เมื่อ
๘ ปีที่แล้วมีนิสิตป.เอกคนหนึ่งมาปรึกษาผมเรื่องที่
saturator
ที่เขาใช้ในการระเหยสารตั้งต้นที่เป็นของเหลวเพื่อนำไปทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊ส
(ใน
fixed-bed
ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้อง)
นั้นเกิดระเบิด
ผมก็เลยถามว่าระเหยอะไร
ใช้แก๊สอะไรเป็น carrier
gas เขาก็ตอบกลับมาว่าเขาระเหยเอทานอลบริสุทธิ์โดยใช้แก๊สออกซิเจน
100%
เป็น
carrier
gas พอผมถามกลับไปว่าทำไมถึงใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์เป็น
carrier
gas เขาก็ตอบกลับมาว่า
"ผมก็ทำแบบที่อาจารย์ทำ"
("อาจารย์"
ในที่นี้ก็คือตัวผมเอง)
ผมก็เลยต้องอธิบายให้เขาเข้าใจว่ามันไม่เหมือนกัน
เพราะของเหลวที่ผมระเหยนั้นมันคือน้ำ
และที่ผมใช้ออกซิเจนเป็น
carrier
gas นั้นก็ด้วยข้อจำกัดด้านอุปกรณ์และอัตราการไหล
เหตุการณ์นี้เคยเล่าไว้ใน
Memoir
ปีที่
๔ ฉบับที่ ๓๖๓ วันศุกร์ที่
๑๔ ตุลาคม ๒๕๕๔ เรื่อง
"อุบัติเหตุจาก Saturator"
ที่ยกเรื่องนี้ขึ้นมาก่อนก็เพราะอยากจะบอกว่าเวลาที่เราไปเห็นคนอื่นทำอะไรบางอย่างและอยากทำแบบเข้าบ้าง
สิ่งสำคัญที่ต้องรู้ก็คือ
"หลักการ"
เพราะหลักการเป็นตัวกำหนดรายละเอียดต่าง
ๆ ของ "วิธีการทำงาน"
ดังนั้นด้วยงานแบบเดียวกันถ้าเราเข้าใจหลักการแล้วเราก็อาจจะปรับวิธีการทำงานให้เหมาะสมกับบริบทของเราก็ได้โดยไม่ต้องทำทุกอย่างตามตัวอย่างที่ไปเห็นมา
แม้แต่งานวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการเช่นการวัดพื้นที่ผิววัสดุมีรูพรุนด้วยเทคนิค
single
point BET
ที่หลายคนวัดแล้วมีปัญหาว่าค่าที่ได้นั้นมักจะต่ำกว่าค่าที่ควรเป็น
นั่นก็เป็นเพราะเขาไปยึดติดกับ
"วิธีการ"
ที่ว่าต้องทำการไล่แก๊สที่อุณหภูมินั้นเป็นเวลานานเท่านี้ชั่วโมง
ทั้ง ๆ ที่ควรจะยึดติดกับ
"หลักการ"
ก็คือต้องกำจัดแก๊สที่ไม่ใช่
He
ออกจากรูพรุนให้หมด
ส่วนจะต้องใช้อุณหภูมิสูงแค่ไหนและเวลานานเท่าใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับขนาดและปริมาตรรูพรุนของตัวอย่าง
ซึ่งตรงนี้ต้องทำการทดลองเพื่อหาเอาเอง
อุปกรณ์การผลิตพวก
pressure
vessel
มักจะมีขนาดใหญ่และไม่มีการติดตั้งตัวสำรองที่เผื่อไว้เวลาที่ตัวหลักมีปัญหา
(การติดตั้งตัวสำรองนี้เป็นเรื่องปรกติสำหรับปั๊มที่ทำงานตลอด
๒๔ ชั่วโมง)
อาจมียกเว้นบางกรณีที่รู้ว่ากระบวนการผลิตนั้นก่อให้เกิดปัญหาเป็นประจำ
เช่นกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่อาจมีการอุดตันบ่อยครั้งที่ต้องมีการถอดล้างทำความสะอาด
ในกรณีเช่นนี้ก็จะออกแบบให้มีระบบสำรองเพื่อใช้งานเวลาที่ต้องทำความสะอาดตัวหลัก
หรือเบดสารดูดซับที่เมื่อดูดซับจนอิ่มตัวแล้วก็ต้องมีการ
regenerate
เพื่อให้สามารถใช้งานได้ใหม่
ก็จะมีการติดตั้งเบดสำรองเพื่อไว้ใช้งานในระหว่างการ
regenerate
ตัวเบดหลัก
เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้เป็นเรื่องของการทำงานแบบเดียวกัน
แต่ผลออกมาไม่เหมือนกัน
คือการติดตั้งท่อชั่วคราว
(temporary
piping) เข้าแทน
pressure
vessel ที่ต้องนำออกไปซ่อม
ซึ่งผลออกมาที่มีทั้งกรณีที่ทำงานได้ดี
กรณีที่ตรวจพบปัญหาก่อนเริ่มใช้งาน
และกรณีที่กลายเป็น case
study
กรณีที่
๑ :
Reactor ที่ต่ออนุกรมกันอยู่
การรั่วไหลของ
cyclohexane
ที่เกิดจากการพังของ
temporary
pipe ที่ใช้เชื่อมต่อระหว่าง
reactor
สองตัวเข้าด้วยกันกลายเป็น
case
study ของวิศวกรรมเคมี
ในกระบวนการนี้ cylcohexane
ที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูง
(คือที่อุณหภูมิการทำปฏิกิริยามันเป็นของเหลวเพราะอยู่ภายใต้ความดัน
แต่จะกลายเดือดเป็นไอถ้ารั่วออกมาที่ความดันบรรยากาศ)
จะไหลเข้าสู่
reactor
ตัวที่
๑ และไหลล้นลงสู่ตัวที่ ๒
ต่อไปเรื่อย ๆ จนไปถึงตัวที่
๖ ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการเพื่อแยกเอาผลิตภัณฑ์ออกจากสารตั้งต้น
รูปที่
๑ ลักษณะการต่อท่อชั่วคราวขนาด
๒๐ นิ้วเข้าแทน reactor
ตัวที่
๕ เนื่องจากท่อด้านขาออกจากตัวที่
๔ และด้านขาเข้าของตัวที่
๖ นั้นอยู่ต่างระดับและไม่ตรงแนว
ท่อชั่วคราวจึงต้องมีการงอสองครั้ง
ตรงนี้เนื่องจากระดับที่แตกต่างกันนั้นไม่มาก
จึงไม่สามารถใช้ข้องอ (elbow
90 องศา)
ได้
ต้องใช้วิธีนำท่อตรงมาแต่งมุมแล้วเชื่อมต่อกัน
และด้วยแนวที่แรงกระทำที่ปลายทั้งสองด้านของท่อนั้นไม่อยู่ในแนวเดียวกัน
จึงทำให้เกิดโมเมนต์ดัด
(bending
moment) และส่งผลให้เกิดแรงเฉือน
(shear
force) กระทำกับ
bellow
ที่ปลายทั้งสองข้างของท่อ
(ภาพนี้นำมาจากรายงานการสอบสวน)
ปฏิกิริยาที่เกิดคือการออกซิไดซ์
cyclohexane
ไปเป็นcyclohexanol
และ
cyclohexanone
ด้วยการใช้อากาศฉีดอัดเข้าไปใต้ผิว
cyclohexane
ออกซิเจนในอากาศก็จะทำปฏิกิริยากับ
cyclohexane
เป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ
เหตุผลที่ต้องใช้ reactor
หลายตัวต่ออนุกรมกันก็เพราะช่วงเวลาทำปฏิกิริยามีเพียงแค่ระยะเวลาที่ฟองอากาศที่ฉีดเข้าไปที่ด้านล่างของ
reactor
ลอยผ่าน
cyclohexane
เท่านั้น
ซึ่งเป็นระยะเวลาไม่นาน
ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ไม่มาก
ดังนั้นเมื่อต้องการให้เกิดผลิตภัณฑ์มากพอก็ต้องทำให้ระยะเวลาที่ฟองอากาศสัมผัสกับ
cyclohexane
นั้นยาวนานขึ้น
ซึ่งทำได้ด้วยการเพิ่มความสูงของ
reactor
(ก็คือการเพิ่มระดับความสูงของของเหลวใน
reactor)
และ/หรือนำเอา
reactor
หลายตัวมาต่ออนุกรมกัน
เหตุการณ์เริ่มจากการพบว่า
reactor
ตัวที่
๕ มีรอยร้าว
จึงทำการยกออกจากระบบและเดินท่อชั่วคราวเชื่อมต่อระหว่าง
reactor
ตัวที่
๔ และตัวที่ ๖ (รูปที่
๑)
และเพื่อเผื่อการขยายตัวของท่อจึงมีการติดตั้ง
bellow
เข้าที่ปลายทั้งสองข้าง
หลังการประกอบแล้วมีการทดสอบความสามารถในการรับความดันที่
"operating
pressure" ก็พบว่าสามารถทำงานได้
จึงเริ่มเดินเครื่องโรงงานต่อไป
ต่อจากนั้นไม่กี่สัปดาห์ก็เกิดการรั่วไหลของ
cyclohexane
ตามด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง
ผลการสอบสวนพบว่าเกิดจากการที่ท่อชั่วคราวที่สร้างเชื่อมต่อ
reactor
ตัวที่
๔ และตัวที่ ๖
นั้นพังลงเนื่องจากไม่สามารถรับความดันที่เพิ่มขึ้นสูงกว่า
operating
pressure ได้
(การทดสอบภายหลังอุบัติเหตุพบว่าถ้าทดสอบท่อดังกล่าวที่
"design
pressure" จะพบว่ามันไม่สามารถรับความดันได้)
รวมทั้งการที่ท่อดังกล่าวไม่ได้มีการติดตั้งที่แข็งแรงพอ
(แค่วางไว้บนนั่งร้านชั่วคราวเท่านั้น
ไม่มีการควบคุมการขยับตัวทั้งทางด้านข้างและด้านยาว)
เหตุการณ์นี้เคยเล่าไว้ใน
Memoir
ปีที่
๒ ฉบับที่ ๑๑๓ วันศุกร์ที่
๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓
เรื่อง "Flixborough explosion" และปีที่
๑๐ ฉบับที่ ๑๕๔๑ วันเสาร์ที่
๗ เมษายน ๒๕๖๑ เรื่อง "Mechanics of Materials ในงานวิศวกรรมเคมี"
กรณีที่
๒ :
Cyclone
กรณีนี้นำมาจาก
ICI
Safety newsletter ฉบับที่
๘๓ เดือนมกราคม ๑๙๗๖ (พ.ศ.
๒๕๑๙)
หัวข้อ
D1
(รูปที่
๒)
โดยในเหตุการณ์นี้พบการรั่วของแก๊สออกมาจากใต้ฉนวนความร้อนที่หุ้ม
cyclone
ที่ใช้แยกอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาออกจากแก๊สที่ติดไฟได้
และเมื่อทำการตรวจสอบก็พบว่า
cylcone
มีการรั่วเนื่องจากการสึกหรอ
จึงจำเป็นต้องนำเอา cyclone
ออกไปซ่อมและติดตั้งท่อชั่วคราวแทน
เหตุการณ์นี้เกิดก่อนเหตุการณ์ที่
Flixborough
๒
ปี
ข้อมูลไม่ได้บอกว่า
cyclone
ดังกล่าวเป็นของระบบของอะไร
แต่ถ้าดูจากอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาแล้วก็เดาว่าน่าจะเป็นระบบ
Fluidised-bed
Catalytic Cracking (ที่ย่อว่า
FCC)
ตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งที่ใช้ใน
fluidised-bed
นั้นต้องทนต่อการกระแทก
ไม่ว่าจะเป็นการกระแทกระหว่างกันหรือกับผนังของอุปกรณ์
ไม่เช่นนั้นมันจะแตกเป็นผงเล็กลงและหลุดลอยออกไปกับแก๊สที่ไหลออกทางด้านบนของเบดได้
และแม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะทนต่อสภาวะการกระแทกดังกล่าวได้
ก็ต้องมีระบบดักเอาส่วนที่อาจแตกเป็นชิ้นเล็กออกจากแก๊สด้วย
(ดังนั้นอย่าแปลกใจว่าทำไมระบบ
fluidised-bed
จึงมีการใช้งานที่จำกัดกว่าระบบ
fixed-bed
นั่นก็เป็นเพราะมีตัวเร่งปฏิกิริยาไม่มากชนิดที่มีคุณสมบัติดังกล่าว)
ในขณะเดียวกันก็ต้องคำนึงถึงการที่อนุภาคของแข็งนั้นพุ่งกระทบหรือเสียดสีเข้ากับผนังท่อและอุปกรณ์
ซึ่งส่งผลให้ระบบท่อและตัวอุปกรณ์สึกหรอได้เช่นกัน
(เรียกว่า
erosion)
อย่างเช่นในเหตุการณ์นี้พบว่ามีการสึกหรอจนผนังทะลุที่ตัว
cyclone
ในขณะที่ระบบท่อนั้นยังคงดีอยู่
ตรงนี้คงเป็นเพราะเมื่อของแข็งที่ไหลตามท่อมากับแก๊สนั้นพอไหลเข้าตัว
cyclone
ของแข็งที่มีความหนาแน่นสูงกว่าจะวิ่งเข้ากระทบกับผนังขอตัว
cyclone
และเคลื่อนตัวไต่ผนังลงล่าง
ในขณะที่แก๊สนั้นจะไหลวกออกทางด้านบนได้ง่ายกว่า
รูปที่
๒ รายละเอียดเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นของกรณีที่
๒
รูปที่
๓ เป็นภาพร่างเส้นทางการไหลเข้า-ออกของ
cylclone
(เผื่อบางคนจะนึกภาพไม่ออก)
ในจดหมายข่าวนั้นไม่ได้ให้รายละเอียดใด
ๆ นอกจากบอกเพียงแค่ท่อชั่วคราวนั้นมีข้องอ
๒ ตำแหน่ง
ก็เลยเดาว่าคงจะเป็นการเชื่อมต่อท่อแก๊สเข้ากับท่อแก๊สออก
ความแตกต่างของเหตุการณ์นี้กับเหตุการณ์ที่
Flixborough
คือในกรณีนี้ท่อได้รับการออกแบบโดยผู้ที่มีความรู้และได้รับการติดตั้งอย่างเหมาะสม
ทำให้สามารถใช้งานได้โดยไม่เกิดปัญหาใด
ๆ
รูปที่
๓ รูปซ้ายและกลางแสดงให้เห็นทิศทางการไหลเข้าออกของ
cyclone
ที่แนวการไหลเข้านั้นจะตั้งฉากกับแนวการไหลออกและอยู่ไม่ตรงกัน
ส่วนภาพขวาเป็นภาพของท่อชั่วคราวที่เชื่อมต่อท่อแก๊สเข้ากับท่อแก๊สออกเพื่อให้โรงงานทำงานได้ในช่วงที่ถอด
cyclone
ออกไปซ่อม
บทความไม่ได้ให้รายละเอียดว่าท่อชั่วคราวนั้นมีรูปร่างหน้าตาอย่างไร
บอกแต่เพียงว่ามีข้องอสองตำแหน่ง
ก็เลยเดาว่าน่าจะเป็นดังในรูป
กรณีที่
๓ :
Heat exchanger
กรณีนี้นำมาจาก
ICI
Safety newsletter ฉบับที่
๘๓ เช่นกัน (รูปที่
๔)
แต่ไม่ได้ระบุปีที่เกิด
แต่ดูจากเนื้อหาในบทความแล้วสงสัยว่าอาจเกิดหลังกรณีของ
Flixborough
ครั้งนี้เป็นกรณีของ
heat
exchanger ที่สกปรกและจำเป็นต้องถอดไปล้างทำความสะอาด
จึงจำเป็นต้องมีการติดตั้งท่อชั่วคราว
๒ ท่อด้วยกัน โดยท่อหนึ่งเป็นส่วนการไหลผ่าน
shell
และอีกท่อหนึ่งเป็นส่วนการไหลผ่าน
tube
ตัวที่เป็นปัญหาคือท่อเชื่อมส่วนที่ไหลผ่าน
tube
ที่ใช้ท่อตรง
20
นิ้วเชื่อมต่อระหว่างท่อ
30
นิ้ว
(รูปที่
๕)
โดยมีการติดตั้ง
bellow
และเนื่องจากท่อชั่วคราวเส้นนี้ไม่ได้มีการสร้าง
pipe
support รองรับ
น้ำหนักของท่อจึงมีการถ่ายสู่
bellow
โดยแรงที่เกิดจากน้ำหนักท่อกระทำในแนวตั้งฉากกับความยาวของ
bellow
ซึ่งปรกติแล้วตัว
bellow
จะออกแบบมาเพื่อรองรับการยืดหดในแนวความยาวของมันเท่านั้น
รูปที่
๔ รายละเอียดเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นของกรณีที่
๓
ตัว
heat
exchanger นั้นตั้งอยู่บน
support
ที่รองรับน้ำหนักตัวมัน
และตัว heat
exchanger เองก็ทำหน้าที่รองรับน้ำหนักของท่อที่เชื่อมต่อกับตัวมันด้วย
แต่พอแทนที่ตัว heat
exchanger ด้วยท่อชั่วคราวแทน
ท่อชั่วคราวก็เลยลอยอยู่โดยไม่มีอะไรมารองรับน้ำหนัก
(มันอาจจะอยู่ได้ในขณะที่ยังไม่มีของเหลวไหลเข้า)
และด้วยการที่ท่อชั่วคราวด้าน
tube
side นั้นเป็นท่อตรง
ไม่เหมือนกรณีของ Flixborough
ที่จุดเข้าออกเยื้องกันอยู่
plant
engineer จึงคิดว่าไม่จำเป็นต้องปรึกษาผู้เชี่ยวชาญการออกแบบท่อ
แม้ว่าแนวเส้นท่อดังกล่าวจะมี
bellow
อยู่ด้วยก็ตาม
โชคดีที่ก่อนเริ่มเดินเครื่องไม่กี่วัน
senior
engineering มาพบเห็นเข้า
ก็เลยมีการตรวจสอบการออกแบบ
ทำให้ต้องมีการติดตั้ง
support
รองรับท่อชั่วคราวนั้นเพิ่มเติม
รูปที่
๕ ภาพระบบท่อของ heat
exchanger ที่มีการถอดออกและติดตั้งท่อชั่วคราวแทน
(ภาพเฉพาะส่วน
tube
side)
ท่อชั่วคราวในกรณีที่
๒ (cyclone)
แตกต่างจากกรณีอื่นตรงที่แนวทิศทางการไหลเข้าและออกนั้นไม่อยู่ในระนาบเดียวกัน
ทำให้ท่อมีทั้งการงอทั้งในแนวราบและแนวดิ่ง
ซึ่งท่อลักษณะเช่นนี้จะมีความยืดหยุ่นในการขยายตัว
(ถ้ามันยาวมากพอ
โดยต้องคำนึงถึงระบบ piping
ที่เชื่อมต่อด้านเข้าออกด้วย)
มากกว่าท่อสั้นที่การไหลอยู่ในระนาบเดียวกัน
(แม้ว่าจะอยู่ที่ระดับเดียวกัน
(กรณีที่
๓)
หรือต่างระดับกัน
(กรณีที่
๑)
ทำให้ต้องแก้ปัญหาการขยายตัวของท่อด้วยการติดตั้ง
bellow
อีกประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ
ผู้ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างท่อชั่วคราวนั้นทราบหรือไม่ว่างานที่ดูเหมือนว่าเป็นงานธรรมดานั้นแท้จริงแล้วต้องใช้ผู้ที่มีความรู้ด้านใดเข้ามาเกี่ยวข้อง
แต่ในการทำงานจริงนั้นยังมีอีกหลายปัจจัยให้ต้องพิจารณา
เช่นในหน่วยงานนั้นมีผู้ที่มีความรู้ในด้านดังกล่าวอยู่หรือไม่
และผู้ที่ปฏิบัติงานอยู่ในหน่วยงานนั้นรู้หรือไม่ว่างานประเภทใดที่ควรต้องให้ผู้ที่มีความรู้ทางด้านนั้นเป็นผู้ออกแบบและตรวจสอบ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น