แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๗) MO Memoir : Thursday 28 February 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวข้องกับการประชุมกลุ่มในช่วงเช้าที่ผ่านมา ที่ห้องสมุดคณะ (บรรยากาศตามรูป)

อันตรายจาก H2S คายซับจาก molecular sieve MO Memoir : Monday 25 February 2562

จดหมายข่าว Safety Alert ฉบับวันที่ ๖ เดือนกันยายน ค.ศ. ๒๐๐๒ (พ.ศ. ๒๕๔๕) นำเสนอเรื่อง "Multiple fatalities - H₂S released from molecular sieves after contact with water" รายงานเหตุการณ์ที่มีผู้เสียชีวิตจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือ H₂S ถึง ๓ รายในขณะที่ทำการถ่าย molecular sieves (ที่ใช้ในการดูดความชื้นจากแก๊สธรรมชาติเหลว) ที่หมดสภาพการใช้งานแล้วลงสู่รถบรรทุก โดยสถานที่เกิดเหตุคือ "กระบะท้ายรถบรรทุก"

รูปที่ ๑ แบบจำลองสถานที่เกิดเหตุที่วาดขึ้นตามความเข้าใจ (บทความไม่มีรูปประกอบ)

โรงงานดังกล่าวผลิต Lean gas (แก๊สที่ไม่มีส่วนที่ควบแน่นเป็นของเหลว หรือมีอยู่น้อยมาก บางทีก็เรียกแก๊สนี้ว่า Dry gas) และ Natural Gas Liquid - NGL (คือส่วนที่เป็นของเหลวที่ควบแน่นออกมาจากแก๊สที่ได้จากบ่อ โดยเป็นส่วนไฮโดรคาร์บอนตั้งแต่ C3 ขึ้นไป) โดยไฮโดรคาร์บอนที่ได้มาจากบ่อนั้นมีไอน้ำและ H₂S ปะปนมาด้วย กระบวนการประกอบด้วย การเพิ่มความดันให้กับแกีส การทำให้แก๊สเป็นของเหลว การกำจัดความชื้น ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการแยกเป็น Lean gas และ Natural Gas Liqiud ด้วย cryogenic process ต่อไป
 

ตัว NGL ที่เป็นของเหลวนั้นจะถูกนำไปผ่านเบด molecular sieve เพื่อกำจัดน้ำและ H₂S ก่อนเข้าสู่กระบวนการ cryogenic และเมื่อ molecular sieve ดูดซับน้ำจนอิ่มตัวก็จะใช้แก๊สร้อนที่อุณหภูมิ 250ºC ไล่ความชื้นออกเพื่อที่จะนำเอา molecular sieve กลับมาใช้งานใหม่ หลังจากไล่ความชื้นหมดแล้วก็จะลดอุณหภูมิของเบดด้วยการให้แก๊สที่เย็นไหลผ่าน
 

แต่ถึงกระนั้นก็ตาม ก็ยังคงต้องเปลี่ยน molecular sieve ใหม่ทุก ๆ ๓-๔ ปี การเปลี่ยนจะเริ่มด้วยการไล่ความชื้นออกจาก molecular sieve ก่อน (เดาว่าคงทำเพื่อไล่ไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดสูงที่ตกค้างอยู่ในตัว molecular sieve ออกไปด้วย) จากนั้นจึงลดอุณหภูมิเบดให้เย็นลงด้วยการให้แก๊สเย็นไหลผ่าน และการทำ nitrogen purging (แสดงว่าแก๊สเย็นที่ใช้ในการลดอุณหภูมิเบดนั้นไม่ได้เป็นแก๊สเฉื่อย) แล้วจึงส่งคนเข้าทางด้านบนของเบดเพื่อลำเลียงเอา molecular sieve ออกมาและเทลงสู่กระบะท้ายรถบรรทุกที่รออยู่ทางด้านล่าง กระบวนการนี้เคยทำมาหลายครั้งในช่วง ๒๐ ปีที่ผ่านมา
 

ในการลำเลียง molecular sieve ลงสู่ท้ายรถบรรทุกนั้น จะเท molecular sieve ที่นำออกมาจาก dryer (คือ vessel ที่บรรจุ molecular sieve) ผ่านปล่องเท (chute) ลงสู่กระบะท้ายรถบรรทุกที่ยกท้ายกระบะเทได้ (tipper truck) ที่จอดรออยู่ข้างล่าง รถบรรทุกที่จอดรอยู่นั้นมีขอบข้างสูง ตัวกระบะท้ายรถถูกทำให้เปียกชุ่มด้วยน้ำและยังมีการทำให้ molecular sieve ที่ตกลงมากองบนท้ายรถกระบะนั้นเปียกชุ่มไปด้วยน้ำ ทั้งนี้เพื่อที่จะลดการที่สาร pyrophoric ที่อาจมีมากับตัว molecular sieve นั้นลุกติดไฟ และยังช่วยไม่ให้เกิดผงผุ่นฟุ้งกระจาย
 

(สารประกอบซัลไฟล์บางชนิดเช่น FeS (ที่เกิดจากสนิมเหล็กทำปฏิกิริยากับ H₂S) สามารถเกิดการลุกไหม้ได้เองในอากาศโดย S^2- ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโดยมีความร้อนคายออกมามาก แม้ว่าอาจจะไม่เกิดการลุกติดไฟ แต่ความร้อนที่เกิดขึ้นก็สามารถทำให้ไอเชื้อเพลิง (ถ้ามีอยู่ในบริเวณนั้น) ลุกติดไฟได้)

หลังจากได้ทำการเท molecular sieve ลงกระบะท้ายไปได้พักหนึ่ง molecular sieve ที่เทลงมาก็กองเป็นเนินอยู่ท้ายกระบะ ผู้รับเหมาคนหนึ่งจึงตัดสินใจที่จะลงไปเกลี่ยกองเนินดังกล่าว การลงไปท้ายกระบะใช้บันไดที่พาดอยู่ทางด้านหลังห้องคนขับ หลังจากนั้นประมาณ ๑๐ นาทีก็มีผู้รับเหมาอีกคนลงไปช่วยงานคนแรก แต่ไม่นานก็หมดสติไป ผู้รับเหมาคนแรกจึงเข้าไปช่วยเหลือพร้อมกับผู้รับเหมาคนที่สามที่โดดลงมาช่วยจาก platform ของตัว dryer แต่ในที่สุดทั้งสามคนก็หมดสติและเสียชีวิต ผู้รับเหมาคนที่สี่ที่ปีนขึ้นไปดูว่าเกิดอะไรขึ้นก็หมดสติไปด้วย แต่ทีมช่วยเหลือสามารถนำตัวออกมาได้ทันจึงรอดชีวิตออกมา ผู้รับเหมาทั้ง ๔ รายที่ทำงานอยู่ทางด้านนอกนั้นไม่ได้มีอุปกรณ์ป้องกันแก๊สใด ๆ ในระหว่างการทำงาน

จากการสอบสวนพบว่าทั้ง ๓ รายเสียชีวิตจากแก๊ส H₂S ที่สะสมอยู่ในกระบะท้ายรถที่เป็นพื้นที่กึ่งปิด (semi-enclosed spaceเพราะมีขอบข้างที่สูง) โดย H₂S นั้นคายซับออกมาจาก molecular sieve กล่าวคือในขั้นตอนการไล่น้ำออกจาก molecular sieve นั้นใช้แก๊สร้อน (ที่เหลือจากกระบวนการผลิต) ที่มี H₂S ปนอยู่ 830 ppm และตอนที่ทำการลดอุณหภูมิเบดให้เย็นลงหลังการไล่ความชื้น (ซึ่งก็คงใช้แก๊สเย็นที่มี H₂S ปนอยู่เช่นกัน) H₂S ก็จะถูก molecular sieve ดูดซับเอาไว้ H₂S ส่วนนี้ไม่ถูกไล่ออกในขั้นตอนการทำ nitrogen purging (การเอาแก๊สเฉื่อยไปไล่แก๊สเชื้อเพลิงออก) แต่จะหลุดออกมาเมื่อ molecular sieve สัมผัสกับน้ำเนื่องจาก molecular sieve มีความชอบน้ำมากกว่า H₂S
 

ในเอกสารจดหมายข่าวนั้นได้สรุปความบกพร่องหลายประการที่นำไปสู่การเกิดโศกนาฏกรรมดังกล่าวและนำเสนอแนวทางเพื่อป้องกันไม่ให้มันเกิดอีก แต่โดยส่วนตัวแล้วเห็นว่าประเด็นสำคัญที่น่าจะหยิบมาพิจารณาคือ "ทำไมงานเดียวกันนี้ทั้งนี้ทำแบบเดียวกันนี้มานาน ๒๐ ปีแล้วแต่ไม่เคยเกิดเรื่อง"
 

ความแตกต่างสำคัญระหว่างปีที่เกิดเหตุการณ์กับปีก่อนหน้าคือ แก๊สที่เข้าสู่กระบวนการนั้นมี H₂S ปนเปื้อนในปริมาณที่สูงขึ้นเรื่อย ๆ โดยที่ผู้ทำงานไม่ทราบ และไม่มีการให้ข้อมูลใด ๆ จากทางผู้ผลิต molecular sieve ด้วยว่ามันสามารถดูดซับ H₂S เอาไว้ได้ และสามารถคายซับออกมาได้ถ้ามีน้ำเข้าไปแทนที่ ซึ่งประเด็นการคายซับนี้ทั้งตัวผู้รับเหมาและพนักงานของบริษัทนั้นต่างไม่ทราบมาก่อน

อันที่จริงเรื่องการเสียชีวิตเนื่องจากแก๊ส H₂S เนี่ยในบ้านเราก็มีอยู่เรื่อย ๆ เพียงแต่ว่ามักจะไม่ได้เป็นข่าวใหญ่หรือปรากฏออกมาในช่วงเวลานั้น ๆ แล้วก็เงียบหายไป สถานที่เกิดเหตุก็มีทั้งสถานที่ที่เห็นได้ว่าเป็นที่อับอากาศอย่างชัดเจน (เช่นในหลุมหรือในบ่อ) หรือเป็นสถานที่ที่เป็นที่โล่ง แต่มีการรั่วไหลของแก๊ส H₂S ออกมาในปริมาณมาก (เช่นการเข้าไปปิดรอยรั่วที่ผ้าใบคลุมบ่อผลิตแก๊สชีวภาพ) ความเป็นพิษของ H₂S นั้นเพียงแค่ระดับไม่ถึง 1000 ppm ก็สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้ในเวลาอันสั้น ซึ่งแก๊สเข้มข้นมากนี้สามารถทำให้ผู้ได้รับแก๊สหมดสติอย่างรวดเร็วจนทำให้คนที่อยู่รอบข้างคิดว่าหมดสติจากสาเหตุอื่นที่ไม่เกี่ยวข้องกับแก๊ส จึงรีบเข้าไปช่วยเหลือ ทำให้เกิดการเสียชีวิตตาม ๆ กัน

MO ตอบคำถาม การทดลอง gas phase reaction ใน fixed-bed MO Memoir : Friday 22 February 2562

เมื่อค่ำวันวานมีอาจารย์ท่านหนึ่งจากห้องปฏิบัติการวิจัยในสถาบันการศึกษาแห่งหนึ่ง ที่ตั้งอยู่คนละฟากฝั่งแม่น้ำกับสถานที่ทำงานของผม โทรมาสอบถามเรื่องปัญหาเกี่ยวกับการทำการทดลอง อันที่จริงก่อนหน้านี้เมื่อสัปดาห์ที่ตอนวันวาเลนไทน์แล้วเขาก็เคยโทรมาปรึกษาครั้งหนึ่ง ซึ่งจะว่าไปแล้วเรื่องที่เขาถามนั้นจะว่าไปก็เป็นเรื่องที่ผมเองก็พบเห็นมานานแล้วตั้งแต่กลับมาทำงานใหม่ ๆ เมื่อกว่า ๒๐ ปีที่แล้ว และบางเรื่องก็เคยเขียนลง blog เอาไว้เหมือนกัน และบังเอิญคราวนี้มีคำถามแบบเดียวกันมาเป็นชุด ๆ ก็เลยขอรวบรวมเอาไว้เสียหน่อย (เผื่อ google จะได้มีโอกาสหาเจอมากขึ้นเวลามีคนค้นหาคำตอบของคำถามแบบนี้) เพราะมันเป็นเรื่องที่ดูเหมือนว่าจะไม่มีใครเขียนเอาไว้ และบางเรื่องมันเป็นเรื่องที่วิธีการแก้ปัญหานั้นได้จากประสบการณ์ที่ลงมือทำโดยตรง ไม่ใช่ได้จากฟังคนอื่นเขาบอกเล่ามาอีกที
 

ปฏิกิริยาที่เขาทดลองนั้นเป็นปฏิกิริยาในเฟสแก๊สที่เกิดขึ้นใน fixed-bed catalytic reactor ที่อุณหภูมิสูง ในการทดลองนั้นเขาผสมแก๊ส ๒ ตัวคือ A และ B เข้าด้วยกัน โดยแก๊ส A มีอัตราการไหลที่ต่ำกว่าแก๊ส B มาก (คือประมาณ 10%) การวัดอัตราการไหลใช้ bubble flow meter โดยใช้เส้นทาง bypass ที่ไม่ผ่าน reactor ส่วนแก๊สขาออกจาก reactor นั้นเข้าสู่ระบบเก็บตัวอย่างเพื่อวิเคราะห์ด้วยเครื่อง gas chromatograph (GC) รูปข้างล่างเป็นรูปที่ผมวาดขึ้นเองจากจินตนาการที่ฟังเขาเล่าให้ฟัง แต่ก็คิดว่าน่าจะใกล้เคียงกับของจริง เพราะตอนที่ผมเสนอแนะวิธีแก้ปัญหาให้เขาผมก็อิงเอาจากรูปที่ผมสร้างขึ้นจากจินตนาการรูปนี้ ถ้าของจริงกับที่ผมฝันเอาไว้มันเป็นคนละเรื่องกันเลยล่ะก็ แสดงว่าวิธีแก้ปัญหาที่ผมแนะนำให้เขาไปคงจะไม่ได้ผล

รูปที่ ๑ แผนผังระบบการทำปฏิกิริยา แก๊ส A ที่มีอัตราการไหลที่ต่ำ (ประมาณ 10% ของแก๊ส B) จ่ายมาจากถังที่ความดัน P₀ ก่อนผ่านวาล์วปรับอัตราการไหล และผสมรวมเข้ากับแก๊ส B ด้วยการใช้ข้อต่อ ๓ ทาง (Tee) โดยให้แก๊สแต่ละสายเข้ามาบรรจบแบบไหลชนกันและออกตรงกลาง (แก๊สทั้งคู่เป็น reactant gas ไม่มีการผสมแก๊สเฉื่อย) การวัดอัตราการไหลใช้ bubble flow meter โดยใช้เส้นทาง bypass ตัว reactor และวัดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ ส่วนการทำปฏิกิริยานั้นทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิหลายร้อยองศาเซลเซียส แก๊สที่ออกจาก reactor ต่อไปยังระบบเก็บตัวอย่างเพื่อวิเคราะห์ด้วยเครื่อง GC
 

ทีนี้ก็ลองมาดูกันนะครับว่ามีคำถามอะไรบ้าง และผมได้ให้ความเป็นไปอย่างไร

๑. การนำผงตัวเร่งปฏิกิริยาไปอัดเป็นแผ่นแล้วตัดให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ มีผลหรือไม่ต่อผลการทดลอง

ตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธัพันธ์ที่เป็นของแข็งที่เตรียมกันในระดับห้องปฏิบัติการนั้นมักจะมาในรูปของผงละเอียด ถ้าเป็นการทดลองกับปฏิกิริยาในเฟสของเหลว ก็มักจะใช้ในรูปที่เป็นผงนั้นเลย แต่ถ้าเป็นการทดลองกับปฏิกิริยาในเฟสแก๊สใน fixed-bed ก็เห็นมีการทำกันอยู่ ๒ รูปแบบคือ รูปแบบแรกก็ใช้ในรูปที่เป็นผงนั้นเลย และรูปแบบที่สองที่จะนำผงตัวเร่งปฏิกิริยานั้นไปอัดให้เป็นแผ่นก่อน จากนั้นก็ตัดให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ (แต่ก็ยังมีขนาดที่ใหญ่กว่าอนุภาคที่เป็นผงแต่ละอนุภาคมาก) นำไปร่อนผ่านตะแกรงเพื่อคัดขนาด แล้วจึงค่อยนำไปใช้ในการทดลอง

คำถามแรกก็คือ ทั้งสองรูปแบบนั้นมันให้ผลที่เหมือนกันหรือแตกต่างกัน ซึ่งจากประสบการณ์ที่ผ่านมานั้นพบว่ามันไม่เหมือนกัน เพราะมันมีเรื่องของการแพร่ (diffusion) เข้ามายุ่ง
 

ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นผงละเอียดนั้น ทุกอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาจะสัมผัสกับแก๊สที่ไหลผ่าน (convection) ดังนั้นโอกาสที่จะมี external mass transfer resistance จึงต่ำกว่า และถ้าหากผงตัวเร่งปฏิกิริยามีขนาดเล็กลงจนถึงระดับหนึ่งแล้ว ปัญหาเรื่อง internal mass transfer resistance ก็จะหมดไปด้วย ดังนั้นถ้าการทดลองนั้นต้องการวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่แท้จริง ซึ่งอัตราการหายไปของสารตั้งต้นนั้นต้องไม่ถูกจำกัดด้วยอัตราเร็วในการแพร่ การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบที่เป็นผงละเอียดจะให้ผลที่ถูกต้องมากกว่า
 

การนำเอาผงตัวเร่งปฏิกิริยาไปอัดให้เป็นแผ่นแล้วตัดให้เป็นชิ้นเล็ก ๆ นั้นจะมีเฉพาะผงอนุภาคที่อยู่บนพื้นผิวชิ้นตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละชิ้นเท่านั้นที่ได้สัมผัสกับสารตั้งต้นในเฟสแก๊สแบบไม่มี external mass transfer resistance ส่วนผงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่ข้างในชิ้นอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยานั้น จะได้รับเฉพาะสารตั้งต้นที่แพร่ผ่านช่องว่างระหว่างอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละอนุภาคที่แพร่เข้าไปถึงเท่านั้น และถ้าเป็นกรณีของปฏิกิริยาคายความร้อนด้วย โอกาสที่สารตั้งต้นจะแพร่เข้าไปถึงผงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่อยู่บริเวณตอนกลางของชิ้นตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละชิ้นจะน้อยลงไปอีก (คำอธิบายตรงนี้มันอยู่ในเรื่อง effectiveness factor หรือค่า )
 

เมื่อกว่า ๒๐ ปีที่แล้วเคยมีนิสิตปริญญาเอกคนหนึ่งมาถามผมด้วยคำถามเดียวกันนี้ (ตอนนี้ดูเหมือนเขาจะเป็นผู้มีตำแหน่งใหญ่โตในสายงานวิจัยของบริษัทยักษ์ใหญ่ชั้นแนวหน้าของไทยบริษัทหนึ่ง) ผมก็ถามเขากลับไปว่าผมก็แปลกใจเหมือนกันว่าทำไมคุณต้องทำแบบนั้น คุยกันไปคุยกันมาก็เลยรู้ว่าที่กลุ่มของเขาทำแบบนั้นเพราะไปลอกวิธีการจากแลปที่ญี่ปุ่นที่อาจารย์ที่ปรึกษาไปเห็นมา (คือเห็นเขาทำอย่างนั้นก็เลยทำตามโดยไม่คิดอะไร) และพอมีรุ่นพี่เคยใช้วิธีการนี้ (คืออัดให้เป็นแผ่นก่อนแล้วค่อยตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ) รุ่นน้องต่อ ๆ มาก็เลยต้องทำแบบเดียวกัน ด้วยเกรงว่าจะไม่สามารถนำผลการทดลองมาเปรียบเทียบกันได้ และมันก็เป็นอย่างนั้นจริง เพราะเมื่อเขาทดลองใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปแบบที่เป็นผงละเอียดตามที่ผมแนะนำ และใช้ในปริมาณที่น้อยกว่าด้วย กลับได้ค่า conversion สูงกว่าเมื่อใช้ในรูปแบบที่เป็นชิ้นเล็ก ๆ
 

ตรงจุดนี้ผมก็ได้บอกเขาไปว่าคุณคงต้องเลือกเอาระหว่าง การยอมเสียเวลานำตัวเร่งปฏิกิริยาของรุ่นพี่มาทำการทดลองใหม่ในรูปแบบที่เป็นผงละเอียด เพื่อที่คุณจะได้ไม่ต้องเสียเวลากับการนำผงตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นมาอัดเป็นแผ่น ตัดเป็นชิ้นเล็ก และนำมาค่อนเพื่อคัดขนาด หรือจะไม่ไปยุ่งอะไรกับผลการทดลองของรุ่นพี่ โดยมายอมเสียเวลานำผงตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้นั้นมาอัดเป็นแผ่น ตัดเป็นชิ้นเล็ก แล้วนำมาร่อน สำหรับทุกตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมขึ้นใหม่ ซึ่งมันจะเป็นวิธีการที่รุ่นน้องต้องทำสืบเนื่องต่อไปเรื่อย ๆ โดยไม่รู้ว่าจะไปสิ้นสุดเมื่อใด ซึ่งสิ่งที่เขาเลือกก็คือ .... (เชิญเดาเอาเองครับ)
 

ส่วนตัวผมเองนั้น ผมไม่เคยให้นิสิตนำผงตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมได้มาขึ้นรูปให้เป็นชิ้นเล็ก (เพราะไม่มีความจำเป็นใด ๆ ที่ต้องทำเช่นนั้น)
 

แต่การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปของผงละเอียดก็ใช่ว่าไม่มีปัญหานะ ตรงนี้มันมีหลายประเด็นที่ต้องคำนึงอยู่เหมือนกัน อย่างแรกก็คือถ้าหากในรูปแบบที่เป็นผงนั้นมันฟุ้งกระจายได้ง่าย การใช้งานมันก็จะยาก เพราะเมื่อเราชั่งน้ำหนักที่แน่นอนของมันก่อนบรรจุ reactor มันอาจเกิดการฟุ้งหายไปบางส่วนในขณะบรรจุได้ ทำให้น้ำหนักจริงที่ใส่ reactor นั้นน้อยกว่าที่ชั่งได้ และก็บอกไม่ได้ด้วยว่ามันหายไปเท่าใด ผมเองก็เคยเจอปัญหานี้กับ support บางตัว (TiO₂ P25) แต่แก้ปัญหาด้วยการพรมน้ำให้มันชื้นก่อน จากนั้นนำไปอบให้แห้งและค่อยนำมาบดใหม่ ความเป็นฝุ่นฟุ้งกระจายง่ายมันก็หายไป
 

เนื่องด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาในรูปของผงละเอียดนั้นไม่มีปัญหาเรื่องการแพร่เข้าถึงอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละอนุภาค ดังนั้นถ้าใช้น้ำหนักตัวเร่งปฏิกิริยาในการทดลองเท่ากัน การใช้ในรูปที่เป็นผงนั้นจะให้ค่า conversion ที่สูงกว่าเมื่อเทียบกับการใช้เป็นชิ้นเล็ก แต่ด้วยการที่มันเป็นผงละเอียดก็จะทำให้ค่า pressure drop คร่อมเบดตัวเร่งปฏิกิริยาสูงตามไปด้วย ซึ่งปัญหาตรงนี้แก้ได้ด้วยการลดปริมาณที่ใช้ ซึ่งเป็นทั้งลด pressure drop คร่อมเบด การประหยัดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาในแต่ละการทดลอง โดยที่ยังคงรักษาระดับ conversion ที่สูงเอาไว้ได้
 

ปัญหาสำคัญอีกปัญหาหนึ่งที่มักถูกมองข้ามไปในการทำการทดลองด้วย fixed-bed ก็คือ การเกิด channelling ซึ่งหมายถึงการที่แก๊สจำนวนหนึ่งไหลผ่านบริเวณขอบผนังไปโดยไม่ไหลเข้าไปบริเวณตอนกลางของเบด
 

ใน fixed-bed นั้นบริเวณผนังจะมี void fraction สูงกว่าบริเวณตอนกลางเบด ดังนั้นถ้าวัดความเร็วของแก๊สที่ไหลผ่านเบดที่ตำแหน่งแนวรัศมีต่าง ๆ กันนั้นจะพบว่าบริเวณใกล้ผนังแก๊สจะไหลผ่านเร็วสุด ความแตกต่างนี้จะเด่นชัดมากขึ้นถ้าหากอนุภาคของแข็งนั้นมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเบด และ/หรือเบดมีความสูงไม่มากเมื่อเทียบกับขนาดอนุภาคของแข็งที่บรรจุอยู่ ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่อง channelling นี้ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของ reactor ต่อขนาดอนุภาคควรมีค่าไม่ต่ำกว่า 10 และถ้ามีสัดส่วนที่มากกว่านี้ก็จะทำให้ velocity profile ของการไหลผ่าน fixed-bed เข้าใกล้กับ plug flow มากขึ้น

๒. ควรใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเท่าไรดี

คำตอบของคำถามนี้ก็คือใช้ในปริมาณที่ทำให้การวัดค่า conversion นั้นไม่น้อยเกินไปและไม่สูงเกินไป ซึ่งตรงนี้คงต้องทำการทดลองหาเอาเอง เพราะถ้าใช้น้อยจนกระทั่งทำให้ได้ค่า conversion ต่ำ พอนำตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความว่องไวต่ำกว่ามาทำการทดลอง ก็จะมองเห็นความแตกต่างไม่ชัดเจน (บอกไม่ได้ว่าเกิดจากความคลาดเคลื่อนของการทดลองหรือไม่) แต่ถ้าใช้มากเกินไปจนทำให้ได้ค่า converison ที่ระดับ 100% ก็จะบอกไม่ได้ว่าใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามากเกินจำเป็นไปเท่าใด คือตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ว่าจะว่องไวมากหรือน้อย ถ้าใส่มากถึงระดับหนึ่งมันก็จะได้ค่า conversion 100% เหมือนกันหมด 
  

เช่นเพื่อให้ได้ conversion 100% ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา A 0.2 g ตัวเร่งปฏิกิริยา B 0.3 g และตัวเร่งปฏิกิริยา C 0.4 g แต่ถ้าในการทดลองนั้นเราใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดละ 0.5 g เราก็จะเห็นค่า conversion ที่ได้เป็น 100% กับทุกตัวเร่งปฏิกิริยา ในกรณีเช่นนี้ควรใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในการทดลองน้อยกว่า 0.2 g เพื่อให้เห็นว่าค่า conversion ที่ได้จากตัวเร่งปฏิกิริยา A นั้นยังต่ำกว่า 100% จะได้มั่นใจได้ว่าไม่ได้ใส่ตัวเร่งปฏิกิริยา A มากเกินจำเป็น

๓. ทำไมเมื่อวัดผ่าน bypass แล้วอัตราการไหลลดลง

ตรงนี้ต้องขอให้พิจารณารูปที่ ๑ คำถามที่เขาถามผมมาก็คือ ก่อนเริ่มทำการทดลองนั้นวัดอัตราการไหลของแก๊ส A โดยใช้เส้นทาง bypass ได้ค่า ๆ หนึ่ง พอวันถัดมาเมื่อสิ้นสุดการทดลองก็วัดอัตราการไหลของแก๊ส A ซ้ำ กลับพบว่ามันลดลงไปประมาณ 10% ในเมื่อความดันด้านขาเข้าวาล์วปรับอัตราการไหล (P₀) นั้นคงที่ และก็ไม่มีใครไปยุ่งอะไรกับวาล์วปรับอัตราการไหล
 

การวัดอัตราการไหลของเขานั้นใช้ bubble flow meter ที่เป็นการวัดที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ ดังนั้นถ้าอุณหภูมิของระบบท่อที่เป็นเส้นทางการไหลนั้นประมาณได้ว่าเปลี่ยนแปลงไม่มาก และท่อก็ไม่ได้มีขนาดเล็กมาก การเปลี่ยนแปลงถึงระดับ 10% นี่ก็เป็นเรื่องแปลก ซึ่งผมก็นึกไม่ออกเหมือนกันว่าเป็นเพราะอะไร จริงอยู่แม้ว่าจะเป็นการวัดที่ความดันบรรยากาศ แต่ถ้าเส้นทางการไหลของแก๊สมีขนาดเล็กและก่อนมาถึง bubble flow meter นั้นมีอุณหภูมิสูงขึ้น มันก็เป็นไปได้ที่จะเห็นแก๊สไหลช้าลง แต่ในระบบที่เขาเล่าให้ผมฟังนั้นคิดว่าไม่น่าเป็นเช่นนี้
 

ประเด็นหนึ่งที่ผมสงสัยคือการวัดด้วย bubble flow meter ท่อแก้วของ bubble flow meter ที่เขาใช้นั้นมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 8 mm ซึ่งถ้าเป็นการวัดอัตราการไหลที่สูงก็ไม่มีปัญหาอะไร แต่ถ้าเป็นการวัดอัตราการไหลที่ต่ำจะมีความคลาดเคลื่อนได้สูง เพราะระยะเวลาที่ฟองสบู่จะเคลื่อนที่ผ่านเส้นขีดบอกปริมาตรที่เล็งอยู่นั้นค่อนข้างจะมาก ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการจับเวลาได้มาก (ขึ้นอยู่กับคนเล็งแต่ละคนว่าเล็งตรงตำแหน่งไหนของเส้นขีดบอกปริมาตร) สิ่งที่ผมแนะนำให้เขาทดลองทำก็คือลองเอา graduated pipette ขนาดไม่เกิน 10 ml มาเป็นตัววัดปริมาตรของแก๊สที่ไหลออกมา เพราะปิเปตที่มีขนาดเล็กจะทำให้เห็นฟองสบู่เคลื่อนที่ได้เร็วขึ้น ความคลาดเคลื่อนจากการจับเวลาเมื่อฟองสบู่เคลื่อนถึงขีดบอกปริมาตรที่กำหนดไว้ก็จะลดลงไปด้วย

๔. ทำไมแก๊สหายไปเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น

อันนี้เป็นปัญหาที่หลายรายไม่รู้ว่ามันเกิดขึ้น เพราะตอนที่ปรับอัตรการไหลนั้นกระทำที่อุณหภูมิห้อง และในช่วงแรกที่อุณหภูมิเบดสูงขึ้นก็ไม่เห็นจะมีปัญหาอะไร ก็เลยคิดว่ามันไม่มีปัญหาอะไร แต่ถ้าทดลองวัดอัตราการไหลผ่านเบดที่อุณหภูมิสูง หรือวัดความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่ไหลผ่านเบดที่อุณหภูมิสูง (โดยใช้ inert material บรรจุแทนตัวเร่งปฏิกิริยา) ก็มีสิทธิ์ที่จะเห็นสารตั้งต้นบางตัวหายไป ทั้ง ๆ ที่มันไม่มีปฏิกิริยาใด ๆ เกิดขึ้น
 

ปัญหานี้มักจะเกิดกับผู้ที่ใช้แก๊สหลายตัวมาผสมกันในระบบท่อก่อนผ่านแก๊สผสมไปยังเบดตัวเร่งปฏิกิริยา ปัญหามันอยู่ตรงที่การต่อท่อแก๊สสองตัวเข้าด้วยกัน คือถ้าต่อถูกวิธีมันจะไม่มีปัญหาใด ๆ แต่ถ้าต่อไม่ถูกวิธีมันมีโอกาสที่จะเกิดปัญหาได้ โดยเฉพาะเมื่อแก๊สตัวหนึ่งมีอัตราการไหลที่สูงกว่าอีกตัวหนึ่งมาก อย่างเช่นในกรณีที่เขาถามผมมา แก๊ส A ที่มีอัตราการไหลเพียงแค่ประมาณ 10% ของแก๊ส B นั้นหายไปเมื่ออุณหภูมิของเบดเพิ่มสูงขึ้น (จากการวัดด้วย GC) สิ่งที่ผมถามเขาก็คือเขาต่อท่อแก๊สให้ผสมกันแบบไหน คำตอบที่ได้ก็คือใช้ข้อต่อ ๓ ทาง (Tee) โดยให้แก๊ส A และ B เข้าทางด้านตรงข้ามกัน และให้แก๊สผสมไหลออกตรงกลางดังแสดงในรูปที่ ๑
 

การต่อแบบนั้นถ้าเป็นกรณีที่แก๊สทั้งสองสายนั้นมีอัตราการไหลที่สูงพอ ๆ กันก็อาจจะไม่เห็นปัญหาใด ๆ แต่ถ้าแก๊สตัวหนึ่งไหลต่ำกว่าอีกตัวหนึ่งมาก มีโอกาสสูงที่จะพบว่าแก๊สที่มีอัตราการไหลต่ำนั้นจะหายไปเมื่ออุณหภูมิเบดเพิ่มสูงขึ้น ทั้งนี้เป็นเพราะความต้านทางการไหลด้าน downstream เพิ่มขึ้น วิธีการที่ดีกว่าคือการให้แก๊สที่มีอัตราการไหลสูงนั้นไหลในแนวตรงของข้อต่อ และให้แก๊สที่มีอัตราการไหลต่ำเข้าบรรจบทางด้านข้าง เรื่องนี้เคยอธิบายไว้อย่างละเอียดใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๗๕ วันพุธที่ ๒๓ มีนาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การใช้ข้อต่อสามทางผสมแก๊ส"
 

แก๊สมันไม่เหมือนของเหลวตรงที่แก๊สสามารถอัดตัวได้ ดังนั้นถ้าความต้านทางด้าน downstream (P₁) เพิ่มสูงขึ้น แต่ยังต่ำกว่าความดันทางด้าน upstream (P₀) แก๊สก็ยังไหลผ่านวาล์วได้อยู่ แต่จะไปสะสมตรงในเส้นท่อก่อนจะถึงจุดผสม การแก้ปัญหานั้นนอกจากการปรับแนวท่อใหม่ (ซึ่งเป็นสิ่งที่ควรต้องทำ) ก็อาจใช้การเพิ่มความดันด้านขาเข้าวาล์วปรับอัตราการไหลให้สูงขึ้น แต่ก็ต้องแลกด้วยการเปิดวาล์วนั้นให้น้อยลง ซึ่งถ้าพบว่าต้องเปิดวาล์วน้อยมาก แสดงว่าวาล์วที่ใช้นั้นมีขนาดใหญ่เกินไป ควรพิจารณาเปลี่ยนไปใช้วาล์วที่มีขนาดเล็กลง แต่ก็ต้องไม่เล็กจนกระทั่งต้องเปิดวาล์วเกือบสุดจึงจะได้อัตราการไหลที่ต้องการ
 

สำหรับวันนี้ก็คงจะขอสรุปจบเพียงแค่นี้

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๖) MO Memoir : Tuesday 19 February 2562

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับการสร้าง calibration curve ของโทลูอีน

ปิดท้ายที่ว่างของหน้าด้วยภาพบรรยากาศบนชั้น ๔ ของหอสมุดกลางเมื่อราว ๆ ๕ โมงเย็นวันวานก็แล้วกัน ที่อ่านหนังสือมุมนี้เขาใช้ระบบเปิด-ปิดไฟอัตโนมัติ กล่าวคือถ้าไม่มีคนเดินไฟมันจะปิด มันก็เลยมีปัญหาเพราะเวลาที่ไม่มีใครเดิน มีแต่คนนั่งอ่านหนังสือตามโต๊ะ ไฟมันก็เลยปิดมืด สงสัยเขาคงกลัวคนนั่งติดเก้าอี้มากเกินไป :) :) :)

UVCE case 6 Puerto Rico 2552(2009) MO Memoir : Sunday 17 February 2562

ในคืนวันศุกร์ที่ ๒๓ ตุลาคม พ.ศ. ๒๕๕๒ (ค.ศ. ๒๐๐๙) ได้เกิดการระเบิดครั้งใหญ่ขึ้นที่คลังน้ำมัน Caribbean Petroleum Corporation (CAPECO) ที่เมือง Bayamón, Puerto Rico ในระหว่างการถ่ายน้ำมันเบนซินจากเรือบรรทุกมายังถังเก็บ ก่อให้เกิดความเสียหายต่อถังเก็บน้ำมันจำนวนทั้งสิ้น ๑๗ ถังจาก ๔๘ ถัง เพลิงได้ลุกไหม้อยู่นานประมาณ ๖๐ ชั่วโมงจึงสามารถดับลงได้
 

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากรายงานการสอบสวนฉบับสมบูรณ์เรื่อง "FINAL INVESTIGATION REPORT: CARIBBEAN PETROLEUM TANK TERMINAL EXPLOSION AND MULTIPLE TANK FIRES. CARIBBEAN PETROLEUM CORPORATION (CAPECO) BAYAMÓN, PUERTO RICO OCTOBER 23, 2009" ที่จัดทำโดย U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board หรือที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า CSB และคลิปวิดิโอเรื่อง "Filling Blind" ที่จำลองการเกิดเหตุการณ์ดังกล่าวที่จัดทำโดย CSB เช่นกัน

รูปที่ ๑ ภาพหน้าปกรายงานการสอบสวน แสดงให้เห็นเพลิงไหม้ที่กำลังลุกไหม้อยู่

ในการทำงานปรกตินั้น ในแต่ละกะ (shift) ของการทำงาน คลังน้ำมันดังกล่าวจะมีพนักงานทำงานอยู่ ๔ คน คือหัวหน้ากะ (shift supervisor) ๑ คน tank farm operator ๒ คน และพนักงานประจำระบบบำบัดน้ำเสียอีก ๑ คน เมื่อมีการลำเลียงน้ำมัน tank farm operator จะเป็นผู้ทำหน้าที่เปิด-ปิดวาล์วต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง และเดินออกอ่านค่าระดับน้ำมันในแต่ละ tank ที่วัดด้วย Float and Tape side gauge (รูปที่ ๓ และ ๔) ทุก ๑ ชั่วโมง แล้วรายงานระดับที่อ่านได้ไปให้หัวหน้ากะทราบเพื่อทำการคำนวณเวลาที่ต้องใช้ในการเติมน้ำมันให้เต็มแต่ละถัง (ถังในที่นี้คือ tank) ซึ่งการถ่ายน้ำมันแต่ละครั้งมักจะใช้เวลานานข้ามกะกัน นอกจากนี้ tank farm operator ยังมีหน้าที่ตรวจสอบด้วยว่า water drain valve (วาล์วระบายน้ำออกจาก dike) นั้นปิดอยู่หรือไม่ด้วย

รูปที่ ๒ แผนที่ภาพถ่ายดาวเทียม คลังน้ำมันที่เกิดเหตุอยู่ในกรอบสีส้ม

Float and Tape side gauge ประกอบด้วยตัวทุ่นลอย (float) ที่มีน้ำหนักที่ผูกอยู่กับสายเทป (tape) น้ำหนักของตัวทุ่นลอยจะทำให้เกิดแรงดึงในสายเทปที่ปลายอีกข้างหนึ่งจะอยู่ที่อุปกรณ์แสดงระดับของเหลวในถัง ฝั่งด้านอุปกรณ์แสดงระดับจะมีการถ่วงแรงดึงที่เกิดจากแรงดึงของสายเทป กล่าวคือถ้าระดับของเหลวในถังลดต่ำลง ตัวทุ่นลอยก็จะตกลง แรงดึงในสายเทปก็จะเพิ่มขึ้นก็จะมีการผ่อนสายเทปออกมาจากอุปกรณ์แสดงระดับจนกว่าแรงดึงจะเข้าสู่สมดุลใหม่ ในทางกลับกันถ้าระดับของเหลวในถังเพิ่มขึ้น ตัวทุ่นลอยก็จะลอยขึ้น ทำให้แรงดึงในสายเทปลดลง ฝั่งด้านอุปกรณ์แสดงระดับก็จะทำการม้วนเก็บสายเทปจนกระทั่งแรงดึงเข้าสู่สมดุลใหม่ ข้อเสียของระบบนี้คือมีแรงเสียดทานที่มากระหว่างระบบลูกรอก (อย่างน้อยก็สองตัว) ที่ใช้ในการพาดสายเทป อุปกรณ์ที่ใช้ในการถ่วงแรงดึง และส่วนของชุดแสดงผล ทำให้ความแม่นยำของอุปกรณ์นี้อยู่ที่ระดับประมาณ 10 mm ระบบนี้เป็นระบบเก่าและมีความแม่นยำต่ำกว่า servo gauge ที่ใช้การหย่อน displacer ลงมาโดยตรงจากด้านบนของตัว tank ที่ไม่มีการใช้ระบบรอก (เรื่องของ servo gauge นี้ได้เล่าไว้ใน Memoir ฉบับที่แล้ว (วันพฤหัสบดีที่ ๑๔ กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา) ที่ใช้กับ tank ในกรณีของเหตุการณ์ที่ Buncefield 
  

แล้วความคลาดเคลื่อนระดับ 10 mm นี่มันสำคัญแค่ไหน ถ้าเราลองสมมุติว่าเรามีถังน้ำมันขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 m ระดับของเหลวที่แตกต่างกัน 1 mm หมายถึงปริมาตรที่แตกต่างกันประมาณ 2 m³ หรือ 2000 ลิตร ถ้าตีว่าน้ำมันราคาลิตรละประมาณ 20 บาท (ราคาไม่รวมภาษี) ปริมาตรที่อ่านผิดไป 2000 ลิตรก็จะเทียบเท่ากับมูลค่าน้ำมันประมาณ 40000 บาท 
  

ต่อมาได้มีการติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติม เพื่อส่งค่าระดับที่วัดได้ไปยังห้องควบคุม แต่อุปกรณ์นี้ก็มักจะมีปัญหาเป็นประจำ ทำให้การอ่านค่าจึงยังต้องพึ่งพาการมาอ่านค่าที่ตัว gauge ข้างถังน้ำมันเหมือนเดิม

รูปที่ ๓ การวัดระดับน้ำมันในถังใช้ Float and Tape side gauge ที่เดิมนั้นต้องมาอ่านค่าที่ข้างถัง แต่ต่อมามีการติดตั้งอุปกรณ์เพิ่มเติมเพื่อส่งค่าที่อ่านได้ไปยังห้องควบคุม (ภาพจากรายงานการสอบสวน)

รูปที่ ๔ Float and Tape side gauge ที่ใช้วัดระดับน้ำมัน (ภาพจากรายงานการสอบสวน) อุปกรณ์วัดชนิดนี้ใช้ระบบกลไก (mechanical) ในการหมุนเก็บและคลี่เทปที่เชื่อมต่อกับตัวทุ่นลอย
 

ในวันพุธที่ ๑๑ ตุลาคม ทางคลังน้ำมันต้องรับน้ำมันเบนซินที่ส่งมาทางเรือจำนวน 11.5 ล้านแกลลอน (หน่วยแกลลอนในที่นี้คือ US gallon ซึ่งเท่ากับ 3.785 ลิตร) แต่เนื่องด้วยถังน้ำมันที่มีขนาดใหญ่เพียงพอที่จะรองรับน้ำมันปริมาณนี้ได้ทั้งหมด (ถังหมายเลข 107 ที่มีความจุ 21 ล้านแกลลอน) มีน้ำมันบรรจุอยู่แล้ว ทำให้ทางคลังน้ำมันวางแผนที่จะแบ่งน้ำมันเข้าสู่ถังขนาดเล็กกว่าจำนวน 5 ถังด้วยกัน และคาดว่าจะใช้เวลาในการลำเลียงนานว่า 24 ชั่วโมง
 

ท่อส่งน้ำมันจากเรือและแยกเข้าถังต่าง ๆ นั้นเป็นท่อขนาด 16-18 นิ้ว ความดันของน้ำมันที่ส่งมาอยู่ที่ประมาณ 125 psig (8 เท่าของความดันบรรยากาศ) ในกรณีที่ต้องมีการถ่ายน้ำมันเข้าถังหลายถังต่อเนื่องกันนั้น ทางโอเปอร์เรเตอร์จะเปิดวาล์ว (gate valve) เข้าถังที่ต้องการเติมเต็มที่ (fully open) ส่วนถังถัดไปที่จะทำการเติมนั้นจะเปิดวาล์ว (gate valve เช่นกัน) เอาไว้เพียงเล็กน้อยแบบที่เรียกว่า cracked open (รูปที่ ๕)

รูปที่ ๕ ถังใบบนคือถังที่กำลังถ่ายน้ำมันเข้า และเมื่อเต็มแล้วก็จะย้ายมาถ่ายน้ำมันเข้าถังใบล่าง ในการทำงานนี้ทางโอเปอร์เรเตอร์จะเปิดวาล์วเข้าถังที่ต้องการเติมเต็มที่ (fully open) ส่วนถังถัดไปที่จะทำการเติมนั้นจะเปิดวาล์วเอาไว้เพียงเล็กน้อยแบบที่เรียกว่า cracked open ทั้งนี้เพื่อช่วยให้เปิดวาล์วได้ง่ายขึ้น

แล้วทำไมจึงต้องเปิดวาล์วเข้าถังใบถัดไปรอไว้ เหตุผลก็เพราะมันทำให้เปิดวาล์วได้ง่ายขึ้นเวลาที่จะย้ายการถ่ายน้ำมันจากถังที่กำลังจะเต็มไปยังถังใบใหม่ คำอธิบายตรงนี้คงต้องขอให้ดูรูปที่ ๖ ประกอบ สำหรับท่อขนาดใหญ่วาล์วที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เปิด-ปิดเท่านั้น (คือไม่ต้องการควบคุมอัตราการไหล) มักจะเป็น gate valve (น้ำหนักมันเบากว่า globe valve ความต้านทานการไหลก็ต่ำกว่า และทนต่อความดันได้ดีกว่า butterfly valve) โครงสร้างของ gate vale นั้นการเคลื่อนที่ของตัวแผ่น gate ที่เคลื่อนขึ้น-ลงนั้นจะตั้งฉากกับทิศทางการไหลของของไหลในท่อ เวลาที่วาล์วปิดสนิทนั้นแผ่น gate จะถูกแรงดันของของไหลกดอัดเข้ากับ body seat ทำให้ยากที่จะเปิดโดยเฉพาะถ้าระบบมีความดันสูงและเป็นวาล์วขนาดใหญ่ (แรงกดเท่ากับผลคูณของความดันคูณกับพื้นที่หน้าตัดของแผ่น gate ซึ่งเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ) ส่วน globe valve นั้นทิศทางการเคลื่อนที่ของของไหลนั้นอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของแผ่น disc ที่ใช้ปิดกั้นการไหล และตัวแผ่น disc ก็มีขนาดเล็กกว่าเมื่อเทียบกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ การเปิดจึงทำได้ง่ายกว่า
 

แต่การทำเช่นนี้ก็ก่อให้เกิดปัญหาในการคำนวณระยะเวลาที่น้ำมันจะเต็มแต่ละถัง เพราะมีการวัดอัตราการไหล ณ ตำแหน่งเดียวคือทางต้นทาง แต่เมื่อมาถึงคลังน้ำมันการไหลจะแยกออกเป็นสองส่วน คือส่วนใหญ่จะไหลเข้าสู่ถังที่ต้องการเติมให้เต็ม และอีกส่วนหนึ่งจะไหลเข้าสู่ถังที่จะเติมเป็นใบถัดไป ปัญหาก็คือการไม่ทราบว่าน้ำมันมีการแบ่งสัดส่วนการไหลไปยังแต่ละถังเท่าใด และด้วยการที่อุปกรณ์ส่งค่าไปยังห้องควบคุมนั้นใช้งานไม่ได้ ด้วยเหตุนี้ในช่วงเวลาที่มีการรับน้ำมัน ตัวโอเปอร์เรเตอร์เองจึงต้องเดินอ่านค่าระดับน้ำมันถี่ขึ้น

รูปที่ ๖ โครงสร้างของ gate vale (ซ้าย) นั้นการเคลื่อนที่ของตัวแผ่น gate (6) จะตั้งฉากกับทิศทางการไหล เวลาที่วาล์วปิดสนิทนั้นแผ่น gate จะถูกกดอัดเข้ากับ body seat (7) ทำให้ยากที่จะเปิดโดยเฉพาะถ้าระบบมีความดันสูงและเป็นวาล์วขนาดใหญ่ (แรงกดเท่ากับผลคูณของความดันคูณกับพื้นที่หน้าตัดของแผ่น gate ซึ่งเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ) ส่วน globe valve (ขวา) นั้นทิศทางการเคลื่อนที่ของของไหลนั้นอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของแผ่น disc ที่ใช้ปิดกั้นการไหล และตัวแผ่น disc ก็มีขนาดเล็กกว่าเมื่อเทียบกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของท่อ การเปิดจึงทำได้ง่ายกว่า

รูปที่ ๗ ถัง 409 ที่เกิดการรั่วนั้นเป็นชนิด internal floating roof tank ที่มีการติดตั้ง wind girder (ในรายงานไม่มีการกล่าวถึงว่ามีการติดตั้ง deflector plate เหมือนกรณีของ Buncefield หรือไม่) ถังใบนี้ไม่มีการติดตั้ง high alarm (HA) ซึ่งคงเป็นเพราะมันไม่มีการส่งสัญญาณค่าที่อ่านได้ไปยังห้องควบคุม และไม่มีการติดตั้ง Independent High Level Switch (IHLS) แต่จะว่าไปในกรณีของเหตุการ์ที่ Buncefield ที่เกิดขึ้น ๔ ปีก่อนหน้านั้น แม้จะมีการติดตั้ง HA แต่พออุปกรณ์วัดระดับไม่ทำงานมันก็เลยไม่มีสัญญาณ แถม IHLS ติดตั้งผิดอีกก็เลยไม่ทำงานอีก
 

รายงานการสอบสวนของ CSB ไม่ได้ให้รายละเอียดการทำงานช่วงก่อนเกิดการระเบิดมากนัก แต่พอจะสรุปได้คร่าว ๆ ว่าในคืนวันที่ ๒๒ ตุลาคม มีการถ่ายน้ำมันเข้าถังหมายเลข 409 ที่คาดว่าน่าจะเต็มถังเวลาประมาณ ๑.๐๐ น (ล่วงเข้าวันที่ ๒๓) เมื่อถึงเวลา ๒๓.๐๐ น (วันที่ ๒๒) tank farm operator เดินไปอ่านค่าระดับที่ถัง 409 ก็ยังไม่พบความผิดปรกติใด ๆ แต่พอไปตรวจอีกครั้งตอนเที่ยงคืน (รอยต่อวันที่ ๒๒ และวันที่ ๒๓) กลับพบหมอกไอน้ำมันปกคลุมทั่วบริเวณ นั่นแสดงว่ามีการรั่วไหลของน้ำมันจากถัง 409 ในช่วงระหว่างเวลา ๒๓.๐๐ - ๒๔.๐๐ น ของคืนวันที่ ๒๒ ตุลาคม และในเวลาประมาณ ๐๐.๒๓ น (วันที่ ๒๓) กล้องวงจรปิดจับภาพเปลวไฟที่เกิดการลุกไหม้ในบริเวณสระบำบัดน้ำเสีย ที่วิ่งกลับไปยังบริเวณที่ตั้งถังน้ำมัน ก่อนที่จะเกิดการระเบิดขึ้นตามมา มีการประมาณว่ามีน้ำมันไหลล้นออกมาประมาณ 200,000 แกลลอน (หรือประมาณเกือบ 760,000 ลิตร) ก่อนที่จะเกิดการระเบิด
 

บริเวณสระบำบัดน้ำเสียนั้นถือว่าอยู่นอก Hazadous area ดังนั้นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้งานในบริเวณนั้นจึงไม่จำเป็นต้องเป็นชนิด explosion proof แต่คำถามที่เกิดขึ้นตามมาก็คือ น้ำมันรั่วไหลไปยังสระบำบัดน้ำเสียได้อย่างไร ซึ่งต่อมาพบว่าเกิดจากการที่ water drain valve ของ dike ที่เป็นที่ตั้งถัง 409 นั้นถูกเปิดทิ้งเอาไว้

รูปที่ ๘ ด้วยการที่ water drain valve ที่ใช้สำหรับระบายน้ำฝนใน dike นั้นถูกเปิดทิ้งเอาไว้ ทำให้เมื่อน้ำมันล้นถังออกมา น้ำมันจึงไหลลงไปยังสระบำบัดน้ำเสีย น้ำมันที่ลอยไปบนผิวหน้าน้ำจึงแผ่กว้างออกไปได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นทั้งการเพิ่มพื้นที่การระเหยและการแพร่กระจายของน้ำมัน

รูปที่ ๙ รูปแบบต่าง ๆ การติดตั้ง water drain valve ที่ใช้สำหรับระบายน้ำที่ขังอยู่ใน dike ลงไปยังสระบำบัดน้ำเสียของ CAPECO ของถัง 409 คือรูปซ้ายที่ใช้วาล์วชนิด nonrising stem (หรือ fixed stem)

รูปที่ ๑๐ วาล์วแบบ rising stem (รูปบน) นั้น เมื่อหมุน handwheel จะทำให้ตัว stem เกิดการเคลื่อนที่ขึ้นหรือลง ซึ่งทำให้ตัวแผ่น gate นั้นเคลื่อนที่ขึ้นหรือลงตามไปด้วย วาล์วแบบนี้ทำให้เห็นจากภายนอกได้ง่ายว่าวาล์วนั้นเปิดหรือปิดอยู่ และก็ยังหล่อลื่นตัว stem ได้ง่าย แต่ก็มีข้อเสียคือสิ่งที่เลอะตัว stem นั้นอาจลงไปผสมกับ process fluid ได้เวลาที่ปิดวาล์ว ซึ่งวาล์วชนิด nonrising stem (รูปล่าง) ไม่มีปัญหาเรื่องการปนเปื้อนนี้ เพราะในกรณีของวาล์วชนิด nonrising stem นั้นตัว stem เมื่อหมุน handwheel ตัว stem จะไม่มีการเคลื่อนที่ขึ้นหรือลง มีแต่การหมุนรอบตัวเองเพียงอย่างเดียว แต่การหมุนนี้จะไปทำให้ตัว gate เคลื่อนที่ขึ้นหรือลง แต่วาล์วชนิดนี้ก็มีข้อเสียคือไม่สามารถมองจากภายนอกได้ว่าวาล์วเปิดหรือปิดอยู่ วิธีที่จะบอกได้คือต้องลองหมุนวาล์วดู
 

เนื่องด้วยถัง 409 มีการติดตั้ง wind girder (รูปที่ ๗ - ในรายงานไม่มีการกล่าวถึงว่ามีการติดตั้ง deflector plate ดังเช่นกรณีของ Buncefield หรือไม่) ดังนั้นเมื่อน้ำมันที่ล้นออกมาทางช่อง vent ของส่วน cone roof นั้นตกลงมากระทบเข้ากับ wind girder น้ำมันบางส่วนจะเกิดการกระเด็นกลายเป็นหยดน้ำมันเล็ก ๆ ซึ่งทำให้ระเหยกลายเป็นไอได้ง่ายขึ้น ในขณะที่ส่วนที่เหลือจะตกลงสู่พื้นภายใน dike (รูปที่ ๘)
 

ตามขั้นตอนการปฏิบัติงานของ CAPECO นั้น โอเปอร์เรเตอร์ในช่วงกะกลางวันต้องมาตรวจสอบ water drain valve ของแต่ละ dike ว่าเปิดหรือปิดอยู่ ซึ่งต้องทำด้วยการลองหมุนเปิดและปิดวาล์ว แต่เนื่องจากการติดตั้ง drain valve นั้นมีการติดตั้งกันหลากหลายรูปแบบและมีการใช้วาล์วต่างชนิดกัน (รูปที่ ๙) โดยเฉพาะการใช้ gate valve ชนิด nonrising stem มาใช้เป็น water drain valve ทำให้ไม่สามารถบอกได้ว่าวาล์วนั้นเปิดหรือปิดอยู่ด้วยการมอง และต้องใช้การทดลองหมุนวาล์วด้วยตนเองว่าวาล์วนั้นเปิดหรือปิดอยู่ แต่ในทางปฏิบัตินั้นการตรวจสอบว่าวาล์วเปิดหรือปิดอยู่นั้นโอเปอร์เรเตอร์ทำด้วยการ "มองจากรถที่ขับผ่าน" เท่านั้นเอง และในคืนที่เกิดเหตุนั้น water drain valve ของ dike ที่เป็นที่ตั้งของถัง 409 ก็ถูกเปิดทิ้งเอาไว้ ส่งผลให้เกิดการรั่วไหลของน้ำมันลงสู่สระบำบัดน้ำเสีย ที่ทำให้น้ำมันแพร่กระจายไปได้อย่างรวดเร็ว (เพราะน้ำมันลอยบนผิวหน้าน้ำ) และยังระเหยได้เร็วขึ้นด้วย (เพราะพื้นที่ผิวมากขึ้น)

รูปที่ ๑๑ ภาพเหตุการณ์ในวันที่ ๒๓ ตุลาคม

ปี ๒๕๔๒ alarm ทำงานถูกต้อง แต่โอเปอร์เรเตอร์คิดว่า alarm ผิด บวกกับ water drain valve เปิดอยู่

ปี ๒๕๔๘ อุปกรณ์วัดไม่ทำงาน alarm ก็ไม่ทำงาน แถม IHLS ไม่ทำงานเพราะติดตั้งผิด

ปี ๒๕๕๒ ไม่มีการติดตั้ง alarm แถม water drain valve เปิดอยู่

ครั้งต่อก็คงได้แต่รอดูกันว่าจะเกิดในรูปแบบไหน ที่ใด และเมื่อใด