไม่เหมือนกัน ในที่นี้ขออิงตัวตัวเลขที่ปรากฏในรูปที่ ๑ ข้างล่าง)
 

เท่าที่ผมได้รับฟังมาคือ อุบัติเหตุครั้งนี้มีทีมสอบสวน ๓ ทีมที่มีวัตถุประสงค์ในการสอบสวนต่างกัน ทีมแรกเป็นของเจ้าหน้าที่ตำรวจที่ต้องหาว่าใครเป็นผู้กระทำผิดเพราะมันทำให้มีการเสียชีวิตและบาดเจ็บ และทรัพย์สินของบุคคลภายนอกโรงงานได้รับความเสียหาย ทีมที่สองเป็นของบริษัทต่างชาติเจ้าของเทคโนโลยีที่เข้ามาสอบสวนว่าอุบัติเหตุดังกล่าวเกิดจากความผิดพลาดในการออกแบบโรงงานหรือไม่ และทีมที่สามที่ได้รับการว่าจ้างมาต่างหากที่เข้ามาสอบสวนว่าทำไมระบบการทำงานจึงมีความผิดพลาดหรือเปิดช่องว่างให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้ ที่ผมทราบว่ามี ๓ ทีมก็เพราะได้รับฟังจากวิศวกรท่านหนึ่งที่เป็นหนึ่งในทีมที่สามนี้

รูปที่ ๑ ภาพสไลด์ที่ได้จากการฟังการบรรยายในเดือนมิถุนายน ๒๕๕๖
 

รายงานการสอบสวนนั้นออกมาเป็นอย่างไรและมีการเปิดเผยหรือไม่นั้น ทางผมเองก็ไม่ทราบ และถึงแม้จะมีการเปิดเผยแต่จะไปหาข้อมูลได้จากไหนก็ไม่ทราบเหมือนกัน แม้แต่ข้อมูลที่ได้รับฟังมานั้นแม้ว่าฟังเผิน ๆ จะดูดี แต่ถ้าพิจารณาให้ละเอียดจะเห็นว่ามีอะไรบางอย่างขาดหายไป ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งการที่ผู้เล่าไม่ทราบข้อมูลโดยละเอียดหรือไม่ประสงค์จะบอกรายละเอียด แต่ถึงกระนั้นก็ยังเห็นว่าด้วยข้อมูลพอหาได้นั้น ยังพอที่จะนำมาใช้เป็นบทเรียนในการตั้งคำถามเพื่อใช้ศึกษาการวิเคราะห์หาสาเหตุของอุบัติเหตุ และการหาทางป้องกันไม่ให้มันเกิด 
  

ในการวิเคราะห์นั้นจะพยายามแยกข้อมูลออกเป็น "สิ่งที่เกิดขึ้นจริง" และ "สิ่งที่อนุมาน (คือการคาดคะเน) ขึ้นจากสิ่งที่เกิดขึ้นจริง" และจากข้อมูล "สิ่งที่เกิดขึ้นจริง" ที่มีปรากฏนั้นอาจทำให้เราสามารถตั้งสมมุติฐานได้หลายข้อ ซึ่งแม้ว่าตอนนี้จะไม่มีคำตอบว่าสมมุติฐานข้อไหนถูกข้อไหนผิดเนื่องจากไม่มีการเปิดเผยข้อมูลรายละเอียดที่ถูกต้องของเหตุการณ์ แต่ก็เห็นว่าน่าจะเป็นประโยชน์สำหรับการศึกษาการวิเคราะห์หาสาเหตุของอุบัติเหตุและการหาทางป้องกัน

เราลองมาดูกันก่อนว่าเรามีข้อมูลอะไรบ้างที่มีการเปิดเผยและออกข่าวที่น่าจะได้รับการจัดเป็น "สิ่งที่เกิดขึ้นจริง" ซึ่งตรงนี้ผมเห็นว่ามีอยู่ ๓ เรื่องด้วยกันดังนี้
 

๑. คลิปจากกล้องวงจรปิดของโรงงานข้างเคียงแสดงให้เห็นว่ามีการระเบิดที่มีขนาดใหญ่และรุนแรง มีลักษณะของเปลวไฟที่เกิดจากบริเวณหนึ่งและลามไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งที่เป็นตำแหน่งที่เกิดการระเบิดอย่างรุนแรง (ดูคลิปวิดิทัศน์และรูปที่ ๕-๑๒ ประกอบ) และรายงานความเสียหายที่เกิดกับโรงงานที่อยู่ห่างจากจุดเกิดเหตุกว่า ๑ กิโลเมตร ก็ยืนยันความรุนแรงของการระเบิดดังกล่าว แสดงให้เห็นว่าการระเบิดน่าจะเป็นแบบ UVCE
 

๒. ภาพข่าวขณะเกิดเพลิงไหม้และภาพความเสียหายที่ปรากฏนั้นไม่มีการแสดงให้เห็นถึงรูปแบบเปลวเพลิงที่เกิดจากการรั่วไหลออกเชื้อเพลิงออกจากระบบที่มีความดันสูง (ที่ควรมีลักษณะที่ฉีดพุ่งออกมา) แต่เป็นลักษณะเหมือนกับไฟที่เกิดจากเชื้อเพลิงที่รั่วจากระบบความดันต่ำหรือไม่มีความดัน และเชื้อเพลิงที่แผ่กระจายไปบนพื้น
 

๓. เพลิงไหม้นั้นมีโทลูอีน (Toluene C₆H₅-CH₃ หรือที่นักเรียนมัธยมในปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ methyl benzene) เกี่ยวข้องด้วย
 

จากข้อมูลที่มี เราจะลองพิจารณากันไปเรื่อย ๆ โดยเริ่มจากโทลูอีนก่อน คำถามก็คือโทลูอีนมันมาปรากฏอยู่ในเหตุการณ์ได้อย่างไร ซึ่งคำตอบของคำถามนี้ก็ได้มาจากหน้าเว็บของบริษัท (รูปที่ ๒ ที่ได้มาเมื่อวันอาทิตย์ที่ผ่านมา) ที่กล่าวว่าบริษัทดังกล่าวมีการผลิตยางสังเคราะห์อยู่ ๒ ชนิด ชนิดแรกคือยาง Sytrene Butadiene Rubber หรือที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า SBR และชนิดที่สองคือยางบิวทาไดอีนที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า BR (หรืออาจเรียกว่ายาง polybutadiene rubber ก็ได้)
 

ยาง SBR นั้นใช้สไตรีน (styrene C₆H₅-CH=CH₂) และบิวทาไดอีน (butadiene H₂C=CH-CH=CH₂) เป็นสารตั้งต้น กระบวนการผลิตยาง SBR นั้นหน้าเว็บของบริษัทไม่ได้ให้รายละเอียดไว้เป็นการทำปฏิกิริยาในเฟสอะไร แต่เท่าที่ค้นข้อมูลได้จากสิทธิบัตรต่าง ๆ มักจะกล่าวว่าเป็นการทำปฏิกิริยาใน emulsion phase กล่าวคือใช้น้ำเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยา เนื่องจากน้ำเป็นโมเลกุลมีขั้วในขณะที่ทั้งสไตรีน (ของเหลวที่อุณหภูมิห้อง) และบิวทาไดอีน (ทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการใช้ความดันช่วย) เป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการใช้สารลดแรงตึงผิวหรือ surfactant ช่วย เพื่อที่จะดึงโมเลกุลสารตั้งต้นทั้งสองเข้าไปในเฟสน้ำเพื่อทำปฏิกิริยากัน ดังนั้นปริมาณสารตั้งต้นที่ละลายเข้าไปในเฟสน้ำได้จึงมีจำกัด
 

ในส่วนของการสังเคราะห์ยางบิวทาไดอีนนั้นการทำปฏิกิริยาเกิดในเฟสสารละลายหรือ solution phase กล่าวคือใช้ตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนที่เฉื่อยซึ่งในที่นี้คือโทลูอีนเป็นตัวกลางในการทำปฏิกิริยาของบิวทาไดอีน โดยบิวทาไดอีนจะลายเข้าไปในโทลูอีนก่อน จากนั้นบิวทาไดอีนก็จะเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์กลายเป็นพอลิเมอร์ด้วยการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยในการเกิดปฏิกิริยา เนื่องจากทั้งโทลูอีนและบิวทาไอดีนต่างเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว บิวทาไดอีนจึงสามารถละลายเข้าไปในโทลูอีนได้มากจนถึงระดับความดันไออิ่มตัว (สมดุลระหว่างอัตราการละลายและอัตราการระเหย) ซึ่งเป็นค่าที่มากกว่าการละลายเข้าไปในเฟสน้ำ

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการผลิตยางบิวทาไดอีน (Butadiene rubber - BR) และยางสไตรีน-บิวทาไดอีน (Styrene-Butadiene rubber - SBR) (จาก http://bst.co.th/product.aspx?cate=2)

ตรงนี้ขอยกตัวอย่างเพิ่มเติมนิดนึงเพื่อให้เห็นภาพสมดุลระหว่างการละลายกับการระเหยออก ลองนึกภาพกรณีของเอทานอลกับน้ำที่แม้ว่าจะสามารถผสมเป็นเนื้อเดียวกันได้ทุกสัดส่วน โดยเอทานอลเป็นสารที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ (ประมาณ 78ºC) ที่ระดับความเข้มข้นเอทานอลต่ำนั้นเรียกได้ว่าเอทานอลระเหยออกมาจากเฟสของเหลวได้ต่ำมาก แต่พอความเข้มข้นเอทานอลสูงขึ้นระดับหนึ่ง เอทานอลจะระเหยออกจากเฟสน้ำได้ดีขึ้น จนไอระเหยของเอทานอลที่อยู่เหนือผิวหน้าน้ำมีความเข้มข้นสูงมากพอจนเราสามารถจุดไฟติดได้
 

ถ้าว่ากันตามข้อมูลที่มี ก็น่าจะเชื่อได้ว่ากระบวนการที่เกิดอุบัติเหตุนั้นคือกระบวนการผลิตยางบิวทาไดอีน 
  

ประเด็นถัดมาคือการระเบิดที่เป็นแบบ UVCE นั้นแสดงว่าต้องมีการรั่วไหลไอเชื้อเพลิงออกมาในปริมาณมาก ซึ่งภาพคลิปวิดิทัศน์จากกล้องวงจรปิดก็แสดงให้เห็นถึงการเกิดเปลวไฟลุกไหม้จากตำแหน่งหนึ่งก่อนทำให้เกิดการระเบิดครั้งใหญ่ที่อีกตำแหน่งหนึ่งในเวลาถัดมา ซึ่งบ่งบอกถึงการที่กลุ่มหมอกไอเชื้อเพลิงนั้นพบกับแหล่งพลังงานจุดระเบิด ทำให้เกิดหน้าคลื่นเผาไหม้ (ที่เรียกว่า flash fire) วิ่งจากจุดนั้นออกมายังจุดรั่วไหล และด้วยความเร็วของหน้าคลื่นเผาไหม้ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ก็เลยทำให้กลายเป็นการระเบิด (detonation หรือ blast) ที่เกิดเป็นลูกไฟดวงใหญ่ลอยขึ้นบน (ดูในคลิป) ตรงนี้มีประเด็นที่เป็นคำถามก็คือไอเชื้อเพลิงที่รั่วไหลออกมาในปริมาณมากและแพร่ไปได้ไกลนั้นคือสารอะไร
 

สิ่งหนึ่งที่ทราบก็คือก่อนหน้านั้นมีโทลูอีนอยู่ในถัง และมีการใช้น้ำล้าง ตรงนี้แสดงว่าทั้งน้ำและโทลูอีนนั้นต่างอยู่ในเฟสของเหลว โทลูอีนมีจุดเดือดประมาณ 110ºC ซึ่งสูงกว่าจุดเดือดของน้ำ นั่นแสดงว่าที่อุณหภูมิเดียวกัน โทลูอีนจะระเหยเป็นไปได้น้อยกว่าน้ำ ประเด็นนี้ทำให้เกิดคำถามว่าการที่โทลูอีนจะแพร่กระจายออกมาเป็นหมอกไอเชื้อเพลิงปกคลุมบริเวณกว้างได้นั้น การรั่วไหลต้องเกิดจากระบบที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของโทลูอีนที่ความดันบรรยากาศ คือต้องสูงเกินกว่า 110ºC ซึ่งถ้าเกิดการรั่วไหลออกสู่บรรยากาศก็จะกลายเป็นไอฟุ้งกระจายออกไปเหมือนกับเวลาที่เราเปิดแก๊สหุงต้ม (ที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องภายใต้ความดัน)

รูปที่ ๓ แผนที่จากรายงานของบริษัทแห่งหนึ่งที่รายงานความเสียหายของอาคารสำนักงานที่อยู่ห่างจากจุดระเบิดประมาณ ๑.๓๖ กิโลเมตร (จุดระเบิดอยู่ทางด้านล่างของภาพ)
 

ในกรณีของการระเบิดที่โรงงาน HDPE ของบริษัท TPI เมื่อปีพ.ศ. ๒๕๓๑ นั้น (ดู UVCE case 1) เฮกเซนที่อยู่ใน reactor นั้นมีการใช้ความดันช่วยทำให้เฮกเซนเป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูง (จุดเดือดเฮกเซนที่ความดันบรรยากาศคือ 68ºC แต่อุณหภูมิภายใน reactor อยู่ที่ประมาณ 80ºC) พอรั่วไหลออกมาสู่บรรยากาศก็เลยกลายเป็นไอฟุ้งกระจายออกไปโดยรอบอย่างรวดเร็ว แต่ในกรณีของโรงงานบริษัท BST นี้ ด้วยว่าไม่มีข้อมูลว่าอุณหภูมิของเหลวในถังก่อนรั่วไหลนั้นมีค่าเท่าใด แต่จากการค้นข้อมูลเทคนิคการผลิตที่ปรากฏในสิทธิบัตรบางฉบับกล่าวเอาไว้ว่า อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาสำหรับการสังเคราะห์ยางบิวทาไดอีนนั้นช่วงที่เหมาะสมอยู่ในช่วงประมาณ 70-80ºC ซึ่งจะว่าไปแล้วต่ำกว่าจุดเดือดของโทลูอีนอีก และด้วยการที่มีการป้อนน้ำเข้าไปในระบบในสภาพที่เป็นของเหลวเพื่อการล้างถังนั้น บ่งบอกเป็นนัยว่าอุณหภูมิของถังที่มีการรั่วไหลนั้นไม่น่าจะสูงนัก (การล้างทำไปเพื่อกำจัดสารละลายโทลูอีนเก่าที่อยู่ในถังจากการทำงานก่อนหน้า)
 

ก่อนเกิดการรั่วไหลนั้น หน่วยดังกล่าวอยู่ในระหว่างการล้างถังที่มีโทลูอีนอยู่ (โดยความเห็นส่วนตัวคิดว่าคงมีบิวทาไดอีนละลายอยู่ในโทลูอีนด้วย) ซึ่งขั้นตอนการล้างถังเพื่อกำจัดสิ่งที่ตกค้างจากการผลิตก่อนหน้านี้ก็เป็นขั้นตอนการปฏิบัติงานตามปรกติ แต่วิธีการปฏิบัติ (หรือที่เรียกเป็นภาษาอังกฤษว่า procedure) นั้นมีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ซึ่งวิธีการเดิมนั้นเป็นอย่างไรก็ไม่ทราบเหมือนกัน แต่ถ้าให้เดาก็ขอเดาว่าคงประกอบด้วยขั้นตอนของ (ดูรูปที่ ๔ ข้างล่างประกอบ)
 

(ก) ระบายของเหลวเดิมที่ค้างอยู่ในถัง (คือโทลูอีนและสิ่งต่าง ๆ ที่ละลายอยู่ในโทลูอีน) ออกทางท่อก้นถัง

(ข) ระบายแก๊สที่อยู่ในถังออก flare

(ค) เติมน้ำเข้ามาให้เต็มถัง ทำการปั่นกวน และระบายน้ำนั้นทิ้งไป

(จ) ทำซ้ำขั้นตอน (ค) ใหม่จนถังสะอาด
 

ถ้าทำตามนี้ หลังการล้างด้วยน้ำสุดท้ายแล้ว ในถังก็ไม่ควรมีแก๊สเชื้อเพลิงอะไรเหลืออยู่ (ถ้ามีการเติมน้ำเข้าไปจนเต็มถังและ/หรือมีการใช้แก๊สเฉื่อยเช่นไนโตรเจนช่วยไล่แก๊สเก่าที่ตกค้างอยู่ออกไปทางท่อ vent) แต่ดูจากกระบวนการแล้วก็น่าจะใช้เวลาอยู่เหมือนกัน

แต่กระบวนการที่ใช้ในวันที่เกิดเหตุนั้นแตกต่างไปจากข้างบน กล่าวคือมีการเปิดวาล์วให้น้ำเข้าถังและเปิดวาล์วก้นถังเพื่อระบายของเหลวในถังออกไป พร้อมกับการเปิดใบพัดกวน โดยคาดว่าถ้าให้น้ำไหลเข้ามากพอถังก็จะสะอาดเหมือนกัน โดยปริมาตรน้ำที่คำนวณไว้ก็คือ 3 เท่าของปริมาตรถัง

รูปที่ ๔ แผนผังของถังที่เกิดการรั่วไหล (อิงจากรูปที่ ๑ และข้อมูลการบรรยายที่ได้รับฟังมา)
 

วิธีการปฏิบัติใหม่นั้นไม่ได้ใช้เป็นครั้งแรกในวันที่เกิดเหตุ แต่มีการใช้มาเป็นระยะหนึ่งแล้ว คือโดยธรรมชาติการทำงานของคนนั้น มักจะพยายามทำให้งานที่ทำอยู่นั้นมันง่ายขึ้น มันเสร็จเร็วขึ้น ดังนั้นขั้นตอนไหนที่เขาเห็นว่าเป็นการเสียเวลาโดยใช่เหตุหรือสามารถใช้วิธีการอื่นที่ทัดเทียมกันแต่ทำได้รวดเร็วกว่า ก็จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงวิธีปฏิบัติเดิม ซึ่งตรงจุดนี้เห็นว่ามีประเด็นที่น่านำไปคิดอยู่บางประเด็นคือ
 

๑. ผู้ปฏิบัติงานทราบวัตถุประสงค์ของแต่ละขั้นตอนของวิธีการเดิมหรือไม่ว่าทำไปทำไม

๒. เมื่อมีการนำเสนอวิธีการปฏิบัติใหม่นั้น มีการพิจารณาความเหมาะสมหรือไม่ การพิจารณานั้นมีการคำนึงถึงประเด็นใดบ้าง ซึ่งส่งผลต่อไปว่าวิธีการปฏิบัติใหม่นั้นได้รับการรับรองให้ใช้ทำงานจริงหรือไม่

๓. ใครเป็นผู้พิจารณาความเหมาะสมและรับรองให้นำไปใช้ปฏิบัติ

๔. กลุ่มผู้ที่พิจารณาความเหมาะสมของวิธีปฏิบัติใหม่นั้น มีความรู้และประสบการณ์เพียงพอหรือไม่

"... สิ่งที่เรารู้ว่าเกิดอะไรขึ้นก็คือ procedure เหลืออยู่ แต่เนื่องจาก process engineer กับ maintance engineering อยู่ในกลุ่ม ๑๑ คนที่ไปแล้ว ..." (๑๑ คนในที่นี้ก็คือกลุ่มผู้เสียชีวิต)

สิ่งที่คาดว่าน่าจะเกิดขึ้นก่อนเกิดเหตุคือ มีการเติมน้ำเข้าถัง ซึ่งอาจเปิดให้น้ำเข้าก่อนเปิดให้ของเหลวไหลออกทางก้นถัง เนื่องจากโทลูอีนไม่ละลายน้ำและน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าโทลูอีน ดังนั้นเมื่อเปิดให้น้ำไหลเข้าไปในถัง น้ำจึงลงไปนอนอยู่ที่ก้นถังโดยโทลูอีนลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำ พอไปเปิดวาล์วที่ก้นถัง ของเหลวที่ไหลออกมาจึงเป็นน้ำ ไม่ใช่โทลูอีน (ที่คงมีสารอื่นละลายอยู่ด้วย) อย่างที่คาดหวัง ประกอบกับมีการปั่นกวนเพื่อช่วยในการทำความสะอาด จึงก่อให้เกิดการระเหยของชั้นไฮโดรคาร์บอนมากขึ้น ไอระเหยของไฮโดรคาร์บอนจึงมาสะสมยังที่ว่างด้านบนของถัง

ตรงประเด็นเรื่องการปั่นกวนแล้วทำให้เกิดการระเหยมากขึ้นนี้ โดยส่วนตัวมองเห็นว่าถ้าเป็นกรณีของโทลูอีนเพียงอย่างเดียว มันไม่ควรจะเกิด ยกตัวอย่างง่าย ๆ ถ้าเราเอาน้ำมาใส่แก้วแล้วเอาช้อนคน น้ำก็ไม่ได้ระเหยออกมาได้เร็วขึ้น เพราะในระบบปิดนั้นมันจะระเหยได้มากน้อยเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับค่าความดันไอที่ภาวะสมดุล ณ อุณหภูมิหนึ่ง แต่ในกรณีของเหลวที่มีแก๊สละลายอยู่ การปั่นกวนสามารถทำให้แก๊สระเหยออกมาจากของเหลวได้ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดก็คือน้ำอัดลมที่มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ละลายอยู่ ถ้าเราเอาน้ำอัดลมที่บรรจุอยู่ในขวดหรือกระป๋องมาเขย่า เราจะพบว่าพอเปิดขวดหรือกระป๋องก็จะมีแก๊สรั่วออกมามากกว่าการที่ขวดหรือกระป๋องน้ำอัดลมนั้นไม่โดนเขย่า ดังนั้นโดยความเห็นส่วนตัวจึงคาดว่าคงมีแก๊สละลายอยู่ในโทลูอีนที่ค้างอยู่ในถัง และการปั่นกวนนั้นก็ไปทำให้แก๊สนั้นระเหยออกมาจากโทลูอีนมาอยู่ในเฟสแก๊สแทน

วิธีปฏิบัติใหม่ที่นำมาใช้นั้นมีการทำกันหลายครั้งโดยไม่เกิดเรื่องราวใด ๆ แต่ในวันที่เกิดเหตุนั้นมีเหตุการณ์ระบบใบพัดกวน (agitator หรือ stirrer) ขัดข้อง ต้องหยุดการทำงานและนำเอาระบบใบพัดกวนออก ซึ่งระบบใบพัดกวนนี้ก็คงเป็นระบบที่มอเตอร์ขับเคลื่อนอยู่ด้านบนของ vessel และในขณะที่ทำการถอดเอาระบบใบพัดกวนออกนั้นเอง ก็เกิดการรั่วไหลของไฮโดรคาร์บอนออกมาในปริมาณมาก สิ่งนี้แสดงว่าทันทีที่ตรวจพบการรั่วไหล ผู้ปฏิบัติงานที่กำลังทำหน้าที่ถอดระบบใบพัดออกนั้นคงไม่สามารถปิดสิ่งที่กำลังถอดออกมาได้ ทำให้การรั่วไหลแผ่ออกไปเป็นบริเวณกว้างจนมีสัญญาณเตือนจากหลายบริเวณดังขึ้น โอเปอร์เรเตอร์ที่อยู่ในห้องควบคุม (control room) จึงออกมาเพื่อจะระงับเหตุการณ์ โดยเหลือเอาไว้เพียงคนเดียวที่จำเป็นต้องนั่งเฝ้าระบบควบคุมในห้องควบคุม ในการบรรยายนั้นกล่าวว่านับจากเวลาที่สัญญาณดังจนถึงเวลาที่เกิดการระเบิดนั้นกินเวลาเพียงแค่สิบวินาทีเศษ
 

สิ่งหนึ่งที่ควรตั้งข้อสังเกตตรงนี้ก็คือ ทำไมก่อนที่จะทำการเปิดตัว vessel (ซึ่งคงเป็นหน้าที่ของฝ่ายซ่อมบำรุง) จึงไม่มีการตรวจสอบว่าใน vessel นั้นมีความดันอยู่หรือไม่ก่อนที่จะลงมือทำงาน
 

อีกเรื่องที่ผมเองยังไม่มีคำตอบที่ชัดเจนก็คือ ตกลงว่าเป็นสารอะไรกันแน่ที่มีการรั่วไหลออกมาในปริมาณมากในรูปของไอที่แผ่กระจายกว้างออกไป แม้ว่าจะเชื่อได้ว่าในขณะนั้นมีโทลูอีนอยู่มากก็จริง แต่การที่ของเหลวที่มีจุดเดือดสูงกว่าอุณหภูมิห้องมากอย่างโทลูอีนจะรั่วไหลออกมาในสภาพเป็นหมอกไอได้นั้น จำเป็นต้องมีอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิจุดเดือดของมันที่ความดันบรรยากาศ ซึ่งตรงนี้ก็ไม่มีข้อมูลว่าในการล้างถังนั้นทำการล้างที่อุณหภูมิเท่าใด

รูปที่ ๕ ภาพช่วงจังหวะเวลาก่อนเกิดการระเบิด ลูกศรชี้บริเวณที่จะสังเกตเห็นเปลวไฟเกิดขึ้นโดยเคลื่อนที่จากทางด้านขวาไปด้านซ้าย

รูปที่ ๖ ช่วงจังหวะนี้จะเห็นเปลวไฟเกิดขึ้นและเคลื่อนที่ในระดับต่ำจากลูกศรทางด้านขวาไปทางด้านซ้าย 

รูปที่ ๗ จุดที่เริ่มเกิดการระเบิดครั้งใหญ่

รูปที่ ๘ เห็นการขยายตัวของลูกไฟ ช่วงนี้เป็นช่วงที่เกิดคลื่นแรงอัดหรือ blast แผ่ขยายออกมา

ผมสงสัยว่าการล้างถังนั้นคงกระทำที่อุณหภูมิห้อง เพราะถ้าระบบอยู่ที่อุณหภูมิสูง ฝ่ายซ่อมบำรุงก็คงไม่คิดจะไปถอดอุปกรณ์ออกจาก vessel ทั้ง ๆ ที่อุณหภูมิในตัว vessel นั้นสูงอยู่ แต่เป็นไปได้ไหมว่าก่อนหน้านี้ก็เคยเกิดเรื่องที่ต้องถอดใบพัดกวน แต่นั่นเป็นตอนที่ยังใช้วิธีปฏิบัติแบบเดิมอยู่ ซึ่งไม่มีปัญหาเรื่องสารไวไฟและมีความดันค้างในถัง จึงไม่พบปัญหาเรื่องมีความดันตกค้างอยู่ในถัง
 

แต่พอเปลี่ยนวิธีปฏิบัติแบบใหม่ที่ทำให้มีสารไวไฟตกค้างในถัง และการปั่นกวนยังทำให้มีสารที่ระเหยได้ง่ายที่ละลายอยู่ในโทลูอีน (ซึ่งอาจเป็นบิวทาไดอีน) ระเหยออกมาจากตัวทำละลายในปริมาณมาก ทำให้ในถังมีความดันสูง พอทำการเปิด vessel จึงเกิดการรั่วไหลออกมาในปริมาณมากอย่างรุนแรงจนไม่สามารถติดตั้งอุปกรณ์ที่กำลังถอดออกมานั้นกลับคืนเพื่อปิดการรั่วไหลได้ทันเวลา โศกนาฏกรรมก็เลยเกิดขึ้น

รูปที่ ๙ ที่ลูกศรชี้ดูเหมือนจะมีบางสิ่งปลิวออกมาเนื่องจากแรงระเบิด

รูปที่ ๑๐ ดูจากลักษณะการเคลื่อนที่ ที่ลอยขึ้นแล้วตกลง ที่ลูกศรชี้คงเป็นวัตถุบางชิ้นที่ถูกแรงระเบิดอัดปลิว

รูปที่ ๑๑ การขยายตัวของลูกไฟและวัตถุที่ปลิวออกมา

รูปที่ ๑๒ กลุ่มควันของการระเบิดที่กำลังขยายตัว

ปรกติโรงงานแบบนี้ตอนปฏิบัติงานก็ไม่ค่อยจะมีคนอยู่ใน process area เท่าใดนัก ในกรณีนี้ดูเหมือนว่ามีการทำการซ่อมบำรุงหน่วยผลิตอื่นในบริเวณที่อยู่ใกล้เคียงกัน จึงทำให้ยอดผู้เสียชีวิตและบาดเจ็บนั้นสูงรวมกันแล้วกว่า ๑๐๐ ราย

คลิปการบรรยาย

 

คลิปจากกล้องวงจรปิด

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๑) MO Memoir : Wednesday 16 May 2561

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog
 

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับงานที่จะต้องเตรียมการสำหรับการส่งบทความเข้าร่วมประชุมวิชาการ

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๘ (ตอนที่ ๒๕) MO Memoir : Sunday 10 December 2560

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนิ้อหาลง blog
 

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับการสอบวิทยานิพนธ์เมื่อวันพฤหัสบดีและวันศุกร์ที่ผ่านมา และเป็นฉบับปิดท้ายบทความชุด "แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๕๘" ด้วย