"We forget the lessons learned and the accident happens again. We need better training, by describing accidents first rather than principles, as accidents grab our attention, and we need discussion rather that lecturing, so that more is remembered. We need databases that can present relevant information without the user having to ask for it. Some actions that universities might take are discussed."
ข้อความในย่อหน้าข้างบนนำเป็นส่วนหนึ่งของบทคัดย่อในบทความเรื่อง "Improving safety performance in the new millennium and the role of universities" เขียนโดย Prof. T.A. Kletz เผยแพร่ในเว็บของ Mary Kay O'Connor Process Safety Center เมื่อปีค.ศ. ๒๐๐๐ (พ.ศ. ๒๕๔๓) Prof. Kletz จัดได้ว่าเป็นผู้งบุกเบิกงานด้าน Process Safety ในอุตสาหกรรมเคมี และบ่อยครั้งที่ท่านกล่าวไว้ในบทความของท่านด้วยข้อความทำนองว่า "ถ้าเราไม่เรียนรู้ความผิดผิดพลาดในอดีต เราก็จะทำมันซ้ำอีก"
อย่างเช่นกรณีการระเบิดของถังเก็บกรดอะคริลิก (Acrylic acid) ขนาด ๒๐๐ ลิตร ๓ เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ ต่างเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในประเทศญี่ปุ่นในช่วงเวลา ๓๐ ปี แต่สิ่งหนึ่งที่เหมือนกันก็คือวิธีการทำงานที่นำไปสู่การระเบิด แต่ก่อนที่จะเข้าสู่เรื่องดังกล่าว เรามาทำความรู้จักกับกรดอะคริลิกก่อนดีกว่า
กรดอะคริลิก (H2C=CH-COOH) เป็นกรดอินทรีย์ที่มึควาไม่อิ่มตัว (คือพันธะ C=C) กรดนี้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพอลิอะคริลิกแอซิค (poly acrylic acid) จุดเด่นของพอลิเมอร์ตัวนี้คือการที่มันมีหมู่ที่มีความเป็นขั้วที่แรง (หมู่ -COOH) ทำให้มันจับน้ำได้ดีไม่ปล่อยให้น้ำที่จับเอาไว้หลุดรอดออกมาได้ง่าย จึงมีการนำไปใช้เป็นสารดูดซับน้ำที่ใช้ในผ้าอ้อมสำเร็จรูปต่าง ๆ (ทั้งที่ใช้กับเด็กและผู้ใหญ่)
กรดอะคริลิกมีจุดหลอมเหลวที่ 14ºC ดังนั้นในช่วงเวลาที่อากาศเย็น กรดอะคริลิกก็จะกลายเป็นของแข็งในภาชนะบรรจุได้ ทำให้จำเป็นต้องให้ความร้อนเพื่อให้หลอมเหลวจึงจะถ่ายออกจากภาชนะบรรจุได้
กรดอะคริลิก ๒ โมเลกุลสามารถรวมตัวกันเกิดเป็นกรดไดอะคริลิก (diacrylic acid) ดังสมการที่ (1)
และในสภาวะที่เหมาะสม (เช่นมีตัวกระตุ้นหรืออุณหภูมิสูงพอ) จะเกิดเป็นพอลิเมอร์ได้ดังสมการที่ (2)
ทั้งสองปฏิกิริยาเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน โดยปฏิกิริยาที่ (1) เกิดได้ง่ายกว่าปฏิกิริยาที่ (2) แต่มีการคายความร้อนต่ำกว่า ปฏิกิริยาที่ (2) แม้ว่าจะเกิดยากกว่า แต่เมื่อเกิดแล้วยากที่จุดหยุด และด้วยการที่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนจึงสามารถเร่งตนเองได้ เพราะความร้อนที่คายออกมาจากปฏิกิริยาทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงเพิ่มขึ้น ทำให้อัตราการคายความร้อนเพิ่มตามไปด้วย ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีการเติมสารยับยั้ง (Inhibitor) บางชนิดเข้าไปเพื่อป้องกันการเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์
แต่สารยับยั้งนี้ไม่ป้องกันการเกิดปฏิกิริยาที่ (1)
เรื่องที่ ๑ ถังเก็บกรดอะคริลิกระเบิดหลังทำการหลอมเหลวกรดในถังบางส่วน
เรื่องนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion of acrylic acid under storage in a drum can after partial melting." (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1000126.html) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่เมื่อ Yokohama ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๑๙ มกราคม ค.ศ. ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๒๕๑๒) ซึ่งเป็นช่วงฤดูหนาวของประเทศญี่ปุ่น
กรดอะคริลิกถูกเก็บไว้ในถังเหล็กกล้าไร้สนิมขนาด ๒๐๐ ลิตร ความดันในถังทำให้ส่วนฝาถังปลิวออก ตามด้วยกรดในถังที่พุ่งออกมาก่อนที่จะเกิดการระเบิด (จากกลุ่มหมอกที่เกิดจากกรดประมาณ ๑๐๐ ลิตร) ทำให้อาคารโรงงานความสูง ๔ ชั้นพังลงมา
การสอบสวนพบว่าก่อนหน้านั้นประมาณหนึ่งเดือน โรงงานได้รับถังใส่กรดอะคริลิกดังกล่าวมาจำนวน ๕ ถัง แต่กรดในถังแข็งตัวเนื่องจากอากาศหนาวเย็น เพื่อที่จะนำกรดมาใช้งานจึงนำถังใบหนึ่งมาให้ความร้อนด้วยฮีทเตอร์ไฟฟ้าแบบแผ่นขนาด 100 V, 750 W เพื่อให้กรดอะคริลิกบางส่วนกลายเป็นของเหลว และใช้ปั๊มมือทำจากพลาสติกสูบออกมา การทำงานนี้ได้มีการกระทำหลายครั้ง การระเบิดเกิดขึ้นในวันที่สามหลังจากที่ได้ปิดฮีทเตอร์และปิดฝาถังเอาไว้
สาเหตุของการระเบิดเชื่อว่าเกิดจากรูปแบบการหลอมกรดที่แข็งตัวในถัง กล่าวคือความร้อนที่ให้นั้นทำให้กรดเพียงบางส่วนหลอมเหลว จากนั้นโอเปอร์เรเตอร์ก็ทำการสูบเฉพาะส่วนที่หลอมเหลวออกมา แล้วปล่อยให้ส่วนที่เหลือนั้นเย็นลงเป็นของแข็งตามเดิม
แต่ด้วยการที่สารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์นั้นหลอมเหลวได้ง่ายกว่า ดังนั้นในการหลอมเหลวแต่ละครั้งจึงทำให้สารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ละลายออกไปกับกรดที่สูบออกไปมากขึ้น ความเข้มข้นที่เหลืออยู่ในถังจึงลดต่ำลงจนไม่สามารถหยุดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ได้ ดังนั้นเมื่อปฏิกิริยาเกิดขึ้น ปฏิกิริยาจึงสามารถดำเนินไปข้างหน้าและคายความร้อนออกมาได้เรื่อย ๆ ความร้อนที่คายออกมาทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้นอีก ซึ่งเป็นการเร่งการเกิด ทำให้ความดันในถังสูงขึ้นจนฝาถังปลิวออกและการระเบิดตามมา
แต่ตรงประเด็นการที่สารยับยั้งละลายออกมาได้มากกว่ากรดนี้ บทความกล่าวว่าความรู้นี้อาจยังไม่เป็นที่เข้าใจกัน ณ เวลานั้น (คือค่อยมารู้กันทีหลัง ดังนั้นอย่าเพิ่งไปกล่าวโทษวิธีการการทำงานว่าทำไมจึงทำแบบผิด ๆ)
การป้องกันที่บทความแนะนำคือให้ทำการหลอมเหลวกรดในถังให้สมบูรณ์ก่อนที่จะทำการสูบออกมา จึงจะทำให้มั่นใจว่าความเข้มข้นของสารยับยั้งการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ที่เหลืออยู่ในถังจะยังคงเดิม
เรื่องที่ ๒ ถังเก็บกรดอะคริลิกระเบิดในระหว่างการให้ความร้อนด้วยการฉีดพ่นไอน้ำโดยตรง
เรื่องนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion of an acrylic acid monomer in a drum can during heating due to direct blowing of steam." (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200110.html) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่เมื่อ Ichihara ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๒๔ กุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๘๑ (พ.ศ. ๒๕๒๔) ซึ่งยังคงอยู่ในเป็นช่วงฤดูหนาวของประเทศญี่ปุ่น
ในเหตุการณ์นี้ในเวลาประมาณ ๒๑.๐๐ น โอเปอร์เรเตอร์นำถังเก็บกรดอะคริลิกซึ่งเป็นถังเหล็กกล้าไร้สนิมขนาด ๒๐๐ ลิตรจำนวน ๒ ถังมาปิดคลุมด้วยแผ่นกันไฟแล้วทำการฉีดพ่นด้วยไอน้ำเพื่อป้องกันไม่ให้กรดอะคริลิกในถังแข็งตัว การเปลี่ยนกะทำงานเกิดขึ้น ณ เวลา ๒๒.๐๐ น และการตรวจสอบ ณ เวลา ๒๒.๓๐ น ก็ยังไม่พบสิ่งผิดปรกติ (การตรวจสอบตรงนี้เข้าใจว่าเป็นการทำงานปรกติหลังการเปลี่ยนกะ ซึ่งทีมใหม่ที่เข้ามารับหน้าที่ต้องมีการเดินตรวจสอบความเรียบร้อย)
เวลาประมาณ ๒๓.๓๖ น ความดันในถังใบหนึ่งทำให้ถังเกิดการระเบิด ตามด้วยการระเบิดและเพลิงไหม้ของไอกรดที่กระจายตัวออกมา หลังจากนั้นประมาณ ๑๐ นาทีก็เกิดการระเบิดของถังใบที่สอง แรงระเบิดทำให้หน้าต่างบางบานของสถานีตำรวจที่อยู่ห่างออกไปจากจุดเกิดเหตุ ๑๒๐ เมตรนั้นได้รับความเสียหาย
การสอบสวนพบว่าปรกติการให้ความร้อนกระทำโดยใช้ heating pad ที่ได้รับความร้อนจากขดท่อไอน้ำ (heating pad ทำหน้าที่ช่วยกระจายความร้อนของไอน้ำและส่งต่อไปยังลำตัวถังเก็บกรด และอุณหภูมิของ heating pad น่าจะต่ำกว่าอุณหภูมิไอน้ำ) แต่ในวันเกิดเหตุโอเปอร์เรเตอร์คิดว่าสามารถทำการให้ความร้อนด้วยการฉีดพ่นไอน้ำโดยตรงได้ อุณหภูมิที่ถังเก็บกรดได้รับนั้นสูงกว่าที่ได้รับผ่าน heating pad และทำให้เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ของกรดในถังได้ นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ว่าโอเปอร์เรเตอร์ไม่ได้รับการฝึกอบรมให้มีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับอันตรายของการที่กรดอะคริลิกเกิดการพอลิเมอร์ไรซ์ได้เอง
ในบทความนี้ยังได้กล่าวถึงเหตุการณ์ที่คล้ายคลึงกัน (ไม่มีการระบุวันเวลาและสถานที่เกิดเหตุ) คือมีการให้ความร้อนแก่ถังเก็บกรดอะคริลิกขนาด ๒๐๐ ลิตรด้วยไอน้ำ แต่ว่าท่อไอน้ำมีการสัมผัสกับถังเก็บกรดโดยตรง ทำให้บริเวณจุดสัมผัสมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณอื่นจนทำให้กรดอะคริลิกตรงบริเวณนั้นเกิดปฏิกิริยาและคายความร้อนออกมา ซึ่งนำไปสู่การระเบิดของถังเก็บกรด
เรื่องที่ ๓ ถังเก็บกรดอะคริลิกระเบิดในระหว่างการให้ความร้อนด้วยการฉีดพ่นไอน้ำโดยตรง
เรื่องนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion of acrylic acid in the drum can in the heating cabinet for dissolution." (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200102.html) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่เมื่อ Kakogawa ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๖ มีนาคม ค.ศ. ๑๙๙๘ (พ.ศ. ๒๕๔๑) ซึ่งก็ยังคงเป็นช่วงที่อากาศเย็นอยู่
ในเหตุการณ์นี้มีการนำเอาถังบรรจุกรดอะคริลิกจำนวน ๓ ถังไปใส่ในตู้อบเพื่อทำการหลอมเหลวกรดอะคริลิก เมื่อสังเกตเห็นว่าถังใบหนึ่งบวมผิดปรกติจึงจะนำออกมา แต่ในเวลานั้นเองก็มีแก๊สฉีดพุ่งออกมา จึงได้ทำการฉีดน้ำรดไปที่ถัง แต่ถังก็เกิดการระเบิดขณะที่ฉีดน้ำ
การตรวจสอบพบว่าถังใบดังกล่าวถูกวางสัมผัสกับท่อไอน้ำโดยตรง ทำให้บริเวณจุดสัมผัสนั้นมีอุณหภูมิสูงจนทำให้เกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ได้ ความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมาทำให้กรดบางส่วนระเหยกลายเป็นไอ (จุดเดือดของกรดอะคริลิกอยู่ที่ประมาณ 141ºC และมีจุดวาบไฟที่ประมาณ 49.4ºC)
Safety Data Sheet ของบริษัท Arkema ให้ข้อมูลเอาไว้ว่า ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของกรดอะคริลิกมีค่า 621 kJ/kg ในขณะที่ความร้อนที่ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์คายออกมามีค่า 1074 kJ/kg หรือประมาณ 1.7 เท่าของความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ และยังกล่าวไว้ว่าในกรณีที่กรดเกิดการแข็งตัวและต้องการหลอมเหลว ให้ละลายที่อุณหภูมิ 25ºC และทำการกวนผสมไปด้วยกัน เพื่อป้องกันไม่เกิดจุดร้อนเฉพาะที่ที่สามารถนำไปสู่การเกิดปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์ได้
เรื่องนี้คล้ายกับเรื่องที่ผู้เขียนเรื่องที่ ๒ กล่าวไว้ในตอนท้าย ที่ว่าถังบรรจุกรดมีการสัมผัสกับท่อไอน้ำโดยตรง ซึ่งอาจเป็นไปได้ว่าเรื่องที่ ๒ นั้นเขียนเผยแพร่หลังจากเกิดเรื่องที่ ๓ แล้ว
