Temperature programmed reduction ด้วยไฮโดรเจน (H2-TPR) MO Memoir : Sunday 29 September 2556

เทคนิค temperature programmed นั้นเป็นเทคนิคหนึ่งที่เราใช้ในการวิเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยา โดยทั่วไปจะนำตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยามาบรรจุไว้ใน sample cell จากนั้นให้แก๊สไหลผ่านตัวอย่าง ตามด้วยการเพิ่มอุณหภูมิให้กับตัวอย่างตามอัตราที่กำหนด และตรวจวัดองค์ประกอบของแก๊สขาออก เทคนิคนี้แบ่งแยกไปตามประเภทปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาและองค์ประกอบในแก๊สที่ไหลผ่าน

  

ในกรณีที่เราให้ตัวอย่างดูดซับแก๊สบางชนิดเอาไว้ก่อนจนอิ่มตัวที่อุณหภูมิต่ำ จากนั้นจึงค่อยเพิ่มอุณหภูมิตัวอย่างให้สูงขึ้นด้วยอัตราที่กำหนดและตรวจวัดว่าตัวอย่างคายแก๊สที่ดูดซับเอาไว้นั้นออกมาที่อุณหภูมิเท่าใด ในปริมาณเท่าใด เทคนิคนี้เรียกว่า temperature programmed desorption หรือย่อว่า TPD การวิเคราะห์ความแรงและปริมาณของความเป็นกรดบนพื้นผิวของแข็งก็นิยมใช้วิธีนี้ โดยแก๊สที่ใช้คือ NH₃ จึงทำให้การวัดความเป็นกรดด้วยวิธีการนี้เรียกกันว่า NH₃-TPD

  

ในกรณีที่เราผ่านแก๊สที่ประกอบไปด้วยสารตั้งต้นไปบนตัวเร่งปฏิกิริยา แล้วค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิตัวเร่งปฏิกิริยาให้สูงขึ้น พร้อมกับคอยตรวจวัดผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น จะเรียกเทคนิคนี้ว่า temperature programmed reaction 

   

ถ้าเป็นการใช้ออกซิเจนไปทำปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยาเช่นในการเผา coke ก็จะเรียกเทคนิคนี้ว่า temperature programmed oxidation หรือ TPO

  

แต่ถ้าเป็นการให้ไฮโดรเจนไปทำปฏิกิริยารีดิวซ์ตัวเร่งปฏิกิริยา ก็จะเรียกเทคนิคนี้ว่า temperature programmed reduction หรือ H₂-TPR

  

เทคนิคการทำ H₂-TPR เป็นเทคนิคหนึ่งที่ใช้ในการวัดความยากง่ายในการรีดิวซ์สารประกอบโลหะออกไซด์ ซึ่งอาจบ่งบอกถึงอัตรกิริยา (interaction) ระหว่างสารประกอบโลหะออกไซด์ที่เป็น active species กับตัวรองรับ support เช่นถ้าเรามีตัวเร่งปฏิกิริยาสองตัวที่เป็นสารประกอบโลหะออกไซด์ A อยู่บนตัวรองรับ S1 กับ S2 แล้วนำมาวิเคราะห์ด้วยเทคนิค H₂-TPR ถ้าพบว่าการรีดิวซ์สารประกอบโลหะออกไซด์ A บนตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองเกิดที่อุณหภูมิต่างกัน ก็มีความเป็นไปได้ที่ตัวรองรับ S1 กับ S2 มีอันตรกิริยา (interaction) กับสารประกอบโลหะออกไซด์ A ที่แตกต่างกัน 

   

ที่ผมใช้คำว่า "มีความเป็นไปได้" เพราะต้องคำนึงถึงความยากง่ายที่เกิดจากการที่ตัวรองรับ S1 และ S2 มีพื้นที่ผิวและรูพรุนที่มีขนาดแตกต่างกันด้วย เพราะมันส่งผลถึงการแพร่ของ H₂ เข้าไปในรูพรุนด้วย

รูปที่ ๑ แผนผังการไหลของแก๊สในการวัด H₂-TPR ของเครื่องที่ใช้ในแลปของเรา

  

รูปที่ ๑ แสดงแผนผังการไหลของแก๊สในเครื่องที่ใช้ในแลปของเรา แก๊สผสมระหว่าง H₂ กับ He จะไหลเข้า port 1 ของ Thermal conductivity detector (TCD) จากนั้นจะไหลผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาที่บรรจุอยู่ใน sample cell โดย sample cell นี้จะบรรจุอยู่ใน funace ที่สามารถควบคุมอัตราการเพิ่มอุณหภูมิได้ แก๊สที่ออกจาก sample cell นั้นจะไหลผ่าน cold trap ที่บรรจุไนโตรเจนเหลว (อุณหภูมิ -196ºC) ก่อนจะไหลเข้า port 2 ของ TCD และระบายทิ้งออกไป

 

cold trap นี้ทำหน้าที่ดักไอน้ำ (ที่เกิดจาก H₂ ไปดึงออกซิเจนออกจากโลหะออกไซด์) และแก๊สตัวอื่นที่อาจเกิดขึ้น เช่นจากการสลายตัวเนื่องจากอุณหภูมิของสารประกอบโลหะออกไซด์เอง โดยการคายแก๊ส O₂ ออกมา ดังนั้นแก๊สที่ผ่าน cold trap ไปยัง port 2 ของ TCD จึงควรมีแต่ H₂ กับ He เท่านั้น

  

ในทางทฤษฎีแล้ว ถ้าหาก H₂ ไม่ถูกใช้ไปในระหว่างการรีดิวซ์ ความเข้มข้นของ H₂ ที่เข้า port 2 ก็จะ "เท่ากับ" ความเข้มข้นของ H₂ ที่เข้า port 1 ดังนั้น TCD ก็ไม่ควรที่จะส่งสัญญาณใดออกมา แต่ถ้าไฮโดรเจนถูกใช้ไปในระหว่างการรีดิวซ์ ความเข้มข้นของ H₂ ที่เข้า port 2 ก็จะ "น้อยกว่า" ความเข้มข้นของ H₂ ที่เข้า port 1 ดังนั้น TCD ก็ไม่ควรที่จะส่งสัญญาณใดออกมา

แต่ในความเป็นจริงมันไม่เป็นเช่นนั้นเสมอไปนะ

ตรงนี้ถ้ายังไม่รู้ว่า TCD ทำงานได้อย่างไรก็ให้ไปอ่านเรื่องเกี่ยวกับ Thermal conductivity detector ภาค ๑ ที่เขียนไปเมื่อวันศุกร์ที่ ๓๐ มกราคม พ.ศ. ๒๕๕๒ และ Thermal conductivity detector ภาค ๒ ที่เขียนไปเมื่อวันอังคารที่ ๓ กุมภาพันธ์ พ.ศ. ๒๕๕๒ ประกอบด้วย

รูปที่ ๒ H₂-TPR เส้นบน NiMo/Al₂O₃ เส้นล่าง NiMoW/Al₂O₃ (สำหรับ NiMo/Al₂O₃ มี Ni 2.4 wt% Mo 9.25 wt% คิดในรูปของโลหะ พื้นที่ผิว BET 118.35 m²/g ปริมาตรรูพรุน 0.14 ml/g ขนาดรูพรุน 4.91 nm)

รูปที่ ๓ H₂-TPR ของ NiMo/Al₂O₃ (มี Ni 2.4 wt% Mo 9.25 wt% คิดในรูปของโลหะ พื้นที่ผิว BET 100.19 m²/g ปริมาตรรูพรุน 0.16 ml/g ขนาดรูพรุน 4.54 nm) การอ่านอุณหภูมิให้อ่านตามเส้นประสีแดง

เราลองมาดูตัวอย่างผลการวิเคราะห์ H₂-TPR ของตัวเร่งปฏิกิริยา NiMo/Al₂O₃ ที่มีปริมาณโลหะ Ni และ Mo พื้นที่ผิวและขนาดรูพรุนใกล้เคียงกัน และใช้ตัวรองรับตัวเดียวกัน (ผลการทดลองของคนสองคนที่ทำวิจัยในกลุ่มเดียวกันในเวลาเดียวกัน ต่างคนต่างเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาของตัวเอง แต่ใช้กับปฏิกิริยาคนละแบบ) ในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยานั้นจะเตรียมในรูปสารประกอบโลหะออกไซด์ของ Ni และ Mo บน Al₂O₃ ก่อน จากนั้นจึงนำไปรีดิวซ์เพื่อเปลี่ยนให้เป็นโลหะ Ni และ Mo การทำ H₂-TPR ก็เพื่อหาว่าต้องใช้อุณหภูมิเท่าใดในการรีดิวซ์สารประกอบโลหะออกไซด์ของ Ni และ Mo ในการวิเคราะห์นี้เพิ่มอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องด้วยอัตรา 10ºC/min จนถึง 800ºC และคงไว้ที่อุณหภูมิดังกล่าว

  

ผลของคนแรกที่นำมาแสดงในรูปที่ ๒ นั้นให้แกน x เป็นอุณหภูมิ ส่วนแกน y เป็นสัญญาณ ซึ่งผมว่ามันเป็นการรายงานผลที่ไม่ค่อยดีนัก เพราะอุณหภูมินั้นมีการเปลี่ยนแปลงที่ไม่เป็นเชิงเส้น มันอาจหยุดนิ่งได้ในขณะที่สัญญาณมีการเปลี่ยนแปลง วิธีการเขียนที่ดีกว่าที่เคยกล่าวไว้คือให้แกนนอนเป็นเวลา และมีแกนตั้งสองแกน แกนหนึ่งเป็นอุณหภูมิและอีกแกนหนึ่งเป็นสัญญาณ ดังผลของคนที่สองที่แสดงในรูปที่ ๓ ซึ่งไม่ทำให้เกิดปัญหาในการรายงานผลเมื่อเราคงอุณหภูมิให้คงที่เป็นช่วงเวลาหนึ่ง

 

สิ่งที่น่าสนใจคือคนแรก (รูปที่ ๒) นั้นบอกว่าจากการทำ H₂-TPR พบพีคเพียงแค่ 2 พีคตรงอุณหภูมิที่แสดงไว้ในรูป พ้นจากนั้นไปแม้เส้นสัญญาณมีการไต่สูงขึ้นไปอีก เขาก็ไม่นำมาพิจารณา ส่วนคนที่สอง (รูปที่ ๓) นั้นก็แสดงพีค 2 พีคตรงตำแหน่งเดียวกัน และรูปร่างเส้นสัญญาณ TPR ก็เหมือน ๆ กัน คือมีการเคลื่อนตัวสูงขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แต่สิ่งหนึ่งที่แตกต่างกันคือคนที่สองกลับบอกว่ามี "พีคที่ 3" อยู่ที่อุณหภูมิ 800ºC โดยมีการอ้างบทความยืนยันด้วย

เมื่อเจอแบบนี้เข้า เราควรเชื่อใครดีล่ะ มีคนถูกเพียงแค่คนเดียว หรือถูกทั้งคู่ หรือผิดทั้งคู่ แต่ก่อนอื่นเราลองมาทบทวนกันก่อนว่า TCD จะให้สัญญาณที่แสดงการเปลี่ยนแปลงนั้นได้ในกรณีใดบ้าง

 

TCD ทำงานโดยอาศัยความสามารถของแก๊สในการดึงความร้อนออกจากขดลวดความร้อน 2 ขดเปรียบเทียบกัน สัญญาณที่ TCD ส่งออกมาคือสัญญาณความแตกต่างระหว่างความสามารถในการดึงความร้อนจากขดลวด 2 ขดของแก๊สที่ไหลผ่าน ในการทำงานนั้นจะให้ขดลวดหนึ่งเป็นขดลวดอ้างอิง (ref) ส่วนอีกขดลวดหนึ่งเป็นตัววัด สัญญาณความแตกต่างระหว่างความสามารถในการดึงความร้อนจากขดลวดนี้ขึ้นอยู่กับ

 

(ก) องค์ประกอบของแก๊สที่ไหลผ่านแต่ละ port ของ detector

(ข) อัตราการไหลของแก๊สที่ไหลผ่านแต่ละ port ของ detctor

(ค) อุณหภูมิของแก๊สที่ไหลผ่านแต่ละ port ของ detector

ในกรณีของอุปกรณ์ตามแผนผังในรูปที่ ๑ นั้น เนื่องจากแก๊สที่ไหลเข้า port 1 กับ port 2 เป็นแก๊สในท่อเดียวกัน และ port 1 กับ port 2 ก็อยู่ใน heating block เดียวกัน ดังนั้นสิ่งที่มักจะคาดหวังคืออัตราการไหลและอุณหภูมิของแก๊สที่ไหลผ่าน port 1 กับ port 2 นั้นควรจะเหมือนกัน ความแตกต่างเดียวที่น่าจะเกิดก็คือถ้าตัวอย่างถูกรีดิวซ์ด้วย H₂ แก๊สที่ไหลผ่าน port 2 ควรจะมีปริมาณ H₂ น้อยกว่าของแก๊สที่ไหลผ่าน port 1 ดังนั้นสัญญาณที่เห็นจึงควรเป็นสัญญาณที่เกิดจาก H₂ หายไปในการรีดิวซ์เท่านั้น

แต่ในทางปฏิบัติมันไม่ได้เป็นเช่นนั้น

ตัว cold trap ที่ใช้ไนโตรเจนเหลวเป็นตัวดักไอน้ำนั้นทำหน้าที่เป็นเสมือน buffer tank แก๊สที่ไหลเข้ามายัง cold trap ไม่ว่าจะมีอุณหภูมิเท่าใด (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ furnace) หรือมีอัตราการไหลที่มีการเปลี่ยนแปลงที่ไม่มากนัก (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ furnace เช่นกัน) เมื่อผ่าน cold trap แล้วจะกลายเป็นแก๊สที่มีอุณหภูมิเดียวกันและอัตราการไหลเดียวกัน ดังนั้นปัจจัยที่จะทำให้ความสามารถในการดึงความร้อนออกจากขดลวดที่ port 2 จึงเหลือเพียงแค่ปัจจัยเดียว คือความเข้มข้น H₂ ในแก๊สนั้นลดลง (ตรงนี้อยู่บนข้อสมมุติที่ว่าปริมาณ H₂ ที่หายไปในการรีดิวซ์นั้นไม่ส่งผลต่ออัตราการไหลโดยปริมาตร)

ตัวที่เป็นปัญหาคือแก๊สที่ไหลเข้าทาง port 1 ในเส้นทางนี้แก๊สต้องไหลผ่านเบดตัวเร่งปฏิกิริยาที่บรรจุอยู่ใน furnace เมื่ออุณหภูมิของ furnace เพิ่มสูงขึ้น อุณหภูมิของแก๊สที่ไหลผ่านเบดก็เพิ่มสูงตามไปด้วย และเมื่อแก๊สร้อนขึ้นความหนืดของแก๊สก็จะเพิ่มขึ้นตาม ทำให้แก๊สไหลผ่านยากขึ้น เกิดการสะสมทางด้านขาเข้าเบด ทำให้ความดันด้านขาเข้าเบดเพิ่มสูงขึ้น ความเร็วแก๊สที่ไหลผ่าน port 1 จะลดลง (แต่ความดันแก๊สที่ไหลผ่านจะเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นถ้ามาวัดตอนด้านขาออกจากเบดก็จะเห็นว่าอัตราการไหลโดยปริมาตรนั้นไม่เปลี่ยนแปลง)

 

เมื่อความเร็วแก๊สที่ไหลผ่าน port 1 ลดลง ก็ทำให้ TCD ส่งสัญญาณออกมาแม้ว่าองค์ประกอบของแก๊สที่ผ่าน port 1 และ 2 นั้นเหมือนกัน ตรงนี้สังเกตได้จากรูปที่ ๓ ที่จะเห็นว่าเมื่อเริ่มทำการเพิ่มอุณหภูมิ furnace เส้นสัญญาณ TCD เริ่มมีการเปลี่ยนแปลง 

  

คำถามก็คือเมื่อเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นไปเรื่อย ๆ แนวเส้น base line เป็นอย่างไร ในรูปที่ ๓ ถ้าเราพิจารณาว่าแนวเส้น base line คือแนวเส้นประสีม่วง (A-C) ก็จะมีแค่ peak 1 และ peak 2 แต่ถ้าพิจารณาว่าแนวเส้น base line คือแนวเส้นประสีน้ำเงิน (A-B) ก็จะนับ peak 3 เพิ่มอีกพีคหนึ่งด้วย

ตรงนี้เราสามารถทดสอบยืนยันว่าสิ่งที่ดูเหมือนว่าเป็น peak ที่ 3 นั้นเป็นพีคจริงหรือไม่ ทำได้โดยทดลองเปลี่ยนอุณหภูมิสุดท้าย เช่นเปลี่ยนเป็น 750ºC หรือ 850ºC ถ้าพบว่าตำแหน่ง peak ที่ 3 นี้เปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิสุดท้าย ก็แสดงว่าสิ่งที่เห็นว่าเหมือนพีคนั้นไม่ใช่พีคที่เกิดจาก H₂ ถูกใช้ไปในปฏิกิริยารีดิวซ์ แต่เป็นสิ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

  

จากที่เคยเจอมานั้นเมื่ออุณหภูมิของ furnace เพิ่มจนถึงค่าที่กำหนด แล้วเราสั่งให้อุณหภูมิ furnace คงอยู่ที่อุณหภูมินั้นหรือตัดความร้อนออกเพื่อให้ furnace เย็นตัวลง เส้นสัญญาณ TCD ที่กำลังไต่ขึ้นไปจะตกลง ดังนั้นสิ่งที่แสดงว่าเป็น peak 3 ในรูปที่ ๓ นั้นอันที่จริงมันเป็นพีคที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ไม่ใช่พีคที่เกิดจากการที่ H₂ ไปรีดิวซ์สารประกอบโลหะออกไซด์ เพราะในความเป็นจริงนั้นอุณหภูมิของแก๊สที่ไหลผ่านตัวอย่างนั้นจะตามหลังอุณหภูมิของ furnace อยู่ ดังนั้นแม้ว่าอุณหภูมิ furnace จะเพิ่มขึ้นถึงค่าที่กำหนดแล้ว (และคงอยู่ที่ค่านั้น) อุณหภูมิของแก๊สก็ยังคงไต่ขึ้นอยู่จนกว่าจะเข้าที่ที่อุณหภูมิ furnace ที่กำหนดไว้ ณ จุดนี้ระบบก็จะเข้าสู่สภาวะคงตัวที่สภาวะใหม่ สัญญาณที่ TCD ส่งออกมาก็จะ (ประมาณได้ว่า) ไม่มีการเปลี่ยนแปลงและเป็นเส้นที่ขนานแกน x ไป

ดังนั้นโดยส่วนตัวแล้วผมเห็นว่า peak 3 ที่คนที่สองระบุนั้นมันไม่ใช่ peak H₂-TPR ถ้าเขาจะเอาบทความมายืนยันผมก็ว่าบทความนั้นก็ผิดด้วย (เว้นแต่เขามีการทดสอบให้เห็นดังที่ผมกล่าวมาข้างต้น)

ปรากฏการณ์เช่นนี้ไม่ได้เกิดเฉพาะกับ H₂-TPR เท่านั้น แต่ยังพบเสมอเวลาทำ NH₃-TPD ด้วย แต่พีค NH₃-TPD นั้นเราสามารถทดสอบยืนยันได้ด้วยการวัดปริมาณ NH₃ ที่ตัวอย่างสามารถดูดซับเอาไว้ได้ก่อน แล้วเปรียบเทียบว่าต้องมีพีคที่เกิดจากการคายซับกี่พีคจึงจะได้ปริมาณ NH₃ ที่คายออกมานั้นเท่ากับปริมาณ NH₃ ที่ตัวอย่างสามารถดูดซับเอาไว้ได้

นอกจากนี้ถ้าจะยืนยันว่า peak 3 ในรูปที่ ๓ นั้นเป็นพีคที่เกิดจาก H₂ หายไป ก็ต้องหาคำอธิบายมาด้วยว่าทำไม peak 3 นี้ถึงได้กว้างใหญ่นัก คือเริ่มจากจุด A (ก่อนการเกิด peak 1 และ peak 2 อีก) ไปจนถึงจุด B

ผลที่ผมเอามาให้ดูนั้นมาจากงานของคนสองคนที่สำเร็จการศึกษาในภาคการศึกษาเดียวกัน สอบห่างกันไม่เท่าใด แต่ละรายนั้นมีกรรมการสอบทั้งหมด ๕ คน โดยซ้ำกันถึง ๔ คน ก็ยังปรากฏว่าผลการวิเคราะห์ผลการทดลองของคนสองคนที่ออกมาเหมือนกัน แต่แปลผลแตกต่างกันนั้น สามารถหลุดรอดตากรรมการถึง ๔ คนได้ (ผมไม่ได้เป็นกรรมการสอบนะ)

รถยนต์รางหุ้มเกราะกับการปล้นรถไฟสายใต้ที่อุโมงค์ช่องเขา (ก่อนจะเลือนหายไปจากความทรงจำ ตอนที่ ๔๘) MO Memoir : Thursday 26 September 2556

เช้า ๆ เวลาขับรถผ่านมาตามถนนกรุงเกษม ผ่านหน้าโรงเรียนวัดเทพศิรินทร์ พอถึงแยกนพวงศ์เลี้ยวซ้ายข้ามคลองผดุงกรุงเกษมตรงสะพานนพวงษ์เพื่อจะเลี้ยวขวาต่อไปยังหัวลำโพง จะเห็นตู้รถไฟคันหนึ่งจอดอยู่ ตู้รถไฟคันนี้รูปทรงมันสั้นเหมือนรถหุ้มเกาะ ข้างบนมีป้อมปืนหมุนไปมาได้ ที่รู้ว่ามันหมุนไปมาได้เพราะผ่านไปแต่ละครั้งมักเห็นปืนบนป้อมหันไปทิศต่าง ๆ (ผมไม่ได้สะกดผิดนะ ป้ายชื่อแยกสะกดว่า "นพวงศ์" ส่วนป้ายชื่อที่ติดอยู่ที่สะพานมันสะกดว่า "นพวงษ์" พ.ศ. ๒๕๐๓)
  

ผมขับผ่านมันอยู่หลายปี จนในที่สุดในวันอังคารที่ผ่านมาก็ถือโอกาสแวะเข้าไปทักทายมันสักที จะได้รู้ว่ามันคืออะไร ทำให้รู้ว่ามันคือ "รถยนต์รางหุ้มเกราะ" ที่ใช้ในการป้องกันขบวนรถไฟ
  

ในยุคที่ประเทศยังมีภัยคุกคามจากผู้ก่อการร้ายคอมมิวนิสต์นั้น เส้นทางคมนาคมที่เสี่ยงภัยที่สุดจากการปล้นเห็นจะเป็นเส้นทางสายใต้ ไม่ว่าจะเป็นทางรถยนต์หรือรถไฟ เส้นทางรถไฟช่วงจากนครศรีธรรมราชไปพัทลุงก็เป็นจุดเสี่ยงจุดหนึ่ง เพราะเป็นช่วงที่เส้นทางต้องผ่านภูเขา เหตุการณ์ปิดถนนปล้นนั้นมีบ่อยจนกระทั่งมีคนเอาเพลงของวงแฮมเมอร์ที่ชื่อ "ปักษ์ใต้บ้านเรา" ที่เนื้อเพลงเขาร้องว่า "โอ่ โอ ปักษ์ใต้บ้านเรา โอ่ โอ ปักษ์ใต้บ้านเรา แม่น้ำ ภูเขา ทะเลกว้างไกล อย่าไปไหน กลับใต้บ้านเรา ..." ไปแปลงเป็น "โอ่ โอ ปักษ์ใต้บ้านเรา โอ่ โอ ปักษ์ใต้บ้านเรา มีปล้นรถทัวร์ วางระเบิดรถไฟ จะไปไหม ปักษ์ใต้บ้านเรา ..." หรือไม่ก็ "โอ่ โอ ปักษ์ใต้บ้านเรา โอ่ โอ ปักษ์ใต้บ้านเรา มีปล้นรถทัวร์ วางระเบิดศาลากลาง จะไปไหม ปักษ์ใต้บ้านเรา ..." หรืออะไรต่อมิอะไรทำนองนี้
  

รูปที่ ๑ รถยนต์รางหุ้มเกราะคันนี้จอดอยู่บริเวณห้องสมุดรถไฟเยาวชน ถนนเลียบคลองผดุงกรุงเกษม ด้านทิศเหนือของสถานีรถไฟหัวลำโพง ป้ายที่ติดตั้งอยู่ทางด้านซ้ายของตัวรถเป็นป้ายบอกประวัติของรถ (รูปที่ ๒)
  

ข้างตัวรถนั้นมีป้ายบอกประวัติของรถ แสดงให้เห็นว่ารถคันนี้ได้มีการผ่านสมรภูมิมาอย่างโชกโชน ป้ายดังกล่าวสดุดีวีรกรรมของเจ้าหน้าที่ตำรวจรถไฟและเจ้าหน้าที่ของการรถไฟจำนวนทั้งสิ้น ๗ นายที่เสียชีวิตจากการลอบโจมตีเพื่อปล้นรถไฟขบวนพิเศษจ่ายเงินเดือนพนักงานรถไฟสายใต้เมื่อวันอังคารที่ ๑๐ กรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๒๒ หรือเมื่อ ๓๔ ปีที่แล้ว ผมสอบถามเจ้าหน้าที่ตำรวจท่านที่ประจำอยู่ที่ห้องสมุดรถไฟว่ารถคันนี้เป็นคันที่อยู่ในเหตุการณ์หรือเปล่า ก็ได้รับคำตอบว่าใช่
  

เส้นทางรถไฟสายใต้นั้นมีอุโมงค์อยู่เพียงอุโมงค์เดียว อยู่ระหว่างสถานีช่องเขา (ทางด้านเหนือ) และสถานีร่อนพิบูลย์ (ทางด้านใต้) ตอนเด็ก ๆ นั่งรถไฟลงใต้จำได้ดีว่ารถไฟต้องไปหยุดพักยาวที่ชุมทางทุ่งสงก่อน พอรถออกจากทุ่งสงก็รู้ว่าอีกไม่นานรถไฟจะเข้าอุโมงค์ ก็จะคอยโผล่หน้าออกมาดูทางหน้าต่างว่าเมื่อไรจะถึงอุโมงค์สักที
  

ป้ายนี้ (รูปที่ ๒) ระบุสถานที่เกิดเหตุว่าเกิดบริเวณหลักกิโลเมตรที่ 771/13 (กิโลเมตรที่ 771 นับจากกรุงเทพ ส่วนเลข 13 ไม่รู้เหมือนกันว่าหมายถึงอะไร) พอตรวจสอบกับตำแหน่งที่ตั้งของอุโมงค์ช่องเขาซึ่งอยู่ระหว่างกิโลเมตรที่ 769.822 ถึง 770.058 (จาก http://th.wikipedia.org/wiki/อุโมงค์ช่องเขา) แสดงว่าจุดเกิดเหตุอยู่บริเวณปากอุโมงค์ด้านสถานีรถไฟร่อนพิบูลย์ เจ้าหน้าที่ตำรวจที่ประจำอยู่ที่ห้องสมุดรถไฟท่านเล่าว่าผู้ก่อการร้ายใช้วิธีดักซุ่มอยู่เหนือปากอุโมงค์ แล้วใช้วิธีหย่อนระเบิดลงมายังขบวนรถ ผลจากการปะทะครั้งนั้นสามารถป้องกันทรัพย์สินของทางราชการเอาไว้ได้ แต่ก็ต้องสูญเสียเจ้าหน้าที่ตำรวจรถไฟและเจ้าหน้าที่ของการรถไฟจำนวนทั้งสิ้น ๗ นาย คือ

๑) พ.ต.ท. บุญโกย อุ่นวัฒนะ ๒) จ.ส.ต. ละเอียด มากมี

๓) จ.ส.ต. ลพ ท้าวทอง ๔) จ.ส.ต. ศรีศักดิ์ สีน้ำเงิน

๕) ส.ต.อ. ชูศิลป์ สรรค์ประศาสน์ ๖) พลฯ สุวรรณ ไชยยะ

๗) นายปรีชา จิตต์เจริญ (เจ้าหน้าที่การรถไฟแห่งประเทศไทย)

รูปที่ ๒ ป้ายสดุดดีวีรกรรมของนายตำรวจและเจ้าหน้าที่การรถไฟที่เสียชีวิตจากการปะทะในวันอังคารที่ ๑๐ กรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๒๒ เหตุการณ์เป็นอย่างไรก็ลองอ่านเอาเองนะครับ

รูปที่ ๓ อีกมุมหนึ่งของรถยนต์รางหุ้มเกราะ

รูปที่ ๔ ส่วนของป้อมปืน ตรงที่วงเอาไว้เดาว่าเป็นศูนย์ปืน ผู้ยิงคงมองออกมาจากรูตามแนวที่ลูกศรชี้

รูปที่ ๕ อีกด้านหนึ่งของป้อมปืน แสงไม่ค่อยเป็นใจ ทำให้ดูมืดไปมาก

รูปที่ ๖ รูปถ่ายรถยนต์รางหุ้มเกราะคันดังกล่าว แขวนเอาไว้ในตู้โบกี้ของห้องสมุดรถไฟ เสียดายที่ไม่ได้ระบุว่าถ่ายที่ไหนเมื่อปีใด แต่คงเป็นสถานีค่อนข้างใหญ่ เพราะเห็นมีหลายราง รู้แต่ว่าตำรวจคนที่ยืนอยู่ข้างรถถือปืน M-16

รูปที่ ๗ รูปนี้เห็นชัดว่าถ่ายที่ชุมทางหาดใหญ่ แต่ไม่ระบุเวลา แขวนเอาไว้ในตู้โบกี้ของห้องสมุดรถไฟเช่นเดียวกัน เจ้าหน้าที่ที่คนที่ ๑ และ ๓ จากซ้ายระบุได้ว่าถือปืน HK-33

ดูจากโครงสร้างตู้รถแล้วคิดว่าไม่น่าจะมีการติดตั้งเครื่องปรับอากาศ แถมไม่มีหน้าต่างให้เปิดระบายอากาศอีก (ขืนมีมันก็คงไม่ได้เป็นรถหุ้มเกราะ) รถหุ้มเกราะที่เป็นเหล็กทั้งคันวิ่งตากแดดกลางวันนี่คงจะร้อนน่าดู แสดงว่าผู้ที่เข้าไปประจำในตัวรถต้องมีความอดทนอย่างมาก เห็นป้ายสดุดีวีรกรรมแล้วทำให้เห็นว่าเจ้าหน้าที่ตำรวจเหล่านั้นท่านมีจิตวิญญาณพร้อมที่จะเข้าเผชิญเหตุเพื่อป้องกันความเสียหาย แทนที่จะหลีกทางให้คนร้ายปฏิบัติการ รอให้ความเสียหายเกิดขึ้นก่อน (เช่นกรณีเผาห้างและศาลากลางจังหวัด ปล้นร้านสะดวกซื้อ หรือปล่อยให้ยิงกันตายไม่รู้กี่ศพรอบ ๆ สำนักงานใหญ่แต่หาตำรวจเห็นเหตุการณ์ไม่ได้สักคน เช่นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อไม่นานมานี้) แล้วค่อยตามจับภายหลัง
  

ผมลองเอาชื่อผู้เสียชีวิตสืบค้นจาก google และในราชกิจจานุเบกษาดูก็พบแต่ชื่อ พ.ต.ท. บุญโกย อุ่นวัฒนะเท่านั้น เพราะมีประกาศออกมาเฉพาะราย (รูปที่ ๘) ท่านอื่นก็เชื่อว่าน่าจะมีประกาศพระราชทานยศและเครื่องราชอิสริยาภรณ์เช่นเดียวกัน แต่อาจมีหลายชื่ออยู่ในประกาศเดียวกัน ทำให้คอมพิวเตอร์หาไม่เจอ

คนไทยที่อายุไม่เกิน ๓๐ ในปัจจุบันอาจถือได้ว่าเกิดไม่ทันหรือเกิดแล้วแต่ยังไม่โตพอ ที่จะรับรู้เหตุการณ์การสู้รบต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นจากความขัดแย้งระหว่างคนในประเทศได้ หลาย ๆ ที่ที่เปิดเป็นแหล่งท่องเที่ยวในปัจจุบันเดิมเป็นสมรภูมิการสู้รบนองเลือด ทั้งสองฝ่ายตายกันไม่รู้กี่ศพ ผมเคยบอกกับนิสิตหลาย ๆ คนว่า รู้ไหมว่าที่ ๆ พวกคุณไปเที่ยวกัน ไปถ่ายรูปกันนั้น สมัยผมเรียนมหาวิทยาลัยเขายังสู้รบกัน ยังยิงปืนใหญ่ใส่กัน ยังทิ้งระเบิดใส่กันอยู่เลย เพิ่งจะมาสงบให้พวกคุณเข้าไปเที่ยวได้เมื่อไม่นานนี้เอง 
   

ครั้งต่อไปถ้ามีโอกาสเดินทางไปยังที่เหล่านั้น ผ่านอนุสรณ์สถานต่าง ๆ ก็ขอเชิญแวะไปแสดงความเคารพต่อดวงวิญญาณผู้เสียสละเหล่านั้นด้วยนะครับ

 

รูปที่ ๘ ประกาศสำนักนายกรัฐมนตรี (บน) เรื่องพระราชทานยศตำรวจให้แก่ พ.ต.ท. บุญโกย อุ่นวัฒนะ ให้เป็นพลตำรวจตรี และแจ้งความสำนักนายกรัฐมนตรี (ล่าง) เรื่องพระราชทานเครื่องราชอิสริยาภรณ์ให้แต่พลตำรวจตรี บุญโกย อุ่นวัฒนะ (โปรดสังเกตนะว่าในประกาศแรกทำการเลื่อนยศก่อน พอประกาศที่สองก็ใช้ยศใหม่ได้ทันที) แต่ก็หลังจากที่เสียชีวิตไปแล้วเกือบ ๓ ปี (ขาดไม่กี่วัน)

โรงงาน HDPE ระเบิดที่ Pasadena เมื่อ ๒๓ ตุลาคม ๒๕๓๒ MO Memoir : Tuesday 24 September 2556

เมื่อตอนต้นเดือนที่ผ่านมามีนิสิตมาขอให้ช่วยอธิบายเรื่องเกี่ยวกับเหตุการณ์โรงงานผลิต HDPE ของบริษัท Phillips ระเบิดที่เมือง Pasadena รัฐ Texas ประเทศสหรัฐอเมริกาในวันจันทร์ที่ ๒๓ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๓๒ (ค.ศ. ๑๙๘๙) 

   

ปัญหาของพวกเขาไม่ได้อยู่ตรงที่ไม่เข้าใจไวยากรณ์ภาษาอังกฤษ แต่อยู่ตรงที่ศัพท์แต่ละคำที่ปรากฎในเอกสารนั้นมันหมายถึงอะไร และอุปกรณ์ที่มีการกล่าวถึงนั้นทำหน้าที่อะไร เพราะจะว่าไปแล้วเอกสารที่เขาได้มานั้นถ้าเป็นคนที่อยู่ในวงการแล้วก็จะเข้าใจได้ว่าเขากำลังกล่าวถึงอะไรอยู่ แต่ถ้าอยู่นอกวงการหรือไม่เคยเห็นของจริงมาก่อน (เช่นกลุ่มนิสิตเหล่านั้น) ก็คงจะอ่านไม่รู้เรื่อง

  

Memoir ฉบับนี้ก็เลยถือโอกาสเขาข้อมูลที่ผมมีอยู่ ซึ่งนำมาจากบทความตีพิมพ์ในวารสาร Loss prevention bulletin ฉบับที่ 97 มาอธิบายให้ฟัง บทความนี้เป็นบทสรุปของรายงานจัดทำโดยที่ส่งให้กับทางประธานธิบดีของสหรัฐอเมริกาในเดือนเมษายน ค.ศ. ๑๙๙๐ (พ.ศ. ๒๕๓๓) ผมได้สแกนบทความดังกล่าวแนบท้าย memoir ฉบับนี้มาด้วยแล้ว

ก่อนอื่นเราลองไปดูภาพความเสียหายของเหตุการณ์ก่อน รูปที่ ๑ เป็นรูปที่ผมนำเอามาจากหน้าปกหนังสือ "Electrical and instrumentation safety for chemical processes" ที่นำรูประหว่างเพลิงกำลังลุกไหม้โรงงานดังกล่าว ส่วนรูปที่ ๒ เป็นรูปที่ขยายจากกรอบเล็กของรูปที่ ๑

  

ต่อไปจะเข้าสู่เนื้อหาของบทความ โดยจะอธิบายเฉพาะส่วนที่สำคัญ ย่อหน้าสีน้ำตาลคือส่วนขยายความที่ผมเขียนเพิ่มเติมเพื่ออธิบาย

ตัวโรงงาน (The Plant ในกรอบสีแดง)

โรงงานนี้เป็นโรงงานผลิตพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (High density polyethylene - HDPE) ในเครื่องปฏิกรณ์ (reactor) ชนิดที่ทางวิศวกรรมเคมีเรียกว่า "plug flow reactor" หรือที่บทความกล่าวเป็นภาษาง่าย ๆ ให้คนทั่วไปเข้าใจได้คือเป็นท่อยาว ส่วนของตัวเครื่องปฏิกรณ์ผมคาดว่าคือส่วนที่อยู่ในกรอบสีเหลืองในรูปที่ ๒ ที่เห็นเป็นท่อขดตั้งเป็นวงขึ้นมาสูงจำนวน 4 วง ปฏิกิริยาเกิดที่อุณหภูมิและความดันสูงกว่าบรรยากาศปรกติ (เขาใช้คำว่า "under elevated pressure and temperature") โดยให้เอทิลีน (ethylene - H₂C=CH₂) ละลายอยู่ใน isobutane ที่ใช้เป็นตัวทำละลาย

  

ตรงนี้ต้องระลึกเอาไว้ว่า ที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศนั้น isobutane (H₃C-CH(CH₃)-CH₃) มีสถานะเป็นแก๊สที่หนักกว่าอากาศ แต่ถ้าอยู่ภายใต้ความดันที่มากพอ isobutane ก็จะเป็นของเหลวได้ แม้ว่าอุณหภูมิจะสูงกว่าอุณหภูมิห้อง และเนื่องจาก isobutane นั้นเป็นไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว มันจึงไม่เข้าไปยุ่งอะไรกับการทำปฏิกิริยา หน้าที่ของมันมีเพียงแค่เป็นตัวทำละลายและเป็นแหล่งรับความร้อนจากปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรซ์ที่เกิด

  

เมื่อเอทิลีนเกิดการต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันเป็นโมเลกุลใหญ่ขึ้น มันก็จะกลายเป็นผงของแข็งแขวนลอยอยู่ใน isobutane ที่ใช้เป็นตัวทำละลายนั้น

  

การนำเอาผงพอลิเมอร์ออกจาก reactor นั้นใช้การระบายออกทางท่อที่อยู่ทางด้านล่าง (ในบทความเรียกสั้น ๆ ว่า "leg" ที่แสดงในรูป 9.1 ของบทความ) ซึ่งมีอยู่ทั้งหมด 6 ท่อ (กล่าวไว้ในส่วน The accident)

 

ท่อระบายพอลิเมอร์นี้ด้านที่ติดกับ reactor เป็น ball valve ยี่ห้อ Demco เปิด-ปิดด้วยระบบนิวเมติกส์ (ใช้อากาศอัดความดัน ไม่ได้ใช้มือหมุน) และที่ปลายอีกด้านหนึ่งก็มีวาล์วอีกตัวหนึ่งที่มีขนาดเล็กกว่า (บทความไม่ได้ให้รายละเอียดใด) การที่ต้องมีวาล์วคุมสองด้านก็เพราะท่อนี้มีโอกาสอุดตันจากผงพอลิเมอร์ ถ้าท่อใดท่อหนึ่งอุดตัน ก็จะไปใช้ท่ออื่นแทน ส่วนพนักงานก็จะทำการเอาสิ่งที่อุดตันออก

เนื้อหาในสองย่อหน้านี้บทความไม่ได้กล่าวไว้ แต่ผมดูจากแบบและเนื้อหาในส่วนอื่นแล้วคาดว่าในการนำสิ่งที่อุดตันออกนั้น พนักงานต้องทำการปิด ball valve ตัวบน (ที่เรียกว่า Demco valve ตามยี่ห้อวาล์ว) และวาล์วตัวล่าง (ที่เรียกว่า product take off valve) และปิดไม่ให้มีเอทิลีนไหลเข้าทาง ethylene line (ท่อนี้ผมไม่แน่ใจว่าใช้เพื่ออะไร - ช่วยดันผงพอลิเมอร์ให้ออกจากท่อ?) กระบวนการนี้ในบ้านเราเรียกว่าการ "isolate ระบบ" จากนั้นต้องทำการ "ถอด" ท่ออากาศที่ใช้ในการเปิด-ปิดวาล์วตัวบนออก เพื่อไม่ให้ ball valve ตัวบนถูกเปิดในขณะที่ทำการถอดท่อระบาย เมื่อทำการปิดวาล์วแล้วก็ต้องทำการระบายความดันที่ค้างอยู่ในท่อด้วยการเปิด vent (purge) valve สองตัว โดยตัวหนึ่งอยู่ใต้ ball valve และอีกตัวหนึ่งอยู่เหนือ product take off valve การที่ต้องมี vent valve ไว้ที่สองตำแหน่งนี้คาดว่าเป็นเพราะถ้ามีการอุดตันเกิดขึ้นระหว่างกลาง จะได้ไม่มีความดันแก๊สคงค้างที่ปลายข้างใดข้างหนึ่ง จากนั้นจึงค่อยทำการถอดท่อส่วนที่อุดตันออก

  

ท่อส่วนต่ำว่าผิวด้านล่างของ reactor มาจนถึงด้านบนของ ball valve นั้น จะเป็นมุมอับถ้าหาก ball valve ปิด ทำให้ผงพอลิเมอร์ตกลงมาสะสมและอุดตันบริเวณดังกล่าวได้ การป้องกันการอุดตันทำได้โดยการใช้ตัวทำละลายอัดเข้าไปในบริเวณดังกล่าวให้มีการไหลของตัวทำละลายจากเหนือ ball valve เข้าไปใน reactor ท่อ flushing isobutane line ที่แสดงไว้ในรูปก็เข้าใจว่ามีไว้เพื่อการนี้

การเกิดอุบัติเหตุ (The Accident ในกรอบสีเขียว)

ในวันอาทิตย์ที่ ๒๒ ตุลาคม ผู้รับเหมาเข้ารับงานจัดการกับท่อระบายที่อุดตันจำนวน 3 ท่อจากทั้งหมด 6 ท่อ โดยก่อนหน้านี้พนักงานฝ่ายผลิตของโรงงานเองได้ทำการเตรียมระบบด้วยการปิด ball valve (Demco valve) และปลดท่ออากาศที่ใช้ปิด-เปิดวาล์วตัวนี้ และในวันอาทิตย์ก็ทำการจัดการไปได้ 1 ท่อโดยไม่มีปัญหาอะไร

  

ต่อมาในวันจันทร์ที่ ๒๓ ตุลาคม ผู้รับเหมาได้เริ่มงานกับท่อระบายท่อที่สอง โดยพบว่าหลังจากได้นำเอาสิ่งอุดตันออกมาแล้วยังมีสิ่งอุดตันบางส่วนค้างอยู่ที่ระยะประมาณ 30-45 cm ใต้ ball valve (Demco valve) ผู้รับเหมาคนหนึ่งจึงเดินทางไปยังห้องควบคุมเพื่อขอความช่วยเหลือจากพนักงานฝ่ายผลิต (แสดงว่ามีบางส่วนยังอยู่ที่หน้างาน) จากนั้นก็พบว่ามีไอจำนวนมากรั่วไหลออกมาจากท่อที่เปิดอยู่ ไฮโดรคาร์บอนจำนวน 36,890 kg รั่วออกมาในเวลาอันสั้นและจุดระเบิดขึ้นในเวลาเพียง 2 นาทีหลังการรั่วไหล และมีการระเบิดใหญ่อีกสองครั้งในเวลา 10 และ 15 นาทีถัดมาเมื่อถัง isobutane ขนาด 90,920 ลิตรระเบิด และตามด้วยการระเบิดครั้งใหญ่อีกครั้งเมื่อ loop reactor พังทลายลง

มีผู้เสียชีวิตทั้งหมด 23 ราย โดยผู้เสียชีวิตทั้งหมดอยู่ในรัศมี 75 เมตรจากจุดที่เกิดการรั่วไหลครั้งแรก

ในระหว่างการใช้งานนั้น isobutane เป็นของเหลวภายใต้ความดัน ดังนั้นเมื่อรั่วออกมาจึงกลายเป็นไอทันที แม้ว่า isobutane จะหนักกว่าอากาศ แต่เมื่อรั่วออกมาจากอุณหภูมิและความดันที่สูงกว่าอุณหภูมิและความดันบรรยากาศภายนอกไม่มาก จึงทำให้ isobutane ไม่ได้ฟุ้งกระจายหายไป แต่จะกลายเป็นหมอก isobutane ที่ผสมกับอากาศอย่างพอเหมาะปกคลุมที่พื้น และเมื่อหมอกผสมระหว่าง isobutane และอากาศนี้ไปพบกับแหล่งจุดระเบิด ก็จะทำให้หมอกนี้เกิดการระเบิดที่เรียกว่า Unconfined vapour cloud explosion ได้

  

เมื่อเกิดอุบัติเหตุเช่นนี้ สิ่งที่เขาต้องหาให้ได้ก็คือ "เกิดการรั่วไหลได้อย่างไร" (ส่วนจุดระเบิดได้อย่างไรไม่ค่อยเป็นปัญหา เพราะในโรงงานเองมีอะไรต่อมิอะไรสารพัดอย่างที่จะจุดระเบิดได้ถ้าเกิดการรั่วไหล) ตรงนี้มีหลักฐานที่ชี้ไปที่ ball valve (demco valve) ของท่อระบายที่กำลังแก้ปัญหาการอุดตัน เพราะปลายด้านหนึ่งของท่อนี้เปิดออกสู่ด้านนอก ตรงจุดนี้คาดว่าน่าจะมีการต่อท่ออากาศที่ใช้สำหรับปิด-เปิดวาล์วกลับเข้าไป และคงมีการต่อท่อสลับกัน คือต่อท่ออากาศสำหรับปิดวาล์วเข้ากับด้านรับอากาศเข้าเพื่อเปิดวาล์ว และต่อท่ออากาศสำหรับเปิดวาล์วเข้ากับด้านรับอากาศเข้าเพื่อปิดวาล์ว อันที่จริงในขณะนี้การไหลในท่ออากาศควรเป็นการควบคุมให้วาล์วปิด แต่เมื่อต่อท่อผิดโดยเอาท่อด้านสั่งปิดวาล์วไปต่อเข้ากับท่อรับอากาศเข้าเพื่อเปิดวาล์ว วาล์วก็เลยเปิดออก ทำให้เกิดการรั่วไหลออกมา

สิ่งแวดล้อม (The Environment ในกรอบสีส้ม)

ในหัวข้อนี้มีการพูดถึงสองเรื่องคือแร่ใยหิน (asbestos) และแหล่งกำเนิดรังสี (radiation source) อีก 24 แหล่ง

  

แร่ใยหินเป็นส่วนประกอบสำคัญของฉนวนความร้อนและปะเก็นกันการรั่วซึม เนื่องจากทนอุณหภูมิสูงและเฉื่อยต่อสารเคมี แต่เมื่อเกิดอุบัติเหตุขึ้น ฉนวนความร้อนน่าจะเป็นแหล่งที่ใหญ่ที่มีโอกาสมากที่สุดที่จะกระจายแร่ใยหินออกมา

  

ส่วนแหล่งกำเนิดรังสีนั้นในอุตสาหกรรมมีการใช้ในการวัดระดับของแข็ง/ของเหลวที่บรรจุอยู่ในถัง ด้วยการยิงรังสีเฉียงจากบนลงล่าง (ของแข็งและของเหลวดูดกลืนรังสีได้มากกว่าแก๊ส เมื่อระดับของแข็ง/ของเหลวในถังเปลี่ยนไป การดูดกลืนรังสีก็เปลี่ยนไป) และอัตราการไหล (เช่น slurry ที่มีของแข็งแขวนลอยไม่เท่ากัน จะดูดกลืนรังสีแตกต่างกัน)

การสอบสวน (The Investigation ในกรอบสีน้ำเงิน)

ตรงประเด็นนี้รายงานการสอบสวนได้ชี้ให้เห็นข้อบกพร่องต่าง ๆ ในการออกแบบดังนี้

๑. ตัวอุปกรณ์ที่ใช้หมุนวาล์วให้ปิด-เปิดนั้น (acutator) ไม่มีอุปกรณ์สำหรับล็อคไม่ให้ขยับตัวได้ 

   

ประเด็นตรงจุดนี้อยู่ที่ ถ้าหากทำการล๊อคตัว acutator ไม่ให้ขยับตัวได้ เมื่อมีการต่อท่ออากาศกลับเข้าไป ไม่ว่าจะต่อถูกหรือต่อผิดก็ตาม ไม่ว่าท่ออากาศนั้นจะมีอากาศไหลอยู่หรือไม่ก็ตาม acutator ก็จะไม่ขยับตัว วาล์วก็จะไม่ขยับตัว

 

ระบบปิด-เปิดวาล์วตัวปัญหานั้นของจริงเป็นยังไงผมก็ไม่รู้ แต่ขอยกตัวอย่างหนึ่งที่แสดงในรูปที่ ๓ ในรูปนี้จะมีเฟือง (สีฟ้า) ที่มีเพลา (สีเหลือง) ต่ออยู่กับตัวลูกบอลของวาล์ว ตัวเฟืองสีฟ้านี้หมุนได้ด้วยการเคลื่อนที่ของก้าน (สีส้ม) ที่มีฟันเฟืองขบอยู่กับฟันเฟืองของเฟืองหมุนลูกบอล ก้านหมุนเฟืองนี้เคลื่อนตัวไปทางซ้ายหรือขวาได้ด้วยแรงดันอากาศในกระบอกสูบ ดังเช่นในรูปถ้าป้อนอากาศเข้าทาง "ช่องอากาศเข้า ๑" ก้านหมุนเฟืองก็จะเคลื่อนตัวไปทางขวา เฟืองหมุนลูกบอลก็จะหมุนในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา (สมมุติว่าเป็นการเปิดวาล์ว) ถ้าป้อนอากาศเข้าทาง "ช่องอากาศเข้า ๒" ก้านหมุนเฟืองก็จะเคลื่อนตัวไปทางซ้าย เฟืองหมุนลูกบอลก็จะหมุนในทิศทางตามเข็มนาฬิกา (สมมุติว่าเป็นการปิดวาล์ว) ถ้าหากสามารถล็อคให้ก้านหมุนวาล์วอยู่กับที่ได้ เมื่อมีแรงดันอากาศเข้ามาไม่ว่าจะทางช่องอากาศเข้า ๑ หรือช่องอากาศเข้า ๒ ก้านหมุนวาล์วก็จะไม่ขยับตัว

๒. ท่ออากาศที่ใช้ควบคุมให้ ball valve ปิดหรือเปิดนั้น เมื่อถอดออกมาแล้วก็สามารถใส่คืนกลับเข้าไปเมื่อใดก็ได้ โดยใครก็ได้ที่อยู่แถวนั้น

๓. ข้อต่อสำหรับต่อท่ออากาศด้านรับอากาศเข้าเพื่อเปิดวาล์วและด้านรับอากาศเข้าเพื่อปิดวาล์ว เป็นข้อต่อแบบเดียวกัน ทำให้ใส่สลับกันได้

  

ลองกลับไปดูรูปที่ ๓ ใหม่ ถ้าหากต่อท่อป้อนอากาศเข้าช่องอากาศเข้า ๑ และช่องอากาศเข้า ๒ สลับกัน เวลาสั่งปิดวาล์ว วาล์วจะเปิด เวลาสั่งเปิดวาล์ว วาล์วจะปิด ดังนั้นเพื่อป้องกันไม่ให้มีโอกาสที่จะต่อท่อป้อนอากาศเข้าช่องอากาศเข้า ๑ และช่องอากาศเข้า ๒ สลับกันได้ ก็ควรให้ช่องอากาศเข้า ๑ และช่องอากาศเข้า ๒ มีข้อต่อที่แตกต่างกัน เช่นให้ฝั่งช่องอากาศเข้า ๑ เป็นข้อต่อตัวผู้ ฝั่งช่องอากาศเข้า ๒ เป็นข้อต่อตัวเมีย เป็นต้น

๔. วาล์วที่ป้อนอากาศเข้าท่ออากาศควบคุมการปิด-เปิด ball valve นั้นเปิดค้างอยู่ ดังนั้นเมื่อต่อท่ออากาศเข้าไป ball valve ก็จะทำงานทันที

๕. ตัว ball valve เองนั้นสามารถล็อคให้ค้างอยู่ที่ตำแหน่งเปิดหรือปิดก็ได้

 

โดยปรกติในการซ่อมบำรุงนั้น เมื่อทำการปิดวาล์วแล้ว ผู้ปฏิบัติงานจะต้องทำให้วาล์วตัวนั้นเปิดไม่ได้ วิธีการหนึ่งที่ใช้กันก็คือการใช้โซ่คล้องและใช้แม่กุญแจล็อคโซ่นั้นเอาไว้ โดยตัวผู้ปฏิบัติงานจะเป็นผู้ถือลูกกุญแจเอาไว้จนกว่าจะเสร็จสิ้นการซ่อมบำรุง ในกรณีที่ต้องการให้วาล์วค้างอยู่ในตำแหน่งปิดได้เพียงอย่างเดียว วาล์วตัวนั้นไม่ควรที่จะสามารถล็อคให้ค้างอยู่ในตำแหน่งเปิดได้

๖. การออกแบบผังโรงงานนั้น มีส่วนอาคารที่มีผู้คนทำงานอยู่มาก อยู่ใกล้กับบริเวณที่มีความเสี่ยงสูงในการเกิดอันตราย 

  

ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดคือกรณีการระเบิดของโรงงานที่เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษ ที่เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๑๓ วันศุกร์ที่ ๕ กุมภาพันธ์ พ.ศ. ๒๕๕๓ เรื่อง "Flixborough explosion"

เหตุการณ์การระเบิดของบริษัท Phillips ครั้งนี้มีสาเหตุเริ่มจากท่อระบายพอลิเมอร์ออกจาก reactor เกิดการอุดตัน ทำให้ต้องมีการ isolate ท่อเส้นดังกล่าวและไปใช้ท่อสำรองแทน แต่เกิดความผิดพลาดในขณะทำการกำจัดสิ่งอุดตันออกจากท่อที่เกิดจากอุดตัน จนทำให้เกิดการรั่วไหลของแก๊สออกจาก reactor ตามด้วยการระเบิดที่รุนแรง ที่น่าสนใจก็คือในกรณีของเหตุการณ์นี้มีการสืบสวนอย่างเป็นทางการ มีรายงานเผยแพร่ออกสู่สาธารณะ มีเนื้อหามากพอที่จะนำมาเป็นบทเรียนให้กับผู้เรียนทางวิศวกรรมเคมีได้

  

แต่ที่น่าเศร้าใจก็คือกรณีเช่นนี้ก็เคยมีการเกิดขึ้นในประเทศไทยก่อนหน้าอุบัติเหตุที่บริษัท Phillips เพียงแค่ ๑๐ เดือนเศษ (เกิดในเดือนธันวาคม พ.ศ. ๒๕๓๑) โดยมีสาเหตุจากท่อระบายพอลิเมอร์ออกจาก reactor เกิดการอุดตันเช่นกัน ทำให้ต้องมีการ isolate ท่อเส้นดังกล่าวและไปใช้ท่อสำรองแทน แต่เกิดความผิดพลาดในขณะทำการกำจัดสิ่งอุดตันออกจากท่อที่เกิดจากอุดตัน จนทำให้เกิดการรั่วไหลของแก๊สออกจาก reactor ตามด้วยการระเบิดที่รุนแรง แต่กรณีของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในประเทศไทยนั้นดูเหมือนจะไม่มีรายงานการสอบสวนอย่างเป็นทางการใด ๆ ออกมา เป็นแต่เรื่องที่พูดคุยกันระหว่างผู้ที่อยู่ในวงการและโตพอที่จะจำเหตุการณ์ดังกล่าวได้ ผมเองก็เพิ่งจะได้รับทราบสาเหตุของการรั่วไหลของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในเมืองไทยหลังจากเหตุการณ์ผ่านไป ๒๔ ปี ๖ เดือน ทราบจากปากคำของผู้เล่าว่าเป็นข้อมูลที่ใช้กันภายใน ไม่เผยแพร่ออกสู่สาธารณะ (แต่ใช้ฝึกอบรมพนักงานเข้าใหม่ทุกคนด้วยหรือไม่นั้นผมไม่ทราบได้)

เรื่องที่เกิดขึ้นในเมืองไทยในปีพ.ศ. ๒๕๓๑ คือเรื่องใดนั้น ถ้าสนใจก็ย้อนไปอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๔๓ วันศุกร์ที่ ๑๒ กรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๕๖ เรื่อง "สาเหตุที่แก๊สรั่วออกจาก polymerisation reactor" แล้วก็จะทราบเอง.

 

รูปที่ ๑ ปกหน้าของหนังสือเรื่อง "Electrical and instrumentation safety for chemical processes" เขียนโดย Richard J. Buschart จัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ van Norstrand Reinhold, New York ปีค.ศ. 1991 ภาพฉากหลังคือภาพที่ขยายจากกรอบสีเหลือง

รูปที่ ๒ ภาพขยายของกรอบเล็กในรูปที่ ๑ บริเวณโครงสร้างสูงทางด้านซ้ายบนนั้นคาดว่าเป็นส่วนของ loop reactor

รูปที่ ๓ ตัวอย่างกลไกการปิด-เปิด ball valve ด้วยแรงดันอากาศ