หอกลั่นแยก H2 และ D2 MO Memoir : Tuesday 26 May 2569

ในบทความเรื่อง "การกลั่นแยก H₂ และ D₂" ที่เขียนลง blog ไปเมื่อวันเสาร์ที่ ๗ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๙ ที่ผ่านมานั้นได้กล่าวไว้ว่าหอกลั่นแยก H₂ และ D₂" ออกจากกันนั้นถูกจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual use item หรือ DUI) ในหมวด 1B228 ที่มีคุณลักษณะดังแสดงในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

ตามข้อกำหนด 1B228 นั้น ข้อ b. ที่กำหนดความดันทำงานในช่วง 0.1 MPa (1 bar) ถึง 10 MPa (10 bar) ซึ่งก็จัดว่าไม่ได้เป็นความดันที่สูงอะไร ส่วนข้อ d. ที่กำหนดว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในตั้งแต่ 30 cm ขึ้นไปและ "effective lengths" ตั้งแต่ 4 m ขึ้นไปก็ไม่ได้จัดว่ามีขนาดที่ใหญ่อะไร

ข้อกำหนด a. และ c. นั้นมันผูกกันอยู่ คือข้อ a. กำหนดช่วงอุณหภูมิการทำงาน ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดชนิดวัสดุที่สามารถนำมาใช้สร้างได้ ส่วนข้อ c. นั้นกำหนดชนิดวัสดุที่สามารถนำมาใช้สร้างได้ โดยข้อ c. นั้นยังแยกออกเป็นอีก ๒ ข้อย่อยคือ c.1 Austenitic stainless steel หรือ c.2 วัสดุอื่นที่เทียบเท่าที่สามารถทนอุณหภูมิต่ำได้และใช้งานกับระบบที่มีแก๊สไฮโดรเจนได้ (ความหมายของข้อ c.2 คือมันมีวัสดุอื่นที่ใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำระดับข้อ a. แต่ใช้ไม่ได้กับกรณีของไฮโดรเจน)

รูปที่ ๑ คุณลักษณะหอกลั่นแยก H₂ และ D₂ ตามหัวข้อ 1B228

ที่น่าสนใจคือวัสดุในข้อ c.1 ที่บอกว่าเป็น Austenitic stainless steel ซึ่งชื่อนี้สำหรับคนทั่วไปก็คงจะไม่ค่อยคุ้นหูเท่าใดนัก แต่ถ้าบอกว่าเป็นเหล็กสแตนเลสเบอร์ 304 หรือ 316 ก็คงจะคุ้นกันมากกว่า (คือมันมีเบอร์อื่นอีกนะ เพียงแค่สองเบอร์นี้ใช้กันมากที่สุด เช่นเบอร์ 304 ที่เอามาทำเป็นเครื่องครัวสแตนเลสต่าง ๆ) และในบ้านเรา ช่างเชื่อมเหล็กที่มีความสามารถในการเชื่อมเหล็กกล้าไร้สนิมก็ใช่ว่าจะหายาก

ที่ความดันบรรยากาศ ของเหลว cryogenic ที่ราคาถูกและใช้กันมากที่สุดเห็นจะได้แก่ไนโตรเจนเหลวที่มีจุดเดือด -196ºC ส่วนไฮโดรเจนเหลวจะมีจุดเดือดที่ประมาณ -253ºC ในขณะที่แก๊สที่มีจุดเดือดต่ำสุดคือฮีเลียมที่อยู่ที่ -269ºC

ที่อุณหภูมิสูง ความแข็งแรงในการรับแรงดึงของโลหะจะลดต่ำลง ดังนั้นถ้าจะดูว่าโลหะนั้นใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงสุดเท่าใด ก็จะไปพิจารณาค่าความสามารถในการรับแรงดึง (tensile strength) ที่อุณหภูมิต่ำนั้น แม้ว่าโลหะจะสามารถรับแรงดึงได้มากขึ้น (ดังค่าที่แสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง) แต่พฤติกรรมของโลหะจะเปลี่ยนจากเหนียวเป็นเปราะ คือแตกหักได้ง่ายเมื่อได้รับแรงกระแทก (เหมือนแก้วแตก) ดังนั้นความสามารถในการรับแรงกระแทก (Impact toughness) ของโลหะจะเป็นตัวกำหนดว่าโลหะนั้นใช้งานได้ที่อุณหภูมิต่ำสุดเท่าใด

รูปที่ ๒ ข้อมูลจากหน้าเว็บของบริษัท Penflex
(https://www.penflex.com/news/cryogenic-temperatures-austenitic-steels/)

ข้อมูลจากหน้าเว็บของบริษัท Penflex (รูปที่ ๒) กล่าวว่า austenistic stainless steel เบอร์ 304 และ 316 คงคุณสมบัติในการรับแรงกระแทกที่สภาวะ cryogenic ได้ และยังสามารถใช้ทำภาชนะเก็บฮีเลียมเหลวที่มีอุณหภูมิ -269ºC ได้ด้วย ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่ต่ำกว่าไฮโดรเจนเหลว (ที่มีอุณหภูมิ -253ºC) อีก

ส่วนข้อมูลจากหน้าเว็บของ British Stainless Steel Association (รูปที่ ๓) ที่ได้ทำการทดสอบความสามารถในการรับแรงกระแทกของเหล็กกล้าไร้สนิมที่อุณหภูมิ -196ºC (อุณหภูมิจุดเดือดของไนโตรเจนเหลว) ก็กล่าวว่าเหล็กกล้าไร้สนิมในกลุ่ม austenitic stainless steel ก็ยังสามารถรับแรงกระแทกได้ดี จึงเหมาะสมสำหรับการใช้งานกับระบบ cryogenic และจะดียิ่งขึ้นถ้ามีการเติมไนโตรเจนเข้าไปเช่นเกรด 304LN

(หมายเหตุ : ตัวอักษร L ที่ต่อท้ายเลขหมายถึงมีปริมาณคาร์บอนต่ำ เช่นเบอร์ 304L จะมีองค์ประกอบเหมือนกับเบอร์ 304 แต่เบอร์ 304L จะมีคาร์บอนที่ต่ำกว่า เบอร์ 316L จะมีองค์ประกอบเหมือนกับเบอร์ 316 แต่เบอร์ 316L จะมีคาร์บอนที่ต่ำกว่า ส่วน N นั้นหมายถึงมีการเพิ่มธาตุไนโตรเจนเข้าไป)

รูปที่ ๓ ข้อมูลจากหน้าเว็บของ British Stainless Steel Association 
(https://bssa.org.uk/bssa_articles/selection-of-stainless-steels-for-cryogenic-applications/)

ดังนั้นจะว่าไป หอกลั่นขนาดเท่านี้ ด้วยวัสดุที่มีอยู่ทั่วไปแบบนี้ ในบ้านเราก็คงหาคนสร้างให้ได้ไม่ยากนะ

เพลิงไหม้จากแนฟทารั่วออกทางท่อระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ MO Memoir : Saturday 7 March 2569

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Fire in Atmospheric Vacuum Unit (AVU)" เผยแพร่ในเว็บ Oil Industry Safety Directorate ของประเทศอินเดีย (https://www.oisd.gov.in/en-in/CaseStudies) เมื่อ ๑๔ เมษายน ค.ศ. ๒๐๒๕ (พ.ศ ๒๕๖๘) เป็นเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่เกิดจากแนฟทารั่วออกมาทางท่อระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ บทความไม่ได้บอกว่าเหตุการณ์เกิดขึ้นเมื่อใด แต่ในส่วนการสอบสวนมีการกล่าวถึงคู่มือการ Shutdown หน่ว AVU ฉบับปีค.ศ. ๒๐๒๔ แสดงว่าน่าจะเกิดในช่วงเวลาปีค.ศ. ๒๐๒๔ ถึงต้นปีค.ศ. ๒๐๒๕

ชื่อเรื่องบทความบอกว่าเกี่ยวกับหน่วย Atmospheric Vacuum Unit ซึ่งถ้าแปลออกมาตรง ๆ ก็คงจะงงว่าตกลงว่าเป็นหน่วยทำงานที่ความดันบรรยากาศหรือสุญญากาศ แต่ด้วยเนื้อหานี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ หน่วยนี้จึงควรเป็นหน่วยกลั่นน้ำมันดิบที่ปรกติจะประกอบด้วยหอกลั่นสองหอ โดยหอกลั่นหอแรกจะทำการกลั่นที่ความดันบรรยากาศ (atmospheric tower) จากนั้นจึงนำพวกจุดเดือดสูงที่ได้จากหอกลั่นแรกไปกลั่นต่อในหอกลั่นที่สองที่มีการทำสุญญากาศ (Vacuum tower) การที่ใช้สุญญากาศช่วยในการกลั่นก็เพื่อทำให้น้ำมันหนักที่มีจุดเดือดสูงที่ได้จากหอกลั่นความดันบรรยากาศ ระเหยได้ง่ายขึ้นโดยใช้อุณหภูมิที่ต่ำลง รูปที่ ๑ ข้างล่างเป็นแผนผังของหน่วยผลิต superheated steams หรือไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่จะเอาไปใช้ในกระบวนการกลั่น

รูปที่ ๑ แผนผังของหน่วยผลิตที่เกิดเหตุ

รูปที่ ๒ เป็นเริ่มคำบรรยายเหตุการณ์ก่อนเกิดเหตุ ประโยคแรกเล่าว่าหอกลั่นอยู่ระหว่างการเริ่มเดินเครื่องใหม่ (startup) หลังการหยุดเดินเครื่องเพื่อการซ่อมบำรุงและตรวจสอบ ในระหว่างนี้หอกลั่นอยู่ในขั้นตอน "hot circulation" โดยรับน้ำมันดิบจาก furnace หรือเตาเผาจำนวน 4 เตาที่อัตราการไหลรวม 700 m³/hr โดยอุณหภูมิน้ำมันที่ออกจากเตา (coil outlet temperature) คือ 320ºC

รูปที่ ๒ คำบรรยายการทำงานก่อนเกิดเหตุ

ในการเริ่มเดินเครื่องหอกลั่นนั้น หลังจากที่ไล่อากาศออกไปจนหมดแล้ว ก็จะเริ่มจากการให้ความร้อนแก่น้ำมันที่ป้อนเข้ามา ส่วนของน้ำมันที่ระเหยกลายเป็นไอก็จะลอยขึ้นสู่ด้านบนไปยังเครื่องควบแน่น (conderser) ที่จะควบแน่นไอให้เป็นของเหลว แล้วส่งของเหลวที่ควบแน่นทั้งหมดกลับเข้าสู่หอกลั่นใหม่ ส่วนของน้ำมันที่เป็นของเหลวก็จะตกลงสู่เบื้องล่างลงไปยังหม้อต้มซ้ำ (reboiler) ที่จะให้ความร้อนแก่ของเหลวดังกล่าวให้เดือดกลายเป็นไอลอยขึ้นไปข้างบน ในระหว่างกระบวนการนี้จะไม่มีการดึงเอาของเหลว (ที่เครื่องควบแน่นหรือที่หม้อต้มซ้ำ) ออกจากระบบ เรียกว่าทำ total reflux เป็นขั้นตอนที่ทำให้ภายในหอกลั่นมีของเหลวและไออยู่ในสภาวะสมดุลก่อน แล้วจึงค่อยดึงเอาผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นออกจากหอกลั่น

ประโยคที่สองเล่าว่า มีการนำไอน้ำความดันปานกลางเข้ามาทาง "battery limit" โดยผ่านไปที่ส่วน "convection" ของตัวเตาเผาก่อน เพื่อให้กลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ก่อนจะนำไปใช้เป็น "stripping steam'

รูปที่ ๓ ตัวอย่างหนึ่งของ furnace หัวเตาจะอยู่ทางด้านล่าง ท่อที่มองเห็นเปลวไฟและสามารถรับรังสีจากการแผ่รังสีคือท่อที่อยู่ที่ผนังด้านข้างและสองแถวแรกของปล่องระบายแก๊สร้อนออก ท่อที่อยู่สูงจากนี้ขึ้นไปจะเป็นส่วน convection คือรับความร้อนจากแก๊สร้อนที่ไหลผ่าน (นำมาจากบทความเรื่อง "ทำความรู้จัก Fired process heater (ตอนที่ ๑) MO Memoir : Friday 29 January 2559"

"battery limit" ในที่นี้คือเส้นแบ่งขอบเขตความรับผิดชอบ ไม่ได้เกี่ยวข้องอะไรกับแบตเตอรี่ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นถ้าเป็นบ้านเรือน การไฟฟ้าก็รับผิดชอบเดินสายไฟมาถึงตรงมิเตอร์ไฟ เจ้าของบ้านก็รับผิดชอบตั้งแต่สายไฟขาออกจากมิเตอร์ ถ้าเป็นน้ำประปาก็เช่นเดียวกัน การประปาก็รับผิดชอบแค่วาล์วขาออกจากมิเตอร์ ท่อน้ำจากนั้นเข้าไปในบ้านเจ้าของบ้านก็เป็นคนรับผิดชอบ

พวกเตาเผาหรือ furnace นั้นจะให้ความร้อนด้วยหัวเตาที่มีการจุดไฟลุกเป็นเปลวไฟ ด้วยอุณหภูมิที่สูงของเปลวไฟ พลังงานของการแผ่รังสีความร้อนจะมีค่าสูง (ค่าพลังงานนี้เป็นไปตาม Stefan–Boltzmann law ที่แปรผันตามอุณหภูมิยกกำลัง 4) ดังนั้นการรับความร้อนของท่อในบริเวณนี้ (ซึ่งต้องมองเห็นเปลวไฟ) จะเป็นการรับความร้อนจากการแผ่รังสี พื้นที่บริเวณนี้จะเรียกว่า ส่วน "radiation" ส่วนแก๊สร้อนที่เกิดจากการเผาไหม้นั้นจะลอยออกไปทางปล่อย แต่ด้วยอุณหภูมิแก๊สที่ยังสูงอยู่จึงสามารถดึงเอาความร้อนของแก๊สมาใช้งานได้ ดังนั้นทางปล่อยระบายแก๊สก็จะมีท่อของสารที่ต้องการเพิ่มอุณหภูมิขวางอยู่ในเส้นทางการไหลของแก๊สร้อน ท่อในบริเวณนี้มองไม่เห็นเปลวไฟ การรับความร้อนจึงเป็นการแลกเปลี่ยนความร้อนกับแก๊สร้อนโดยตรง ส่วนนี้เรียกว่าส่วน "convection" อุณหภูมิในส่วนนี้จะต่ำกว่าส่วน "radiation" ตรงนี้ดูรูปที่ ๓ เพิ่มเติมได้เพื่อจะได้เห็นภาพ

การควบคุมคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการกลั่นในกรณีที่พบว่า ของเหลวที่ต้องการนั้นมีองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำนั้นปะปนอยู่มากเกินไปก็จะใช้การให้ความร้อนแก่ของเหลวนั้นเพื่อให้องค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำระเหยออกไป เช่นในกรณีที่เราต้องการน้ำมันก๊าด (ช่วงแนฟทาหนัก) แล้วพบว่ามันมีน้ำมันเบนซิน (ช่วงแนฟทาเบา) ปนอยู่มากเกินไป ก็จะใช้การฉีดไอน้ำเข้าไปในน้ำมันก๊าดที่กลั่นได้โดยตรง เพื่อระเหยเอาส่วนที่เป็นน้ำมันเบนซินกลับเข้าไปในหอกลั่นใหม่ หน่วยที่ทำหน้าที่นี้คือ stripping column หรือหอ stripper รูปที่ ๔ เป็นตัวอย่างการใช้งานหอ stripper ไอน้ำจะถูกฉีดเข้าทางด้านล่างหอโดยตรง โดยจุดฉีดจะอยู่ "เหนือ" ระดับน้ำมันที่รวมกันอยู่ด้านล่าง และประเด็นนี้มีบทบาทสำคัญกับอุบัติเหตุที่เกิด

รูปที่ ๔ การทำงานของหอ stripper รูปนี้นำมาจากบทความเรื่อง "ถังความดัน หอ stripper และการลดอุณหภูมิเนื่องจากการระเหยของของเหลว" เผยแพร่ใน blog เมื่อวันอาทิตย์ที่ ๓๐ มิถุนายน ๒๕๕๖

กลับมาต่อกับคำบรรยายในรูปที่ ๒ เมื่อไอน้ำออกจากเตาเผาก็จะกลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในช่วงแรกไอน้ำส่วนนี้จะถูกระบายทิ้งออกสู่บรรยากาศผ่านทางวาล์ว 8 (ในรูปที่ ๑) โดยที่วาล์ว 9 ยังปิดอยู่ ก่อนออกสู่บรรยากาศจะมีอุปกรณ์เก็บเสียง (silencer) เพื่อลดเสียงดัง (แบบเดียวกับที่ท่อไอเสียรถยนต์และมอเตอร์ไซค์ต้องมี) ตำแหน่งของวาล์ว 8 และ 9 นั้นอยู่บน platform ที่สูงจากพื้นประมาณ 8.5 เมตร และปลายท่อระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศก็อยู่สูงจากระดับนี้ไปอีก หลังจากขั้นตอนนี้ก็จะเป็นการส่งไอน้ำต่อไปยังหอกลั่นและหอ stripper

จากวาล์ว 8 ไปยังหอกลั่นและหอ stripper นั้น (ดูรูปที่ ๑) ไอน้ำต้องผ่านระบบวาล์วควบคุม (วาล์ว 6, 5 และ 4 ซึ่งวาล์วควบคุม 5 ควรอยู่ในตำแหน่งปิด) หรือวาล์ว bypass ระบบวาล์วควบคุม (วาล์ว 7) จากนั้นจะไหลผ่านวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (วาล์ว 3) ก่อนเข้าสู่หอกลั่นและหอ stripper (วาล์ว 1) โดยวาล์ว 2 เป็นวาล์วสำหรับระบายของเหลวที่ตกค้างอยู่ในท่อ (เช่นระบายไอน้ำที่ควบแน่นทิ้งในขณะที่ทำการอุ่นท่อให้ร้อน) ดังนั้นในช่วงแรกของการ startup นี้ วาล์วทุกตัว (ควรอยู่ในตำแหน่ง "ปิด"

รูปที่ ๕ คำบรรยายเหตุการณ์ก่อนนำไปสู่การรั่วไหลและเกิดเพลิงไหม้

รูปที่ ๕ เป็นคำบรรยายการทำงานก่อนที่จะเกิดการรั่วไหลและเพลิงไหม้ตามมา โดยเริ่มจากโอเปอร์เรเตอร์จะเปลี่ยนเส้นทางการไหลของไอน้ำจากระบายทิ้งเป็นไปยังหอกลั่นและหอ stripper โดยในจังหวะนี้โอเปอร์เรเตอร์ (ซึ่งน่าจะมีมากกว่าหนึ่งคนและทำงานหลายอย่างพร้อมกันในเวลาเดียวกัน ซึ่งข้อความในรูปที่ ๕ ก็บอกว่ามีคนทำงานได้รับบาดเจ็บรวม ๙ คน) ได้ทำการปิดวาล์ว 8 และ "crack open" วาล์ว 9 (ข้อมูลที่ว่าโอเปอร์เรเตอร์ทำการ "crack open" วาล์ว 9 อยู่ในรูปที่ ๖) ก็เกิด flash fire ที่ปลายท่อทางออกของจุดระบายไอน้ำ ซึ่งตรงนี้แสดงว่าในขณะที่ทำการ "crack open" วาล์ว 9 นั้น วาล์ว 8 ยังอยู่ระหว่างการปิด

รูปที่ ๖ ผลการสอบสวนว่าแนฟทาไหลเข้ามาในระบบท่อไอน้ำได้อย่างไร

การเปิดให้ไอน้ำไหลเข้าท่อที่มีอุณหภูมิต่ำกว่านั้น ต้องค่อย ๆ เปิดให้ไอน้ำไหลเข้าทีละน้อย ๆ เพราะในช่วงที่ท่อเย็น ไอน้ำจะควบแน่นเป็นของเหลวได้ง่าย ถ้าให้ไอน้ำไหลเข้ามากเกินไป ก็จะเกิดน้ำจำนวนมากในท่อ ซึ่งเมื่อน้ำที่ควบแน่นนี้เคลื่อนตัวไปกระแทกท่อ (เช่นตรงข้องอหรือข้อต่อ) จะทำให้เกิดแรงกระแทกอย่างรุนแรงที่เรียกว่า water hammer ซึ่งอาจทำให้ท่อเสียหายได้ ในทางปฏิบัติเปิดวาล์วแบบที่เรียกว่า "crack open" คือเปิดเพียงแค่พอรู้สึกว่าวาล์วเปิดแล้ว (เช่นได้ยินเสียงของไหลไหลผ่านวาล์ว) ก็จะหยุดการเปิด ในช่วงแรกอาจได้ยินเสียง water hammer เกิดขึ้นบ้าง พอท่อร้อนขึ้นเสียงดังกล่าวก็จะหายไป ในช่วงเวลานี้ถ้าหากมีจุดระบายของเหลวทิ้งก็จะเปิดวาล์วนั้นไว้ (เช่นวาล์ว 2 ในรูปที่ 1) พอสิ่งที่รั่วออกมานั้นเป็นไอน้ำไม่ได้เป็นน้ำที่เป็นของเหลว ก็แสดงว่าท่อร้อนขึ้นแล้ว ก็จะค่อย ๆ เปิดวาล์วทีละน้อย ๆ แล้วฟังดูว่าเกิด water hammer หรือไม่ ถ้าพบว่าเริ่มเกิดใหม่ก็จะหยุดเปิด รอจนเสียงดังกล่าวหายไปก่อนจึงค่อยเปิดเพิ่มอีก ทำอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะเปิดวาล์วได้เต็มที่

ประเด็นที่เป็นคำถามคือแนฟทามาปรากฏตรงตำแหน่งวาล์ว 9 ได้อย่างไร

การตรวจสอบข้อมูลย้อนหลังพบว่าระดับของเหลวทั้งที่ก้นหอกลั่นและหอ stripper อยู่ที่ระดับสูงเกิน 100% คือบอกไม่ได้ว่าสูงเกินไปเท่าไร แต่น่าจะสูงเกินมากพอจนทำให้แนฟทานั้นสามารถไหลล้นเข้าไปในท่อไอน้ำได้

การที่แนฟทามาปรากฏที่วาล์ว 9 ได้แสดงว่ามีการรั่วไหลผ่านวาล์ว 1 (ขนาด 6 นิ้ว), วาล์วกันการไหลย้อนกลับ 3 (ขนาด 6 นิ้ว) และวาล์ว 4 ที่เป็นวาล์ว bypass วาล์วควบคุม (ขนาด 4 นิ้ว)

และด้วยการที่จุดฉีดไอน้ำเข้าหอ stripper นั้นอยู่สูงกว่าระดับวาล์ว 8 และ 9 ประมาณ 2 เมตร (ประมาณว่าอยู่ที่ระดับเดียวกันกับจุดระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ) จึงทำให้ด้านขาออกของวาล์ว 9 นั้นมีความดันเนื่องจากความสูงของแนฟทาอยู่ และด้วยการที่วาล์ว 8 ยังเปิดอยู่ ทำให้ความดันด้านขาเข้าของวาล์ว 9 ต่ำกว่าด้านขาออก (ที่มีแนฟทาอยู่)

พอทำการ "crack open" วาล์ว 9 โดยที่วาล์ว 8 ยังเปิดอยู่ ไอน้ำร้อนก็เลยทำให้แนฟทากลายเป็นไอรั่วไหลออกมาทางจุดระบายไอน้ำทิ้งออกสู่บรรยากาศ ด้วยการที่แนฟทามี autoignition temperature 287.7ºC และไอน้ำมีอุณหูมิ 320ºC ซึ่งสูงกว่า autoignition temperature ของแนฟทา เมื่อแนฟทารั่วออกมาเจอบรรยากาศ ก็เกิดการลุกติดไฟทันที

ดาวน์โหลดบทความต้นฉบับได้ที่

https://www.oisd.gov.in/public/assets/upload/CaseStudies/1737028120_3ae6477feb90f1c5c607.pdf

การกลั่นแยก H2 และ D2 MO Memoir : Saturday 7 February 2569

ในตอนที่แล้ว (วันพฤหัสบดีที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๙) ได้กล่าวถึงการสกัด deuterium ออกจากแก๊สไฮโดรเจน (ที่ประกอบไปด้วย H₂, HD และ D₂) ด้วยแอมโมเนีย (NH₃) จากนั้นจึงนำ ND₃ ที่ได้ไปทำการออกซิไดซ์เพื่อให้ได้ heavy water หรือ D₂O แต่สำหรับวันนี้จะเป็นเรื่องเกี่ยวกับการกลั่นแยก D₂ ออกจาก H₂ โดยตรง

H₂ มีจุดเดือดอยู่ที่ประมาณ -252.9ºC ในขณะที่ D₂ (ที่มีมวลมากกว่า) มีจุดเดือดอยู่ที่ประมาณ -249.5ºC หรือต่างกันมากกว่า 3ºC ซึ่งถ้ามองในแง่ผลต่างอุณหภูมิแล้ว การกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกันควรจะง่ายกว่าการกลั่นแยก NH₃ และ ND₃ ออกจากกัน เพราะคู่ NH₃ และ ND₃ นั้นมีอุณหภูมิจุดเดือดต่างกันเพียงแค่ 1ºC แต่ถ้ามองที่ไปที่อุณหภูมิจุดเดือดแล้วจะเห็นว่าการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกันจะยากกว่าตรงที่ต้องใช้อุณหภูมิที่ต่ำมากเพื่อทำให้ทั้ง H₂ และ D₂ กลายเป็นของเหลว โดยไม่สามารถใช้การเพิ่มความดันเพื่อทำให้มันเป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูงขึ้นได้ดังเช่นกรณีของ NH₃ และ ND₃ แต่ถึงกระนั้นก็ตาม ก็ยังมีการพัฒนากระบวนการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน (รูปที่ ๑ และ ๒) เพื่อเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการผลิต D₂ เพื่อนำไปใช้ผลิต heavy water ต่อไป

(หมายเหตุ : เราสามารถทำให้แก๊สกลายเป็นของเหลวได้ด้วยการเพิ่มความดันถ้าอุณหภูมิของแก๊สนั้นต่ำกว่าค่าอุณหภูมิวิกฤต (critical temperature) ซึ่งของ NH₃ อยู่ที่ 132.3ºC ในขณะที่ของ H₂ อยู่ -240ºC)

รูปที่ ๑ ตัวอย่างแผนผังกระบวนการกลั่นแยก D₂ ออกจาก H₂ ที่มีการยื่นจดสิทธิบัตรไว้ในปีค.ศ. ๑๙๕๙ (พ.ศ. ๒๕๐๒) 

 

รูปที่ ๒ อีกตัวอย่างหนึ่งของกระบวนการกลั่นแยก D₂ ออกจาก H₂ ที่มีการยื่นจดสิทธิบัตรไว้ในปีค.ศ. ๑๙๖๑ (พ.ศ. ๒๕๐๔)

โมเลกุลไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดจะอยู่ในรูป H₂ โดยมีส่วนน้อยที่อยู่ในรูป HD และส่วนน้อยมาก ๆ (หรืออาจถือได้ว่าแทบไม่มี) ที่อยู่ในรูปของ D₂ ดังนั้นสิ่งแรกที่ต้องทำก่อนการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกันก็คือการทำให้มี D₂ ก่อน

กระบวนการผลิตเริ่มจากการเพิ่มความเข้มข้นให้กับ HD ในแก๊สไฮโดรเจนก่อน (ตัวอย่างแผนผังอย่างง่ายแสดงในรูปที่ ๓) ซึ่งตรงนี้สามารถทำได้ด้วยการกลั่นแยกแม้ว่าจะยากอยู่เหมือนกัน (H₂ และ HD มีจุดเดือดต่างกันไม่มาก) จากนั้นจึงนำ HD ที่ได้ไปทำปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนอะตอมดังปฏิกิริยา 2HD ---> H₂ + D₂ จากนั้นจึงค่อยกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน

ปรกติเวลาโมเลกุลแก๊สไฮโดรเจนสัมผัสพื้นผิวโลหะ จากโมเลกุล H-H จะสามารถแตกออกเป็นอะตอม H 2 อะตอมบนพื้นผิวโลหะ และอะตอมที่แตกออกมานี้ก็สามารถรวมตัวกลับไปเป็นโมเลกุล H-H ได้ใหม่ เรื่องนี้เป็นความรู้พื้นฐานที่เป็นที่รู้จักกันทั่วไปในวงการตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธพันธ์ เวลาที่โมเลกุล H-D ลงมาเกาะ มันก็มีการแตกตัวออกเป็นอะตอม H และอะตอม D แต่เวลาที่มันจะรวมตัวกลับ อะตอม H ของ H-D ก็อาจไปจับกับอะตอม H ตัวอื่นกลายเป็นโมเลกุล H₂ หลุดออกไป และในทำนองเดียวกันอะตอม D ของ H-D ก็อาจไปจับกับอะตอม D ตัวอื่นกลายเป็นโมเลกุล D₂ หลุดออกไป และด้วยการเลือกใช้โลหะที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม ก็จะทำให้สัดส่วนโมเลกุล D₂ เพิ่มมากขึ้น จากนั้นจึงค่อยนำไปกลั่นแยก D₂ เพื่อเอาไปใช้ผลิต heavy water ต่อไป

สิทธิบัตรในรูปที่ ๔ บอกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมคือโลหะใน Group VIII แต่ตรงนี้ต้องขอทบทวนการเรียกธาตุต่าง ๆ ว่าเป็นธาตุในหมู่ไหน (ดูรูปที่ ๕ ประกอบ) คือการนับหมู่จะเริ่มจากหมู่ 1 ที่อยู่ทางซ้ายสุดของตารางธาตุ การนับแบบเดิมนั้นจะเริ่มจากหมู่ IA (หรือ alkaline) ตามด้วย IIA (หรือ alkaline earth) พอถึงหมู่ถัดมาจะเป็น IIIB คือเข้าอนุกรมโลหะทรานซิชัน จากนั้นก็นับต่อไปจนถึงหมู่ VIIB สามหมู่ถัดมาจะเรียกว่าหมู่ VIII จากนั้นจึงเป็นหมู่ IB, IIB และขึ้น IIIA ใหม่ไปจนถึง VIIIA แต่ต่อมามีการเปลี่ยนวิธีการนับคือนับเรียงจากหมู่ 1 ทางซ้ายไปเรื่อย ๆ จนถึงหมู่ขวาสุดคือหมู่ที่ 20 ดังนั้นหมู่ VIII เดิมจึงกลายเป็นหมู่ 8-10 ของการนับแบบใหม่

 

รูปที่ ๓ แผนผังอย่างคร่าวของกระบวนการผลิต Heavy water ผ่านการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน รูปนี้มีที่มาจากแหล่งเดียวกับรูปที่ ๖ (มี URL เอกสารต้นเรื่องอยู่ในรูปที่ ๖)

รูปที่ ๔ สิทธิบัตรที่มีการกล่าวถึงตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำหรับการแลกเปลี่ยนอะตอม H และ D เพื่อผลิต D₂

รูปที่ ๕ เปรียบเทียบการนับหมู่ในตารางธาตุแบบเก่าและแบบใหม่ ธาตุในหมู่ VIII คือที่อยู่ในกรอบสีแดง ที่นำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาก็มีเฉพาะ 3 แถวบน ส่วนแถวล่างสุดที่มี Hs, Mt และ Ds เป็นธาตุที่สังเคราะห์ขึ้น ไม่มีในธรรมชาติ

รูปที่ ๖ แผนผังกระบวนการกลั่นแยก H₂ และ D₂ ออกจากกัน หอซ้ายสุดเป็นหอกลั่นซ้อน 3 ชั้นเพื่อเพิ่มความเข้มข้น HD จากไม่ถึง 300 ppm เป็น 900 ppm ก่อนทำการกลั่นแยก HD (95%) ออกในหอที่สอง

หอกลั่นแยกไฮโดรเจนจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 1B228 (รูปที่ ๗ ข้างล่าง) ด้วยการที่อะตอมไฮโดรเจนเป็นอะตอมที่มีขนาดเล็ก (ประกอบด้วยโปรตอนเพียงตัวเดียว) ดังนั้นเวลาที่โมเลกุลไฮโดรเจนกลายเป็นอะตอมไฮโดรเจนเกาะอยู่บนอะตอมโลหะที่อยู่บนพื้นผิวนั้น ด้วยการที่อะตอมโลหะมีขนาดใหญ่ ช่องว่างระหว่างอะตอมก็เลยมีสิทธิที่จะใหญ่ตามไปด้วย (ขึ้นกับการเรียงตัวของอะตอมในโครงร่างผลึก) ด้วยเหตุนี้สำหรับโลหะหลายชนิด อะตอมไฮโดรเจนที่เกาะอยู่บนพื้นผิวจะสามารถแพร่ผ่านผิวโลหะนั้นไปได้โดยเคลื่อนตัวผ่านไปตามช่องว่างระหว่างอะตอมโลหะ และถ้าหากอะตอมไฮโดรเจนที่กำลังแพร่อยู่ในเนื้อโลหะนั้นเกิดการรวมตัวกันเป็นโมเลกุลไฮโดรเจน ก็จะทำให้เกิดฟองแก๊สในเนื้อโลหะที่สามารถทำให้ผนังโลหะนั้นเกิดความเสียหายได้ ด้วยเหตุนี้ในข้อกำหนด 1B228 จึงต้องมีการระบุว่าควบคุมเฉพาะวัสดุที่ใช้ได้ที่อุณหภูมิต่ำมาก (cryogenic) และใช้งานได้กับไฮโดรเจน (ข้อ c.)

รูปที่ ๗ หอกลั่นแยกไฮโดรเจนจัดเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางในหมวด 1B228

สำหรับฉบับนี้ ก็คงจบลงเพียงแค่นี้

เพลิงไหม้จากน้ำมันเตารั่วระหว่างเก็บตัวอย่าง MO Memoir : Wednesday 17 December 2568

"การรั่วของน้ำมันเบนซิน (gasoline) กับน้ำมันเตา (fuel oil) อันไหนอันตรายกว่ากัน"

คำถามข้างบนผมถามเป็นประจำกับนิสิตที่เรียนวิชาเกี่ยวกับความปลอดภัย และคำตอบที่ได้ก็แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าผู้ตอบนั้นมีประสบการณ์อย่างไร

เวลาที่มีการพูดถึงอันตรายจากเพลิงไหม้ที่เกิดจากการรั่วไหลของเชื้อเพลิง คนส่วนใหญ่ (หรือเกือบทั้งหมด) มักจะดูค่าอุณหภูมิจุดวาบไฟ (flash point) ซึ่งเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่ทำให้เชื้อเพลิงนั้นสามารถระเหยกลายเป็นไอในปริมาณที่มากพอที่เมื่อผสมกับอากาศแล้วจะสามารถลุกติดไฟได้ โดยมักจะมองว่าสารยิ่งมีอุณหภูมิจุดวาบไฟที่ต่ำ ก็ยิ่งมีอันตรายจากเพลิงไหม้สูงเมื่อเกิดการรั่วไหล

แต่ในทางปฏิบัติเช่นในโรงงานอุตสาหกรรมที่เชื้อเพลิงเหล่านั้นมีอุณหภูมิสูง หรือมีพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูงอยู่ในบริเวณใกล้ ๆ (เช่นท่อไอน้ำ) เชื้อเพลิงที่มีอุณหภูมิจุดวาบไฟที่สูง กลับเกิดการลุกไหม้ได้ง่ายเพียงแค่มันรั่วไหลออกมาสัมผัสกับอากาศหรือพื้นผิวที่ร้อนเหล่านั้น ทั้งนี้เป็นเพราะมันมีค่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเองหรือ auto-ignition temperature ที่ต่ำ ดังนั้นแม้ว่าเชื้อเพลิงที่รั่วออกมานั้นจะเป็นของเหลวและมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดวาบไฟของมัน แต่เมื่อพบกับพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเองมันก็จะลุกติดไฟได้ และถ้ามันมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเอง มันก็จะลุกติดไฟทันทีเมื่อสัมผัสกับอากาศภายนอก

รูปที่ ๑ ระบบเก็บตัวอย่างที่เกิดเหตุ

น้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิงที่มีค่าอุณหภูมิจุดวาบไฟที่ต่ำกว่าน้ำมันดีเซลและน้ำมันเตา ในขณะที่น้ำมันดีเซลและน้ำมันเตามีค่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเองต่ำกว่าเบนซินมาก โดยเฉพาะน้ำมันเตาที่ต้องให้ความร้อนให้มีอุณหภูมิสูงพอเพื่อให้มันมีสถานะเป็นของเหลวจะได้ส่งไปตามระบบท่อด้วยการใช้ปั๊มได้ ดังนั้นเวลาที่มันรั่วไหลออกมาก็มักจะเกิดไฟลุกไหม้ทันที ซึ่งแตกต่างจากพวกที่มีอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเองสูง (เช่นน้ำมันเบนซินและแก๊สหุงต้ม)

และเรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ก็เป็นเหตุการณ์ที่เกิดจากน้ำมันเตา

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Fire of a fuel oil fraction during sampling at a vacuum distillation unit" (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1200091.html) เป็นเหตุการณ์เกิดที่เมือง Mie ประเทศญี่ปุ่นเมื่อวันที่ ๒๙ กุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๙๖ (พ.ศ. ๒๕๓๙) โดยเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเก็บตัวอย่างน้ำมันเตาจากหอกลั่นสุญญากาศ

หมายเหตุ : การกลั่นน้ำมันดิบจะใช้หอกลั่น ๒ หอ โดยหอกลั่นหอแรกจะเป็นการกลั่นที่ความดันบรรยากาศ การกลั่นครั้งแรกนี้จะแยกเอาน้ำมันเบาต่าง ๆ ออกไปก่อน (คร่าว ๆ คือพวกที่มีจุดเดือดระดับดีเซลและต่ำกว่า) จากนั้นจึงเอาน้ำมันหนักส่วนที่เหลือที่เป็นพวกโมเลกุลขนาดใหญ่ไปกลั่นแยกในหอกลั่นที่สองที่เป็นการกลั่นภายใต้สุญญากาศ (ในความเป็นจริงคือความดันต่ำกว่าความดันบรรยากาศปรกติ) ก็เพื่อให้น้ำมันโมเลกุลใหญ่เหล่านี้ระเหยกลายเป็นไอได้ง่ายขึ้นโดยไม่ต้องใช้อุณหภูมิที่สูง การกลั่นครั้งที่สองนี้จะแยกเอาน้ำมันหนักออกเป็นส่วนต่าง ๆ เช่น น้ำมันดีเซล น้ำมันหล่อลื่น น้ำมันเตาเกรดต่าง ๆ และยางมะตอย

ระบบเก็บตัวอย่าง (รูปที่ ๑) ประกอบด้วยท่อขนาด 3/4 นิ้วที่แยกออกมาจากท่อหลักขนาด 6 นิ้ว น้ำมันเตาในท่อนั้นมีอุณหภูมิ 300ºC (อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเอง) และจะกลายเป็นของแข็งเมื่อเย็นตัวลง ดังนั้นจึงต้องให้ความร้อนแก่ท่อเก็บตัวอย่าง (sample line) ด้วยการพันท่อไอน้ำไปรอบ ๆ (ท่อ steam tracer) มีวาล์วขนาด 3/4 นิ้ว 1 ตัว (1) ปิดกั้นท่อเก็บตัวอย่างจากท่อหลัก และมีวาล์ว 3/4 นิ้วอีก 1 ตัว (2) ปิดกั้นระหว่างท่อเก็บตัวอย่างกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (4 - Sample cooler) น้ำมันจะไหลในท่อของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนลงสู่จุดรองรับตัวอย่างด้านล่างที่มีวาล์ว 3/4 นิ้วอยู่อีก 1 ตัว (5) โดยด้านนอกของท่อน้ำมันจะสามารถให้ไอน้ำ (3.5 kg/cm² steam อุณหภูมิประมาณ 148ºC) หรือน้ำ (industrial water) ไหลเข้ามาเพื่อให้ความร้อนหรือหล่อเย็น (เพื่อให้น้ำมันเตาในท่อไหลได้โดยมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเอง) นอกจากนี้ระหว่างวาล์ว (1) และ (2) ยังมีท่อไอน้ำต่อเข้าไป (5) เพื่อใช้สำหรับไล่น้ำมันที่ค้างอยู่ในท่อเก็บตัวอย่าง เพื่อไม่ให้น้ำมันที่ค้างอยู่นั้นแข็งตัวซึ่งจะทำให้ท่อเก็บตัวอย่างอุดตัน

ในวันที่เกิดเหตุนั้นโอเปอร์เรเตอร์เข้าไปเก็บตัวอย่างน้ำมันเตา แต่เมื่อเปิดวาล์วพบว่ามีน้ำมันไหลออกมาเพียงเล็กน้อย จึงได้ทำการเปิดวาล์วให้มากขึ้น (บทความใช้คำว่าอย่างไม่ระมัดระวัง) ทันใดนั้นน้ำมันก็พุ่งออกมาทันทีจนล้นอ่างรองรับน้ำมันและลุกติดไฟทันทีเนื่องจากอุณหภูมิน้ำมันสูงกว่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเอง ประมาณว่าน้ำมันได้รั่วไหลออกมาประมาณ 200 ลิตรก่อนที่จะดับเพลิงได้

สาเหตุที่ทำให้ท่ออุดตันเป็นเพราะในการเก็บตัวอย่างก่อนหน้านั้นไม่ได้ทำการไล่ (purging) น้ำมันที่ค้างอยู่ในท่อออกให้หมด เมื่อเย็นตัวลงน้ำมันที่ค้างอยู่ก็เลยอุดตันท่อ เมื่อเปิดให้น้ำมันใหม่เข้ามา ความร้อนจากน้ำมันใหม่ก็ทำให้น้ำมันที่แข็งตัวอยู่ในท่อละลาย ประกอบด้วยวาล์วเก็บตัวอย่างที่เปิดกว้างอยู่เลยทำให้น้ำมันพุ่งออกมาแรง นอกจากนี้ในการเก็บตัวอย่างยังไม่ได้ใช้ Sample cooler ในการลดอุณหภูมิน้ำมันให้ต่ำกว่าอุณหภูมิจุดลุกติดไฟได้ด้วยตนเองก่อน จึงทำให้น้ำมันที่รั่วออกมานั้นลุกติดไฟทันที

อันที่จริงมีเหตุการณ์หลายกรณีที่ให้คำแนะนำว่า วาล์วเก็บตัวอย่างควรเป็นชนิดที่ต้องใช้แรงในการเปิดวาล์วต้านแรงสปริง (ที่เรียกว่า spring loaded หรือ deadman spring return) ที่เมื่อปล่อยมือแรงสปริงจะทำให้วาล์วปิด การรั่วไหลก็จะหยุด

เรื่องเล่าในวันนี้ก็จบเพียงเท่านี้

เพลิงไหม้โรงกลั่นน้ำมันเพราะน็อตยึด impeller ปั๊มหอยโข่งหลุด MO Memoir : Wednesday 9 October 2567

เหตุการณ์นี้จะเรียกว่าพังเพราะน็อตหลุดเพียงตัวเดียวก็น่าจะได้

จะว่าไปเว็บ Oil Industry Safety Directorate ของอินเดียก็มีรายงานอุบัติเหตุที่น่าสนใจเยอะอยู่เหมือนกัน เหมาะสำหรับคนที่ไม่ค่อยชอบอ่านเนื้อหายาว ๆ แบบของอังกฤษ (รายงานของ CSB ของอเมริกานั้นสั้นกว่าของอังกฤษเยอะ) อย่างเช่นเรื่องที่เอามาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Case study on major fire incident due to failure of crude booster pump" ที่เป็นเหตุไฟไหม้ที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งที่มีสาเหตุจากความเสียหายของปั๊มหอยโข่งที่ใช้เพิ่มความดันให้กับน้ำมันดิบ บทความไม่ได้บอกว่าเกิดเรื่องเมื่อใด แต่ในรูปถ่ายรูปหนึ่งหลังเหตุการณ์สงบมีลงวันที่ 01 06 2013 ซึ่งถ้าอ่านแบบอังกฤษก็จะเป็นวันที่ ๑ เดือนมิถุนายน ค.ศ. ๒๐๑๓ (สายอังกฤษจะเขียน วัน เดือน ปี แต่ถ้าเป็นอเมริกาจะเป็น เดือน วัน ปี)

แต่ก่อนอื่นมาทบทวนโครงสร้างปั๊มหอยโข่ง (centrifugal pump) กันก่อนดีกว่า (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ ส่วนประกอบปั๊มหอยโข่ง

รูปที่ ๑ เป็นโครงสร้างปั๊มหอยโข่งแบบที่พบเห็นกันมากที่สุด โดยตัวปั๊มประกอบด้วยตัวเรือน (casing) และช่องทางให้ของเหลวไหลออก (discharge) ทางด้านหลังของตัวเรือน (ด้านซ้ายของภาพ) จะมีรูสำหรับสอดเพลา (shaft) ที่อาจเป็นเพลาของมอเตอร์ (ในกรณีของปั๊มขนาดเล็ก) หรือเป็นเพลาที่ต้องนำไปต่อ (coupling) เข้ากับเพลามอเตอร์อีกที (ในกรณีของปั๊มขนาดใหญ่) บนตัวเพลาจะมีการเซาะร่องสำหรับสอดลิ่ม (key) เพื่อใช้ยึดตัวใบพัด (impeller) ให้หมุนไปพร้อมกับเพลาเวลาที่เพลาหมุน ทางด้านหน้าของตัวเรือน (ด้านขวาของภาพ) จะมีช่องเปิดขนาดใหญ่ไว้สำหรับติดตั้งใบพัดที่จะสวมเข้าไปกับเพลา ช่องเปิดนี้จะถูกปิดด้วยฝาปิดตัวเรือน (casing cover) โดยของเหลวจะไหลเข้าทางด้านช่องทางไหลเข้า (inlet) ที่อยู่ตรงกลางของฝาปิดตัวเรือน เข้าสู่ตรงกลางใบพัด (eye) และถูกเหวี่ยงออกไปทางด้านของเหลวไหลออก

เพื่อให้การทำงานของปั๊มมีประสิทธิภาพ ช่องว่างระหว่างใบพัดกับตัวเรือนจะต้องไม่กว้างมาก เพราะถ้ากว้างเกินไปจะทำให้ของเหลวที่ถูกเหวี่ยงออกไปจากใบพัดนั้นสามารถไหลย้อนกลับเข้ามาทางด้านขาเข้าได้มาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการยึดใบพัดให้อยู่นิ่งเมื่อเทียบกับเพลา แต่ต้องยึดตัวเพลาไม่ให้มีการเคลื่อนที่ตามแนวแกน ตรงนี้มันก็เหมือนกับพัดลมที่เราใช้กันตามบ้านเรือน ที่เราต้องมีน็อตยึดใบพัดเอาไว้ไม่ให้หลุดเวลาหมุน และมีสลักที่ยึดใบพัดไว้กับเพลาเพื่อให้ใบพัดหมุนเวลาที่มอเตอร์หมุน และตัวเพลาของมอเตอร์นั้นต้องไม่มีการขยับตัวในแนวแกน ไม่เช่นนั้นเวลาที่ใบพัดหมุนมันก็จะตีเข้ากับตะแกรงกันใบพัดได้

ทีนี้ลองมาไล่ลำดับเหตุการณ์ก่อนเกิดเหตุ

ปั๊มเพิ่มความดัน (booster pump) มีทั้งสิ้น ๓ ตัว ในขณะเกิดเหตุใช้งานอยู่ ๒ ตัว (อีกตัวหนึ่งน่าจะเป็นตัวสำรอง) ปั๊มแต่ละตัวมีขนาด 276 m³/hr โดยในขณะนั้นหน่วยกลั่นเดินเครื่องอยู่ที่ 350 m³/hr (ด้วยเหตุนี้จึงต้องใช้ปั๊มสองตัว) อุณหภูมิของน้ำมันคือ 179ºC ที่ความดัน 31.5 kg/cm² (อุณหภูมิของน้ำมันจัดว่าสูงไม่ถึง autoignition temperature ซึ่งปรกติจะอยู่ราว ๆ 200ºC ขึ้นไป) อัตรากินกระแสไฟปรกติคือ 44-45 A (และ 65 A ที่ full load) ข่วงเวลาที่เกิดเหตุนั้นเป็นช่วงรอยต่อระหว่างการเปลี่ยนกะกลางคืนมาเป็นกะเช้า

ในช่วงท้ายของกะกลางคืน (ก่อนเช้า) มีเสียงระเบิดดังขึ้น โอเปอร์เรเตอร์จึงทำการหยุดเดินเครื่องโรงงานและทำการดับเพลิง ซึ่งใช้เวลากว่า ๔ ชั่วโมงเพลิงจึงสงบ

จากการเข้าไปตรวจสอบที่เกิดเหตุพบความเสียหายที่ crude oil booster pump (ที่เชื่อว่าเป็นจุดเริ่มต้นการรั่วไหลของน้ำมัน) โดยตัวฝาครอบด้านหน้านั้นหลุดออกมา และใบพัดก็หลุดออกจากเพลา (รูปที่ ๒) ความเสียหายของฝาครอบทำให้น้ำมันรั่วไหลออกมา ส่วนแหล่งพลังงานที่ทำให้เกิดการจุดระเบิดคาดว่าเป็นจากการเสียดสีระหว่างใบพัดกับฝาครอบตัวเรือน

รูปที่ ๒ ปั๊มหอยโข่งตัวที่ casing ถูกใบพัดเจียรจนขาด

ตำแหน่งฉีกขาดของฝาครอบนั้นไม่ใช่แนวรอยเชื่อมใด ๆ (ปรกติแล้วรอยเชื่อมจะเป็นจุดอ่อนในการรับแรง ในกรณีนี้จึงสามารถตัดประเด็นเรื่องความเสียหายที่เกิดจากความไม่แข็งแรงของรอยเชื่อมออกไปได้) และพบว่าเนื้อโลหะตรงบริเวณเส้นรอบวงที่ฉีกขาดนี้มีความหนาเหลือเพียงแค่ประมาณ 1 มิลลิเมตร (รูปที่ ๓)

จากความเสียหายของฝาครอบจึงระบุได้ว่าสาเหตุเกิดจากการที่ใบพัดเสียดสีเข้ากับฝาครอบ อันเป็นผลจากการที่ใบพัดสามารถเคลื่อนตัวได้ในแนวแกน ความดันทางด้านหลังใบพัดที่สูงกว่าด้านของเหลวไหลเข้า จึงดันให้ใบพัดนั้นเข้ามาเบียดกับตัวฝาครอบตัวเรือน บทความบอกว่าตัวเรือนปั๊มทำจาก carbon steel A-216 WCB. แต่ไม่บอกว่าใบพัดทำจากโลหะอะไร แต่ก็น่าจะมีความแข็งมากกว่าของตัวเรือน ตัวเรือนจึงพังก่อนตัวใบพัด (ที่ยังเห็นว่าอยู่ในสภาพดี - รูปที่ ๒)

สิ่งที่ทางผู้สอบสวนต้องหาสาเหตุให้ได้ก็คือ อะไรเป็นตัวการทำให้ใบพัดเคลื่อนตัวได้ในแนวแกน และทำไมเมื่อเกิดเหตุการณ์ใบพัดเสียดสีกับตัวเรือน (ซึ่งต้องใช้เวลากว่าที่ตัวเรือนจะพัง) จึงไม่มีใครรู้ว่าเกิดปัญหาขึ้นแล้ว

บันทึกการทำงานก่อนเกิดเหตุไม่ว่าจะเป็น อัตราการไหล, อุณหภูมิ และความดัน ถือว่าเป็นปรกติ

รูปที่ ๓ บริเวณ casing ที่ถูกเจียรจนขาด

ประวัติการใช้งานของปั๊มที่เกิดความเสียหายพบว่าก่อนเกิดเหตุนั้นพบการสั่นสะเทือนที่มาก และเพลามีการติดขัด จึงมีการถอดปั๊มออกไปซ่อมบำรุง และนำมาติดตั้งกลับคืน และก็ใช้งานปั๊มนั้นตลอดจนเกิดเหตุ

การที่ใบพัดสามารถเคลื่อนตัวเข้ามาเสียดสีกับตัวเรือนได้เป็นเพราะน็อตที่ยึดใบพัดให้อยู่กับที่นั้นเสียหาย ซึ่งเกิดจากปัจจัยต่อไปนี้รวมกันคือ

- การสั่นสะเทือนในแนวแกนที่รุนแรง (ตรงนี้รายงานว่าเป็นผลมาจากการสั่นของท่อด้านขาเข้า)

- ขัดน็อตไม่แน่นพอในการซ่อมบำรุงครั้งสุดท้าย และ

- ความเสียหายของแหวนยึดหรือความเสียหายที่เกลียว (ทำให้น็อตคลายตัว)

แต่เมื่อเกิดการเสียดสีแล้ว ควรที่จะมีเสียงดัง และทำให้มอเตอร์กินกระแสไฟมากขึ้น บทความไม่ได้กล่าวว่าทำไมจึงไม่มีใครสังเกตว่ามีเสียงดังผิดปรกติ แต่จะว่าไปในโรงงานเหล่านี้เสียงมันก็ดังอยู่แล้ว ถ้าไม่เคยชินกับเสียงหรือถ้ามันไม่ดังแปลก ๆ ขึ้นมา ก็คงไม่มีใครรู้ (มอเตอร์เหนี่ยวนำหมุนที่ความเร็วรอบคงที่ ปริมาณกระแสที่ใช้แปรผันตามปริมาณ load การเสียดสีทำให้เกิดความต้านทานการหมุน มอเตอร์ต้องดึงกระแสมากขึ้นเพื่อรักษาความเร็วรอบให้คงเดิม)

ส่วนตรงประเด็นที่ว่าทำไมเมื่อมอเตอร์กินกระแสไฟมากขึ้นต่อเนื่องเป็นเวลานาน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความผิดปรกติในการทำงาน ระบบป้องกันจึงไม่ทำงาน ตรงนี้ทางบทความกล่าวว่าเป็นเพราะการออกแบบ trip logic (ตรรกะที่บ่งชี้ว่ามีการทำงานผิดปรกติเกิดขึ้น) และ trip current setting (ปริมาณกระแสที่ทำให้ตัดการทำงาน) นั้นไม่เหมาะสม

เมื่อ erosion, thermal stress และ vibration มาอยู่รวมกัน MO Memoir : Monday 7 October 2567

แว่วมาว่าเหตุการณ์แก๊สรั่วไหลแล้วตามด้วยเพลิงไหม้ที่โรงงานแห่งหนึ่งเมื่อปลายเดือนที่แล้วเกิดจาก erosion ตรงข้องอ ที่ทำให้ผนังข้องอบางจนรับความดันภายในไม่ได้ มันก็เลยทะลุ ซึ่งเหตุการณ์นี้ก็คล้ายกับที่เกิดที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งเมื่อ ๑๐ ปีที่แล้ว ที่ได้ยินมาว่าการรั่วไหลเกิดที่ข้องอ เพราะเกิด erosion จนผนังข้องอบาง ซึ่งในกรณีนี้ก็ได้ยินมาว่ามีการตรวจพบปัญหานี้ก่อนหน้าแล้ว และเตรียมที่จะทำการเปลี่ยนเมื่อถึงกำหนดหยุดเดินเครื่อง แต่มันชิงพังเสียก่อน

ส่วนที่ว่าสาเหตุที่แท้จริงของสองเหตุการณ์นั้นเป็นอย่างไร ทางผมเองก็คงไม่สามารถยืนยันได้ คงต้องให้ผู้ที่ทำงานในสองโรงงานดังกล่าวตรวจสอบกันเอง

blog นี้ได้นำเอาเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในยุโรป ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา มานำเสนอหลายเหตุการณ์แล้ว มาคราวนี้ขอนำเอาเรื่องที่เกิดในอินเดียมาเล่าบ้าง อันที่จริงบทความต้นฉบับไม่มีการระบุว่าเกิดที่ไหนและเมื่อใด แต่เป็นเรื่องที่รวบรวมไว้โดย Oil Industry Safety Directorate ของประเทศอินเดีย (https://www.oisd.gov.in/archived-case-studies) ในหัวข้อเรื่อง "Case study on fire incident at VGO-HDT unit" ก็เลยคิดว่าน่าจะเป็นเหตุการณ์ที่เกิดในประเทศอินเดีย เนื้อหาในบทความกล่าวว่าหน่วยผลิตดังกล่าวเริ่มเดินเครื่องในปีค.ศ. ๒๐๑๒ แต่บทความนี้มีการ upload เข้า web site ในเดือนกันยายนปีค.ศ. ๒๐๑๔ แสดงว่าการพังนั้นมันเกิดขึ้นรวดเร็วเหมือนกัน โดยสาเหตุของการพังคาดว่าเป็นการผสมกันของ thermal stress, erosion และ vibration

แต่ก่อนอื่นเรามาลองทำความรู้จักกระบวนการผลิตเพื่อที่จะเข้าใจที่มาของศัพท์บางคำก่อนดีกว่า

รูปที่ ๑ แผนผังหน่วย Vacuum Gas Oil Hydrotreating (VGO-HDT) ภาพต้นฉบับในบทความชี้จุดเกิดเหตุ (Location of explosion) ว่าอยู่ก่อนจุดผสมระหว่างสายร้อนและสายเย็น (จุด A) แต่ในเนื้อหาบอกว่าอยู่ถัดจากจุดผสม ซึ่งเป็นตำแหน่ง B

การกลั่นน้ำมันดิบจะใช้หอกลั่น 2 หอ หอกลั่นหอแรกเป็นการกลั่นที่ความดันบรรยากาศ หอนี้จะกลั่นแยกเอาน้ำมันเบา (คือพวกมีจุดเดือดต่ำ) ออกมาก่อน น้ำมันส่วนที่เหลือที่ออกทางก้นหอกลั่น (พวกมีจุดเดือดสูง) จะเข้าสู่หอกลั่นหอที่สองที่ทำการกลั่นที่สุญญากาศ (ในความเป็นจริงคือความดันต่ำกว่าบรรยากาศ) การที่ลดความดันก็เพื่อให้น้ำมันนั้นเดือดได้ที่อุณหภูมิที่ต่ำลง และยังป้องกันไม่ให้โมเลกุลน้ำมันแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงถ้าใช้อุณหภูมิที่สูงในการกลั่น น้ำมันกลุ่มนี้จะอยู่ในส่วนของพวกส่วนที่มีจุดเดือดช่วงของน้ำมันดีเซลและพวกที่มีจุดเดือดสูงกว่า

ผลิตภัณฑ์น้ำมันที่ได้จากการกลั่นในหอกลั่นสุญญากาศนี้มีชื่อเรียกหลากหลาย เช่น gas oil, fuel oil, distillate โดยอาจมีคำนำหน้าชื่อพวก ligh, heavy ประกอบ คำว่า light หรือ heavy ตรงนี้มันไม่เกี่ยวข้องกับความหนาแน่น แต่เป็นตัวบอกว่าเป็นน้ำมันส่วนมีจุดเดือดต่ำ (light) หรือน้ำมันที่มีจุดเดือดสูง (heavy) เนื่องจากหอกลั่นนั้นเป็นหอตั้งตรงในแนวดิ่ง พวกที่มีจุดเดือดต่ำจะลอยขึ้นบน (ที่มาของคำว่า light) ในขณะที่พวกที่มีจุดเดือดสูงจะอยู่ทางด้านล่างของหอ (ที่มาของคำว่า heavy)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้เกี่ยวข้องกับ Vacuum Gas Oil (VGO) ซึ่งก็คือน้ำมันที่ได้มาจากหอกลั่นสุญญากาศ น้ำมันในส่วนนี้จะมีขนาดโมเลกุลที่ใหญ่ มีโครงสร้างที่มีความไม่อิ่มตัว (C=C) อยู่มาก และมักมีสารประกอบกำมะถัน (S) ปะปนอยู่มาก ในการนำไปใช้งานนั้น ถ้าต้องการนำไปทำให้โมเลกุลแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง (เช่นเปลี่ยนเป็นน้ำมันเบนซิน) ก็ต้องกำจัดพันธะไม่อิ่มตัวทิ้งก่อน (เปลี่ยนพันธะ C=C เป็น C-C) ด้วยการเติมไฮโดรเจน เพื่อให้โมเลกุลแตกตัวได้ง่ายขึ้น หรือเพื่อลดปัญหามลพิษจากสารประกอบกำมะถัน ก็ต้องกำจัดอะตอมกำมะถันออกก่อนโดยใช้ไฮโดรเจนดึงออกมาในรูป H₂S เนื่องจากหน่วยเหล่านี้มีการใช้ไฮโดรเจนในการปรับสภาพ จึงมีชื่อเรียกรวม ๆ ว่า Hydrotreating (HDT)

รูปที่ ๑ เป็นแผนผังการทำงานของหน่วยที่เกิดเหตุ น้ำมันที่จะนำมาปรับสภาพจะไหลเข้ามายัง feed surge drum V-002 ก่อน ถังนี้ทำหน้าที่ลดความผันผวนของน้ำมันที่ไหลเข้าระบบ กล่าวคือปั๊ม P-001A/B จะทำงานที่สภาวะคงที่ ถ้าน้ำมันไหลเข้ามามากกว่าอัตราการสูบออกของปั๊ม น้ำมันนั้นก็จะสะสมไว้ใน V-002 และถ้าน้ำมันไหลเข้ามาน้อยกว่าอัตราการสูบออกของปั๊ม ปั๊มก็จะดึงเอาน้ำมันที่สะสมเอาไว้ไปใช้ ซึ่งเป็นการลดความผันผวนให้กับหน่วย HDT

ปฏิกิริยา hydrotreating ใช้อุณหภูมิที่สูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องให้ความร้อนแก่ VGO ก่อนด้วยเตาเผา F-001 ก่อนส่งไปทำปฏิกิริยาที่ R-001 และ R-002 น้ำมันร้อนที่ออกจาก R-002 จะถูกทำให้เย็นตัวลง แต่เพื่อที่จะประหยัดการใช้พลังงานจึงนำเอาความร้อนของน้ำมันที่ออกมาก R-002 นี้ไปถ่ายเทให้กับน้ำมันที่จะไหลเข้าเตาเผา F-001 ด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนจำนวน 7 เครื่อง โดยมีการผสม recycle gas (หลัก ๆ ก็คือไฮโดรเจนที่ต้องใช้ในการทำปฏิกิริยา) ให้กับน้ำมันที่จะเข้าสู่กระบวนการ HDT ก่อนที่น้ำมันนี้จะไหลเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวแรก E-001A

ปฏิกิริยาเติมไฮโดรเจนหรือกำจัดกำมะถันนั้นเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ซึ่งปฏิกิริยาคายความร้อนมีแนวโน้มที่จะเร่งตนเอง (อุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มสูงขึ้น) ในกรณีเช่นนี้วิธีการหนึ่งในการควบคุมอุณหภูมิคือการลดอุณหภูมิด้านขาเข้า ซึ่งในกระบวนการนี้ทำโดยการ bypass น้ำมันส่วนหนึ่งไม่ให้ไหลเข้าเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยให้ไปผสมกับน้ำมันที่ไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ที่มีอุณหภูมิสูงกว่า) ทางด้านขาออกของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวที่ 7 E-001G

การตรวจสอบหลังเกิดเหตุพบว่า ใน operating manual, process flow diagram (PFD) และ piping and instrumentation diagram (P&ID) แสดงเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนไว้ 6 ตัว โดยไม่มีหลักฐานปรากฏว่าตัวที่ 7 นั้นมีการติดตั้งเมื่อใด

ท่อที่ไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมีขนาด 20 นิ้ว ส่วนท่อ bypass มีขนาด 8 นิ้ว การผสมสายเย็นของท่อ bypass เข้ากับสายร้อนที่มาจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่า "Quill" (ดูรูปที่ ๒) ที่มีลักษณะเป็นท่องอฉีดของเหลวเข้าไปตรงกลางท่อใหญ่ ในทิศทางเดียวกับการไหลของของเหลวในท่อใหญ่ (ถ้าใช้ google หาความหมายของคำว่า quill จะไปลงที่ปากกาขนนก แต่ถ้าใช้ quill mixer จะหมายอุปกรณ์ฉีดสารเคมี)

รูปที่ ๒ การผสมสายเย็นจากท่อ bypass เข้ากับสายร้อนที่มาจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และตำแหน่งท่อที่เสียหาย

ในช่วงตั้งแต่เริ่มเดินเครื่องจนถึงเวลาก่อนเกิดเหตุ หน่วยผลิตนี้มีการหยุดเดินเครื่องและเริ่มเดินเครื่องใหม่หลายครั้ง ทำให้เกิด thermal shock และ thermal stress หลายครั้งในหน่วยนี้ที่ทำงานที่ความดันและอุณหภูมิสูง ข้อมูลที่บันทึกไว้ก่อนเกิดเหตุแสดงว่าการทำงานเป็นปรกติ เว้นแต่อัตราการไหลของสาย bypass โดยก่อนเกิดเหตุนั้นหน่วยผลิตเดินเครื่องอยู่ที่ 453 m³/hr ในขณะที่ระบบออกแบบไว้ที่ 416 m³/hr (ประมาณ 109% ของค่าที่ออกแบบไว้) อัตราการไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอยู่ที่ประมาณ 265 m³/hr โดยที่เหลือนั้นไหลผ่านเส้น bypass (188 m³/hr หรือประมาณ 41.5% ของอัตราการไหลรวมซึ่งจัดว่าสูง) ด้วยอัตราการ bypass ที่สูงทำให้อุณหภูมิก่อนเข้าเตาเผาสูงเพียง 312ºC แทนที่จะเป็น 344ºC จึงส่งผลให้เตาเผาต้องมี heat load เพิ่มขึ้น

ข้องอแรกด้าน downstream ของ quill ถูกรองรับไว้ด้วยท่อเหล็กที่ปลายด้านหนึ่งถูกเชื่อมยึดเข้ากับข้องอ ส่วนปลายด้นพื้นถูกยึดตรึงไว้กับพื้นโดยไม่สามารถขยับได้

ท่อขนาดใหญ่จะมีตัว support รองรับน้ำหนักท่อถ่ายลงพื้น เพื่อไม่ให้ตัวเส้นท่อนั้นต้องแบบรับน้ำหนักท่อ ในกรณีของท่อที่ร้อนนั้น เมื่อท่อร้อนจะมีการขยายตัว ดังนั้นการติดตั้ง support รองรับท่อต้องยอมให้ท่อนั้นขยายตัวในแนวยาวได้ ถ้าปลาย support ด้านท่อถูกเชื่อมติดกับตัวท่อ ส่วนที่วางบนพื้นก็ต้องไม่ถูกยึดตรึง แต่จะถูกประคองไว้ไม่ให้เคลื่อนตัวออกทางด้านข้าง ให้เคลื่อนตัวได้เฉพาะในทิศทางการขยายตัวของท่อเท่านั้น อ่านเรื่องนี้เพิ่มเติมบน blog ได้ในเรื่อง "การเผื่อการขยายตัวของท่อร้อน" MO Memoir ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๒๕ กุมภาพันธ์ พ.ศ. ๒๕๖๑: Sunday 25 February 2561"

จากการตรวจสอบการออกแบบ quill นั้นพบว่า ระยะทางระหว่าง quill ถึงข้องอหรือแยกตัว T ตัวแรกนั้นควรต้องมีระยะไม่ต่ำกว่า 10 เท่าของขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ อย่างเช่นในกรณีนี้เป็นท่อขนาด 20 นิ้ว ดังนั้นระยะทางดังกล่าวควรมีค่าเท่ากับ 200 นิ้ว แต่ในความเห็นจริงนั้นระยะนี้ยาวเพียงแค่ 40 นิ้วเท่านั้น

สายร้อนที่มาจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ที่มีการผสมแก๊สไฮโดรเจนเข้าไปแล้ว) ควรจะมีอุณหภูมิสูงพอที่จะทำให้น้ำมันนั้นกลายเป็นไอหมด แต่เมื่อผสมเข้ากับสาย bypass ที่เย็นกว่าในสัดส่วนที่สูง จึงทำให้น้ำมันที่เย็นกว่าที่ฉีดเข้ามาทาง quill นั้นใช้เวลาในการระเหยกลายเป็นไอ จึงทำให้เกิดการไหลแบบสองเฟส (ของเหลว + แก๊ส) แบบปั่นป่วนทางด้านขาออกของ quill ทำให้เกิด thermal stress ในท่อช่วงดังกล่าว (เนื้อโลหะสัมผัสของเหลวที่เย็นและไอที่ร้อนสลับไปมา)

การที่ต้องมีส่วนที่เป็นท่อตรงทางด้าน downstream ของ quill ก็เพื่อให้ของเหลวเย็นที่ฉีดเข้ามานั้นระเหยจนหมดกลายเป็นไอ ถ้าท่อช่วงนี้สั้นเกินไปก็จะมีของเหลวที่ยังไม่ระเหยพุ่งเข้าปะทะกับตัวข้องอ รูปแบบนี้น่าจะคล้ายกับการเกิด water hammer ในท่อไอน้ำที่มีน้ำที่ควบแน่นไหลอยู่ภายใน และการเข้าปะทะนี้จะทำให้ท่อเกิดการสั่น

ทางด้าน downstream ของ quill ก่อนถึงข้องอข้อแรกมีท่อ drain ขนาด 3/4 นิ้วติดตั้งอยู่ ซึ่งหลังเกิดเหตุพบว่าท่อนี้ฉีกขาดออกไป (ตำแหน่งในรูปที่ ๒) พึงสังเกตว่าท่อ drain ตรงนี้ใช้ระบบ double block valve ทั้งนี้เพราะเป็นท่อความดันสูงและอุณหภูมิสูง

จุดเริ่มต้นของการรั่วไหลมีการพิจารณาความเป็นไปได้อยู่ 2 สมมุติฐานด้วยกัน สมมุติฐานแรกคือท่อหลัก 20 นิ้วเกิดความเสียหายเนื่องจากการต้องรับทั้ง erosion (ผลของการไหลแบบสองเฟส), thermall stress (การที่ท่อไม่สามารถยืดตัวได้อย่างอิสระเพราะถูกยึดตรึงเอาไว้กับพื้น) และ vibration (ผลของการไหลแบบสองเฟส) ต่อเนื่องกันเป็นเวลานาน สมมุติฐานที่สองคือท่อ drain เกิดความเสียหายก่อน (ผลจาก thermal stress และ vibration) ทำให้เกิดการรั่วไหล จากนั้นจึงตามด้วยการระเบิดภายในท่อ สมมุติฐานอันหลังนี้ดูแปลก ๆ นิดนึง การระเบิดจะเกิดขึ้นภายในท่อได้ก็ต่อเมื่อในท่อนั้นมันมีอากาศอยู่ แต่ด้วยการที่ภายในท่อมีความดันสูง ดังนั้นน้ำมันและไฮโดรเจนจะฉีดพุ่งออกมาข้างนอกโดยที่อากาศไม่สามารถแพร่เข้าไปได้

(พวกน้ำมันดีเซล น้ำมันเตา เป็นพวกที่มี autoignition temperature ไม่สูง (ค่าประมาณ 200ºC ขึ้นไป) ดังนั้นเมื่อน้ำมันร้อนเหล่านี้รั่วไหลออกมาเจอกับอากาศ ก็จะลุกติดไฟได้เองทันที่โดยไม่ต้องมีความร้อน เปลวไฟ หรือประกายไฟช่วยให้เกิดการลุกไหม้)

รูปที่ ๓ บทความต้นฉบับไม่ได้ให้รายละเอียดใด ๆ กับรูปนี้ แต่ดูแล้วเห็นว่าตัวที่อยู่ด้านล่างขวาของรูปน่าจะคือ Quill

งานที่ไม่ให้วิศวกรหญิงไปทำ MO Memoir : Saturday 1 June 2567

"ผมว่าผมรู้เหตุผลนะ ว่าทำไมเขาจึงไม่ให้ผู้หญิงไปทำ"

ผมบอกกับศิษย์เก่าที่มาเล่าประสบการณ์ทำงานตรงสาขาให้รุ่นน้องที่กำลังศึกษาอยู่ฟัง ว่าทำไมงานที่เขาเล่ามานั้นหัวหน้าจึงไม่ส่งให้วิศวกรหญิงไปทำ

ปลายสัปดาห์ที่แล้วทางภาควิชาจัดกิจกรรมพิเศษให้กับนิสิตของภาคที่สนใจ คือเป็นกิจกรรมเล่าประสบการณ์การทำงานในงานที่ตรงสาขากับการเยี่ยมชมโรงงานเพื่อให้เห็นภาพการทำงานจริง โดยกิจกรรมในวันแรกในช่วงบ่าย เป็นการเล่าประสบการณ์การทำงานของศิษย์เก่าว่าเมื่อเริ่มเข้าทำงานนั้นได้เริ่มจากตรงไหน และจนถึงวันนี้ได้ผ่านเรื่องราวอะไรมาบ้าง

ศิษย์เก่ารายหนึ่งเล่าให้ฟังเรื่องการทำงานของเขาเมื่อเข้าทำงานใหม่ ๆ โดยรุ่นเขานั้นเข้าทำงานกันประมาณ ๑๐ คน เป็นชาย-หญิงอย่างละครึ่ง จนมาถึงวันหนึ่งก็เป็นช่วงที่โรงงานหยุดซ่อมบำรุงใหม่ (ที่ทางฝั่งอเมริกาเรียกว่า Turnaround ส่วนทางฝั่งยุโรปเรียกว่า Shut down) เขากับเพื่อนวิศวกรชาย (ฟังจากที่เขาเล่าน่าจะเป็นกลุ่มที่เข้างานรุ่นเดียวกัน) ได้รับมอบหมายให้ไปทำงาน โดยพี่หัวหน้างานบอกว่างานนี้ไม่ให้วิศวกรหญิงไปทำ พร้อมกำชับด้วยว่า ให้ห่อข้าวกลางวันไปกินด้วย ซึ่งตอนแรกเขาก็ไม่เชื่อ แต่เมื่อพี่หัวหน้างานย้ำแล้วย้ำอีกก็เลยยอมทำตาม โดยที่ไม่รู้ว่าทำไปทำไม

และงานนั้นก็คือการเข้าไปตรวจสอบความเรียบร้อยของ tray ภายในหอกลั่น

รูปที่ ๑ หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนประกอบด้วยหอกลั่น 2 หอ C-001 และ C-002 (ที่มาอยู่ในรูปที่ ๒)

การกลั่นเป็นแยกสารประกอบโดยใช้จุดเดือดที่แตกต่างกัน โดยสารที่มีจุดเดือดต่ำจะระเหยกลายไปไอลอยขึ้นไปด้านบน ตัว tray คืออุปกรณ์ติดตั้งภายในที่ใช้สำหรับแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างไอระเหยที่ลอยขึ้นบน และของเหลวที่ไหลลงล่าง เมื่อไอระเหยและของเหลวสัมผัสกันในแต่ละ tray สารที่มีจุดเดือดสูงที่อยู่ในไอก็จะควบแน่นลงมาอยู่ในของเหลว สารที่มีจุดเดือดต่ำที่อยู่ในของเหลวก็จะระเหยเข้าไปอยู่ในไอ ทำให้ไอระเหยที่ลอยขึ้นไปนั้นจะมีสัดส่วนสารที่มีจุดเดือดต่ำสูงขึ้นเรื่อย ๆ ส่วนของเหลวที่ไหลลงสู่ก้นหอด้านล่างก็จะมีสารที่มีจุดเดือดสูงนั้นจะสะสมเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ

ส่วนที่ว่าต้องมีจำนวน tray มากน้อยเท่าใดนั้น ก็ขึ้นอยู่กับว่าสารที่ต้องการแยกนั้นมีจุดเดือดแตกต่างกันมากน้อยเพียงใด ถ้าจุดเดือดแตกต่างกันมากก็ใช้จำนวน tray น้อย หอกลั่นก็จะไม่สูง แต่ถ้าจุดเดือดแตกต่างกันไม่มาก ก็ต้องใช้จำนวน tray มาก หอกลั่นก็จะสูง อย่างเช่นในกรณีการกลั่นแยกโพรเพน (propane C₃H₈) ที่มีอุณหภูมิจุดหลอมเหลว -188ºC และจุดเดือด -42ºC กับโพรพิลีน (propylene C₃H₆) ที่มีอุณหภูมิจุดหลอมเหลว -185.2ºC จุดเดือด -47.6ºC เพื่อให้ได้ความบริสุทธิ์ของโพรพิลีนที่สูง จำนวน tray ที่ใช้จะมาก ทำให้ถ้าใช้หอกลั่นเดียวก็จะสูงเกือบ 200 เมตร ก่อให้เกิดปัญหาในการก่อสร้าง การติดตั้ง และการทำงาน ดังนั้นในทางปฏิบัติจึงแยกหอกลั่นออกเป็น 2 หอ สูงหอละประมาณ 100 เมตรแทน

รูปที่ ๒ ข้อมูลหอกลั่นแยกที่ใช้ในการสร้างแบบจำลอง จะเห็นว่าจำนวน tray ที่ใช้นั้นมากกว่า 200 tray

อีกแนวทางหนึ่งในการแยกสารคืออาศัยจุดเยือกแข็งที่แตกต่างกัน อย่างเช่นในกรณีของไซลีน (xylene C₆H₄(CH₃)₂) ที่มีด้วยกัน 3 ไอโซเมอร์ โดย o-xylene ที่มีอุณหภูมิจุดหลอมเหลว -25ºC และจุดเดือด 144ºC, m-xylene ที่มีอุณหภูมิจุดหลอมเหลว -48ºC และจุดเดือด 139ºC และ p-xylene ที่มีอุณหภูมิจุดหลอมเหลว 13ºC และจุดเดือด 138ºC จะเห็นว่าอุณหภูมิจุดเดือดใกล้กันมาก ในขณะที่อุณหภูมิจุดหลอมเหลวนั้นแตกต่างกันมาก และก็ไม่อยู่ในระดับที่ต่ำมากด้วย (ในกรณีของโพรเพน-โพรพิลีนนั้นอุณหภูมิจุดหลอมเหลวต่ำมาก) ดังนั้นการแยกสารเหล่านี้ก็จะใช้การลดอุณหภูมิให้ต่ำลง โดยสารที่มีจุดหลอมเหลวสูงสุดจะแข็งตัวแยกออกมาก่อน

ที่เกริ่นเรื่องนี้ขึ้นมาก่อนก็ไม่ใช่อะไร ก็เพื่อให้คนที่ไม่ได้อยู่ในวงการทางด้านนี้ได้มองเห็นภาพว่าอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องนั้นมันมีรูปร่างหน้าตาและขนาดเท่าใด

รูปที่ ๓ หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน (หอสูงทางด้านซ้าย) ความสูงของหอ 100 เมตร

หอกลั่นสูง ๆ ก็ต้องมีการตรวสอบทั้งภายนอกและภายในเป็นระยะเช่นกัน หอพวกนี้เวลาจะขึ้นไปด้านบนก็ต้อง "ปีน" บันไดไต่ขึ้นไป โดยจะมี platform ให้พักเป็นระยะ อย่างเช่นหอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนในรูปที่ ๓ ที่สูง 100 เมตร ถ้าเทียบกับอาคารแล้วที่แต่ละชั้นสูงประมาณ 4 เมตร ความสูง 100 เมตรก็ประมาณอาคาร 25 ชั้น ลองนึกภาพการเดินบันไดขึ้นอาคาร 25 ชั้นนั้นเหนื่อยแค่ไหน แต่นี่เป็นการปีนขึ้นไป โดยต้องขึ้นไปชั้นบนสุดก่อน แล้วค่อยตรวจสอบลงมา

หอกลั่นที่ศิษย์เก่าผู้นั้นต้องเข้าไปตรวจสอบแม้ไม่ใช่หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน แต่ก็มีความสูงระดับ 100 เมตรเช่นกัน หลังจากเขาจบการเล่าประสบการณ์การทำงาน ผมก็บอกเขาด้วยข้อความที่กล่าวมาข้างต้น และให้เหตุผลด้วยการถามเขาว่า

"เวลาปวดฉี่ทำอย่างไร"

นั่นแหละครับเหตุผลที่เขาไม่ส่งผู้หญิงขึ้นไปทำงานนี้ เพราะเวลาไปทำงานทีก็ต้องขึ้นไปแต่เช้า และลงมาอีกทีก็ตอนเย็น ทั้งอาหารและน้ำดื่มก็ต้องแบกขึ้นไปด้วย เว้นแต่ว่ามั่นใจว่าสามารถปีนขึ้นลงได้โดยไม่เหนื่อย ปัญหาบางเรื่องนั้น ต้องมีประสบการณ์ภาคสนามจึงจะเข้าใจ

ผมขอไม่เฉลยแล้วกันว่าคำตอบของเขาคืออะไร แต่ปัญหานี้เห็นมาตั้งแต่ตอนจบไปทำงานใหม่ ๆ ตอนไปสร้างโรงงานที่มาบตาพุด ก็สงสัยอยู่เหมือนกันว่าคนที่ขึ้นไปทำงานข้างบนนั้นแก้ปัญหานี้อย่างไร ในที่สุดก็ได้คำตอบจากลูกน้องที่ไปสืบหามาให้ว่าเขาแก้ปัญหาด้วยการ

"ปล่อยลงมาเลย ความสูงระดับนี้ลมตีกระเจิงหมด ไม่ตกใส่หัวคนข้างล่างหรอก"

จริงหรือเท็จก็ไม่รู้ ขอให้ผู้อ่านพิจารณาเอาเอง :) :) :)

เพลิงไหม้และการระเบิดที่ Steam Cracker Unit, Czech Republic 2558 (2015) ตอนที่ ๓ การวิเคราะห์สาเหตุ MO Memoir : Monday 5 February 2567

วันที่ ๑๒ เมษายน ปีค.ศ. ๑๘๓๑ (พ.ศ. ๒๓๗๔ หรือช่วงรัชกาลที่ ๓ ของไทย) ระหว่างที่ทหารอังกฤษ ๗๔ เดินเป็นจังหวะพร้อมกันข้ามสะพาน Broughton Suspension Bridge ซึ่งเป็นสะพานแขวนชนิด Iron chain suspension bridge มีความรู้สึกว่าสะพานสั่นตามจังหวะการเดินที่ทำให้รู้สึกสนุก ก็เลยย้ำจังหวะการเดินเข้าไปอีก ผลก็คือสะพานดังกล่าวพังลงมา แม้ว่าเหตุการณ์ครั้งนั้นจะไม่มีผู้เสียชีวิต แต่จากนั้นมาเวลากองทหารเดินข้ามสะพานแขวนก็มีคำสั่งให้ต้องเดินแบบ "Break step" คือห้ามเดินเข้าจังหวะกัน

แต่เหตุการณ์ที่ขึ้นชื่อและเป็นที่รู้จักกันแพร่หลายกว่าน่าจะเป็นกรณีของสะพานแชวน Tacoma ที่พังลงเพราะลมที่พัดผ่านนั้นทำให้จังหวะการแกว่งของสะพานตรงกับความถี่การสั่นตามธรรมชาติของสะพาน การแกว่งก็เลยรุนแรงขึ้นจนทำให้สะพานพังลงมาในวันที่ ๑ กรกฎาคม ปีค.ศ. ๑๙๔๐ (พ.ศ. ๒๔๘๓) เหตุการณ์ช่วงที่สะพานพังลงมามีการบันทึกภาพยนต์ไว้ จึงทำให้เป็นที่รู้จักกันแพร่หลาย

บทความต้นฉบับของเรื่องการระเบิดที่ Steam Cracker Unit นี้มีการวิเคราะห์สาเหตุที่ทำให้เกิดความเสียหายในแต่ละจุดว่าเกิดจากอะไร แต่ใน Memoir นี้จะขอนำมาเฉพาะสิ่งที่เห็นว่าเป็นต้นตอของความเสียหายอื่น ๆ ที่เกิดตามมา ซึ่งก็คือทำไมอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นจึงลดลง และทำไม pressure relief valve จึงเกิดการ chattering และการ chattering นี้นำไปสู่การรั่วไหลได้อย่างไร ซึ่งการสอบสวนพบว่ามีสาเหตุที่เหมือนกับทั้งสองกรณีที่กล่าวมาข้างต้น

เริ่มต้นด้วยรูปที่ ๑๕ ที่เป็นเหตุการณ์ก่อนที่น้ำหล่อเย็นจะขาดหายไปจนกระทั่งกลับมาสู่ระดับเดิม สำหรับแผนผังหน่วยผลิตนั้นขอให้ดูในบทความตอนที่ ๒ ของเรื่องนี้

รูปที่ ๑๕ เหตุการณ์ช่วงก่อนที่น้ำหล่อเย็นจะขาดหายไปจนกระทั่งกลับมาสู่ระดับเดิม

ช่วงก่อนเกิดเหตุการณ์ โรงงานเดินเครื่องที่กำลังผลิตประมาณ 90-93% โดยมีกำลังการผลิตเอทิลีนประมาณ 56-58 ตันต่อชั่วโมง หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนมีเครื่องควบแน่น 4 เครื่อง (EA-125 A ถึง D) ทำงานพร้อมกัน โดยใช้น้ำหล่อเย็นเป็นแหล่งระบายความร้อน

ระบบน้ำหล่อเย็นที่จ่ายให้กับเครื่องควบแน่นดังกล่าวเป็นท่อใต้ดินมีทั้งหมด 4 เส้นท่อ ณ เวลาหนึ่งจะมีการดึงน้ำหล่อเย็นมาใช้อย่างน้อยจาก 1 เส้นท่อ โดยอีก 1 เส้นท่อเป็นเส้นสำรอง โดยช่วงก่อนเกิดเหตุนั้นกำลังใช้น้ำจากเส้นท่อที่ 3 และ 4 อยู่

ก่อนเกิดเหตุการณ์ อุปกรณ์วัดการไหลของเส้นท่อที่ 3 ไม่ทำงาน จึงได้มีการซ่อมแซมและซ่อมบำรุง การวางแผนตรวจสอบการทำงานกำหนดให้มีในวันที่ ๑๓ สิงหาคม ค.ศ. ๒๐๑๕ ขั้นตอนการทำงานเพื่อตรวจสอบมิเตอร์วัดการไหลที่ได้ตกลงกันไว้ก็คือ จะใช้เฉพาะเส้นท่อที่ 3 เท่านั้นโดยจะปิดน้ำจากเส้นท่อที่ 4 เป็นการชั่วคราว ให้มีเฉพาะน้ำจากเส้นท่อที่ 3 ที่ไหลเข้าเครื่องควบแน่น ในช่วงระหว่างเวลา 8.05 ถึง 8.15 น ได้ทำการเปิดวาล์วน้ำของเส้นท่อที่ 3 ที่อยู่ในพื้นที่หน่วย Steam Cracker ตามด้วยการปิด (หรือปิดบางส่วน) วาล์วน้ำของเส้นท่อที่ 4 ที่หน่วย Steam Cracker โดยที่วาล์วของเส้นท่อที่ 3 ที่ "Battery Limit" ไม่ถูกเปิด ("Battery Limit" คือขอบเขตความรับผิดชอบระหว่างสองหน่วยงาน) สิ่งที่เกิดตามมาคือมีการขัดจังหวะการไหลของน้ำหล่อเย็นไปยังส่วนต่าง ๆ ของหน่วย Setam Cracker ซึ่งรวมทั้งเครื่องควบแน่นโพรพิลีนด้วย อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นลดลงจาก 12,000 m³/h ลงเหลือประมาณ 6,600 m³/h เป็นเวลานานประมาณ 13 นาที ก่อนที่จะกลับคืนสู่ระดับเดิมที่เวลาประมาณ 8.29 น

รูปที่ ๑๖ การสลับท่อน้ำหล่อเย็นระหว่างเส้นท่อที่ 3 และเส้นท่อที่ 4 ในหัวข้อ 5.1 เขียนไว้อีกอย่าง

ในเรื่องการสลับเส้นท่อ ข้อความในหัวข้อการสอบสวน (รูปที่ ๑๖) อ่านแล้วดูสับสนกับข้อความ ในรูปที่ ๑๕ แต่ละเส้นท่อจะมีวาล์วที่เกี่ยวข้องอยู่ 2 ตำแหน่ง ตำแหน่งแรกอยู่ที่ batter limit ที่เรียกว่าวาล์ว outlet (เพราะส่งน้ำออกจากหน่วยผลิตน้ำหล่อเย็น) ตำแหน่งที่สองอยู่ทางด้านขาเข้าเครื่องควบแน่นที่เรียกว่าวาวล์ inlet (คือป้อนน้ำหล่อเย็นเข้าเครื่องควบแน่น) ในรูปที่ ๑๖ บอกว่าก่อนการสลับเส้นท่อ วาล์ว inlet ของเส้นท่อที่ 4 ปิดอยู่ในขณะที่วาล์ว inlet และ outlet ของเส้นท่อที่ 3 นั้นเปิดอยู่ การสลับเส้นท่อคือจะหยุดใช้งานเส้นท่อที่ 3 โดยเปลี่ยนไปใช้งานเส้นท่อที่ 4 (สลับกับรูปที่ ๑๕) แต่ไม่ว่าเหตุการณ์จริงจะเป็นอย่างไร สิ่งที่เกิดคือวาล์ว outlet ของเส้นท่อที่จะนำกลับมาใช้งานนั้นปิดอยู่

รูปที่ ๑๗ เหตุการณ์ที่หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน

หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนถูกออกแบบให้ผลิตโพรพิลีนบริสุทธิ์ 99.8% (รูปที่ ๑๗) ออกทางยอดหอ และโพรเพนเหลวออกทางก้นหอ ตัวหอกลั่นสร้างในปีค.ศ. ๑๙๗๗ (พ.ศ. ๒๕๒๐) มีความสูง 90 เมตร ความดันใช้งานสูงสุดที่ยอมให้ (MAWP) คือ 1.635 MPa (ความดันเกจ) สารผสมโพรเพน-โพรพิลีนถูกป้อนเข้าที่ตำแหน่ง Tray ที่ 106 ผลิตภัณฑ์แก๊สโพรพิลีนที่ออกทางยอดหอจะถูกควบแน่นให้เป็นของเหลวด้วยเครื่องควบแน่น E-425 จำนวน 4 ตัว (A-D) โพรพิลีนที่ควบแน่นจะไหลไปยัง Reflux drum (FA-407) โดยของเหลวที่ถังนี้ส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปเก็บเป็นผลิตภัณฑ์และอีกส่วนถูกป้อนเข้าหอกลับเพื่อเป็น reflux โดยค่าอัตราส่วนการ reflux (หรือ reflux ratio) อยู่ในช่วงประมาณ 15-18 ตัว reboiler (EA-424 A/B) ที่ก้นหอใช้ quench water เป็นแหล่งให้ความร้อน โพรเพนที่แยกมาได้จะถูกส่ง กลับไปยังหน่วย pyrolysis เพื่อใช้เป็นวัตถุดิบ หรือใช้เป็นเชื้อเพลิงถ้าจำเป็น

ค่า reflux ratio คืออัตราส่วนปริมาณของสารที่ส่งกลับไปยังหอกลั่นต่อปริมาณของสารที่ดึงออกไปเป็นผลิตภัณฑ์ อย่างเช่นในกรณีนี้ ค่า reflux ratio 15 คือจากปริมาณของเหลวที่เครื่องควบแน่นควบแน่นได้ 15 ส่วนถูกส่งกลับไปยัง Tray ที่ 1 โดยมีเพียงแค่ 1 ส่วนถูกดึงออกไปเป็นผลิตภัณฑ์ การเพิ่มค่าอัตราส่วนนี้จะทำให้ผลิตภัณฑ์ยอดหอที่ได้มีความบริสุทธิ์เพิ่มขึ้น แต่ได้ในปริมาณ (ต่อหน่วยเวลา) ที่ลดลง

การควบคุมความดันในหอใช้วาล์วควบคุม PC 04-252 ทำการปรับแต่งอัตราการไหลน้ำหล่อเย็นที่เครื่องควบแน่น และในกรณีที่ความดันขึ้นสูงก็จะใช้วาล์ว PC 04-254 ระบายแก๊สจาก Reflux drum ทิ้งออกระบบเผาแก๊สทิ้ง การควบคุมดับของเหลวก้นหอใช้การควบคุมอัตราการไหลของ quench water ด้วยวาล์ว FC 04-252

รูปที่ ๑๘ ระบบระบายความดัน

ตัวหอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนมีวาล์วระบายความดัน (pressure relief valve) 4 ตัวที่เหมือนกันหมด วาล์วเป็นชนิดใช้แรงสปริงกด (แรงกดสปริงเป็นตัวกำหนดความดันที่จะให้วาล์วเปิด) และมี balancing bellow (เพื่อป้องกันความดันด้านขาออกมากดตัววาล์วร่วมกับแรงสปริง เพราะจะทำให้วาล์วเปิดที่ความดันสูงกว่าค่าที่ตั้งเอาไว้) ทางเข้า-ออกต่อกับท่อด้วยหน้าแปลน อุณหภูมิระบายความดันคือ 50ºC และตั้งค่าให้เปิดที่ 1.86 MPa อัตราการระบายโพรพิลีนคือ 604,700 kg/h วาล์วสร้างขึ้นตามการออกแบบในปีค.ศ. ๑๙๗๘ (พ.ศ. ๒๕๒๑) ด้านเข้า-ออกของวาล์วแต่ละตัวจะมี gate valve เพื่อให้สามารถถอดวาล์วออกมาซ่อมบำรุงได้ แต่มีกลไกป้องกันที่ทำให้ต้องมีวาล์วอย่างน้อย 3 ตัวทำงานอยู่เสมอ (การทำงานปรกติจะใช้งาน 3 ตัว ลำรอง 1 ตัว) และในระหว่างเกิดเหตุ วาล์วตัวที่ 4 ทำหน้าที่เป็นวาล์วสำรอง การตรวจสอบครั้งสุดท้าย (ก่อนเกิดเหตุ) พบว่าวาล์วทำงานได้ปรกติและไม่มีข้อบกพร่องใด ๆ (รูปที่ ๑๘)

การติดตั้ง pressure relief valve มากกว่า 1 ตัวจะทำเมื่อวาล์วตัวเดียวไม่สามารถระบายความดันได้รวดเร็วพอ หรือถ้าใช้วาล์วเพียงตัวเดียวจะต้องใช้วาล์วที่มีขนาดใหญ่ซึ่งจะเกิดปัญหา chattering ได้ง่ายเวลาที่ต้องระบายความดันที่เพิ่มขึ้นไม่มาก ในเหตุการณ์นี้ วาวล์ทั้ง 4 ตัวถูกตั้งให้เริ่มเปิดที่ความดันเดียวกัน ซึ่งเป็นสาเหตุส่วนหนึ่งที่ทำให้เกิดปัญหา (คือมาตรฐานปัจจุบันไม่แนะนำให้ทำเช่นนั้น ซึ่งตรงนี้จะกล่าวถึงในช่วงต่อไป แต่อย่าเพิ่งด่วนสรุปว่าการติดตั้งนั้นไม่เหมาะสม เพราะต้องไปดูว่ามาตรฐานตอนปีที่ติดตั้งวาล์วนั้นกล่าวไว้อย่างไร เพราะมันอาจถูกต้องตามมาตรฐาน ณ เวลานั้นก็ได้)

 

รูปที่ ๑๙ อัตราการไหลน้ำหล่อเย็น, ความดันภายในหอกลั่น, อัตราการไหลสาย reflux และระดับของเหลวใน reflux drum ในช่วงเวลาก่อนและขณะเกิดเหตุ

รูปที่ ๑๙ เป็นข้อมูลพารามิเตอร์ต่าง ๆ ของหอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน จะเห็นว่าโอเปอร์เรเตอร์ต้องหยุดการทำงานของ reflux pump (จุดที่ reflux flow เป็นศูนย์) ก่อนที่จะกู้อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นกลับคืนมาได้ แต่ที่ไม่เห็นความดันเพิ่มขึ้นคงเป็นเพราะว่ามีการเปิดวาล์วเพื่อระบายความดัน แต่แม้ว่าจะกู้อัตราการไหลน้ำหล่อเย็นกลับมาได้ ระดับของเหลวใน reflux drum ก็ไม่ได้เพิ่มขึ้น (ตรงนี้น่าจะมีข้อมูลอุณหภูมิยอดหอมาประกอบหน่อย ว่าในช่วงเวลานั้นมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร)

ในบทความกล่าวว่ามีการวัดความดันที่ตัวหอกลั่น (น่าจะเป็นตำแหน่งก่อนถึงเครื่องควบแน่น) และการวัดความดันที่ reflux drum ข้อมูลความดันที่แสดงในรูปที่ ๑๙ (เส้นสีดำหนา) น่าจะเป็นความดันที่หอกลั่น ตรงนี้พออ่านแล้วก็เกิดคำถามส่วนตัวขึ้นว่า เป็นไปได้หรือไม่ที่โพรพิลีนที่ควบแน่นเป็นของเหลวแล้ว พอไหลมายัง reflux drum ที่มีการเปิดวาล์วระบายความดันเพื่อระบายความดันใน reflux drum ออกสู่ระบบเผาแก๊สทิ้งโดยตรง ทำให้ความดันใน reflux drum นั้นต่ำกว่าที่เครื่องควบแน่น โพรพิลีนที่ควบแน่นเป็นของเหลวจึงเดือดกลายเป็นไอใหม่อีก (เนื่องจากความดันที่ลดต่ำลง) ทำให้ไม่มีของเหลวสะสมเพิ่มใน reflux drum และการปิดวาล์วระบายความดันตรงนี้ จะช่วยแก้ปัญหาได้ไหม

รูปที่ ๒๐ การตั้งค่าความดันของวาล์วระบายความดัน

หัวข้อ 5.2.3 เป็นการพิจารณาการออกแบบวาล์วระบายความดัน (รูปที่ ๒๐) หัวข้อ 5.2.3.1 กล่าวว่า วาล์วระบายความดันทุกตัว (คือทั้ง 4 ตัว) ตั้งให้เปิดที่คามดัน 1.86 MPa (ตัว g ข้างหลังคือระบุว่าเป็น gauge pressure หรือความดันเกจ) ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของการออกแบบดั้งเดิม (น่าจะหมายถึงตอนสร้างโรงงาน) แต่มาตรฐาน API R 520 และ 521 ก็มีคำแนะนำว่า ในกรณีที่มีการติตดั้งวาล์วระบายความดันหลายตัว ควรที่จะตั้งให้เปิดที่ความดันเป็นลำดับขั้นกัน (คือค่อย ๆ เพิ่มขึ้น) และการตั้งให้เปิดที่ความดันเดียวกันก็มีส่วนที่ให้ระบบระบายความดันไม่มีเสถียรภาพ แต่เมื่อทำการพิจารณาแล้วเห็นว่าไม่ใช่สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดการสั่นที่ก่อให้เกิดความเสียหาย

 

รูปที่ ๒๑ ตัวอย่างการตั้งค่าความดันให้วาล์วเปิดในกรณีที่มีวาล์วระบายความดัน 2 ตัว ที่สภาวะการทำงานปรกติ (Table 3)

รูปที่ ๒๒ ตัวอย่างการตั้งค่าความดันให้วาล์วเปิดในกรณีที่มีวาล์วระบายความดัน 2 ตัว ในกรณีของไฟคลอก (Table 5)

รูปที่ ๒๓ นำมาจาก API RP 521 Guide for Pressure-Relieving and Depressuring Systems ฉบับเดือนมีนาคมปีค.ศ. ๑๙๙๗ ในหัวข้อ 3.20.3.2 ในเรื่องของการหาขนาดวาล์วระบายความดัน ผู้ออกแบบควรต้องพิจารณาความเป็นไปได้ทั้งหมดที่จะทำให้ความดันสูงเกิน ประเมินค่าอัตราการไหลที่ต้องใช้ในการระบายความดัน เพราะจะส่งผลต่อพื้นที่ "orifice" (หรือขนาดช่องเปิดสำหรับให้ของไหลไหลผ่านว่าควรต้องมีพื้นที่อย่างน้อยเท่าไร) แต่เมื่อกระบวนการผลิตมีการเพิ่มขนาดมาก ขนาดพื้นที่ที่ได้จากวาล์วระบายความดันตัวเดียวจึงไม่เพียงพอ ทำให้จำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วระบายความดันมากกว่าหนึ่งตัว เพื่อให้ได้ขนาดพื้นที่ orifice ตามต้องการ

ปรกติการคำนวณหาขนาด orifice จะอิงจากอัตราการเพิ่มความดันที่มากที่สุดที่คาดการณ์ไว้ว่าสามารถเกิดขึ้นได้ อย่างเช่นในกรณีของหอกลั่นอาจอิงจากเหตุการณ์ที่เครื่องควบแน่นไม่มีน้ำหล่อเย็น ในขณะที่ reboiler นั้นยังมีการให้ความร้อนอย่างเต็มที่ (ถ้าคิดว่าเหตุการณ์นี้มีโอกาสเกิดได้) แต่มันก็ก่อปัญหาได้ในกรณีที่อัตราการเพิ่มความดันไม่ได้รวดเร็วมากและระบบนั้นใช้วาล์วระบายความดันที่มีขนาดใหญ่เพียงตัวเดียวหรือตัวเล็กหลายตัวที่ตั้งให้เปิดที่ความดันเดียวกัน เพราะทันทีที่วาล์วเปิดความดันก็จะลดลงอย่างรวดเร็วทำให้วาล์วปิดโดยเร็ว และจะเป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จนกว่าการเพิ่มความดันนั้นจะหายไป ปรากฏการณ์นี้มีชื่อเรียกว่า "chattering"

ในหัวข้อนี้กล่าวเอาไว้ด้วยว่าวาล์วอาจเกิดการ chattering ที่ทำให้เกิดความเสียหายได้ถ้าหากใช้วาล์วระบายความดันหลายตัวโดยตั้งให้ "เปิดที่ความดันเดียวกัน" แต่การแก้ปัญหาทำได้ด้วยการให้วาล์วเปิดทีละตัวที่ความดันเป็นลำดับขั้น

รูปที่ ๒๓ ข้อความใน API RP 521 ที่กล่าวถึงปัญหาที่เกิดขึ้นได้กรณีที่ใช้วาล์วระบายความดันหลายตัวโดยตั้งให้เปิดที่ความดันเดียวกัน (ในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดง)

ในเหตุการณ์นี้เห็นว่ามีบางประเด็นที่เห็นว่าน่าจะนำมาพิจารณากันก็คือ มีการใช้วาล์วระบายความดัน 4 ตัว โดยในเวลาใดเวลาหนึ่งต้องมีวาล์วทำงานอยู่อย่างน้อย 3 ตัว

ประเด็นแรกก็คือเมื่อได้ขนาดพื้นที่ orifice ที่ต้องมีแล้ว ขนาดพื้นที่นี้ควรได้จากพื้นที่ orifice ของวาล์วจำนวน 3 ตัว (คือทำงาน 3 ตัว สำรอง 1 ตัว) หรือ 4 ตัวรวมกัน (คือให้ทั้ง 4 ตัวทำงานในเวลาเดียวกัน ไม่มีวาล์วสำรอง) เพราะถ้าใช้พื้นที่รวมของวาล์ว 4 ตัว ก็จะทำให้ขนาดพื้นที่นั้นเล็กเกินไปถ้ามีวาล์วทำงานเพียง 3 ตัว หรือจะมองว่าโอกาสที่จะเกิดเหตุการณ์ที่ทำให้จำเป็นต้องใช้วาล์ว 4 ตัวทำงานร่วมกันในขณะที่มีวาล์วพร้อมใช้งานเพียงแค่ 3 ตัวนั้นต่ำมาก

ประเด็นที่สองคือในกรณีของการใช้วาล์วมากกว่า 1 ตัวที่ตั้งค่าความดันให้เปิดเป็นลำดับ โดยวาล์วตัวแรกตั้งให้เปิดที่ค่า MAWP ถ้าหากมีความจำเป็นต้องนำวาล์วตัวนี้ออกจากระบบชั่วคราว (เช่นเอาไปซ่อมบำรุง) จะทำให้วาล์วตัวแรกที่เหลืออยู่จะเปิดที่ความดันที่สูงกว่า MAWP ระบบจะมีปัญาหาไหมถ้าเกิดปัญหาความดันสูงเกินในช่วงเวลานี้

ความผิดพลาดในการสื่อสาร (ระหว่างโอเปอร์เรเตอร์ที่ทำหน้าที่ควบคุมวาล์วน้ำหล่อเย็นที่เครื่องควบแน่น และโอเปอร์เรเตอร์ของหน่วยผลิตน้ำหล่อเย็นที่ควบคุมวาล์วเปิด-ปิดน้ำที่ส่งออกจากหน่วยผลิตน้ำหล่อเย็น) และการตรวจสอบตำแหน่งวาล์วว่าเปิดหรือปิด ทำให้เกิดปัญหาน้ำหล่อเย็นหายไป ตามมาด้วยการเกิดความดันสูงเกินจนวาล์วระบายความดันที่ตัวหอกลั่นทำงาน แต่ตัววาล์วระบายความดันเองก็เกิด chattering จนทำให้หน้าแปลนที่ยึดตัววาล์วเข้ากับท่อทางเข้าเกิดการคลายตัวจนทำให้มีโพรพิลีนรั่วไหลออกมา คำถามที่ตามมาก็คือหน้าแปลนเกิดการคลายตัวได้อย่างไร

รูปที่ ๒๔ การเกิด Acoustic resonance ที่นำไปสู่การคลายตัวของน็อตบริเวณหน้าแปลนจนทำให้เกิดการรั่วไหล

จากที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ในหัวข้อ 5.2.3.1 ว่าลำพังการเกิด chattering อย่างเดียวไม่ใช่สาเหตุหลักที่ทำให้เกิดการรั่วไหล จึงจำเป็นต้องมองหาสาเหตุอื่นที่น่าจะเป็นสาเหตุหลัก

หัวข้อ 5.2.4 (รูปที่ ๒๔) จากการตรวจตัวของ bolt และ nut ที่ใช้ยึดตัววาล์วเข้ากับหน้าแปลนที่เกิดการรั่วไหลนั้น ปรากฏว่าไม่พบความเสียหายหรือรอยแตกร้าวใด ๆ (ตรงนี้ขอใช้ทับศัพท์คำ bolt และ nut เพราะภาษาไทยไปเรียกรวมว่า น็อต โดยแยกเป็นน็อตตัวผู้ (bolt หรือ สลักเกลียว) และน็อตตัวเมีย (nut) หรือแป้นเกลียว) แสดงว่าตัว nut เกิดการคลายตัวเนื่องจากการสั่นอย่างรุนแรงของระบบวาล์วระบายความดัน จนทำให้ตัว nut ค่อย ๆ คลายตัวออกอย่างช้า ๆ ซึ่งน่าจะเกิดขึ้นพร้อมกันทุกตัว

(หน้าแปลนถูกประกบเข้าด้วยกันโดยใช้ bolt และ nut ขันอัด ในการใช้งานปรกติ bolt และ nut ทุกตัวควรจะรับแรงดึงเท่า ๆ กัน (เวลาขัน nut อัดเข้าไป ตัว bolt จะยืดออก) แต่ถ้า nut เกิดการคลายตัวพร้อมกัน หน้าแปลนก็จะแยกห่างจากกันโดยที่ตัว bolt ที่ยังมีอยู่ครบทุกตัวยังช่วยกันรับแรงอยู่ แต่ถ้ามี nut ของ bolt บางตัวเกิดการคลายตัว จะทำให้ bolt ตัวนี้ไม่ได้รับแรงดึง แรงดึงบน bolt ที่เหลือจะเพิ่มสูงขึ้น และถ้าแรงดึงที่กระทำบน bolt ที่เหลืออยู่นั้นสูงเกินกว่าความแข็งแรงของวัสดุที่ใช้ทำ bolt ตัว bolt ที่เหลือก็จะฉีกขาด)

ในบทความมีการพิจารณาหลายหลายสาเหตุ แต่ข้อสรุปนั้นไปลงที่การเกิด "Acoustic resonance" ระหว่างวาล์วที่เปิดกับท่อเชื่อมต่อระหว่างตัววาล์วกับ header (ท่อหลักที่วาล์วระบายความดันทั้ง 4 ตัวเชื่อมต่ออยู่) คือจังหวะการสั่นนั้นไปทำให้เกิดคลื่นนิ่งที่มีจังหวะเดียวกันกับค่าความถี่การสั่นตามธรรมชาติ (natural frequency) ของตัววาล์วระบายความดัน จึงทำให้การสั่นเกิดรุนแรงขึ้นเรื่อย ๆ จนทำให้ nut คลายตัวออก แรงกดที่หน้าแปลนจึงหายไป โพรพิลีนจึงรั่วไหลออกมา

ปิดท้ายบทความชุดนี้ด้วยภาพเพลิงไหม้บริเวณหอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนจากบทความที่นำมาเล่าให้ฟังก็แล้วกัน

รูปที่ ๒๕ ภาพเพลิงไหม้บริเวณหอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีน