อันตรายใน Analyser House เรื่องที่ ๑ MO Memoir : Wednesday 20 March 2567

อุปกรณ์ไฟฟ้าต่าง ๆ (ไม่ว่าจะเป็นสวิตช์ปิด-เปิด, มอเตอร์, โคมไฟ ฯลฯ) ที่ติดตั้งในบริเวณที่อาจมีการรั่วไหลของแก๊สเชื้อเพลิงได้ (ที่ในวงการกลั่นน้ำมันและปิโตรเคมีมักจะเรียกว่าเป็น Hazadous area) จะเป็นชนิดพิเศษที่แตกต่างไปจากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เราพบเห็นกันทั่วไป โดยเรามักจะเรียกอุปกรณ์พวกนี้ว่าเป็นอุปกรณ์ป้องกันการระเบิดหรือ Explosion Proof (ไม่ได้แปลว่ามันไม่สามารถจุดระเบิดได้นะ แต่ถ้ามีการจุดระเบิดเกิดขึ้นภายในตัวมัน ตัวโครงสร้างเองจะต้องสามารถรองรับแรงระเบิดที่เกิดขึ้นและไม่ทำให้เปลวไฟที่เกิดขึ้นภายในนั้นแพร่ออกมาจุดระเบิดไอเชื้อเพลิงที่อยู่ภายนอกอุปกรณ์ได้)

แต่ก็ใช่ว่าอุปกรณ์ไฟฟ้าทุกชนิดมันจะมีแบบ Explosion Proof ให้เลือก (พวกมอเตอร์, สวิตช์ไฟ, โคมไฟ มันมีให้เลือก) เครื่องมือวิเคราะห์จำนวนมากที่ใช้กันในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ทั่วไปมันไม่มีแบบ Explosion proof ให้เลือก แต่บ่อยครั้งที่ทางโรงงานต้องการติดตั้งเครื่องมือวิเคราะห์เหล่านี้ในพื้นที่ผลิตด้วยวัตถุประสงค์เพื่อการควบคุมกระบวนการแบบเวลาจริง (real time) เช่นเครื่องมือ Gas Chromatograph (GC) ที่ใช้วิเคราะห์องค์ประกอบของแก๊สผสม การแก้ปัญหาที่ทำกันก็คือสร้างอาคารเล็ก ๆ ในบริเวณพื้นที่การผลิตขึ้นมาสักหลัง เพื่อไว้ติดตั้งเครื่องมือวิเคราะห์เหล่านี้ โดยด้านในอาคารจะมีความดันสูงกว่าภายนอกอาคารโดยใช้อากาศที่สะอาดอัดเข้ามาภายใน ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้แก๊สเชื้อเพลิงจากภายนอกไหลเข้าไปตัวอาคารได้ อาคารนี้เรียกว่า "Analyser House"

(การวิเคราะห์บางชนิดจำเป็นต้องใช้เวลาในการวิเคราะห์ เช่นการวิเคราะห์องค์ประกอบของแก๊สด้วยเครื่อง GC ดังนั้นองค์ประกอบที่วิเคราะห์ได้จึงเป็นค่าองค์ประกอบ ณ เวลาที่เก็บตัวอย่าง (เวลาที่ผ่านเลยมาแล้ว) ไม่ใช่เวลาที่เครื่องแสดงผลออกมา (เวลาจริงในขณะนั้น) ผลต่างสองเวลานี้เราเรียกว่า delay time หรือเวลาล่าช้า ซึ่งในการควบคุมกระบวนการแบบ real time นั้นต้องหาทางลด delay time นี้ให้เหลือน้อยที่สุด และที่จะลด delay time ลงก็คือนำตัวอย่างจากระบบมาวิเคราะห์ให้รวดเร็วที่สุด และวิธีการหนึ่งที่ทำได้ก็คือการนำเครื่องมือวิเคราะห์ไปตั้งไว้ใกล้จุดที่เก็บตัวอย่างมาวิเคราะห์ให้มากที่สุด และต่อท่อนำสารตัวอย่างจากจุดที่ต้องการเก็บมาป้อนเข้าสู่เครื่องวิเคราะห์โดยตรง นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมจึงต้องไปตั้งเครื่องมือวิเคราะห์ใน hazardous area และทำไมต้องมี Analyser House)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นที่ Analyser House โดยเรื่องนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับการขาดอากาศของช่างเทคนิคเครื่องมือวัด (Instrument technician) ที่เข้าไปทำงานภายใน Analyser House

เรื่องนี้นำมาจากเอกสาร "BP Process Safety Series : Hazards of Nitrogen and Catalyst Handling" ที่เป็นความร่วมมือกันระหว่าง British Petroleum (BP) และ Institute of Chemical Engineers (ประเทศอังกฤษ) จัดทำขึ้น โดยอยู่ในหัวข้อ 1.8 เรื่อง Hazards of confusing nitrogen with air (รูปที่ ๑)

คำบรรยายเหตุการณ์เล่าว่า หลังจากเกิดเหตุไฟฟ้าดับทั้งหมดทั่วทั้งบริเวณพื้นที่ผลิต มีผู้ไปพบช่างเทคนิคเครื่องมือวัดนอนไม่ได้สติอยู่ใน Analyser House จึงได้รีบนำส่งโรงพยาบาล โดยทางโรงพยาบาลได้ประกาศว่าเมื่อมาถึงโรงพยาบาลก็เสียชีวิตมาแล้ว (dead on arrival)

บทความไม่ได้บอกออกมาตรง ๆ ว่าสาเหตุแท้จริงที่ทำให้เกิดการเสียชีวิตคืออะไร บอกแต่เพียงว่าในระหว่างที่ไฟฟ้าดับนั้น มีการแทนที่ Instrument Air (IA) ด้วยไนโตรเจน และสงสัยว่าการรั่วของไนโตรเจนคงเป็นสาเหตุที่ทำให้เสียชีวิต (คือไนโตรเจนรั่วออกมาแทนที่อากาศภายในห้อง)

แต่เหตุการณ์นี้ก็มีจุดน่าสนใจตรงที่ว่า ทำไมคนที่เข้าไปทีหลังจึงไม่ประสบเหตุเช่นเดียวกับผู้เสียชีวิต

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด ส่วนรูปนั้นน่าจะเป็นการจัดทำขึ้นประกอบเนื้อหา ไม่ใช่เหตุการณ์จริง เพราะสื่อที่โน่นเขาจะไม่นำเอาภาพผู้เสียชีวิตหรือได้รับบาดเจ็บมาเป็นจุดขาย

รูปที่ ๒ ตัวอย่าง Analyser House ที่มีป้ายเตือน ขยายภาพต้นฉบับแล้วอ่านชัดเจนได้เพียงแค่ "CAUTION HAZADOUS ATMOSPHERE MAY BE PRESENT IN SHELTER. BEFORE ENTERING TEST FOR ...." (บทความแค่นำเสนอตัวอย่างป้านเตือนหน้า Analyser House ให้เห็น ไม่ได้บอกว่านี่คือสถานที่เกิดเหตุนะ

ในโรงงานจะมีการใช้อากาศอัดความดัน (compressed air) ทำงานต่าง ๆ เช่น การระบายอากาศ การควบคุมการหมุนและ/หรือปิด-เปิดวาล์วควบคุม หรือใช้ขับเคลื่อนมอเตอร์ลม (pneumatic motor เช่นประแจลมหรือบล็อกลมที่ช่างใช้เวลาขันนอตล้อรถ) อากาศอัดความดันได้จากการนำเอาอากาศรอบตัวที่มีความชื้นอยู่นั้นมาอัดให้มีความดันสูงขึ้น ความชื้นในอากาศบางส่วนจะควบแน่นกลายเป็นน้ำและถูกระบายออกไป อากาศที่ระบายน้ำที่ควบแน่นทิ้งไปแล้วมักเรียกว่า Plant Air (PA) แต่ถ้าจะนำอากาศอัดความดันนี้ไปใช้ในการควบคุมการทำงานของอุปกรณ์ต่าง ๆ (เช่นวาล์วควบคุมการไหล) จะต้องกำจัดความชื้นที่หลงเหลืออยู่ออกให้ลดต่ำลงไปอีก (เช่นด้วยการใช้สารดูดความชื้น) เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำที่อาจตามมาด้วยการแข็งตัวเป็นน้ำแข็งของน้ำที่ควบแน่นในระบบเมื่ออากาศรอบข้างเย็นจัด อากาศที่ผ่านการกำจัดความชื้นให้ลดต่ำลงอีกนี้เรียกว่า Instrument Air (IA)

เมื่อไฟฟ้าดับ เครื่องอัดอากาศก็จะไม่ทำงาน ดังนั้นเพื่อไม่ให้เสียการควบคุมการทำงานทันที ก็จะมีถังเก็บอากาศอัดความดันทำหน้าที่สำรองอากาศอัดความดันไว้ใช้งานถ้าหากเกิดเหตุไฟฟ้าดับ แต่ถ้าไฟฟ้าดับเป็นเวลานาน อากาศที่สำรองไว้ก็จะหมดไป ต้องหาแก๊สความดันจากแหล่งอื่นเข้ามาชดเชย ในเหตุการณ์นี้คาดว่าระบบฉุกเฉินที่เขาใช้คือไนโตรเจน

ในโรงงานเหล่านี้มีการใช้ไนโตรเจนเป็นจำนวนมาก และไนโตรเจนก็ได้มาจากการกลั่นอากาศแยกออกเป็นออกซิเจนและไนโตรเจน ในขณะที่อากาศอัดความดันนั้นจะสำรองในรูปของถังอากาศความดันสูงที่อุณหภูมิห้อง แต่ไนโตรเจนนั้นจะสำรองในรูปของไนโตรเจนเหลว (อุณหภูมิประมาณ -196ºC) ที่ความดันบรรยากาศ จึงทำให้เก็บสำรองได้มากกว่าที่ปริมาตรถังเก็บเท่ากัน และเมื่อให้ไนโตรเจนเหลวระเหย ก็จะกลายเป็นแก๊สไนโตรเจนที่มีความดันสูงได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องอัดแก๊ส

การขาดออกซิเจนนั้นถ้าหากเข้าไปอยู่ในบรรยากาศที่ความเข้มข้นออกซิเจนค่อย ๆ ลดต่ำลง มันจะมีอาการแสดงเตือนออกที่ทำให้สามารถออกจากบริเวณดังกล่าวได้ทัน แต่ถ้าเข้าไปในพื้นที่ที่ความเข้มข้นออกซิเจนต่ำลงมากถึงจุดหนึ่ง จะเกิดอาการหมดสติทันทีแบบไม่ทันตั้งตัว ในเหตุการณ์นี้ขอคาดเดาว่า Analyser House คงใช้พัดลมดูดอากาศภายนอกอัดเข้ามาข้างใน เมื่อไฟฟ้าดับพัดลมจึงไม่ทำงาน ไนโตรเจนในท่อที่รั่วออกมาจึงสะสมจนทำให้ความเข้มข้นออกซิเจนต่ำลงมาก แต่พอไฟฟ้ากลับมา พัดลมอัดอากาศเริ่มทำงานใหม่ บรรยากาศในห้องกลับมาปลอดภัยเหมือนเดิม ผู้ที่เข้ามาทีหลังจึงไม่ประสบเหตุเช่นเดียวกับคนแรกที่เข้าไปตอนไฟฟ้าดับ

ขาดอากาศในสถานที่ที่ไม่ใช่ที่อับอากาศ MO Memoir : Monday 15 June 2563

ตามกฎกระทรวง กำหนดมาตรฐานในการบริหาร จัดการ และดำเนินการด้านความปลอดภัย อาชีวอนามัย และสภาพแวดล้อมในการทำงานที่เกี่ยวกับที่อับอากาศ พ.ศ. ๒๕๖๒ ที่ประกาศในราชกิจจานุเบกษา เมื่อวันที่ ๑๕ กุมภาพันธ์ พ.ศ. ๒๕๖๒ นั้น ในมาตรา ๑ ของกฎกระทรวงดังกล่าว ได้ให้คำนิยามของ "ที่อับอากาศ (Confined Space)" ว่า "ที่ซึ่งมีทางเข้าออกจำกัดและไม่ได้ออกแบบไว้สำหรับเป็นสถานที่ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นประจำ และมีสภาพอันตรายหรือมีบรรยากาศอันตราย เช่น อุโมงค์ ถ้ำ บ่อ หลุม ห้องใต้ดิน ห้องนิรภัย ถังน้ำมัน ถังหมัก ถัง ไซโล ท่อ เตา ภาชนะ หรือสิ่งอื่นที่มีลักษณะคล้ายกัน" (รูปที่ ๑)

   

รูปที่ ๑ นิยามของพื้นที่อับอากาศ ตามกฎกระทรวงที่ประกาศโดยรัฐมนตรีว่าการกระทรวงแรงงาน

ถ้าว่ากันตามนิยามนี้ ลักษณะร่วมอันหนึ่งของ "ที่อับอากาศ" ที่นิยามไม่ได้ระบุไว้ชัดเจน แต่พอจะดึงออกมาได้จากตัวอย่างที่กฎกระทรวงยกมาก็คือ "การมีผนังล้อมรอบ" แต่เอาเข้าจริง ๆ แล้วมันก็มีกรณีตัวอย่างที่ผู้ปฏิบัติงานนั้นหมดสติเพราะขาดอากาศ แม้ว่าจะอยู่ในพื้นที่เปิดโล่ง แต่เป็นเพราะมีแก๊สเฉื่อยรั่วไหลออกมาในปริมาณมาก ทำให้บริเวณที่เกิดการรั่วไหลนั้นมีออกซิเจนไม่เพียงพอต่อการหายใจ และบังเอิญผู้ปฏิบัติงานก็ทำงานอยู่ตรงนั้นพอดี ดังตัวอย่างหนึ่งที่เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๕๑๙ วันพฤหัสบดีที่ ๒๒ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๑ เรื่อง "ขาดอากาศเพราะ ขาดอากาศเพราะ "Chimney effect"" ที่คนงานที่เข้าไปเปิดหน้าแปลนของ man hole บนยอดหอกลั่นสูง ๗๐ เมตร หมดสติเนื่องจากแก๊สไนโตรเจนที่ไหลออกมาจาก man hole เมื่อเปิด man hole

  

หอกลั่นสูง ๗๐ เมตรนี้เป็นหออะไรก็ไม่รู้ เคยเห็นแต่หอกลั่นแยกโพรเพน-โพรพิลีนที่สูงเกือบ ๑๐๐ เมตร (มี ๒ หออีกต่างหาก) หอกลั่นพวกนี้มันตั้งอยู่ด้วยตัวมันเองได้ ดังนั้นขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมันก็ต้องใหญ่ระดับหนึ่ง ปริมาตรภายในจึงมากตามไปด้วย ดังนั้นจึงไม่น่าจะเป็นเรื่องแปลกที่การเปิด man hole จะทำให้แก๊สเฉื่อยที่อยู่ภายในนั้นรั่วไหลออกมาในปริมาณมากในเวลาอันสั้น จนส่งผลทำให้บริเวณรอบ ๆ man hole นั้นไม่มีออกซิเจนเพียงพอต่อการหายใจ 

  

แต่จะว่าไปแล้วกรณีเช่นนี้ก็น่าเห็นใจผู้ประสบเหตุ ถ้าเราลองคิดว่าถ้าเราต้องขึ้นไปทำงานบนดาดฟ้าอาคารสูงที่ไม่มีหลังคาปิดคลุม ไม่มีกำแพงสูงล้อมรอบ โดยงานที่ไปทำนั้นเป็นงานที่เราเองก็อยู่ในที่โล่ง เราจะคิดไหมว่าพื้นที่ตรงนั้นจะเป็นที่อับอากาศได้ การทำงานในพื้นที่เปิดโล่งแบบนี้คงจะไม่มีใครคิดที่จะวัดปริมาณออกซิเจนว่าเพียงพอต่อการหายใจหรือไม่ แต่ถ้ากังวลเรื่องมีแก๊สพิษนั่นก็อีกอย่าง
  

เมื่อวันศุกร์ได้เล่าเรื่องเหตุการณ์อุบัติเหตุที่เกี่ยวข้องกับแก๊สเฉื่อย โดยผู้ที่ประสบอุบัติเหตุนั้นไม่จำเป็นต้องเข้าไปในพื้นที่อับอากาศทั้งตัว คือแค่ยื่นหน้าเข้าไปแค่นั้นก็พอ แต่เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้จะแตกต่างไปหน่อยตรงที่ เขาไม่ได้ยื่นหน้าเข้าไปในพื้นที่อับอากาศนั้นเลย แค่อยู่ตรงช่องทางที่มีแก๊สรั่วออกมาแค่นั้นเอง

  

เรื่องที่ ๑ และ ๒ แก๊สไนโตรเจนที่รั่วออกมาสามารถทำให้หมดสติได้

สองเรื่องแรกนำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๒๒ เดือนกันยายน ค.ศ. ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓) ในหัวข้อ 22/1 ที่เล่าถึงเหตุการณ์ที่ผู้ทำงานหมดสติหรือได้รับผลกระทบจากแก๊สไนโตรเจนที่รั่วออกมา (รูปที่ ๒) แม้ว่าในทั้งสองกรณีนี้ผู้ที่ได้รับผลกระทบจะไม่ได้เข้าไปใน "พื้นที่อับอากาศ" ก็ตาม

  

เหตุการณ์แรกเกิดระหว่างการไล่อากาศออกจาก vessel ด้วยการใช้แก๊สไนโตรเจน โดยที่ man-hole ทางด้านบนของ vessel นั้นเปิดอยู่ คนงานคนหนึ่งตัดสินใจที่จะไปเก็บเชือกที่ห้อยเข้าไปใน vessel อยู่ครึ่งหนึ่งและติดพันกับบางอย่างอยู่ภายใน ทำให้ดึงออกมาไม่ได้ ในขณะที่เขาคุกเข่าลงเพื่อจะคลายเชือกที่ติดอยู่ข้างในนั้น เขาก็หมดสติไปเนื่องจากแก๊สไนโตรเจน (ที่ไปทำให้บริเวณที่เขาคุกเข่ายื่นหน้าไปดูนั้นมีออกซิเจนไม่เพียงพอต่อการหายใจ)

  

รายนี้โชคดีที่ไม่เสียชีวิต แต่หลังจากฟื้นขึ้นมาแล้วเขาก็ยอมรับว่า ในขณะนั้นเขาคิดว่าถ้าคลายเชือกออกมาไม่ได้ ก็จะมุดเข้าไปข้างใน vessel งานนี้จะเรียกว่าโชคดีที่หมดสติอยู่ที่หน้า man-hole ก่อนก็ได้

  

รูปที่ ๒ เหตุการณ์ที่คนงานที่อยู่เหนือ man-hole ทางด้านบนของ vessel หมดสติเนื่องจากแก๊สไนโตรเจนที่ออกมาจาก man-hole และเหตุการณ์ที่คนงานที่กำลังจะสลับ spectacle plate ได้รับผลกระทบจากไนโตรเจนที่รั่วออกมา

เหตุการณ์ที่สองเกิดขณะทำการสลับตำแหน่ง spectacle plate ถ้าใครไม่รู้ว่า spectacle plate หน้าตาเป็นอย่างไรก็ดูในรูปที่ ๓ ได้ spectacle plate นี้เปรียบเสมือนกับการนำเอา slip-plate (หรือ spade) มาเชื่อมติดกับ ring spacer ข้อดีของเจ้าตัวนี้ก็คือทำให้เรารู้ว่าไอ้ที่สอดคั่นอยู่ระหว่างหน้าแปลนนั้น สอดไว้เพื่อปิดกั้นการไหลหรือเพื่อให้ไหลผ่านได้ ชิ้นส่วนนี้จะติดตั้งถาวรอยู่กับแนวเส้นท่อ ดังนั้นการติดตั้งจึงมีการระบุไว้ใน P&I Diagram เพราะมันต้องมีการเว้นช่องว่างระหว่างหน้าแปลนเพื่อให้สอดมันเข้าไปได้ เพราะมันมีความหนาอยู่เหมือนกันเพราะต้องสามารถรับความดันของระบบได้ถ้าหาก โดยเฉพาะเมื่ออยู่ในตำแหน่งปิดกั้นการไหล

รูปที่ ๓ Spectacle plate และการติดตั้ง รูปซ้ายนำมาจาก https://www.indiamart.com เป็นรูปตัวเต็มแสดงขนาดเทียบกับหน้าแปลน ส่วนสองรูปขวานำมาจาก http://www.wermac.org เป็นรูปที่แสดงการติดตั้งในตำแหน่งปิดกั้นการไหล (รูปบน) และตำแหน่งเปิดให้ไหลผ่านได้ (รูปล่าง)

เหตุการณ์นี้เกิดขณะที่กำลังทำการสลับตำแหน่ง spectacle plate คนงานสองคนที่ทำงานดังกล่าวได้รับผลกระทบจากไนโตรเจนที่รั่วออกมาเนื่องจากในเส้นท่อมีความดันอยู่เล็กน้อย (การสลับ spectacle plate ต้องมีการถอดนอตหน้าแปลน ดึงเอา spectacle plate ออก สลับด้าน เปลี่ยนปะเก็น และใส่กลับเข้าไปใหม่) โชคดีที่ยังมีหัวหน้างานอีกคนหนึ่งอยู่ทางด้านเหนือลม ก็เลยไม่ได้รับผลกระทบดังกล่าว

  

ตรงนี้อาจมีคนสงสัยว่าถ้าเช่นนั้นทำการระบายความดันออกจากเส้นท่อก่อนทำงานไม่ดีหรือ ตรงนี้ก็ต้องไปดูเหมือนกันว่าการที่เขาต้องการให้ในเส้นท่อนั้นมีความดันอยู่ก็เพื่อป้องกันไม่ให้อากาศรั่วไหลเข้าไปข้างในหรือไม่ (ก็อุตส่าห์ไล่อากาศออกไปจากระบบจนหมดแล้ว) คำถามถัดมาก็คือถ้าเช่นนั้นระหว่างทำงานก็ควรมีการติดตั้งพัดลมช่วยเป่าลมระบายอากาศดีไหม ตรงนี้ก็ต้องไปดูอีกเช่นกันว่าในขณะนั้นโรงงานกำลังอยู่ในสถานะใด ไม่ใช่อยู่ระหว่างหน่วยผลิตข้าง ๆ มีการเดินเครื่องแล้วเอาอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ไม่ใช่ชนิด explosion proof เข้าไปใช้งาน

เรื่องที่ ๓ แก๊สเฉื่อยที่รั่วออกมาสามารถทำให้เสียชีวิตได้

เรื่องที่สามนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับเดือนมกราคม ค.ศ. ๑๙๗๑ (พ.ศ. ๒๕๑๔) เรื่องที่ 25/3 (รูปที่ ๔) เนื้อหาเหตุการณ์มีเพียงแค่ ๒ บรรทัดเท่านั้นเอง คือคนงานที่ทำงานใกล้กับ man-hole ที่เปิดอยู่ของ vessel ตัวหนึ่ง เสียชีวิตในขณะที่กำลังจะปิด man-hole นั้น

  

ในหัวข้อนี้ยังกล่าวถึงปัญหาการเข้าไปช่วยคนใน vessel ด้วยชุดถังอากาศหายใจแบบที่ใช้กันทั่วไป (self-contained breathing apparatus) ที่ต้องสะพายถังติดตัว ทำให้เกิดปัญหาเวลามุดเข้าออก man-hole โดยกล่าวว่าทางหน่วยงานได้ทำการแก้ปัญหาด้วยการมีถังอากาศชนิดมีหูหิ้วและมีท่ออากาศที่ยาวที่ต่อเข้ากับหน้ากาก ทำให้ผู้ช่วยเหลือนั้นสามารถวางถังอากาศไว้ข้างนอกในขณะที่เข้าไปทำการช่วยเหลือภายใน vessel

  

รูปที่ ๔ เหตุการณ์คนงานเสียชีวิตจากแก๊สเฉื่อยที่รั่วออกมาจาก man-hole ในขณะที่เขาจะเข้าไปปิด man-hole นั้น

เรื่องที่ ๔ ๓๕ ปีจากเหตุการณ์ที่ ๑

เรื่องที่นำมาเล่านี้ ถ้านับเวลาถึงปัจจุบันก็เรียกว่า ๕๐ ปีไปแล้ว บางคนก็อาจคิดว่าไม่เก่าไปหน่อยหรือไง แต่ในเดือนพฤศจิกายนปีค.ศ. ๒๐๐๕ (พ.ศ. ๒๕๔๘) หรือเรียกว่าเวลาผ่านไปอย่างน้อย ๓๕ ปีหลังจากเหตุการณ์ที่เล่าไว้ในเรื่องที่ ๑ (ที่คนงานพยายามจะคลายเชือกที่ติดอยู่ใน vessel ด้วยการชะโงกหน้าดูว่ามันติดอยู่อย่างใด) ก็เกิดเหตุการณ์ทำนองเดียวกันที่โรงกลั่นน้ำมัน Valero ประเทศสหรัฐอเมริกา (รูปที่ ๕ และ ๖)

  

เหตเกิดหลังจากทำการบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าไปใน reactor แล้ว (ที่ต้องมีการเปิดท่อทางด้านบนเพื่อทำการบรรจุตัวเร่งปฏิกิริยา) ก็ต้องมีการใช้ไนโตรเจน purge ระบบป้องกันไม่ให้อากาศเข้าไป ในระหว่างการปิดท่อเข้าที่เดิมนั้นช่างที่เข้าไปทำงานทางด้านบนของ reactor สองคนเห็นมีม้วนเทปกาวตกอยู่ข้างบน tray ที่ต่ำลงไปจากปากทางประมาณ ๕ ฟุต (tray นี้ทำหน้าที่กระจายของไหลที่ไหลเข้าจากท่อทางด้านบนที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของ veseel มาก เพื่อกระจายให้ของไหลไหลเต็มพื้นที่หน้าตัดของเบด ไม่ใช่ฉีดพ่นลงไปเฉพาะตรงตำแหน่งที่อยู่ตรงกับปากท่อ) 

   

จากการปรึกษากับหัวหน้างาน ถ้าทำตามขั้นตอนปรกติก็ต้องมีการเตรียมการกันอีกนาน เกรงว่างานจะไม่เสร็จสิ้นภายในกะที่เขาทำงานอยู่ จากหลักฐานที่พบและจากผู้เห็นเหตุการณ์ ทำให้เชื่อว่าคนงานคนหนึ่งตัดสินใจที่จะใช้วิธีเอาลวดมางอเป็นขอเกี่ยว เพื่อหย่อนลงไปคล้องเอาม้วนเทปขึ้นมาโดยไม่ต้องเข้าไปในตัว reactor แต่ในขณะที่พยายามจะหย่อนลวดลงไปนั้นเขาเกิดหมดสติ (จากการสูดหายใจเอาแก๊สไนโตรเจนที่ purge ระบบและระบายออกทางช่องทางที่เปิดอยู่) และตกลงไปใน reactor เพื่อนร่วมงานอีกคนที่เห็นเข้าจึงรีบเอาบันไดมาพาดเพื่อจะปีนลงไปช่วย ทำให้เสียชีวิตตามไปอีกราย

  

ในหัวข้อ 3.3 ของรายงานการสอบสวนยังกล่าวไว้ด้วยว่า ผู้เสียชีวิตรายที่สองนั้นไม่ใช่ว่าไม่มีประสบการณ์ ไม่เคยได้รับการอบรม แต่ด้วยความต้องการที่จะช่วยเพื่อนร่วมงานที่ประสบอุบัติเหตุอยู่ต่อหน้าต่อตาโดยทันที ทำให้ลืมขั้นตอนการทำงานต่าง ๆ ไปหมด (รูปที่ ๖)

เรื่องที่น่าจะฝึกกันยากที่สุดก็คือ "การคุมสติให้ได้เมื่อต้องประสบกับสถานการณ์จริง"

  

รูปที่ ๕ รายงานการสอบสวนคนงานเสียชีวิตเนื่องจากขาดอากาศที่ปาก man-hole จากแก๊สไนโตรเจนที่รั่วออกมา สามารถดาวน์โหลดฉบับเต็มได้จาก https://www.csb.gov/valero-refinery-asphyxiation-incident/ ช่องที่เห็นมีเทปแดงพันทางมุมซ้ายล่าง คือจุดที่เกิดเหตุ พึงสังเกตว่าบริเวณรอบข้างต่างเป็นที่โล่งและอยู่บนที่สูงด้วย

  

รูปที่ ๖ ข้อความจากส่วนหนึ่งของรายงาน ผู้เสียชีวิตรายที่สองนั้นไม่ใช่ว่าไม่มีประสบการณ์ ไม่เคยได้รับการอบรม แต่ด้วยความต้องการที่จะช่วยเพื่อนร่วมงานที่ประสบอุบัติเหตุอยู่ต่อหน้าต่อตา ทำให้ลืมขั้นตอนการทำงานต่าง ๆ ไปหมด

XPS ตอน จำนวนรอบการสแกน (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๙๘) MO Memoir : Friday 8 February 2562

เมื่อช่วงต้นปี ๒๕๖๑ ผมให้นิสิตส่งตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยา MoO₃-MgO/TiO₂ (10 wt% MoO₃ 1 wt% MgO) และ WO₃-MgO/TiO₂ (7 wt% WO₃ 1 wt% MgO) ไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค XPS (x-ray photoelectron spectroscopy) เพื่อที่จะตรวจสอบการตกค้างของอะตอม N เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งสองเตรียมด้วยวิธี wet impregnation ที่ใช้เกลือโลหะที่มี N เป็นองค์ประกอบ ((NH₄)₆Mo₇O₂₄ ในกรณีของโลหะ Mo และ (NH₄)₁₀H₂(WO₇)₆.xH₂O ในกรณีของโลหะ W) และทำการปรับค่า pH ของสารละลาย (ถ้าจำเป็น) ด้วยสารละลาย HNO₃ หรือ NH₄OH ในระหว่างกระบวนการเตรียม โดยมีการนำตัวเร่งปฏิกิริยาไปเผาในอากาศที่อุณหภูมิ 500ºC เป็นเวลาอย่างน้อย 2 ชั่วโมงเพื่อให้เหลือแต่โครงสร้างโลหะออกไซด์บนพื้นผิว (พวกแอมโมเนียมหรือไนเทรตควรที่จะสลายตัวไปหมด)
 

การวิเคราะห์กระทำในภาวะสุญญากาศยวดยิ่ง (Ultra High Vacuum หรือ UHV) ที่ระดับประมาณ 10^-6 Pa โดยในการวิเคราะห์นั้นหลังจากที่ได้ทำ survey scan ก็จะทำการวัดละเอียดตรงบริเวณค่าพลังงานยึดเหนี่ยว (หรือ binding energy ที่มีหน่วยเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ eV) สำหรับธาตุ N นั้นจะอยู่ที่บริเวณ 400 eV โดยในการวัดละเอียดนั้นทางผู้ทำการวิเคราะห์ทำการสแกนค่าทีละ 0.1 eV โดยวัดที่แต่ละตำแหน่งนาน 0.2985 วินาทีก่อนย้ายไปวัดที่ตำแหน่งถัดไป และทำการสแกนซ้ำทั้งหมด "3 รอบ" (คือผมมารู้ทีหลังว่าเจ้าหน้าที่ที่ทำการวิเคราะห์ตัวอย่างเขาตั้งค่า default ไว้ที่นี่ ถ้าไม่มีการระบุอะไรเขาก็จะสแกนเพียงแค่ 3 รอบ) ข้อมูลดิบที่ได้มานั้นเคยนำมาแสดงไว้ใน Memoir ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๕๒๕ วันอังคารที่ ๖ มีนาคม พ.ศ. ๒๕๖๑ เรื่อง "รู้ทันนักวิจัย (๙) อยากให้มีพีคก็จัดให้ได้"
 

ตอนที่เห็นข้อมูลดิบและผลการวิเคราะห์ที่ซอฟแวร์ของเครื่องแปลผลให้นั้น ผมก็ไม่คิดว่ามันจะใช้ได้ ก็เลยบอกให้ส่งตัวอย่างเดิมไปวิเคราะห์ใหม่ แต่ครั้งนี้ขอเพิ่มรอบการสแกนขึ้นเป็น "20 รอบ" แต่กว่าจะได้ส่งตัวอย่างไปอีกครั้งก็ผ่านไปตั้งร่วมปี เมื่อวานเพิ่งจะได้ผมการวิเคราะห์มาก็เลยขอนำมาเปรียบเทียบกัน (แต่ละตัวอย่างใช้เวลาตั้งแต่ใส่ตัวอย่างเข้าเครื่อง รอจนความดันลดต่ำมากพอ และวิเคราะห์เสร็จ ก็ใช้หมดเวลาไป ๒ ชั่วโมง)
 

ในเว็บ https://xpssimplified.com/elements/nitrogen.php (ข้อมูล ณ วันศุกร์ที่ ๘ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๒) ให้ข้อมูลค่า Binding energy (พลังงานยึดเหนี่ยว) ของ N1s (เมื่อใช้รังสีเอกซ์ Mg1s) เมื่อยู่ในรูปสารประกอบต่าง ๆ ไว้ดังนี้คือ Metal nitrides ~397 eV, NSi₃ (Si₃N₄) 398.0 eV, NSi₂O 399.9 eV, NSiO₂ 402.5 eV, C-NH₂ ~400 eV และ Nitrate > 405 eV กล่าวโดยหลักการก็คือ ค่าพลังงานยึดเหนี่ยวของ N1s จะเพิ่มมากขึ้นถ้าหากอะตอม N ถูกดึงอิเล็กตรอนออก (เช่นในกรณีของหมู่ nitrate ที่มันถูกอะตอม O ดึงอิเล็กตรอนออก) และจะลดลงถ้าอะตอมอื่นจ่ายอิเล็กตรอนให้อะตอม N (เช่นในกรณีของสารประกอบ metal nitride) ดังนั้นถ้าพิจารณากันตามหลักการนี้ กรณีของอะตอม N ที่ไม่ถูกดึงอิเล็กตรอนออกหรือได้รับอิเล็กตรอนนั้น อิเล็กตรอน N1s ก็น่าจะมีค่าพลังงานยึดเหนี่ยวอยู่ที่ประมาณ 400 eV
 

ตัวอย่างที่เป็นของแข็งมีรูพรุนนั้นมันจะมีอากาศอยู่ในรูพรุน การดึงอากาศออกจากรูพรุนขนาดเล็กเหล่านี้ให้หมดทำได้ยาก ในกรณีของการวัด XPS นั้นแม้ว่าเราจะใส่ตัวอย่างไว้ในสุญญากาศเป็นเวลาที่คิดว่านานพอ แต่เอาเข้าจริง ๆ พอเริ่มฉายรังสีเอ็กซ์ลงไปก็จะเห็นความดันในห้องวิเคราะห์เพิ่มสูงขึ้น อันเป็นผลจากการที่มีความร้อนทำให้อากาศที่ค้างอยู่นั้นหลุดออกมาจากรูพรุน ดังนั้นถ้าต้องการวัด N ที่อาจมีอยู่ในปริมาณต่ำ ๆ แล้วจึงเห็นว่าควรที่จะทำสุญญากาศให้นานพอและวัดด้วยจำนวนรอบการสแกนที่มากพอ เพื่อเป็นการลด noise ของการวัด และตัดสัญญาณแก๊ส N₂ ที่ค้างอยู่บนตัวอย่าง

รูปที่ ๑ ผลการวัด XPS ของตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยา WO₃-MgO/TiO₂ ช่วงบริเวณ N1s แกนนอนคือ Binding energy (B.E. - eV) แกนตั้งคือสัญญาณ (count) รูปบนเป็นค่าที่ได้จากการสแกน 3 รอบ ส่วนรูปล่างได้จากการสแกน 20 รอบ ผลการวัดไม่แสดงการมีพีคไนโตรเจน ความดันของการวัดอยู่ในช่วง 5-6 x 10^-6 Pa

รูปที่นำมาแสดงในที่นี้ใช้สเกลแกนตั้งขนาดเดียวกัน (คือ 450 หน่วย) เพื่อให้ง่ายในการเปรียบเทียบ โดยรูปที่ ๑ เป็นตัวอย่าง WO₃-MgO/TiO₂ ซึ่งจะเห็นว่าเมื่อเพิ่มจำนวนรอบการสแกนเป็น 20 รอบนั้น สัญญาณที่วัดได้เรียบลงมาก ระดับ noise ที่ระดับปริมาณ 100 หน่วยเมื่อสแกนเพียงแค่ 3 รอบ ลดลงเหลือประมาณ 25 หน่วยเมื่อเพิ่มรอบการสแกนเป็น 20 รอบ ซึ่งทำให้สามารถยืนยันได้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมนั้นไม่มีอะตอม N ตกค้างอยู่บนพื้นผิว
 

รูปที่ ๒ เป็นของตัวอย่าง MoO₃-MgO/TiO₂ ซึ่งถ้าเปรียบเทียบความเรียบของสัญญาณก็จะเห็นชัดเช่นกันว่าการเพิ่มรอบการสแกนจาก 3 รอบเป็น 20 รอบนั้นช่วยลด noise ลงได้มาก ทำให้การแปลผลทำได้ง่ายขึ้นและถูกต้องมากขึ้น ส่วนที่ว่าควรสแกนกี่รอบดีนั้นตัวที่เป็นตัวกำหนดคือค่า Singal to Noise (S/N) ratio กล่าวคือควรต้องทดลองทำการสแกนซ้ำไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะพบว่าค่า noise ที่เห็นนั้นไม่ลดลงแล้ว ซึ่งตรงนี้ขึ้นอยู่กับแต่ละตัวอย่าง 

รูปที่ ๒ ผลการวัด XPS ของตัวอย่างตัวเร่งปฏิกิริยา MoO₃-MgO/TiO₂ ช่วงบริเวณ N1s แกนนอนคือ Binding energy (B.E. - eV) แกนตั้งคือสัญญาณ (count) รูปบนเป็นค่าที่ได้จากการสแกน 3 รอบ ส่วนรูปล่างได้จากการสแกน 20 รอบ ที่ปรากฏพีคที่ค่า B.E. ประมาณ 398 eV ซึ่งเป็นตำแหน่งที่เป็นไปได้ทั้งพีค N1s ของไนโตรเจน (oxidation state 0) หรือ Mo3p ของโมลิบดีนัม ความดันของการวัดอยู่ในช่วง 5-6 x 10^-6 Pa

แต่สิ่งหนึ่งที่พบในกรณีของตัวอย่าง MoO₃-MgO/TiO₂ คือการมีพีคหนึ่งที่เด่นชัดที่ตำแหน่งประมาณ 398 eV ซึ่งตำแหน่งนี้จะว่าไปแล้วไม่ใช่ตำแหน่งของสารประกอบ nitrate แต่เป็นตำแหน่งที่ใกล้เคียงกับอะตอม N ที่มี oxidation state เป็นศูนย์หรือลบเล็กน้อย แต่พอลองค้นคว้าดูก็พบว่ามีคำเตือนเอาไว้ในเว็บที่กล่าวไว้ตอนต้นว่า ตำแหน่ง N1s นี้อาจซ้อนทับกับพีคจากธาตุ Ta, Mo หรือ Cd ได้ โดยเฉพาะในกรณีของธาตุ Mo ที่พีค Mo3p3/2 และ Mo3p1/2 อยู่ในช่วง 370–455 eV แถมตัวอย่างนี้ก็ยังมี Mo เป็นองค์ประกอบในปริมาณมากซะด้วย ซึ่งหลังจากที่พิจารณาแล้วเห็นว่าพีคนี้ควรเป็นพีคของ Mo (ที่อยู่ในรูป Mo⁶⁺ ที่จะกล่าวถึงในตอนต่อไป) ไม่ใช่ของ N
 

ข้อมูลในเว็บเดียวกันนี้ยังกล่าวเอาไว้ว่า ในกรณีที่ตัวอย่างมีธาตุ Ta เป็นองค์ประกอบ ก็ให้ทำการวัดค่าพลังงานยึดเหนี่ยวของ Ta4p3/2 ในช่วง 370–450eV เอาไว้ด้วย นอกจากนี้ยังได้กล่าวเอาไว้ว่าในกรณีที่มีการทำ supttering พื้นผิว (การใช้ไอออน Ar ยิงไปบนพื้นผิวเพื่อสกัดเอาอะตอมบนผิวหน้าพื้นผิวออก) ถ้ามีการตรวจพบ N ทั้ง ๆ ที่มันไม่ควรจะมี นั่นอาจเป็นเพราะว่ามีการรั่วไหลของอากาศเข้าไปในระบบจ่ายแก๊ส Ar นั่นแสดงว่าแม้อะตอม N จะอยู่ในรูปของโมเลกุลแก๊ส ก็ยังสามารถให้สัญญาณ xps ได้ ดังนั้นการแปลผล xps ของ N จึงควรต้องใช้ความระมัดระวัง

รูปที่ ๓ พีคเล็ก ๆ ที่อยู่ข้าง ๆ พีคใหญ่ไม่ได้แปลว่ามันต้องมี oxidation state ต่างจากพีคใหญ่เสมอ เพราะมันมีสิทธิเป็น "satellite peak" ได้เช่นกัน อย่างเช่นตัวอย่างนี้ (ภาพจากเว็บ https://xpssimplified.com/elements/nitrogen.php ข้อมูล ณ วันศุกร์ที่ ๘ กุมภาพันธ์ พ.ศ. ๒๕๖๒) ที่เป็นการวัดตัวอย่าง (ซ้าย) TiN พึงสังเกตว่าขนาดของ satellite peak นี้ไม่ได้ใหญ่มากและซ้อนทับกับส่วนฐานของพีคหลักอยู่ และ (ขวา) กรณีของ N-containing aromatic polymers (เช่น polyimide) ที่อาจมี -* satellite peak อยู่ห่างจากพีคหลักหลาย eV

เรื่องหนึ่งที่มีโอกาสได้พบเห็นอยู่บ่อยครั้งตอนสอนสัมมนานิสิตก็คือการแปลผลพีคเล็ก ๆ ที่อยู่ข้างพีคใหญ่ โดยมักจะสรุปทันทีที่เห็นว่ามันเป็นพีคของอะตอมที่มี oxidation state ต่างไปจากของพีคใหญ่เสมอ ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงมันไม่ได้เป็นเช่นนั้นตลอด (ดังตัวอย่างในรูปที่ ๓ ข้างบน) เพราะพอถามว่าแน่ใจหรือเปล่าว่ามันไม่ใช่ "satellite peak" ก็ปรากฏว่าคนถูกถามงงว่า satellite peak คืออะไร เพราะไม่เคยได้ยินคำนี้มาก่อน

แสดงว่าการที่พูดจานำเสนอได้คล่อง กับการรู้จริงว่ากำลังพูดอะไรออกมานั้น มันคนละเรื่องกัน

Rotameter กับ Drag force (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๙๗) MO Memoir : Friday 11 January 2562

เมื่อวัตถุมีความเร็วสัมพัทธ์กับของไหล (fluid ที่อาจเป็นของเหลวหรือแก๊สก็ได้) ไม่ว่าจะเป็นของไหลเคลื่อนที่ผ่านวัตถุหรือวัตถุเคลื่อนที่ผ่านของไหล จะมีแรงกระทำต่อวัตถุนั้น แรงนั้นคือแรงต้านหรือ drag force (F_d)
 

ขนาดของแรงต้านขึ้นอยู่กับ ความหนาแน่นของของไหล (ที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันของของไหล) ความเร็วสัมพัทธ์ พื้นที่หน้าตัดที่เข้าปะทะ และรูปร่างของวัตถุ ถ้าว่ากันตามสมการคณิตศาสตร์ก็จะได้ว่า F_d = (C_d (rho) v²A)/2 เมื่อ F_d คือแรงต้าน rho คือความหนาแน่นของของไหล v คือความเร็วสัมพัทธ์ A คือพื้นที่หน้าตัดที่ขวางทิศทางการไหล และ C_d คือค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านหรือ drag coefficient ที่ขึ้นอยู่กับรูปทรงของวัตถุนั้น

ในกรณีของวัตถุที่ตกลงในแนวดิ่งอันเป็นผลจากแรงดึงดูดของโลก (ซึ่งเท่ากับ mg เมื่อ m คือมวลของวัตถุและ g คือค่าความเร่งเนื่องจากแรงดึงดูดของโลก) สวนทางกับของไหลที่ไหลขึ้น แรงที่กระทำต่อวัตถุนั้นประกอบด้วยแรงต้าน (drag force) และแรงลอยตัว (buoyance force ซึ่งมีค่าเท่ากับน้ำหนักของของไหลที่มีปริมาตรเท่าวัตถุนั้น) วัตถุนั้นจะตกลงสู่พื้นล่าง อยู่กับที่ หรือลอยขึ้นบน ก็ขึ้นอยู่กับผลรวมของแรงต้านและแรงลอยตัวว่ามากหรือน้อยกว่าแรงดึงดูดของโลก ในกรณีที่ของไหลนั้นเป็นของเหลว แรงลอยตัวจะมีบทบาทที่มีนัยสำคัญ แต่ในกรณีที่ของไหลนั้นเป็นแก๊ส แรงลอยตัวจะมีบทบาทต่ำกว่ามากจนในงานส่วนใหญ่นั้นสามารถตัดทิ้งไปได้ (เว้นแต่ในงานที่มีความละเอียดสูงในการชั่งน้ำหนัก ที่อาจเห็นผลของแรงลอยตัวนี้ เช่นในการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค thermogravimetric analysis)
 

Rotameter เป็นอุปกรณ์วัดอัตราการไหลของของไหลที่นำเอาหลักการนี้มาใช้ ตัวอุปกรณ์มีลักษณะเป็นท่อแก้วที่รูภายในมีลักษณะบานขึ้นเล็กน้อย อุปกรณ์นี้ใช้วัดได้ทั้งของเหลวและแก๊สปรับแต่งช่วงการวัดได้ด้วยการปรับน้ำหนักและ/หรือรูปล่างของลูกลอย เช่นถ้าต้องการวัดอัตราการไหลแก๊สที่ต่ำก็ใช้ลูกลอยที่เบา (เช่นทำจากพลาสติก) แต่ถ้าต้องการวัดอัตราการไหลแก๊สที่สูงก็ใช้ลูกลอยที่หนัก (เช่นทำจากโลหะ) ดังตัวอย่างที่นำมาแสดงในรูปที่ ๑
 

ในการวัดอัตราการไหลของแก๊สนั้น ความหนาแน่นของแก๊สแปรผันตามอุณหภูมิและความดันได้ค่อนข้างมาก ดังนั้นแม้แต่แก๊สชนิดเดียวกันที่อุณหภูมิเดียวกัน ถ้าความต้านทานด้านขาออกไม่เท่ากัน จะส่งผลต่อระดับความสูงของลูกลอยได้ กล่าวคือถ้าเราให้ความดันด้านขาเข้าคงที่ ถ้าแรงต้านทานด้านขาออกของ rotameter มาก จะทำให้ความดันในตัว rotameter เพิ่มสูงขึ้น ความหนาแน่นแก๊สสูงขึ้นและความเร็วลดต่ำลง ที่ค่าอัตราการไหลเท่ากัน (เมื่อคิดเทียบที่สภาวะเดียวกัน) ลูกลอยจะลอยต่ำกว่ากรณีที่แรงต้านทานด้านขาออกต่ำกว่า
 

ดังนั้นตัวเลขบนสเกลของ rotameter จึงไม่จำเป็นต้องตรงกับอัตราการไหลที่แท้จริง เว้นแต่แก๊สที่ไหลผ่านนั้นเป็นแก๊สที่ไหลผ่านด้วยค่าความดันและอุณหภูมิเดียวกันกับแก๊สที่ใช้สอบเทียบ (calibrate) ในกรณีที่แก๊สที่ไหลผ่านนั้นเป็นแก๊สต่างชนิดกันและ/หรือไหลผ่านด้วยค่าความดันและอุณหภูมิที่แตกต่างไปจากแก๊สที่ใช้สอบเทียบ ก็ต้องสร้าง calibration curve ขึ้นมาใหม่ (เช่นด้วยการใช้ bubble flow meter) เพื่อหาความสัมพันธ์ระหว่างระดับความสูงของลูกลอยและค่าอัตราการไหลที่แท้จริง
 

rotameter ที่สอบเทียบโดยใช้อากาศ เมื่อนำมาใช้กับแก๊สไนโตรเจนที่อัตราการไหลเดียวกัน ระดับลูกลอยก็จะลดต่ำลงเล็กน้อย เพราะความหนาแน่นแก๊สไนโตรเจนนั้นต่ำกว่าอากาศเล็กน้อย และถ้านำมาใช้กับแก๊สไฮโดรเจนที่อัตราการไหลเดียวกัน ก็จะเห็นระดับลูกลอยลดต่ำลงไปมาก เพราะความหนาแน่นของแก๊สไฮโดรเจนนั้นเพียงแค่ 7% ของความหนาแน่นอากาศเท่านั้นเอง

รูปที่ ๑ Rotameter ที่ใช้วัดอัตราการไหลของแก๊ส Rotameter ในรูปซ้ายและกลาง (ของเครื่อง Micromeritics ChemiSorb 2750) ได้รับการสอบเทียบด้วยอากาศที่สภาวะมาตรฐาน (ในรูปซ้ายจะเห็นว่ามีระบุเอาไว้ว่า SCCM ที่ย่อมาจาก Standard Cubic Centimetre per Minute) พึงสังเกตว่าระยะห่างระหว่างสเกลที่ค่าอัตราการไหลต่ำจะมากกว่าที่ค่าอัตราการไหลสูง ทั้งนี้เป็นเพราะขนาดรูให้แก๊สไหลผ่านนั้นมีลักษณะที่บานขึ้นบนเล็กน้อย (เพื่อลดความเร็วของแก๊สที่ไหลผ่านลูกลอยไม่ให้พัดลูกลอยลอยขึ้นไปติดด้านบน) ส่วนรูปขวานั้นเป็น rotameter ที่มีลูกลอยสองตัว ตัวบนจะมีน้ำหนักเบาไว้สำหรับอ่านค่าอัตราการไหลต่ำ ตัวล่างจะมีน้ำหนักมากกว่าไว้สำหรับอ่านค่าอัตราการไหลสูง

อุปกรณ์บางชนิดเช่นเครื่อง Micromeritics ChemiSorb 2750 ใช้ rotameter เพียงตัวเดียว (ที่สอบเทียบโดยใช้อากาศ - รูปที่ ๑) วัดอัตราการไหลของแก๊สทุกชนิด (ไม่ว่าจะเป็น N₂ NH₃ H₂ หรือ He) ที่เลือกให้ไหลผ่านตัวอย่าง ดังนั้นการแปลค่าตัวเลขระดับความสูงของลูกลอยที่เห็นกับอัตราการไหลที่แท้จริงของแก๊สจึงต้องใช้ความระมัดระวัง ว่าขณะนั้นกำลังให้แก๊สชนิดใดไหลผ่านอยู่

เครื่องอาจไม่ได้เสียก็ได้นะ นั่นอาจเป็นอาการปรกติของมันก็ได้ :) :) :)

ข้อกำหนดคุณลักษณะที่ Battery limit (๓) MO Memoir : Thursday 4 May 2560

ระบบสาธารณูปโภคหลักของโรงงานได้แก่ น้ำ ไอน้ำ อากาศอัดความดัน แก๊สเฉื่อย (ปรกติก็คือไนโตรเจน) ไฟฟ้า ส่วนทางโรงงานจะผลิตขึ้นใช้เองทั้งหมดหรือจะรับจากแหล่งภายนอกทั้งหมดก็คงต้องพิจารณาเป็นกรณีไป ตัวอย่างเช่นอากาศอัดความดัน ที่เห็นกันทั่วไปแต่ละโรงงานก็จะตั้งหน่วยผลิตใช้เองภายใน (ติดตั้งเครื่องคอมเพรสเซอร์และถังเก็บ) น้ำใช้ก็จะรับมาจากแหล่งภายนอก ส่วนจะรับมาในรูปของน้ำดิบ (น้ำจากแหล่งเก็บจากธรรมชาติโดยตรง) หรือในรูปของน้ำประปานั้น ก็คงขึ้นอยู่กับแต่ละกรณี เช่นในกรณีของโรงงานที่ตั้งอยู่เป็นกลุ่ม อาจมีการรับน้ำดิบเข้ามาผลิตเป็นน้ำประปาใช้เองภายในกลุ่มโรงงาน (จะได้ไม่มีปัญหาเรื่องการแย่งน้ำใช้กับชุมชน) ในกรณีของแก๊สไนโตรเจนนั้น ถ้าเป็นโรงงานที่ตั้งรวมเป็นกลุ่มก็มักจะมีบริษัทที่ผลิตแก๊สเหล่านี้โดยตรงมาตั้งเครื่องกลั่นแยกอากาศ (เรียกว่า cold box) แล้วส่งไปขายให้โรงงานต่าง ๆ ทางระบบท่อ แต่ถ้าเป็นโรงงานที่ตั้งอยู่โดดเดี่ยวก็คงต้องใช้การส่งทางรถบรรทุกในรูปของไนโตรเจนเหลว นำมาถ่ายเก็บไว้ที่ถังเก็บ แล้วค่อยระเหยออกมาใช้งาน
 

ในส่วนของพลังงานไฟฟ้า ในบ้านเราแต่เดิมทีมักมีปัญหาเรื่องเสถียรภาพของพลังงานไฟฟ้า (คือไฟฟ้าดับเป็นประจำแบบเอาแน่เอานอนไม่ได้) ทำให้หลายโรงงานต้องมีการตั้งโรงไฟฟ้าใช้เอง โดยเฉพาะโรงงานที่ตั้งอยู่ห่างไกลจากโรงผลิตไฟฟ้า ปัจจุบัน ในโรงงานที่ตั้งเป็นกลุ่มนั้นอาจมีการตั้งโรงไฟฟ้าอยู่ในบริเวณเดียวกันเพื่อจ่ายไฟฟ้าให้กับโรงงานในกลุ่มอุตสาหกรรมเป็นหลัก หรือในกรณีของโรงงานขนาดใหญ่เช่นโรงกลั่นน้ำมันหรือโรงโอเลฟินส์ ก็อาจมีการตั้งโรงไฟฟ้าของตนเองขึ้นมาเพื่อใช้เองภายในโรงงานและจำหน่ายให้กับโรงงานที่ตั้งอยู่ในกลุ่มที่ตั้งเดียวกัน ในกรณีของโรงโอเลฟินส์นั้นยังมีพลังงานความร้อนเหลือเฟือ ที่สามารถนำไปใช้ผลิตไอน้ำเพื่อใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องจักรแทนการใช้ไฟฟ้า (เช่นคอมเพรสเซอร์ที่ใช้อัดแก๊สก่อนเข้าสู่ระบบทำความเย็น) และจำหน่ายให้กับโรงงานข้างเคียงได้อีก
 

การซื้อไอน้ำจากโรงงานข้างเคียงก็มีข้อดีตรงที่ไม่ต้องไปแบกรับภาระเรื่องการดูแลระบบผลิตน้ำสำหรับหม้อไอน้ำและตัวหม้อไอน้ำ แต่ก็อาจเกิดปัญหาได้ถ้าหากโรงงานที่เป็นผู้จ่ายไอน้ำให้นั้นเกิดปัญหาในการเดินเครื่อง ทำให้ไม่สามารถจ่ายไอน้ำให้ได้ (โดยเฉพาะในกรณีที่ความร้อนที่ใช้ในการผลิตไอน้ำเป็นความร้อนที่ได้มาจากการระบายความร้อนของสารในกระบวนการผลิต) ดังนั้นการพิจารณาตรงนี้จึงควรพิจารณาจากหลายมุมมอง ไม่ว่าจะเป็นเรื่องของค่าใช้จ่าย หรือด้านเสถียรภาพของแหล่งจ่าย
 

สำหรับโรงงานที่มีการใช้ไอน้ำที่หลายระดับความดัน ก็ไม่จำเป็นต้องผลิตไอน้ำ (หรือรับซื้อไอน้ำ) ที่หลายระดับความดัน สามารถใช้วิธีการผลิต (หรือซื้อ) ไอน้ำที่ระดับความดันสูง แล้วค่อย ๆ ปรับลดระดับความดันลงให้เหลือระดับความดันต่าง ๆ ที่ต้องการใช้งานก็ได้

๖. ไอน้ำ (Steam)

ไอน้ำที่ความดันสูงจะมีปริมาตรจำเพาะต่ำ ทำให้ไม่ต้องใช้ท่อขนาดใหญ่ในการลำเลียง (ท่อเล็กถูกกว่าท่อใหญ่) แต่เนื่องจากมันมีอุณหภูมิสูง ดังนั้นอาจจำเป็นต้องใช้ท่อที่ทนอุณหภูมิสูงได้ (คือราคาท่อแพงขึ้นตามความสามารถในการทนอุณหภูมิสูงของโลหะ) การส่งไอน้ำไปเป็นระยะทางไกล ๆ ในรูปของไอน้ำร้อนยวดยิ่ง (superheated steam) ยังช่วงลดการควบแน่นของไอน้ำในระบบท่อส่ง โดยทางผู้รับสามารถเปลี่ยนให้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งดังกล่าวเป็นไอน้ำอิ่มตัว (saturated steam) ได้ด้วยการฉีดน้ำที่เป็นของเหลวที่ได้จากไอน้ำควบแน่น (steam condensate) เข้าไปผสมกับไอน้ำร้อนยวดยิ่งโดยใช้อุปกรณ์ที่ชื่อว่า desuperheater
  

น้ำที่ป้อนเข้าหม้อน้ำมักจะมีการเติมสารเคมีต่าง ๆ เพื่อให้เหมาะสมกับอุณหภูมิและความดันของไอน้ำที่จะผลิต ในทางทฤษฎีแล้วไอน้ำที่ระเหยออกมาจากหม้อไอน้ำนั้นควรมีแต่น้ำเท่านั้น แต่ในความเป็นจริงมันจะมีสิ่งอื่นปนเปื้อนมาได้ เช่นเกลือแร่ต่าง ๆ ที่สลายตัวกลายเป็นไอหรือติดมาในรูปของหยดละอองน้ำเล็ก ๆ (carry over) มากับไอน้ำ น้ำบริสุทธิ์ที่ไม่มีเกลือแร่ละลายอยู่จะมีค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก ดังนั้นเราจึงสามารถใช้ค่าการนำไฟฟ้าเป็นตัวบ่งบอกว่าน้ำนั้นมีแร่ธาตุรวมทั้งหมดแล้วเจือปนอยู่มากน้อยเท่าใด โดยไม่ต้องแยกวิเคราะห์ทุกตัว
 

ซิลิกาเป็นแร่ธาตุตัวหนึ่งที่ก่อปัญหาได้มากถ้าหากมันเกิดการสะสมในระบบท่อ ทั้งนี้เพราะมันไม่ละลายในกรดเหมือนกับตะกรันต่าง ๆ (ที่เป็นคราบหินปูนหรือเกลือ) พวกตะกรันต่าง ๆ ที่สะสมในหม้อไอน้ำหรือในระบบท่อนั้นสามารถล้างออกได้ด้วยการผ่านสารละลายกรด (ที่มีความเข้มข้นพอที่เหมาะสม) ให้ไหลเวียนภายในระบบ เพื่อเข้าไปละลายตะกรันต่าง ๆ นั้นออกมา แต่วิธีการใช้กรดละลายนี้ใช้ไม่ได้กับซิลิกา

ไอน้ำที่ควบแน่น (steam condensate) จะได้มาจากไอน้ำที่ระดับความดันต่าง ๆ ที่ควบแน่นจากการใช้งานให้ความร้อนที่อุปกรณ์ต่าง ๆ การเก็บรวบรวมไอน้ำที่ควบแน่นที่ต้องระบายออกจากระบบท่อส่งมักจะไม่ค่อยทำกันเนื่องจากแต่ละจุดระบายนั้นมักมีการระบายน้อย และกระจัดกระจายอยู่ทั่วไป

๗. ไนโตรเจน (Nitrogen)

ในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน ปิโตรเคมี และอุตสาหกรรมเคมีที่เกี่ยวข้องกับสารไวไฟหรือใช้สารไวไฟจำนวนมาก (ไม่ว่าสารไวไฟนั้นจะเป็นของเหลวหรือแก๊สก็ตาม) จะมีการใช้ไนโตรเจนในการไล่อากาศออกจากระบบท่อและ vessel ต่าง ๆ ก่อนที่จะป้อนสารไวไฟเหล่านั้นเข้าระบบ และยังใช้ไนโตรเจนในการไล่ไอระเหยของสารไวไฟที่ค้างอยู่ใน vessel ต่าง ๆ ออกให้หมดก่อนที่จะป้อนอากาศเข้าไปก่อนเปิด vessel เพื่อทำการซ่อมบำรุง 
  

ตอนเอาไนโตรเจนไปไล่อากาศออก เราสามารถไล่ออกสู่บรรยากาศภายนอกได้เลย เพียงแต่เลือกจุดระบายออกให้อยู่ในบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทดี ๆ หน่อย เพื่อที่ว่าเมื่อไล่อากาศออกไปหมดแล้ว แล้วมีไนโตรเจนรั่วออกมาแทน จะไม่เกิดการสะสมของแก๊สไนโตรเจนในบริเวณนั้นจนทำให้ผู้ที่ผ่านเข้าไปในบริเวณนั้นได้รับอันตรายจากการขาดอากาศได้ แต่ตอนเอาไนโตรเจนไปไล่ไอระเหยของสารเคมีออกจะวุ่นวายกว่า เพราะอาจจำเป็นต้องระบายสู่ระบบกำจัด (เช่นระบบ flare) เพื่อไม่ให้ไอสารเคมีที่ไล่ออกมานั้นก่ออันตราย (จะด้วยจากความเป็นพิษหรือการลุกติดไฟก็ตามแต่) ภายนอกได้

๘. น้ำ (Water)

- น้ำผ่านการปรับสภาพ (Treated water)

ความหมายของน้ำที่ผ่านการปรับสภาพนี้อาจหมายถึงน้ำประปา หรือน้ำจากแหล่งน้ำธรรมชาติ (ที่อาจเป็นแหล่งน้ำบนดินหรือแหล่งน้ำใต้ดิน) ที่ผ่านการปรับปรุงคุณภาพมาแล้วบางส่วน (เช่นกำจัดเอาของแข็งแขวนลอยออกไป) น้ำนี้จะถูกนำไปใช้เป็นน้ำประปาสำหรับการใช้งานทั่วไปในอาคารสำนักงาน หรือนำไปเข้าสู่กระบวนการปรับปรุงคุณภาพให้เหมาะสมกับการใช้งานต่อไป (เช่นเอาไปผลิตเป็นน้ำปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่ หรือน้ำสำหรับป้อนเข้าหม้อน้ำ)

- น้ำปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่ (Demineralized water)

การทำให้น้ำบริสุทธิ์ ให้ปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่ สามารถทำได้ด้วยการกลั่นน้ำซ้ำหลายครั้ง (เช่นน้ำสำหรับใช้ผสมยาฉีดจะต้องผ่านกระบวนการกลั่นซ้ำถึง ๓ ครั้ง) หรือการแลกเปลี่ยนไอออน สำหรับอุตสาหกรรมที่ต้องใช้น้ำบริสุทธิ์ในปริมาณมากเพื่อการผลิต การใช้การแลกเปลี่ยนไอออนมักจะเหมาะสมกว่า น้ำบริสุทธิ์ปราศจากแร่ธาตุละลายอยู่นี้อาจนำไปใช้ผสมเข้ากับผลิตภัณฑ์โดยตรง ใช้ผลิตไอน้ำความบริสุทธิ์สูงเพื่อการฆ่าเชื้ออุปกรณ์ที่ต้องการความสะอาดสูง (เช่นเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิตยาที่เป็นของเหลว)

ค่าการนำไฟฟ้าของน้ำเป็นตัวบ่งบอกปริมาณแร่ธาตุทั้งหมด (ไม่แยกชนิด) ที่ละลายอยู่ในน้ำ ยิ่งค่านี้สูงมากเท่าใดก็แสดงว่าน้ำนั้นมีแร่ธาตุละลายอยูมาก ดังนั้นในการตรวจวัดหรือควบคุมคุณภาพน้ำจึงสามารถใช้ค่าการนำไฟฟ้านี้เป็นตัวบ่งบอกภาพรวมของคุณภาพน้ำนั้นก่อน ถ้าพบว่ามันสูงเกินกว่าที่กำหนดก็เรียกว่ามันไม่ผ่านเกณฑ์ ไม่จำเป็นต้องไปวัดหาปริมาณแร่ธาตุตัวอื่น แต่ถ้ามันผ่านเกณฑ์ก็ค่อยมาดูในรายละเอียดของแร่ธาตุตัวอื่นแต่ละตัวอีกที

- น้ำดับเพลิง (Fire water)

น้ำสำหรับดับเพลิงมีอยู่ด้วยกันสองส่วน ส่วนแรกคือน้ำที่จะใส่เข้าไปในท่อน้ำดับเพลิง เรียกว่าพอเปิดวาล์วก็จะมีน้ำไหลออกมาทันที ส่วนที่สองคือแหล่งน้ำจากภายนอกที่จะไหลเข้ามาในท่อดับเพลิงเมื่อมีการใช้น้ำดับเพลิง ความแตกต่างของท่อน้ำดับเพลิงจากท่อน้ำทั่วไปคือน้ำที่อยู่ในท่อดับเพลิงนั้นมักจะไม่มีการไหลเป็นเวลานาน ลักษณะเช่นนี้ทำให้ของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในน้ำตกค้างในระบบท่อและนำไปสู่การกัดกร่อนเฉพาะจุดได้ ส่งผลให้ท่อผุกร่อนได้ง่าย ประกอบกับการที่ท่อดับเพลิงอาจถูกวางฝังใต้ดิน (เพื่อป้องกันความเสียหายจากการระเบิด) ทำให้การตรวจสอบทำได้ยากหรือทำไม่ได้ ด้วยเหตุนี้จึงมีการเติมสารเคมีบางชนิดผสมเข้าไปในน้ำที่จะใส่เข้าไปนอนรอในท่อดับเพลิงนั้น เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำในท่อกัดกร่อนท่อจากทางด้านใน และยังต้องทำ cathodic protection (การให้โลหะอื่นผุกร่อนแทนเหล็ก หรือใช้การจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงแทน) เพื้อป้องกันการผุกร่อนของท่อเหล็กจากทางด้านนอกด้วย
 

แต่ถ้ามีเพลิงไหม้อย่างต่อเนื่อง ตอนนั้นก็คงไม่ต้องไปสนคุณภาพน้ำแล้ว ได้น้ำจากแหล่งไหนก็ใช้น้ำจากแหล่งนั้นเลย ด้วยเหตุนี้บางหน่วยงานจึงมีการสร้างสระน้ำขนาดใหญ่ (ที่อาจเป็นบ่อที่เกิดจากการขุดดินไปถมตำแหน่งอื่น แล้วใช้สระที่เกิดขึ้นนั้นเป็นบ่อรองรับน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วของโรงงาน ก่อนจะระบายน้ำนั้นออกไปหรือปล่อยให้มันซึมลงดิน หรือใช้สำหรับรดน้ำต้นไม้) ซึ่งนอกจากจะเป็นการปรับปรุงภูมิทัศน์ของที่ทำงานแล้ว ยังสามารถใช้น้ำจากสระน้ำนั้นเป็นน้ำสำรองในการดับเพลิงได้

เรื่องข้อกำหนดคุณลักษณะที่ Battery limit ก็คงจะขอจบด้วยตอนที่ ๓ ณ ตำแหน่งนี้