การระเบิดของท่อส่งแก๊สธรรมชาติ ณ ตำบลเปร็ง สมุทรปราการ MO Memoir : Saturday 24 October 2563

ช่วงเวลาประมาณ ๑๓.๒๐ น ของวันพฤหัสบดีที่ ๒๒ ตุลาคม ๒๕๖๓ ได้เกิดเหตุการณ์แก๊สธรรมชาติรั่วไหลออกจากท่อส่งแก๊สความดันสูง (ประมาณ 54 bar) ที่ฝั่งอยู่ใต้พื้นพิน ก่อนเกิดการระเบิด ณ บริเวณใกล้กับสถานีตำรวจภูธรเปร็ง อ.บางบ่อ จ.สมุทรปราการ การระเบิดดังกล่าวส่งผลให้มีผู้เสียชีวิต ณ บริเวณที่เกิดเหตุ ๑ ราย และเสียชีวิตเพิ่มเติมที่โรงพยาบาลอีก ๒ ราย และมีผู้บาดเจ็บและทรัพย์สินเสียหายอีกเป็นจำนวนมาก

ค่ำวันเดียวกันผมได้เห็นภาพถ่ายจากที่เกิดเหตุและคลิปวิดิทัศน์ที่บันทึกจากกล้องหน้ารถยนต์คันหนึ่งจากหน้า facebook ของศิษย์เก่าคนหนึ่งของภาควิชา (ถ้าจำไม่ผิดน่าจะเป็นนิสิตรหัส ๔๓) ที่เขาได้เข้าไปดูที่เกิดเหตุในฐานะที่ปรึกษากรรมาธิการด้านพลังงานของวุฒิสภา และได้ให้ความเห็นบางประการไปบนหน้า facebook และในตอนหลังสามทุ่มวันเดียวกันก็ได้สนทนากับเขานานกว่า ๒๐ นาที (รูปที่ ๑) เกี่ยวกับความเป็นไปได้บางข้อที่ทำให้เกิดเหตุการณ์ดังกล่าว ก็เลยจะขอเอาเรื่องราวดังกล่าวมาบันทึกไว้เสียหน่อย เพื่อเป็นตัวอย่างการวิเคราะห์ปัญหาจากหลักฐานที่มีอยู่ (ในเวลานั้น)

จากข่าวที่ปรากฏนั้น มีการนำเสนอผู้ที่เกี่ยวข้องกับเหตุที่เกิด ๓ รายด้วยกัน คือ เจ้าของท่อแก๊ส การไฟฟ้าที่เป็นเจ้าของเสาไฟฟ้า และรถแบ็กโฮ (รถขุดดิน) ที่ไปปรากฏอยู่บริเวณที่เกิดเหตุ และในเวลาไม่นานก็มีการนำเสนอสมมุติฐานขึ้นมาสองหรือสามข้อว่าอุบัติเหตุดังกล่าวเกิดได้อย่างไร โดยทฤษฎีทั้งหมดนำเสนอขึ้นมาจากหนึ่งในผู้ที่เกี่ยวข้อง และถ้าพิจารณาจากสมมุติฐานที่นำเสนอแล้วจะเห็นว่า ความผิดนั้นไม่ได้อยู่ที่ผู้นำเสนอสมมุติฐาน แต่น่าจะไปอยู่ที่ผู้ที่เกี่ยวข้องอีก ๒ ราย ตอนที่ผมคุยทางโทรศัพท์กับศิษย์เก่าของภาควิชา เขาก็เล่าสมมุติฐานดังกล่าวให้ผมฟัง แต่ผมก็บอกเขาไปว่าผมดูจากคลิปวิดิทัศน์ที่เขาแชร์มานั้น เมื่อหยุดภาพดูทีละเฟรม ผมมีความเห็นที่แตกต่างออกไป คือผมไม่คิดว่าสองรายที่สมมุติฐานว่าอาจเป็นผู้ผิดนั้น ไม่น่าจะใช่ แต่น่าจะเป็นในทิศทางตรงกันข้ามมากกว่า

การระเบิดนั้นต้องมีองค์ประกอบ ๓ ส่วนด้วยกัน คือเชื้อเพลิง สารออกซิไดซ์ และแหล่งพลังงานที่เป็นตัวจุดระเบิด ในเหตุการณ์นี้เชื้อเพลิงก็คือแก๊สธรรมชาติที่อยู่ในท่อฝักลึกลงไปในดิน 4-5 เมตร แต่ก่อนอื่นเราลองมาทดลองแยกแยะการวิเคราะห์เหตุการณ์กันก่อนดีไหมครับ โดยลองตั้งประเด็นพิจารณาจากแง่มุมต่าง ๆ (อันนี้คือเท่าที่ผมนึกได้ โดยท่านผู้อ่านสามารถตั้งเพิ่มได้อีก หรืออาจไม่เห็นด้วยกับผมก็ได้ครับ)

ประเด็นแรกคือ แรงที่ทำให้ท่อส่งแก๊สดังกล่าวเกิดความเสียหายนั้นมาจากไหน ซึ่งตรงนี้ขอแยกออกเป็น

๑.๑ จากแรงกระทำที่เกิดขึ้นภายในตัวท่อ (เช่นการระเบิดภายในตัวท่อ ความดันที่เพิ่มขึ้นสูงมากเกิน) และ

๑.๒ จากแรงกระทำที่เกิดขึ้นภายนอกตัวท่อ (เช่นจากการขุดเจาะของเครื่องจักร การสั่นสะเทือน น้ำหนักกด)

ประเด็นที่สองคือ ความแข็งแรงของเนื้อโลหะของตัวท่อเป็นอย่างไร ซึ่งตรงนี้ก็ขอแยกการพิจารณาออกเป็น

๒.๑ เนื้อโลหะยังมีความแข็งแรงตามปรกติ แต่แรงที่กระทำนั้น (ไม่ว่าจากภายนอกหรือภายใน) สูงเกินกว่าที่เนื้อโลหะจะทนได้ และ

๒.๒ เนื้อโลหะมีโครงสร้างที่เปลี่ยนไป ทำให้คุณสมบัติในการรับแรงเปลี่ยนไป ขนาดแรงที่มากระทำนั้น ถ้าเนื้อโลหะยังคงมีสภาพเหมือนเดิม ท่อก็จะไม่เกิดความเสียหาย แต่ด้วยการที่คุณสมบัติในการรับแรงเปลี่ยนไป จึงทำให้ขนาดแรงที่มากระทำเดียวกันนั้น ทำให้ท่อเกิดความเสียหายได้

ประเด็นที่สามคือ การรั่วไหลของแก๊สนั้นเกิดตั้งแต่เมื่อใด ซึ่งตรงนี้อาจแยกได้เป็น

๓.๑ การรั่วของแก๊สนั้นมีมาก่อนหน้าแล้ว กล่าวคือท่อมีความเสียหายที่ทำให้แก๊สรั่วได้ในปริมาณน้อย ๆ ตลอดเวลา (เช่นเกิด pitting) แต่ท่อยังคงสามารถรับแรงได้อยู่ เมื่อเวลาผ่านไปความเสียหายนั้นขยายตัวขึ้นจนทำให้ท่อนั้นไม่สามารถรับแรงได้ ท่อเลยฉีกขาด ทำให้เกิดการรั่วไหลของแก๊สในปริมาณมากในเวลาอันสั้น

๓.๒ การรั่วไหลของแก๊สเกิดขึ้นอย่างทันทีทันใด กล่าวคือท่ออาจมีความเสียหายที่แบบที่จะทำให้แก๊สรั่วได้ เช่นการเกิดรอยร้าวหรือความหนาของผนังท่อบางลงเนื่องจากการผุกร่อน (corrosion) หรือการเสียดสี (erosion) และเมื่อความเสียหายนั้นขยายตัว ท่อเลยฉีกขาดแบบทันทีทันใด (catastrophic failure)

รูปที่ ๑ ส่วนหนึ่งของบทสนทนากับเขาบนหน้า facebook ในคืนวันที่เกิดเหตุ อันที่จริงยังมียาวกว่านี้อีกครับ

ในกรณีของประเด็นการรั่วไหลนี้ เนื่องจากแก๊สธรรมชาติที่ส่งเข้าระบบจะมีการผสมสารที่ให้กลิ่นเหม็นเข้าไปด้วย และจากข้อมูลที่ได้รับทราบมา ก่อนหน้านี้ชาวบ้านในบริเวณดังกล่าวไม่เคยได้กลิ่นเหม็นผิดปรกติใด ๆ ดังนั้นการพังของท่อเส้นดังกล่าวจึงควรจะเป็นแบบ ๓.๒ คือเกิดอย่างทันทีทันใด

ประเด็นถัดมาคือแรงที่มากระทำต่อตัวท่อ ไม่กี่ชั่วโมงหลังเกิดเหตุ มีการเสนอสมมุติฐานว่าอาจเกิดจากรถแบ็คโฮ (ที่มีจอดอยู่ในที่เกิดเหตุหนึ่งคน และโดยไฟไหม้ไปด้วย) ขุดไปโดนท่อ ซึ่งต่อมาภายหลังเจ้าของรถแบ็คโฮคันดังกล่าวก็ยืนยันว่าเอารถไปจอดอยู่ตรงนั้นเฉย ๆ ไม่ได้ไปทำการขุดดินใด ๆ ซึ่งตรงนี้จะว่าไปคลิปวิดิทัศน์ที่มีการเผยแพร่กันในโลกออนไลน์ที่มาจากกล้องหน้ารถของรถยนต์คันหนึ่งก็ยืนยันคำกล่าวนี้เป็นจริง

รูปที่ ๒-๖ ผมหยุดภาพจากคลิปวิดิโอที่มีการเผยแพร่กันในเย็นวันเกิดเหตุ จะเห็นว่าในช่วงแรกนั้นสิ่งที่มีลักษณะสีดำพุ่งขึ้นมาจากพื้น ซึ่งก็น่าจะเป็นดินที่กลบฝังท่ออยู่ ปริมาณดินที่พุ่งขึ้นมาจากพื้นนั้นขึ้นไปได้สูงและมีปริมาณมาก ผมจึงเห็นว่าตอนที่ท่อเกิดการฉีกขาดนั้นยังคงมีดินในปริมาณมากกลบท่ออยู่ ดังนั้นประเด็นที่ว่ามีการขุดดินและไปกระทบท่อนั้นจึงไม่น่าจะเป็นไปได้ เพราะจากข้อมูลที่ได้รับ ท่อถูกฝังลึกลงไปในดินประมาณ 4-5 เมตร การใช้รถขุดดินขุดหลุมลึกขนาดนี้ต้องมีปากหลุมที่กว้างมากพอ (เพราะทำการ "ขุด" ไม่ได้ทำการ "เจาะ") และไม่ควรที่จะทำให้เกิดการฟุ้งกระจายของดินมากดังที่ปรากฏในคลิปวิดิทัศน์

สมมุติฐานอีกข้อที่เกิดขึ้นพร้อมกับรถแบ็คโฮก็คือ สายส่งไฟฟ้าแรงสูงขาดลงไปพาดกับตัวท่อ (ที่อาจไม่มีผิวดินปิดอยู่เนื่องจากถูกรถแบ็คโฮขุดเอาดินกลบท่อออก) และประกายไฟนั้นทำให้ท่อแตกและเกิดการจุดระเบิดของแก๊ส สมมุติฐานนี้เกิดขึ้นมาจากการที่ จังหวะเวลาที่สถานีควบคุมท่อส่งแก๊สตรวจพบว่าท่อส่งแก๊สมีปัญหา และสถานีควบคุมการจ่ายไฟฟ้าพบว่าเกิดไฟฟ้าดับนั้น เป็นเวลาเดียวกัน ซึ่งประเด็นนี้ทางการไฟฟ้าก็ได้แย้งว่าสายไฟที่เขาใช้นั้นรับแรงดึงได้สูง ไม่ขาดง่าย ๆ (ซึ่งก็น่าจะเป็นจริง เพราะเห็นรถชนเสาไฟฟ้าล้มทีใด ไม่ยักเห็นมีสายไฟขาด มีแต่สายไฟที่ช่วยดึงเอาเสาไฟฟ้าไม่ให้ล้มฟาดพื้น เพียงแค่เอียงไปเท่านั้น หรือไม่สายไฟก็หลุดออกจากลูกถ้วยก่อน)

ภาพจากคลิปวิดิทัศน์ในรูปที่ ๗-๑๑ แสดงให้เห็นว่าการจุดระเบิดนั้นเกิดที่ระดับเหนือพื้นดิน คือประมาณระดับยอดเสาไฟฟ้า และมีการจุดระเบิดด้วยประกายไฟฟ้าอย่างน้อย 2 ครั้ง (รูปที่ ๗ และ ๑๐) ลักษณะของลูกเปลวไฟที่ลอยอยู่เหนือพื้นในรูปที่ ๘ ก็แสดงว่าการเผาไหม้นั้นเริ่มจากระดับที่สูงเหนือพื้นดิน (เปลวไฟจะลุกไหม้โดยแผ่กระจายออกไปจากจุดที่เกิดการกระตุ้นให้เกิดการเผาไหม้ แบบเดียวกับการจุดระเบิดในเครื่องยนต์เบนซิน ที่เปลวไฟจะแผ่ออกไปจากเขี้ยวหัวเทียน)

อีกสิ่งหนึ่งที่อยากให้สังเกตก็คือ ช่วงเวลาที่เห็นประกายไฟแวบสว่างสีขาวครั้งแรกจนถึงครั้งที่สาม (รูปที่ ๑๑) กินเวลาไม่น่าจะถึง 2 วินาที และช่วงเวลาที่จับภาพการฟุ้งกระจายของดินครั้งแรกจนถึงการเห็นประกายไฟครั้งที่สามก็กินเวลาไม่น่าจะถึง 3 วินาที ดังนั้นประเด็นที่ว่าสถานีควบคุม (ทั้งระบบส่งแก๊สและไฟฟ้า) ตรวจพบว่าเกิดเหตุในเวลาเดียวกันนั้น ทั้งสองหน่วยงานใช้เวลามาตรฐานเดียวกันหรือไม่ และระบบการตรวจวัดนั้นมี delay time หรือไม่ และเวลาที่บันทึกนั้นมีความละเอียดขนาดไหน เพราะแต่ละปรากฏการณ์ที่เกิดนั้นเกิดในเวลาไม่ถึง 1 วินาที

ผมรู้แต่ว่าสมมุติว่าคุณมีสายไฟยาวไปที่ปลายทางที่ห่างไป 1000 เมตร ถ้าคุณปิดสวิตช์ไฟที่จ่ายไฟให้ให้สายไฟดังกล่าวที่ต้นทาง ไฟจะดับพร้อมกันทุกจุดในระยะทาง 1000 เมตรนั้น แต่ถ้าเป็นท่อแก๊สความดันที่ยาว 1000 เมตร ถ้าท่อขาดที่ตำแหน่งหนึ่ง มันต้องใช้ระยะเวลาหนึ่งกว่าจุดที่ห่างออกไป 1000 เมตรนั้นจะตรวจพบว่าความดันตกลง

สิ่งน่ากลัวสำหรับผู้ที่เข้าไปตรวจสอบต้นตอของเหตุการณ์ที่เกิดก็คือ การไปรับข้อมูลจากผู้เกี่ยวข้องรายหนึ่งที่พยายามให้สมมุติฐานว่าเขาไม่ใช่ฝ่ายผิด ซึ่งอาจดึงให้ความคิดของผู้ตรวจสอบนั้นคล้อยตามไปในทิศทางนั้นได้ ถ้าไม่มีหลักฐานจากมุมมองอื่นแสดงให้เห็น

และสิ่งสำคัญที่ควรต้องได้จากการตรวจสอบหาต้นตอของอุบัติเหตุก็คือ การหามาตรการป้องกันไม่ให้มันเกิดซ้ำอีก ไม่ใช่การทำให้เรื่องมันจบ ๆ ไปโดยเร็ว

รูปที่ ๒ ภาพเฟรมสุดท้ายก่อนการระเบิด คลิปตัวเต็มนั้นมุมกว้างกว่านี้ แต่ผมตัดขอบด้านซ้ายของคลิปออกไป เพื่อที่จะได้รูปที่ใหญ่เห็นได้ชัดเมื่อนำลงหน้ากระดาษ A4 เสาไฟฟ้าที่ลูกศรสีเขียวชี้คือบริเวณที่เห็นว่ามีการจุดระเบิด

รูปที่ ๓ เฟรมแรกที่เห็นมีดินพุ่งขึ้นมาจากพื้น (ตรงลูกศรสีเขียวชี้) ในรูปนี้ยังไม่เห็นมีเปลวไฟใด ๆ

รูปที่ ๔ ภาพต่อเนื่องจากรูปที่ ๓

รูปที่ ๕ ภาพต่อเนื่องจากรูปที่ ๔

รูปที่ ๖ ภาพต่อเนื่องจากรูปที่ ๕ ภาพนี้เป็นเฟรม (คิดว่าน่าจะ) สุดท้ายแล้วก่อนที่จะเห็นการลุกติดไฟ

รูปที่ ๗ ภาพต่อเนื่องจากรูปที่ ๖ จะเห็นประกายไฟสีขาวแวบสว่างจากระดับสูงประมาณสายไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งแสดงว่าการจุดระเบิดนั้นเกิดขึ้นเหนือระดับพื้นดิน

รูปที่ ๘ ภาพต่อเนื่องจากรูปที่ ๗ จะเห็นลูกไฟกลมแผ่ขยายตัวออกจากกลางอากาศเหนือพื้นดิน แสดงว่าการจุดระเบิดเกิดขึ้นเหนือพื้นดิน เพราะเปลวไฟจะวิ่งแผ่ออกจากจุดที่เกิดการระเบิดออกไปทุกทิศทาง ในที่นี้เนื่องจากเกิดขึ้นกลางอากาศ ก็เลยเห็นมันวิ่งออกไปเป็นทรง (เกือบ) กลม (คือมันมีการพุ่งของแก๊สที่ทำให้รูปทรงเปลวไฟเปลี่ยนไปด้วย)

รูปที่ ๙ ภาพต่อเนื่องจากรูปที่ ๘

รูปที่ ๑๐ รูปนี้จะเห็นการเกิดประกายไฟแวบสีขาวครั้งที่สองจากระดับสายไฟ แสดงว่าหลังจากเกิดการจุดระเบิดครั้งแรกแล้ว ระบบจ่ายไฟฟ้าน่าจะยังมีกระแสไฟฟ้าอยู่

รูปที่ ๑๑ รูปนี้เกิดประกายไฟแวบสว่างสีขาวครั้งที่สาม แต่เกิดอยู่ที่ระดับสูงกว่าสองครั้งแรก อาจจะเกิดขึ้นอีกฟากหนึ่งของลูกไฟ

รูปที่ ๑๒ ลูกไฟที่กำลังขยายตัว

รูปที่ ๑๓ รูปนี้ได้มาจากหน้า facebook ของศิษย์เก่าของภาควิชาที่ลงพื้นที่ในวันเกิดเหตุ โดยบอกว่าเป็นท่อที่ฉีกขาด พึงสังเกตว่าท่อนี้ขาดในแนวขวาง และโผล่ขึ้นมาอยู่เหนือพื้นดิน

ตอนที่ผมสนทนาทางโทรศัพท์กับเขานั้น ผมถามเขาว่าความเสียหายของท่อเป็นแบบใด ท่อฉีกขาดตามแนว "ความยาวท่อ" หรือตามแนว "ขวาง" ซึ่งเขาก็ได้บอกผมว่าเขาได้โพสรูปต่อที่เสียหายเอาไว้ก่อนหน้านี้แล้ว ซึ่งก็คือรูปที่ ๑๓

จากรูปนี้ดูเหมือนว่าท่อนั้นเสียหายตามแนว "ขวาง" และท่อที่ฝังอยู่ใต้ดินลึกไม่น้อยกว่า 4 เมตรนั้น "ถูกดันจนโผล่พ้นจากพื้นดิน"

ตรงนี้เรากลับไปทบทวนความรู้ในวิชากลศาสตร์วัสดุหรือ Mechanics of Materials กันหน่อยดีใหม่ครับ สำหรับภาชนะรับความดันรูปทรงกระบอกผนังบาง (ท่อรับความดันก็จัดอยู่ในพวกนี้) ความเค้นที่กระทำตามแนวความยาวท่อ (longitudinal stress) ที่ดึงท่อให้ยืดออกจะมีค่าเพียงแค่ครึ่งเดียวของความเค้นที่กระทำในแนวเส้นรอบวง (circumferential stress หรือ hoop stress) ที่ดึงท่อให้พองตัวออก (รูปที่ ๑๔) ดังนั้นเวลาที่ท่อได้รับความดันสูงจากเนื้อโลหะไม่สามารถรับแรงได้นั้น ท่อจะฉีกขาดตามแนวความยาวของท่อก่อน ดังตัวอย่างในรูปที่ ๑๕ และ ๑๖ ไม่ใช่ในแนวขวาง (ถ้าหากไม่มีความผิดปรกติของเนื้อโลหะนะ)

รูปที่ ๑๔ ความเค้นที่เกิดขึ้นในเนื้อวัสดุเมื่อภาชนะรับความดันรูปทรงกระบอกผนังบางรับความดัน (ภาพจาก http://www.bu.edu/moss/mechanics-of-materials-combined-loading/)

รูปที่ ๑๕ ตัวอย่างท่อที่เสียหายจากการได้รับความดันสูงเกิน พึงสังเกตว่าท่อจะฉีกขาดตามแนวความยาวของท่อ ไม่ใช่ในแนวขวาง (ภาพจาก https://sealexcel.com/why_sealexcel_5.html)

รูปที่ ๑๖ ผนังส่วน shell ของ shell and tube heat exchanger ที่ฉีกขาดออกเนื่องจากความดันภายในสูงเกิน ตัว shell นี้ทำจากแผ่นเหล็กมาม้วนเป็นทรงกระบอกแล้วก็เชื่อมติดเข้าด้วยกัน พึงสังเกตว่าความดันที่สูงเกินนั้นทำให้ตัวผนังฉีกขาดตามแนวยาวจนแผ่ออกเกือบเป็นแผ่น และการฉีกขาดนี้กระชากให้แผ่นโลหะหลุดออกจากส่วนหน้าแปลนหัวท้าย (ภาพจากรายงานการสอบสวนของ CSB เรื่อง "Williams Geismar Olefins Plant : Reboiler Rupture and Fire")

ความเป็นไปได้ที่ท่อจะ "แตกหัก" ในแนวขวางก็มีอยู่เหมือนกัน คือเนื้อโลหะมีการเปลี่ยนสภาพจากเหนียวและยืดหยุ่นกลายเป็นแข็งและเปราะ ซึ่งการเปลี่ยนสภาพนี้อาจเกิดได้จาก

๔.๑ อุณหภูมิที่ต่ำเกินไป

๔.๒ การเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น stress corrosion cracking

ที่นี้กลับมาดูข้อมูลที่ได้รับทราบในวันที่เกิดเหตุหน่อยก็คือ ท่อเส้นดังกล่าวมีการตรวจสอบ "ความหนา" อยู่เป็นประจำทุกปี (คงด้วยการใช้ "Pig" วิ่งไปในท่อ) และการตรวจครั้งล่าสุดก็พบว่าความหนายังอยู่ที่ระดับปรกติ (ประมาณ 15 mm ซึ่งสามารถรับความดันในท่อได้สบาย) ดังนั้นคำถามที่ตามมาก็คือเป็นไปได้หรือไม่ที่ชิ้นงานโลหะนั้นจะเสียหายได้แม้ว่าแรงที่กระทำอยู่นั้นจะต่ำกว่าค่า yield strength ของโลหะนั้นอยู่มากก็ตาม ซึ่งจะว่าไปแล้วก็เป็นไปได้จาก

๕.๑ การเกิด creep หรือความคืบ

๕.๒ การเกิด fatigue หรือความล้า

๕.๓ การเกิด stress corrosion cracking หรือปฏิกิริยาเคมี ณ บริเวณตำแหน่งที่มีความเค้นสูง

การเกิด creep หรือความคืบนี้เกิดจากการที่วัสดุนั้นได้รับแรงที่ทำให้เกิดความเค้น (stress) ในเนื้อวัสดุนั้นตลอดเวลา (ความเค้นที่เกิดก็จะเป็นความเค้นดึงหรือ tensile stress) โดยที่ความเค้นนั้นยังต่ำกว่าค่า yield strength ของวัสดุนั้น ปรากฏการณ์นี้จะเห็นได้ง่ายกับโลหะที่อุณหภูมิสูง เช่นท่อที่แขวนอยู่ในแนวดิ่งของ furnace (ที่ต้องปล่อยปลายด้านล่างเอาไว้เพื่อให้มันมีอิสระในการขยายตัวอย่างอิสระ) ที่ความเค้นดึงนั้นเกิดจากตัวน้ำหนักของท่อเอง ท่อร้อนที่วางอยู่ในแนวนอน (เช่นท่อไอน้ำ) ก็มีโอกาสเกิด creep ได้เช่นกัน เพราะน้ำหนักของท่อพวกนี้จะถูกรองรับเอาไว้ด้วย pipe support ณ บางตำแหน่งของความยาวท่อ ถ้าระยะระหว่าง pipe support นั้นห่างเกินไป ท่อก็มีโอกาสตกท้องช้างและเกิด creep ได้

ความล้าหรือ fatigue จะเป็นการรับแรงแบบ cyclic load เช่นจากการสั่นสะเทือนหรือการเปลี่ยนแปลงความดันในระบบที่เพิ่ม-ลดสลับกันไปตลอดเวลา (เช่นในระบบ pressure swing adsorption) ตัวอย่างความเสียหายที่เกิดจาก fatigue ที่เป็นที่รู้จักกันมากที่สุดเห็นจะได้แก่กรณีของเครื่องบินโดยสารไอพ่น Comet ที่โครงสร้างลำตัวเครื่องบินเสียหายจากความล้าที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดันในขณะที่เครื่องบินขึ้นและลง

Stress corrosion cracking จะเกี่ยวข้องกับสารเคมี กล่าวคือในสภาวะที่ไม่มีความเค้นนั้นตัวเนื้อโลหะจะสามารถทนต่อสารเคมีตัวนั้นได้ แต่ถ้าเนื้อโลหะมีความเค้น (เช่นภาชนะรับความดันต่าง ๆ) โดยอาจมีอุณหภูมิสูงร่วมด้วย สารเคมีดังกล่าวจะทำให้เนื้อโลหะเปลี่ยนโครงสร้างจากเหนียวเป็นแข็งและเปราะได้ ตัวอย่างความเสียหายจาก stress corrosion cracking ที่นำไปสู่การระเบิดที่ถูกนำมาเป็นกรณีศึกษาในสาขาวิศวกรรมเคมีเห็นจะได้แก่การระเบิดที่เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษ ที่ถังปฏิกรณ์ใบหนึ่งเกิดรอยร้าวอันเป็นผลจาก stress corrosion cracking ที่เกิดจากไนเทรตที่อยู่ในน้ำ (ที่นำมาฉีดรดเพื่อควบแน่นไอไซโคลเฮกเซนที่รั่วออกมาจาก gland packing และไหลลงมาตามผิวถังปฏิกรณ์) จนต้องมีการนำเอาถังปฏิกรณ์ใบดังกล่าวออกจากระบบและต่อท่อที่มีลักษณะเป็น dog leg แทน stress corrosion cracking นี้มีโอกาสเกิดได้มากขึ้นบริเวณที่เป็นจุดอ่อนของเนื้อโลหะ เช่นที่ตำแหน่งรอยเชื่อม

การตรวจสอบว่าความเสียหายนี้เกิดจากกลไกใดก็คงต้องให้ผู้เชี่ยวชาญทางด้านโลหะวิทยาเป็นผู้ตรวจ

โดยความคิดเห็นส่วนตัวแล้ว การที่ท่อที่ฝังลึกอยู่ใต้ดินไม่น้อยกว่า 4 เมตรโผล่ขึ้นมาเหนือพื้นได้แสดงว่าความเสียหายนั้นน่าจะเกิดที่ผิวด้านล่างของท่อก่อน จึงทำให้แก๊สความดันสูงที่รั่วออกมานั้นดันให้ตัวท่อยกตัวขึ้นบนก่อนเกิดการแตกหัก จากปรากฏการณ์นี้ ประเด็นที่ควรนำมาพิจารณาเพิ่มก็คือ ตำแหน่งที่เกิดความเสียหายนั้น

๖.๑ เกิดแบบสุ่ม คือมีโอกาสเกิด ณ ทุกตำแหน่งบนแนวเส้นรอบวงเท่ากันหมด หรือ

๖.๒ เกิดแบบเฉพาะเจาะจง คือมีโอกาสเกิดในบางตำแหน่งมากเป็นพิเศษ เช่นท่อลำเลียงแก๊สที่มีของเหลวปนอยู่ โดยตัวท่อนั้นวางอยู่ในแนวนอน สารเคมีที่ละลายอยู่ในของเหลวนั้นจะทำปฏิกิริยากับผิวด้านล่างด้านในของท่อได้ง่ายกว่าพื้นผิวที่อยู่สูงขึ้นไป ทำให้ผิวด้านล่างมีโอกาสเกิด stress corrosion cracking สูงกว่าพื้นผิวที่อยู่สูงกว่า ตัวอย่างเรื่องนี้เคยนำมาเล่าไว้ใน Memoir เรื่อง "เมื่อท่อไอน้ำแตกตรงรอยเชื่อม" (วันพฤหัสบดีที่ ๑๐ ตุลาคม ๒๕๖๒) ซึ่งการแตกนั้นมีทั้งการแตกในแนวเส้นรอบวง (รอยเชื่อมต่อท่อเข้าด้วยกันหรือเข้ากับข้อต่อ) และตามแนวยาว (แนวตะเข็บของตัวท่อ)

จุดแตกหักของท่อแก๊สที่เกิดอุบัติเหตุนี้ได้ยินมาว่าเกิดตรงบริเวณรอยต่อเช่นกัน

สุดท้ายนี้ก็คงต้องขอย้อนกลับไปยังประเด็นแรกว่าแรงที่กระทำต่อท่อนั้นมาจากไหน ตรงนี้คงต้องให้ผู้ลงสำรวจพื้นที่จริงเป็นคนตอบ เพราะมันมีปัจจัยเรื่องรูปแบบการวางท่อเข้ามาเกี่ยวข้องอีก ปรกติแล้วแนวเส้นท่อที่มีความดันอยู่ภายใน และไม่ได้อยู่ในแนวเส้นตรงนั้นมันจะเกิดโมเมนต์บิด (bending moment) ถ้าตัวท่อและสิ่งที่ยึดท่ออยู่นั้นต้านทานโมเมนต์บิดนั้นได้มันก็ไม่เป็นไร แต่ท่อที่ฝังดินนั้นแตกต่างจากท่อที่วางอยู่บน pipe rack ตรงที่ท่อที่วางบน pipe rack นั้นการรับแรงมันเป็นจุด (ตรงตำแหน่งยึดต่อ) แต่ท่อที่ฝังใต้ดินนั้นการรับแรงมันกระจายตลอดทั้งความยาว (คือแรงต้านของดินที่อยู่รอบ ๆ ท่อ) ประเด็นนี้ ณ วันนี้เห็นมีการพูดเรื่องการทรุดตัวของดินเหมือนกัน

การรีบหาข้อยุติว่าอุบัติเหตุนั้นเกิดขึ้นได้อย่างไรมันจะดีก็ต่อเมื่อสาเหตุที่แท้จริงนั้นได้รับการเผยแพร่ออกสู่สาธารณะ เพื่อไม่ให้ผู้อื่นทำผิดซ้ำแบบเดียวกันอีก หรือเพื่อให้เกิดการตรวจสอบสิ่งที่มีรูปแบบในทำนองเดียวกันว่ามีโอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์ทำนองเดียวกันได้ไหม ซึ่งจะเป็นการแสดงให้เห็นถึงการมีความรับผิดชอบต่อสังคมของหน่วยงานนั้น โดยรายงานดังกล่าวควรต้องพิจารณาถึงประเด็นต่าง ๆ ที่มีความเป็นไปได้ และให้เหตุผลอธิบายได้ว่าสามารถตัดประเด็นไหนออกไปได้ และประเด็นที่สรุปว่าเป็นต้นตอของเหตุการณ์นั้นมีหลักฐานอะไรรองรับ สามารถอธิบายรูปแบบความเสียหายต่าง ๆ ที่ปรากฏในสถานที่เกิดเหตุได้ โดยไม่ควรเป็นการรีบหาข้อยุติเพื่อให้เรื่องราวมันจบไป (เพื่อจะได้เอาเวลาไปทำอย่างอื่น)

ข้อสรุปสุดท้ายจากรายงานการสอบสวนจะออกมาเป็นอย่างไรนั้น เชื่อว่าคงจะไม่ได้เห็น เพราะคงไม่มีการเผยแพร่ออกสู่สาธารณะ คงถูกเก็บเป็นความลับต่อไป แบบเดียวกันอุบัติเหตุต่าง ๆ ที่เคยเกิดขึ้นในหลายหน่วยงานก่อนหน้านี้ ที่แม้แต่ถามคนที่ทำงานในหน่วยที่เกิดเหตุ ก็ยังตอบไม่ได้ว่าเกิดอะไรขึ้น หรือไม่ก็ให้ข้อมูลที่ขัดแย้งกัน หรือไม่ก็ให้ข้อมูลที่โต้แย้งได้ง่ายโดยใช้ข้อมูลที่เขาให้มานั้น หรือไม่ก็บอกแต่เพียงว่าเป็นความลับบริษัท

MO Memoir : Thursday 22 October 2563 แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๒ (ตอนที่ ๒)

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาฉบับนี้เป็นการบันทึกการหาพีค CO₂ และ NH₃ ในช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา

 

ปราสาทจอมพระ MO Memoir : Tuesday 20 October 2563

สุดสัปดาห์ที่ผ่านมามีความจำเป็นต้องเดินทางไปทอดผ้าป่าที่วัดแห่งหนึ่ง ณ อ.ท่าตูม จ.สุรินทร์ เส้นทางที่เลือกใช้ก็คือจากสระบุรีไปยังสีคิ้ว ก่อนเปลี่ยนไปใช้ทางหลวงหมายเลข ๒๔ ที่ไปยังปักธงชัย นางรอง ปราสาท แล้วค่อยวกขึ้นเหนือไปยังตัวจังหวัดสุรินทร์ ระยะทางสี่ร้อยกิโลเมตรเศษใช้เวลาเดินทางร่วม ๘ ชั่วโมง ในสภาพที่ฝนตกตลอดทาง เรียกว่าแม้ว่าจะเป็นเวลากลางวัน แต่ก็แยกไม่ออกว่า เช้า สาย เที่ยง บ่าย หรือเย็น เพราะไม่ได้เห็นท้องฟ้าเลย ซึ่งก็เป็นผลจากพายุดีเปรสชั่นที่พัดเข้าภาคอีสานในวันนั้นพอดี ทำให้ต้องขับรถเปิดไฟหน้าไปตลอดทาง

ระหว่างทางฝนก็ไม่ได้ตกหนักมาก เอาเป็นว่าส่วนใหญ่จะเปิดที่ปัดน้ำฝนแค่ปัดเป็นจังหวะก็พอ แต่อาจเป็นด้วยที่มันตกต่อเนื่องทั้งวันทั้งคืน และพื้นที่รับน้ำฝนมีบริเวณกว้าง ก็เลยทำให้หลายท้องที่นั้นโดนน้ำท่วมไป โชคดีที่ทางหลวงสาย ๒๔ ไม่โดนไปด้วย ทางหลวงสาย ๒๔ นั้นก็เป็นถนนด้านละ ๒ ช่องจราจร แต่ทิศมุ่งตะวันออกสภาพทางจะแย่ (ไม่) หน่อย คือมีหลุมบ่อเป็นระยะตลอดทาง ไม่เหมือนกับฝั่งด้านมุ่งตะวันตก ที่สภาพผิวจราจรดีกว่ามาก อันนี้ไม่รู้ว่าเป็นเพราะว่าฝั่งมุ่งตะวันตกนั้นเป็นเส้นทางเดิมสมัยที่ยังเดินรถคนละเลนวิ่งสวนกันอยู่หรือเปล่า เพราะที่เคยเจอมาก็มักพบว่ามันจะเป็นอย่างนี้ คือพอมีการขยายถนนจาก ๒ ช่องจราจรเป็น ๔ ช่องจราจรด้วยการสร้างถนนใหม่ขึ้นมาอีก ๒ ช่องจราจรขนานไปกับถนนเส้นเดิม ฝั่งด้านถนนเส้นเก่ามักจะมีปัญหาเรื่องพื้นผิวจราจรน้อยกว่า ทั้งนี้อาจเป็นเพราะมันถูกสารพัดรถวิ่งบดอัดมาเป็นเวลานาน จนทำให้ดินข้างใต้มันถูกอัดจนแน่นตัว

รูปที่ ๑ แผนที่ทางหลวงประเทศไทยจัดทำโดยบริษัท Esso ประเทศไทย ฉบับปีพ.ศ. ๒๕๓๕ จะเห็นว่าตอนนั้นทางหลวงหมายเลข ๒๔ ช่วง สีคิ้ว-ปักธงชัย-โชคชัย ยังไม่มี ผู้ที่จะเดินทางไปสุรินทร์ก็คงต้องใช้เส้นทางเข้านครราชสีมา ผ่านบุรีรัมย์ ไปยังสุรินทร์ ที่เป็นเส้นทางขนานไปกับทางรถไฟ

เคยไปสุรินทร์ครั้งแรกเมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้านี้ แต่ตอนนั้นนั่งรถตู้ไป เดินทางจากชลบุรีเข้าทางสระแก้ว จากนั้นก็มุ่งเข้าสู่ทางตาพระยา โนนดินแดง และไปโผล่บรรจบสาย ๒๔ ที่นางรอง แต่ครั้งนี้ขับรถไปเอง รถก็อายุ ๑๗ ปีแล้ว เพิ่งจะเปลี่ยน น้ำมันเครื่อง น้ำมันเกียร์ หม้อน้ำ ยางรองแท่นเครื่อง ยางรถยนต์ และกระจกหน้าไป นอกนั้นทุกอย่างก็ยังใช้การได้ดีอยู่ การกินน้ำมันของเครื่องยนต์ก็ยังเหมือนเดิม ขาไปวิ่งด้วยแก๊สโซฮอล์ ๙๑ แต่ขากลับเติม ๙๕ กลับมา

ด้วยการที่เสียเวลาเดินทางมากกว่าที่คิดไว้หลายชั่วโมง พอไปถึงที่พักในตัวจังหวัดก็เกือบจะค่ำแล้ว ก็เลยไม่ได้ออกไปเที่ยวไหน วันรุ่งขึ้นต้องขับรถอีกกว่า ๔๐ กิโลเมตรเพื่อไปร่วมงาน แล้วต้องรีบเดินทางกลับเลย เพราะดูจากสภาพอากาศแล้วขากลับก็คงใช้เวลาราว ๆ ๘ ชั่วโมงเหมือนเดิม แต่เอาเข้าจริงก็ทำเวลาได้ดีกว่าขาไปนิดหน่อย เพราะสภาพอากาศและเส้นทางขากลับนั้นดีกว่าตอนขามา ไปครั้งนี้ก็เลยไม่ได้แวะเที่ยวอะไรเลย นอกจาก "ปราสาทจอมพระ" ที่อยู่บนเส้นทางจากท่าตูมมายังสุรินทร์ ก็เลยถือโอกาสแวะถ่ายรูปเสียหน่อย ทั้ง ๆ ที่ฝนยังตกปรอย ๆ แต่ก็ไม่สามารถเดินเข้าไปใกล้บริเวณปราสาทได้ เพราะมันมีน้ำท่วมพื้นแฉะไปหมด

รูปที่ ๒ ป้ายอธิบายความเป็นมาของปราสาทจอมพระ

ปราสาทนี้ตั้งอยู่ในเขตวัด ไม่มีการเก็บค่าเข้าชม ส่วนที่ว่าความเป็นไปของปราสาทนี้เป็นอย่างไรนั้น ก็สามารถอ่านได้จากป้ายที่กรมศิลปากรทำไว้ (รูปที่ ๒) Memoir ฉบับวันนี้ก็คงไม่มีอะไรมาก เป็นแค่เพียงบันทึกการเดินทางและสถานที่แห่งหนึ่งที่ได้ไปเห็นมาเท่านั้นเอง

รูปที่ ๓ มองจากป้ายเข้าไปยังบริเวณซากปราสาท 

รูปที่ ๔ บริเวณกองหินที่อยู่ทางด้านทิศซ้ายของซากปราสาท 

รูปที่ ๕ สภาพมุมหนึ่งของกองหิน

รูปที่ ๖ เดินบนคันดินมายังด้านหลังปราสาท ก็เลยขอถ่ายรูปเก็บไว้เป็นที่ระลึกหน่อย

รูปที่ ๗ มองย้อนออกไปยังทิศทางที่เดินเข้ามา

College of Engineering (ก่อนจะเลือนหายไปจากความทรงจำ ตอนที่ ๑๕๓) MO Memoir : Thursday 15 October 2563

ตอนผมเข้าเรียนมหาวิทยาลัยใหม่ ๆ ตอนนั้นรายงานต่าง ๆ ก็เขียนกันด้วยมือตัวเองทั้งนั้นครับ ใช้สมุดฉีกสำหรับเขียนรายงาน แล้วก็ไปซื้อปกรายงานที่ศูนย์หนังสือไม่ก็ร้านสหกรณ์ ก่อนที่จะเย็บเป็นเล่มแล้วส่งอาจารย์

ปกรายงานตอนนั้นก็เป็นกระดาษสีน้ำตาล แต่มีอยู่ ๒ แบบ แบบแรกนั้นมีแต่คำว่า Chulalongkorn University โดยไม่มีการระบุว่าเป็นของคณะใด ส่วนแบบที่สองนั้นแปลกหน่อย คือมีการระบุไว้ที่ปกว่า "College of Engineering"

ช่วงที่คณะเตรียมงานฉลองครบรอบ ๑๐๐ ปี ก็มีการเชิญศิษย์เก่าในช่วงเวลาต่าง ๆ มาเล่าให้ฟังถึงเรื่องราวในสมัยที่เขาเรียน เพื่อบันทึกไว้เป็นประวัติของคณะ (ที่ตอนนี้เก็บเอาไว้ที่ไหนโดยใครผมก็ไม่รู้เหมือนกัน) ผมเองก็ได้มีโอกาสเข้าร่วมรับฟังรุ่นพี่เล่าเรื่องราวเก่า ๆ ไป และก็ได้รับฟังเรื่องราวเกี่ยวกับความขัดแย้งระหว่างคณะกับองค์การบริหารนิสิตฯ (ที่เรียกกันย่อ ๆ ว่า อบจ.) ที่น่าจะเห็นต้นเหตุให้เกิดคำว่า "College of Engineering"

เหตุการณ์ดังกล่าวจำรายละเอียดไม่ค่อยได้ ดูเหมือนว่าความขัดแย้งจะมีสาเหตุส่วนหนึ่งมาจากความเข้าใจผิด ซึ่งน่าจะเป็นช่วงราว ๆ หลังปีพ.ศ. ๒๕๒๐ ก่อนที่จะได้รับการแก้ไขให้กลับมาดีเหมือนเดิมในช่วงประมาณปีพ.ศ. ๒๕๒๗ ซึ่งตอนนั้นถ้าจำไม่ผิดก็คือนิสิตวิศวฯ ได้เข้าไปเป็นนายก อบจ.

ก่อนทำการปรับหลักสูตรใหม่นั้น นอกจากวิชาเคมีพื้นฐานที่เรียนตอนปี ๑ แล้ว ภาควิชาเรายังมีการเรียนวิชาพื้นฐานเคมี (ทั้งบรรยายและปฏิบัติการ) อีก ๓ วิชา คือวิชาเคมีวิเคราะห์ (บรรยาย ๒ หน่วยกิต + ปฏิบัติการ ๑ หน่วยกิต) และวิชาเคมีฟิสิกัล (บรรยาย ๓ หน่วยกิต + ปฏิบัติการ ๑ หน่วยกิต) ที่เรียนในปี ๒ เทอมแรก และวิชาเคมีอินทรีย์ (บรรยาย ๓ หน่วยกิต + ปฏิบัติการ ๑ หน่วยกิต) ที่เรียนในปี ๒ เทอมปลาย สมัยที่ผมเรียนนั้นก็มีครูปฏิบัติการ ๓ ท่านทำหน้าที่สอนวิชาดังกล่าว ซึ่งก็ได้แก่ อ.ศิริชัย อ.อรอนงค์ และอ.ชาติชาย แต่ตอนที่ผมกลับมาทำงานนั้น ทั้ง ๓ ท่านก็ได้ลาออกไปแล้ว

เมื่อวันจันทร์แวะไปดูห้องแลปที่เขามีการรื้อและย้ายข้าวของเพื่อทำการจำหน่าย ("จำหน่าย" คำนี้เป็นภาษาราชการ ไม่ได้แปลว่าขาย แต่เป็นได้ทั้งการทิ้ง บริจาค และสูญหาย) ก็ได้ไปพบกับรายงานวิชาเคมีฟิสิกัลฉบับหนึ่งที่เขียนไว้เมื่อ ๓๒ ปีที่แล้วโดยนิสิตกลุ่มหนึ่ง ซุกรวมอยู่กับเอกสารเก่า ๆ ของห้องปฏิบัติการ ดูแล้วรายงานฉบับนี้น่าจะเป็นรายงานแลปฉบับเก่าที่สุดที่หลงเหลืออยู่ในห้องปฏิบัติการ ก็เลยขอนำมาสแกนเก็บเอาไว้เป็นที่ระลึกหน่อย เพื่อที่เป็นบันทึกให้คนรุ่นหลังเห็นว่า แต่ก่อนที่ภาคเราทำรายงานนั้นเขาทำกันอย่างไร แม้แต่กราฟก็ยังต้องเขียนด้วยมือ ไม่เหมือนสมัยนี้ ที่ดูเหมือนว่าถ้าไม่มีคอมพิวเตอร์กับเครื่องพิมพ์แล้ว จะไม่สามารถทำรายงานอะไรได้เลย

ส่วนคนเขียนนั้น คนหนึ่งเป็นใครผมก็ไม่รู้ ส่วนอีกคนหนึ่งนั้นเป็นรุ่นน้อง (คือผมเรียนจบแล้วเขาจึงค่อยเข้ามาเรียน จึงไม่เจอกันตอนเรียน) ทำงานที่เดียวกับผม ห้องทำงานอยู่ใกล้ ๆ กัน :) :) :)

 

การใช้แอลกอฮอล์เป็นสารเพิ่มค่าออกเทนให้กับน้ำมันเบนซิน MO Memoir : Sunday 11 October 2563

จะว่าไป เวลาอ่านบทความวิชาการหรือข้อเสนอโครงการวิจัย ส่วนที่เป็นบทนำที่ผู้เขียนพยายามแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของงานนั้น มันบอกให้เราเห็นว่าผู้เขียนนั้นมีความเข้าใจดีในงานนั้นมากเพียงใด เพราะจากประสบการณ์ที่พบว่าที่บ่อยครั้งที่พบว่าเหตุผลที่ยกมานั้นถ้าฟังดูเผิน ๆ หรือเนื่องด้วยไม่มีความรู้ทางด้านนั้น ก็สามารถทำให้ผู้ฟังนั้นเข้าไปไปว่าเหตุผลนั้นมันสมเหตุสมผลกับงานที่นำเสนอ

เลขออกเทนของน้ำมันเบนซิน (นี่คือชื่อที่บ้านเราเรียก ส่วนชื่อทางการคือ gasoline ที่บางประเทศก็เรียกว่า gas บางประเทศก็เรียกว่า petrol) เป็นตัวเลขที่บอกความสามารถในการป้องกันไม่ให้เครื่องยนต์เกิดการน็อคของเชื้อเพลิง วิธีการวัดค่านี้มีอยู่ ๒ แบบคือ Research Octane Number (RON) และ Motor Octane Number (MON) ค่า RON คือค่าที่เราเห็นกันทั่วไปตามปั๊มน้ำมันในบ้านเรา เรื่องของค่า RON และ MON นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๕๖ วันพุธที่ ๒ มกราคม ๒๕๕๖ เรื่อง "การน๊อคของเครื่องยนต์แก๊สโซลีนและสารเพิ่มเลขออกเทนของน้ำมัน"

รูปที่ ๑ โครงสร้างโมเลกุลของ n-Heptane ที่ใช้เป็นตัวอ้างอิงเลขออกเทน 0 Isooctane ที่ใช้เป็นตัวอ้างอิงเลขออกเทน 100 Ethanol ที่ใช้เป็นสารเพิ่มเลขออกเทนในน้ำมันแก๊สโซฮอล์ และ 1-Butanol ที่มีคนอ้างว่าสามารถใช้เป็นสารเพิ่มเลขออกเทนแทนเอทานอลได้

สารหลายตัวนั้นเมื่อทดสอบในรูปสารบริสุทธิ์จะมีเลขออกเทนค่าหนึ่ง แต่เมื่อนำไปผสมกับน้ำมันแล้วปรากฏว่ามันแสดงเลขออกเทนที่เปลี่ยนไป ที่เห็นก็คือมันจะแสดงเหมือนว่ามันมีเลขออกเทนสูงขึ้น เลขออกเทนที่ได้เมื่ออยู่ในรูปผสมกับน้ำมันนั้นเรียกว่า Blending Octane Number ซึ่งอาจเป็น Blending RON หรือ Blending MON ก็ขึ้นอยู่กับการทดสอบ ค่า Blending Octane Number นี้ขึ้นอยู่กับน้ำมันพื้นฐานที่นำมาผสมด้วย กล่าวคือน้ำมันพื้นฐานที่มีเลขออกเทนเท่ากัน แต่มีส่วนผสมที่แตกต่างกัน เมื่อผสมด้วยสารเพิ่มเลขออกเทนชนิดเดียวกันในสัดส่วนที่เท่ากัน น้ำมันผสมที่ได้สุดท้ายก็มีเลขออกเทนแตกต่างกันได้

ตัวอย่างเช่นค่า RON ของเอทานอลนั้นอยู่ที่ 110 ถ้าเราเอาน้ำมันเบนซินที่มีเลขออกเทน 87 มา 90 ส่วน ผสมกับเอทานอลที่มีเลขออกเทน 110 อีก 10 ส่วน ถ้าเอทานอลและน้ำมันนั้นไม่มีอันตรกิริยาระหว่างกัน เลขออกเทนของน้ำมันผสมก็ควรจะเป็น (87x 0.9) + (110 x 0.1) = 89.3 แต่เมื่อนำไปทดสอบกลับพบว่าน้ำมันเบนซินผสมที่ได้นั้นมีเลขออกเทน 91 นั่นแสดงว่าเมื่อเอทานอลผสมเข้ากับน้ำมันเบนซินนั้นเอทานอลทำตัวเสมือนว่าเป็นสารที่มีเลขออกเทนสูงขึ้นคือกลายเป็นประมาณ 127 เลขออกเทน 127 นี้คือค่า Blending Octane Number ซึ่งสำหรับเอทานอลแล้วค่านี้จะอยู่ในช่วงประมาณ 120-135 (Blending RON) ซึ่งขึ้นอยู่กับน้ำมันพื้นฐานที่นำมาผสม (รูปที่ ๒)

 

รูปที่ ๒ ตัวอย่างคุณสมบัติของเอทานอลที่นำมาใช้ผลิตแก๊สโซฮอล์ (จาก https://www.iea-amf.org/content/fuel_information/fuel_info_home/ethanol/e10/ethanol_properties)

น้ำมันแก๊สโซฮอล์ในบ้านเรามีอยู่ด้วยกัน ๓ แบบ แบบแรกมีเอทานอลผสมอยู่ 10% หรือที่เรียกว่า E10 น้ำมันแบบนี้มีทั้งชนิดออกเทน 91 และ 95 แบบที่สองมีเอทานอลผสมอยู่ 20% หรือ E20 ที่มีเฉพาะออกเทน 95 เท่านั้น และแบบที่สามมีเอทานอลเป็นหลักถึง 85% ที่เรียกว่า E85 ที่มีเฉพาะเลขออกเทน 95 เท่านั้น สำหรับน้ำมันเบนซินพื้นฐานที่จะใช้ผสมกับเอทานอลนั้น รายละเอียดแนบท้ายประกาศกรมธุรกิจพลังงานฉบับปีพ.ศ. ๒๕๖๒ กำหนดไว้สองชนิดคือ ชนิดที่มีเลขออกเทนขั้นต่ำ 87 และ 89 (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๓ เลขออกเทนของน้ำมันเบนซินพื้นฐานที่นำมาใช้ผลิตแก๊สโซฮอล์ในบ้านเรา

ถ้าคิดที่ส่วนผสมเอทานอล 10% และเอทานอลมี Blending Octane Number ที่ระดับ 130 การเพิ่มเลขออกเทนให้กับน้ำมันเบนซินพื้นฐานจนได้แก๊สโซฮอล์ที่มีเลขออกเทน 91 หรือ 95 ที่เราใช้กันอยู่ทั่วไปนั้นมันก็เป็นสิ่งที่ทำได้และทำกันอยู่ในปัจจุบัน

1-Butanol หรือ n-Butanol เป็น primary alcohol (คือมีหมู่ -OH อยู่ที่ปลายโซ่) ที่สามารถสังเคราะห์ได้จากปฏิกิริยา aldol condensation ของ acetaldehyde 2 โมเลกุล ตามด้วยปฏิกิริยา dehydration และ hydrogenation โดย acetaldehyde สามารถเตรียมได้จากปฏิกิริยา dehydrogenation หรือ oxidation ของเอทานอล (อ่านเพิ่มเติมได้จากเรื่อง "การเปลี่ยนเอทานอล (Ethanol) ไปเป็นอะเซทัลดีไฮด์ (Acetaldehyde)" ในMemoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๒๔ พฤษภาคม ๒๕๖๑ และ "Aldol condensation กับ Cannizzaro reaction" ใน Memoir ฉบับวันศุกร์ ๙ ตุลาคม ๒๕๕๘)

บิวทานอลนั้นมีหมู่ alkyl ที่ใหญ่กว่าเอทานอล ทำให้มันผสมเข้ากับน้ำมันเบนซินได้ดีกว่าเอทานอล ทำให้มีการเสนอแนวความคิดว่าถ้าเปลี่ยนเอทานอลมาเป็นบิวทานอลก่อน (ซึ่งตัวที่ได้ก็คือ 1-Butanol) เราก็จะได้แอลกอฮอล์ที่มีเลขออกเทน 96 (รูปที่ ๔) ที่มีค่าสูงกว่าเลขออกเทนของน้ำมันเบนซินที่ใช้กันอยู่ (คือ 91 และ 95) และยังไม่มีปัญหาในการผสมเข้าเป็นเนื้อเดียวกับน้ำมันเบนซินดังเช่นเอทานอล

แนวความคิดในย่อหน้าข้างบนฟังเผิน ๆ ก็ดูดีครับ แต่ก่อนจะนำมาใช้จริงมันยังมีอีกหลายคำถามที่ต้องตอบ

ตัวอย่างเช่นค่าความดันไอของน้ำมัน (Reid Vapour Pressure - RVP) เมื่อผสม 1-Butanol ลงไปจะเป็นอย่างไรเพราะ 1-Butanol นั้นมีจุดเดือดประมาณ 117ºC ซึ่งสูงกว่าเอทานอลที่มีจุดเดือดประมาณ 78ºC อยู่มาก เอทานอลนั้นแม้ว่าจะมีจุดเดือดต่ำ แต่เมื่อผสมเข้าไปในน้ำมันแล้วกลับทำให้น้ำมันระเหยได้ยากขึ้น (เมื่อเทียบกับน้ำมันเบนซินที่ไม่ใช่แก๊สโซฮอล์) ปัญหาเรื่องการระเหยยากของเอทานอลนี้เป็นที่ทราบกันมานานแล้ว (รายงานเก่าสุดที่เคยเห็นก็น่าจะราว ๆ ๕๐ ปีแล้ว)และก่อให้เกิดปัญหาในการเริ่มเดินเครื่องเครื่องยนต์ที่ใช้คาบูเรเตอร์ได้ยากเมื่อสภาพอากาศเย็น

รูปที่ ๔ คุณสมบัติของ butanol โครงสร้างต่าง ๆ เมื่อนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงเครื่องยนต์เบนซิน https://www.iea-amf.org/content/fuel_information/butanol/properties

ประเด็นที่สองที่ควรต้องพิจารณาคือค่าออกเทนเมื่อนำมาผสม จากข้อมูลในตารางที่ ๔ จะเห็นว่า 1-Butanol นั้นมีค่า Blending RON เพียงแค่ประมาณ 95 เท่านั้นเอง ซึ่งตัวมันเองในสภาพสารบริสุทธิ์อาจนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์เบนซิน แต่ถ้าจะนำมาใช้เป็นสารเพิ่มค่าออกเทนน้ำมันเบนซินพื้นฐานให้สูงถึง 95 คงทำไม่ได้ แม้ว่าจะให้ถึง 91 ก็คงต้องใช้สัดส่วนที่สูงน่าดู ซึ่งจะไปส่งผลต่อค่าความร้อนของเชื้อเพลิงผสมที่ลดต่ำลงไปอีก

ประเด็นที่สามที่น่าสนใจก็คือ ถ้าเอทานอลที่จะนำมาใช้ผลิต 1-Butanol นั้นเป็นเอทานอลที่ได้จากกระบวนการหมัก (fermentaion) ถ้าเช่นนั้นทำไมไม่ผลิต 1-Butanol จากกระบวนการหมักโดยตรง ซึ่งกระบวนการดังกล่าวเป็นที่รู้จักกันมานานกว่า ๑๐๐ ปีแล้วตั้งแต่ช่วงสงครามโลกครั้งที่ ๑ (Acetone-Butanol-Ethanol fermentation process) ที่อังกฤษใช้เพื่อผลิต Acetone ที่ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับทำวัตถุระเบิด (รูปที่ ๕)

และในหมู่บรรดาไอโซเมอร์ต่าง ๆ ของบิวทานอลนั้น 1-Butanol เป็นตัวที่มีจุดเดือดสูงสุด แต่มีค่าออกเทนต่ำสุด

จากประสบการณ์ที่ผ่านมานั้น บางเหตุผลมันฟังขึ้น มันใช้ได้ และมีแค่นั้นก็พอแล้ว แต่การพยายามเพิ่มเหตุผลเยอะ ๆ ให้กับงานที่วางแผนจะทำโดยคิดว่าเพื่อให้งานมันดูดีสำหรับผู้รับฟังนั้น มันอาจเป็นการฟ้องตัวผู้ที่นำเสนอเองว่าอันที่จริงแล้วไม่ได้มีพื้นฐานเข้าใจที่มาที่ไปของงานดังกล่าวดี และการนำไปใช้งานจริงตามที่กล่าวอ้างได้ แต่ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับตัวผู้รับฟังเป็นหลักด้วย ว่ามีความรู้ในด้านนั้นเท่าใด

 

รูปที่ ๕ สิทธิบัตรการผลิต 1-Butanol จากกระบวนการหมักของ Charles Weizmann ผู้ที่ต่อมาได้กลายเป็นประธานาธิบดีคนแรกของประเทศอิสราเอล