ความปลอดภัยในการทำงานและการออกแบบ ตอน คล้าย แต่ไม่เหมือน MO Memoir : Friday 1 February 2562

ในสภาพการทำงานทึ่ดูเผิน ๆ แล้วน่าจะเหมือนกันนั้น เอาเข้าจริง ๆ แล้วด้วยรายละเอียดปลีกย่อยที่แตกต่างกันก็อาจทำให้ความเสี่ยงในการเกิดและรูปแบบการเกิดอุบัติเหตุนั้นแตกต่างกันไปได้ และในทางกลับกันสิ่งในงานที่ดูแล้วไม่น่าจะเหมือนกันเลย กลับมีความเสี่ยงในการเกิดอุบัติเหตุรูปแบบเดียวกันก็ได้
 

ในตอนที่แล้ว (ตอน "ทำไมเมื่อวานจึงไม่เกิดเรื่อง") ได้ยกกรณีตัวอย่างที่ช่างเชื่อมที่ทำการเชื่อมถังอะลูมิเนียม เข้าไปเชื่อมชิ้นส่วนสแตนเลสเพิ่มเติมในวันรุ่งขึ้น ประสบอุบัติเหตุเสียชีวิตจากการขาดอากาศ เนื่องจากลืมปิดวาล์วแก๊สอาร์กอนที่ป้อนไปยังหัวเชื่อมที่ทิ้งไว้ในถังก่อนการเลิกงานในวันก่อนหน้า
 

ทีนี้ถ้าเราลองมาพิจารณาสถานการณ์สมมุติสถานการณ์หนึ่ง ที่เป็นการทำงานแบบเดียวกัน (รูปที่ ๑) แต่เปลี่ยนวัสดุเป็นการเชื่อมชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาในถังเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา คุณคิดว่าความเสี่ยงที่ช่างเชื่อมจะพบกับการขาดอากาศหายใจจากการกลับมาทำงานในวันรุ่งขึ้นจะเหมือนกันหรือไม่

รูปที่ ๑ รูปบนเป็นกรณีของการเชื่อมชิ้นส่วนสแตนเลสในถังอะลูมิเนียม ส่วนรูปล่างเป็นกรณีสมมุติของการทำงานแบบเดียวกัน แต่ให้เป็นการเชื่อมชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดาในถังเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา ความเสี่ยงในการขาดอากาศหายใจจากการกลับมาทำงานในวันรุ่งขึ้นจะเหมือนกันหรือไม่

การเชื่อม TIG (ที่บ้านเราเรียกว่าการเชื่อมติ๊กซึ่งย่อมาจาก Tungsten Inert Gas welding ที่ใช้แก๊สอาร์กอนปกคลุมรอบเชื่อมในระหว่างการเฃื่อม) นั้นนำมาใช้กับการเชื่อมเหล็กกล้าธรรมดาได้ แต่ช่างที่เชื่อมแบบนี้ได้จะมีค่าแรงแพง ดังนั้นถ้าไม่ใช่งานที่จำเป็นต้องการได้รอยเชื่อมที่สมบูรณ์ (เช่นการต่อท่อความดันสูง อุณหภูมิสูง) ก็จะใช้การเชื่อมด้วยธูปเฃื่อมแทน ซึ่งจะถูกกว่าและทำได้ง่ายกว่า
 

แก๊สที่ปกคลุมรอยเชื่อมในขณะที่ทำการเชื่อมด้วยการใช้ธูปเชื่อมเกิดจากฟลักซ์ที่หุ้มลวดเชื่อมอยู่ ดังนั้นจะมีแก๊สเกิดขึ้นเฉพาะช่วงเวลาที่ทำการเชื่อมเท่านั้น การระบายแก๊สออกจากที่ทำงานในขณะที่ทำการเชื่อมจึงเป็นเรื่องสำคัญ แต่ถ้าไม่มีการเชื่อมหรือหยุดงานเชื่อมทั้งหมด ก็จะไม่มีแก๊สเกิดขึ้น ดังนั้นถ้าพิจารณาในแง่นี้ ถ้าเป็นการเชื่อมชิ้นส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนในถังเหล็กกล้าคาร์บอนด้วยการใช้ธูปเชื่อม (และไม่มีการทำงานอื่นร่วมด้วย) โอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์ที่ว่ามีแก๊สอื่นเข้าไปแทนที่อากาศในถังหลังจากเลิกงานตอนเย็น จนทำให้ผู้ที่เข้าไปทำงานในถังในวันรุ่งขึ้นประสบอุบัติเหตุจากการขาดอากาศหายใจได้จึงไม่น่าจะมี
 

แต่การเชื่อมเหล็กกล้าคาร์บอนแบบที่ใช้แก๊สปกคลุมรอยเชื่อมก็มีเหมือนกัน คือวิธีการที่เรียกว่าเชื่อมมิก (MIG ที่ย่อมาจาก Metal Inert Gas welding) หรือเชื่อม CO₂ ในการเชื่อมนี้จะใช้ลวดโลหะยาวเป็นทั้งขั้วไฟฟ้าและโลหะหลอมเติมแนวรอยเชื่อม กล่าวคือประกายไฟที่เกิดขึ้นระหว่างชิ้นงานและลวดโลหะจะทำให้ชิ้นงานและลวดโลหะหลอมละลายรวมเข้าด้วยกัน แต่ใช้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เป็นตัวปกป้องรอยเชื่อมจากอากาศ ดังนั้นถ้าใช้การเชื่อมแบบ MIG นี้ก็จะมีโอกาสที่จะมี CO₂ เข้าไปแทนที่อากาศในถังหลังจากเลิกงานตอนเย็น จนทำให้ผู้ที่เข้าไปทำงานในถังในวันรุ่งขึ้นอาจเสียชีวิตเนื่องจากการขาดอากาศได้
 

(หมายเหตุ : ในการเชื่อม TIG นั้นใช้ขั้วไฟฟ้า (ที่มีแก๊สอาร์กอนป้อนเข้ามา) ที่ทำจากโลหะทังสเตนเป็นตัวทำให้เกิดประกายไฟกับชิ้นงานที่จะเชื่อม แล้วใช้ลวดโลหะป้อนเข้ามาตรงบริเวณประกายไฟนั้น ชิ้นงานและลวดโลหะที่ป้อนเข้ามาจะหลอมเหลวรวมกัน โดยที่ขั้วทังสเตนไม่ได้เกิดการหลอมไปด้วย แต่มันก็สึกหรอบ้างเหมือนกัน)
 

แต่ CO₂ ยังมีอันตรายอีกรูปแบบหนึ่งคือมันส่งผลกระทบต่อการหายใจของคน สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้แม้ว่าในอากาศนั้นจะมีปริมาณออกซิเจนที่ระดับปรกติ ระดับ CO₂ ในอากาศที่ประมาณ 7% (70,000 ppm) ขึ้นไปสามารถทำให้คนหมดสติและตามด้วยการเสียชีวิตได้ในเวลาอันสั้น แม้ว่าในอากาศนั้นจะมีออกซิเจนเพียงพอต่อการหายใจก็ตาม ซึ่งตรงนี้แตกต่างไปจากกรณีของแก๊สอาร์กอน ที่มันไม่ก่อให้เกิดปัญหาเช่นนี้

ทีนี้ลองพิจารณาสถานการณ์สมมุติอีกสถานการณ์หนึ่ง เป็นการทำงานเชื่อมโลหะในถังเหมือนกัน แต่เปลี่ยนจากการเชื่อมไฟฟ้าเป็นการเชื่อมแก๊ส (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ คล้ายกับกรณีในรูปที่ ๑ แต่เปลี่ยนเป็นการเชื่อมแก๊ส

การเชื่อมแก๊สนั้นจะใช้การเผาไหม้แก๊สเฃื้อเพลิง (เช่นอะเซทิลีน แก๊สหุงต้ม) กับแก๊สออกซิไดซ์ (เช่น อากาศที่ป้อนมาจากถังอากาศ ออกซิเจนบริสุทธิ์) อุณหภูมิของเปลวไฟที่ได้ขึ้นอยู่กับการจับคู่แก๊ส เปลวไฟที่เกิดจากการใช้ออกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์จะมีอุณหภูมิสูงกว่าเปลวไฟที่ใช้อากาศเป็นสารออกซิไดซ์ และเปลวไฟที่ใช้อะเซทิลีนเป็นเชื้อเพลิงจะมีอุณหภูมิสูงกว่าเปลวไฟที่ใช้แก๊สหุงต้มเป็นเชื้อเพลิง (แก๊สหุงต้มในที่นี้อาจเป็นโพรเพน (propane C₃H₈) บริสุทธิ์ไปจนถึงบิวเทน (butane C₄H₁₀) บริสุทธิ์ หรือเป็นแก๊สผสมระหว่างแก๊สสองชนิดนี้ อย่างเช่นในบ้านเราจะอยู่ที่ประมาณโพรเพน 60% บิวเทน 40%)
 

ดังนั้นงานนี้ถ้าหากว่ามีการเปิดแก๊สเชื้อเพลิงทิ้งไว้ ก็จะมีโอกาสเกิดอุบัติเหตุ ๒ รูปแบบด้วยกัน รูปแบบแรกคือถ้าหากแก๊สเชื้อเพลิงนั้นเข้าไปแทนที่อากาศไม่เพียงพอต่อการหายใจ ผู้ที่กลับเข้ามาทำงานในวันรุ่งขึ้นก็มีโอกาสที่จะประสบกับเหตุการณ์ขาดอากาศ แต่ถ้าการรั่วของแก๊สเชื้อเพลิงนั้นไม่มากพอที่จะทำให้ผู้กลับเข้ามาทำงานในวันรุ่งขึ้นขาดอากาศหายใจ แต่มากพอที่จะทำให้ส่วนผสมเชื้อเพลิงกับอากาศอยู่ในช่วง explosive limit ดังนั้นถ้าผู้ที่กลับเข้ามาทำงานในวันรุ่งขึ้นจุดไฟเพื่อเริ่มการทำงานเมื่อใด ก็มีโอกาสที่จะเกิดการระเบิดขึ้นในถัง
 

ณ จุดนี้อาจมีคนแย้งว่าเหตุการณ์ดังกล่าวจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อเป็นกรณีของการใช้แก๊สหุงต้มเป็นเชื้อเพลิง เพราะมันเป็นแก๊สที่หนักกว่าอากาศ แต่ถ้าใช้อะเซทิลีน (น้ำหนักโมเลกุล 26) ก็ไม่น่าจะเกิด เพราะอะเซทิลีนเป็นแก๊สที่เบากว่าอากาศ (น้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ย 28.84) ดังนั้นถ้าอะเซทิลีนรั่วออกมามันก็ควรจะลอยขึ้นบน ไม่สะสมอยู่เบื้องล่าง
 

การที่แก๊สที่เบากว่าจะลอยขึ้นไปอยู่เหนือแก๊สที่หนักว่าได้นั้น น้ำหนักโมเลกุล (ซึ่งบ่งบอกถึงความหนาแน่นของแก๊ส) ของแก๊สสองชนิดนั้นต้องต่างกันมากพอควร ตัวอย่างที่เห็นได้ง่ายคือกรณีของอากาศที่ประกอบด้วยไนโตรเจน (น้ำหนักโมเลกุล 28) ที่เบากว่าออกซิเจน (น้ำหนักโมเลกุล 32) แต่ในสภาพอากาศปรกติแม้ในที่ปิดก็ตาม เราก็ไม่พบการแยกตัวกันระหว่างไนโตรเจนกับออกซิเจน พูดง่าย ๆ ก็คืออากาศที่ชั้นล่างสุดของอาคารมีสัดส่วนออกซิเจนเป็นอย่างไร อากาศที่ชั้นบนสุดของอาคารก็มีสัดส่วนออกซิเจนแบบเดียวกัน

ถัดไปเราลองมาพิจารณาว่า ถ้าเปลี่ยนเป็นเผลอเปิดแก๊สออกซิไดซ์ทิ้งเอาไว้ จะมีโอกาสเกิดเหตุการณ์อะไรได้หรือไม่ ซึ่งถ้าเป็นกรณีที่แก๊สออกซิไดซ์นั้นเป็นอากาศ มันก็ไม่ควรมีผลอะไร แต่ถ้าแก๊สออกซิไดซ์นั้นเป็นออกซิเจนบริสุทธิ์ จะก่อให้เกิดอันตรายอะไรได้หรือไม่
 

คนเราใช้ชีวิตอยู่ในบรรยากาศออกซิเจนบริสุทธิ์ได้ครับ ปัจจุบันก็มีบางโรงพยาบาลมีให้บริการรักษาโรคบางชนิดหรือบาดแผลที่ผิวหนัง ด้วยการให้ผู้เข้ารับการรักษาเข้าไปอยู่ในตู้ที่บรรยากาศภายในตู้เป็นออกซิเจนบริสุทธิ์ที่เรียกว่าการรักษาแบบ Hyperbaric Oxygen Therapy แต่สิ่งหนึ่งที่บรรยากาศแก๊สออกซิเจนบริสุทธิ์ส่งผลต่อร่างกายหรือเสื้อผ้าที่เราสวมใส่ก็คือ มันทำให้สิ่งเหล่านี้ "ไวไฟมากขึ้น" จนเราคาดไม่ถึงได้

รูปที่ ๓ ฟลาสค์ ๓ คอที่มีการนำมาใช้เป็น saturator ระเหยเอทานอลด้วยแก๊สออกซิเจนบริสุทธิ์แล้วเกิดการระเบิด อ่านเรื่องนี้เพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๓๖๓ วันศุกร์ที่ ๑๔ ตุลาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "อุบัติเหตุจาก saturator"
 

กรณีไฟคลอกในบรรยากาศออกซิเจนบริสุทธิ์ที่เป็นที่รู้จักกันทั่วไปมากที่สุดเห็นจะได้แก่กรณีของยาน Apollo 1 ที่ใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ในตัวยาน ความผิดพลาดของระบบไฟฟ้าในตัวยานในระหว่างการฝึกซ้อมส่งผลให้เกิดไฟไหม้ที่ลุกลามอย่างรวดเร็วและรุนแรง จนทำให้นักบินอวกาศทั้ง ๓ นายที่อยู่ในยานนั้นเสียชีวิต ในกรณีของการเชื่อมโลหะด้วยแก๊สก็เช่นกัน ก็มีบันทึกว่ามีออกซิเจนรั่วออกจากสายยางที่เดินเข้าไปในถัง ทำให้ความเข้มข้นออกซิเจนในถังสูงผิดปรกติ เมื่อคนงานคนหนึ่งทำการจุดไฟแช็คเพื่อสูบบุหรี เขาก็พบว่าเปลวไฟของไฟแช็คสูงผิดปรกติ และบุหรี่ก็ไหม้เร็วกว่าปรกติ แต่ก็ไม่ได้ทำให้เขาฉุกคิดอะไร แต่ในระหว่างการทำงานนั้นปรากฏว่ามีลูกไฟกระเด็นไปโดนเสื้อของผู้ร่วมงานอีกคนหนึ่งที่ทำงานอยู่ใกล้กัน ส่งผลให้เสื้อผ้าของผู้ร่วมงานคนนั้นลุกไหม้ติดไฟอย่างรวดเร็วและลามไปทั่วตัว ส่งผลให้เสียชีวิตในเวลาต่อมา เรื่องนี้เคยเล่าเอาไว้ใน Memoir ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๔๙๕ วันอาทิตย์ที่ ๗ มกราคม ๒๕๖๑ เรื่อง "อุบัติเหตุจากออกซิเจนความเข้มข้นสูง"
 

นอกจากออกซิเจนบริสุทธิ์จะทำให้การเผาไหม้รุนแรงขึ้นมากแล้ว มันยังส่งผลต่อค่า autoignition temperature และ flammability ของสารด้วย (อ่านเพิ่มเติมได้ในบทความชุด "ปัจจัยที่ส่งผลต่อค่า autoignition temperature" และ "ปัจจัยที่ส่งผลต่อค่า flammability limit" บนหน้า blog) ในกรณีของค่า autoignition temperature นั้นบรรยากาศออกซิเจนบริสุทธิ์มีแนวโน้มที่จะทำให้ค่าดังกล่าวลดต่ำลง ซึ่งอาจถึงลดต่ำกว่าค่าที่วัดในอากาศปรกติได้มากกว่า 100ºC

รูปที่ ๔ ขวดแก้วที่มีการนำมาใช้ทำเป็น saturator ระเหยเอทานอลด้วยออกซิเจนบริสุทธิ์และเกิดการระเบิดขึ้น เหตุการณ์นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๔๒๖ วันจันทร์ที่ ๒๑ สิงหาคม ๒๕๖๐ เรื่อง "อุบัติเหตุจาก saturator (๒)"

เหตุการณ์ที่เคยพบก็คือการที่นิสิตใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ระเหยเอทานอลจาก saturator เพื่อก่อนป้อนเข้า reactor (ที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง) ผลก็คือเกิดการระเบิดที่ saturator ที่ใช้ดัดแปลงมาจากอุปกรณ์ที่ทำจากแก้ว (รูปที่ ๓ และ ๔) ในเหตุการณ์นี้เชื่อว่าไอผสมของออกซิเจนบริสุทธิ์กับเอทานอลคงเกิดการลุกไหม้ที่ตัว reactor และเกิดเป็นไฟวิ่งย้อนกลับมายัง saturator ที่เต็มไปด้วยไอระเหยของเอทานอล ก็เลยเกิดการระเบิดขึ้น โดยในช่วงแรกที่อุณหภูมิ reactor ยังต่ำนั้นแก๊สผสมยังไม่เกิดการลุกไหม้ แต่เมื่ออุณหภูมิ reactor สูงถึงระดับหนึ่ง (โดยอาจมีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยด้วย) ก็เลยเกิดการลุกไหม้
 

มีหน้ากระดาษว่างเกือบเต็มหน้าก็ไม่รู้จะเขียนอะไรต่อแล้ว ก็เลยขอนำเอาภาพบรรยากาศนิสิตในที่ปรึกษาขณะกำลังทำงานในแลปแมวที่ถ่ายเอาไว้เมื่อวานมาลงไว้เป็นที่ระลึกก็แล้วกัน :) :) :)

(หมายเหตุ : บทความชุด "ความปลอดภัยในการทำงานและการออกแบบ" นี้จัดทำขึ้นเพื่อขยายความสไลด์ประกอบการสอนวิชา "2105689 การออกแบบและดำเนินการกระบวนการอย่างปลอดภัย (Safe Process Operation and Desing)" ที่เปิดสอนให้กับนิสิตระดับปริญญาโท ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นครั้งแรกในภาคการศึกษาปลาย ปีการศึกษา ๒๕๖๑)