เห็นอะไรไม่เหมาะสมไหมครับ MO Memoir : Thursday 10 October 2567

บ่ายวันนี้พบผู้ช่วยสอนรายหนึ่ง ที่เขาทำหน้าที่ดูแลนิสิตทำการทดลองมาปรึกษาว่า controller ของปั๊มมีปัญหา ผมก็เลยไปช่วยดูให้

ตัว controller ตัวนี้เป็นตัวแปลงความถี่กระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับปั๊มหอยโข่งตัวหนึ่ง เพื่อให้นิสิตปี ๓ ทำการทดลองหาความสัมพันธ์ระหว่างความดัน อัตราการไหล พลังงานที่ใช้ ฯลฯ ของปั๊มหอยโข่ง ตัวอุปกรณ์ไม่มีอะไรซับซ้อน เป็นเพียงแค่สูบน้ำจากถังเก็บมาไหลผ่านท่อที่ประกอบด้วย เกจวัดความดันและวาล์วปรับอัตราการไหลดังแสดงในรูปข้างล่าง

ในการทดลองนั้นที่ความเร็วรอบการหมุนของปั๊มค่าหนึ่ง (ที่คุมด้วยการปรับความถี่กระแสไฟฟ้า) จะให้นิสิตทดลองปรับอัตราการไหลด้วยการหมุนวาล์ว (ที่วงล้อสีแดง) ให้เปิดปิดที่ระดับต่าง ๆ กัน แล้วก็บันทึก ความดัน อัตราการไหล และกระแสไฟที่มอเตอร์ใช้ (ไม่แน่ใจว่ามันวัด power factor ด้วยหรือเปล่า) ก็จะทำให้สามารถคำนวณพลังงานที่ใช้ได้

ว่าแต่ดูออกไหมครับว่าในรูปข้างล่าง มีอุปกรณ์ตัวไหนที่มันไม่เหมาะสมกับวิธีทดลองที่กำหนด :) :) :)

ส่วนเรื่องที่ว่า controller มีปัญหานั้นผมก็ให้ความเห็นไปว่าปัญหาอาจไม่ใช่ที่ตัว controller ก็ได้ เพราะก่อนหน้านั้นก็มีข้อมูลว่าก่อนที่จะมีปัญหา นิสิตกลุ่มก่อนหน้าได้ทำการทดลองที่อัตราการไหลต่ำต่อเนื่องเป็นเวลานาน จนมอเตอร์ร้อนจัด ดังนั้นควรต้องตรวจดูตัวมอเตอร์ด้วยว่าปัญหามันเกิดจากมอเตอร์เสียหรือเปล่า (เช่น thermal fuse ขาด ถ้ามันมีนะ แต่ถ้าขดลวดไหม้ก็หนักหน่อย)

คำถามขออนุญาตไม่เฉลยนะครับ แต่ผมบอกผู้ดูแลแลปและผู้ช่วยสอนไปแล้วครับ :) :) :)

วาล์วไอน้ำระเบิดเพราะใส่ปะเก็นไม่เข้าที่ MO Memoir : Saturday 4 March 2566

ข้อต่อแบบหน้าแปลน (flange) ตัวนอต (ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า bolt หรือนอตตัวผู้ในภาษาไทย หรือสลักเกลียวในภาษาที่เป็นทางการ) จะไม่สัมผัสกับของไหลที่ไหลอยู่ภายใน เพราะระหว่างหน้าแปลนจะมีปะเก็น (gasket) ปิดกั้นการรั่วซึมของของไหล ดังนั้นตัววัสดุที่ใช้ทำนอตจึงไม่จำเป็นต้องมีความทนทานต่อสารเคมีดังเช่นวัสดุที่ใช้ทำปะเก็นหรือตัวท่อ แต่ต้องมีความสามารถในการรับแรงดึงที่เกิดจากการขันนอตให้ตึงได้ (นอตตัวหลังนี้คือนอตตัวเมีย หรือที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า nut และภาษาทางการเรียกว่าแป้นเกลียว)

ชนิด รูปร่าง และวัสดุ ของปะเก็นที่ปัองกันการรั่วซึมระหว่างหน้าแปลนขึ้นอยู่กับ ความดัน อุณหภูมิ และของไหลที่มันสัมผัส ในกรณีของระบบความดันสูงนั้นจะใช้หน้าแปลนแบบ Ring Type Joint (RTJ) ที่บนผิวหน้าของหน้าแปลนจะมีร่องสำหรับวางปะเก็นโลหะตัน (Ring Type Joint (RTJ) gasket) (ดูรูปที่ ๑ ข้างล่าง) ที่ตัวปะเก็นนั้นจะต้องวางลงในร่องได้พอดี เมื่อนำหน้าแปลนสองชิ้นปะกบกันและทำการขันตอน ตัวปะเก็นโลหะตันก็จะถูกบีบอัดให้แนบเข้ากับพื้นผิวในร่องของหน้าแปลน เป็นการป้องกันการรั่วซึมของของไหลที่อยู่ภายใน

รูปที่ ๑ หน้าแปลนแบบ Ring Type Joint (RTJ) จะมีร่องสำหรับวางปะเก็นโลหะตัน

คำว่า "Bonnet" ถ้าดูตามพจนานุกรมก็จะหมายถึงฝากระโปรงรถหรือหมวกบางชนิดสำหรับสุภาพสตรีสวมใส่ แต่ถ้าใช้กับวาล์วจะหมายถึงชิ้นส่วนที่ปิดครอบลำตัว (body) ของตัววาล์ว โดยกลไกต่าง ๆ ที่ใช้ในการควบคุมการไหลจะติดตั้งอยู่กับตัว bonnet นี้ (รูปที่ ๒) วิธีการยึด bonnet เข้ากับลำตัววาล์วขึ้นอยู่กับชนิดของไหล อุณหภูมิ และความดัน สำหรับระบบที่มีอุณหภูมิและความดันสูง และของไหลที่อันตราย ก็จะใช้การยึดแบบหน้าแปลน โดยมีการวางปะเก็นไว้ระหว่างพื้นผิวของลำตัววาล์วกับพื้นผิวของ bonnet ที่จะนำมาปะกบเข้าด้วยกัน

ข้อต่อแบบหน้าแปลนนั้นเมื่อใช้งานไปก็อาจเกิดการรั่วไหลได้ ในกรณีที่การรั่วไหลนั้นอยู่ในตำแหน่งที่ไม่สามารถหยุดการเดินเครื่องเพื่อซ่อมแซมได้และเกิดไม่มาก ก็สามารถหยุดการรั่วไหลออกมาภายนอกด้วยการใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า "Clamping system" (รูปที่ ๓) ที่เป็นชิ้นส่วนสวมครอบทับลงไปบนตำแหน่งที่เกิดการรั่ว ลักษณะหน้าตาของอุปกรณ์นี้ขึ้นกับว่าตำแหน่งที่เกิดการรั่วนั้นเป็นแบบใด และการออกแบบของผู้ผลิตแต่ละราย

รูปที่ ๒ ตัวซ้ายเป็น globe valve ส่วนตัวขวาเป็น gate valve ที่ยึดส่วน bonnet เข้ากับ body ด้วยข้อต่อแบบหน้าแปลน

รูปที่ ๓ เป็นตัวอย่าง Clamping system ของผู้ผลิตรายหนึ่งสำหรับใช้ปิดกั้นการรั่วไหลตรงบริเวณหน้าแปลน ตัวอุปกรณ์จะเสมือนปลอกโลหะสวมครอบแนบลงไปบนหน้าแปลนที่มีการรั่ว โดยมีรู (ที่มีวาล์วปิดเปิด) อยู่ที่ตำแหน่งมุมต่าง ๆ เพื่อไว้สำหรับฉีดสาร sealant (วัสดุอุดกันรั่ว) เข้าไปในที่ว่างระหว่าง Clamping system และแปลนเพื่อปิดกั้นการรั่วไหล

รูปที่ ๓ ตัวอย่าง Clamping system ของผู้ผลิตรายหนึ่งที่ใช้สำหรับปิดกั้นการรั่วไหลที่หน้าแปลน

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสารเรื่อง "Accident description & Lessons learned" ฉบับวันที่ 1 เมษายน ค.ศ. ๒๐๑๔ (พ.ศ. ๒๕๕๗) จัดทำโดย TEAM Industrial Services ของบริษัท Total ที่เป็นเหตุการณ์วาล์วท่อไอน้ำระเบิดที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งในประเทศเบลเยี่ยมเมื่อวันที่ ๑๙ พฤศจิกายน ค.ศ. ๒๐๑๓ (พ.ศ. ๒๕๕๖) ในขณะที่พนักงานของ TEAM กำลังฉีด sealant เพื่อปิดกั้นการรั่วบริเวณ bonnet ของตัววาล์ว ทำให้พนักงานที่ทำหน้าที่ดังกล่าวเสียชีวิต ๒ ราย

รูปที่ ๔ รูปซ้ายเป็นวาล์วตัวที่เกิดเหตุ ส่วนรูปขวาเป็นตัว bonnet ที่หลุดแยกออกมา

วาล์วที่เกิดเหตุเป็น gate valve ขนาด 16 นิ้ว ใช้กับท่อน้ำร้อนป้อนหม้อน้ำที่ความดัน 70 bar อุณหภูมิ 290ºC (น้ำที่จุดเดือด) rating 900 (รูปที่ ๔) วาล์วตัวนี้มีการรั่วซึมบริเวณ bonnet จึงได้ทำการติดตั้ง clamp ไว้ตั้งแค่ประมาณเดือนมีนาคม ค.ศ. ๒๐๑๑ (พ.ศ. ๒๕๕๔) หรือประมาณสองปีครึ่งก่อนเกิดเหตุ

ในวันที่เกิดเหตุพนักงานของ TEAM ได้เข้าไปเพื่อทำการฉีด sealant เพิ่มเติม โดยฉีดเข้าทางวาล์วที่ติดตั้งอยู่บนตัว clamp ในตำแหน่งระหว่างนอตตัวที่ 1 และ 2 ของ bonnet (รูปที่ ๕) และแทบจะทันทีที่เริ่มทำการฉีด sealant ก็เกิดการระเบิดขึ้น

รูปที่ ๕ ตำแหน่งการฉีด sealant อยู่ระหว่างนอตตัวที่ 1 และ 2 ซึ่งนอตในตำแหน่งนั้นมีความเค้นสูงมาก

จากการตรวจสอบพบว่า นอตที่ใช้ยึด bonnet เข้ากับตัววาล์วจำนวน 14 ตัวจากทั้งหมด 20 ตัว มีความเสียหายที่เกิดจาก Stress Corrosion Cracking (มักเรียกย่อกันว่า SCC) เนื่องจากการเกิด SCC นี้จำเป็นต้องมีทั้งความเค้นและสารเคมีร่วมกัน โดยปรกตินอตในขณะถูกขันตึงก็จะมีความเค้นอยู่แล้ว จึงเกิดคำถามขึ้นมาว่าแล้วสารเคมีมาได้อย่างไร

การตรวจสอบข้อมูลย้อนหลังพบว่า ช่วงหลังการหยุดซ่อมบำรุงใหญ่ในปีค.ศ. ๒๐๐๙ (พ.ศ. ๒๕๕๒) คุณภาพน้ำหม้อน้ำมีความผันผวน ทำให้เกิดการรั่วไหลในระบบหลายจุดต้องต้องมีการติดตั้ง clamp หลายตำแหน่ง (วาล์วตัวที่เกิดเหตุนี้ได้รับการติดตั้ง clamp ในปีค.ศ ๒๐๐๑ (พ.ศ. ๒๕๕๔)) เหตุการณ์นี้อธิบายได้ว่าทำไมตัวนอตจึงต้องประสบกับสารเคมี

หลังติดตั้ง clamp ก็ไม่มีการใช้งานวาล์วดังกล่าวเป็นเวลานานประมาณ ๕ เดือน และอีกประมาณ ๖ สัปดาห์ในปีค.ศ. ๒๐๑๒ (พ.ศ. ๒๕๕๕) โดยในช่วงเวลาดังกล่าวระบบยังมีความดันแต่ไม่ได้มีอุณหภูมิสูง เหตุการณ์นี้คงเป็นตัวอธิบายว่านอตนั้นได้สัมผัสกับสารเคมีเป็นเวลานานโดยที่ตัวนอตมีแรงดีง แต่ไม่เพียงพอที่จะอธิบายการแตกหักว่าความเค้นที่สูงเกินมาจากไหน

การตรวจสอบตัววาล์วพบข้อบอกพร่องในการออกแบบ/ผลิต กล่าวคือร่องสำหรับวางประเก็นโลหะตันตรง body กับ bonnet นั้นมีขนาดวงที่เล็กเกินไป 5 mm (มาตรฐานกำหนดให้ไม่เกิน 0.13 mm) ดังนั้นเมื่อวางปะเก็นโลหะตันลงไปตอนประกอบวาล์ว ส่วนหนึ่งของปะเก็นจะอยู่เหนือร่อง (รูปที่ ๖) ทำให้นอตที่อยู่ทางฝั่งด้านนี้ถูกขันตึงมากเป็นพิเศษเพื่อไม่ให้เกิดการรั่วซึม ประมาณว่าความเค้นในตัวนอตฝั่งนี้เกือบเท่าความเค้นสูงสุดที่นอตจะทนได้ ความเค้นที่เพิ่มขึ้นอีกในขณะที่ทำการฉีดอัด sealant ลงไป ร่วมกับรอยแตกร้าวที่เกิดจาก SCC จึงทำให้นอตบางตัวฉีกขาด นอตตัวที่เหลือที่ไม่สามารถรับความเค้นเพิ่มเติมได้อีกแล้วจึงฉีกขาดตามอย่างรวดเร็ว ก่อให้เกิดการระเบิดเกิดขึ้น

บทความไม่ได้บอกไว้ชัดเจนว่าความผิดพลาดในการประกอบวาล์วเกิดขึ้นเมื่อใด แต่ดูเหมือนจะบอกเป็นนัยว่าน่าจะมาจากผู้ผลิต

รูปที่ ๖ รูปซ้ายเป็นกรณีที่ขนาดร่องและปะเก็นโลหะตันนั้นสอดรับกัน ปะเก็นจะวางลงในตัวร่องได้พอดีตลอดเส้นรอบวง ส่วนรูปขวาเป็นกรณีที่ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของร่องเล็กกว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของปะเก็น ทำให้ตัวปะเก็นลอยขึ้นมาอยู่นอกร่อง

เพลิงไหม้จากน้ำมันดีเซลหยดลงท่อไอเสียเครื่องยนต์ดีเซล MO Memoir : Wednesday 22 February 2566

เรื่องที่แล้วเป็นการใช้ปะเก็นที่ไม่เหมาะสม เรื่องวันนี้ก็ยังคงเกี่ยวข้องกับปะเก็น แต่เป็นเรื่องของการเอาปะเก็นเก่ามาใช้ซ้ำ โดยนำมาจากเรื่อง "Leakage and fire of fuel oil caused due to reuse of an old gasket at a diesel power generator" (ดาวน์โหลดบทความต้นฉบับได้ที่ https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1000201.html)

ปะเก็นจะเป็นวัสดุที่อ่อนกว่าพื้นผิวที่มันทำการปิดกั้นการรั่วซึม โดยตัวมันจะถูกบีบอัดระหว่างพื้นผิวสองพื้นผิวและมีการเสียรูปร่างไปตามความไม่เรียบของพื้นผิวเพื่อปิดกั้นเส้นทางการไหลของของไหล วัสดุที่ใช้ทำปะเก็นมีความยืดหยุ่นที่ไม่เหมือนกัน พวกที่มีความยืดหยุ่น ถ้าเดิมนั้นมันไม่ถูกกดเอาไว้แรงเกินไป พอเอาแรงกดออกมันก็มีการคืนตัวกลับสภาพเดิมได้บางส่วน แต่ถ้าถูกกดเอาไว้แรงเป็นเวลานาน มันก็อาจจะไม่มีการคืนตัวกลับเลยแม้ว่าจะเอาแรงกดออกแล้ว

เหตุการณ์นี้เกิดที่เมือง Ube, Yamaguchi ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๑๓ ตุลาคม ปีค.ศ. ๑๙๘๙ (พ.ศ. ๒๕๓๒) ในอาคารสำนักงาน โดยก่อนหน้านั้นเมื่อวันที่ ๒๔ สิงหาคม ปีเดียวกัน ได้มีการซ่อมบำรุงปั๊มเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้น้ำมันดีเซล และในวันที่เกิดเหตุพบว่ามีน้ำมันเชื้อเพลิงรั่วไหลออกจากหน้าแปลนบริเวณที่เคยทำการซ่อมบำรุง น้ำมันดังกล่าวลุกติดไฟจากความร้อนของท่อไอเสียของเครื่องยนต์ดีเซลที่ใช้ผลิตไฟฟ้า จากการตรวจสอบพบว่าสาเหตุการรั่วมาจากไม่ได้ทำการเปลี่ยนปะเก็นโลหะทองแดงเมื่อทำการซ่อมบำรุงปั๊ม (คือเอาปะเก็นตัวเดิมใส่กลับเข้าไป)

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

บทความต้นฉบับกล่าวถึงเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้เครื่องยนต์ "ดีเซล" ขับเคลื่อน แต่ในส่วนของ Substance ที่ก่อเหตุระบุว่าเป็น "Fuel oil" แต่คำแปลของ "Fuel oil" จะตรงกับ "น้ำมันเตา" ตรงนี้เข้าใจว่าในความเป็นจริงผู้เขียนบทความน่าจะหมายถึงน้ำมันดีเซล

น้ำม้นดีเซลที่เราเห็นกันทั่วไปที่ขายตามปั๊มน้ำมันสำหรับเติมรถยนต์รถบรรทุกต่าง ๆ เป็นชนิด High Speed Diesel (HSD) หรือน้ำมันดีเซลหมุนเร็ว แต่ยังมีน้ำมันดีเซลอีกกลุ่มหนึ่งที่มีจุดเดือดสูงกว่าที่เรียกว่า Low Speed Diesel (LSD) หรือน้ำมันดีเซลหมุนช้า ที่ใช้กับเครื่องยนต์บางชนิดเช่นเครื่องยนต์เรือและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดใหญ่ คุณสมบัติน้ำม้นดีเซลหมุนช้าจะมีส่วนคร่อมอยู่ก้บน้ำมันเตาพวกที่มีความหนืดต่ำสุด

การขึ้นรูปโลหะโดยไม่ได้ทำให้โลหะร้อนก่อนเรียกว่า (ที่เรียกว่า cold working) ส่งผลให้เนื้อโลหะมีความแข็งขึ้น เนื้อโลหะทองแดงที่นำมาทำเป็นปะเก็น ก่อนการใช้งานครั้งแรกจะยังคงมีความอ่อนอยู่ แต่เมื่อได้รับแรงบีบกดทิ้งไว้เป็นเวลานานจะทำให้เนื้อโลหะมีความแข็งขึ้น ทีนี้เมื่อนำเอาปะเก็นทองแดงที่ผ่านการใช้งานแล้วมาทำการบีบอัดอีกครั้ง ครั้งหลังนี้จะแตกต่างไปจากการบีดอัดครั้งแรกเพราะในครั้งหลังนี้ตัวปะเก็นมีความแข็งมากขึ้น จะไม่สามารถสูญเสียรูปร่างเพื่อเข้าไปเติมเต็มความไม่เรียบของพื้นผิวได้ดีเหมือนกับการใช้งานครั้งแรก

ในเหตุการณ์นี้หลังจากการซ่อมบำรุง (ที่ไม่ได้มีการเปลี่ยนปะเก็น) ก็ได้มีการทดสอบการรั่วไหล และตรวจไม่พบการรั่วไหล จนกระทั่งผ่านไปอีกเกือบ ๒ เดือนจึงเกิดการรั่วไหลขึ้น มีการสงสัยว่าการการสั่นสะเทือนเป็นสาเหตุที่ทำให้นอตเกิดการคลายตัวจนเกิดการรั่วไหล (เนื้อหาส่วนนี้ในบทความมีเครื่องหมายคำถาม "?" กำกับไว้ แสดงว่าเป็นเพียงแค่ข้อสงสัย โดยยังไม่มีการพิสูจน์) แต่บทความก็กล่าวว่าเหตุการณ์นี้แสดงให้เห็นว่าผลของการไม่เปลี่ยนปะเก็นนั้นอาจไม่ส่งผลให้เห็นทันที แต่ใช้เวลากว่าจะเกิดเรื่อง

ตรงนี้มีสิ่งที่น่าพิจารณาอยู่เรื่องหนึ่งคือ ถ้าการรั่วไหลเกิดจากการที่นอตคลายตัวที่เป็นผลจากการสั่น ดังนั้นการรั่วไหลแบบนี้ก็ควรที่จะเกิดขึ้นแม้ว่าจะมีการใช้ปะเก็นตัวใหม่ด้วยใช่หรือไม่ หรือว่าแรงบีบอัดที่หน้าแปลนระหว่างการใช้ปะเก็นใหม่กับปะเก็นเก่าไหม่เหมือนกัน ทำให้การใช้ปะเก็นเก่าได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนได้มากกว่า หรือปะเก็นที่มีความแข็งเพิ่มขึ้น (จากการผ่านการใช้งาน) มีความสามารถในการดูดซับการสั่นสะเทือนลดลง ตรงจุดนี้คงต้องขอบันทึกไว้เพื่อเก็บไว้เป็นข้อพิจารณา

อุบัติเหตุจากความบกพร่องของวาล์ว MO Memoir : Saturday 19 March 2564

วาล์วเป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้สำหรับระบบท่อของโรงงาน การทำงานของวาล์วมีทั้งรูปแบบที่ใช้เป็นประจำ (เช่น ควมคุมอัตรา/ทิศทางการไหล คุมการปิด-เปิด) และนาน ๆ ครั้งใช้งานที (เช่นวาล์วสำหรับการเริ่มเดินเครื่องหรือหยุดเดินเครื่องโรงงาน) สองเรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ก็เป็นอุบัติเหตุที่เกิดจากความบกพร่องของวาล์ว

เรื่องที่ ๑ ไฟไหม้ที่เกิดจากน้ำมันที่รั่วออกทาง bonnet flange ของวาล์ว

เรื่องแรกนี้นำมาจากหน้าเว็บ http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200020.html เรื่อง "Fire of gas oil caused due to leakage from a bonnet flange of a valve usually not used at an atmospheric distillation unit" เป็นกรณีของเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งที่เมือง Osaka ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๒๑ มกราคม พ.ศ. ๒๕๓๓

สำหรับคนที่กำลังเรียนอยู่เชื่อว่าจำนวนไม่น้อยคงจะไม่รู้ว่า "bonnet flange" คืออะไร ดังนั้นจึงแนะนำให้รู้จักก่อน

รูปที่ ๑ ตัวอย่างโครงสร้าง gate valve แบบ flange bonnet

(รูปจาก https://www.littlepeng.com/single-post/2017/06/29/major-valve-parts)

โครงสร้างของวาล์วพวก gate valve, globe valve, check valve หรือ plug valve จะประกอบด้วยส่วนลำตัว (body) ที่เป็นส่วนที่เป็นช่องทางการไหลเข้า-ออก และมีช่องเปิดอยู่ทางด้านบนเพื่อไว้สำหรับติดตั้งชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมการไหล (ที่อาจเป็น gate, disk, ball ฯลฯ) เข้าไปในส่วนลำตัว และส่วน "bonnet" หรือฝาครอบ ที่ทำหน้าที่ปิดคลุมด้านบนช่องเปิดของส่วนลำตัวเอาไว้ (ดูรูปที่ ๑ ประกอบ) โดยตัว bonnet นี้ก็จะมักจะมีรูสำหรับให้ส่วนที่เป็นแกนที่ต่ออยู่กับชิ้นส่วนทำหน้าที่ควบคุมการไหลโผล่ออกมาข้างนอก เพื่อต่อเข้ากับอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ควบคุมระดับการเปิด-ปิดของชิ้นส่วนที่ทำหน้าทึ่ควบคุมการไหล (เช่น hand wheel, ก้านหมุน, ระบบเฟืองทดรอบ ฯลฯ)

ตัว body และ bonnet ต่างเป็นโครงสร้างที่ทำหน้าที่รับความดัน ตรงรอยต่อระหว่าง body และ bonnet ก็ต้องมีการป้องกันการรั่วไหล ในกรณีของวาล์วตัวเล็กและใช้กับของไหลที่ไม่อันตราย (เช่นน้ำ อากาศ) การประกอบ body กับ bonnet เข้าด้วยกันก็จะใช้การขันเกลียว แต่ถ้าเป็นกรณีของวาล์ตัวใหญ่หรือใช้กับของเหลวที่อันตราย ก็มักจะใช้การประกบกันแบบหน้าแปลน (flange) ที่มีการวางปะเก็น (gasket) ไว้ระหว่างพื้นผิวสัมผัส การประกบด้วยการใช้หน้าแปลนนี้มันยังมีข้อดีตรงที่ตัวสลักเกลียวที่ใช้ขันยึดนั้นไม่มีการสัมผัสกับของไหลที่อยู่ภายใน จึงไม่ต้องกังวลเรื่องเกลียวจะถูกกัดกร่อนด้วยของไหลที่ไหลอยู่ภายใน ส่วน bonnet flange ก็คือตัว bonnet ที่ประกบเข้ากับ valve body ด้วยรูปแบบหน้าแปลนนั่นเอง

เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในช่วงบ่ายในขณะที่โอเปอร์เรเตอร์กำลังเดินตรวจโรงงานและพบเห็นเพลิงไหม้บริเวณหน่วยกลั่นน้ำมันที่ความดันบรรยากาศ (atmospheric distillation unit)

การตรวจสอบที่เกิดเหตุหลังเพลิงสงบพบว่ามีการรั่วไหลของ gas oil ออกตรงหน้าแปลนของ bonnet flange ของวาล์วตัวหนึ่งที่ไม่มีการใช้งาน (ดูรูปที่ ๒ ประกอบ) ตำแหน่งของวาล์วตัวนี้อยู่เหนือปั๊มที่ทำงานที่อุณหภูมิสูง ทำให้น้ำมันที่รั่วไหลออกมานั้นลุกติดไฟเมื่อสัมผัสกับพื้นผิวโลหะที่มีอุณหภูมิสูง ส่วนสาเหตุที่ทำหน้าหน้าแปลนฉีกขาดนั้นไม่สามารถระบุได้ ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งการเสื่อมสภาพของหน้าแปลนและการขันนอตยึดที่ใช้แรงไม่สม่ำเสมอ (คือกดด้านใดด้านหนึ่งมากเกินไป)

รูปที่ ๒ โครงสร้างของวาล์วตัวที่เกิดเหตุ และตำแหน่งปะเก็นที่ฉีกขาด

ตรงนี้มีขอขยายความเพิ่มเติมนิดนึง คือการลุกติดไฟเนื่องจาก auto-ignition temperature นั้นอาจเกิดได้จาก

(ก) เชื้อเพลิงที่รั่วออกมานั้นมีอุณหภูมิที่ "ต่ำกว่า" auto-ignition temperature ของเชื้อเพลิง แต่สัมผัสกับพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูงกว่า auto-ignition temperature ของเชื้อเพลิง หรือ

(ข) เชื้อเพลิงที่รั่วออกมานั้นมีอุณหภูมิที่ "สูงกว่า" auto-ignition temperature ของเชื้อเพลิง ดังนั้นเมื่อเชื้อเพลิงรั่วออกมาสัมผัสกับอากาศ ก็จะสามารถลุกติดไฟได้ทันที หรือ

(ค) เชื้อเพลิงที่รั่วออกมานั้นมีอุณหภูมิที่ "ต่ำกว่า" auto-ignition temperature ของเชื้อเพลิง แต่สัมผัสกับอากาศ มีอุณหภูมิสูงกว่า auto-ignition temperature ของเชื้อเพลิง (คือการจุดระเบิดของเครื่องยนต์ดีเซล)

ด้วยเหตุนี้จุดที่มีโอกาสที่เชื้อเพลิงจะรั่วไหลได้ (เช่นตัววาล์วและหน้าแปลน) จึงไม่ควรอยู่เหนือหรืออยู่ใกล้กับพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูงกว่า auto-ignition temperature ของเชื้อเพลิง (คืออย่างให้ของเชื้อเพลิงหยดใส่หรือฉีดพ่นใส่ได้)

ในรายงานยังกล่าวด้วยว่าการรั่วไหลที่โครงสร้างของตัววาล์วหลังการติดตั้งนั้นมักจะเป็นสิ่งที่ไม่ค่อยมีการคำนึงถึงกัน (อาจเป็นเพราะว่ามันเป็นอุปกรณ์ที่ประกอบเสร็จมาจากผู้ผลิต หรือโรงซ่อม) และจะว่าไปแล้วเรื่องการรั่วที่ตัววาล์วที่ผ่านการใช้งานมานานนี้ก็เคยเจอกับตัวเองเหมือนกัน (ดู Memoir วันอาทิตย์ที่ ๒๖ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๐ เรื่อง "การผสมแก๊สอัตราการไหลต่ำเข้ากับแก๊สอัตราการไหลสูง (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติตอนที่ ๘๘)"

เรื่องที่ ๒ ไฟไหม้ที่เกิดจากเฮปเทนที่รั่วออกทาง drain valve ของ flow meter

เรื่องที่สองนี้นำมาจากหน้าเว็บ http://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1000116.html เรื่อง "Fire of heptane due to improper valve handling at a polypropylene manufacturing plant" เป็นกรณีของเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่โรงงานผลิตพอลิโพรพิลีนแห่งหนึ่งที่ในเขต Chiba ประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ ๒๖ กรฏาคม พ.ศ. ๒๕๓๒ เนื้อหารายงานภาษาอังกฤษฉบับนี้อ่านแล้วค่อนข้างสับสน แต่คิดว่าเหตุการณ์ที่เกิดน่าจะเป็นดังนี้

เหตุการณ์นี้เกิดที่หน่วย solvent scrubber ของหน่วย solvent recovery process เฮปเทน (heptane C₇H₁₆) ถูกสูบจากทางด้านล่างด้วยปั๊ม และป้อนกลับเข้าสู่ scrubber ใหม่ผ่านทาง flow meter (ดูรูปที่ ๓ ประกอบ) เนื่องจากท่อเส้นที่ผ่าน flow meter เกิดการอุดตัน โอเปอร์เรเตอร์จึงทำการเปิด drain valve (2) ที่อยู่ทางด้านล่างเพื่อยืนยันว่ามีปัญหาการอุดตัน

รูปที่ ๓ ระบบท่อของ solvent scrubber ตัวที่เกิดปัญหา ลูกศรประสีน้ำเงินคือทิศทางการไหลที่น่าจะถูกต้องมากกว่า เพราะท่อนี้ควรจะเป็น minimum flow line และของเหลวต้องไหลจากด้านความดันสูงไปด้านความดันต่ำ

ข้อความในบทความฉบับภาษาอังกฤษที่อธิบายเหตุการณ์นี้อ่านแล้วก็งง (ตามที่คัดลอกมาในรูปที่ ๔) เพราะดูเหมือนว่าระบบท่อจะมีปัญหาการอุดตัน (คิดว่าโอเปอร์เรเตอร์คงเห็นจากอัตราการไหลผ่าน flow meter ที่ลดลง) โอเปอร์เรเตอร์จึงทำการเปิด drain valve (2) ในขณะที่วาล์วทางด้านขาเข้า (1) นั้นยังคงเปิดอยู่ (ในขณะนี้เข้าใจว่าวาล์ว bypass (3) ตัว flow meter น่าจะปิดอยู่ โดยวาล์วด้านขาออก flow meter นั้นน่าจะยังคงเปิดอยู่ และตัว flow meter น่าจะมีโครงสร้างที่ทำหน้าที่ป้องกันการไหลย้อนกลับอยู่ในตัวมันเอง) การทำเช่นนี้น่าจะเป็นการทดสอบดูว่าตำแหน่งที่เกิดการอุดตันนั้นอยู่บริเวณไหน ถ้าอยู่ก่อนเข้า flow meter ก็จะเห็นของเหลวไหลออกมาได้น้อย แต่ถ้าอยู่หลัง flow meter ก็จะเห็นของเหลวออกไหลมาได้มาก

รูปที่ ๔ เนื้อหาที่คัดลอกมาจากบทความ ที่อ่านแล้วดูสับสน

ข้อความภาษาอังกฤษของบทความเขียนว่า เมื่อเห็นเฮปเทนไหลออกมามาก โอเปอร์เรเตอร์จึงได้พยายามที่จะปิดวาล์วด้านขาเข้า (1) โดยที่ drain valve (2) เปิดอยู่ (ย่อหน้าบนในรูปที่ ๔ ตรงที่ขีดเส้นใต้สีน้ำเงิน และในย่อหน้าที่สองที่ขีดเส้นใต้สีแดง ตรงนี้ไม่เข้าใจว่าทำไมไม่ปิด drain valve (2) ที่เพิ่งจะเปิด) พอประโยคถัดไปบอกว่าแม้ว่าพยายามที่จะปิด drain valve (2) โดยเปิด block valve (1) (ย่อหน้าบนในรูปที่ ๔ ตรงที่ขีดเส้นใต้สีแดง ตรงนี้ก็ไม่เข้าใจว่าทำไมจึงกลับไปเปิด block valve (1) ใหม่อีก เพราะว่าการที่แม้ว่าจะไม่สามารถปิด block valve (1) ได้สนิท แต่มันก็น่าจะดีกว่ากลับไปเปิดมันใหม่) เฮปเทนที่รั่วไหลออกมาก็เกิดการระเบิดเสียก่อน

บทความกล่าวว่าตัว block valve (1) มีความเสียหาย (บทความไม่ได้บอกว่าความเสียหายนี้เกิดเมื่อใด คือเกิดก่อนหน้าหรือในขณะที่พยายามจะปิดวาล์ว) ทำให้ไม่สามารถปิดวาล์วได้เมื่อโอเปอร์เรเตอร์พยายามหมุนปิดวาล์ว แต่ไม่ยักกล่าวถึงเรื่องที่ว่า ทำไมโอเปอร์เรเตอร์จึงไม่พยายามปิด drain valve (2) ตั้งแต่แรก และของเหลวที่ไหลออกจาก drain valve นั้นระบายไปที่ไหน (มีระบบท่อรองรับหรือโอเปอร์เรเตอร์ต้องมีภาชนะมารองรับ)

ประเด็นหนึ่งที่น่านำมาลองคิดกันเล่น ๆ ก็คือ เมื่อพบว่าท่อด้านขาออกมีการอุดตันซึ่งเห็นได้จาก flow meter แสดงค่าอัตราการไหลที่ลดต่ำลงแม้ว่าจะเปิดวาวล์วเท่าเดิม เราจะระบุได้อย่างไรว่าการอุดตันนั้นน่าจะเกิดที่บริเวณไหน ทางด้านขาเข้าหรือขาออกของ flow meter

วิธีการหนึ่งที่คิดว่าน่าจะใช้ทดสอบได้ก็คือ เนื่องจากความดันด้านขาออกของปั๊มหอยโข่งมักจะลดลงเมื่ออัตราการไหลสูงขึ้น เมื่อท่อด้านขาออกเกิดการอุดตัน อัตราการไหลก็จะลดลง (อ่านได้จาก flow meter) และความดันด้านขาออกของปั๊มก็น่าจะสูงขึ้น (ที่ด้านขาออกของปั๊มควรมีเกจวัดความดันติดตั้งอยู่) ในกรณีที่การเปลี่ยนแปลงความดันกับอัตราการไหลนี้เห็นได้ชัด ถ้าลองเปิดวาล์ว bypass (3) ของสาย bypass ตัว flow meter แล้วเห็นความดันตกลงมาก ก็แสดงว่าบริเวณที่มีปัญหาอุดตันน่าจะอยู่ที่เส้นท่อที่ไหลผ่าน flow meter แต่ถ้าเปิดวาล์ว bypass (3) แล้วไม่เห็นการไหลดีขึ้น (ดูจากความดันด้านขาออกของปั๊มที่ไม่ได้ลดลงเท่าใดหรือไม่ลดลง) ก็แสดงว่าการอุดตันนั้นน่าจะเกิดที่เส้นท่อก่อนถึงจุดทางแยก

ในเหตุการณ์นี้ก็สงสัยอยู่เหมือนกันว่าโอเปอร์เรเตอร์กำลังทำการทดสอบแบบนี้อยู่หรือเปล่า โดยใช้การเปิด drain valve แล้วดูว่ามีของเหลวไหลออกมาแรงมาน้อยเท่าใด ถ้าไหลออกมาแรงก็แสดงว่าท่อด้านขาเข้าไม่อุดตัน ถ้าไหลออกมาไม่แรงก็แสดงว่าการอุดตันอยู่ทางด้านท่อขาเข้า เพราะถ้ามองเช่นนี้ก็จะอธิบายได้ว่าทำไมโอเปอร์เรเตอร์จึงทำการเปิด drain valve (2) ในขณะที่ block valve (1) ยังเปิดอยู่

รูปประกอบบทความ (รูปที่ ๓) น่าจะมีความผิดพลาดอยู่ คือเส้น bypass pump ที่มีวาล์ว bypass (3) อีกตัวติดนตั้งอยู่ คือเส้นนี้น่าจะเป็นเส้น return line มากกว่า คือทิศทางการไหลที่ถูกต้องควรต้องเป็นจากทางด้านขาออกของปั๊มวกกลับเข้ามาทางด้านขาเข้าของปั๊ม (ของเหลวมันควรต้องไหลจากด้านความดันสูงไปด้านความดันต่ำ) เส้นทางการไหลนี้มีความสำคัญเพราะถ้าหากท่อด้านขาออกเกิดการอุดตัน จะทำให้ไม่มีของเหลวไหลผ่านปั๊มในขณะที่ปั๊มทำงานอยู่ จะทำให้ปั๊มร้อนจัดจนเกิดปัญหาตามมาได้ การที่ท่อไหลย้อนกลับนี้อยู่จะช่วยให้มีของเหลวไหลผ่านปั๊มตลอดเวลา แม้ว่าท่อด้านขาออกนั้นจะเกิดการอุดตัน (และยังใช้เป็นท่อช่วยในการเริ่มเดินเครื่องปั๊มด้วย)

ผิดตั้งแต่อุปกรณ์การสอน MO Memoir : Thursday 6 September 2561

เมื่อวานตอนเย็น หลังจากสอนแลปเคมีปี ๒ บนชั้น ๓ เสร็จ ก็มีโอกาสแวะไปดูนิสิตปี ๓ ที่ทำแลปอยู่ชั้น ๑ เห็นนิสิตกลุ่มหนึ่งกำลังทดลองปรับอัตราการไหลของน้ำเพื่อวัดค่าความดันลด โดยใช้อุปกรณ์ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ ปั๊มน้ำและวาล์วที่ใช้ปรับอัตราการไหลของน้ำที่สามารถอ่านค่าได้จาก rotameter
 

ในชุดทดลองนี้ (เป็นอุปกรณ์ประกอบสำเร็จได้จากการจัดซื้อ) จะมีอุปกรณ์ระบบท่อหลากหลายชนิดและมีจุดวัดค่าความดันลดหรือ pressure drop คร่อมตัวอุปกรณ์ระบบท่อเหล่านั้น ในการทดลองนั้นนิสิตก็จะทำการปรับอัตราการไหลของน้ำให้มีค่าต่าง ๆ กันโดยการใช้วาล์วที่ติดตั้งอยู่ทางด้านขาออกของปั๊มก่อนเข้า rotameter (รูปที่ ๒) และทำการวัดค่าความดันลดคร่อมตัวอุปกรณ์ระบบท่อที่ค่าอัตราการไหลต่าง ๆ

รูปที่ ๒ วาล์วที่ใช้ในการปรับอัตราการไหลของน้ำ จะเห็นว่าเป็นชนิด gate valve

ถ้าไม่นับ needle valve ที่เป็นวาล์วขนาดเล็กที่ใช้สำหรับปรับอัตราการไหลได้ละเอียดแต่ปิดไม่สนิท (ต้องมี block valve อีกตัวร่วม) ถ้าต้องการปรับอัตราการไหลก็ควรใช้วาล์วพวก globe, ball และ butterfly ที่สามารถทำหน้าที่เป็น block valve (วาล์วปิด-เปิด) ได้ด้วย gate valve นั้นเหมาะสำหรับงานปิด-เปิด คือปิดเต็มที่และเปิดสุด จะไม่เหมาะสำหรับใช้เป็นวาล์วปรับอัตราการไหลเพราะความสัมพันธ์ระหว่างระยะการเคลื่อนที่ของตัวแผ่น gate และอัตราการไหลนั้นมันไม่ดี และยังอาจเกิดปัญหา erosion ในกรณีของที่เปิดไว้เพียงเล็กน้อยเป็นเวลานานได้ คือมันก็มีเหมือนกันในบางงาน เช่นการเปิดใช้ระบบท่อไอน้ำที่ใช้ gate valve ปิด-เปิด ที่ช่วงแรกที่ท่อเย็นอยู่นั้นต้องอุ่นท่อให้ร้อนก่อนด้วยการเปิดวาล์วเพียงเล็กน้อยแบบที่เรียกว่า crack open แต่เมื่อท่อร้อนได้ที่แล้วก็จะเปิดวาล์วกว้าง
 

การที่อุปกรณ์ที่ใช้สอนนั้นมันมีความไม่ถูกต้องหรือไม่เหมาะสมก็เป็นเรื่องหนึ่ง แต่การที่ผู้สอนควรต้องให้ผู้เรียนที่มาใช้อุปกรณ์ดังกล่าวรู้ว่าอุปกรณ์นั้นมันมีความไม่ถูกต้องหรือไม่เหมาะสมนั้นก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง ไม่เช่นนั้นอาจเกิดปัญหาได้ว่าตอนที่เรียนก็เห็นทำกันอย่างนี้ พอตอนจบไปทำงานแล้วไปเจองานคล้าย ๆ กันก็เลยลอกเอาสิ่งที่เคยเห็นตอนที่เรียนมาใช้

อุบัติเหตุจากโครงสร้างวาล์ว (๓) MO Memoir : Thursday 18 January 2561

การทำหน้าที่ของ plug valve ก็คล้ายกลับ ball valve เพียงแต่ plug valve นั้นใช้ตัว plug ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกที่เรียวสอบลงล่างเล็กน้อย (เพื่อให้ง่ายในการประกอบและการสัมผัสแนบ) การประกอบตัว plug เข้ากับตัววาล์วจึงทำจากทางด้านบน (ด้านที่ตั้งฉากกับทิศทางการไหล) แล้วใช้ชิ้นส่วนที่เรียกว่า top cap กดให้ตัว plug นั้นอยู่ในตำแหน่ง (ตัว valve body มีชิ้นส่วนเดียว - ดูรูปที่ ๑ และ ๒ ประกอบ) ในขณะที่ ball valve นั้นใช้ลูกบอลกลม จึงต้องทำให้ตัว valve body เป็นชิ้นส่วนสองชิ้นประกบเข้าด้วยกันเพื่อที่จะได้ทำการติดตั้งตัว ball ได้ 
  

ใน Memoir ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๔๘๙ วันอาทิตย์ที่ ๒๔ ธันวาคม ๒๕๖๐ เรื่อง "อุบัติเหตุจากโครงสร้างวาล์ว" นั้น เรื่องแรกที่เล่าไปคือการอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นระหว่างการถอด gear box ออกจาก plug valve แต่ช่างนั้นขันนอตผิดตัว ทำให้ตัว plug หลุดออกมาจากตัววาล์ว ตามด้วยการรั่วไหลของแก๊ส 
  

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ก็เป็นการเกิดอุบัติเหตุแบบเดียวกัน ต่างกันที่เกิดต่างกันกว่า ๔๐ ปี (สี่สิบปี)

รูปที่ ๑ ภาพตัดขวางโครงสร้างของ plug valve จะเห็นว่าตัว plug จะถูกสอดเข้ามาจากทางด้านบน จากนั้นจึงทำการกดตัว plug ให้อยู่ในตำแหน่งด้วยชิ้นส่วนที่เรียกว่า Top cap แล้วใช้นอต (Top cap fasterners) ขันยึดตัว Top cap เข้ากับ valve body (ภาพจากเอกสารคู่มือการติดตั้ง ใช้งาน และซ่อมบำรุง ของบริษัท Flowserve)
 

เนื้อหาที่นำมาเล่าในวันนี้มาจากเอกสาร Safety Bulletin เรื่อง Key Lessons from the ExxpnMobil Baton Rouge Refinery Isobutan Release and Fire ที่จัดทำและเผยแพร่โดย U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board (หรือย่อว่า CSB) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดที่โรงกลั่นน้ำมัน Baton Rouge refinery ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ ๒๒ พฤศจิกายน ค.ศ. ๒๐๑๖ (พ.ศ. ๒๕๕๙) ที่เกิดการรั่วไหลของไอโซบิวเทน (Isobutane H₃C-CH(CH₃)-CH₃) จาก plug valve ที่เกิดจากการที่ผู้ปฏิบัติงานนั้นต้องการถอด gear box ออก แต่ขันนอตผิดตัว ทำให้ตัว plug หลุดออกจากวาล์ว ตามด้วยการรั่วไหลของไอโซบิวเทนก่อนเกิดการจุดระเบิด (สามรถดาวน์โหลดเอกสารนี้และดูคลิปวิดิโอจำลองเหตุการณ์ได้ที่ www.csb.gov เลือกหัวข้อ Investigations แล้วเลือกหัวข้อย่อย Completed investigation)

รูปที่ ๒ ภาพตัดขวางอีกมุมหนึ่งของโครงสร้าง plug valve (ภาพจากเอกสารคู่มือการติดตั้ง ใช้งาน และซ่อมบำรุง ของบริษัท Flowserve ที่เลือกภาพจากบริษัทนี้เพราะมีการกล่าวถึงอยู่ในเอกสารของ CSBที่เล่าเรื่องเหตุการณ์นี้) หมายเลข 1 คือนอตที่ใช้ยึด top cap หมายเลข 2 คือตัว top cap หมายเลข 3 คือส่วนหัวของ plug ที่สามารถใช้ประแจจับเพื่อหมุนหรือใช้ gear box สวมเพื่อหมุนเปิด-ปิด

เหตุการณ์เริ่มจากการที่ผู้ปฏิบัติงานนั้นต้องการเดินเครื่องปั๊มไอโซบิวเทนสำรองแทนตัวหลัก ในการนี้จึงต้องมีการเปิดวาล์วด้านขาเข้าปั๊มตัวสำรอง วาล์วตัวนี้เป็น plug valve ที่ใช้ gear box หมุนปิด-เปิด จากการหมุน hand wheel ของ gear box พบว่าสามารถหมุน hand wheel ได้ แต่ตัว plug ไม่หมุนตาม ผู้ปฏิบัติงานจึงสรุปว่า gear box มีปัญหา เลยทำการถอด gear box ออกเพื่อที่จะใช้ประแจจับที่ส่วนหัวของตัว plug (ที่โผล่ออกมานอกตัววาล์วข้างบน - ดูรูปที่ ๒) โดยหลังจากที่ถอดนอตออกมาหมดแล้วและเคลื่อนย้าย gear box ออกไปแล้ว ก็ยังไม่มีปัญหาอะไร แต่เมื่อใช้ประแจขันบิดตัว plug ตัว plug ก็หลุดจากวาล์วทันที ทำให้เกิดการรั่วไหลของไอโซบิวเทน และตามด้วยการระเบิดในอีก ๓๐ วินาทีต่อมา

รูปที่ ๓ ภาพด้านขวาคือวิธีการถอด gear box ออกจากวาล์วที่ถูกต้องสำหรับวาล์วตัวที่เกิดอุบัติเหตุ แต่ผู้ปฏิบัติงานไปถอดนอตตามรูปด้านซ้าย (รูปจากเอกสารเผยแพร่ของ CSB)

รูปที่ ๔ ในหน้าถัดไปเป็นรูปแบบการติดตั้ง support bracket สำหรับติดตั้ง gear box โดยรูปซ้ายนั้นเป็นแบบเก่าที่เปิดโอกาสให้ทำผิดพลาดได้ด้วยการไปถอดนอตตัวที่ยึด support bracket เข้ากับตัววาล์ว (ดังรูปที่ ๓ ซ้าย) แทนที่จะถอดนอตตัวที่ยึด gear box เข้ากับ support bracket (ดังรูปที่ ๓ ขวา) ส่วนรูปซ้ายนั้นเป็นรูปแบบที่ได้รับการปรับปรุงแก้ไขแล้ว คือย้ายตำแหน่งติดตั้ง support bracket ไปที่หน้าแปลนของตัววาล์วแทน

รูปที่ ๔ วิธีการการติดตั้ง gear box รูปขวาเป็นแบบที่ผ่านการปรับปรุงแก้ไขโดยทำการยึด support bracket (ที่เป็นที่ติดตั้งตัว gear box) เข้าที่หน้าแปลนของ valve body ดังนั้นการถอด support bracket จะไม่ไปยุ่งอะไรกับตัว top cap ส่วนรูปซ้ายเป็นแบบเก่า (ที่ทำให้เกิดอุบัติเหตุ) ที่ใช้นอตที่เป็นตัวยึด top cap เข้ากับ valve body (ที่ในรูปเขียนว่า pressure retaining bolts) นั้นเป็นตัวยึด support bracket เอาไว้ด้วย ในกรณีนี้การถอด gear box ต้องไปถอดนอตสองตัวที่อยู่ข้างบน (ที่ลูกศรเส้นประสีแดงชี้) ซึ่งจะไม่เกิดปัญหาอะไร แต่ถ้ามาถอด pressure retaining bolts จะทำให้ทั้ง top cap และตัว plug หลุดออกมาเนื่องจากความดันภายในท่อได้ (รูปจากเอกสารเผยแพร่ของ CSB)

ที่น่าสนใจก็คือการสอบสวนพบว่า plug valve ที่ใช้อยู่ในโรงงานนั้น 97% เป็นแบบรูปที่ ๔ ทางด้านซ้าย (คือได้รับการปรับปรุงแก้ไขแล้ว) มีเพียง 3% เท่านั้นที่ยังคงเป็นแบบรูปที่ ๔ ทางด้านขวา (คือมีความเสี่ยงที่จะทำให้เกิดอุบัติเหตุได้) และทางบริษัทผู้ผลิตวาล์วที่จัดจำหน่ายให้กับโรงงานแห่งนี้ (รวมทั้งวาล์วตัวที่เกิดอุบัติเหตุ) ก็ได้ทำการปรับปรุงการออกแบบวาล์วที่ผลิตขึ้นมาใหม่โดยย้ายรูสำหรับติดตั้ง support bracket ไปไว้ที่หน้าแปลน (ดังตัวอย่างในรูปที่ ๕) ตั้งแต่ปีค.ศ. ๑๙๘๔ หรือ ๓๒ ปีก่อนหน้าที่จะเกิดอุบัติเหตุที่โรงงานแห่งนี้ 
  

เหตุการณ์นี้แสดงให้เห็นการตกค้างของอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นตามการออกแบบดั้งเดิมที่ยังคงใช้งานอยู่ในโรงงาน ที่ต่อมาพบว่าเปิดโอกาสให้ทำผิดพลาดได้ และก็ได้รับการแก้ไขปรับปรุงไปแล้ว แต่ของเดิมที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขปรับปรุงก็ยังคงมีตกค้างในระบบ แม้ว่าเวลาจะผ่านมากว่า ๓๐ ปีแล้วก็ตาม ถ้าใครอยากทราบรายละเอียดมากกว่านี้ก็ขอแนะนำให้ไปดาวน์โหลดเอกสารของ CSB ดังกล่าวตาม URL ที่ได้ให้ไว้ (หรือดูคลิปวิดิโอประกอบด้วยก็ดีครับ แต่เป็นภาษาอังกฤษนะ)

แม้เวลาจะแตกต่างกันกว่า ๔๐ ปี แต่อุบัติเหตุรูปแบบเดิม ๆ ก็ยังสามารถเกิดซ้ำได้ ดังนั้นการศึกษาสิ่งที่เคยเกิดขึ้นในอดีตจึงเป็นเรื่องสำคัญเพื่อที่จะได้ไม่ทำผิดพลาดซ้ำอีก แม้ว่าเรื่องนั้นจะเป็นเรื่องที่เกิดขึ้นมานานหลายสิบปีแล้วก็ตาม การเผยแพร่ความผิดพลาดที่เคยเกิดขึ้น เพื่อไม่ให้ผู้อื่นกระทำผิดเช่นเดียวกันอีก จึงเป็นเรื่องสำคัญที่ควรพึงกระทำ

รูปที่ ๕ plug valve ที่ได้รับการปรับปรุงแก้ไข โดยทำรูสำหรับยึด support bracket ของ gear box ไว้ที่หน้าแปลน (ตรงลูกศรสีเหลืองชี้) (รูปจากเอกสารเผยแพร่ของ CSB) ที่วงกลมสีแดงไว้ในรูปด้านซ้ายคือ pressure retaining bolts ที่ถ้าถอดนอตเหล่านี้ก็จะทำให้ถอดตัว plug ออกมาได้ (รูปจากเอกสารเผยแพร่ของ CSB)

รูปที่ ๖ ภาพจากกล้องวงจรปิดลำดับเหตุการณ์การเกิดระเบิด จะเห็นว่าในเวลาเพียง ๒๐ วินาทีเศษ แก๊สสามารถกระจายตัวออกไปได้เป็นบริเวณกว้างจนไปพบแหล่งจุดระเบิดที่อยู่ห่างออกไป (ที่มุมล่างขวาของภาพที่เวลา ๒๗ วินาที จะเห็นเป็นสีเหลือง แสดงว่ามีการลุกไหม้เกิดขึ้นแล้ว) (รูปจากเอกสารเผยแพร่ของ CSB)

อุบัติเหตุจากโครงสร้างวาล์ว (๒) MO Memoir : Tuesday 26 December 2560

"ถ้าเราไม่เรียนรู้ความผิดพลาดที่เคยเกิดขึ้นในอดีต เราก็มีสิทธิที่จะทำผิดแบบเดียวกันนั้นซ้ำอีก"

รูปที่ ๗ ตัวอย่างโครงสร้างวาล์วเหล็กหล่อที่เกิดอุบัติเหตุ (ภาพจากบทความ)
 

ฉบับนี้ยังคงเป็นเรื่องเล่าวารสาร Loss Prevention Bulletin โดยเป็นฉบับ vol. 31 ปีค.ศ. 1980 (พ.ศ. ๒๕๒๓) ในหัวข้อ "Valve limitations" ที่ไม่ปรากฏชื่อผู้เขียนบทความ และเพื่อให้เรื่องต่อเนื่องจากฉบับที่แล้ว (ที่มีอยู่ ๓ เรื่อง) ก็จะขอนับลำดับเรื่องและรูปภาพต่อจากฉบับที่แล้ว

เรื่องที่ ๔ เปิดแต่ไม่เปิด

กรดกำมะถัน (H₂SO₄) เข้มข้นเป็นกรดตัวหนึ่งที่มีการใช้กันมากในอุตสาหกรรม โดยปรกตินั้นเหล็กจะไม่ทนต่อกรด แต่ในกรณีของกรดกำมะถันเข้มข้น (ที่ไม่ได้มีอุณหภูมิสูงเกินไปและในระบบที่อัตราการไหลไม่สูง) สามารถใช้โลหะเหล็กในระบบท่อและวาล์วที่ใช้ในการลำเลียงและเก็บรักษากรดกำมะถันได้ (กรดเข้มข้นมันไม่ค่อยจะมี H₃O⁺ ที่จะไปดึงอิเล็กตรอนจาก Fe ที่ทำให้เกิดแก๊สไฮโดรเจนและไอออน Fe²⁺) และโลหะตัวหนึ่งที่นำมาใช้กันก็คือเหล็กหล่อ (cast iron) ที่ใช้ในการหล่อขึ้นรูป valve body และ bonnet
 

วาล์วชนิด rising-stem นั้น (รูปที่ ๗ และ ๙) ปลายข้างหนึ่งของตัว stem จะยึดอยู่กับแผ่น gate หรือ wedge (ในกรณีของ gate valve) หรือ plug (ในกรณีของ globe valve) และปลายอีกข้างหนึ่งนั้นจะมีการทำเกลียวที่ขันร้อยผ่านกับ hand wheel เวลาที่หมุน hand wheel เพื่อเปิดหรือปิดวาล์ว ตัว hand wheel จะไม่มีการเลื่อนระดับขึ้นลง จะมีเฉพาะตัว stem (ที่เห็นเป็นสกรูในรูปที่ ๙) ที่เลื่อนขึ้น (เวลาเปิดวาล์ว) หรือลง (เวลาปิดวาล์ว) ให้เห็น
 

เหตุเกิดระหว่างการซ่อมบำรุงที่ต้องมีการระบายกรดกำมะถันที่ตกค้างอยู่ในระบบออก ในการนี้ผู้ปฏิบัติงานได้ทำการเปิดวาล์วระบาย (ที่เป็นชนิด rising-stem gate valve ที่มีโครงสร้างแบบที่แสดงในรูปที่ ๗) โดยไม่พบว่ามีกรดกำมะถันไหลออกมาทางรูระบาย ทำให้ผู้ปฏิบัติงานเข้าใจว่าในระบบไม่มีกรดกำมะถันตกค้างอยู่ แต่เมื่อทำการถอดระบบท่อกลับพบว่ามีกรดกำมะถันรั่วไหลออกมา
 

จากการตรวจสอบพบว่าตัวสลัก (pin) ที่ใช้ในการยึดตัวแผ่น gate นั้นหลุดออกจากตำแหน่ง ทำให้เมื่อทำการหมุน hand wheel นั้นจึงมีเพียงเฉพาะตัว stem ที่เลื่อนขึ้น โดยที่ตัวแผ่น gate ยังคงอยู่ในตำแหน่งปิดเหมือนเดิม ทำให้ผู้ปฏิบัติงานเมื่อไม่เห็นมีกรดในระบบไหลออกมาจึงเข้าใจว่าในระบบนั้นไม่มีกรดค้างอยู่แล้ว วิธีการที่เหมาะสมกว่าในการยึดตัว stem เข้ากับแผ่น gate คือการทำเป็นเหมือนสลักยึดเข้าด้วยกันดังตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๘ ข้างล่าง

รูปที่ ๘ ตัวอย่างการยึด stem เข้ากับแผ่น gate โดยไม่ต้องใช้หมุดหรือการขันเกลียว แต่ทำเป็นสลักที่สวมเข้าด้วยกัน  (ภาพจาก http://www.williamsvalve.com/images/drawingbmgatev.jpg)

รูปที่ ๙ Gate valve ชนิด rising-stem คือตัว hand wheel จะอยู่กับที่โดยที่ตัว stem หรือสกรูที่เห็นในภาพจะเลื่อนขึ้นเมื่อเปิดวาล์ว และเลื่อนต่ำลงเมื่อปิดวาล์ว ตัว bonnet ของวาล์วยึดเข้ากับ valve body ด้วยการใช้นอตหลายตัวยึด ซึ่งความตึงของนอตแต่ละตัวนั้นควรที่จะเท่ากัน
 

เรื่องที่ ๕ ขันนอตตึงไม่เท่ากัน

คาร์บอนที่ผสมอยู่ในเนื้อเหล็กส่งผลต่อทั้งความแข็งและจุดหลอมเหลวของเหล็ก เหล็กที่มีคาร์บอนผสมอยู่สูงจะมีความแข็งเพิ่มขึ้น แต่ความเหนียวจะลดลง (คือแตกหักได้ง่ายขึ้นแทนที่จะยืดตัวออก) และในขณะเดียวกันจะมีจุดหลอมเหลวที่ลดต่ำลง ทำให้เหมาะแก่การขึ้นรูปด้วยการหล่อ (เพราะไม่ต้องใช้อุณหภูมิสูงมากในการหลอมเหลวและไหลเข้าเติมเต็มช่องว่างในแม่แบบได้ง่าย)
 

เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นกับระบบท่อกรดกำมะถันเข้มข้นเช่นเดิม โดยเป็นวาล์วแบบเดียวกับในเรื่องที่ ๔ (วาล์วที่ทำจากเหล็กหล่อหรือที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า cast iron) ก่อนหน้าที่จะเกิดอุบัติเหตุ ๓ วันได้มีการซ่อมบำรุงวาล์ว โดยในการซ่อมบำรุงนั้นมีการถอด bonnet ออกจาก valve body (ดูตัวอย่างวาล์วได้ในรูปที่ ๙ ที่คิดว่าน่าจะมีหน้าตาใกล้เคียงกับในรูปที่ ๘) และเมื่อซ่อมบำรุงเสร็จแล้วก็ทำการประกอบ bonnet เข้าที่เดิม ๓ วันหลังจากซ่อมบำรุง ตัว bonnet เกิดการแตก ทำให้กรดกำมะถันรั่วไหลออกมา
  

ผลการตรวจสอบพบว่านอตที่ใช้ในการยึด bonnet เข้ากับ valve body นั้นถูกขันตึงไม่เท่ากัน ทำให้เกิดความเค้นตรงบริเวณส่วนที่หน้าแปลนของ bonnet ที่นำไปสู่การแตกร้าว
 

โดยหลักแล้วในการขันนอตหน้าแปลน (หรือการขันนอตหลายตัวที่ยึดกันเป็นวงเช่นนอตยึดล้อรถยนต์) จะค่อย ๆ ทำการขันนอตให้พอแค่ตึงมือแล้วก็เปลี่ยนไปขันนอตตัวที่อยู่ฝั่งตรงข้าม ทำอย่างนี้ซ้ำไปเรื่อย ๆ จนขับครบทุกตัวก่อน จากนั้นก็มาเริ่มขันแต่ละตัวให้ตึงมือเพิ่มขึ้นอีกทีละนิด (ต้องไม่ลืมขันตอนสลับกันระหว่างสองตัวที่อยู่ตรงข้ามกันด้วย) ถ้าจะให้ดีก็ควรมีประแจทอร์ค (torque wrench) ช่วยในการขันเพื่อจะได้มั่นใจว่านอตทุกตัวได้รับการขันตึงเท่ากัน 
  

ความเค้นเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้วัสดุ (ไม่ว่าจะเป็นโลหะหรือพอลิเมอร์) ทำปฏิกิริยากับสารเคมีตัวอื่นได้ง่ายขึ้น ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "stress corrosion cracking" ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดคือเหล็กเส้นที่ใช้ในงานก่อสร้างที่จะผลิตมาเป็นเส้นยาว (มาตรฐานก็อยู่ที่ ๑๐ หรือ ๑๒ เมตร) แต่เพื่อให้สะดวกในการขนส่งก็จะมีการงอครึ่ง ตรงบริเวณที่งอจะเกิดสนิมได้ง่ายกว่าบริเวณอื่น การขันนอตหน้าแปลนที่ขันตึงไม่เท่ากันก็ส่งผลในตำแหน่งที่ขันตึงมากเกินไปมีความเค้นสูงเป็นพิเศษ ความเค้นนี้ยังอาจเกิดได้จากความดันที่อาจเกิดจากความดันแก๊สและ/หรือน้ำหนักของเหลวที่บรรจุอยู่ภายในภาชนะบรรจุ การออกแบบถังพลาสติกขนาดใหญ่ที่ใช้บรรจุสารเคมีก็ต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย โดยเฉพาะตรงบริเวณก้นถัง
 

การระเบิดที่ Flixborough ในปีค.ศ. ๑๙๗๔ ที่ประเทศอังกฤษ ก็เริ่มจากการที่ถังปฏิกรณ์ลูกหนึ่งเกิดการแตกร้าวอันเป็นผลจาก stress corrosion cracking รายละเอียดเรื่องนี้อ่านเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๑๓ วันศุกร์ที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "Flixborough explosion"

เรื่องที่ ๖ ของแถมที่ติดมา

ในกรณีของ gate valve (หรือ globe valve) นั้น เวลาที่แผ่น gate ยกตัวขึ้น process fluid จะสามารถไหลเข้าไปในส่วนของ bonnet ได้ (ดูรูปที่ ๗) และถ้าเราทำการถอดวาล์วตัวนั้นออกจากระบบท่อโดยที่วาล์วอยู่ในตำแหน่งเปิด process fluid ที่ค้างอยู่ตัว bonnet ก็จะระบายออกมาได้

แต่ในกรณีของ ball valve นั้นแตกต่างออก
 

ตัว ball valve นั้นจะมีปะเก็นที่เป็นรูปวงแหวนทำหน้าที่ป้องกันการรั่วไหลผ่านช่องว่างระหว่างตัว valve body กับตัวลูกบอล (ที่ลูกศรสีแดงชึ้นในรูปที่ ๑๐) เมื่อวาล์วอยู่ในตำแหน่งปิด และเมื่อเปิดวาล์วนั้น process fluid จะไหลผ่านรูที่ตัวลูกบอลโดยไม่มีการไหลผ่านช่องว่างระหว่างตัว valve body กับตัวลูกบอล แต่เมื่อทำการปิดวาล์ว process fluid ที่ค้างอยู่ในรูของลูกบอลจะรั่วไหลเข้าไปค้างอยู่ในช่องว่างระหว่างตัว valve body กับตัวลูกบอลได้
 

ดังนั้นในกรณีที่มีการซ่อมบำรุง ball valve ที่ใช้กับ process fluid ที่สามารถสร้างความดันได้ด้วยตนเอง (เช่นเป็นของเหลวอันเป็นผลจากความดันที่สูงในระบบ หรือเป็นของเหลวอันเป็นผลจากอุณหภูมิทำงานที่ต่ำ แต่เมื่อมาอยู่ในสภาวะความดันบรรยากาศหรืออุณหภูมิห้อง ก็จะกลายเป็นแก๊ส) หรือเป็นสารที่อันตราย (เช่นคลอรีน) ผู้ปฏิบัติงานซ่อมบำรุงจึงควรต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษในการถอดแยกชิ้นส่วน ball valve ดังกล่าว

รูปที่ ๑๐ ช่องว่างระหว่างตัว ball กับ valve body ตรงลูกศรสีแดงชี้คือบริเวณที่ proces fluid นั้นเข้ามาค้างอยู่ได้เมื่อทำการปิดวาล์ว โดยเมื่อปิดวาล์ว process fluid ที่อยู่ในรูเจาะทะลุผ่านตัว ball จะไหลเข้ามาค้างในช่องว่างเหล่านี้ได้ แม้ว่าจะทำการถอดวาล์วออกจากระบบท่อแล้วก็ตาม (รูปจาก http://copelandvalve.com)