เห็นอะไรไม่เหมาะสมไหมครับ MO Memoir : Thursday 10 October 2567

บ่ายวันนี้พบผู้ช่วยสอนรายหนึ่ง ที่เขาทำหน้าที่ดูแลนิสิตทำการทดลองมาปรึกษาว่า controller ของปั๊มมีปัญหา ผมก็เลยไปช่วยดูให้

ตัว controller ตัวนี้เป็นตัวแปลงความถี่กระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับปั๊มหอยโข่งตัวหนึ่ง เพื่อให้นิสิตปี ๓ ทำการทดลองหาความสัมพันธ์ระหว่างความดัน อัตราการไหล พลังงานที่ใช้ ฯลฯ ของปั๊มหอยโข่ง ตัวอุปกรณ์ไม่มีอะไรซับซ้อน เป็นเพียงแค่สูบน้ำจากถังเก็บมาไหลผ่านท่อที่ประกอบด้วย เกจวัดความดันและวาล์วปรับอัตราการไหลดังแสดงในรูปข้างล่าง

ในการทดลองนั้นที่ความเร็วรอบการหมุนของปั๊มค่าหนึ่ง (ที่คุมด้วยการปรับความถี่กระแสไฟฟ้า) จะให้นิสิตทดลองปรับอัตราการไหลด้วยการหมุนวาล์ว (ที่วงล้อสีแดง) ให้เปิดปิดที่ระดับต่าง ๆ กัน แล้วก็บันทึก ความดัน อัตราการไหล และกระแสไฟที่มอเตอร์ใช้ (ไม่แน่ใจว่ามันวัด power factor ด้วยหรือเปล่า) ก็จะทำให้สามารถคำนวณพลังงานที่ใช้ได้

ว่าแต่ดูออกไหมครับว่าในรูปข้างล่าง มีอุปกรณ์ตัวไหนที่มันไม่เหมาะสมกับวิธีทดลองที่กำหนด :) :) :)

ส่วนเรื่องที่ว่า controller มีปัญหานั้นผมก็ให้ความเห็นไปว่าปัญหาอาจไม่ใช่ที่ตัว controller ก็ได้ เพราะก่อนหน้านั้นก็มีข้อมูลว่าก่อนที่จะมีปัญหา นิสิตกลุ่มก่อนหน้าได้ทำการทดลองที่อัตราการไหลต่ำต่อเนื่องเป็นเวลานาน จนมอเตอร์ร้อนจัด ดังนั้นควรต้องตรวจดูตัวมอเตอร์ด้วยว่าปัญหามันเกิดจากมอเตอร์เสียหรือเปล่า (เช่น thermal fuse ขาด ถ้ามันมีนะ แต่ถ้าขดลวดไหม้ก็หนักหน่อย)

คำถามขออนุญาตไม่เฉลยนะครับ แต่ผมบอกผู้ดูแลแลปและผู้ช่วยสอนไปแล้วครับ :) :) :)

เพลิงไหม้โรงกลั่นน้ำมันเพราะน็อตยึด impeller ปั๊มหอยโข่งหลุด MO Memoir : Wednesday 9 October 2567

เหตุการณ์นี้จะเรียกว่าพังเพราะน็อตหลุดเพียงตัวเดียวก็น่าจะได้

จะว่าไปเว็บ Oil Industry Safety Directorate ของอินเดียก็มีรายงานอุบัติเหตุที่น่าสนใจเยอะอยู่เหมือนกัน เหมาะสำหรับคนที่ไม่ค่อยชอบอ่านเนื้อหายาว ๆ แบบของอังกฤษ (รายงานของ CSB ของอเมริกานั้นสั้นกว่าของอังกฤษเยอะ) อย่างเช่นเรื่องที่เอามาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Case study on major fire incident due to failure of crude booster pump" ที่เป็นเหตุไฟไหม้ที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งที่มีสาเหตุจากความเสียหายของปั๊มหอยโข่งที่ใช้เพิ่มความดันให้กับน้ำมันดิบ บทความไม่ได้บอกว่าเกิดเรื่องเมื่อใด แต่ในรูปถ่ายรูปหนึ่งหลังเหตุการณ์สงบมีลงวันที่ 01 06 2013 ซึ่งถ้าอ่านแบบอังกฤษก็จะเป็นวันที่ ๑ เดือนมิถุนายน ค.ศ. ๒๐๑๓ (สายอังกฤษจะเขียน วัน เดือน ปี แต่ถ้าเป็นอเมริกาจะเป็น เดือน วัน ปี)

แต่ก่อนอื่นมาทบทวนโครงสร้างปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) กันก่อนดีกว่า (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ ส่วนประกอบปั๊มหอยโข่ง

รูปที่ ๑ เป็นโครงสร้างปั๊มหอยโข่งแบบที่พบเห็นกันมากที่สุด โดยตัวปั๊มประกอบด้วยตัวเรือน (casing) และช่องทางให้ของเหลวไหลออก (discharge) ทางด้านหลังของตัวเรือน (ด้านซ้ายของภาพ) จะมีรูสำหรับสอดเพลา (shaft) ที่อาจเป็นเพลาของมอเตอร์ (ในกรณีของปั๊มขนาดเล็ก) หรือเป็นเพลาที่ต้องนำไปต่อ (coupling) เข้ากับเพลามอเตอร์อีกที (ในกรณีของปั๊มขนาดใหญ่) บนตัวเพลาจะมีการเซาะร่องสำหรับสอดลิ่ม (key) เพื่อใช้ยึดตัวใบพัด (impeller) ให้หมุนไปพร้อมกับเพลาเวลาที่เพลาหมุน ทางด้านหน้าของตัวเรือน (ด้านขวาของภาพ) จะมีช่องเปิดขนาดใหญ่ไว้สำหรับติดตั้งใบพัดที่จะสวมเข้าไปกับเพลา ช่องเปิดนี้จะถูกปิดด้วยฝาปิดตัวเรือน (casing cover) โดยของเหลวจะไหลเข้าทางด้านช่องทางไหลเข้า (inlet) ที่อยู่ตรงกลางของฝาปิดตัวเรือน เข้าสู่ตรงกลางใบพัด (eye) และถูกเหวี่ยงออกไปทางด้านของเหลวไหลออก

เพื่อให้การทำงานของปั๊มมีประสิทธิภาพ ช่องว่างระหว่างใบพัดกับตัวเรือนจะต้องไม่กว้างมาก เพราะถ้ากว้างเกินไปจะทำให้ของเหลวที่ถูกเหวี่ยงออกไปจากใบพัดนั้นสามารถไหลย้อนกลับเข้ามาทางด้านขาเข้าได้มาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการยึดใบพัดให้อยู่นิ่งเมื่อเทียบกับเพลา แต่ต้องยึดตัวเพลาไม่ให้มีการเคลื่อนที่ตามแนวแกน ตรงนี้มันก็เหมือนกับพัดลมที่เราใช้กันตามบ้านเรือน ที่เราต้องมีน็อตยึดใบพัดเอาไว้ไม่ให้หลุดเวลาหมุน และมีสลักที่ยึดใบพัดไว้กับเพลาเพื่อให้ใบพัดหมุนเวลาที่มอเตอร์หมุน และตัวเพลาของมอเตอร์นั้นต้องไม่มีการขยับตัวในแนวแกน ไม่เช่นนั้นเวลาที่ใบพัดหมุนมันก็จะตีเข้ากับตะแกรงกันใบพัดได้

ทีนี้ลองมาไล่ลำดับเหตุการณ์ก่อนเกิดเหตุ

ปั๊มเพิ่มความดัน (booster pump) มีทั้งสิ้น ๓ ตัว ในขณะเกิดเหตุใช้งานอยู่ ๒ ตัว (อีกตัวหนึ่งน่าจะเป็นตัวสำรอง) ปั๊มแต่ละตัวมีขนาด 276 m³/hr โดยในขณะนั้นหน่วยกลั่นเดินเครื่องอยู่ที่ 350 m³/hr (ด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้ปั๊มสองตัว) อุณหภูมิของน้ำมันคือ 179ºC ที่ความดัน 31.5 kg/cm² (อุณหภูมิของน้ำมันจัดว่าสูงไม่ถึง autoignition temperature ซึ่งปรกติจะอยู่ราว ๆ 200ºC ขึ้นไป) อัตรากินกระแสไฟปรกติคือ 44-45 A (และ 65 A ที่ full load) ข่วงเวลาที่เกิดเหตุนั้นเป็นช่วงรอยต่อระหว่างการเปลี่ยนกะกลางคืนมาเป็นกะเช้า

ในช่วงท้ายของกะกลางคืน (ก่อนเช้า) มีเสียงระเบิดดังขึ้น โอเปอร์เรเตอร์จึงทำการหยุดเดินเครื่องโรงงานและทำการดับเพลิง ซึ่งใช้เวลากว่า ๔ ชั่วโมงเพลิงจึงสงบ

จากการเข้าไปตรวจสอบที่เกิดเหตุพบความเสียหายที่ crude oil booster pump (ที่เชื่อว่าเป็นจุดเริ่มต้นการรั่วไหลของน้ำมัน) โดยตัวฝาครอบด้านหน้านั้นหลุดออกมา และใบพัดก็หลุดออกจากเพลา (รูปที่ ๒) ความเสียหายของฝาครอบทำให้น้ำมันรั่วไหลออกมา ส่วนแหล่งพลังงานที่ทำให้เกิดการจุดระเบิดคาดว่าเป็นจากการเสียดสีระหว่างใบพัดกับฝาครอบตัวเรือน

รูปที่ ๒ ปั๊มหอยโข่งตัวที่ casing ถูกใบพัดเจียรจนขาด

ตำแหน่งฉีกขาดของฝาครอบนั้นไม่ใช่แนวรอยเชื่อมใด ๆ (ปรกติแล้วรอยเชื่อมจะเป็นจุดอ่อนในการรับแรง ในกรณีนี้จึงสามารถตัดประเด็นเรื่องความเสียหายที่เกิดจากความไม่แข็งแรงของรอยเชื่อมออกไปได้) และพบว่าเนื้อโลหะตรงบริเวณเส้นรอบวงที่ฉีกขาดนี้มีความหนาเหลือเพียงแค่ประมาณ 1 มิลลิเมตร (รูปที่ ๓)

จากความเสียหายของฝาครอบจึงระบุได้ว่าสาเหตุเกิดจากการที่ใบพัดเสียดสีเข้ากับฝาครอบ อันเป็นผลจากการที่ใบพัดสามารถเคลื่อนตัวได้ในแนวแกน ความดันทางด้านหลังใบพัดที่สูงกว่าด้านของเหลวไหลเข้า จึงดันให้ใบพัดนั้นเข้ามาเบียดกับตัวฝาครอบตัวเรือน บทความบอกว่าตัวเรือนปั๊มทำจาก carbon steel A-216 WCB. แต่ไม่บอกว่าใบพัดทำจากโลหะอะไร แต่ก็น่าจะมีความแข็งมากกว่าของตัวเรือน ตัวเรือนจึงพังก่อนตัวใบพัด (ที่ยังเห็นว่าอยู่ในสภาพดี - รูปที่ ๒)

สิ่งที่ทางผู้สอบสวนต้องหาสาเหตุให้ได้ก็คือ อะไรเป็นตัวการทำให้ใบพัดเคลื่อนตัวได้ในแนวแกน และทำไมเมื่อเกิดเหตุการณ์ใบพัดเสียดสีกับตัวเรือน (ซึ่งต้องใช้เวลากว่าที่ตัวเรือนจะพัง) จึงไม่มีใครรู้ว่าเกิดปัญหาขึ้นแล้ว

บันทึกการทำงานก่อนเกิดเหตุไม่ว่าจะเป็น อัตราการไหล, อุณหภูมิ และความดัน ถือว่าเป็นปรกติ

รูปที่ ๓ บริเวณ casing ที่ถูกเจียรจนขาด

ประวัติการใช้งานของปั๊มที่เกิดความเสียหายพบว่าก่อนเกิดเหตุนั้นพบการสั่นสะเทือนที่มาก และเพลามีการติดขัด จึงมีการถอดปั๊มออกไปซ่อมบำรุง และนำมาติดตั้งกลับคืน และก็ใช้งานปั๊มนั้นตลอดจนเกิดเหตุ

การที่ใบพัดสามารถเคลื่อนตัวเข้ามาเสียดสีกับตัวเรือนได้เป็นเพราะน็อตที่ยึดใบพัดให้อยู่กับที่นั้นเสียหาย ซึ่งเกิดจากปัจจัยต่อไปนี้รวมกันคือ

- การสั่นสะเทือนในแนวแกนที่รุนแรง (ตรงนี้รายงานว่าเป็นผลมาจากการสั่นของท่อด้านขาเข้า)

- ขัดน็อตไม่แน่นพอในการซ่อมบำรุงครั้งสุดท้าย และ

- ความเสียหายของแหวนยึดหรือความเสียหายที่เกลียว (ทำให้น็อตคลายตัว)

แต่เมื่อเกิดการเสียดสีแล้ว ควรที่จะมีเสียงดัง และทำให้มอเตอร์กินกระแสไฟมากขึ้น บทความไม่ได้กล่าวว่าทำไมจึงไม่มีใครสังเกตว่ามีเสียงดังผิดปรกติ แต่จะว่าไปในโรงงานเหล่านี้เสียงมันก็ดังอยู่แล้ว ถ้าไม่เคยชินกับเสียงหรือถ้ามันไม่ดังแปลก ๆ ขึ้นมา ก็คงไม่มีใครรู้ (มอเตอร์เหนี่ยวนำหมุนที่ความเร็วรอบคงที่ ปริมาณกระแสที่ใช้แปรผันตามปริมาณ load การเสียดสีทำให้เกิดความต้านทานการหมุน มอเตอร์ต้องดึงกระแสมากขึ้นเพื่อรักษาความเร็วรอบให้คงเดิม)

ส่วนตรงประเด็นที่ว่าทำไมเมื่อมอเตอร์กินกระแสไฟมากขึ้นต่อเนื่องเป็นเวลานาน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความผิดปรกติในการทำงาน ระบบป้องกันจึงไม่ทำงาน ตรงนี้ทางบทความกล่าวว่าเป็นเพราะการออกแบบ trip logic (ตรรกะที่บ่งชี้ว่ามีการทำงานผิดปรกติเกิดขึ้น) และ trip current setting (ปริมาณกระแสที่ทำให้ตัดการทำงาน) นั้นไม่เหมาะสม