อันตรายใน Analyser House เรื่องที่ ๒ MO Memoir : Sunday 24 March 2567

อุบัติเหตุจำนวนไม่น้อยในอุตสาหกรรมเกิดจากการต่อท่อผิด ทั้ง ๆ ที่การป้องกันความผิดพลาดดังกล่าวทำได้ง่ายด้วยการใช้ข้อต่อที่แตกต่างกัน (เช่น ชนิด (ตัวผู้/ตัวเมีย), ทิศทางการหมุน (เวียนซ้าย/เวียนขวา) หรือขนาดที่ไม่เท่ากัน) ส่วนการทาสีน่าจะจัดเป็นมาตรการเฉพาะหน้ามากกว่า เพราะเมื่อเวลาผ่านไปสีที่ทาไว้ก็หลุดร่อนได้ หรือการทำงานในที่มีแสงสว่างน้อยก็ทำให้การมองสีไม่ชัดเจนได้

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ก็เกิดจากการต่อท่อสลับกัน แต่เนื่องจากในบทความนั้นมีการกล่าวถึงโครงสร้างวาวล์ตัวหนึ่ง ก็เลยจะขอปูพื้นเรื่องชื่อเรียกโครงสร้างวาล์วให้กับผู้ที่กำลังศึกษาอยู่ก่อน

รูปที่ ๑ ตัวอย่างโครงสร้างและชื่อชิ้นส่วนต่าง ๆ ของวาล์วควบคุม (control valve) "Gland" คือบริเวณในกรอบสีเขียวที่มี valve stem สอดผ่านและมี gland packing อุดกันรั่ว โดยที่ยังยอมให้ valve stem เคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวเส้นตรงได้ (รูปจาก https://instrumentationtools.com/basic-parts-control-valves/)

"Valve stem" เป็นชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อเข้ากับโครงสร้างที่ทำหน้าที่ปิดกั้นการไหล เช่น valve plug ในกรณีของ globe valve (ดังรูปที่ ๑ ข้างบน) หรือลูกบอล ในกรณีของ ball valve ถ้าเป็น globe valve ตัว valve stem จะเคลื่อนที่ขึ้นลงเพื่อควบคุมระดับการยกตัวของ valve plug แต่ถ้าเป็น ball valve ตัว valve stem จะหมุนไปมาเพื่อควบคุมระดับการเปิดของลูกบอล

ช่องทางที่ให้ valve stem สอดผ่านนี้ต้องยอมให้ valve stem เคลื่อนตัวได้อย่างอิสระ และในขณะเดียวกันก็ต้องสามารถป้องกันไม่ให้ของไหลภายในรั่วไหลออกมาภายนอกได้ ดังนั้นบริเวณนี้จึงมีการใส่ "gland packing" (บ้านเราเรียกว่า "ปะเก็นเชือก") ที่มีการผสมวัสดุที่มีความลื่นเคลือบผิวอยู่ ในรูปที่ ๑ นั้นตัว gland packing ถูกกดอัดไว้ด้วย packing follower ที่ถูกกดเอาไว้ด้วย packing flange อีกที ถ้าขันนอตอัด packing ลงไป ตัว gland packing ก็จะถูกบีบอัดและขยายตัวออกทางด้านข้างทำให้ปิดกั้นการรั่วไหล แต่การอัดแน่นที่มากเกินไปก็จะทำให้ตัว valve stem เคลื่อนตัวได้ยากมากขึ้นหรือขยับตัวไม่ได้ ตรงบริเวณนี้เมื่อใช้งานไปนานเข้าเมื่อ gland packing เริ่มเสื่อมสภาพหรือน็อตที่ขันกดนั้นเกิดการคลายตัวก็จะมีการรั่วไหลได้ การแก้ปัญหาเบื้องต้นทำได้ด้วยการขันอัดแน่นเข้าไปอีกจนกว่าจะได้เวลาเปลี่ยน gland packing

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์ ส่วนภาพประกอบนั้นเข้าใจว่าเพื่อให้ผู้อ่านเห็นภาพการเดินท่อ Loading/Unloading valve

คอมเพรสเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการอัดแก๊ส อุปกรณ์ขับเคลื่อนหลักที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันคือมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (เกือบทั้งหมดที่ใช้กันคือมอเตอร์ไฟฟ้าเหนี่ยวนำหรือ induction motor) ที่จำเป็นต้องให้มอเตอร์มีภาระงาน (load) ต่ำสุดเมื่อเริ่มหมุน เพราะช่วงเวลาดังกล่าวมอเตอร์จะกินกระแสไฟฟ้ามาก (ประมาณ 6 เท่าตัวของกระแสการทำงานปรกติ) เป็นช่วงเวลาสั้น ๆ และวิธีการหนึ่งที่ใช้กันก็คือให้คอมเพรสเซอร์ทำงานที่ความดันด้านขาเข้าเท่ากับความดันด้นขาออก (คือเดินตัวเปล่าโดยไม่มีการอัดแก๊ส)

ในกรณีที่ความต้องการแก๊สด้านขาออกนั้นไม่คงที่ การให้คอมเพรสเซอร์ทำงานเต็มที่ตลอดเวลาแล้วไปควบคุมระดับการเปิดวาล์วด้านขาออกจะเป็นการสิ้นเปลืองพลังงาน วิธีการหนึ่งที่ใช้กันคือการให้คอมเพรสเซอร์อัดแก๊สเข้าถังเก็บและจ่ายแก๊สจากถังเก็บออกไป พอความดันแก๊สในถังสูงถึงค่าที่กำหนดไว้ก็ให้คอมเพรสเซอร์หยุดทำงาน และพอความดันแก๊ในถังเก็บลดต่ำลงจนถึงระดับหนึ่งก็ให้คอมเพรสเซอร์เริ่มทำงานใหม่ การทำงานแบบนี้เป็นสิ่งที่เราเห็นกับเครื่องอัดอากาศขนาดเล็กที่ใช้งานกันทั่วไป (ที่เราเรียกว่าปั๊มลม) แต่เพื่อไม่ให้มอเตอร์ไฟฟ้ากินกระแสไฟมากตอนคอมเพรสเซอร์เริ่มทำงานใหม่ ก็จะมีการติดตั้งวาล์วตัวหนึ่งไว้ด้านขาออก เพื่อระบายแก๊สด้านขาออกทิ้งให้ความดันด้านขาออกลดต่ำลง (แต่ยังป้องกันไม่ให้แก๊สในถังเก็บด้านความดันสูงไหลย้อนกลับ) วาล์วตัวนี้มีชื่อว่า loader/unloader (หรือ loading/unloading) valve

รูปแบบการทำงานของวาล์วตัวนี้มีหลายรูปแบบ การระบายแก๊สด้านขาออกทิ้งก็เป็นรูปแบบหนึ่ง แต่ถ้าแก๊สนั้นปล่อยออกสู่อากาศโดยตรงไม่ได้ (เช่นเป็นแก๊สพิษหรือแก๊สเชื้อเพลิง) ก็ต้องใช้วิธีการอื่นแทน เช่นการเปิดเส้นทางการไหลให้ด้านขาเข้าเชื่อมต่อกับด้านขาออก หรือในกรณีของ reciprocating compressor ก็อาจเปิดวาล์วด้านขาเข้าค้างเอาไว้

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion in Analyser House" เขียนโดย Rajib Talukder เผยแพร่ไว้เมื่อเดือนมิถุนายน ค.ศ. ๒๐๒๓ โดยเป็นเรื่องของเหตุการณ์เมื่อปีค.ศ. ๑๙๙๙ ที่ผู้เขียนนั้นได้มีโอกาสได้เห็นการระเบิดใน Analyser House แห่งหนึ่งโดยมีสาเหตุมาจากการต่อท่อผิด แต่ที่น่าตกใจคือในปีค.ศ. ๒๐๑๙ หรืออีก ๑๙ ปีให้หลังผู้เขียนก็ได้มาพบรูปแบบการเดินท่อแบบเดียวกับที่ก่อเรื่องไว้ก่อนหน้าในโรงกลั่นน้ำมันอีกแห่งหนึ่งอีก

เหตุการณ์ในปีค.ศ. ๑๙๙๙ (พ.ศ. ๒๕๔๒) เกิดขึ้นหลังจากการซ่อมบำรุง recycle gas compressor ของหน่วย diesel hydrotreater คอมเพรสเซอร์ตัวนี้ใช้ในการอัดแก๊สที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน 95 mol% และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) 0.05 mol% คอมเพรสเซอร์เป็นชนิด reciprocating ที่มี loading/unloading valve จำนวน 8 ตัวที่ควบคุมการเปิด-ปิดด้วยการใช้ Instrument Air (IA) และยังมี flare tubing connection (จุดต่อท่อระบายออกสู่ระบบเผาแก๊สทิ้ง) เพื่อรวบรวมแก๊สที่อาจรั่วออกมาทาง valve gland ไปกำจัดทิ้งอย่างปลอดภัย

ประเด็นที่ก่อให้เกิดอุบัติเหตุคือจุดต่อท่อ Instrument Air กับ flare tubing connection ใช้ข้อต่อแบบเดียวกันที่สามารถต่อสลับกันได้

คืนก่อนวันเกิดเหตุ การซ่อมบำรุงคอมเพรสเซอร์เสร็จสิ้นและเริ่มเดินเครื่อง ต่อมาในเช้าวันรุ่งขึ้นมีการตรวจพบกลิ่นแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟล์ในบริเวณ Analyser House ที่ตั้งอยู่ใกล้กับตัวคอมเพรสเซอร์ เพื่อที่จะหาแหล่งที่มาของแก๊สช่างเทคนิครายหนึ่งจึงเข้าไปใน Analyser House หลังจากนั้นไม่นานก็เกิดการระเบิดใน Analyser House

Analyser House หลังนี้ใช้ Instument Air ในการสร้างความดันบวก (positive pressure) ในตัวอาคาร จากการสอบสวนพบว่ามีการต่อท่อผิดที่ loading/unloading valve ของตัวคอมเพรสเซอร์ โดยต่อท่อ Instrument Air เข้ากับ flare tubing connection ทำให้ไฮโดรเจนและไฮโดรเจนซัลไฟล์เข้าไปปะปนกับ Instrument Air ที่ใช้ในการสร้างความดันบวกภายใน Analyser House

ในเหตุการณ์นี้แก๊สผสม H₂ + H₂S ซึ่งต่างเป็นแก๊สที่ติดไฟได้ทั้งคู่รั่วไหลเข้าไปในระบบ Instrument Air ซึ่งแสดงว่าความดันของแก๊สในคอมเพรสเซอร์นั้นสูงกว่าของระบบ Instrument Air ที่น่าสนใจคือถ้าเกิดกลับกันคือ Instrument Air รั่วไหลเข้าไปในระบบ H₂ + H₂S ที่ไหลเวียนกลับไปยัง hydrotreater ใหม่ ผลที่เกิดขึ้นจะเป็นอย่างไร

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