ขาดอากาศ แบบไม่ทันคาดคิด MO Memoir : Friday 12 June 2563

เรื่องการเสียชีวิตเนื่องจากการเข้าไปในที่อับอากาศ ที่อาจมีออกซิเจนไม่เพียงพอต่อการหายใจ หรือมีแก๊สพิษที่ความเข้มข้นที่สูงพอที่สามารถทำให้เสียชีวิตได้ ปรากฏเป็นข่าวบ่อยครั้งในบ้านเรา โดยมักเป็นข่าวเกี่ยวกับคนที่ลงไปซ่อมแซมบ่อน้ำต่าง ๆ และหลายครั้งก็มีผู้เสียชีวิตมากกว่า ๑ รายเนื่องจากผู้ที่มาพบเห็นรีบลงไปช่วยโดยไม่ฉุกคิดอะไร

  

แต่เรื่องแบบนี้ในกรณีที่เกิดกับชาวบ้านทั่วไป จะไปว่าเขาก็ไม่น่าจะได้ เพราะเขาไม่เคยเรียนรู้มาก่อนว่าการเข้าไปทำงานในสถานที่แบบนี้ต้องใช้ความระมัดระวัง ต่างจากผู้ที่ทำงานอยู่ตามโรงงานต่าง ๆ ที่มักจะได้รับการสอน การฝึกอบรม ให้ตระหนักถึงเรื่องเหล่านี้ แต่กระนั้นก็ตามก็มักจะมีเหตุเกิดให้เห็นอยู่ได้เรื่อย ๆ อาจเป็นเพราะไม่คาดคิดว่าสถานที่นั้นจะเป็นอันตราย หรือการที่ใจจดใจจ่อกับงานหนึ่งอยู่ แล้วบังเอิญมีสถานการณ์ที่เบี่ยงเบนสมาธิ ทำให้พาตัวเข้าไปในสถานที่อันตรายโดยไม่ทันคาดคิด ดังเช่นเรื่องที่จะนำมาเล่าสู่กันฟังในวันนี้ ๓ เรื่องด้วยกัน

เรื่องที่ ๑ ถังเก็บน้ำที่ทำจากเหล็ก

เรื่องแรกนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนธันวาคม ค.ศ. ๑๙๗๑ (พ.ศ. ๒๕๑๔) ฉบับที่ ๓๕ เรื่องที่ ๔ เป็นกรณีของการเข้าไปตรวจในถังเก็บน้ำ และเนื่องจากถังเก็บน้ำนี้ไม่ได้มีการต่ออยู่กับถังอื่น ดังนั้นการเข้าไปในถังจึงไม่ได้มีการปฏิบัติตามขั้นตอนทั่วไปเวลาที่ต้องเข้าไปในพื้นที่ที่มีความเสี่ยงต่อการขาดอากาศ และไม่ได้มีการตรวจวัดสภาพอากาศที่อยู่ในถัง ๓ คนที่เข้าไปในถังนั้นหมดสติแต่กู้ชีพกลับมาได้ ๒ เสียชีวิต ๑ ราย การตรวจสอบสภาพอากาศในถังพบว่ามีความเข้มข้นออกซิเจนต่ำ

 

รูปที่ ๑ คน ๓ คนที่เข้าไปในถังเก็บน้ำ เสียชีวิต ๑ ราย เนื่องจากอากาศในถังเก็บน้ำมีออกซิเจนต่ำ

ทำไมออกซิเจนจึงหายไป Newsletter ฉบับที่ ๓๕ บอกแต่เพียงว่าไม่มีใครรู้ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร แต่อีก ๒ เดือนถัดมา ใน Newsletter ฉบับที่ ๓๗ ประจำเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๗๒ (พ.ศ. ๒๕๑๕) ผู้อ่านรายหนึ่งให้คำอธิบายว่าเป็นเพราะสนิมเหล็กที่เกิดขึ้นอาจเป็นตัวทำให้ออกซิเจนหายไป (รูปที่ ๒)

  

ตรงนี้เรามาลองคำนวณเล่น ๆ กันดีกว่า สมมุติว่าถังน้ำมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 m สูง 5 m ก็จะมีความจุประมาณ 63 m³ อากาศประกอบด้วยไนโตรเจน 79% และออกซิเจน 21% ดังนั้นปริมาตรส่วนที่เป็นแก๊สออกซิเจนในถังก็ประมาณ 13.2 m³ ถ้าออกซิเจนส่วนนี้ทำปฏิกิริยาเกิดสนิมเหล็กไป 2 ใน 3 คือหายไป 8.8 m³ ดังนั้นเพื่อไม่ให้ความดันในถังลดลง ก็ต้องมีอากาศปริมาตร 8.8 m³ นี้เข้ามาแทนที่ออกซิเจนที่หายไปนี้ในปริมาตรเดียวกัน

  

รูปที่ ๒ เหตุการณ์นี้มีผู้ให้คำอธิบายในอีก ๒ เดือนต่อมา ว่าอาจเป็นเพราะสนิมเหล็กทำให้ความเข้มข้นออกซิเจนลดลง

ถ้าให้อากาศในถังมีการผสมกันอย่างสม่ำเสมอ ความเข้มข้นออกซิเจนในถังหลังการเกิดสนิมก็จะเป็น ((13.2 - 8.8) + 0.21 x 8.8)/63 x 100 = 9.92% 

  

สมมุติว่าอุณหภูมิของอากาศคือ 25ºC ดังนั้นจำนวนโมลของแก๊สออกซิเจน (8.8 m³) ที่ทำปฏิกิริยาไปก็ประมาณ 360 โมล (คำนวณจากสูตร PV = nRT) ซึ่งออกซิเจนจำนวนนี้จะทำปฏิกิริยากับเหล็ก 720 mol ในการเกิดสารประกอบ FeO หรือคิดเป็นน้ำหนักอะตอมเหล็กประมาณ 40.32 kg 

  

ความหนาแน่นของ carbon steel ประมาณ 7.85 g/cm³ ดังนั้นเหล็กน้ำหนักดังกล่าวก็จะมีปริมาตร 5136 cm³ จากขนาดของถัง พื้นที่ผนังถังด้านในก็ประมาณ 63 m² หรือ 630000 cm² (ยังไม่รวมพื้นที่ส่วนที่เป็นพื้นและหลังคาอีก 25 m²) ดังนั้นเหล็กที่มีปริมาตร 5136 cm³ ก็ต้องมีความลึกลงไปจากพื้นผิว 5136/630000 = 0.0081 cm หรือ 0.81 mm

 

ออกซิเจนเข้มข้น 8-10% ไม่ได้ทำให้คนหมดสติทันที แต่สามารถหมดสติได้ในเวลาอันสั้น และถ้าไม่ได้รับการช่วยเหลือทันท่วงที ก็อาจเสียชีวิตได้ สนิมเหล็ก (สารประกอบเหล็กออกไซด์หรือ FeO) ที่เกิดขึ้นไม่ได้เกิดเป็นชั้นฟิล์มเคลือบผิวโลหะ ทำให้สนิมเหล็กเกิดลึกลงไปในเนื้อเหล็กได้ จากผลการคำนวณข้างต้นผมเห็นว่าเหตุผลที่มีผู้อธิบายว่าสนิมเหล็กเป็นตัวทำให้ความเข้มข้นออกซิเจนในถังลดต่ำลงนั้น ก็มีความสมเหตุสมผลอยู่

เรื่องที่ ๒ แค่เข้าไปครึ่งตัวคงไม่เป็นอะไร

เรื่องที่สองนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนกรกฎาคม ค.ศ. ๑๙๗๙ (พ.ศ. ๒๕๒๒) ฉบับที่ ๑๒๕ เรื่องที่ 1(a) (รูปที่ ๓) เป็นกรณีของการยื่นตัวเพียงแค่ครึ่งตัวเพื่อเข้าไปเก็บของที่หล่นไปใน vessel

รูปที่ ๓ เหตุการณ์ที่ช่างประกอบท่อยื่นตัวเพียงแค่ครึ่งตัวเข้าเพื่อเข้าไปเก็บของที่ตกเข้าไปใน vessel โดยลืมนึกไปว่าใน vessel นั้นไม่มีอากาศ

 

ในการหยุดเดินเครื่องโรงงานนั้นจะมีการเปิดทั้งท่อและอุปกรณ์ต่าง ๆ ตรวจสอบ และเมื่อตรวจสอบและทำการซ่อมบำรุงเสร็จแล้วก็จะทำการประกอบกลับเข้าที่เดิม หลังการประกอบกลับก็ต้องทำการทดสอบว่าแต่ละจุดรอยต่อมีการรั่วไหลหรือไม่ (leak test) ปรกติโรงงานที่ทำงานเกี่ยวกับสารไวไฟหรือสารที่สัมผัสอากาศไม่ได้ ก่อนที่จะนำสารเข้าระบบก็ต้องทำการไล่อากาศในระบบออกก่อนด้วยการใช้แก๊สไนโตรเจน (บางกรณีอาจใช้ไอน้ำ ถ้าหากอุปกรณ์นั้นปรกติมีการใช้ไอน้ำอยู่แล้ว หรือมีขนาดใหญ่และรับอุณหภูมิไอน้ำ เช่นหอกลั่น แต่เมื่อไล่เสร็จก็ต้องเอาไนโตรเจนเข้าไปแทนที่อยู่ดีเพื่อรักษาความดัน เพราะเมื่อไอน้ำเย็นตัวลงมันจะเกิดสุญญากาศขึ้นภายใน) การไล่ด้วยไนโตรเจนนี้มีทั้งการให้ไนโตรเจนไหลผ่านตลอดเวลา หรือการอัดแก๊สไนโตรเจนเข้าไปจนระบบมีความดันระดับหนึ่ง จากนั้นจึงระบายแก๊สผสมออก ทำอย่างนี้ซ้ำกันหลายครั้งความเข้มข้นออกซิเจนก็จะลดลงเรื่อย ๆ วิธีการหลังนี้ก็มีข้อดีอย่างคือสามารถทำการตรวจสอบรอยรั่วไปพร้อมกัน

  

ในเหตุการณ์นี้มีการตรวจพบรอยรั่ว (บทความไม่ได้บอกชัดเจนว่าที่ไหน แต่มีการเปิด man-hole) จึงได้ให้ช่างประกอบท่อมาทำการประกอบใหม่ ในระหว่างทำงานนั้นชิ้นส่วนหนึ่งตกลงไปใน vessel ช่างประกอบท่อก็เลยมุดตัวท่อนบนเข้าทาง man-hole เพื่อจะเข้าไปก้มเก็บชิ้นส่วนที่ตก เพื่อนร่วมงานที่อยู่ด้วยเห็นช่างนั้นหยุดนิ่งไม่เคลื่อนไหวเลยรู้ว่าเกิดเรื่องแล้วก็รีบดึงเอาตัวช่างออกมา งานนี้เรียกว่าโชคดีที่ไม่ตาย

  

เป็นเรื่องปรกติที่เมื่อเรากำลังใจจดใจจ่อกับงานหนึ่ง แล้วมีเหตุทำให้งานที่เรากำลังใจจดใจจ่ออยู่นั้นหยุดชะงัก เราก็เลยรีบทำการแก้ปัญหาโดยลืมไปว่าสภาพแวดล้อมการทำงานนั้นเป็นอย่างไร อย่างเช่นในกรณีนี้อาจไม่ใช่เป็นเพราะว่าช่างไม่รู้ว่าภายใน vessel นั้นไม่มีอากาศ แต่อาจเป็นเพราะว่าเขากำลังใจจดใจจ่อกับงานซ่อมอยู่ก็ได้ จนเมื่อมีชิ้นส่วนหลุดเข้าไปใน vessel ก็เลยจะรีบเข้าไปเก็บ (เพื่อทำให้งานซ่อมมันเสร็จโดยไม่เสียเวลา) ก็เลยเกิดเหตุขึ้น

  

พฤติกรรมแบบนี้ผมสอนแลปเคมีนิสิตก็เคยเจอเหมือนกัน คือมีอยู่การทดลองหนึ่งต้องเอาถ้วยกระเบื้องไปเผาในเตาเผาที่อุณหภูมิ 800ºC เผาเสร็จก็ต้องคีมคีบออกจากเตาเผามาวางบนแผ่นกระเบื้อง บางครั้งนิสิตบางคนพลาดด้วยการทำถ้วยกระเบื้องหลุดจากคีมที่คีบอยู่ โดยสัณชาตญาณเขาก็พยายามเอามืออีกข้างไปคว้าถ้วยกระเบื้องที่กำลังตกลงพื้นนั้น (อันนี้ผมว่าเป็นเรื่องปรกติที่ไม่ว่าใครต่อใครก็เป็น) โชคดีที่คว้าไม่ทันไม่งั้นก็มือพองไปแล้ว

เรื่องที่ ๓ คาอยู่ในท่ายืน

เรื่องที่สามนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนกรกฎาคม ค.ศ. ๑๙๗๙ (พ.ศ. ๒๕๒๒) ฉบับที่ ๑๒๕ เช่นกัน แต่เป็นเรื่องที่ 1(b) (รูปที่ ๔) เป็นกรณีของการยื่นตัวเพียงแค่ครึ่งตัวในท่ายืน เพื่อเข้าไปถอดชิ้นส่วนที่ติดตั้งไว้ในชิ้นส่วนท่อที่ทำการเชื่อม

  

ในระหว่างการเชื่อมโลหะด้วยไฟฟ้านั้นโลหะ ณ ตำแหน่งบริเวณรอยเชื่อมจะมีอุณหภูมิสูงจนหลอมเหลว สภาพเช่นนี้โลหะสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนหรือแม้แต่ไนโตรเจนในอากาศได้ สารประกอบที่เกิดขึ้นจะทำให้ความแข็งแรงรอยเชื่อมต่ำ ดังนั้นเพื่อป้องกันปัญหาดังกล่าวจึงจำเป็นต้องปิดคลุมบริเวณรอยเชื่อมไม่ให้สัมผัสกับอากาศ การปิดคลุมนี้อาจทำโดยการใช้วัสดุที่เป็นของแข็งที่เรียกว่า flux ที่อาจหุ้มธูปเชื่อมอยู่ หรือเทลงไปตรงตำแหน่งที่ทำการเชื่อม (เช่นในกรณีของเครื่องเชื่อมอัตโนมัติ) ความร้อนจากการเชื่อมจะทำให้ตัว flux นี้หลอมละลายลอยและอยู่บนผิวโลหะหลอมเหลวและมีการเกิดแก๊สขึ้นด้วย สิ่งเหล่านี้ช่วยป้องกันไม่ให้โลหะหลอมเหลวนั้นสัมผัสกับอากาศ แต่ถ้าทำไม่ดี ตัว flux เองก็อาจฝังอยู่ในรอยเชื่อม ทำให้รอยเชื่อมมีปัญหาได้เช่นกัน

  

อีกวิธีการก็คือการใช้แก๊สที่เฉื่อยฉีดพ่นลงไปบริเวณตำแหน่งที่ทำการเชื่อมเพื่อไล่อากาศ การทำแบบนี้มันมีข้อดีคือไม่ต้องกังวลว่าจะรอยเชื่อมจะมีปัญหามีสิ่งปนเปื้อนฝังอยู่อย่างเช่นในกรณีของการใช้ flux แก๊สที่ใช้กันก็มักจะเป็นอาร์กอน (Ar) การเชื่อมแบบนี้บ้านเราเรียกเชื่อมอาร์กอน มีบางงานบ้างเหมือนกันที่ใช้คาร์บอนไดออกไซด์ แต่ที่เคยเห็นกรณีของอะลูมิเนียมหรือเหล็กสแตนเลสจะเห็นใช้แต่อาร์กอน

  

รูปที่ ๔ ช่างเชื่อมเสียชีวิตจากการมุดเข้าไปในท่อเพื่อถอดชิ้นส่วนที่อุดไว้เพื่อประหยัดแก๊สอาร์กอน

เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในโรงประกอบในขณะทำการประกอบชิ้นส่วนท่อ (ที่เรียกว่า spool piece) เพื่อที่จะประหยัดแก๊สอาร์กอนจึงได้ทำการอุดภายในท่อด้วย plug หลังเสร็จสิ้นการเชื่อมช่างจึงมุดเข้าไปในท่อเพื่อตรวจสอบรอยเชื่อมและดึงเอา plug ที่อุดไว้ออก เลยประสบเหตุขาดอากาศ (อาร์กอนแทนที่อากาศภายในท่อ) หมดสติอยู่คาท่อในตำแหน่งนั้น

  

เพื่อนร่วมงานคนหนึ่งเดินผ่านมาเห็นเพื่อนยืนคาอยู่ตรงนั้นก็เลยเข้าไปตบหลังเล่นทักทาย แต่สักพักพอเดินกลับมายังเห็นคนดังกล่าวยังอยู่ในท่าเดิม ก็เลยรู้ว่ามีอะไรผิดปรกติแล้ว

  

ปรกติในการเชื่อมต่อชิ้นส่วนท่อนั้นไม่ได้นำเอาปลายท่อทั้งสองด้านมาต่อชนกัน แต่จะมีการเจียรตรงบริเวณที่จะทำการเชื่อมให้พื้นผิวด้านบนเป็นร่องรูปตัว V โดยที่ยังคงบริเวณใกล้ผนังด้านในให้เป็นเป็นขอบที่ตั้งฉากกันอยู่ และจะนำมาจ่อเข้าใกล้กัน (ห่างกันประมาณไม่เกินขนาดลวดเชื่อมที่ใช้) ก่อนทำการเชื่อม การทำแบบนี้ทำให้มั่นใจว่ารอยเชื่อมจะซึมลึกตลอดทั้งความหนาของชิ้นงาน และช่องว่างนั้นก็เป็นช่องทางสำหรับให้แก๊สอาร์กอนที่พ่นลงจากทางด้านบนนั้นไหลไปทางด้านหลังของรอยเชื่อมเพื่อปกป้องรอยเชื่อมจากทางด้านหลังด้วย

ย่อหน้าสุดท้ายของกรณีนี้ (รูปที่ ๔) มีข้อความที่น่าสนใจคือ vessel ใหม่ที่ส่งมาจากผู้ผลิต ส่งมาโดยมีการอัดแก๊สไนโตรเจนไว้ภายในเพื่อป้องกันความชื้นจากอากาศภายนอก (อันที่จริงถ้าวัตถุประสงค์มีเพียงแค่จะป้องกันความชื้นเท่านั้นก็สามารถใช้อากาศแห้งได้) โดยไม่มีคำเตือนแจ้งมาด้วย งานนี้เรียกว่าโชคดีที่ตรวจพบก่อนก็ได้