UVCE case 7 Shell Olefin Plant 2540 (1997) ตอนที่ ๒ MO Memoir : Tuesday 22 December 2563

เวลาผมสอนนิสิตทำการทดลอง ผมจะบอกกับเขาเสมอว่า อย่าคิดว่าแค่ดูแต่ตัวเลขหน้าจอหรือรอว่าตอนสุดท้ายจะได้อะไรก็พอ แต่ให้ใช้ประสาทสัมผัสอื่น ๆ ด้วยว่า ในสภาพการทำงานที่ปรกตินั้น ระบบมีพฤติกรรมอย่างไร ไม่ว่าจะเป็นเรื่องกลิ่น เสียง อุณหภูมิ สัญญาณไฟแสดงการทำงานของอุปกรณ์ ฯลฯ

กลิ่นเป็นตัวบอกให้รู้ว่ามีการรั่วไหลอะไรเกิดขึ้นไหม ในขณะที่เสียงที่ผิดไปจากเดิมอาจบ่งบอกถึงการทำงานที่ผิดปรกติของเครื่องจักรกล (เช่นมีการสั่นที่ผิดปรกติ) ความผิดปรกติของอุณหภูมิที่สูงเกินอาจมาในรูปของกลิ่น (เช่นกลิ่นไหม้) หรือบางทีอาจเห็นการลอยตัวขึ้นของมวลอากาศที่อยู่รอบ ๆ พื้นผิวที่ร้อนจัดนั้น อุปกรณ์ควบคุมอุณหภูมิที่ทำงานด้วยการ ON-OFF ขดลวดความร้อนนั้น การที่สัญญาณไฟแสดงว่ามีการกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวดนานผิดปรกติหรือตลอดเวลาแม้ว่าจะไม่ได้อยู่ในช่วงเพิ่มอุณหภูมิก็ตาม ก็อาจบ่งบอกถึงการที่ขดลวดความร้อนบางเส้นขาดไป ทำให้ขวดลวดที่เหลือต้องรับภาระแทน เป็นต้น

การสั่นสะเทือนสามารถทำให้ชิ้นส่วนที่ยึดติดแน่น (เช่นนอตที่ขันตึง หรือลิ่มที่ตอกอัดรอยต่อระหว่างชิ้นส่วนสองชิ้นเพื่อให้ติดกันแน่น) หลวมตัวได้ และยังสามารถทำให้ชิ้นส่วนที่หลวมตัวนั้นเคลื่อนตัวจนหลุดออกมาได้ นอกจากนี้การสั่นและการกระแทกยังสามารถทำให้ชิ้นส่วนบางชนิด (เช่น ลิ่ม หมุดและสลักเกลียว หรือชิ้นงานที่ทำจากวัสดุที่มีความแข็งเกร็ง) เสียหายด้วยการแตกหักได้

กลับมายังเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นต่อ (คงไม่ขอลงรายละเอียดทั้งหมด ถ้าใครสนใจก็สามารถอ่านได้จากรายงานการสอบสวนที่สามารถหาดาวน์โหลดได้ทางอินเทอร์เน็น) แต่หลังจากที่ประสบปัญหาหลายครั้งเรื่องการที่คอมเพรสเซอร์หยุดทำงานเนื่องจากมีการสั่นสะเทือนมากเกินไป ในที่สุด ณ เวลาประมาณ ๑๐.๐๐ น โอเปอร์เรเตอร์ก็สามารถเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์ได้ และระบบก็ดูเหมือนว่าทำงานได้อย่างปรกติ

เวลาประมาณ ๑๐.๐๓ น โอเปอร์เรเตอร์ที่ปฏิบัติงานอยู่ภายนอกได้ยินเสียง "Pop" ตามด้วยเสียงที่มีลำแก๊สฉีดพุ่ง (รายงานบอกว่าโอเปอร์เรเตอร์บางคนบอกว่าเสียงเหมือนเครื่องยนต์เจ็ต ในขณะที่บางคนบอกว่าเหมือนกับวาล์วระบายความดันของไอน้ำความดัน 1250 psi (ที่ใช้ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์) เปิดระบายความดัน) มีการติดต่อถามเข้าไปในห้องควบคุมว่ามีสัญญาณผิดปรกติแสดงในห้องควบคุมบ้างหรือไม่ แต่ได้รับคำตอบว่าไม่มี

ตรงนี้ในรายงานการสอบสวนกล่าวว่า เมื่อย้อนกลับไปดูบันทึกการทำงานของเครื่องคอมเพรสเซอร์ในช่วงเวลานั้นโดยละเอียดพบว่า อัตราการไหลออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 เริ่มที่จะค่อย ๆ ลดลงอย่างช้า ๆ ในขณะที่อัตราการไหลออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4 เพิ่มขึ้นเล็กน้อยชั่วขณะก่อนที่จะลดลง แต่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงนี้มีค่าน้อยเมื่อเทียบกับอัตราการไหลทั้งหมดของแก๊ส จึงทำให้โอเปอร์เรเตอร์สังเกตไม่เห็น

ข้อมูลนี้อาจถือได้ว่าเป็นตัวบ่งบอกว่ามีการรั่วไหลเกิดขึ้นระหว่างด้านขาออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4 และด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 กล่าวคือเมื่อเกิดการรั่วไหลเกิดขึ้น ทำให้ความดันด้านขาออก (ซึ่งเป็นตัวต้านทานการไหลออก) ของขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 4 ลดลง อัตราการไหลจึงเพิ่มขึ้นชั่วขณะ ก่อนที่ระบบควบคุมจะปรับให้อัตราการไหลกลับมาที่ระดับเดิม แต่การรั่วไหลไปทำให้แก๊สที่ไหลเข้า (และความดันแก๊สที่ไหลเข้า) ขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 ลดลง ทำให้อัตราการไหลของแก๊สด้านขาออกจากขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 ลดต่ำลง

รูปที่ ๗ บริเวณที่เกิดเหตุ รูปนี้เป็นการมองจากทิศเหนือลงใต้ จุดที่เกิดการรั่วไหลอยู่ทางด้านหลังของ 5th Stage Suction Drum ที่อยู่ทางด้นขวามือของคนตรงกลางรูป (ดูรูปที่ ๑ ประกอบ)

ในช่วงระหว่างเวลา ๑๐.๐๓ - ๑๐.๐๕ น โอเปอร์เรเตอร์ที่ปฏิบัติงานอยู่ภายนอกหลายรายสังเกตเห็นการรั่วไหลของแก๊ส (จากระยะห่าง ทำให้ไม่สามารถระบุได้ว่ารั่วออกมาจากจุดใด) รู้แต่ว่าจุดรั่วไหลนั้นอยู่ระหว่าง suction drum ของขั้นตอนการอัดที่ 4 และที่ 5 และแก๊สที่รั่วนั่นพุ่งในทิศทางจากเหนือไปใต้ลอดใต้ pipe rack และโอเปอร์เรเตอร์รายหนึ่งรายงานว่ากลิ่นแก๊สที่รั่วออกมานั้น "sweet, like hydrocarbon smell" จึงได้ติดต่อห้องควบคุมให้หยุดการทำงานของเครื่องคอมเพรสเซอร์และให้ระบายทุกสิ่งออกสู่ระบบ flare ทันที การแจ้งเหตุนี้กระทำย้ำ 3 ครั้งแต่ไม่ได้รับการตอบรับกลับมา

ตรงจุดนี้รายงานการสอบสวนกล่าวว่าทางฝั่งห้องควบคุมหรือ control room นั้นได้ยินข้อมูลที่ว่านี้ แม้ว่าบางส่วนจะไม่ชัดเจน (เนื่องจากเสียงรบกวน) และได้ทำการปรึกษากับโอเปอเรเตอร์คนอื่นที่ควบคุมการทำงานส่วนอื่นอยู่ที่อยู่ในห้องควบคุมเดียวกันก่อนที่จะตัดสินใจหยุดการทำงานของคอมเพรสเซอร์และเปิดวาล์วระบายแก๊สออก flare แต่วาล์วระบายแก๊สออก flare ก็เปิดได้เพียงแค่บางส่วนก็เกิดการระเบิดขึ้น ส่วนสิ่งที่ทำให้แก๊สที่รั่วออกมาเกิดการจุดระเบิดนั้นไม่สามารถระบุแน่ชัดได้ เนื่องจากในบริเวณดังกล่าวนั้นเต็มไปด้วยหลายสิ่งที่มีความเป็นไปได้ว่าสามารถทำการจุดระเบิดได้

เครื่องคอมเพรสเซอร์นี้ ในช่วงเริ่มเดินเครื่องจะทำการควบคุมจากแผงควบคุมหน้างาน และเมื่อเดินเครื่องได้ปรกติแล้วก็จะส่งผ่านการควบคุมไปยังห้องควบคุม ตรงนี้ถ้ามองจากมุมมองของโอเปอร์เรเตอร์ที่อยู่ในห้องควบคุมเขาก็น่าจะงงอยู่เหมือนกันในเมื่อจากข้อมูลที่เขาเห็นก็คือเครื่องคอมเพรสเซอร์ทำงานได้ปรกติ แล้วอยู่ดี ๆ ก็มีคนร้องขอให้หยุดเครื่องทันที และนี่อาจเป็นสาเหตุให้เขาต้องใช้เวลาตัดสินใจครู่หนึ่งก่อนที่จะทำตามสิ่งที่ได้รับการร้องขอจากโอเปอร์เรเตอร์ที่อยู่ข้างนอก

การเข้าไปตรวจที่เกิดเหตุหลังเพลิงสงบเพื่อหาจุดเริ่มต้นของการรั่วไหลนั้น ทีมสอบสวนตรวจพบช่องเปิดที่เป็นไปได้จำนวน 52 ช่อง (ซึ่งต้องมาตรวจสอบกันอีกทีว่าเกิดก่อนการระเบิดหรือเป็นผลจากการระเบิดและเพลิงไหม้) ในจำนวนนี้ 18 ช่องถูกตัดทิ้งไปเพราะของไหลที่อยู่ภายในไม่ใช่เชื้อเพลิง 10 ช่องถูกตัดออกเพราะสิ่งที่อยู่ภายในนั้นแม้ว่าจะเป็นเชื้อเพลิงแต่ก็เป็นของเหลวที่มีจุดเดือดสูงและมีความดันไอต่ำ ไม่สามารถก่อตัวเป็นไอเชื้อเพลิงกับอากาศที่เข้มข้นมากพอจนจุดระเบิดได้ 9 ช่องถูกตัดออกไปเนื่องจากขนาดเล็กเกินไป และด้วยเวลาเพียง 4 นาทีไม่สามารถทำให้เกิดการรั่วไหลที่มากพอจนเกิดการระเบิดที่รุนแรงได้ 2 ช่องถูกตัดออกไปเพราะเป็นส่วนของ "Sour gas" (แก๊สที่มาจาก pyrolysis furnace จะมีสารประกอบกำมะปนอยู่ ดังนั้นแก๊สนี้จะมีกลิ่นไม่พึงประสงค์ แต่เนื่องจากโอเปอร์เรเตอร์รายงานว่าแก๊สที่รั่วออกมานั้นมีกลิ่น "Sweet" จึงแสดงว่าจุดรั่วไหลนั้นต้องอยู่ทางด้าน downstream ของระบบกำจัดแก๊สกรด (Acid gas removal system)) และอีก 8 ช่องถูกตัดออกเพราะนั้นหันไปในทิศทางที่ไม่ใช่ทิศทางที่พยานผู้เห็นเหตุการณ์เห็น ดังนั้นขณะนี้จึงเหลือตัวเลือกเพียงแค่ 5

จาก 5 ช่องทางที่เหลือ ผลการตรวจสอบเนื้อโลหะพบว่า 4 ช่องทางนั้นเป็นความเสียหายที่เกิดจากการโดนไฟคลอก (คือเกิดหลังจากการระเบิดและเพลิงลุกไหม้) ดังนั้นจึงเหลือเพียงแค่ตัวเลือกเดียวคือ รูที่ตัว swing check valve ขนาด 36 นิ้วที่อยู่ระหว่างระบบกำจัดแก๊สกรดและ suction drum ของขั้นตอนการอัดขั้นตอนที่ 5 ซึ่งปรกติรูนี้มีไว้สำหรับสอดเพลาที่มี counterweight และ air piston ติดตั้งอยู่ด้านนอก โดยด้านในนั้นจะสอดเข้ากับหูร้อย (ear) ของตัว valve disk โดยตัวเพลาและตัว valve disk จะถูกยึดเข้าด้วยการด้วยการใช้ลิ่มหรือสลัก (key) และ dowel pin

โครงสร้างของ swing check valve ตัวดังกล่าวแสดงในรูปที่ ๘ ตัว valve disk จะมีส่วนที่เป็นหูร้อยไว้สำหรับสอดเพลาที่ทำหน้าที่เป็นแกนหมุน โดยตัวเพลานี้แยกเป็น 2 ส่วน ส่วนที่อยู่ทางด้านซ้ายที่ในรูปเรียกว่า shaft นั้น เป็นส่วนที่ไม่ได้โผล่ยื่นออกมาข้างนอก ในขณะที่ส่วนที่อยู่ทางด้านขวาที่ในรูปเรียกว่า drive shaft นั้นจะโผล่ยื่นออกมาทางด้านนอก ทั้งตัว shaft และ drive shaft ถูกยึดเข้ากับหูร้อยของ valve disk ด้วยการเจาะรูในแนวรัศมี และสอด dowel pin เพื่อป้องกันไม่ให้มีการเคลื่อนตัวในแนวแกนยาวของเพลา (คือกันไม่ให้เพลาหลุดออกจากหูร้อย) แต่ตัว drive shaft นั้นจะมีการเซาะร่องที่ตัวเพลา (ที่เรียกว่า key seat) และที่ตัวหูร้อย (ที่เรียกว่า key way) เพื่อไว้สอดสลัก (key) (ดูรูปที่ ๖ ในตอนที่ ๑) รูปที่ลำตัววาล์วที่มีเพลาสอดอยู่นั้นต้องมีการใส่ปะเก็น (packing) เพื่อป้องกันแก๊สรั่ว แต่ยังต้องให้ตัวเพลาหมุนได้อย่างอิสระ

รูปที่ ๘ ภาพตัดขวางของวาล์วกันการไหลย้อนกลับตัวที่ทำให้เกิดการรั่วไหล

ทีนี้มาลองดูภาพตัดแนวขวางตรงส่วนหูร้อยและเพลา จะเห็นว่ามีชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อระหว่างหูร้อยของ valve disk กับตัวเพลาอยู่ 2 ชิ้นด้วยกัน ดังนั้นเมื่อ valve disk มีการหมุนตัว การหมุนของ valve disk ก็จะไปดันตัว key หรือ dowel pin ส่วนที่ว่ามันจะไปดันตัวไหนก็ขึ้นอยู่กับว่าช่องว่างระหว่าง key กับ valve disk และ dowel pin กับ valve disk นั้น ช่องว่างไหนกว้างกว่ากัน จุดไหนมีช่องว่างที่แคบกว่าก็จะถูกดันก่อนและเป็นฝ่ายรับแรงเอาไว้ทั้งหมด โดยหลักแล้วเนื่องจากตัว key มีขนาดใหญ่และมีวัตถุประสงค์เพื่อส่งผ่านการหมุนของ valve disk ให้กลับเพลา (เพื่อให้เพลาหมุนตาม) ในขณะที่ตัว dowel pin นั้นมีวัตถุประสงค์เพียงแค่เพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวในแนวแกนของเพลาเท่านั้น (ไม่ได้ออกแบบมาให้รับแรงเฉือนที่เกิดจากน้ำหนัก valve disk กด) ดังนั้นตัว key ควรจะมีขนาดที่พอดีกับช่อง key way และ key seat ส่วนช่องว่างระหว่าง dowel pin กับ valve disk นั้นควรที่จะมีขนาดที่ใหญ่กว่า

จากหลักฐานที่พบในที่เกิดเหตุที่พบตัว key นั้นตกค้างอยู่ในตัววาล์ว และส่วนหนึ่งของ dowel pin หักคาอยู่ที่ส่วนหูร้อยของ valve disk ในขณะที่ตัว driving shaft นั้นกระเด็นหลุดออกมาจากตัววาล์วนั้น ทีมสวนสวนพบว่าขนาดของ key นั้นเล็กกว่าช่อง key way และ key seat อยู่อย่างมีนัยสำคัญ คือเอา feeler gauge สอดได้สบาย (feeler gauge มีลักษณะเป็นแผ่นโลหะบางที่มีความหนาที่แน่นอน ใช้สำหรับวัดระยะหว่างระหว่างช่องว่าง ระยะห่างระหว่างช่องว่างจะอยู่ระหว่างชนาดของแผ่นโลหะที่หนาที่สุดที่สอดเข้าช่องนั้นได้ และขนาดของแผ่นโลหะที่บางที่สุดที่สอดเข้าช่องนั้นไม่ได้) ในขณะที่ dowel pin นั้นสวมพอดีเข้ากับขนาดรู

ดังนั้นเมื่อ valve disk มีการหมุนตัว sowel pin (ที่มีขนาดเล็กว่า key มาก) จึงรับแรงกระทำจาก valve disk เอาไว้ทั้งหมด และเป็นตัวส่งผ่านแรงนี้ไปยัง drive shaft แทนที่จะเป็นตัว key และเมื่อรับไม่ไหวตัว dowel pin ก็เลยขาด ประกอบกับการที่การประกอบตัว key นั้นค่อนข้างจะหลวม ทำให้เมื่อตัว drive shaft ถูกแรงดันภายในให้เคลื่อนตัวออกมาด้านนอก ตัว key ก็เลยหลุดออกจากร่องได้ง่าย drive shaft ทั้งชิ้นก็เลยหลุดออกมา ทำให้เกิดรูรั่วไหล (รูปที่ ๑๐)

รูปที่ ๙ Key ควรทำหน้าที่ส่งผ่านโมเมนต์การหมุนของ valve disk ไปยังเพลาที่ต่อเข้ากับ counterweight และ air piston ที่อยู่ภายนอก เพื่อให้เพลานั้นหมุนตามการหมุนตัวของ valve disk ในขณะที่ dowel pin ควรทำหน้าที่เพียงแค่ป้องกันไม่ให้ตัวเพลามีการเคลื่อนที่ตามแนวแกนเมื่อเทียบกับตัว valve disk (ไม่ให้เพลาหลุดออกจากตัววาล์ว)

รูปที่ ๑๐ วงกลมสีเหลืองในรูปบนคือรูที่ตัวเพลานั้นหลุดออกมาจากตัววาล์ว ส่วนแนวเส้นสีเหลืองในรูปล่างคือแนวแกนหมุนของ valve disk (ตัวเพลาไม่ได้ยาวตลอดแนว แต่แยกเป็นสองส่วนทางด้านซ้ายและขวา (รูปที่ ๘)

ตัว packing นั้นมันไม่ได้บีบรัดตัวเพลา มันทำหน้าที่เพียงแค่ป้องกันการรั่วไหลของแก๊สจากภายในสู่ภายนอกโดยที่ยังยอมให้เพลาหมุนได้อย่างอิสระ (พูดง่าย ๆ คือผิวสัมผัสระหว่าง packing กับเพลาควรต้องมีความลื่น ดังนั้นเมื่อ dowel pin ขาดและ key หลุดออกจากร่อง แรงดัน (ความดันภายในตัววาล์วคูณกับพื้นที่หน้าตัดเพลา) ก็เลยดันให้ตัวเพลาลื่นหลุดออกมาได้ง่าย

- เป็นเพียงแค่การซ่อมบำรุง ไม่ถือว่าเป็นอุบัติเหตุ ก็เลยไม่มีการสอบสวนหาสาเหตุ

จากการตรวจสอบประวัติการซ่อมบำรุงของทีมสอบสวน ก็ทำให้ได้พบข้อมูลที่น่าตกใจ กล่าวคือเหตุการณ์ทำนองเดียวกันนี้เคยเกิดขึ้นมาก่อนหน้านี้แล้ว ๔ ครั้ง กับ check valve แบบเดียวกัน เพียงแต่ไม่มีการรั่วไหลออกมาจนเกิดเพลิงไหม้ ความเสียหายที่เกิดขึ้นจึงถูกบันทึกว่าเป็นการซ่อมบำรุง โดยไม่มีการสอบสวนหาสาเหตุว่ามันเกิดได้อย่างไร

สองเหตุการณ์เกิดขึ้นที่ Shell facility ที่เมือง Norco ในปีพ.ศ. ๒๕๒๓ และ ๒๕๓๗ (ค.ศ. ๑๙๘๐ และ ๑๙๙๔) ในทั้งสองเหตุการณ์นั้นตัว disk หลุดออกมาจาก drive shaft แต่ตัว drive shaft ไม่ถูกดันจนหลุดออกมาจากตัววาล์ว เพียงแค่เคลื่อนตัวออกมาจนโอเปอร์เรเตอร์สังเกตเห็นได้ ทั้งนี้อาจเป็นเพราะว่าไม่ได้ใช้งานกับระบบความดันสูง โดยเหตุการณ์ในปี ๒๕๒๓ นั้นอาจเป็นไปได้ว่าไม่ได้มีการติดตั้ง dovel pin จากผู้ผลิตมาตั้งแต่ต้น ส่วนเหตุการณ์ในปี ๒๕๓๗ นั้นตัว dowel pin รับแรงเฉือนจนขาด

เหตุการณ์ในปีพ.ศ. ๒๕๓๔ (ค.ศ. ๑๙๙๑) เกิดขึ้นที่ระบบคอมเพรสเซอร์ของโรงงานที่เกิดเหตุนี้ โดยในระหว่างที่คอมเพรสเซอร์เกิดการ surge นั้น โอเปอร์เรเตอร์สังเกตุพบว่าวาล์วกันการไหลย้อนกลับที่อยู่ทางด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดที่ 3 (ซึ่งก็คือด้านขาออกของขั้นตอนการอัดที่ 2) มีการปิดกระแทกอย่างรุนแรงทุก ๆ 10-15 วินาที และท่อที่มีการสั่นทุก ๆ ครั้งที่วาล์วมีการปิดกระแทก นอกจากนี้จากการสังเกตโดยละเอียดพบว่ามีการรั่วไหลของแก๊สออกมาทางรูที่สอด drive shaft และตัว drive shaft มีการเคลื่อนตัวออกมาเล็กน้อย และยังตรวจพบการรั่วของแก๊สที่วาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาออกของขั้นตอนการอัดที่ 4 และ 5 และเมื่อทำการหยุดเดินเครื่องเพื่อตรวจสอบก็พบว่า dowel pin ทั้งสองตัวของวาล์วกันการไหลย้อนกลับที่อยู่ทางด้านขาเข้าของขั้นตอนการอัดที่ 3 นั้นขาดและตัว key นั้นหายไป จึงได้ทำการเปลี่ยนชิ้นส่วน dowel pin และติดตั้ง key ใหม่ ส่วนวาล์วอีกสองตัวที่ตรวจพบการรั่วไหลนั้นก็ต้องทำการเปลี่ยน packing ซึ่งในการนี้ต้องมีการถอด dowel pin ออก และไม่พบว่าเกิดความเสียหายใด ๆ จึงได้ใช้ตัวเดิมใส่กลับเข้าไป

ส่วนวาล์วตัวที่เกิดเรื่องในเหตุการณ์นี้ ในช่วงเวลานั้นไม่ได้แสดงปัญหาใด ๆ จึงไม่ได้รับการตรวจสอบ และหลังจากการซ่อมบำรุงครั้งนี้ ก็ไม่ได้มีบันทึกการตรวจสอบหรือซ่อมบำรุงใด ๆ กับวาล์วกันการไหลย้อนกลับของหน่วยนี้อีก

เดือนธันวาคมปีพ.ศ. ๒๕๓๔ (ค.ศ. ๑๙๙๑) เกิดการรั่วไหลของโพรเพนที่หน่วยทำความเย็นด้วยโพรเพนของโรงงานแห่งหนึ่งในประเทศซาอุดิอาระเบีย (ที่ Shell เข้าไปเป็นเจ้าของร่วมด้วย ในเหตุการณ์นี้หลังจากวาล์วกันการไหลย้อนกลับ(แบบเดียวกัน) มีการเปิด-ปิดอย่างรุนแรงซ้ำไปมา ผลก็คือ drive shaft นั้นถูกดันให้เคลื่อนตัวออกจากตัววาล์ว แต่โชคดีที่ด้านข้างของวาล์วนั้นมีท่อไอน้ำอยู่ จึงทำให้ตัว drive shaft ทั้งชุดไม่หลุดออกมาจากตัวเพลา โดยยังมีส่วนปลายค้างอยู่ในรูประมาณ 70 มิลลิเมตร แต่ถึงกระนั้นก็ทำให้มีแก๊สโพรเพนรั่วไหลออกมา โชคดีที่สองของเหตุการณ์นี้คือไม่มีการระเบิดเกิดขึ้น

จากการตรวจสอบตัววาล์วพบว่า dowel pin นั้นฉีกขาด และตัว key นั้นหลุดออกจาก key way ซึ่งเป็นปรากฏการณ์แบบเดียวกับที่เกิดขึ้นในการระเบิดนี้

เมื่ออุปกรณ์มีความเสียหายที่ไม่ได้เกิดจากการเสื่อมสภาพตามการใช้งานเกิดขึ้น การทำเพียงแค่การซ่อมมันให้กลับมาทำหน้าที่ได้เหมือนเดิมโดยไม่มีการพิจารณาว่าทำไมจึงเกิดความเสียหายนั้น ไม่ได้ช่วยรับรองว่าความเสียหายแบบเดียวกันจะเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ตัวเดิมนี้ หรืออุปกรณ์แบบเดียวกันนี้ที่ใช้ที่อื่น การพิจารณาว่าอะไรจะเกิดขึ้นตามมาได้ถ้าตรวจไม่พบความเสียหายนั้นจึงไม่ได้รับการพิจารณา (อย่างเช่นในกรณีนี้คืออะไรจะเกิดขึ้นถ้า drive shaft หลุดออกมาจากตัววาล์ว) จึงเป็นเรื่องสำคัญที่ควรได้รับการพิจารณา นอกจากนี้เหตุการณ์นี้ยังแสดงให้เห็นถึงการส่งผ่านประสบการณ์ให้กับผู้อื่น จะเห็นว่าจากเหตุการณ์แรกที่มีบันทึกไว้จนกระทั่งเกิดเหตุการณ์แบบเดียวกันที่ทำให้เกิดความเสียหายขนาดใหญ่นั้น ห่างกันถึง ๑๗ ปี หรือแม้แต่เหตุการณ์แบบเดียวกันที่เกิดขึ้นที่เดียวกันในเวลาห่างกันเพียงแค่ ๖ ปี ก็ยังถูกลืมเลือน

UVCE case 7 Shell Olefin Plant 2540 (1997) ตอนที่ ๑ MO Memoir : Sunday 20 December 2563

ตอนสายของวันอาทิตย์ที่ ๒๒ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๔๐ (ค.ศ. ๑๙๙๗) เวลาประมาณ ๑๐ โมงเศษ ได้เกิดการรั่วไหลของแก๊สก่อนที่จะเกิดการระเบิดตามมาในอีกไม่กี่นาที ณ โรงงานผลิตโอเลฟินส์ของบริษัท Shell ในมลรัฐเท็กซัส ประเทศสหรัฐอเมริกา อุบัติเหตุครั้งนี้แม้ว่าจะไม่มีผู้เสียชีวิตแต่ก็มีหลายประเด็นที่น่าสนใจ เช่นสาเหตุที่ทำให้เกิดการรั่วไหลนั้นต้นตอมาจากความเสียหายของชิ้นส่วนเล็ก ๆ ชิ้นส่วนหนึ่ง และความเสียหายดังกล่าวก็ไม่ได้เกิดขึ้นครั้งแรก แต่เคยได้เกิดขึ้นก่อนหน้านี้หลายครั้งแม้ว่าจะเกิดที่โรงงานอื่นแต่ก็เป็นของเครือบริษัทเดียวกัน ซึ่งเป็นการแสดงให้เห็นว่าข้อมูลอุบัติเหตุที่เกิดก่อนหน้านั้นไม่ได้มีการเผยแพร่ให้รับทราบกันอย่างทั่วถึง และมีการประเมินผลกระทบที่ตามมาต่ำเกินไป อาจเป็นเพราะว่าเหตุที่เกิดก่อนหน้านี้มีการตรวจพบก่อนที่จะเกิดความเสียหายรุนแรงตามมา

เรื่องที่นำมาเล่านี้นำมาจาก EPA/OSHA Joint Chemical Accident Investigation Report : Shell Chemical Company, Deer Park, Texas เผยแพร่เมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศ. ๒๕๔๑ (ค.ศ. ๑๙๙๘) ที่เป็นรายงานการสอบสวนที่เกิดขึ้นที่ Olefin Plant Number III (OP-III) แต่ก่อนอื่นจะขอปูพื้นฐานกระบวนการผลิตเอทิลีน โดยจะเน้นเฉพาะส่วนเพิ่มความดันให้กับแก๊ส ซึ่งเป็นจุดต้นตอของการรั่วไหลในเหตุการณ์นี้ แต่สำหรับผู้ที่สนใจสามารถอ่านเพิ่มเติมได้ในบทความเรื่อง

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๙ Charge gas compression ภาค ๑" (Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๗ วันอาทิตย์ที่ ๒๙ พฤษภาคม ๒๕๕๙)

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๐ Charge gas compression ภาค ๒" (Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๗๘ วันพฤหัสบดีที่ ๒ มิถุนายน ๒๕๕๙) และ

"ทำความรู้จักกระบวนการผลิตเอทิลีน ตอนที่ ๑๑ Charge gas compression ภาค ๓" (Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๘๑ วันพุธที่ ๘ มิถุนายน ๒๕๕๙)

ในการผลิตเอทิลีน (Ethylene C₂H₄ หรือ Ethene) นั้นจะนำไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่มาให้ความร้อนใน Pyrolysis furnace จนไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่นั้นแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงจนกลายเป็นเอทิลีนร่วมกับโอเลฟินส์ตัวอื่น เช่นโพรพิลีน (Propylene C₃H₆ หรือ Propene) เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้ดี ความดันการเกิดปฏิกิริยาจึงไม่สูงมาก (มากกว่าความดันบรรยากาศไม่มาก ทั้งนี้เพราะในปฏิกิริยานี้จำนวนโมลของผลิตภัณฑ์เพิ่มสูงกว่าสารตั้งต้น) การผลิตในส่วนนี้เป็นส่วนที่ใช้อุณหภูมิสูง (Hot side) ก็เรียกว่าตั้งแต่ระดับประมาณอุณหภูมิห้องไปจนถึงเกือบ 1000ºC (ขึ้นกับชนิดไฮโดรคาร์บอนที่ใช้เป็นสารตั้งต้น)

แก๊สผลิตภัณฑ์ร้อนที่ออกมาจาก Pyrolysis furnace นั้นจะถูกลดอุณหภูมิให้ต่ำลง (โดยใช้การดึงเอาความร้อนกลับไปใช้ประโยชน์) ก่อนจะเข้าสู่ขั้นตอนการอัดเพิ่มความดัน การอัดเพิ่มความดันนี้ก็เพื่อทำให้สามารถทำให้แก๊สเป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิที่ไม่ต่ำเกินไป และให้มีความดันมากพอที่แก๊สจะไหลผ่านระบบกลั่นแยกต่าง ๆ ไปจนถึงปลายทางสายการผลิต การผลิตส่วนนี้เป็นส่วนที่ใช้อุณหภูมิต่ำ ก็เรียกว่าประมาณอุณหภูมิห้องไปจนต่ำสุดก็ประมาณระดับ -100ºC

เพื่อที่จะรักษาประสิทธิภาพการอัดแก๊สและป้องกันไม่ให้เอทิลีนเกิดปฏิกิริยาถ้าอุณหภูมิแก๊สสูงเกินไป การอัดแก๊สให้ได้ระดับความดันที่ต้องการจึงต้องค่อย ๆ เพิ่มความดันทีละขั้น อย่างเช่นในโรงงานที่เกิดเหตุนี้ใช้การอัด 5 ขั้นตอนด้วยกัน โดยในระหว่างแต่ละขั้นตอนการอัดนั้นจะมีการแยกเอาส่วนที่เป็นของเหลวที่ควบแน่นออกมาเมื่อลดอุณหภูมิแก๊สความดันสูงที่ออกมาจากขั้นตอนการอัดแต่ละขั้น รูปที่ ๑ เป็นแผนผังของโรงงานที่เกิดเหตุ ส่วนรูปที่ ๒ เป็นแผนผังของหน่วยเพิ่มความดัน

รูปที่ ๑ แผนผังหน่วยการผลิตที่เกิดเหตุ ส่วนด้านทิศใต้เป็นส่วนที่เรียกว่า "Hot side" คือเป็นด้านที่รับวัตถุดิบ (ไฮโดรคาร์บอน) เข้ามา ให้ความร้อนใน Pyrolysis furnace เพื่อให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนโมเลกุลใหญ่แตกตัวเป็นเอทิลีน หน่วยนี้จะทำงานที่ความดันต่ำ (สูงกว่าบรรยากาศไม่มาก) จากนั้นแก๊สที่ออกจาก Pyrolysis furnace จะเข้าสู่หน่วยเพิ่มความดัน (Process gas compressor) ที่อยู่ทางด้านทิศเหนือ (เรียกว่า "Cold side") เพื่อเพิ่มความดันแก๊สให้สูงขึ้นก่อนส่งต่อเข้าระบบทำความเย็น และการกลั่นแยกต่อไป

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการอัดแก๊สที่มีการอัดเพิ่มความดัน 5 ขั้นตอนด้วยกัน

กระบวนการอัดแก๊สของโรงงานนี้เป็นกระบวนการอัด 5 ขั้นตอน (รูปที่ ๒) ใช้กังหันไอน้ำ (Steam turbine) ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ 5 ตัวที่ต่อร่วมแกนกัน การผลิตเอทิลีนนั้นเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานความร้อนสูง และเมื่อได้ผลิตภัณฑ์แล้วก็ต้องลดอุณหภูมิให้ต่ำลงก่อนทำการกลั่นแยก การลดอุณหภูมินี้ก็มีทั้งการนำความร้อนนั้นไปผลิตไอน้ำความดันสูงและถ่ายเทให้กับสายอื่นที่ต้องการอุ่นให้ร้อนขึ้น ส่วนหนึ่งของไอน้ำความดันสูงที่ได้มาก็นำมาใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องอัดแก๊ส (จะได้ลดการพึ่งพาพลังงานไฟฟ้าไปด้วยในตัว)

แก๊สที่ผ่านการอัดแต่ละขั้นตอนจะมีอุณหภูมิสูงขึ้น ซึ่งต้องลดให้ต่ำลงก่อนที่จะเข้าสู่ขั้นตอนถัดไป (ในรูปที่ ๒ ไม่ได้เขียนส่วนที่เป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเอาไว้) แก๊สร้อนที่มีความดันสูงขึ้นเมื่อทำให้เย็นลงก็จะมีไฮโดรคาร์บอนหนักบางส่วนควบแน่นออกมา ซึ่งต้องแยกออกจากแก๊สก่อนที่จะเข้าสู่ขั้นตอนอัดถัดไปโดยใช้ Liquid knock-out drum

อุปกรณ์สำคัญอีกตัวหนึ่งที่ต้องติดตั้งไว้ทางท่อด้านขาออกของปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ก็คือวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non-return valve) ทั้งนี้เพราะด้านขาออกมีความดันสูงกว่าด้านขาเข้า ถ้าหากปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดทำงาน (ไม่ว่าจะเป็นด้วยการกดปุ่มหยุดหรือไฟฟ้าดับก็ตาม) ของไหลความดันสูงทางด้านขาออกก็จะไหลย้อนกลับเข้าสู่ตัวปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ได้ และสามารถทำให้อุปกรณ์หมุนกลับทิศทาง ซึ่งถ้าหมุนด้วยความเร็วรอบสูงเกินไปก็จะเกิดความเสียหายต่อตัวอุปกรณ์ได้ หรืออาจทำให้ระบบท่อและ/หรืออุปกรณ์ด้านขาเข้าที่ไม่ได้ออกแบบไว้รองรับความดันที่สูงเกินนั้นเกิดความเสียหายได้

รูปที่ ๓ เหตุการณ์ในขณะเริ่มต้นเดินเครื่องเครื่องคอมเพรสเซอร์ใหม่หลังไฟฟ้าดับ

ทีนี้เราลองกลับมาดูเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่โรงโอเลฟินส์ดังกล่าว เริ่มจากการที่เกิดเหตุไฟฟ้าดับเมื่อเวลาประมาณ ๐๒.๑๕ น อันเป็นผลจากหม้อแปลงไฟฟ้าระเบิดจากพายุฝนฟ้าคะนอง ในช่วงเวลาดังกล่าวระบบไฟฟ้าสำรองได้ทำงานเพื่อจ่ายไฟให้กับระบบที่สำคัญบางส่วน ในช่วงเวลานี้ยังมี pyrolysis furnace บางตัวทำงานอยู่ ซึ่งจำเป็นต้องให้มีแก๊สไหลผ่านเพื่อรับความร้อน แต่เนื่องจากคอมเพรสเซอร์ที่จะดูดเอาแก๊สนั้นส่งต่อไปยังหน่วยกลั่นแยกไม่ทำงาน จึงต้องระบายแก๊สออกไปเผาทิ้งที่ระบบ flare ซึ่งถือว่าเป็นการสูญเสียและก่อให้เกิดควันดำมาก (เพราะหม้อไอน้ำที่ผลิตไอน้ำเพื่อไปเจือจางการเผาไหม้ที่ปากปล่อง flare หยุดทำงาน) ดังนั้นโอเปอร์เรเตอร์จึงได้ตัดสินใจที่จะเริ่มเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์ใหม่อีกครั้งเพื่อลดการสูญเสียและปัญหาการเกิดควันดำ เนื่องจากคอมเพรสเซอร์ขับเคลื่อนด้วยการใช้กังหันไอน้ำ ดังนั้นการเริ่มเดินเครื่องจึงเริ่มด้วย "Slow roll" หรือค่อย ๆ หมุนอย่างช้า ๆ ก่อน (รูปที่ ๓)

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับพวก Induction motor ที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลายที่สุดจะหมุนด้วยความเร็วรอบคงที่ที่ขึ้นอยู่กับความถี่กระแสไฟฟ้า ในช่วงที่มอเตอร์เริ่มหมุนนั้นกระแสจะไหลเข้าขดลวดสูงมาก แต่เมื่อหมุนจนได้ความเร็วรอบแล้วกระแสจะลดต่ำลงมาก ดังนั้นอุปกรณ์ที่ใช้มอเตอร์พวกนี้ขับเคลื่อน ตอนเริ่มเดินเครื่องจึงต้องทำให้มอเตอร์หมุนจนถึงความเร็วรอบให้เร็วที่สุด และให้มี load ตอนเริ่มเดินเครื่องต่ำสุด เพื่อไม่ให้กระแสตอนเริ่มเดินเครื่องนั้นสูงมากเกินไป

ด้วยเหตุนี้ในกรณีของปั๊มหอยโข่ง เวลาเริ่มเดินเครื่องจึงมักจะปิดวาล์วด้านขาออกของปั๊มหรือเปิด minimum flow line เอาไว้ เพื่อให้มอเตอร์มี load ต่ำสุดซึ่งจะเกิดขึ้นเมื่ออัตราการของของเหลวเป็นศูนย์ ในกรณีของคอมเพรสเซอร์ที่ถ้าเป็นการอัดอากาศธรรมดา ก็จะใช้การเปิดท่อทางออกสู่บรรยากาศเพื่อให้มอเตอร์มี load ต่ำสุดเช่นกัน เพราะเป็นการดูดอากาศที่ความดันบรรยากาศและปล่อยออกไปที่ความดันบรรยากาศเช่นเดิม

แต่ถ้าเป็นการขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำจะแตกต่างออกไป เพราะไอน้ำจะทำให้ตัวกังหันไอน้ำร้อนขึ้น และเมื่อโลหะร้อนก็จะมีการขยายตัว ดังนั้นเพื่อป้องกันความเสียหายที่เกิดขึ้นจากชิ้นส่วนโลหะแต่ละชิ้นส่วนขยายตัวแตกต่างกัน จึงจำเป็นที่ต้องให้อุปกรณ์ค่อย ๆ ร้อนขึ้นอย่างช้า ๆ (ทำนองเดียวกับการเปิดไอน้ำเข้าระบบท่อที่เย็น ที่ต้องค่อย ๆ เปิดเพื่ออุ่นท่อให้ร้อนและลดการเกิด water hammer เนื่องจากไอน้ำควบแน่นในปริมาณมากในระบบท่อที่เย็น) ขั้นตอนนี้คือขั้นตอน "Slow roll" ที่เขียนไว้ในรูปที่ ๓ ซึ่งขั้นตอนทั้งหมดจะกินเวลาอย่างน้อย 2 ถึง 4 ชั่วโมง

พวก rotating machinery หรือเครื่องจักรกลที่มีชิ้นส่วนที่หมุนจะมีช่วงความเร็วเชิงมุมของการหมุนช่วงหนึ่งที่เรียกว่า "critical speed" (รูปที่ ๔) ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นจะมีการสั่นด้วยความถี่ธรรมชาติที่ค่า ๆ หนึ่ง และเมื่อใดก็ตามที่ความเร็วเชิงมุมนี้สอดคล้องกับความถี่การสั่นตามธรรมชาติ ก็จะทำชิ้นส่วนนั้นเกิดการสั่นที่รุนแรงขึ้น ถ้าความเร็วรอบการหมุนอยู่นอกช่วงนี้ (ไม่ว่าจะเป็นช้ากว่าหรือเร็วกว่า) การสั่นก็จะลดลง ในกรณีของอุปกรณ์ที่สามารถเพิ่มความเร็วรอบการหมุนได้เร็ว ช่วงเวลาที่ชิ้นส่วนมีความเร็วรอบในช่วง critical speed ก็จะสั้น แต่ถ้าเป็นกรณีของอุปกรณ์ที่ต้องเพิ่มความเร็วรอบการหมุนอย่างช้า ๆ เช่นกรณีของกังหันแก๊สในที่นี้ ช่วงเวลาที่ความเร็วรอบการหมุนอยู่ในช่วง critical speed ก็จะนานมากขึ้น ด้วยเหตุนี้เพื่อป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับตัวอุปกรณ์ จึงได้มีการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจวัดการสั่นสะเทือน (vibration sensor) ที่จะหยุดการทำงานของอุปกรณ์ถ้าตรวจพบการสั่นที่สูงมากเกินไป

และในระหว่างการเริ่มต้นเดินเครื่องคอมเพรสเซอร์นี้ vibration sensor ก็ได้ตรวจพบการสั่นสะเทือนที่มากเกินไป จึงได้ทำการหยุดการทำงานของคอมเพรสเซอร์ เหตุการณ์ดังกล่าวเกิดขึ้นหลายครั้ง แต่เนื่องจากโอเปอร์เรเตอร์เข้าใจว่าสาเหตุเกิดจากการเร่งความเร็วรอบผ่าน critical speed ที่ช้าเกินไป จึงได้ทำการ reset สัญญาณและเริ่มต้นเดินเครื่องใหม่

อนึ่งในรายงานการสอบสวนบันทึกไว้ว่า โอเปอร์เรเตอร์ที่ทำหน้าที่เดินเครื่องคอมเพรสเซอร์นั้นได้ข้ามขั้นตอนหนึ่งไปก็คือการระบายของเหลวที่ควบแน่นออกจากระบบ เพราะถ้ามีของเหลวเหล่านี้สะสมมากเกินไป มันจะสามารถหลุดรอดเข้าไปในตัวกังหันไอน้ำและคอมเพรสเซอร์ได้ ซึ่งจะนำไปสู่การสั่นอย่างรุนแรง ค่าการสั่นปรกติจะอยู่ที่ 0.2 mil แต่ตรวจวัดการสั่นได้ถึง 1.0 mil

หน่วย "mil" ในที่นี้คือ 1 ใน 1000 นิ้วนะ ไม่ใช่มิลลิเมตรที่เขียนย่อว่า mm

รูปที่ ๔ ช่วงความเร็ววิกฤตหรือ Critical speed ของ rotating machinery

เมื่อปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดทำงานนั้น ของไหลทางด้านความดันสูงจะไหลย้อนกลับ การไหลย้อนกลับนี้จะทำให้วาล์วกันการไหลย้อนกลับปิดตัว ในกรณีของวาล์วกันการไหลย้อนกลับแบบ swing check valve นั้น ตัว valve disc จะปิดตัวเร็วแค่ไหนก็ขึ้นอยู่กับความดันด้านขาเข้าว่าลดลงเร็วแค่ไหน ถ้าของไหลเป็นแก๊ส ความเร็วในการปิดก็จะเร็วกว่ากรณีที่ของไหลเป็นของเหลว (แบบเดียวกับที่เราเห็นการเติมของเหลวเข้าไปใน pressure gauge เพื่อหน่วงการสั่นของอุปกรณ์เวลาที่ใช้กับระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงความดันอย่างรวดเร็ว) และในส่วนของคอมเพรสเซอร์นั้นยังมีเรื่องการเกิด surging เข้ามาเกี่ยวข้องอีก (อ่านเพิ่มเติมได้ในเรื่อง "Centrifugal compressor กับการเกิด Surge และการป้องกัน" Memoir ปีที่ ๕ ฉบับที่ ๕๗๘ วันเสาร์ที่ ๑๖ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๖)

รูปที่ ๕ ตัวอย่างรูปร่างหน้าตาของ Pneumatically-assisted swing check valve ที่มีกระบอกสูบลมช่วยในการดึงให้วาล์วอยู่ในตำแหน่งปิดสนิท/ป้องกันการกระแทกของ valve disc ในขณะปิด ตัวกระบอกสูบลมนี้จะมีวาล์วปรับแต่งการปิดว่าจะให้ปิดช้าหรือเร็วแค่ไหน ส่วน counterweight หรือน้ำหนักถ่วงนั้นถ้าติดตั้งอยู่ทางฝั่งเดียวกับ valve disc ก็จะช่วยให้วาล์วเคลื่อนตัวเพื่อปิดได้ง่ายขึ้น แต่ก็จะทำให้ต้องใช้แรงดันมากขึ้นเพื่อดันให้วาล์วเปิด ในทางกลับกันถ้าน้ำหนักถ่วงนั้นอยู่คนละฟากของ valve disc ก็จะช่วยให้วาล์วเปิดได้ง่ายขึ้น แต่ก็จะปิดได้ยากขึ้น (รูปจาก https://www.made-in-china.com)

รูปที่ ๕ เป็นตัวอย่างหนึ่งของ swing check valve ที่มีอุปกรณ์ประกอบคือ Counter weight หรือน้ำหนักถ่วง และ Pneumatic cylinder หรือกระบอกสูบลม ตัวน้ำหนักถ่วงนี้ไม่เพียงแต่จะใช้ช่วยในการเปิดหรือปิดวาล์ว (ขึ้นอยู่กับว่าติดตั้งน้ำหนักถ่วงไว้ทางด้านไหน) แต่ยังช่วงแสดงให้เห็นด้วยว่าในขณะนั้นวาล์วเปิดหรือปิดอยู่ ส่วนตัวกระบอกสูบลมนั้นก็ทำหน้าที่ทั้งช่วยเพิ่มแรงต้านทานการเปิด (ลดปัญหาการเปิดปิดอย่างรวดเร็ว) และยังช่วงหน่วงการปิด (ไม่ให้ปิดกระแทกแรง) เพลา (shaft) ที่ติดตั้งน้ำหนักถ่วงนี้อาจเป็นเพลาตัวเดียวกับที่ติดตั้ง valve disc หรืออาจเป็นคนละตัวกัน

ตัว valve disc อยู่ข้างในตัววาล์วในขณะที่ counter weight อยู่ข้างนอก ดังนั้นเพื่อให้ counter weight หมุนไปตามการเคลื่อนตัวของ valve disc จึงจำเป็นที่ต้องให้การเคลื่อนตัวของ valve disc นั้นทำให้เพลาที่ใช้เป็นแกนหมุน หมุนตามไปด้วย ดังนั้นจำเป็นต้องมีการตรึงตัว valve disc และแขนติดตั้ง counter weight เข้ากับตัวเพลา วิธีการหนึ่งที่ใช้กันที่เหมาะสำหรับการส่งกำลังและสามารถรับแรงได้ดีคือการใช้ระบบ key, key seat/key way (รูปที่ ๖) โดยตัว key นั้นทำหน้าที่ส่งผ่านแรงการหมุนจากชิ้นส่วนหนึ่งไปยังอีกชิ้นส่วนหนึ่ง

รูปที่ ๖ ระบบ key, keyseat และ keyway ที่ใช้ส่งผ่านการหมุนระหว่างชิ้นส่วนสองชิ้นที่สวมเข้าด้วยกัน (ภาพจาก https://www.lovejoy-inc.com)

นอกจากนี้ตรงจุดที่เพลาโผล่ทะลุตัววาล์วออกมา ก็ต้องมีการป้องกันไม่ให้ของไหลข้างในรั่วไหลออกมาข้างนอกได้ โดยที่ยังต้องให้เพลานั้นหมุนได้โดยมีแรงเสียดทานน้อยที่สุด เทคนิคหนึ่งที่ใช้กันตรงนี้ก็คือการใช้ stuffing box (สำหรับผู้ที่ยังไม่รู้จัก stuffinb box ของให้อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ใน Memoir ปีที่ ๙ ฉบับที่ ๑๓๑๐ วันพฤหัสบดีที่ ๑๒ มกราคม ๒๕๖๐ เรื่อง "Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) ของอุปกรณ์ ตอน Auxiliary piping ของปั๊มหอยโข่ง")

สำหรับตอนที่ ๑ นี้ก็ถือว่าเป็นการแนะนำให้รู้จักกับตัวละครสำคัญที่เกี่ยวข้องในเหตุการณ์ก่อนก็แล้วกัน ส่วนที่ว่าแล้วมันเกิดอะไรขึ้นต่อก็ขอเอาไว้เล่าต่อในตอนที่ ๒

Isolation ด้วยวาล์วกันการไหลย้อนกลับเพียงตัวเดียว MO Memoir : Sunday 10 March 2562

un-or-tho-dox adj. not in accordance with what is orthodox conventional, traditional

ดิกชันนารี Oxford Advanced Learner's Dictionary of Current English ฉบับจัดพิมพ์เมื่อปีค.ศ. ๑๙๘๘ ให้นิยามของคำว่า unortodox ไว้ในย่อหน้าข้างต้น ถ้าแปลเป็นไทยก็คงจะออกมาทำนอง "ไม่เป็นไปตามธรรมเนียมปฏิบัติ"
 

ในการทำ isolation ระบบเพื่อการซ่อมบำรุงนั้นมักจะย้ำกันนักหนาว่าอย่าไว้วางใจใช้เพียงแต่วาล์วตัวเดียวว่าจะปิดได้สนิท เพราะมันก็เคยมีกรณีที่ใช้วาล์ว ๓ ตัวต่ออนุกรมกัน (Memoi rฉบับวันอาทิตย์ที่ ๓ มีนาคม ๒๕๖๒) หรือใช้ระบบ double block and bleed (Memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๗ มีนาคม ๒๕๖๒) ที่มีการรั่วไหลจากด้าน process ย้อนออกมาทางด้าน equipment ได้ ยิ่งเป็นกรณีของวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (เรียกแบบอังกฤษก็คือ non-return valve หรือแบบอเมริกันก็คือ check valve) ที่มักจะมีชื่อเสียงในทางลบด้วยแล้วว่า "มักจะเปิดเมื่อควรจะปิด และมักจะปิดเมื่อควรจะเปิด" ก็ยิ่งอย่าไปคาดหวังอะไร
 

แต่กรณีที่นำมาเล่าในวันนี้ เป็นกรณีพิเศษที่ใช้เพียงแค่วาล์วกันการไหลย้อนกลับเพียงตัวเดียว ป้องกันไม่ให้ process fluid รั่วไหลออกมานอกระบบในขณะที่ทำการเปลี่ยนวาล์วที่อยู่ทางด้าน upstream ของวาล์วกันการไหลย้อนกลับ กรณีแบบนี้เห็นว่าถ้าไม่มีความจำเป็นอย่างยิ่งแล้ว อย่าเสี่ยงทำแบบนี้ดีกว่า และคงเหมาะสำหรับกรณีของท่อขนาดเล็กที่ถ้าต้องหยุดเดินเครื่องโรงงานทั้งโรงเพื่อเปลี่ยนวาล์วเพียงตัวเดียวก็ไม่น่าจะคุ้ม
 

การแก้ปัญหานี้ทาง Prof. Kletz เห็นว่าเป็นการใช้วิธีการ "lateral thinking" ที่ถ้าแปลตรงตัวก็คงจะได้ว่า "การคิดทางคู่ขนาน" แต่ก็มีคนแปลว่า "คิดนอกกรอบ" แต่ไม่ว่าจะแปลออกมาอย่างไรก็ตามมันก็นำไปสู่การทำงานแบบที่เรียกว่า unorthodox ก็คือ ถ้ายึดเอาวิธีการเป็นหลักในการพิจารณา มันเป็นสิ่งที่สอนกันต่อมาว่าไม่ควรทำเพราะมันก็ไม่เหมาะสมหรือไม่ถูกต้อง แต่ถ้ายึดเอาหลักการหรือวัตถุประสงค์เป็นหลักในการพิจารณา มันก็ไม่ผิดอะไร

รูปที่ ๑ ระบบที่ต้องการเปลี่ยนวาล์ว เป็นท่อขนาด 1" ที่วาล์วตัวหนึ่งติดค้างอยู่ในตำแหน่งเปิดและต้องการเปลี่ยน ด้าน process เป็นแก๊สที่ติดไฟได้ที่ความดัน 260 psig (ประมาณ 17.5 bar.g) โดยมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับเพียงตัวเดียวขวางกั้นระหว่าง process fluid กับวาล์วที่ต้องการเปลี่ยน (วาดขึ้นใหม่โดยอิงจากรูปใน ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๔๙ เดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๗๓ (พ.ศ. ๒๕๑๖) เรื่องที่ 49/2)
 

ระบบที่เป็นปัญหานั้นแสดงไว้ในรูปที่ ๑ ที่เป็นท่อขนาด 1 นิ้ว โดยวาล์วตัวหนึ่งติดค้างอยู่ในตำแหน่งเปิด (คือไม่สามารถหมุนปิดได้) ด้าน process เป็นแก๊สที่ติดไฟได้ที่ความดัน 260 psig (ประมาณ 17.5 bar.g) โดยมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับเพียงตัวเดียวขวางกั้นระหว่าง process fluid กับวาล์วที่ต้องการเปลี่ยน พูดง่าย ๆ ก็คือถ้าจะเปลี่ยนวาล์วตัวที่มีปัญหา ก็ต้องพึ่งวาล์วกันการไหลย้อนกลับในการป้องกันไม่ให้แก๊สด้าน process fluid รั่วไหลออกมา

รูปที่ ๒ การเปลี่ยนวาล์วที่อยู่ทางด้าน upstream ของวาล์วกันการไหลย้อนกลับ โดยใช้เพียงแค่วาล์วกันการไหลย้อนกลับป้องกันไม่ให้ process fluid รั่วออกมา นำมาจากบทความที่ ๔๙/๓ ใน ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๔๙ เดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๗๓ (พ.ศ. ๒๕๑๖)

ที่นี้ลองมาดูว่าเขาทำกันอย่างไร ต้นฉบับภาษาอังกฤษแสดงไว้ในรูปที่ ๒ แต่ส่วนนี้ขอแปลเป็นภาษาไทยไปทีละข้อให้กับผู้ที่ไม่ถนัดกับศัพท์ภาษาอังกฤษ

๑. ก่อนที่จะเริ่มการทำงาน มีการเขียนข้อควรระวังต่าง ๆ เป็นลายลักษณ์อักษรโดยละเอียดโดยใช้ line diagram และวิธีปฏิบัติต่าง ๆ ได้รับการกลั่นกรองและเห็นชอบจากระดับเบื้องบนเหนือขึ้นไป (ในที่นี้คือ technical safety manager และ assistant work manager ที่ไม่ว่าจะเรียกว่าอะไรก็ตาม ก็ควรต้องเป็นผู้ที่มีความรู้และประสบการณ์ในงาน)
 

ประเด็นนี้ในบทความให้ความสำคัญกับเรื่องการเขียนเป็น "ลายลักษณ์อักษร" เพราะจะเป็นการย้ำเตือนว่าต้องทำอะไรกันบ้าง เพราะถ้าไม่มีการบันทึกเอาไว้อย่างชัดเจน พอถึงเวลาทำงานจริงก็อาจมีการหลงลืมข้ามขั้นตอนกันได้ โดยเฉพาะกับงานที่ต้องทำแข่งกับเวลาเช่นในกรณีนี้

๒. มีการเอ็กซ์เรย์ (ในที่นี้ใช้คำว่า radiographed) วาล์วกันการไหลย้อนกลับ เพื่อตรวจว่าวาล์วกันการไหลย้อนกลับดังกล่าวอยู่ในสภาพที่ดีและสามารป้องกันการรั่วไหลได้
 

ประเด็นนี้บทความไม่ได้มีการระบุไว้ชัดเจนว่าทำการเอ็กซ์เรย์เมื่อใด แต่เดาว่าควรที่จะมีการเอ็กซ์เรย์อย่างน้อยสองครั้ง คือครั้งแรกกระทำก่อนที่จะวางแผน คือถ้าพบว่าวาล์วกันการไหลย้อนกลับมันรั่ว มันก็ทำอะไรต่อไม่ได้ และครั้งที่สองคือก่อนที่จะถอดวาล์ว เพื่อเป็นการยืนยันว่าตลอดระยะเวลาที่วางแผนการทำงานจนกระทั่งก่อนถึงเวลาลงมือนั้น วาล์วกันการไหลย้อนกลับยังคงอยู่ในสภาพที่ดีเหมือนเดิม

๓. ใช้ความระมัดระวังไม่ให้ความดันด้าน upstream มีการแกว่งไปมาในระหว่างช่วงเวลาทำการเอ็กซ์เรย์และลงมือปฏิบัติงาน
 

คำว่า "upstream" ในที่นี้เห็นว่าความหมายไม่ชัดเจนเท่าใด เพราะถ้าพิจารณาการทำงานปรกติ ด้านวาล์วที่ต้องการเปลี่ยนจะอยู่ทางด้าน upstream ของวาล์วกันการไหลย้อนกลับ แต่ถ้าเป็นการถอดเปลี่ยนวาล์ว ด้านวาล์วกันการไหลย้อนกลับจะเป็นด้าน upstream แต่ดูจากเนื้อหาแล้วเดาว่าควรจะเป็นแบบหลังคือด้านวาล์วกันการไหลย้อนกลับเป็นด้าน upstream
 

การที่ต้องระวังไม่ให้ความดันด้าน upstream มีการแกว่งไปมาเดาว่าคงเป็นเพราะเพื่อป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนปิดกั้นการไหลของวาล์วกันการไหลย้อนกลับมีการขยับตัว เพราะถ้ามีการขยับเมื่อใดก็จะเกิดการรั่วไหลเกิดขึ้น

๔. vent valve ถูกล็อคให้อยู่ในตำแหน่งเปิด เพื่อเป็นการยืนยันว่าไม่มีการรั่วไหลผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับ ในขณะที่วาล์วตัวอื่นนั้นถูกล็อคให้อยู่ในตำแหน่งปิด
 

ตรงนี้ควรคำนึงด้วยว่าท่อ vent นี้ควรที่จะระบายแก๊สออกสู่บริเวณที่ปลอดภัยถ้าหากมีการรั่วไหล ไม่ใช่ปล่อยให้รั่ว ไหลออกมาใกล้กับบริเวณที่ทำงาน

๕. การถอดข้อต่อต้องค่อย ๆ ถอดด้วยความระมัดระวัง เผื่อว่าถ้าเกิดการรั่วไหลจะได้ขันปิดได้ดังเดิม

นอกจากนี้ยังมีประเด็นอื่นที่มีการนำมาพิจารณาอีกดังนี้

๖. จะไม่มีการใส่ slip plate เนื่องจากเห็นว่าสามารถเปลี่ยนวาล์วได้รวดเร็ว (วาล์วสำหรับท่อ 1 นิ้ว ตัวหน้าแปลนก็น่าจะมีนอตยึดเพียงแค่ 4 ตัว) แต่ถ้าเป็นท่อขนาดใหญ่ก็ควรพิจารณาการใส่ slip plate

ตรงนี้เดาว่าในกรณีของท่อขนาดใหญ่นั้นควรพิจารณาใส่ slip plate ทางด้านวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (รูปที่ ๓) กล่าวคือทำการถอดนอตวาล์วที่ต้องการเปลี่ยนทางด้านวาล์วกันการไหลย้อนกลับก่อน แต่ไม่จำเป็นต้องถอดหมด เอาเพียงแค่สอด slip plate ได้ก็พอ จากนั้นจึงค่อยไปถอดนอตฝั่งทางด้าน vent ให้เสร็จ (ซึ่งคงเป็นงานที่ต้องใช้เวลาเพราะวาล์วตัวใหญ่ขึ้นก็มีนอตที่ต้องถอดมากขึ้น การมี slip plate จะช่วยป้องกันการรั่วไหลถ้าหากมีการรั่วไหลผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับ) แล้วจึงค่อยมาถอดนอตฝั่ง slip plateออกเพื่อนำวาล์วตัวเก่าออกและรีบใส่ตัวใหม่เข้าไปแทน
 

ผมเองคิดว่าในขณะเดียวกันก็ควรต้องระวังไม่ให้มีการสั่นสะเทือนไปถึงตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับด้วย เพราะอาจทำให้กลไกที่ปิดกั้นการไหลอยู่นั้นเกิดการขยับตัวเนื่องจากการสั่น ทำให้เกิดการรั่วไหลออกมาได้ (บทความไม่ได้มีการระบุว่าเป็นวาล์วกันการไหลย้อนกลับเป็นแบบ swing หรือ lift)

รูปที่ ๓ ตำแหน่งที่คาดว่าเป็นตำแหน่งที่จะใส่ slip plate ถ้าหากวาล์วมีขนาดใหญ่

๗. มีการทดลองปฏิบัติกับระบบเสมือนจริง แต่ใช้ fluid ที่ไม่มีอันตราย (ถ้า process fluid เป็นแก๊สก็อาจใช้อากาศหรือแก๊สไนโตรเจน แต่ถ้า process fluid เป็นของเหลวก็อาจใช้น้ำ)

๘. มีแผนรองรับในกรณีที่หากมีการรั่วไหลผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับในขณะทำงาน (ซึ่งคงเป็นกรณีที่เกิดขึ้นระหว่างการถอดนอตหรือใส่นอต) ด้วยการใช้น้ำหรือน้ำมันหนัก (คือพวกที่มีจุดวาบไฟสูง) อัดสวนทางเข้าไปเพื่อลดการรั่วไหลผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับ แต่ทั้งนี้ของเหลวที่อัดสวนทางเข้าไปนั้นควรที่จะมีอุณหภูมิจุดเดือดสูงกว่าอุณหภูมิของ process fluid ที่รั่วออกมา ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้ของเหลวที่อัดสวนทางเข้าไปนั้นเดือดกลายเป็นไอเมื่อพบกับ process fluid ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือดของมัน

เรื่องนี้ยังไม่จบสมบูรณ์ ยังมีตอนต่ออีกเล็กน้อย เพราะยังมีอีกบางประเด็นที่ควรค่าแก่การพิจารณา แต่ Prof. Kletz ไปเขียนรวมอยู่กับเรื่อง "ลอยเรือสำรวจภายในถังลูกโลก" ที่วางแผนไว้ว่าจะเขียนเป็นเรื่องต่อไป สำหรับฉบับนี้ก็คงจะขอจบลงเพียงแค่นี้

การติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาเข้าปั๊มหอยโข่ง MO Memoir : Wednesday 14 March 2561

ปั๊มหอยโข่ง (centrifutal pump) ที่จ่ายของเหลวขึ้นที่สูง หรือไปยังระบบที่มีความดันสูง จำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non-return valve) ด้านขาออก เพื่อที่ว่าเวลาที่ปั๊มหยุดเดินเครื่อง ของเหลวด้านขาออกจะไม่ไหลย้อนกลับมาทางท่อด้านขาเข้าผ่านตัวปั๊ม โดยจะติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับไว้ระหว่างตัวปั๊มกับ block valve ด้านขาออก นอกจากนี้ตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับยังอาจทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์นิรภัยด้วย เช่นในกรณีที่ความดันท่อด้านขาออกและด้านขาเข้าต่างกันมากหรือของเหลวด้านขาออกนั้นมีอุณหภูมิที่แตกต่างกว่าด้านขาเข้ามาก (เช่นส่งของเหลวเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) ทำให้การเลือกวัสดุที่ใช้ทำระบบท่อด้านขาเข้า (และอาจรวมถึงตัวปั๊ม) นั้นแตกต่างไปจากวัสุดที่ใช้ทำระบบท่อด้านขาออก (เช่นทนได้เพียงแค่อุณหภูมิปรกติของของเหลวที่สูบและจ่ายออก แต่ไม่ทนต่ออุณหภูมิที่ร้อนจัดหรือเย็นจัดทางด้านขาออก) ในกรณีเช่นนี้ถ้าปล่อยให้ของเหลวด้านขาออกนั้นไหลย้อนกลับมาทางด้านขาเข้า ก็อาจทำความเสียหายให้กับตัวปั๊มและระบบท่อด้านขาเข้าได้ (รูปที่ ๑ (บน))
 

การติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาเข้าปั๊มหอยโข่งก็มีเหมือนกัน แต่จะเป็นกรณีที่ระดับของเหลวที่จะทำการสูบนั้นอยู่ต่ำกว่าระดับตัวปั๊ม เช่นการสูบน้ำขึ้นจากบ่อ ในกรณีนี้จะติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับไว้ที่ปลายท่อดูดที่จุ่มอยู่ในของเหลว (โดยอาจมีกระโหลกหุ้มอีกทีเพื่อกันสิ่งสกปรกขนาดใหญ่ไม่ให้ถูกดูดเข้าท่อ) วาล์วกันการไหลย้อนกลับแบบนี้เรียก foot valve หรือที่บ้านเราเรียกว่าวาล์วหัวกะโหลก (รูปที่ ๑ (ล่าง)) เหตุผลที่ต้องติดตั้งวาล์วหัวกระโหลกก็เพราะปั๊มหอยโข่งไม่สามารถทำสุญญากาศได้มากพอที่จะดึงน้ำจากระดับที่อยู่ต่ำกว่าได้ จำเป็นต้องมีการ "ล่อน้ำ" คือเต็มน้ำให้เต็มตัวปั๊มและท่อด้านขาเข้าก่อน วาล์วหัวกระโหลกทำให้น้ำยังคงค้างอยู่ในตัวปั๊มและท่อด้านขาเข้าเมื่อหยุดเดินเครื่องปั๊ม ทำให้สามารถเริ่มเดิมเครื่องปั๊มได้ใหม่โดยไม่ต้องทำการล่อน้ำใหม่ทุกครั้ง แต่ถ้าเป็นปั๊มลูกสูบจะไม่มีปัญหานี้ เพราะมันล่อน้ำด้วยตัวเองได้

รูปที่ ๑ (บน) ในกรณีที่ของเหลวในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีอุณหภูมิแตกต่างไปจากของเหลวด้านขาเข้ามาก วัสดุของตัวปั๊มและท่อด้านขาเข้าอาจทนต่ออุณหภูมิดังกล่าวไม่ได้ ตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นอุปกรณ์นิรภัยตัวหนึ่งด้วย (ล่าง) การติดตั้ง foot valve เพื่อช่วยในการล่อน้ำ
 

เมื่อวานมีโอกาสได้ไปเยี่ยมสถาบันการศึกษาแห่งหนึ่ง ผมก็ได้เล่าให้อาจารย์ท่านที่พาผมเดินเยี่ยมชมว่า จะว่าไปแล้วเรื่องที่เราจะเอามาสอนนิสิตได้นั้นมันก็มีอยู่ทั่วไปหมด แม้กระทั่งสิ่งที่อยู่ใกล้ตัว เช่นเรื่องวาล์วกับปั๊ม บางทีก็ไม่ต้องไปหาตัวอย่างของจริงให้นิสิตดูไกล ๆ หลายเรื่องที่ผมเอามาเขียนลง blog ก็ไปถ่ายภาพจากห้องใต้ถุนอาคารที่นั่งทำงานอยู่ เพราะเป็นที่ตั้งของปั๊มส่งน้ำขึ้นอาคารและปั๊มน้ำดับเพลิง
 

และระหว่างที่เดินจากห้องแลปหนึ่งเพื่อไปยังอาคารโรงอาหาร ก็บังเอิญไปเห็นปั๊มน้ำส่งน้ำขึ้นอาคาร ๒ ตัว ที่ติดตั้งอยู่ใต้บันไดทางขึ้นตึก (รูปที่ ๒) ข้างล่าง เห็นบางอย่างมันสะดุดตา ก็เลยต้องขอมุดเข้าไปเยี่ยมชม ลองพิจารณาดูเองก่อนไหมครับว่ามันมีอะไรไม่เหมือนทั่วไปอยู่ตรงไหน

รูปที่ ๒ ภาพด้านข้างของปั๊มส่งน้ำขึ้นอาคารแห่งหนึ่ง

ปรกติตัวอาคารนั้นมักจะมีการสร้างบ่อเก็บน้ำประปาไว้ใต้ดิน (ใช้ระบบลูกลอยปิดทางน้ำเข้าเมื่อน้ำเต็มบ่อ) แล้วค่อยใช้ปั๊มสูบน้ำจ่ายขึ้นไปบนอาคารอีกที (เช่นส่งขึ้นถังเก็บชั้นบนก่อนปล่อยลงมาใหม่) บางอาคารนั้นตัวบ่อพักน้ำนี้เป็นส่วนหนึ่งของห้องใต้ดิน ตัวปั๊มน้ำก็อยู่ในห้องใต้ดิน อยู่ต่ำกว่าระดับน้ำในบ่อพัก ในกรณีเช่นนี้มันไม่ต้องมีการติดตั้ง foot valve ด้านขาเข้าปั๊มเพราะมันไม่ต้องล่อน้ำ เพียงแค่เปิดวาล์วด้านขาเข้าน้ำก็จะไหลเข้ามาเต็มตัวปั๊มเอง แต่ถ้าตัวปั๊มนั้นตั้งอยู่บนพื้นดิน ท่อดูดต้องจุ่มแช่ลงไปในบ่อพักน้ำ ก็ต้องมีการติดตั้ง foot valve ไว้ที่ปลายท่อดูดที่จมอยู่ใต้ระดับน้ำ แต่กรณีนี้มาแปลกก็คือมีการติดตั้ง swing check valve ไว้ทางด้านขาเข้าของปั๊มน้ำ (ส่วนปลายท่อดูดจะมี foot valve ด้วยหรือไม่ผมก็ไม่รู้) นอกเหนือไปจากทางด้านขาออกที่มันต้องมีอยู่แล้ว ดูจากสภาพแล้ววาล์วด้านขาเข้านี้น่าจะเป็นวาล์วตัวเก่า ส่วนที่ว่าจำเป็นต้องติดตั้งมันเอาไว้ทำไปนั้น ก็ยังนึกเหตุผลไม่ออกเหมือนกัน วานใครก็ได้ที่รู้ช่วยบอกที
 

รูปที่ ๓ ภาพจากทางด้านหน้า ตรงลูกศรสีเหลืองชี้เป็นแกนหมุน (บานพับ) ของตัว disc ทำให้รู้ว่าวาล์วเหล่านี้เป็น swing check valve

ข้อพึงคำนึงพื้นฐานในการเลือกใช้วาล์ว (Valve Philosophy) ตอนที่ ๕ MO Memoir : Sunday 12 November 2560

มาต่อกันที่หัวข้อ 2.4 ในส่วนล่างของหน้าที่ 12 ที่เกี่ยวกับระบบวาล์วรอบปั๊มและคอมเพรสเซอร์
 

เรื่องของระบบ piping รอบปั๊มหอยโข่งเคยเล่าไว้ตั้งแต่ Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๒๒ วันพฤหัสบดีที่ ๑๘ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "ฝึกงานภาคฤดูร้อน ๒๕๕๓ ตอนที่ ๖ ระบบ piping ของปั๊มหอยโข่ง" และใน Memoir ที่ตามหลังจากนั้นอีกหลายฉบับ (เช่นในเรื่อง "นานาสาระเรื่องการเริ่มเดินเครื่องปั๊มหอยโข่ง" และบทความในชุด "Piping and Instrumentation Diagram (P&ID) รอบอุปกรณ์" ที่ยกตัวอย่างปั๊มชนิดต่าง ๆ รวมทั้งคอมเพรสเซอร์)
 

คำว่า "block valve" ที่ปรากฏในเอกสารหมายถึงวาล์วที่ทำหน้าที่ปิดกั้นการไหล ส่วนจะเป็นชนิดไหนนั้น (คือจะเป็นชนิด gate globe ball plug หรือ butterfly) ขึ้นอยู่กับแต่ละระบบ
 

อุปกรณ์พวกปั๊มและคอมเพรสเซอร์ที่ทำงานต่อเนื่องไม่มีหยุดพัก มักต้องมีตัวสำรองเอาไว้สำหรับเวลาที่ต้องหยุดเดินเครื่องตัวหลักเพื่อทำการซ่อมบำรุง ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นที่ต้องสามารถทำการ isolate (แยกออกจากระบบ) ปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์นั้นเพื่อที่จะได้ทำการซ่อมบำรุงได้ (ในช่วงเวลานั้นก็จะหันไปใช้ตัวสำรองทำหน้าที่แทน) ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องมี block valve ทั้งด้านขาเขาและขาออก (ข้อ 2.4.1a)

ปรกติแล้วขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อด้านขาเข้าจะมีขนาดไม่เล็กกว่าจุดต่อท่อด้านขาเข้าของปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ ดังนั้น block valve ของท่อด้านขาเข้าจึงควรมีขนาดเดียวกับขนาดท่อด้วย (ข้อ 2.4.1b และ 2.4.1c) แต่ในกรณีของแก๊สนั้น ถ้าแก๊สด้านขาเข้ามีความดันสูง และโครงสร้างของตัววาล์วนั้นสามารถขังแก๊สความดันสูงไว้ภายในได้ (เช่น ball valve) วาล์วตัวนั้นจึงควรต้องมีระบบระบายแก๊สความดันสูงที่ขังอยู่ภายในออกมาได้ (ข้อ 2.4.1b)

รูปที่ ๒๖ ส่วนล่างของหน้าที่ ๑๒/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy

ข้อ 2.4.1d กล่าวว่าขนาดวาล์วทางท่อด้านขาออกควรมีขนาดเดียวกับจุดต่อท่อด้านขาออกของปั๊ม แต่ในกรณีที่มีขนาดที่แตกต่างออกไปก็ควรที่จะมีการระบุเอาไว้ในแบบด้วย (ของเหลวมันอัดปริมาตรให้เล็กลงไม่ได้ แต่แก๊สจะมีปริมาตรลดลงเมื่อความดันสูงขึ้น ดังนั้นขนาดท่อด้านขาออกจึงอาจเล็กลงได้เพื่อรักษาความเร็วในการไหล และท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าจะทนต่อความดันได้ดีกว่าท่อที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่า)

รูปที่ ๒๗ หน้าที่ ๑๓/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy
 

ข้อ 2.4.1e กล่าวถึงการออกแบบระบบท่อรอบตัวปั๊ม ซึ่งควรที่จะทำให้สามารถเคลื่อนย้ายตัวปั๊มหรืออุปกรณ์ขับเคลื่อน (หลัก ๆ ก็คือมอเตอร์ไฟฟ้า) ออกไปได้โดยที่ไม่ต้องมีการถอดตัว block valve ตรงนี้ไม่เพียงแต่การที่ต้องออกแบบระบบท่อจากตัว block valve ด้านขาเข้ามายังตัวปั๊มและจากตัวปั๊มไปยัง block valve ด้านขาออกให้มีจุดที่สามารถถอดท่อออกได้โดยไม่ต้องไปยุ่งกับตัว block valve ทั้งสองด้าน แต่ยังต้องมีพื้นที่ว่างในการทำงานทั้งบริเวณรอบข้างและทางด้านบน (เผื่อไว้สำหรับการทำงานของอุปกรณ์ช่วยยก ที่ต้องยกปั๊มหรืออุปกรณ์ขับเคลื่อนขึ้นบนก่อนเคลื่อนย้ายออกทางด้านข้าง)

ต่อไปเป็นหน้าที่ 13 (รูปที่ ๒๗) ที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (หัวข้อ 2.4.2)
 

ปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ชนิดลูกสูบ (reciprocating) จะมีวาล์วป้องกันการไหลย้อนกลับ (check valve) อยู่ในตัวมันอยู่แล้ว ดังนั้นแม้ว่ามันจะหยุดการทำงาน ของไหลด้านขาออกที่มีความดันสูงกว่ากว่าด้านขาเข้าก็จะไม่สามารถไหลย้อนกลับมาได้ แต่พวก centrifugal หรือ rotary ที่ทำงานด้วยการใช้การหมุนเหวี่ยงนั้น งของไหลด้านความดันสูงจะสามารถไหลผ่านตัวอุปกรณ์ได้โดยทำให้ตัวใบพัดนั้นหมุนกลับทิศหรือผ่านช่องว่างระหว่างตัวใบพัดกับตัวเรือน ดังนั้นการป้องกันไม่ให้มีการไหลย้อนกลับเมื่อปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดทำงานจึงมีความจำเป็น แต่จะมีข้อยกเว้นนิดนึงสำหรับปั๊มที่ใช้กับของเหลวที่มีอุณหภูมิสูง (ข้อ 2.4.2.1a) ที่จะยอมให้มีการไหลย้อนอ้อมผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับไปยังขาเข้าของปั๊มตัวสำรองได้ (คือวาล์วด้านขาเข้าของปั๊มตัวสำรองต้องเปิดทิ้งเอาไว้ด้วย) ทั้งนี้เพื่อเป็นการอุ่นปั๊มตัวสำรองให้ร้อนอยู่เสมอพร้อมที่จะใช้งานได้ทันที เพราะถ้าให้ของเหลวที่ร้อนไหลเข้าปั๊มที่เย็น จะทำให้เกิดปัญหาเรื่องการขยายตัวของชิ้นส่วนต่าง ๆ ในปั๊ม แต่ถ้าให้ตัวปั๊มนั้นขยายตัวจนเข้าที่ที่อุณหภูมิการทำงานของของเหลวนั้น ปัญหาดังกล่าวก็จะหมดไป เรื่องการ bypass วาล์วกันการไหลย้อนกลับนี้เคยเล่าไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๙ วันศุกร์ที่ ๙ มกราคม ๒๕๕๘ เรื่อง "การ bypass วาล์วกันการไหลย้อนกลับ"
 

ข้อ 2.4.2.1b กล่าวถึงระบบท่อด้านขาออกของปั๊มแต่ละดัวที่จำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ ได้แก่
 

- ปั๊มที่มีปั๊มสำรองต่อคู่ขนานกันอยู่ ทั้งนี้เพื่อไม่ให้เกิดการไหลย้อนกลับเวลาที่ปั๊มอีกตัวหนึ่งทำงานอยู่
 

- ปั๊มน้ำหล่อเย็น
 

- ปั๊มที่มีระบบเริ่มต้นเดินเครื่องอัตโนมัติ (เพราะปั๊มพวกนี้อาจต้องเปิด discharge valve ทิ้งเอาไว้เพื่อให้พร้อมกับการเริ่มต้นเดินเครื่องอัตโนมัติตลอดเวลา)
 

- กรณีที่ปั๊มหยุดทำงานเนื่องจากความผิดปรกติ ร่วมกับการไม่มีวาล์วกันการไหลย้อนกลับ สามารถทำให้กระบวนการมีปัญหาได้
 

ข้อ 2.4.2.1c กล่าวถึงความจำเป็นที่ต้องมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับในกรณีที่การไหลย้อนกลับนั้นสามารถทำให้
 

- อุณหภูมิของเหลวที่ไหลย้อนกลับนั้นสูงเกินกว่าอุณหภูมิการทำงานของปั๊ม 200ºF (ประมาณ 110ºC)

- ทำให้ของเหลวด้านขาออกจากตัวปั๊มนั้นเดือดกลายเป็นไอได้ (สองข้อแรกนี้เกี่ยวข้องกับปั๊มที่ส่งของเหลวให้กับอุปกรณ์เพิ่มอุณหภูมิให้กับของเหลวนั้น เช่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือ heater ต่าง ๆ)

- ค่าผลต่างความดันนั้นสูงกว่าค่าผลต่างความดันปรกติของปั๊ม เช่นปั๊มที่ใช้ป้อนของเหลวปริมาณหนึ่งเข้าไปรอในถังในขณะที่ความดันในถังนั้นต่ำอยู่ แล้วหลังจากนั้นความดันในถังนั้นก็เพิ่มสูงขึ้น (จากการทำปฏิกิริยาหรือการอัดแก๊สเพิ่มความดัน หรือด้วยกระบวนการใด ๆ ก็ตามแต่) จึงต้องป้องกันไม่ให้ของเหลวในถังที่มีความดันสูง (ที่อาจสูงเกินกว่าความดันที่ตัวปั๊มจะทนได้) นี้ไหลย้อนเข้ามาในตัวปั๊ม เพราะอาจทำให้ปั๊มเสียหายได้

- ป้องกันการเกิดปรากฏการณ์กาลักน้ำ (ตรงนี้บทความบอกว่าให้ไปดูรายละเอียดในหัวข้อ 2.8.6)

- ใช้เป็นอุปกรณ์ป้องกันภัย "เสริม" ให้กับ block valve ในกรณีที่การไหลย้อนกลับนั้นอาจทำให้เกิดอันตรายให้กับผู้ที่ทำงานกับตัวปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์ที่หยุดเดินเครื่องนั้น ที่ต้องเน้นคำว่า "เสริม" ก็เพราะต้องใช้ block valve เป็นอุปกรณ์ปิดกั้นการไหลหลัก ไม่ใช่ตัววาล์วกันการไหลย้อนกลับ

การไว้วางใจให้ block valve ปิดกั้นการไหลในกรณีที่มีการซ่อมบำรุงอุปกรณ์นั้น หลายค่ายเลยไม่แนะนำให้ใช้เพียงแค่ block valve แต่ให้ใช้ slip plate (ในกรณีที่ไม่มีการถอดท่อ โดยสอดเข้าไประหว่างหน้าแปลน) หรือ blind plate (ในกรณีที่มีการถอดท่อ) ร่วมด้วยเสมอ แต่ถึงกระนั้นก็ตามการติดตั้ง blind plate ที่ไม่เรียบร้อย (คือไม่ใส่ประเก็นและ/หรือไม่ปิดให้สนิท) ก็สามารถนำไปสู่หายนะได้ เช่นกรณีการระเบิดบนแท่นขุดเจาะน้ำมัน Piper Alpha ในทะเลเหนือในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. ๒๕๓๒ ที่มีผู้เสียชีวิตกว่า ๑๖๐ ราย เป็นผลจากการถอดปั๊มไปซ่อมแล้วไม่ปิด blind plate ให้เรียบร้อย

รูปที่ ๒๘ หน้าที่ ๑๔/๒๒ ของเอกสาร Valve philosophy
 

หัวข้อ 2.4.2.2 เรื่องตำแหน่งของการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับท้ายหน้า 13 มีโผล่มาแค่บรรทัดเดียวแล้วไม่มีข้อมูลอะไร พอขึ้นหน้าใหม่คือหน้า 14 ก็เป็นเรื่องใหม่คือหัวข้อ 2.4.3 เลย

หัวข้อ 2.4.3 เป็นเรื่องของการละการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับ เริ่มจากข้อ a. ที่กล่าวไว้ว่าเป็นเรื่องยากที่จะกำหนดแนวทาง แต่ถ้าหากพิจารณาเห็นว่าในระหว่างการเดินเครื่องตามปรกตินั้น ถ้าหากตัวปั๊มหรือคอมเพรสเซอร์หยุดเดินเครื่องกระทันหัน หรือการเริ่มเดินเครื่องหรือหยุดเดินเครื่องนั้นไม่ก่อให้เกิดสภาวะผิดปรกติที่อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานหรือตัวเครื่องจักรได้ ก็อาจจะไม่ติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับด้านขาออกได้ แต่ทั้งนี้ต้องพิจารณาด้วยว่าการไหลย้อนกลับที่เกิดขึ้นนั้นจะไม่ทำให้ตัวอุปกรณ์นั้นได้รับความร้อนหรือความเย็นที่มากเกินกว่าที่ตัวอุปกรณ์จะทนได้ (เช่นพวกที่ส่งของไหลเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) 
  

ประเด็นการละวาล์วกันการไหลย้อนกลับตรงนี้น่าจะมาจากการเห็นว่าการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้นก็เป็นต้นทุนตัวหนึ่ง (โดยเฉพาะวาล์วขนาดใหญ่) แต่ที่สำคัญกว่าน่าจะเป็นการที่วาล์วกันการไหลย้อนกลับนั้นเป็นอุปกรณ์ที่ต้องมีการตรวจสอบการทำงานว่าสามารถทำงานได้เรียบร้อยดี เพราะเคยได้ยินวิศวกรอาวุโสท่านหนึ่งบ่นให้ฟังถึงพฤติกรรมของวาล์วกันการไหลย้อนกลับว่า "มันจะเปิดเมื่อมันควรจะปิด และมันจะปิดเมื่อมันควรจะเปิด"
 

ข้อ b. นั้นกล่าวถึงปัจจัยอื่นที่อาจนำมาร่วมในการพิจารณา เช่น ความจำเป็นในการติดตั้งระบบระบายความดัน ความสามารถในการเริ่มเดินเครื่องปั๊มตัวสำรองหรือการเดินปั๊มคู่ขนาน ฯลฯ การเดินปั๊มสองตัวคู่ขนานกันคือการที่ปั๊มสองตัวส่งของเหลวออกทางท่อไหลออกเดียวกัน ในกรณีเช่นนี้ถ้ามีการติดตั้งวาล์วกันการไหลย้อนกลับและปั๊มตัวใดตัวหนึ่งนั้นสร้างความดันขาออกได้สูงกว่าอีกตัวหนึ่ง จะทำให้วาล์วกันการไหลย้อนกลับของปั๊มตัวที่สร้างความดันด้านขาออกนั้นปิดตัวลง ปั๊มตัวที่สร้างความดันด้านขาออกจะเสมือนกับทำงานโดยที่วาล์วด้านขาออกปิดอยู่คือไม่มีของเหลวไหลผ่านตัวปั๊ม ซึ่งอาจทำความเสียหายให้กับตัวปั๊มได้
 

ข้อ c. เกี่ยวกับระบบที่ไม่จำเป็นต้องมีวาล์วกันการไหลย้อนกลับ เช่นในส่วนของ reboiler หรือระบบ reflux ของหอกลั่น ระบบที่ความดันด้านขาออกประมาณว่าเท่ากับความดันด้านขาเข้า เช่นปั๊มที่ใช้กับระบบหมุนเวียนของเหลวเพื่อการผสม (สูบจากด้านหนึ่งของถังเพื่อป้อนกลับเข้าถังใบเดิมอีกทางด้านหนึ่ง) เป็นต้น
 

ปิดท้ายที่ว่างของหน้าด้วยภาพบรรยากาศการเรียนวิชาสัมมนานิสิตป.โท ปี ๒ เมื่อวันจันทร์ที่ผ่านมาก็แล้วกัน