ถ้าใส่ slip plate หรือปิดปลายท่อเปิดด้วย blind flange เอาไว้ เหตุการณ์นี้ก็คงจะไม่เกิด
แม้ว่ากรณีนี้เอกสารจะไม่ได้ระบุไว้ว่าเป็นการระเบิดแบบ Unconfined Vapour Cloud Explosion (UVCE) แต่ดูจากปริมาณการรั่วไหล การแพร่กระจายออกไปเป็นวงกว้างก่อนที่จะเกิดการระเบิด และขอบเขตความเสียหาย ก็ทำให้เชื่อได้ว่าการระเบิดนี้ควรจะเป็นแบบ UVCE
เรื่องเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion caused due to miss-handling of only one remote control valve separated from atmosphere in the polymerization reactor at a polypropylene manufacturing plant" จากหน้าเว็บ http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1000146.html ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่เขต Chiba ประเทศญี่ปุ่นในช่วงเวลาดึกของคืนวันจันทร์ที่ ๘ ตุลาคม ค.ศ. ๑๙๗๓ (พ.ศ. ๒๕๑๖) ในเอกสารต้นฉบับมีเนื้อหาแค่ ๒ หน้ากระดาษ A4 โดยมีส่วนที่เป็นการบรรยายเหตุการณ์เพียงแค่ไม่กี่ย่อหน้า ก็เลยจะขอนำมาขยายความเพื่อให้ผู้อ่านมองเห็นภาพว่าทำไมจึงต้องมีอุปกรณ์นั้นหรือทำไมจึงต้องมีการทำงานเช่นนั้นเกิดขึ้น
การสังเคราะห์พอลิเอทิลีนเกิดขึ้นก่อนหน้าสงครามโลกครั้งที่สองไม่นานโดยเป็นกระบวนการที่ใช้ initiatorเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยา กระบวนการนี้ใช้ความดันและอุณหภูมิสูงและปัจจุบันก็ยังใช้กันอยู่ (บ้านเราก็มีโรงงานแบบนี้) คือเป็นพอลิเมอร์ที่เรียกว่าพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE - Low Density Polyethylene) ต่อมาช่วงหลังสงครามก็เกิดกระบวนการที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ได้ที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่า โดยตัวเร่งปฏิกิริยานี้แยกเป็น 2 กลุ่มด้วยกัน กลุ่มแรกนั้นใช้โลหะ Cr เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และกลุ่มที่สองคือตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูล Ziegler-Natta ที่ใช้สารประกอบของโลหะ Ti และ Al เป็นหลักเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ข้อดีของตัวเร่งปฏิกิริยาตระกูล Ziegler-Natta ก็คือมันสามารถทำการพอลิเมอร์ไรซ์พอลิโอเลฟินส์ตัวที่ใหญ่กว่าเอทิลีนได้ เช่นโพรพิลีนและบิวทีน จึงทำให้เป็นที่นิยมใช้กันมากกว่า
เนื่องด้วยปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์มีการคายความร้อนออกมาในปริมาณมาก และเพื่อให้สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ง่ายเทคนิคหนึ่งที่นำมาใช้คือการทำปฏิกิริยาในตัวทำละลายที่เป็นของเหลว โดยแก๊สที่เป็นสารตั้งต้นจะละลายเข้าไปในตัวทำละลายที่มีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าไป ตัวทำละลายนี้จะทำหน้าที่เป็นแหล่งรับความร้อนจากปฏิกิริยาก่อนส่งต่อไปให้ระบบต่อให้กับน้ำหล่อเย็น
ตรงนี้ขอขยายความเรื่องตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้กับการพอลิเมอร์ไรซ์โอเลฟินส์นิดนึง คือในกระบวนการนี้ตัวเร่งปฏิกิริยา (ที่ยุคแรก ๆ จะเป็นไอออนโลหะละลายอยู่ในตัวทำละลาย (homogeneous catalyst) แต่ต่อมาภายหลังเป็นแบบอนุภาคของแข็งเล็ก ๆ (heterogeneous catalyst) ที่แขวนลอยอยู่) จะถูกพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นนั้นห่อหุ้มเอาไว้ และติดไปกับผลิตภัณฑ์พอลิเมอร์ที่ได้ โดยในช่วงแรกของการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดนี้ ความว่องไวของตัวเร่งปฏิกิริยายังไม่สูงมาก ปริมาณโลหะที่ติดไปกับผงพอลิเมอร์ยังสูงอยู่ จำเป็นต้องมีการชะล้างออกจากผงพอลิเมอร์ที่ได้ แต่ในปัจจุบันด้วยการที่ตัวเร่งปฏิกิริยามีความว่องไวสูงกว่าแต่ก่อนมาก ทำให้ปริมาณโลหะหนักที่ติดไปกับผงพอลิเมอร์นั้นต่ำมากจนถือว่าอยู่ในระดับที่ไม่เป็นอันตราย แม้ว่าจะนำพอลิเมอร์นั้นไปใช้ทำผลิตภัณฑ์ที่มีการสัมผัสกับอาหารก็ตาม
ในการเกิดปฏิกิริยาในตัวทำละลายนั้น สารตั้งต้นที่เป็นแก๊สจะละลายเข้าไปในตัวทำละลาย (ที่ใช้กันก็คือไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวหรืออะโรมาติก) และต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันเป็นโมเลกุลใหญ่กลายเป็นสายโซ่พอลิเมอร์ โดยในช่วงแรกที่ขนาดสายโซ่โมเลกุลยังไม่ยาวมากนั้นสายโซ่นี้จะละลายได้ดีในตัวทำละลาย และเมื่อยาวขึ้นถึงระดับหนึ่งจะยังละลายได้ในตัวทำละลายถ้าหากว่าอุณหภูมิสูงตัวทำละลายนั้นสูงพอ แต่จะแยกตัวออกมาเป็นของแข็งถ้าหากอุณหภูมิต่ำเกินไป ความยาวสายโซ่ช่วงนี้เรียกว่าโอลิโกเมอร์ (oligomer) ที่เป็นโมเลกุลใหญ่แต่ยังไม่ใหญ่มากพอที่จะนำไปใช้งานขึ้นรูปผลิตภัณฑ์อะไรได้ (ทำนองเดียวกับพาราฟินที่ใช้ทำเทียนไข) และพอสายโซ่ยาวขึ้นจะเป็นระดับพอลิเมอร์ที่แยกตัวออกมาเป็นของแข็งแขวนลอยอยู่ในตัวทำละลาย (ต้องย้ำนิดนึงว่าเป็นของแข็งแขวนลอยได้ ณ อุณหภูมิทำปฏิกิริยา เพราะถ้าอุณหภูมิสูงเกินไปมันก็จะละลายใหม่ได้)
ในการออกแบบกระบวนการผลิต ก็ต้องอิงว่าตัวเร่งปฏิกิริยาในเวลานั้นสามารถผลิตพอลิเมอร์ได้ในอัตราเท่าใด เพราะมันเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนที่ต้องระบายออก แต่เมื่อตัวเร่งปฏิกิริยาได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนทำให้ความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาในการทำปฏิกิริยานั้นสูงเกินกว่าความสามารถของระบบระบายความร้อนเดิมนั้นจะทำได้ ก็ต้องทำการปรับปรุงระบบเดิมเช่นด้วยการเปลี่ยนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือติดตั้งเพิ่มเติม (ถ้ามีที่ว่างเอื้ออำนวย)
รูปที่ ๑ แสดงแผนผัง reactor ที่ใช้ในกระบวนการผลิตพอลิโพรพิลีนของโรงงานที่เกิดเหตุ reactor ตัวนี้มีการติดตั้ง auxiliary cooler ที่ดึงเอาของเหลวออกทางด้านล่างเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนก่อนที่จะป้อนกลับของเหลวที่เย็นลงนั้นกลับเข้าสู่ reactor ทางด้านบน เนื่องจาก cooler ตัวนี้มีปัญหาต้องได้รับการทำความสะอาด (ในบทความไม่ได้ระบุว่าด้วยเหตุใด แต่เดาว่าน่าจะเกิดจากการแข็งตัวของ oligomer ในระบบที่ทำให้เกิดการอุดตันหรือประสิทธิภาพในการระบายความร้อนลดต่ำลง) ทางโรงงานจึงได้ทำการปิดวาล์วเข้า-ออก (ที่เป็น remote shut-off valve ชนิด ball valve) เปิดวาล์วด้านขาเข้าปั๊ม (ที่ใช้สูบของเหลวจากทางด้านล่าง reactor เพื่อป้อนเข้าสู่ cooler) และถอดท่อที่เชื่อมต่อ reactor และ cooler ออก (ไม่ได้ระบุว่าเป็นตำแหน่งไหน แต่น่าจะเป็นช่วงถัดจากวาล์วด้านขาเข้าปั๊ม) ดังนั้นในขณะนี้ reactor ตัวที่ 6 ถูกปิดกั้นออกจากภายนอกด้วย remote shut-off valve เพียงตัวเดียวเท่านั้น (รายละเอียดในรูปที่ ๒)
ในกรณีของ reactor ที่เป็นถังปั่นกวนขนาดใหญ่ จะมี manhole อยู่ทางด้านล่างและด้านบนก็ไม่ใช่เรื่องแปลก ปรกติ manhole นี้จะถูกปิดเอาไว้ด้วย blind flange ในกรณีที่ต้องการติดตั้งท่อเข้า-ออกเพิ่มเติมให้กับ reactor (เช่นการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพิ่มเติม) ก็สามารถใช้ช่อง manhole นี้เพื่อต่อท่อเข้า-ออกได้
บทความไม่ได้กล่าวว่าในระหว่างการทำความสะอาด auxiliary cooler นี้ได้มีการหยุดการทำงานของ reactor ตัวที่ 6 นี้หรือไม่ แต่จะว่าไปแล้วอาจไม่จำเป็นต้องหยุดถ้าหากยังสามารถระบายความร้อนด้วยการใช้ระบบอื่นที่ยังคงทำงานอยู่
ต่อมาเมื่อเวลาประมาณ ๒๑.๕๕ น ทางโรงงานก็เริ่มดำเนินการขั้นตอนการทำความสะอาด auxiliary cooler ของ reactor ตัวที่ 4 (รูปที่ ๓) ซึ่งในขณะนี้ก็ยังคงทำความสะอาด auxiliary cooler ของ reactor ตัวที่ 6 อยู่ (แสดงว่าในช่วงเวลานั้นปัญหาที่ทำให้ต้องทำความสะอาด auxiliary cooler นี้เกิดขึ้นเป็นประจำ) ต่อมาอีก 6 นาทีถัดมาที่เวลาประมาณ ๒๒.๐๑ น ก็เกิดเหตุการณ์ไฟฟ้าดับ ทางโรงงานจึงได้หยุดทำการฉีดตัวทำละลายเพื่อทำความสะอาด (solvent injection for cleaning) reactor ตัวที่ 4 (ตรงนี้คิดว่าน่าจะเป็น auxiliary cooler ของ reactor ตัวที่ 4 มากกว่า)
ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในการสังเคราะห์นั้นมีความว่องไวสูงกับออกซิเจนในอากาศและน้ำ ตัวผงพอลิเมอร์เองที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาติดอยู่นั้นก็ต้องผ่านการทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาก่อน (เช่นด้วยการให้สัมผัสกับออกซิเจนหรือไอน้ำทีละน้อย ๆ เพื่อไม่ให้ความร้อนที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการทำลายตัวเร่งปฏิกิริยาทำให้ผงพอลิเมอร์เสียหาย) ในระหว่างการทำงานนั้นใน auxiliary cooler จะมีตัวทำละลายและผงพอลิเมอร์ที่แขวนลอยอยู่นั้นไหลผ่าน เมื่อหยุดการทำงานก็จะยังมีสารเหล่านี้ตกค้างอยู่ภายใน แม้ว่าตัวบทความนั้นจะไม่ได้ให้รายละเอียดว่าการทำ solvent injection นั้นทำไปทำไม แต่คาดเดาว่าน่าจะเป็นการทำเพื่อไล่ตัวทำละลายและผงพอลิเมอร์ที่ตกค้างอยู่ในใน auxiliary cooler ออกให้หมดก่อน จากนั้นจึงค่อยทำการเปิดระบบท่อเพื่อทำความสะอาดดังเช่นกรณีของ reactor ตัวที่ 6
ข้อความที่คัดลอกมาในรูปที่ ๔ อธิบายไว้ว่าปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์สามารถเกิดได้ในระหว่างการทำความสะอาด auxiliary cooler แต่ข้อความถัดมาก็คือ "if" อัตราการป้อนสารลดต่ำลง ซึ่งคำว่า "if" ตัวนี้ถ้าแปลเป็นไทยออกมามันก็แปลได้ ๒ ความหมายที่ให้ความหมายที่ตรงข้ามกัน
คือถ้าแปลคำว่า "if" นี้ว่า "ถ้า" ก็จะให้ความหมายว่า "ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์สามารถเกิดได้ในระหว่างการทำความสะอาด auxiliary cooler "ถ้า" อัตราการป้อนสารลดต่ำลง" ซึ่งหมายความว่าถ้าอัตราการป้อนสารนั้นสูง ปฏิกิริยาจะไม่เกิด แต่จะเกิดถ้าอัตราการป้อนสารนั้นต่ำ
แต่ถ้าแปลคำว่า "if" นี้ว่า "แม้ว่า" ก็จะให้ความหมายว่า "ปฏิกิริยาการพอลิเมอร์ไรซ์สามารถเกิดได้ในระหว่างการทำความสะอาด auxiliary cooler "แม้ว่า" อัตราการป้อนสารลดต่ำลง" ซึ่งหมายความว่าปรกติปฏิกิริยาก็เกิดที่อัตราการไหลสูง แต่ก็ยังเกิดได้อยู่แม้ว่าอัตราการไหลจะลดต่ำลง
ในความเป็นจริงนั้นต่อให้ไม่มีการป้อนสารตั้งต้นและตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าระบบ ปฏิกิริยาก็ยังเกิดอย่างต่อเนื่องอยู่โดยอาศัยสารตั้งต้นที่ละลายอยู่ในเฟสของเหลวและตัวเร่งปฏิกิริยาที่ยังคงมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาอยู่ ทำให้ยังคงมีการคายความร้อนออกมา และเดาว่าอาจเป็นเพราะสาเหตุนี้จึงทำให้โอเปอร์เรเตอร์จึงพยายามนำ auxiliary cooler ของ reactor ตัวที่ 4 ที่เพิ่งจะหยุดการทำงานนั้น กลับมาใช้งานใหม่ ด้วยการไปเปิด remote shut-off valve ของ reactor ตัวที่ 4 เพื่อที่จะได้เริ่มเดิน circulation pump ใหม่ remote shut-off valve นี้ใช้แรงสปริงคุมไว้วาล์วปิดอยู่เสมอ เว้นแต่จะมีแรงดันอากาศมาดันต้านแรงสปริงให้วาล์วเปิด ในกรณีที่ไฟฟ้าดับนั้นจะยังมีอากาศสำรองไว้ในถังความดัน ทำให้ยังสามารถเปิดวาล์วได้ (ตรงนี้มันตั้งได้นะว่าจะใช้แรงสปริงคุมให้วาล์วเปิดและใช้แรงดันอากาศทำให้วาล์วปิดก็ได้ แล้วแต่การทำงาน)
ball valve เป็นวาล์วที่เหมาะสมในระบบที่เป็น slurry เช่นนี้ (ของเหลวมีอนุภาคของแข็งแขวนลอยอยู่) เพราะมันสามารถปิดได้สนิทโดยไม่ต้องกังวลว่าของแข็งที่ตกค้างบริเวณตัววาล์วจะทำให้วาล์วปิดได้ไม่สนิทดังเช่นกรณี gate valve และไม่ต้องกังวลว่าจะมีมุมอับที่ทำให้ของแข็งสะสมอยู่ในตัววาล์วได้ดังเช่น globe valve
สิ่งที่เกิดขึ้นคือในช่วงที่ไฟฟ้าดับนั้นบริเวณแผงควบคุมการเปิด-ปิด remote shut-off valve นั้นค่อนข้างมืด จึงทำให้เปิดวาล์วผิดตัว คือไปเปิดของ reactor ตัวที่ 6 ที่อยู่ระหว่างการล้างทำสะอาดอยู่แทน ทำให้มีทั้งเฮกเซน (hexane) ที่ใช้เป็นตัวทำละลาย โพรพิลีน และผงพอลิเมอร์ รั่วไหลออกมารวมกันประมาณ 40 ตันก่อนเกิดการระเบิด ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๔ ราย (รูปที่ ๓) ดูจากปริมาณสารที่รั่วออกมาและการแผ่กระจายก่อนการระเบิดแล้ว ความเสียหายก็ไม่น่าจะต่างจากการระเบิดที่ Flixborough ประเทศอังกฤษในปีถัดมาเท่าใดนัก แต่อาจเป็นด้วยวัฒนธรรมการทำงาน จึงไม่มีการเปิดเผยรายละเอียดเท่าใดนัก
ถ้าถามว่าใครผิด จะโยนทั้งหมดให้กับโอเปอร์เรเตอร์คนเปิดวาล์วผิดตัวหรือ ว่าแต่ขั้นตอนการทำงานที่มีการถอดท่อ เปิดวาล์วทิ้งเอาไว้ และไม่มีการใส่ slip plate หรือ blind flange นั้น เป็นสิ่งที่สอนถ่ายทอดต่อ ๆ กันมาหรือเปล่า โดยไม่มีการพิจารณาทบทวนว่ามีความเสี่ยงที่จะทำให้เกิดอันตรายมากแค่ไหน แต่จะว่าไปในช่วงเวลานั้นเป็นช่วงเวลาที่เทคนิค HAZOP (Hazard and operability study) อยู่ระหว่างการพัฒนาและใช้งานกันอยู่ภายในบริษัท ICI (Imperial Chemical Industries) ของประเทศอังกฤษ และยังไม่มีการเผยแพร่อย่างเป็นทางการออกสู่ภายนอก ซึ่งต้องรอหลังจากเหตุระเบิดในทำนองเดียวกันที่ Flixborough ประเทศอังกฤษในปีถัดมา
