เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion in Furnace" จาก Oil Industry Safety Directorate ของ Government of Indis (https://www.oisd.gov.in/en-in/CaseStudies) เผยแพร่เมื่อ ๑๕ ตุลาคม ค.ศ. ๒๐๒๔ เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในโรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งในประเทศอินเดีย
Furnace หรือ Fired heater หรือเตาเผาในที่นี้ เป็นอุปกรณ์ให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปจะเป็นการให้ความร้อนด้วยเปลวไฟโดยมีของเหลวหรือแก๊สร้อนไหลอยู่ในท่อ เตาเผานี้มีหลายรูปแบบและหลายขนาด ขึ้นกับการประยุกต์ใช้งานและกำลังการผลิต โดยมีลักษณะทั่วไปคือจะมีหัวเตา (burner) ที่เป็นจุดที่เชื้อเพลิงเกิดการเผาไหม้เป็นเปลวไฟ ติดตั้งอยู่ ณ ตำแหน่งต่าง ๆ ที่เหมาะสมของตัวเตาเผา เพื่อให้ได้อุณหภูมิการเผาไหม้สูงสุดและมั่นใจว่าเผาไหม้ได้สมบูรณ์ ปริมาณอากาศที่ใช้ในการเผาไหม้จะมากเกินพอเพียงเล็กน้อย (คือเผาไหม้เชิ้อเพลิงได้สมบูรณ์และยังมีออกซิเจนเหลืออยู่ไม่มาก) เพราะถ้าอากาศไม่พอ การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ จะไม่สามารถดึงเอาพลังงานความร้อนของเชื้อเพลิงออกมาได้หมด แต่ถ้ามีอากาศมากเกินพอไปมาก พลังงานความร้อนที่เชื้อเพลิงปลดปล่อยออกมาจะถูกเฉลี่ยไปให้อากาศส่วนเกิน ทำให้อุณหภูมิแก๊สร้อนที่ได้จากการเผาไหม้นั้นลดต่ำลง
ในการให้ความร้อนด้วยเปลวไฟนั้น สถานะของของไหลที่อยู่อีกฝากหนึ่งของผนังโลหะส่งผลต่ออุณหภูมิที่ผิวโลหะ ในกรณีที่ของไหลนั้นเป็นของเหลวและผนังโลหะไม่หนามาก จะประมาณได้ว่าอุณหภูมิที่ผิวโลหะนั้นจะเท่ากับอุณหภูมิจุดเดือดของของเหลวนั้นหรือสูงกว่าเล็กน้อย (ด้านรับความร้อน) และมันจะเป็นเช่นนี้แม้ว่าผิวโลหะนั้นจะถูกเปลวไฟลนโดยตรงก็ตาม แต่ถ้าอีกฟากหนึ่งของผนังโลหะนั้นเป็นแก๊สมันจะแตกต่างกันออกไป เพราะค่าความจุความร้อนของแก๊สนั้นต่ำกว่าของเหลวมาก ผิวโลหะจะมีอุณหภูมิสูงตามอุณหภูมิแก๊สร้อนที่ได้จากการเผาไหม้ และยังต้องระวังไม่ให้เปลวไฟนั้นสัมผัสกับผิวโลหะโดยตรง เพราะอุณหภูมิที่เปลวไฟนั้นจะร้อนกว่าอุณหภูมิของแก๊สร้อนอีก (รูปที่ ๒)
ตรงนี้ถ้านึกไม่ออกก็ลองนึกภาพการต้มน้ำในหม้ออะลูมิเนียมด้วยเตาแก๊ส โลหะอลูมิเนียมนั้นจะไม่เป็นอะไรตราบเท่าที่ระดับเปลวไฟนั้นต่ำกว่าระดับน้ำที่อยู่ในหม้ออะลูมิเนียม แต่ถ้าเราหม้ออะลูมิเนียมเปล่า ๆ ไปตั้งไฟบนเตาที่แรงเท่ากัน หม้อใบนั้นจะร้อนจัดจนอาจเกิดความเสียหายได้
เหตุการณ์เกิดขึ้นที่เตาเผาของหน่วยกลั่นน้ำมันดิบหลังจากโรงงานหยุดเดินเครื่องเพื่อทำการซ่อมบำรุงและตรวจสอบเป็นเวลา ๒๒ วัน และเริ่มเดินเครื่องใหม่ได้ ๖ วันก่อนที่จะเกิดเรื่องช่วงกะดึก ในขณะนั้นหน่วยผลิตกำลังเดินเครื่องที่กำลังการผลิต 450 m3/hr หรือ 73% ของกำลังการผลิตเต็มที่ โดยในช่วงเวลา 2.30 น พนักงานกะดึกพบว่าวาล์วควบคุมการไหล (control valve) ที่ทำหน้าที่ป้อนเชื้อเพลิงไปยังหัวเตาของเตาเผาและวาล์วอื่นอีกบางตัว ค้างอยู่ในตำแหน่งเปิดของระดับการเปิดครั้งสุดท้าย (คือพนักงานเห็นว่าวาล์วเปิดค้างอยู่ที่ค่าค่าหนึ่ง) จึงได้แจ้งให้ฝ่าย Instrument เข้ามาตรวจสอบ ซึ่งได้เข้ามาตรวจสอบเมื่อเวลาประมาณ 5.30 น หลังจากที่ตรวจสอบแล้วช่างจึงได้ทำการ reset "analogue control card" ทำให้วาล์วควบคุมปรับตัวเองเข้าไปอยู่ในตำแหน่งปลอดภัย (fail-safe position) ซึ่งสำหรับวาล์วควบคุมการไหลของเชื้อเพลิง ตำแหน่งปลอดภัยดังกล่าวก็คือตำแหน่ง "ปิด"
เตาเผานี้เป็นชนิด balanced draft furnace กล่าวคือจะรักษาความดันภายในให้ต่ำกว่าความดันบรรยากาศภายนอกเล็กน้อย ซึ่งทำได้ด้วยการดูดแก๊สไอเสียจากการเผาไหม้ออก การทำเช่นนี้จะทำให้อากาศไหลเข้าไปในตัวเตาเผา ในขณะที่แก๊สเชื้อเพลิงที่หัวเตาฉีดพ่นออกมา รวมทั้งเปลวไฟที่เกิดขึ้น จะคงอยู่ในตัวเตาเผา ในภารทำงานปรกติปริมาณออกซิเจนส่วนเกินจะอยู่ระหว่าง 2-3% แต่ในช่วงกะเช้าก่อนเกิดเหตุนั้นพบว่าอยู่ที่ 3-4% และในช่วงบ่ายที่เวลา 15.20 น พบว่าปริมาณออกซิเจนส่วนเกินลดเหลือ 0.2-1%
วาล์วควบคุมอัตราการไหลส่วนใหญ่ในโรงงานมักจะใช้แรงดันลมดันแผ่นไดอะแฟรมให้วาล์วเปิดหรือปิดต้านกับแรงสปริงที่คอยดันให้วาล์วปิดหรือเปิดถ้าไม่มีแรงดันลมมากระทำ (วาล์วควบคุมที่เป็น globe valve มักเป็นแบบนี้ ถ้าเป็น ball valve ก็มักจะใช้การดันกระบอกสูบ) รูปร่างหน้าตาและองค์ประกอบของวาล์วควบคุมที่มีโครงสร้างแบบ globe valve อ่านได้ในเรื่อง "วาล์วควบคุมอัตราการไหล(Control valve) MOMemoir : Sunday 5 February 2560"
ในการเลือกว่าจะให้แรงดันของสปริงดันให้วาล์วปิด แล้วให้แรงดันลมดันให้วาล์วเปิด (ที่เรียกว่า failure close หรือย่อว่า fc) หรือให้แรงดันสปริงดันให้วาล์วเปิด แล้วให้แรงดันลมดันให้วาล์วปิด (ที่เรียกว่า failure open หรือย่อว่า fo) ก็ต้องพิจารณาว่าถ้าหากโรงงานมีปัญหาเช่น ไฟฟ้าดับ ไม่มีอากาศอัดความดันในระบบ ตำแหน่งไหนของวาล์วจะทำให้โรงงานปลอดภัยที่สุด (fail safe position) ซึ่งโดยหลักก็คือ "Maximise cooling" และ "Minimise heating" กล่าวคือรักษาการทำงานของระบบหล่อเย็น และตัดการทำงานของระบบให้ความร้อน (หรือสารอันตรายต่าง ๆ) ดังนั้นถ้าเป็นกรณีของน้ำหล่อเย็น ก็จะเลือกใช้วาล์วชนิด failure open และถ้าเป็นไอน้ำหรือเชื้อเพลิงที่ส่งไปเผาในเตาเผา ก็จะเลือกใช้วาล์วชนิด failure close
เนื่องด้วยระบบคอมพิวเตอร์ควบคุมในปัจจุบันจะเป็นระบบดิจิตอล (digital) แต่การทำงานของวาล์วควบคุมยังเป็นระบอนาล็อก (analogue) ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีวงจรที่ทำหน้าที่เปลี่ยนคำสั่งดิจิตอลให้เป็นสัญญาณควบคุมอนาล็อก และแปลงค่าอนาล็อกจากอุปกรณ์วัดให้เป็นค่าดิจิตอลที่คอมพิวเตอร์เข้าใจได้ ซึ่งในเหตุการณ์นี้อุปกรณ์ดังกล่าวก็คือ "analogue control card" ดังนั้นเมื่อช่างทำการ reset ""analogue control card"" จึงทำให้สัญญาณที่ส่งไปยังวาล์วควบคุมหายไป แรงดันของสปริงจึงดันให้วาล์วไปอยู่ในตำแหน่งที่ปลอดภัย ซึ่งในที่นี้คือตำแหน่งปิด
โอเปอร์เรเตอร์ในห้องควบคุมเห็นว่าวาล์วควบคุมการไหลเชื้อเพลิงปิดอยู่หลังจากผ่านไปแล้ว 6 นาที จึงได้ทำการเปิดวาล์วเชื้อเพลิงใหม่ผ่านระบบคอมพิวเตอร์ควบคุม และหลังจากนั้นประมาณ 3 นาทีก็เกิดการระเบิดขึ้นในเตาเผา ข้อมูลที่ระบบบันทึกไว้บอกว่าในช่วงเวลา 3 นาทีนั้นวาล์วเชื้อเพลิงเปิดได้ประมาณ 50% ในช่วงเวลาดังกล่าว LPG (แก๊สหุงต้มที่ประกอบด้วยโพรเพน 40.5% และบิวเทน 58.6% โดยที่เหลือเป็นไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่า) ที่ใช้ไปเชื้อเพลิงในเวลานั้นได้ไหลเข้าไปในเตาเผาประมาณ 155 กิโลกรัม
เตาเผาดังกล่าวจะมี pilot light ซึ่งก็คือหัวเตาเล็ก ๆ อยู่ในบริเวณหัวเตาใหญ่ ที่จะต้องจุด pilot light นี้ให้ติดก่อนที่จะเปิดหัวเตาใหญ่ ซึ่งเมื่อแก๊สที่ออกมากหัวเตาใหญ่พบกับเปลวไฟของ pilot light ที่จุดล่ออยู่ แก๊สนั้นก็จะลุกติดไฟทันที ในเหตุการณ์นี้เนื่องจากเตาเผาเป็นแบบเก่า ทำให้ไม่มีเครื่องวัดที่บ่งบอกว่า pilot light นั้นติดอยู่หรือไม่หลังจากที่แก๊สเชื้อเพลิงโดนตัดไป และโอเปอร์เรเตอร์ก็ไม่ได้ทำการตรวจสอบว่า pilot light นั้นติดอยู่หรือไม่ และไม่ได้ทำตามขั้นตอนการเริ่มเดินเครื่องเตาเผาอย่างถูกต้อง (ต้องมีการ purge ไล่แก๊สภายในเตาเผาออกก่อนด้วยเวลาที่นานพอ) ด้วยเหตุนี้เมื่อเปิดให้แก๊สไหลเข้าเตาเผาอีกครั้ง แก๊สจำนวนมากจึงไหลเข้าไปภายในเตาเผาโดยไม่เกิดการลุกไหม้ เกิดการสะสมจนมีความเข้มข้นสูงมากพอ และถูกจุดระเบิดด้วยท่อในเตาเผาที่ยังมีอุณหภูมิสูงอยู่ (อุณหภูมิที่ผิวท่อ ณ เวลานั้นสูงกว่า auto-ignition temperature ของแก๊สหุงต้ม)
(วิธีการหนึ่งที่ใช้ตรวจสอบว่า pilot light ลุกไหม้อยู่หรือไม่ก็คือการใช้ thermocouple วัดอุณหภูมิบริเวณหัว pilot light ค่าอุณหภูมิที่สูงแสดงว่ามีไฟลุกติดที่ตัว pilot light นั้น)
