ความปลอดภัยในการทำงานและการออกแบบ ตอน หลักการทำงานเป็นตัวกำหนดวิธีการทำงาน MO Memoir : Sunday 3 February 2562

Pyrophoric substance เป็นสารที่สามารถลุกติดไฟได้เองเมื่อสัมผัสกับอากาศ สารเหล่านี้เป็นสารที่มีความว่องไวสูง มีการใช้ในการสังเคราะห์สารเคมีต่าง ๆ ตัวอย่างของสารเหล่านี้ได้แก่สารประกอบ alkyl lithium, alkyl magnesium, alkyl manesium halide, alkyl aluminium, alkyl aluminium halide เป็นต้น และอุตสาหกรรมหนึ่งที่มีการใช้งานสารนี้เป็นจำนวนมากคือการผลิตพอลิโอเลฟินส์ที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาระบบ Ziegler-Natta catalyst (เช่น HDPE, PP, LLDPE) ที่ใช้สารตระกูล alkyl aluminium หรือ alkyl aluminium halide เป็น co-catalyst (ตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม) 
  

สารพวก alkyl lithium, alkyl magnesium, alkyl manesium halide, alkyl aluminium, alkyl aluminium halide เหล่านี้ไม่เพียงแต่ลุกติดไฟได้เองเมื่อสัมผัสกับอากาศ แต่ยังทำปฏิกิริยารุนแรงกับน้ำ การใช้งานสารเหล่านี้จึงต้องกระทำในบรรยากาศของแก๊สเฉื่อยที่แห้ง (เช่นทำงานใน glove box) หรืออาศัยการออกแบบอุปกรณ์และวิธีการถ่ายเทที่ป้องกันไม่ให้สารนี้มีการสัมผัสกับอากาศ แต่เมื่อนำสารนี้มาเจือจางด้วยตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนที่แห้ง (คือไม่มีน้ำละลายปนอยู่) มันก็จะลดความว่องไวลงไปมากจนสารละลายนั้นสามารถสัมผัสกับอากาศได้

รูปที่ ๑ ภาพจากคลิปวิดิโอ "Experimenting with danger" (https://www.youtube.com/watch?v=ALBWxGik64A) ที่ผู้ช่วยวิจัยผู้หนึ่งที่มหาวิทยาลัย UCLA เกิดอุบัติเหตุกับสาร t-butyl lithium จนเสียชีวิต

ในวันที่ ๒๙ ธันวาคม ปีค.ศ. ๒๐๐๘ (พ.ศ. ๒๕๕๑) เกิดอุบัติเหตุขึ้นกับผู้ช่วยวิจัยหญิงรายหนึ่งที่มหาวิทยาลัย UCLA ประเทศสหรัฐอเมริกา ในขณะที่กำลังดึงสาร t-butyl lithium (ที่เป็นสาร pyrophoric) ออกจากขวดบรรจุด้วยการใช้ syringe แต่เกิดอุบัติเหตุที่ทำให้สารดังกล่าวพ่นใส่มือและเสื้อสเวตเตอร์ที่ทำจาก "ผ้าใยสังเคราะห์" ส่งผลให้เกิดไฟลุกท่วมตัว ก่อนที่จะเสียชีวิตในอีก ๑๘ วันต่อมา (รูปที่ ๑ และ ๒) กรณีดังกล่าวก่อให้เกิดการสอบสวนและฟ้องร้องทั้งทางมหาวิทยาลัยและอาจารย์ผู้ควบคุมการทดลองดังกล่าวในฐานะที่ไม่จัดให้มีมาตรการความปลอดภัยในการทำการทดลองที่เพียงพอ

รูปที่ ๒ ผู้เสียชีวิตและสภาพที่เกิดเหตุของเพลิงไหม้ที่ UCLA

ต้นเดือนกันยายนปีพ.ศ. ๒๕๕๓ ได้มีโอกาสสนทนากับนิสิตที่ทำการทดลองคล้ายคลึงกับเหตุการณ์ที่เกิดที่ UCLAและยังเกิดอุบัติเหตุที่คล้ายกัน ที่ต่างกันคืออุบัติเหตุครั้งหลังนี้เพียงแต่เป็นการหยดของสาร diethylaluminium chloride ลงใน "บีกเกอร์" ที่บรรจุเฮกเซนที่ใช้ล้าง syringe ทำให้เกิดไฟลุกไหม้เฮกเซนในบีกเกอร์นั้น โชคดีที่ไม่มีใครได้รับอันตรายและทรัพย์สินเสียหาย และสามารถดับไฟที่ลุกไหม้ได้อย่างปลอดภัย รายละเอียดของเหตุการณ์นี้ (พร้อมคลิปวิดิโอ) ได้เล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๒๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๐ กันยายน ๒๕๕๓ เรื่อง "Pyrophoric substance (อีกครั้ง)" ซึ่งเหตุการณ์นั้นจะว่าไปแล้วคล้ายคลึงกับเหตุการณ์ที่เกิดที่ UCLA มาก เพียงแต่ความเสียหายที่เกิดขึ้นนั้นแตกต่างกัน 
  

สาเหตุหนึ่งของการเกิดอุบัติเหตุในปี ๒๕๕๓ คาดว่าคงเป็นเพราะการสอนวิธีการทำการทดลองต่อ ๆ กันมาด้วยการบอกเพียงแค่ "วิธีการ" โดยไม่มีการอธิบาย "หลักการ" ว่าควรต้องทำอย่างไร (เผลอ ๆ คนสอนเองก็อาจจะไม่รู้หลักการด้วยก็ได้) และเมื่อเวลาผ่านไปก็คงจะทำให้วิธีการมีความเพี้ยนไป หรือวิธีการที่ใช้ได้ดีกับสารหนึ่งอาจไม่เหมาะสมกับอีกสารหนึ่ง ดังนั้นเพื่อให้เห็นภาพเหตุการณ์ที่เกิด ก็เลยจะขอนำเอาเรื่องดังกล่าวมาเล่าใหม่ โดยจะเน้นไปที่ "หลักการ" ในการใช้ syringe ดึงเอาสารออกจากขวดบรรจุ และการล้าง syringe ตรงนี้ขอให้ดูรูปที่ ๓ ประกอบ
 

สาร diethylaluminium chloride (ต่อไปขอย่อว่า DEAC) บรรจุอยู่ในขวดปิดผนึกภายใต้บรรยากาศของแก๊สเฉื่อย การดึงสารดังกล่าวออกจากขวดด้วยการใช้ syringe จำเป็นต้องใช้ syringe ที่มีหัวเข็ม (needle) ที่ยาวมากพอ ตัว syringe ที่อยู่ในอากาศนั้นจะมีอากาศค้างอยู่ในตัว needle และตัว syringe เอง ดังนั้นจำเป็นต้องมีการกำจัดอากาศที่ตกค้างอยู่ในบริเวณดังกล่าวออกก่อน ซึ่งสามารถทำได้ด้วยการใช้ syringe นั้นดูดแก๊สเฉื่อยและไล่แก๊สทิ้งหลาย ๆ ครั้ง
 

เมื่อไล่แก๊สเฉื่อยออกจาก syringe เรียบร้อยแล้วจึงใช้ syringe นั้นดูด DEAC ออกจากขวด เมื่อดูด DEAC ปริมาตรที่ต้องการได้แล้วก็ให้ยก syringe ขึ้นเพื่อให้ตัว needle นั้นขึ้นพ้นเหนือผิว DEAC ที่เป็นบริเวณบรรยากาศของแก๊สเฉื่อย (รูปที่ ๓ ซ้าย) จากนั้นให้ทำการดูดแก๊สเฉื่อยเข้ามาในตัว syringe ในปริมาณหนึ่ง การทำเช่นนี้ก็เพื่อดึงเอา DEAC ที่อยู่ในตัว needle นั้นให้เข้ามาอยู่ใน syringe ให้หมด และใช้แก๊สเฉื่อยที่อยู่ในตัว needle นั้นป้องกันไม่ให้ DEAC ทำปฏิกิริยากับอากาศเมื่อถอน syringe ออกมา ส่วนต้องดูดแก๊สเฉื่อยเข้ามาเท่าใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับขนาดของ needle

รูปที่ ๓ ตัวอย่างการดึงสาร diethyaluminium chloride ออกจากขวดบรรจุด้วยการใช้ syringe เพื่อทำการเจือจางและการล้าง syringe เพื่อกำจัดสารที่ตกค้างอยู่ใน syringe

กล่าวคือถ้า needle มีขนาดที่ยาว ปริมาตรแก๊สเฉื่อยที่ดูดเข้ามาก็ต้องมากตาม ซึ่งตรงนี้คือ "หลักการ" ส่วนต้องดูดเข้ามากี่ ml นั้นมันคือ "วิธีการ" เพราะปริมาตรส่วนนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของ needle ที่ใช้

แก๊สเฉื่อยที่ดูดเข้ามานั้นไม่เพียงแต่ช่วยไล่สารในตัว needle ให้เข้ามาอยู่ในตัว syringe แต่ยังทำหน้าที่ไล่สารที่อยู่ใน needle ออกด้วยเวลาที่เราดันไล่สารออกจาก syringe เพื่อทำการเจือจาง กล่าวคือในขั้นตอนการเจือจางสารนั้นก็จะย้าย syringe จากขวดที่ดูดสารออกมา มาปักลงในอีกขวดหนึ่งที่บรรจุตัวทำละลายที่จะใช้เจือจางสารที่อยู่ภายใต้บรรยากาศของแก๊สเฉื่อย (รูปที่ ๓ กลาง) เมื่อดันสารใน syringe ลงไปในตัวทำละลายแล้วก็จะยก syringe โดยให้ปลายของ needle อยู่เหนือสารละลายแต่ยังคงอยู่ในขวดบรรจุสารละลาย จากนั้นก็ทำการดูดแก๊สเฉื่อยในขวดบรรจุสารละลายนั้นเข้ามาใน syringe แล้วก็ดันไล่แก๊สนั้นออกไป ขั้นตอนนี้จะมีการกระทำซ้ำหลายครั้งเพื่อไล่สารที่ติดค้างอยู่ที่ผิวของ needle และ syringe ออกให้มากที่สุด
 

ขั้นตอนสุดท้ายเป็นขั้นตอนการล้าง syringe ด้วยตัวทำละลาย กล่าวคือหลังจากที่ใช้แก๊สเฉื่อยไล่สารที่ตกค้างอยู่ที่ผิวด้านในของ needle และ syringe ออกแล้ว ก็จะนำเอา syringe ไปดูดตัวทำละลายไฮโดรคาร์บอนเพื่อทำการล้างสารที่ตกค้างออกให้หมด (รูปที่ ๓ ขวา) โดยใช้ syringe นั้นดูดตัวทำละลายเข้ามาและไล่ออกไป ทำเช่นนี้ซ้ำหลายครั้ง ขั้นตอนสุดท้ายนี้เป็นขั้นตอนที่สามารถทำในอากาศได้
 

จะว่าไปแล้วถ้าหากก่อนที่จะดึงเข็มออกจากขวดบรรจุสารนั้น มีการดึงเอาแก๊สเฉื่อยเข้ามาใน syringe ในปริมาณที่ มากพอ ในขั้นตอนการถ่ายสารจาก syringe ลงไปในตัวทำละลายในขวดเตรียมสารละลายนั้น แก๊สเฉื่อยที่ดูดเข้ามาก็จะเพียงพอที่จะไล่สารที่ค้างอยู่ในตัว needle ออกไปจนหมดได้ แต่คำถามก็คือจะรู้ได้อย่างไรว่าดูดแก๊สเฉื่อยเข้ามาในปริมาณที่มากพอแล้ว และจะมั่นใจได้อย่างไรว่าไม่มีสารตกค้างอยู่ในตัว syringe ด้วยการดันไล่ออกไปเพียงครั้งเดียว ดังนั้นเพื่อให้มั่นใจว่าจะไม่มีสารค้างอยู่ในตัว needle จริง หลังจากดันไล่สารออกออกจาก syringe แล้วก็ควรที่จะดูดแก๊สเฉื่อยในขวดนั้นเข้ามาใน syringe ใหม่แล้วดันไล่แก๊สเฉื่อยออกไปเพื่อไล่สารที่อาจตกค้างอยู่ออกให้มากที่สุด ซึ่งจะว่าไปแล้วขั้นตอนนี้มันก็ไม่ได้ทำให้เสียเวลาในการทำงานเท่าใดนักแต่มันช่วยทำให้การทำงานมีความปลอดภัยขึ้นมาก

รูปที่ ๔ ภาพจากกล้องวงจรปิด เหตุการณ์ที่เกิดเมื่อเดือนกันยายน ๒๕๕๓

เหตุการณ์ที่เกิดในเดือนกันยายน ๒๕๕๓ คือในขั้นตอนการดันไล่สารจาก syringe ลงในตัวทำละลาย (รูปที่ ๓ กลาง) นิสิตรุ่นพี่ที่เคยทำการทดลองนี้ไม่ได้ทำการดูดแก๊สเฉื่อยในขวดเตรียมสารเพื่อไล่สารตกค้างใน syringe ก่อนที่จะทำการย้าย syringe มาล้างด้วยเฮกเซน และการกระทำของเขาที่ผ่านมาก็ไม่เคยมีปัญหาอะไร พอมาสอนรุ่นน้อง (ซึ่งเรียนมาว่าควรต้องทำการไล่) ก็บอกกับรุ่นน้องว่าไม่จำเป็นต้องทำ สามารถข้ามขั้นตอนการไล่ออกไปได้เลย รุ่นน้องก็เชื่อรุ่นพี่ในฐานะผู้มีประสบการณ์ แต่กลับกลายเป็นว่าตอนดูดสารออกจากขวดนั้น คงดูดแก๊สเฉื่อยเข้ามาไม่มากพอ พอมาถ่ายสารใน syringe ลงขวดเตรียมสารละลาย ก็เลยยังคงมีสารค้างอยู่ที่ปลาย needle ในปริมาณที่มากพอควร ประกอบกับ needle มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรูที่ค่อนข้างใหญ่ ทำให้ในฃ่วงที่ย้าย syringe จากขวดเตรียมสารละลายมายังบีกเกอร์บรรจุเฮกเซนที่จะใช้ล้างเข็มนั้น สารที่ค้างอยู่ที่ในตัว needle ก็ไหลและหยดจากปลาย needle ก่อนที่จะได้จุ่มปลาย needle ลงในเฮกเซน ทำให้สารดังกล่าวลุกติดไฟในขณะที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศลงไปในเฮกเซน ก็เลยทำให้เฮกเซนในบีกเกอร์ลุกติดไฟ (คือถ้าปักปลาย needle ลงในเฮกเซนก่อนที่สารที่ค้างอยู่ใน needle จะหยดออกมา เพลิงไหม้ก็คงจะไม่เกิด)
 

สองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นคนละฟากของโลก ต่างเกิดขึ้นในขณะที่ทำงานที่คล้ายคลึงกัน เพียงแต่ในเหตุการณ์ที่ UCLA ที่มีผู้เสียชีวิตนั้นการที่ไม่มีการฝึกอบรมวิธีการปฏิบัติอย่างเหมาะสมก่อนให้เริ่มทำการทดลองมีบทบาทสำคัญของการทำให้อุบัติเหตุ ส่วนในกรณีหลังนั้นการที่ผู้สอนนั้นไม่เข้าใจหลักการทำงานว่างานในแต่ละขั้นตอนนั้นมีความสำคัญอย่างไร รู้แต่เพียงว่าการลัดขั้นตอนบางขั้นตอนนั้นมันทำให้ทำงานเสร็จเร็วขึ้นและก็ไม่เห็นจะมีปัญหาอย่างไร พอมาสอนรุ่นน้องก็ใช้ประสบการณ์การทำงานของตัวเองบอกกับรุ่นน้องว่าขั้นตอนนั้นสามารถข้ามไปได้ ซึ่งรุ่นน้องก็เชื่อรุ่นพี่มากกว่าคู่มือปฏิบัติที่มีอยู่ในมือ (ซึ่งคงบอกแค่วิธีการ แต่ไม่ได้ให้เหตุผลว่าทำไมต้องทำเช่นนั้น)
 

เป็นเรื่องปรกติที่คนเรานั้นอยากให้งานที่ต้องทำนั้นทำเสร็จเร็ว ๆ (ภายใต้คำขวัญที่ว่าเป็นการ "เพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน") และสิ่งหนึ่งที่มักทำกันก็คือการมองหาขั้นตอนการทำงานใด ๆ ที่คิดว่า "ไม่จำเป็น" และ/หรือ "ซ้ำซ้อน" ออกไป ซึ่งก็มักจะมองกันแต่เพียงว่าถ้าตัดขั้นตอนเหล่านั้นออกไปแล้วก็จะทำให้งานเดินไปข้างหน้าได้เร็วขึ้น โดยไม่ส่งผลกระทบอะไร แต่ถ้าลองถามสักนิดดูว่าทำไมมันจึงต้องมีขั้นตอนเหล่านั้นกำหนดมาแต่ต้น มันมาด้วยเหตุผลใด ก็อาจจะได้ภาพอีกอย่าง
 

ขั้นตอนความปลอดภัยในการทำงานจำนวนไม่น้อยนั้น มันไม่ใช่ขั้นตอนที่ถ้าไม่กระทำตามเมื่อใดก็จะเกิดอุบัติเหตุขึ้นทันที แต่มันได้มาจากการวิเคราะห์การทำงานและ/หรือประสบการณ์ที่แสดงให้เห็นว่า การมีขั้นตอนดังกล่าวนั้นช่วยในการลดและ/หรือป้องกันเหตุร้ายที่จะเกิดขึ้น อย่างเช่นในกรณ๊ที่ยกมาเป็นตัวอย่างนี้
 

ปิดท้ายด้วยเรื่องหลักการทำงานของอุปกรณ์วัดตัวหนึ่งคือมัลติมิเตอร์ มีวันหนึ่งนิสิตแจ้งว่าตัว furnace ไม่ทำงาน อยากจะให้ผมเข้าไปช่วยตรวจดูปัญหาให้หน่อย ในการตรวจนั้นผมลองตรวจด้วยมัลติมิเตอร์และไขควงเช็คไฟที่ขั้วจ่ายไฟทั้งสองของ variac และพบว่าไขควงเข็คไฟมีไฟติดสว่างทั้งสองขั้ว (รูปที่ ๕) ในขณะที่มัลติมิเตอร์อ่านค่าได้ 0 Volt
 

มัลติมิเตอร์มันวัดความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว ถ้าสองขั้วนั้นมีไฟที่มีความต่างศักย์เท่ากัน ผลต่างก็จะเป็น 0 Volt ซึ่งไม่ได้หมายความว่ามันไม่มีไฟ แต่หมายความว่าสองขั้วนั้นมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน รายละเอียดของเรื่องนี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๗๑๘ วันพุธที่ ๒๕ ธันวาคม ๒๕๕๖ เรื่อง "0 Volt ไม่ได้หมายความว่าไม่มีไฟเสมอไป (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๖๑)"

รูปที่ ๕ เมื่อมัลติมิเตอร์วัดค่าความต่างศักย์ได้ 0 Volt แต่ไขขวงเช็คไฟบอกว่ามีไฟที่ขั้วทั้งสอง

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