Flixborough explosion (ภาค ๒) MO Memoir : Saturday 3 June 2566

เรื่องเหตุการณ์การระเบิดที่โรงงานของบริษัท Nypro (UK) ที่ผลิต caprolactam ด้วยการออกซิไดซ์ cyclohexane ด้วยอากาศให้กลายเป็น cyclohexanol และ cyclohexanone ในวันเสาร์ที่ ๑ มิถุนายนปีค.ศ. ๑๙๗๔ (พ.ศ. ๒๕๑๗) เวลา ๑๖.๕๓ น ณ เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษได้เคยเขียนไว้ในเรื่อง "Flixborough explosion" ที่นำลง blog ไปเมื่อวันศุกร์ที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ หรือ ๑๓ ปีที่แล้ว

แต่มาวันนี้มีเหตุให้ต้องเขียนใหม่เนื่องจากเมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมาได้เห็นภาพ Inforgraphic เหตุการณ์ดังกล่าวของหน่วยงานแห่งหนึ่ง แต่ปัญหาก็คือข้อมูลที่ปรากฏในคำอธิบายภาพ Infographic เหล่านั้นไม่ตรงกับข้อเท็จจริงที่ปรากฏในรายงานการสอบสวนและหนังสือต่าง ๆ ที่จัดพิมพ์หลังเหตุการณ์นั้นไม่นาน (ด้วยผู้เขียนที่เป็นที่ยอมรับกันในวงการวิศวกรรมเคมีในเรื่องเกี่ยวกับความปลอดภัย) จึงเห็นว่าควรต้องชี้ให้เห็นว่าสิ่งที่เกิดขึ้นจริง (ตามที่ปรากฏในรายงานการสอบสวนหรือหนังสือที่เกี่ยวข้อง) นั้นแตกต่างไปจากสิ่งที่ปรากฏในสื่อ Infographic นั้นอย่างไร

ภาพ Infographic และคำบรรยายที่นำมานั้นขออนุญาตปิดชื่อผู้จัดเพราะไม่ประสงค์จะให้มีการอ้างอิงไปถึง ส่วนเอกสารที่นำมาประกอบนั้นนำมาจาก

๑. "The Flixborough disaster : Report of the Court of Inquiry" เอกสารฉบับนี้คือรายงานการสอบสวนที่เป็นทางการ เผยแพร่ในปีค.ศ. ๑๙๗๕ (ปีถัดจากเหตุการณ์เกิด)

๒. "What Went Wrong? Case Histories of Process Plant Disasters" เขียนโดย Prof. Trevor A. Kletz ในช่วงที่เกิดเหตุนั้นท่านผู้นี้ยังทำงานอยู่บริษัท ICI ในด้านเกี่ยวกับความปลอดภัย เรียกได้ว่าเป็นผู้บุกเบิกเทคนิค HAZOP ที่เราใช้กันอยู่ในปัจจุบัน และเมื่อเกษียณจากบริษัทแล้วก็ได้รับเชิญให้ไปเป็นศาสตราจารย์ในมหาวิทยาลัย Louborough ประเทศอังกฤษ เล่มนี้พิมพ์ครั้งแรกในปีค.ศ. ๑๙๘๕ ผมเองมีหนังสือเล่มนี้ฉบับพิมพ์ครั้งที่ ๒ แต่เล่มที่เอามาอ้างอิงในวันนี้เป็นฉบับพิมพ์ครั้งที่ ๕ (มีการเพิ่มตัวอย่างและรูปภาพเข้ามาอีก)

๓. "Loss Prevention in the Process Industries" เขียนโดย Prof. Frank P. Lees ผู้เป็นศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Louboborough ประเทศอังกฤษ หนังสือนี้มี 3 Volume จัดพิมพ์ครั้งแรกในปีค.ศ. ๑๙๘๐ รายละเอียดเหตุการณ์ที่ Flixborough อยู่ใน Volume 3 ที่เป็นเล่มรวบรวมกรณีตัวอย่างอุบัติเหตุในอดีต ส่วน Volume 1 และ 2 เป็นเรื่องเกี่ยวกับการออกแบบ การประเมินความเสี่ยง การควบคุมอุบัติเหตุ ฯลฯ

หนังสือทั้ง ๕ เล่ม (รายการที่ ๓ มี 3 Volume) หวังว่าตอนนี้ยังหาดาวน์โหลดได้ในอินเทอร์เน็ต สิ่งหนึ่งที่ควรรู้ก่อนการอ่านคือหนังสือที่กล่าวมาข้างบนนั้นเขียนโดยคน "อังกฤษ" ดังนั้นคำศัพท์ต่าง ๆ นั้นจะอิงแบบอังกฤษเป็นหลัก ถ้าไม่แน่ใจว่าเข้าใจถูกต้องหรือไม่ก็ขอแนะนำให้อ่าน "What Went Wrong?" ก่อน เพราะมีการเทียบศัพท์ UK กับ USA ไว้ให้

ตอนนี้ก็ได้เวลาเข้าเรื่องแล้ว โดยขอเริ่มจากแนะนำให้รู้จักกับกระบวนการออกซิไดซ์ (oxidation process) ก่อน

สารตั้งต้นหลักของปิโตรเคมีได้มาจากน้ำมันที่มีประกอบด้วยอะตอมคาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) เป็นหลัก แต่ผลิตภัณฑ์ที่เราต้องการนำไปใช้งานมักมีอะตอมออกซิเจน (O) ร่วมด้วย ดังนั้นการเปลี่ยนไฮโดรคาร์บอนให้เป็นผลิตภัณฑ์จึงต้องทาทางเติมอะตอม O เข้าไปในโมเลกุลสารตั้งต้น ปฏิกิริยาการเติมอะตอม O นี้เรียกว่าปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ (oxidation reaction) และตัวออกซิไดซ์ (oxidising agent) ที่นิยมใช้กันในอุตสาหกรรมก็คืออากาศ เพราะมันมีอยู่ทั่วไปและไม่ต้องจัดซื้อ

รูปที่ ๑ Infographic ภาพแรกและคำบรรยาย

ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวมันค่อนข้างเฉื่อยต่อการทำปฏิกิริยา โมเลกุลออกซิเจนในอากาศก็ค่อนข้างเฉื่อยต่อการทำปฏิกิริยา ดังนั้นสารสองตัวจะทำปฏิกิริยาด้วยกันยาก เว้นแต่จะมีแหล่งพลังงานที่สูงพอมากระตุ้น (เช่นประกายไฟ เปลวไฟ) มีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย มีอุณหภูมิที่สูงมากพอ หรือมีหลายอย่างที่กล่าวมาข้างต้นนี้รวมกัน ในอุตสาหกรรมนั้นจะใช้ทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาและอุณหภูมิสูงเพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าได้เร็วขึ้น (คือได้กำลังการผลิตสูง) ส่วนอุณหภูมิจะสูงได้เท่าใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับว่าผลิตภัณฑ์ที่ต้องการนั้นทนอุณหภูมิได้สูงแค่ไหน เพราะปฏิกิริยาการออกซิไดซ์นี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน เราต้องให้พลังงานเข้าไปเพื่อให้ปฏิกิริยาเริ่มเกิดได้ แต่เมื่อปฏิกิริยาเกิดแล้วต้องหาทางดึงเอาความร้อนออกให้ทันเวลา ไม่งั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจะสลายตัว

ถ้าผลิตภัณฑ์ที่ต้องการนั้นสามารถทนอุณหภูมิสูงได้ ก็จะนิยมใช้การออกซิไดซ์ในเฟสแก๊ส (gas phase oxidation) ด้วยการระเหยสารตั้งต้นให้กลายเป็นไอ ผสมกับอากาศ (มีอากาศมากเกินพอสำหรับการทำปฏิกิริยาหลายเท่าตัว ขึ้นอยู่กับ lower explosive limit ของสารตั้งต้น) และเข้าเครื่องปฏิกรณ์ที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาบรรจุอยู่ ข้อดีของการออกซิไดซ์ในเฟสแก๊สคือมันไม่มีปัญหาเรื่องการผสมกันระหว่างสารตั้งต้นกับอากาศ มีปริมาณสารตั้งต้น (ที่ถือว่าเป็นสารไวไฟ) ต่ำ การทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊สจึงมักเลือกอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่สูงพอที่จะทำให้ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้นนั้นทำปฏิกิริยาจนหมด แต่มีข้อเสียคือแก๊สไม่ใช่แหล่งรับความร้อนที่ดี และการถ่ายเทความร้อนให้กับพื้นผิวรับความร้อนก็ไม่ดี ดังนั้นในระหว่างการเกิดปฏิกิริยา อุณหภูมิในเครื่องปฏิกรณ์ (reactor) อาจเพิ่มขึ้นมากเกินกว่า 100ºC จากอุณหภูมิได้ (ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาและการควบคุม) และมีโอกาสที่ปฏิกิริยาจะเกิด runaway สูง (ปฏิกิริยาเร่งตัวเองเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ โดยไม่สามารถควบคุมได้)

ในกรณีที่ผลิตภัณฑ์นั้นไม่สามารถทนอุณหภูมิสูงได้ จะใช้การออกซิไดซ์ในเฟสของเหลวแทน (liquid phas oxidation) โดยใช้ความดันกดให้ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้นนั้นเป็นของเหลว ณ อุณหภูมิทำปฏิกิริยา (ที่สูงกว่าจุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนนั้นที่ความดันบรรยากาศ) และมีการฉีดอากาศเข้าไปทางด้านล่างของถังปฏิกรณ์ วิธีการนี้มีข้อเสียคือปฏิกิริยาจะเกิดตรงผิวสัมผัสของฟองอากาศกับสารตั้งต้นที่เป็นของเหลว และยากที่จะควบคุมอัตราการลอยขึ้นของฟองอากาศ (ที่เป็นตัวกำหนดว่าอากาศและไฮโดรคาร์บอนมีโอกาศสัมผัสกันนานแค่ไหน) ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดได้ดีหรือไม่นั้นจึงขึ้นอยู่กับการปั่นกวนและระดับความสูงของของเหลวในถังปฏิกรณ์ การทำปฏิกิริยาในเฟสของเหลวนี้ใช้ไฮโดรคาร์บอนที่เป็นสารตั้งต้นในปริมาณที่มากเกินพอกว่าอากาศมาก สัดส่วนไฮโดรคาร์บอนที่ทำปฏิกิริยา (ศัพท์ทางวิศวกรรมเคมีคือค่า conversion) จึงน้อยเมื่อเทียบกับปริมาณที่ป้อนเข้าไป ทำให้ต้องมีการแยกเอาไฮโดรคาร์บอนที่ยังไม่ทำปฏิกิริยากลับมาใช้งานใหม่ (ที่เรียกว่า recycle)

ถึงจุดนี้อาจมีคำถามว่าถ้าเช่นนั้นทำไมไม่ทำการออกซิไดซ์ในเฟสแก๊สโดยใช้อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่ลดต่ำลง คำตอบของคำถามนี้ก็คือการระบายความร้อนที่ได้กล่าวมาข้างต้น แก๊สเป็นแหล่งรับความร้อนที่ไม่ดี และเป็นตัวระบายความร้อนที่ไม่ดี (ลองดูในโรงงานก็ได้ครับ เราใช้น้ำเป็นตัวระบายความร้อนเป็นหลักแทนที่จะใช้อากาศ) การควบคุมอุณหภูมิทำได้ยาก การทำปฏิกิริยาในเฟสของเหลวนั้นเราสามารถควบคุมอุณหภูมิสูงสุดที่ยอมให้ปฏิกิริยาเกิดได้ด้วยการควบคุมความดันเหนือผิวของเหลว คือเลือกความดันที่ทำให้ของเหลวนั้นเดือด ณ อุณหภูมิสูงสุดที่ต้องการควบคุม ดังนั้นไม่ว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นมากน้อยเท่าใด อุณหภูมิของเหลวนั้นก็จะไม่เกินอุณหภูมิจุดเดือด ณ ความดันที่กำหนด และถ้าเลือกค่าความดันที่ทำให้ของเหลวเดือด ณ อุณหภูมิที่ต้องการทำปฏิกิริยา ก็จะประมาณได้ว่าอุณหภูมิทำปฏิกิริยานั้นคงที่ (คือของเหลวบริสุทธิ์มีจุดเดือดคงที่ แต่พอเป็นสารผสมแล้วอาจมีการเปลี่ยนแปลงไปบ้าง ขึ้นกับส่วนผสม) แบบเดียวกับการต้มน้ำที่ความดันบรรยากาศด้วยเตาแก๊ส ไม่ว่าเราจะเปิดเตาแก๊สแรงแค่ไหน อุณหภูมิน้ำเดือดก็คือ 100ºC เหมือนเดิม ที่แตกต่างกันคือเดือดแรงหรือเดือดไม่แรง

ดังนั้นการที่โรงงานนี้มี cyclohexane ปริมาณมากในถังระบบ (รูปที่ ๑) ก็เป็นเพราะข้อจำกัดของการทำปฏิกิริยา (และด้วยความรู้ทางเทคนิคที่มีอยู่ในขณะนั้น) ในส่วนของอุณหภูมิการทำปฏิกิริยานั้น ถ้าเทียบกับปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ด้วยกัน ก็ไม่ได้จัดว่าสูงอะไร การออกซิไดซ์ p-xylene ไปเป็น terephthalic acid ที่เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพลาสติก PET ปัจจุบันก็ใช้การออกซิไดซ์ในเฟสของเหลว ที่ใช้อุณหภูมิและความดันในช่วงเดียวกันกับที่ Flixborough นี้ (รูปที่ ๒ ย่อหน้า 28 กล่าวว่าสภาวะการทำงานปรกติที่ Flixborough คือความดัน 8.8 kg/cm² ที่ 155ºC)

การออกซิไดซ์ cyclohexane จะได้แอลกอฮอล์คือ cyclohexanol (C₆H₁₁OH) ที่จะถูกออกซิไดซ์ต่อไปเป็นคีโคนคือ cyclohexanone (C₆H₁₀O) ที่เป็นขั้นตอนที่มีโมเลกุลน้ำเกิดขึ้น คีโตนเป็นสารที่ทนต่อการถูกออกซิไดซ์เว้นแต่ว่าสภาวะการทำปฏิกิริยาหรือสารออกซิไดซ์มีฤทธิ์ที่แรงพอ โดยจะเกิดการตัดสายโซ่ตรงหมู่คาร์บอนิล (carbonyl C=O) เกิดหมู่คาร์บอกซิล (carboxyl -COOH) ที่มีฤทธิ์เป็นกรด (ถ้าละลายน้ำ)

รูปที่ ๒ ย่อหน้าที่ 28 และ 29 ของรายงานการสอบสวน

ย่อหน้าที่ 29 ของรายงานการสอบสวน (รูปที่ ๒) กล่าวไว้ว่า ไซโคลเฮกเซนที่ป้อนเข้าไปนั้นทำปฏิกิริยาไปแค่ประมาณ 6% (คือขาออกยังเหลืออยู่อีก 94%) และผลิตภัณฑ์ที่ได้ส่วนใหญ่คือ cyclohexznol และ cyclohexanone โดยมีผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่ไม่ต้องการร่วมอยู่ด้วย

ในส่วนของคำบรรยายกระบวนการผลิตที่ปรากฏในรายงานการสอบสวนนั้น ไม่ได้ระบุว่าผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดขึ้นนั้นคืออะไร แต่จากข้อมูลที่ให้มาแสดงให้เห็นว่าไม่ได้เกิดขึ้นมาก (ดังที่รูปที่ ๑ พยายามกล่าวอ้าง) แต่ในย่อหน้า 42 ของรายงานการสอบสวนกล่าวว่าสารที่ออกมาจากถังปฏิกรณ์นั้นจะเข้าสู่กระบวนการกำจัดกรด แสดงว่าผลิตภัณฑ์ข้างเคียงที่เกิดขึ้นนั้นส่วนหนึ่งคือสารที่มีฤทธิ์เป็นกรด (รูปที่ ๓)

ที่สำคัญคือทั้งรายงานการสอบส่วนมีคำว่า "acid" ปรากฏอยู่ ๒ ที่ ที่แรกคือย่อหน้า 42 ที่เป็นคำบรรยายกระบวนการผลิต (รูปที่ ๓) ที่ที่สองคือเป็นตำแหน่งหน้าที่ของพยานที่มาให้ปากคำ แสดงให้เห็นว่าบทบาทของ "กรด" ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงนั้นไม่ได้มีความเกี่ยวข้องอะไรเลยกับเหตุการณ์ที่เกิด ดังเช่น infographic ในรูปที่ ๑ พยายามเน้น

รูปที่ ๓ ย่อหน้า 42 ของรายงานการสอบสวนที่เป็นจุดเดียวในเนื้อหารายงานที่ปรากฏคำ "acid"

เนื่องจากปฏิกิริยาเกิดช้า ดังนั้นเพื่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ในปริมาณที่เหมาะสมก่อนส่งเข้าหน่วยแยกจึงต้องให้การสัมผัสกันระหว่างไฮโดรคาร์บอนและอากาศนั้นมีเวลานานพอ ซึ่งตรงนี้ทำได้สองแบบคือใช้ถังปฏิกรณ์ที่สูง (อากาศใช้เวลานานมากขึ้นก่อนจะลอยพ้นผิวของเหลว) หรือใช้ถังปฏิืกรณ์ที่ไม่สูงหลายตัวต่ออนุกรมกัน ที่ Flixborough ใช้แบบหลังนี้ (รูปที่ ๔)

ที่ Flixborough นั้นใช้ถังปฏิกรณ์ 6 ตัวต่ออนุกรมกัน (ดูรูปที่ ๔ ประกอบ) โดย cyclohexane จะถูกป้อนเข้าทางด้านล่างของถังที่ 1 และไหลล้นออกทางด้านบนไปยังถังที่ 2 ที่อยู่ที่ระดับต่ำกว่าเล็กน้อย การถ่ายของเหลวจากถังใบหนึ่งไปยังถังอีกใบหนึ่งนั้นใช้การไหลล้นไปยังถังที่อยู่ที่ระดับที่ต่ำกว่าเล็กน้อย โดยอากาศจะถูกฉีดเข้าทางด้านล่างของแต่ละถัง นอกจากนี้แต่ละถังจะมีการติดตั้งใบพัดกวนเพื่อช่วยในการผสมของเหลวและตีฟองอากาศให้แตกเป็นฟองเล็ก ๆ (เป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างฟองอากาศกับของเหลว) อากาศและ cyclohexane ที่ระเหยออกมาจะเข้าสู่ off gas line ที่เป็นท่อร่วมเดียวกัน (ทำให้ความดันในทุกถังเท่ากัน) โดย cyclohexane จะถูกควบแน่นเป็นของเหลวและป้อนกลับมาใช้งานใหม่ ส่วนอากาศจะถูกระบายทิ้งออกไป

รูปที่ ๔ ระบบถังปฏิกิริยาที่ Flixborough นำมาจาก Fig. 2 ของรายงานการสอบสวน

รายงานการสอบสวนไม่ได้มีการให้รายละเอียดใด ๆ เกี่ยวกับโครงสร้างภายในถังที่บังคับทิศทางการไหลของของเหลวจากถังหนึ่งมายังอีกถังหนึ่งดังเช่น Infographic ภาพที่ ๒ ในรูปที่ ๕ แสดงเอาไว้ กล่าวคือ Infographic ภาพที่ ๒ ในรูปที่ ๕ แสดงว่ามีผนังกั้นบริเวณท่อทางเข้าของถังใบถัดไป โดยผนังกั้นนี้จะบังคับให้ของเหลวที่ไหลล้นมาจากถังใบก่อนหน้านั้นไหลลงด้านล่างก่อนที่จะวกขึ้นด้านบน รายละเอียดตรงนี้ไม่เคยเห็นมีปรากฏในหนังสือหรือบทความใด ๆ ที่มีการเผยแพร่ในช่วงหลังการเกิดอุบัติเหตุ

ถังปฏิกรณ์แต่ละใบนั้นทำจากเหล็กกล้า (mild steel plate) หน้า 1/2 นิ้ว โดยผนังด้านในเป็นเหล็กกล้าไร้สนิม (stainless steel) หน้า 1/8 นิ้ว (ย่อหน้า 53 ในรูปที่ ๖) บทบาทของเหล็กกล้าที่เป็นผิวนอกคือทำหน้าที่รับความดัน ส่วนบทบาทของเหล็กกล้าไร้สนิมที่เป็นผิวในคือป้องกันการกัดกร่อนจากกรดที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง และมันก็ทำงานได้ดีโดยไม่มีปัญหาอะไรมาตั้ง ๑๐ ปี แสดงว่าการกัดกร่อนไม่ได้สูงมากอะไร เห็นได้จากความหนาของแผ่นเหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้

ตรงนี้ขอเพิ่มเติมรายละเอียดนิดนึง การออกแบบอุปกรณ์ให้ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมีที่มันสัมผัส สิ่งสำคัญคือพื้นผิวด้านที่สัมผัสกับสารเคมีต้องทนต่อการกัดก่อน (ด้านที่สัมผัสสภาพแวดล้อมภายนอกไม่จำเป็น) ซึ่งตรงนี้ทำได้ด้วยการเลือกวัสดุที่ทนต่อสารเคมีนั้นได้มาสร้างอุปกรณ์ แต่ตรงนี้ก็จะเกิดปัญหาคือถ้าเป็นโลหะก็จะมีราคาแพง ถ้าเป็นพอลิเมอร์ก็จะมีปัญหาเรื่องความแข็งแรงของโครงสร้าง ในกรณีเช่นนี้ก็จะใช้วัสดุที่มีราคาต่ำกว่าทำหน้าที่เป็นตัวรับแรง โดยบุหรือเคลือบผิวด้านในที่ต้องสัมผัสกับสารเคมีนั้นด้วยวัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี ดังเช่นที่ Flixborough นี้

Infographic ภาพที่ 2 และคำบรรยายภาพ (รูปที่ ๕) มีความผิดพลาดหลายจุด ดังนี้

จุดแรก ในภาพมีการระบุว่ามี Formic acid ไหลเข้า-ออกระบบ แต่ในรายงานการสอบสวนไม่มีการกล่าวถึงสารนี้เลย แม้แต่คำว่า "acid" ก็ปรากฏเพียงแค่ครั้งเดียวในส่วนของเนื้อหารายงาน (ย่อหน้า 42 ในรูปที่ ๓) โดยเขียนว่า "fluid corrosive acids formed" และกรดที่เกิดขึ้นก็ถูกกำจัดออกก่อนจะทำการแยก cyclohexane ที่ยังไม่ทำปฏิกิริยากลับไปใช้งานใหม่

รูปที่ ๕ Infographic ภาพที่ ๒ ที่มีการเผยแพร่

จุดที่สอง ย่อหน้าที่สองของคำบรรยายในรูปที่ ๕ นั้นไม่ตรงกับข้อเท็จจริง จริงอยู่ที่ว่ามีการตรวจพบแตกรอยร้าวบนผิวด้านนอกของถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 และมี cyclohexane รั่วซึมออกมาจากรอยแตกร้าวนี้ (ดูรูปที่ ๖ ย่อหน้า 53 ของรายงานการสอบสวน) ตรงนี้แสดงให้เห็นว่าผนังเหล็กกล้าไร้สนิมด้านในมีรอยรั่ว การตรวจพบนี้ตรวจพบในตอนเย็นของวันที่ ๒๗ มีนาคม ซึ่งเมื่อตรวจพบก็ได้ทำการหยุดเดินเครื่องโรงงานทันที และจากการตรวจอย่างละเอียดในเช้าวันรุ่งขึ้น (วันที่ ๒๘ มีนาคม) ก็พบว่ารอยแตกร้าวนี้มีความยาวประมาณ 6 ฟุต

จะเห็นว่าข้อเท็จจริงมันไม่ตรงกับย่อหน้าที่สองของคำบรรยาย Infographic ในรูปที่ ๕ เลยที่ว่าเมื่อพบรอยร้าวแล้ว พนักงานก็พยายามเดินเครื่องต่อด้วยการฉีดน้ำเพื่อทำให้ไอ cyclohexane ควบแน่นเป็นของเหลว

รูปที่ ๖ ย่อหน้า 52-54 ของรายงานการสอบสวน

คำบรรยายของ Infographic ภาพที่ 2 (รูปที่ ๕) นั้นไม่ตรงกับข้อเท็จจริงที่ปรากฏในรายงาน ถ้าอ่านตามคำบรรยายของ Infographic จะเข้าใจว่ากรดนั้นกัดกร่อนเหล็กกล้าไร้สนิมจนทะลุ จากนั้นจึงตามด้วยการกัดกร่อนเหล็กกล้าคาร์บอนที่เป็นผิวนอกจากเกิดรอยร้าวจนทำให้มี cyclohexane รั่วออกมา โอเปอร์เรเตอร์จึงพยายามเดินเครื่องต่อด้วยการฉีดน้ำเพื่อควบแน่นไอ cyclohexane ด้วยการใช้ "น้ำเสียที่ผ่านการบำบัด" ทำให้รอยแตกร้าวมีขนาดใหญ่ขึ้นจนทำให้ต้องหยุดเดินเครื่อง

ข้อเท็จจริงคือเกิดรอยแตกร้าวที่ผิวนอกที่เป็นเหล็กกล้าคาร์บอนก่อน จากนั้นจึงเกิดความเสียหายที่ผนังเหล็กกล้าไร้สนิมที่บุอยู่ภายในตามมา (รู้ได้จากมีไอ cyclohexane รั่วออกมา) และเมื่อตรวจพบจึงรีบหยุดเดินเครื่องโรงงานทันที ไม่ได้มีความพยายามยื้อเดินเครื่องต่อด้วยการฉีดน้ำ

ส่วนเรื่องการฉีดน้ำนั้นมีการฉีดน้ำเพื่อควบแน่นไอ cyclohexane ที่รั่วออกมาจริง แต่เป็นสิ่งที่ทำก่อนที่จะตรวจพบรอยร้าวที่ผนังถังปฏิกรณ์ และน้ำที่นำมาฉีดก็คือน้ำหล่อเย็นหรือ cooling water

รูปที่ ๗ คำอธิบายเรื่องตำแหน่งที่เกิดการรั่วที่ถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 ที่ Flixborough คำอธิบายนี้ปรากฏในหลายบทความที่มีการเผยแพร่หลังเกิดอุบัติเหตุ ที่นำมาแสดงนี้นำมาจากหนังสือ "What Went Wrong?" ที่เขียนโดย Prof. T.A. Kletz

ตำแหน่งที่เกิดการรั่วของ cyclohexane คือ stirrer gland ของใบพัดกวนของถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 จุดนี้เป็นรูสำหรับสอดเพลาหมุนเข้าไปในตัวอุปกรณฺ์ (ที่อาจเป็นถังหรือปั๊ม) ขนาดของรูต้องใหญ่กว่าขนาดของเพลา ทำให้มันมีช่องว่างทำให้สารที่อยู่ในระบบรั่วออกมาข้างนอกได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีอุปกรณ์อุดรูรั่วนี้โดยที่ยังยอมให้เพลานั้นหมุนได้อย่างอิสระ ที่ใช้กันทั่วไปก็จะเป็นพวก gland packing (บ้านเราเรียกปะเก็นเชือก) และ mechanical seal แต่ชิ้นส่วนพวกนี้มันมีการสึกหรอจากการเสียดสี ดังนั้นเมื่อใช้งานไปนาน ๆ มันก็จะเกิดการรั่วซึมได้ ต้องมีการเปลี่ยนใหม่เป็นระยะ

รายงานการสอบสวนไม่ได้กล่าวว่า cyclohexane มีการรั่วซึมครั้งที่ไหน แต่ในหนังสือ "What Went Wrong?" ที่เขียนโดย Prof. T.A. Kletz กล่าวว่าเกิดที่ stirrer gland (รูปที่ ๗) ในกรณีที่การรั่วซึมเกิดไม่มาก แนวปฏิบัติที่ทำกันในสมัยนั้นก็คือการฉีดพ่นน้ำลงไปตรงตำแหน่งที่รั่วซึม เพื่อควบแน่นไอระเหยนั้นให้กลายเป็นของเหลว และในเหตุการณ์ที่ Flixborough นั้น น้ำที่นำมาใช้ฉีดพ่นคือน้ำหล่อเย็นหรือ Cooling water

รูปที่ ๘ ย่อหน้า 212 ของรายงานการสอบสวนที่กล่าวถึง Nitrate stress corrosion

น้ำหล่อเย็นที่ใช้กันในโรงงานนั้นจะมีการเติมสารเคมีหลายชนิดเข้าไปเพื่อปรับสภาพน้ำ เช่นปรับค่าพีเอช ป้องกันการกัดกร่อนโลหะ กำจัดเชื้อจุลชีพที่ทำให้เกิดเมือกคราบต่าง ๆ ฯลฯ และสารประกอบไนเทรต (nitrate) ก็เป็นสารตัวหนึ่งที่ใช้เพื่อยับยั้งการกัดกร่อนของโลหะที่น้ำหล่อเย็นไปสัมผัส

ไนเทรตที่ก่อเรื่องเป็นไนเทรตที่จงใจเติมลงไปในน้ำหล่อเย็น ไม่ใช่ไนเทรตที่มากจากหน่วยบำบัดน้ำเสียดังที่กล่าวไว้ใน Infographic (รูปที่ ๕)

Stress Corrosion Cracking (ในวงการมักเรียกย่อว่า SCC) เป็นปรากฏการณ์ที่โลหะนั้นถูกกัดกร่อนโดยสารเคมีได้ง่ายขึ้นเวลาที่มันมีความเค้นในเนื้อโลหะ ตัวอย่างเช่นเรานำโลหะชิ้นหนึ่งไปแช่ในสารเคมีตัวหนึ่ง (ชิ้นโลหะไม่ได้รับแรงใด ๆ) เราจะเห็นว่าโลหะนั้นไม่เป็นอะไร แต่ถ้าโลหะนั้นเป็นชิ้นส่วนที่รับแรง (เช่นเป็นท่อหรือภาชนะรับความดัน) เราจะพบว่าที่อุณหภูมิเดียวกัน ที่ความเข้มข้นเดียวกัน สารเคมีตัวนั้นทำให้โลหะนั้นเสียหายได้ ไม่ใช่สารเคมีทุกตัวจะทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ได้ แต่ก็มีสารเคมีจำนวนไม่น้อยที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ได้

ในเหตุการณ์นี้ไนเทรตที่อยู่ในน้ำหล่อเย็นที่ฉีดพ่นลงไปที่ gland stirrer ที่อยู่ทางด้านบนของถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 เมื่อไหลลงมาตามผิวของถังปฏิกรณ์ก็ทำให้เหล็กกล้าคาร์บอนที่เป็นผิวนอกเกิดการแตกร้าว (มันมีอุณหภูมิสูงและรับความดันที่อยู่ในระบบ) ย่อหน้า 212 ของรายงานการสอบสวน (รูปที่ ๘) กล่าวว่า ในเวลานั้นปรากฏการณ์ Nitrate corrosion cracking เป็นที่รู้จักกันในหมู่ผู้เชี่ยวชาญทางด้านโลหะวิทยา แต่อาจแทบไม่เป็นที่รู้กันในหมู่ผู้ที่ทำงานในอุตสาหกรรมเคมี

การสอบสวนของอังกฤษนั้นจะมีการพิจารณาว่าองค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องในการป้องกันอุบัติเหตุนั้นมีอยู่หรือไม่ ถ้ามีอยู่แล้ว ณ เวลานั้น องค์ความรู้นั้นรู้กันในวงกว้างแค่ไหนและเข้าถึงได้ง่ายหรือไม่ ซึ่งจะมีการนำเอาประเด็นนี้มาร่วมพิจารณาว่าการตัดสินใจของผู้ที่เกี่ยวข้องกับอุบัติเหตุนั้นเป็นการกระทำอย่างสมเหตุสมผลหรือไม่ กล่าวคือถ้ารู้แล้วว่าต้องพิจารณา แต่ไม่สนใจที่จะนำมาพิจารณา ก็จะผิดหนักหน่อย

รูปที่ ๙ Infographic ภาพที่ 3

ประเด็นที่น่าสนใจคือทำไมผนังเหล็กกล้าไร้สนิมชั้นในจึงเกิดความเสียหายได้ ซึ่งตรงนี้รายงานการสอบสวนไม่ได้มีการกล่าวถึง และไม่น่าจะเกี่ยวข้องกับการกัดกร่อนด้วย ดังนั้นตรงนี้จะขออนุมานจากข้อมูลที่ปรากฏและความรู้ที่มีอยู่ โดยจะขออ้างอิงไปยังกระสุนปืน

ปลอกกระสุนปืน (ที่ไม่ใช่ปืนลูกซอง) ส่วนใหญ่จะทำจากทองเหลือง ความหนาของปลอกกระสุนปืนไม่มากพอที่จะรับความดันจากการระเบิดของดินปืนที่บรรจุอยู่ภายในได้ แต่ที่พอเรายิงปืนออกไปแล้วเห็นปลอกกระสุนเป็นปรกตินั่นก็เพราะความดันจากการระเบิดของดินปืนไปทำให้ปลอกกระสุนขยายตัวไปแนบกับผนังรังเพลิง (ที่เป็นเหล็กหน้าพอที่จะรับแรงระเบิดได้) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางรังเพลิงจะใหญ่กว่าขนาดปลอกกระสุนเพียงเล็กน้อย กล่าวคือถ้าใหญ่ไม่มากไปจะทำให้การป้อนกระสุนทำได้ลำบาก และปลอกกระสุนอาจบวมติดแน่นอยู่ในรังเพลิง แต่ถ้าใหญ่เกินไปจะทำให้ปลอกกระสุนขยายตัวมากเกินไปจนเกิดการฉีกขาดได้ (เขาถึงไม่แนะนำให้เอากระสุน .22 LR มายึงในปีน .22 Magnum เพราะปลอกกระสุน .22 Magnum มันใหญกว่าของ .22 LR เล็กน้อย มีความเสี่ยงที่จะปลอกกระสุนจะฉีกขาดสูง)

ในเหตุการณ์ที่ Flixborough นี้คาดว่า รอยร้าวที่ผนังเหล็กกล้าคาร์บอนด้านนอกทำให้ทำให้ตัวถังปฏิกรณ์นั้นบวมขึ้น ส่งผลให้ผนังเหล็กกล้าไร้สนิมด้านในขยายตัวออกตามมาจนก่อให้เกิดรอยฉีกขาดของผนังเหล็กกล้าไร้สนิมด้านใน ทำให้ cyclohexane ที่อยู่ภายในรั่วไหลออกมาภายนอกได้

เพื่อจะให้โรงงานสามารถเดินเครื่องต่อไปได้ด้วยถังปฏิกรณ์อีก 5 ตัวที่เหลือ ทางโรงงานจึงยกเอาถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 ออก แล้วเดินท่อเชื่อมต่อจากทางออกของถังใบที่ 4 เข้าสู่ทางเข้าของถังใบที่ 6 แต่เนื่องจากถังทั้งสองอยู่ที่ระดับต่างกัน จึงทำให้ท่อเชื่อมนั้นมีการหักงอสองครั้งแบบที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า "dog leg" (Infographic ภาพที่ 3 ในรูปที่ ๙) การออกแบบท่อนี้เป็นเพียงแค่ภาพวาดด้วยซอล์คขนาดเท่าของจริงบนพื้น shop ของโรงงาน (ย่อหน้า 62 ที่แสดงในรูปที่ ๑๐) และเพื่อให้ท่อนี้สามารถยืดหยุ่นได้ตามการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจึงได้มีการติดตั้ง Bellow ที่ปลายทั้งสองข้างของท่อ (ในที่นี้ขอเรียก bellow ว่าข้อต่อยืดหยุ่นเพราะมันออกแบบมาเมื่อรับการเคลื่อนที่ในแนวแกนเท่านั้น ไม่ใช่ข้อต่ออ่อนที่แนวแกนด้านขาเข้าและด้านขาออกต่างทิศทางกันได้) การออกแบบท่อนี้ทำโดยไม่มีการคำนวณใด ๆ เพราะไม่มีใครรู้ว่ามันควรต้องทำ คงเป็นเพราะคิดว่าถ้าทำขึ้นมาแล้วแล้วมันสามารถรับความดันได้ก็ถือว่ามันใช้งานได้

รูปที่ ๑๐ ย่อหน้า 62 ของรายงานการสอบสวน

ท่อที่สร้างเสร็จไม่ได้รับการทดสอบความสามารถในการรับความดันก่อนนำไปประกอบ แต่นำไปประกอบก่อนที่จะทำการตรวจสอบรอยรั่ว (leak test) เมื่อผ่านการทดสอบรอยรั่วแล้วจึงทำการทดสอบความสามารถในการรับความดันด้วยวิธี pnuematic test ที่ความดัน 9 kg/cm² ซึ่งสูงกว่าความดันเดินเครื่องปรกติทึ่ 8.8 kg/cm² เล็กน้อย แต่ก็ต่ำกว่าความดันที่ตั้งให้วาล์วระบายความดันเปิดที่ 11 kg/cm² (ย่อหน้า 72 (b) รูปที่ ๑๑)

คำบรรยาย Infographic ภาพที่ 3 ในรูปที่ ๙ ที่บอกว่าไม่มีการทำ pressure test ก่อนเริ่มการผลิตนั้นจึงไม่ตรงกับข้อเท็จจริงที่ปรากฏในรายงาน ส่วนประเด็นที่ว่าไม่มีการทำ stress/vibration analysis นั้นก็ต้องไปดูตรงที่ว่าความรู้เรื่องนี้ในเวลานั้นมีอยู่หรือไม่ และเป็นที่รู้จักกันแพร่หลายออกไปกว้างแค่ไหน

ท่อตรงที่รับความดันนั้น ความดันภายในท่อจะทำให้ท่อยืดตัวและบวมออก คือมีเฉพาะความเค้นดึงในแนวแกนยาวและเส้นรอบวง แต่ถ้าเป็นท่อที่ไม่ได้อยู่ในแนวตรงอย่างเช่นรูปร่าง dog leg ในเหตุการณ์นี้ มันจะมีโมเมนต์บิดเข้ามาเกี่ยวข้องเนื่องจากแรงกระทำที่ปลายทั้งสองข้างไม่ได้อยู่ในแนวแกนเดียวกัน และตำแหน่งที่เป็นจุดอ่อนของท่อนี้คือตัวข้อต่อยืดหยุ่นหรือ bellow ที่ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรับแรงบิด

ประเด็นหนึ่งที่มีการตั้งขึ้นมาก็คือถ้าหากมีการทำ hydraulic test ก่อนติดตั้ง ก็อาจเห็นปัญหาก็ได้ hydraulic test จะมีการเติมน้ำเข้าไปในระบบจนเต็มก่อนอัดความดัน ดังนั้นตัวท่อ (โดยเฉพาะ bellow) นอกจากจะต้องรับความดันแล้วยังต้องรับน้ำหนักของน้ำที่บรรจุอยู่ภายในด้วย ซึ่งจะเป็นสถานการณ์ที่ใกล้เคียงกับการใช้งานจริงมากกว่าการทำ pnuematic test เพราะในการใช้งานจริงจะมีของเหลวไหลอยู่ในท่อ

รูปที่ ๑๑ ย่อหน้า 69-72 ของรายงานการสอบสวน

ย่อหน้า 72 (b) (รูปที่ ๑๑) ของรายงานการสอบสวนกล่าวว่าไม่ได้มีการทดสอบที่ความดันที่วาล์วระบายความดันเปิด ซึ่งในการสอบสวนพบว่าท่อที่สร้างเลียนแบบนั้น ถ้าทำการทดสอบที่ความดันสูงกว่าความดันทำงานปรกติไม่มาก (9.8 kg/cm²) ตัว bellow ก็จะเกิดความเสียหายแล้ว (Test no. 7 ในรูปที่ ๑๒)

รูปที่ ๑๒ ผลการทดสอบท่อที่สร้างขึ้นเลียนแบบที่รายงานไว้ในรายงานการสอบสวน

ท่อชั่วคราวที่สร้างขึ้นมานั้นประกอบเสร็จตั้งแต่วันที่ ๑ เมษายน และมันก็ทำงานได้ดีจนกระทั่งระบบมีปัญหาในวันที่ ๒๙ พฤษภาคม (ก็ร่วมสองเดือน) ดังนั้นการพังของท่อนี้ไม่ได้เกิดทันทีหลังการ start up (คำบรรยาย Infographic ภาพที่ ๔ ในรูปที่ ๑๓ ทำให้เข้าใจเช่นนั้นได้ ข้อมูลที่มีการบันทึกไว้ก่อนการระเบิดแสดงความดันที่มีการแกว่งไปถึง 9.5 kg/cm² (ย่อหน้าที่ 81 ในรายงานการสอบสวน) และข้อมูลอุณหภูมิของถังปฏิกรณ์ใบที่ 3 ที่บันทึกไว้ก่อนการระเบิดคืออุณหภูมิระบบขึ้นไปสูงถึง 168ºC (ย่อหน้าที่ 88 (d) ในรายงานการสอบสวน)

รูปที่ ๑๓ Infographic ภาพที่ 4

รายงานการสอบสวนนั้นไม่ได้มีการกล่าวถึงการเลือกใช้วัสดุที่ไม่เหมาะสมกับกระบวนการผลิต Infographic ภาพที่ 5 ในรูปที่ ๑๔ ข้อความภาษาอังกฤษเขียนว่ากระบวนการที่ใช้ไม่เหมาะสมกับวัสดุที่ใช้ก่อสร้าง ซึ่งมันไม่ใช่ เพราะในการออกแบบนั้นเราจะกำหนดสารเคมีที่เกี่ยวข้องก่อน จากนั้นจึงเลือกวัสดุที่ใช้กับสารเคมีเหล่านั้นได้ ไม่ใช่กำหนดวัสดุที่จะนำมาสร้างโรงงาน แล้วค่อยดูว่าสารเคมีตัวไหนใช้กับวัสดุที่นำมาก่อสร้างได้ แต่ข้อความภาษาไทยข้อ (1) กล่าวว่าวัสดุที่ใช้ทำ ถังปฏิกรณ์ไม่ได้เลือกใข้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนของสารเคมี ซึ่งไม่ตรงกับความเป็นจริง เพราะตัวเหล็กกล้าไร้สนิมที่นำมาใช้ นั้นทนต่อกรดที่เกิดในระบบ และการรั่วไหลจนทำให้ต้องยกถังปฏิกรณ์ตัวที่ 5 ออกนั้นไม่ได้เกิดจากการกัดกร่อนจากภายใน แต่เกิดจากความเสียหายของผนังเหล็กกล้าคาร์บอนด้านนอกที่นำไปสู่ความเสียหายของผนังเหล็กกล้าไร้สนิมด้านใน

รูปที่ ๑๔ Infographic ภาพที่ 5

ส่วนที่ว่าไม่มีการวิเคราะห์อันตรายต่าง ๆ นั้นก็ต้องเข้าใจว่า ในเวลานั้นเองแม้แต่เทคนิค HAZOP ก็ยังอยู่ในขั้นพัฒนาและทำกันอยู่ภายในบริษัทที่พัฒนาเทคนิคนี้ (ICI ที่ T.A. Kletz ทำงานอยู่ตอนนั้น) เริ่มมีการเผยแพร่นำออกมาใช้งานหลังเหตุการณ์การระเบิดที่ Flixborough ตอนที่ไปเรียนที่อังกฤษปีค.ศ. ๑๙๘๙ คำนี้ก็ยังจัดว่าเป็นคำใหม่ ดังนั้นการที่ตอนที่เกิดเรื่องนั้นทำไมเขาจึงไม่มีการวิเคราะห์อันตรายด้วยเทคนิคต่าง ๆ ที่ปัจจุบันทำกัน ก็ต้องไปดูว่า ณ เวลานั้นเทคนิคต่าง่ ๆ เหล่านั้นเกิดขึ้นแล้วหรือยัง เราไม่ควรเอาความรู้ที่มีอยู่ในปัจจุบันไปตัดสินความผิดพลาดของอดีต เพราะความผิดพลาดในอดีตนั้นทำให้ทราบว่ายังมีความเข้าใจอะไรผิดอยู่ หรือยังมีความไม่รู้ในเรื่องใดที่ควรต้องศึกษาเพิ่มเติมเข้ามา ดังเช่นในกรณีของการเลือกตำแหน่งที่ตั้งห้องควบคุมหรือ control room (รูปที่ ๑๕)

ก่อนกลางทศวรรษ ๑๙๗๐ (ก็ก่อนการระเบิดที่ Flixborough) ยังไม่มีหลักการที่ยอมรับกันทั่วไปในการก่อสร้างและเลือกที่ตั้งห้องควบคุม ห้องควบคุมควรอยู่ใกล้ process area ไหม เพื่อที่ว่าถ้าเกิดปัญหาอะไรจะได้ทำการแก้ไขได้รวดเร็ว (เพราะห้องพักโอเปอร์เรเตอร์อยู่ใกล้) ห้องควบคุมควรมีกระจกหน้าต่างไหม เพื่อที่จะได้มองเห็นว่าเกิดอะไรขึ้นภายนอก หน่วยงานไหนบ้างควรอยู่ใกล้กับ process area (แลปวิเคราะห์ควรอยู่ใกล้กับห้องควบคุมไหม) ฯลฯ

รูปที่ ๑๕ จากหนังสือ "Loss Prevention in the Process Industries" Vol. 1

ในกรณีของ Flixborough นั้น ห้องควบคุมอยู่ชั้นล่างโดยมีห้องแลปวิเคราะห์อยู่ชั้นบน หลังการระเบิดนอกจากจะทำให้อาคารห้องควบคุมพังถล่มลงมา ยังทำให้อาคารสำนักงานพังราบไปด้วย หลังเหตุการณ์นี้จึงได้มีการเปลี่ยนแปลงแนวคิดในการวางตำแหน่งและการออกแบบอาคารห้องควบคุม กล่าวคือให้สามารถรับแรงระเบิดได้ในระดับหนึ่ง ไม่ควรมีหน้าต่าง ไม่ควรอยู่ใกล้กับ process area มากเกินไป มีเฉพาะผู้ที่เกี่ยวข้องกับการเดินเครื่องเท่านั้น (พวกแลปวิเคราะห์หรือหน่วยงานอื่นเอาไปไว้ห่าง ๆ) ฯลฯ และอาจรวมทั้งการเลือกวางตำแหน่งอาคารโดยให้อาคารที่มีผู้คนอยู่เยอะ (เช่นอาคารสำนักงาน) ถูกบังไว้ด้วยอาคารอื่นที่มีคนอยู่น้อยกว่า (เช่นคลังสินค้า) จาก process area

ตอนที่ผมจบมาทำงานก่อสร้างโรงงานเมื่อปีพ.ศ. ๒๕๓๑ (ค.ศ. ๑๙๘๘ นั้น) โรงงานที่ผมไปสร้างก็สร้าง control room 2 ชั้น ชั้นล่างเป็นห้องรับแรงระเบิด ส่วนชั้นบนเป็นห้องแลป แถมอยู่ใกล้ process area อีก คือมีการมองทำนองว่าโอเปอร์เรเตอร์เมื่อเก็บตัวอย่างแล้วจะได้ไม่เสียเวลาเดินเอาตัวอย่างไปส่งห้องแลปที่อยู่ไกลออกไป และเมื่อแลปวิเคราะห์เสร็จก็จะได้ส่งผลการวิเคราะห์ให้โอเปอร์เรเตอร์รับทราบได้เร็ว จะได้ทำการแก้ปัญหาทัน แต่จะว่าไปสมัยที่ผมเรียนวิศวกรรมเคมีนั้นยังไม่มีการสอนวิชาเกี่ยวกับความปลอดภัยด้วยซ้ำ กรณีของ Flixborough นี่มารู้จักตอนที่ไปเรียนต่อที่อังกฤษในปีพ.ศ. ๒๕๓๒ (ค.ศ. ๑๙๘๙) ซึ่งตอนนั้นที่นั่นกำลังสอบสวนเรื่อง การตกของเครื่องบินสายการบิน British Midland, การระเบิดของแท่นขุดเจาะน้ำมัน Piper Alpha, รถไฟชนท้ายที่ชุมทาง Clapham Junction และไฟไหม้บันไดเลื่อนที่สถานีรถไฟใต้ดิน King's Cross Fire กันอยู่

อุบัติเหตุต่าง ๆ ที่ขึ้นในอดีตนั้นบอกให้เรารู้ว่า กฎ ระเบียบ ข้อบังคับ ความรู้ หรืออุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มีอยู่ในยุคสมัยนั้น ยังมีความเข้าใจไม่ถูกต้อง มีความบกพร่อง หรือมีช่องว่างตรงไหน ที่ทำให้เกิดความผิดพลาดได้ ดังนั้นจึงไม่ควรนำเอาความรู้ที่เกิดขึ้นจากอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นในอดีตไปตัดสินการกระทำของผู้คนที่เกี่ยวข้องกับอุบัติเหตุนั้น เว้นแต่ว่าความรู้นั้นจะมีอยู่แล้ว แพร่หลายทั่วไป และเข้าถึงได้ง่าย

ท่อชั่วคราว (Temporary piping) MO Memoir : Saturday 28 December 2562

เมื่อ ๘ ปีที่แล้วมีนิสิตป.เอกคนหนึ่งมาปรึกษาผมเรื่องที่ saturator ที่เขาใช้ในการระเหยสารตั้งต้นที่เป็นของเหลวเพื่อนำไปทำปฏิกิริยาในเฟสแก๊ส (ใน fixed-bed ที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิห้อง) นั้นเกิดระเบิด ผมก็เลยถามว่าระเหยอะไร ใช้แก๊สอะไรเป็น carrier gas เขาก็ตอบกลับมาว่าเขาระเหยเอทานอลบริสุทธิ์โดยใช้แก๊สออกซิเจน 100% เป็น carrier gas พอผมถามกลับไปว่าทำไมถึงใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์เป็น carrier gas เขาก็ตอบกลับมาว่า "ผมก็ทำแบบที่อาจารย์ทำ" ("อาจารย์" ในที่นี้ก็คือตัวผมเอง) ผมก็เลยต้องอธิบายให้เขาเข้าใจว่ามันไม่เหมือนกัน เพราะของเหลวที่ผมระเหยนั้นมันคือน้ำ และที่ผมใช้ออกซิเจนเป็น carrier gas นั้นก็ด้วยข้อจำกัดด้านอุปกรณ์และอัตราการไหล เหตุการณ์นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๔ ฉบับที่ ๓๖๓ วันศุกร์ที่ ๑๔ ตุลาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "อุบัติเหตุจาก Saturator"
  

ที่ยกเรื่องนี้ขึ้นมาก่อนก็เพราะอยากจะบอกว่าเวลาที่เราไปเห็นคนอื่นทำอะไรบางอย่างและอยากทำแบบเข้าบ้าง สิ่งสำคัญที่ต้องรู้ก็คือ "หลักการ" เพราะหลักการเป็นตัวกำหนดรายละเอียดต่าง ๆ ของ "วิธีการทำงาน" ดังนั้นด้วยงานแบบเดียวกันถ้าเราเข้าใจหลักการแล้วเราก็อาจจะปรับวิธีการทำงานให้เหมาะสมกับบริบทของเราก็ได้โดยไม่ต้องทำทุกอย่างตามตัวอย่างที่ไปเห็นมา แม้แต่งานวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการเช่นการวัดพื้นที่ผิววัสดุมีรูพรุนด้วยเทคนิค single point BET ที่หลายคนวัดแล้วมีปัญหาว่าค่าที่ได้นั้นมักจะต่ำกว่าค่าที่ควรเป็น นั่นก็เป็นเพราะเขาไปยึดติดกับ "วิธีการ" ที่ว่าต้องทำการไล่แก๊สที่อุณหภูมินั้นเป็นเวลานานเท่านี้ชั่วโมง ทั้ง ๆ ที่ควรจะยึดติดกับ "หลักการ" ก็คือต้องกำจัดแก๊สที่ไม่ใช่ He ออกจากรูพรุนให้หมด ส่วนจะต้องใช้อุณหภูมิสูงแค่ไหนและเวลานานเท่าใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับขนาดและปริมาตรรูพรุนของตัวอย่าง ซึ่งตรงนี้ต้องทำการทดลองเพื่อหาเอาเอง
  

อุปกรณ์การผลิตพวก pressure vessel มักจะมีขนาดใหญ่และไม่มีการติดตั้งตัวสำรองที่เผื่อไว้เวลาที่ตัวหลักมีปัญหา (การติดตั้งตัวสำรองนี้เป็นเรื่องปรกติสำหรับปั๊มที่ทำงานตลอด ๒๔ ชั่วโมง) อาจมียกเว้นบางกรณีที่รู้ว่ากระบวนการผลิตนั้นก่อให้เกิดปัญหาเป็นประจำ เช่นกรณีของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่อาจมีการอุดตันบ่อยครั้งที่ต้องมีการถอดล้างทำความสะอาด ในกรณีเช่นนี้ก็จะออกแบบให้มีระบบสำรองเพื่อใช้งานเวลาที่ต้องทำความสะอาดตัวหลัก หรือเบดสารดูดซับที่เมื่อดูดซับจนอิ่มตัวแล้วก็ต้องมีการ regenerate เพื่อให้สามารถใช้งานได้ใหม่ ก็จะมีการติดตั้งเบดสำรองเพื่อไว้ใช้งานในระหว่างการ regenerate ตัวเบดหลัก 
   

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้เป็นเรื่องของการทำงานแบบเดียวกัน แต่ผลออกมาไม่เหมือนกัน คือการติดตั้งท่อชั่วคราว (temporary piping) เข้าแทน pressure vessel ที่ต้องนำออกไปซ่อม ซึ่งผลออกมาที่มีทั้งกรณีที่ทำงานได้ดี กรณีที่ตรวจพบปัญหาก่อนเริ่มใช้งาน และกรณีที่กลายเป็น case study

กรณีที่ ๑ : Reactor ที่ต่ออนุกรมกันอยู่

การรั่วไหลของ cyclohexane ที่เกิดจากการพังของ temporary pipe ที่ใช้เชื่อมต่อระหว่าง reactor สองตัวเข้าด้วยกันกลายเป็น case study ของวิศวกรรมเคมี ในกระบวนการนี้ cylcohexane ที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูง (คือที่อุณหภูมิการทำปฏิกิริยามันเป็นของเหลวเพราะอยู่ภายใต้ความดัน แต่จะกลายเดือดเป็นไอถ้ารั่วออกมาที่ความดันบรรยากาศ) จะไหลเข้าสู่ reactor ตัวที่ ๑ และไหลล้นลงสู่ตัวที่ ๒ ต่อไปเรื่อย ๆ จนไปถึงตัวที่ ๖ ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการเพื่อแยกเอาผลิตภัณฑ์ออกจากสารตั้งต้น
    

รูปที่ ๑ ลักษณะการต่อท่อชั่วคราวขนาด ๒๐ นิ้วเข้าแทน reactor ตัวที่ ๕ เนื่องจากท่อด้านขาออกจากตัวที่ ๔ และด้านขาเข้าของตัวที่ ๖ นั้นอยู่ต่างระดับและไม่ตรงแนว ท่อชั่วคราวจึงต้องมีการงอสองครั้ง ตรงนี้เนื่องจากระดับที่แตกต่างกันนั้นไม่มาก จึงไม่สามารถใช้ข้องอ (elbow 90 องศา) ได้ ต้องใช้วิธีนำท่อตรงมาแต่งมุมแล้วเชื่อมต่อกัน และด้วยแนวที่แรงกระทำที่ปลายทั้งสองด้านของท่อนั้นไม่อยู่ในแนวเดียวกัน จึงทำให้เกิดโมเมนต์ดัด (bending moment) และส่งผลให้เกิดแรงเฉือน (shear force) กระทำกับ bellow ที่ปลายทั้งสองข้างของท่อ (ภาพนี้นำมาจากรายงานการสอบสวน)

 

ปฏิกิริยาที่เกิดคือการออกซิไดซ์ cyclohexane ไปเป็นcyclohexanol และ cyclohexanone ด้วยการใช้อากาศฉีดอัดเข้าไปใต้ผิว cyclohexane ออกซิเจนในอากาศก็จะทำปฏิกิริยากับ cyclohexane เป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เหตุผลที่ต้องใช้ reactor หลายตัวต่ออนุกรมกันก็เพราะช่วงเวลาทำปฏิกิริยามีเพียงแค่ระยะเวลาที่ฟองอากาศที่ฉีดเข้าไปที่ด้านล่างของ reactor ลอยผ่าน cyclohexane เท่านั้น ซึ่งเป็นระยะเวลาไม่นาน ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ไม่มาก ดังนั้นเมื่อต้องการให้เกิดผลิตภัณฑ์มากพอก็ต้องทำให้ระยะเวลาที่ฟองอากาศสัมผัสกับ cyclohexane นั้นยาวนานขึ้น ซึ่งทำได้ด้วยการเพิ่มความสูงของ reactor (ก็คือการเพิ่มระดับความสูงของของเหลวใน reactor) และ/หรือนำเอา reactor หลายตัวมาต่ออนุกรมกัน
  

เหตุการณ์เริ่มจากการพบว่า reactor ตัวที่ ๕ มีรอยร้าว จึงทำการยกออกจากระบบและเดินท่อชั่วคราวเชื่อมต่อระหว่าง reactor ตัวที่ ๔ และตัวที่ ๖ (รูปที่ ๑) และเพื่อเผื่อการขยายตัวของท่อจึงมีการติดตั้ง bellow เข้าที่ปลายทั้งสองข้าง หลังการประกอบแล้วมีการทดสอบความสามารถในการรับความดันที่ "operating pressure" ก็พบว่าสามารถทำงานได้ จึงเริ่มเดินเครื่องโรงงานต่อไป ต่อจากนั้นไม่กี่สัปดาห์ก็เกิดการรั่วไหลของ cyclohexane ตามด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง ผลการสอบสวนพบว่าเกิดจากการที่ท่อชั่วคราวที่สร้างเชื่อมต่อ reactor ตัวที่ ๔ และตัวที่ ๖ นั้นพังลงเนื่องจากไม่สามารถรับความดันที่เพิ่มขึ้นสูงกว่า operating pressure ได้ (การทดสอบภายหลังอุบัติเหตุพบว่าถ้าทดสอบท่อดังกล่าวที่ "design pressure" จะพบว่ามันไม่สามารถรับความดันได้) รวมทั้งการที่ท่อดังกล่าวไม่ได้มีการติดตั้งที่แข็งแรงพอ (แค่วางไว้บนนั่งร้านชั่วคราวเท่านั้น ไม่มีการควบคุมการขยับตัวทั้งทางด้านข้างและด้านยาว) เหตุการณ์นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๑๓ วันศุกร์ที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "Flixborough explosion" และปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๕๔๑ วันเสาร์ที่ ๗ เมษายน ๒๕๖๑ เรื่อง "Mechanics of Materials ในงานวิศวกรรมเคมี"
  

กรณีที่ ๒ : Cyclone

กรณีนี้นำมาจาก ICI Safety newsletter ฉบับที่ ๘๓ เดือนมกราคม ๑๙๗๖ (พ.ศ. ๒๕๑๙) หัวข้อ D1 (รูปที่ ๒) โดยในเหตุการณ์นี้พบการรั่วของแก๊สออกมาจากใต้ฉนวนความร้อนที่หุ้ม cyclone ที่ใช้แยกอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาออกจากแก๊สที่ติดไฟได้ และเมื่อทำการตรวจสอบก็พบว่า cylcone มีการรั่วเนื่องจากการสึกหรอ จึงจำเป็นต้องนำเอา cyclone ออกไปซ่อมและติดตั้งท่อชั่วคราวแทน เหตุการณ์นี้เกิดก่อนเหตุการณ์ที่ Flixborough ๒ ปี
  

ข้อมูลไม่ได้บอกว่า cyclone ดังกล่าวเป็นของระบบของอะไร แต่ถ้าดูจากอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาแล้วก็เดาว่าน่าจะเป็นระบบ Fluidised-bed Catalytic Cracking (ที่ย่อว่า FCC) ตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งที่ใช้ใน fluidised-bed นั้นต้องทนต่อการกระแทก ไม่ว่าจะเป็นการกระแทกระหว่างกันหรือกับผนังของอุปกรณ์ ไม่เช่นนั้นมันจะแตกเป็นผงเล็กลงและหลุดลอยออกไปกับแก๊สที่ไหลออกทางด้านบนของเบดได้ และแม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะทนต่อสภาวะการกระแทกดังกล่าวได้ ก็ต้องมีระบบดักเอาส่วนที่อาจแตกเป็นชิ้นเล็กออกจากแก๊สด้วย (ดังนั้นอย่าแปลกใจว่าทำไมระบบ fluidised-bed จึงมีการใช้งานที่จำกัดกว่าระบบ fixed-bed นั่นก็เป็นเพราะมีตัวเร่งปฏิกิริยาไม่มากชนิดที่มีคุณสมบัติดังกล่าว) ในขณะเดียวกันก็ต้องคำนึงถึงการที่อนุภาคของแข็งนั้นพุ่งกระทบหรือเสียดสีเข้ากับผนังท่อและอุปกรณ์ ซึ่งส่งผลให้ระบบท่อและตัวอุปกรณ์สึกหรอได้เช่นกัน (เรียกว่า erosion) อย่างเช่นในเหตุการณ์นี้พบว่ามีการสึกหรอจนผนังทะลุที่ตัว cyclone ในขณะที่ระบบท่อนั้นยังคงดีอยู่ ตรงนี้คงเป็นเพราะเมื่อของแข็งที่ไหลตามท่อมากับแก๊สนั้นพอไหลเข้าตัว cyclone ของแข็งที่มีความหนาแน่นสูงกว่าจะวิ่งเข้ากระทบกับผนังขอตัว cyclone และเคลื่อนตัวไต่ผนังลงล่าง ในขณะที่แก๊สนั้นจะไหลวกออกทางด้านบนได้ง่ายกว่า

   

รูปที่ ๒ รายละเอียดเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นของกรณีที่ ๒

รูปที่ ๓ เป็นภาพร่างเส้นทางการไหลเข้า-ออกของ cylclone (เผื่อบางคนจะนึกภาพไม่ออก) ในจดหมายข่าวนั้นไม่ได้ให้รายละเอียดใด ๆ นอกจากบอกเพียงแค่ท่อชั่วคราวนั้นมีข้องอ ๒ ตำแหน่ง ก็เลยเดาว่าคงจะเป็นการเชื่อมต่อท่อแก๊สเข้ากับท่อแก๊สออก ความแตกต่างของเหตุการณ์นี้กับเหตุการณ์ที่ Flixborough คือในกรณีนี้ท่อได้รับการออกแบบโดยผู้ที่มีความรู้และได้รับการติดตั้งอย่างเหมาะสม ทำให้สามารถใช้งานได้โดยไม่เกิดปัญหาใด ๆ
   

รูปที่ ๓ รูปซ้ายและกลางแสดงให้เห็นทิศทางการไหลเข้าออกของ cyclone ที่แนวการไหลเข้านั้นจะตั้งฉากกับแนวการไหลออกและอยู่ไม่ตรงกัน ส่วนภาพขวาเป็นภาพของท่อชั่วคราวที่เชื่อมต่อท่อแก๊สเข้ากับท่อแก๊สออกเพื่อให้โรงงานทำงานได้ในช่วงที่ถอด cyclone ออกไปซ่อม บทความไม่ได้ให้รายละเอียดว่าท่อชั่วคราวนั้นมีรูปร่างหน้าตาอย่างไร บอกแต่เพียงว่ามีข้องอสองตำแหน่ง ก็เลยเดาว่าน่าจะเป็นดังในรูป

กรณีที่ ๓ : Heat exchanger

กรณีนี้นำมาจาก ICI Safety newsletter ฉบับที่ ๘๓ เช่นกัน (รูปที่ ๔) แต่ไม่ได้ระบุปีที่เกิด แต่ดูจากเนื้อหาในบทความแล้วสงสัยว่าอาจเกิดหลังกรณีของ Flixborough ครั้งนี้เป็นกรณีของ heat exchanger ที่สกปรกและจำเป็นต้องถอดไปล้างทำความสะอาด จึงจำเป็นต้องมีการติดตั้งท่อชั่วคราว ๒ ท่อด้วยกัน โดยท่อหนึ่งเป็นส่วนการไหลผ่าน shell และอีกท่อหนึ่งเป็นส่วนการไหลผ่าน tube ตัวที่เป็นปัญหาคือท่อเชื่อมส่วนที่ไหลผ่าน tube ที่ใช้ท่อตรง 20 นิ้วเชื่อมต่อระหว่างท่อ 30 นิ้ว (รูปที่ ๕) โดยมีการติดตั้ง bellow และเนื่องจากท่อชั่วคราวเส้นนี้ไม่ได้มีการสร้าง pipe support รองรับ น้ำหนักของท่อจึงมีการถ่ายสู่ bellow โดยแรงที่เกิดจากน้ำหนักท่อกระทำในแนวตั้งฉากกับความยาวของ bellow ซึ่งปรกติแล้วตัว bellow จะออกแบบมาเพื่อรองรับการยืดหดในแนวความยาวของมันเท่านั้น

   

รูปที่ ๔ รายละเอียดเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นของกรณีที่ ๓
   

ตัว heat exchanger นั้นตั้งอยู่บน support ที่รองรับน้ำหนักตัวมัน และตัว heat exchanger เองก็ทำหน้าที่รองรับน้ำหนักของท่อที่เชื่อมต่อกับตัวมันด้วย แต่พอแทนที่ตัว heat exchanger ด้วยท่อชั่วคราวแทน ท่อชั่วคราวก็เลยลอยอยู่โดยไม่มีอะไรมารองรับน้ำหนัก (มันอาจจะอยู่ได้ในขณะที่ยังไม่มีของเหลวไหลเข้า) และด้วยการที่ท่อชั่วคราวด้าน tube side นั้นเป็นท่อตรง ไม่เหมือนกรณีของ Flixborough ที่จุดเข้าออกเยื้องกันอยู่ plant engineer จึงคิดว่าไม่จำเป็นต้องปรึกษาผู้เชี่ยวชาญการออกแบบท่อ แม้ว่าแนวเส้นท่อดังกล่าวจะมี bellow อยู่ด้วยก็ตาม
   

โชคดีที่ก่อนเริ่มเดินเครื่องไม่กี่วัน senior engineering มาพบเห็นเข้า ก็เลยมีการตรวจสอบการออกแบบ ทำให้ต้องมีการติดตั้ง support รองรับท่อชั่วคราวนั้นเพิ่มเติม

  

รูปที่ ๕ ภาพระบบท่อของ heat exchanger ที่มีการถอดออกและติดตั้งท่อชั่วคราวแทน (ภาพเฉพาะส่วน tube side)

ท่อชั่วคราวในกรณีที่ ๒ (cyclone) แตกต่างจากกรณีอื่นตรงที่แนวทิศทางการไหลเข้าและออกนั้นไม่อยู่ในระนาบเดียวกัน ทำให้ท่อมีทั้งการงอทั้งในแนวราบและแนวดิ่ง ซึ่งท่อลักษณะเช่นนี้จะมีความยืดหยุ่นในการขยายตัว (ถ้ามันยาวมากพอ โดยต้องคำนึงถึงระบบ piping ที่เชื่อมต่อด้านเข้าออกด้วย) มากกว่าท่อสั้นที่การไหลอยู่ในระนาบเดียวกัน (แม้ว่าจะอยู่ที่ระดับเดียวกัน (กรณีที่ ๓) หรือต่างระดับกัน (กรณีที่ ๑) ทำให้ต้องแก้ปัญหาการขยายตัวของท่อด้วยการติดตั้ง bellow
   

อีกประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจก็คือ ผู้ที่เกี่ยวข้องกับการสร้างท่อชั่วคราวนั้นทราบหรือไม่ว่างานที่ดูเหมือนว่าเป็นงานธรรมดานั้นแท้จริงแล้วต้องใช้ผู้ที่มีความรู้ด้านใดเข้ามาเกี่ยวข้อง แต่ในการทำงานจริงนั้นยังมีอีกหลายปัจจัยให้ต้องพิจารณา เช่นในหน่วยงานนั้นมีผู้ที่มีความรู้ในด้านดังกล่าวอยู่หรือไม่ และผู้ที่ปฏิบัติงานอยู่ในหน่วยงานนั้นรู้หรือไม่ว่างานประเภทใดที่ควรต้องให้ผู้ที่มีความรู้ทางด้านนั้นเป็นผู้ออกแบบและตรวจสอบ

Mechanics of Materials ในงานวิศวกรรมเคมี MO Memoir : Saturday 7 April 2561

เมื่อ ๓๐ กว่าปีที่แล้วตอนที่เรียนวิศวกรรมเคมี ต้องเรียนวิชาพื้นฐานทางด้านวิศวกรรมเครื่องกล ๔ วิชาด้วยกัน วิชาแรกที่ทุกคนต้องเรียนเหมือนกันหมดคือ Engineering Drawing หรือเขียนแบบวิศวกรรมที่เรียนในปี ๑ (วิชา ๔ หน่วยกิต) ตามด้วยวิชา Statics (สถิตศาสตร์) ที่เรียนในปี ๒ เทอมต้น ปี ๒ เทอมปลายจะเรียนวิชา Dynamics (จลนศาสตร์) และ Mechanics of Materials (กลศาสตร์วัสดุ) ๓ วิชาหลังนี้เป็นวิชา ๓ หน่วยกิต รวม ๆ กันก็เป็น ๑๓ หน่วยกิต ถ้าเป็นพวกที่เรียนทางด้านโยธา สิ่งแวดล้อม สำรวจ จะเรียนวิชา Strength of Materials (กำลังวัสดุ) ที่สอนโดยภาควิชาวิศวกรรมโยธาแทนวิชา Mechanics of Materials
 

วิชาเหล่านี้ตอนเรียนใครต่อใครก็บอกกันว่ามันไม่มีสูตรอะไรให้ต้องท่องจำเลย วิชา Statics ก็มีเพียงแค่สองสูตรคือผลรวมของแรงเท่ากับศูนย์ (∑F = 0) และผลรวมของโมเมนต์เท่ากับศูนย์ (∑M = 0) วิชา Dynamics ก็มีเพียงแค่สูตรเดียวคือแรงเท่ากับผลคูณระหว่างมวลกับความเร่ง (F = ma) ส่วนวิชา Mechanics of Materials ก็มีสูตรความเค้น (stress) และความเครียด (strain) เพิ่มขึ้นมาจากวิชา Statics
 

แต่สูตรเพียงแค่ไม่กี่สูตรเท่านี้แหละ นำไปประยุกต์ใช้ได้ไม่รู้กี่รูปแบบ ใครที่เรียนด้วยการทำโจทย์เยอะ ๆ โดยที่ไม่คิดที่จะทำความเข้าใจ จะอาศัยเพียงแค่จำเอาแต่ว่าโจทย์หน้าตาอย่างนี้ให้ทำอย่างนี้แม้ว่าอาจจะรอดตัวจากการสอบไปได้ แต่คงยากที่จะเอาความรู้นั้นไปใช้งานได้ เพราะในการทำงานจริงนั้นเป็นเรื่องปรกติที่เราต้องตั้งโจทย์ใหม่ขึ้นมาเอง และก็ไม่แปลกถ้ามันจะเป็นโจทย์ที่ไม่ปรากฏในตำราใด ๆ ให้เห็นมาก่อนด้วย
 

ด้วยที่วิชานี้ต้องสอนนิสิตเป็นจำนวนมาก จำนวนผู้สอนจึงมีมากกว่าจำนวนข้อสอบที่จะออก ตอนที่กลับมาสอนหนังสือใหม่ ๆ นั้นได้รับหน้าที่ให้เป็นกรรมการประจำห้องสอบไล่ คือทำหน้าที่รับ-ส่งข้อสอบและจัดการกับปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการสอบ มีอยู่ปีหนึ่ง ในช่วงระหว่างการสอบวิชาเครื่องกลวิชาหนึ่ง (จำไม่ได้ว่าเป็นวิชาไหน แต่เป็น ๑ ใน ๓ ตัวหลักที่กล่าวมาข้างต้น) ข้อสอบมีทั้งสิ้น ๖ ข้อ ให้เวลาทำ ๓ ชั่วโมง อาจารย์หัวหน้าวิชาก็กำหนดตัวผู้สอน ๖ คน แต่ละคนให้ออกข้อสอบ ๑ ข้อในหัวข้อที่สอนที่แตกต่างกันไป ช่วงระหว่างการสอบอาจารย์หัวหน้าวิชาก็แวะเข้ามาที่ห้องสอบไล่ ขอดูข้อสอบวิชานั้นหน่อยว่าข้อสอบเป็นอย่างไรบ้าง พอพลิกดูเสร็จแกก็บอกว่า "กูยังทำไม่ได้เลย"
 

พอได้ยินอย่างนั้น อาจารย์อาวุโสภาคเครื่องกลอีกท่านหนึ่งที่อยู่ในห้องนั้นด้วยก็เลยขอดูข้อสอบด้วย พอเห็นข้อสอบก็ยังบอกเลยว่า ๓ ชั่วโมงทำได้ ๒ ข้อก็เก่งแล้ว แถมยังบอกอาจารย์หัวหน้าวิชาด้วยว่า อาจารย์ก็เตรียมตัวชี้แจงกรรมการคณะก็แล้วกัน ว่าทำไมจึงตัดเกรด C ที่ ๓๐ (จาก ๑๐๐ คะแนนเต็ม)

เหตุมันเกิดจากพออาจารย์แต่ละท่านออกข้อสอบมาแล้ว ก็มีการแซวกันเล่น ๆ ว่าทำไมข้อสอบมันง่ายจัง ก็เลยมีการปรับเปลี่ยนข้อสอบแบบเรียกว่าแต่ละคนก็เลยคัดเอาโจทย์สุดยอดยากในเรื่องนั้นมาให้นิสิตสอบกัน นิสิตก็เลยระเนระนาดกันเป็นแถว แต่นี่เป็นเหตุการณ์เมื่อราว ๆ ๒๐ ปีที่แล้ว
 

สัปดาห์ที่แล้วได้พบกับอาจารย์รุ่นน้องภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลรายหนึ่ง แกเข้ามาทักว่าช่วยเขียนอะไรเกี่ยวกับวิชา Mechanics of Materials ที่เกี่ยวกับงานวิศวกรรมเคมีให้หน่อยได้ไหม คือวิชานี้พักหลัง ๆ นี้มีนิสิตถอนกันมาก และมีการตั้งคำถามทั้งจากตัวนิสิตและอาจารย์ภาควิชาวิศวกรรมเคมีบางรายว่าเรียนไปทำไม และโดยส่วนตัวผมเองผมเห็นว่าวิชาเหล่านี้ยังมีความสำคัญอยู่เพราะมันมีการนำไปใช้งานจริง วันนี้ก็เลยพยายามหาตัวอย่างบางตัวอย่างที่ไม่ยากเกินไปที่คิดว่าเกี่ยวข้องกับวิชาเหล่านี้ โดยได้เลือกเอากรณีของอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นจริงที่มีการบันทึกไว้มาเป็นตัวอย่าง

๑. They did not know what they did not know

ท่อที่ร้อนก็จะมีการยืดตัวออก ถ้าการวางท่อนั้นไม่เปิดโอกาสให้ท่อได้มีการขยายตัวได้ ก็จะเกิดความเค้นกดตามแนวความยาวของท่อ ในกรณีที่แนววางท่อนั้นเป็นแนวยาว เราก็สามารถจัดให้มี expansion loop เพื่อให้ท่อมีความยืดหยุ่นสำหรับการขยายตัว แต่ถ้าเป็นท่อช่วงสั้น ๆ ก็คงต้องใช้วิธีอื่น
 

ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ไซโคลเฮกเซน (cyclohexane) ไปเป็นไซโคลเฮกซาโนน (cyclohexanone) ที่เป็นสารมัธยันต์ในการผลิตสารตั้งต้นสำหรับเส้นใยไนลอนเกิดขึ้นในถังปฏิกรณ์แบบปั่นกวนที่มีการฉีดอากาศให้ลอยขึ้นเป็นฟองจากทางด้านล่างของถัง เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้รวดเร็วจึงทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง แต่เพื่อให้ไซโคลเฮกเซนคงสภาพเป็นของเหลวที่อุณหภูมิสูงได้ก็ต้องมีการเพิ่มความดันให้กับระบบ และเนื่องจากเวลาสัมผัสระหว่างอากาศกับไซโคลเฮกเซนมีไม่มาก ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้น้อย เพื่อให้ปฏิกิริยาเกิดได้มากขึ้นจึงต้องมีการติดตั้งถังปฏิกรณ์หลายใบต่ออนุกรมกัน โดยให้ไซโคลเฮกเซนในถังที่ 1 ไหลล้นลงสู่งถังที่ 2 ที่อยู่ถัดไปในตำแหน่งที่ต่ำกว่าเล็กน้อย และเป็นเช่นนี้ไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งถึงถังใบที่ 6 (ตามรูปที่ ๑ ข้างล่าง) และเนื่องจากระยะห่างระหว่างถังแต่ละใบมีไม่มาก จึงใช้ข้อต่ออ่อนหรือ "Bellow" (ขนาด 28 นิ้ว) เป็นตัวเชื่อมต่อการไหลระหว่างถังแต่ละถัง (เพราะระยะห่างระหว่างถังที่สั้น ถ้าใช้ท่อเชื่อมต่อก็ต้องใช้ท่อตรง แต่เมื่อท่อขยายตัวเมื่อร้อนจะทำให้เกิดแรงกดกระทำที่ตัวถังปฏิกรณ์ การใช้ bellow จะไม่ทำให้เกิดปัญหาดังกล่าว)

รูปที่ ๑ เครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้ในการออกซิไดซ์ไซโคลเฮกเซนไปเป็นไซโคลเฮกซาโนน ในเหตุการณ์ก่อนการระเบิดของโรงงานที่เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษนั้น ถังปฏิกรณ์หมายเลข 5 เกิดการแตกร้าว เลยต้องถอดออก และทำท่อชั่วคราวเชื่อมต่อระหว่างถังปฏิกรณ์ถังที่ 4 และ 6 เข้าด้วยกัน (ในกรอบสีแดง)
 

ในเหตุการณ์การระเบิดของโรงงานที่เมือง Flixborough ประเทศอังกฤษเมื่อเดือนมิถุนายน พ.ศง ๒๕๑๗ นั้น ก่อนเกิดเหตุการณ์ประมาณ ๒ เดือนมีการตรวจพบว่าถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 มีรอยร้าว ทำให้ต้องถอดเอาถังปฏิกรณ์ใบที่ 5 ออกจากระบบ แต่การผลิตยังสามารถทำงานได้โดยใช้ถังปฏิกรณ์อีก 5 ถังที่ยังเหลืออยู่ แต่ทั้งนี้ต้องทำการเชื่อมต่อการไหลระหว่างทางออกของถังที่ 4 และทางเข้าของถังที่ 6 เข้าด้วยกัน แต่เนื่องจากระดับท่อทางออกของถังที่ 4 นั้นอยู่สูงกว่าระดับท่อทางเข้าถังที่ 6 จึงได้มีการออกแบบให้ท่อเชื่อมต่อ (ที่มีขนาด 20 นิ้ว) นั้นมีการเปลี่ยนระดับในรูปแบบที่เรียกว่า "dog leg" (ระดับท่อทางออกของถังที่ 4 จะอยู่ตรงกับระดับท่อทางเข้าของถังที่ 5 และระดับท่อทางออกของถังที่ 5 จะอยู่ต่ำกว่าระดับท่อทางเข้าของถังที่ 5 แต่จะอยู่ที่ระดับความสูงเดียวกันกับของท่อทางเข้าของถังที่ 6) พอสร้างเสร็จแล้วก็มีหน้าตาดังแสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง คนที่ออกแบบและสร้างท่อดังกล่าวก็เป็นเพียงแค่ช่างประกอบท่อ และการ "ออกแบบ" จะว่าไปแล้วก็คือทำกันใน workshop ด้วยการร่างขนาดท่อเท่าของจริงบนพื้นโรงงานโดยไม่ได้มีการคำนวณความสามารถในการรับแรงใด ๆ ทั้งสิ้น

รูปที่ ๒ การวางท่อเชื่อมต่อที่มีลักษณะเป็น "dog leg" โดยถังที่ 6 อยู่ทางด้านซ้ายและถังที่ 4 อยู่ทางด้านขวา

เพื่อที่จะทดสอบว่าท่อที่ประกอบเข้าไปแล้วนั้นสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยหรือไม่ จึงมีการทดสอบความสามารถในการรับความดัน โดยใช้ความดันที่ใช้ในการเดินเครื่อง (คือ operating pressure นั่นแหละ) เป็นความดันสูงสุดที่ใช้ในการทดสอบ ซึ่งก็พบว่าท่อดังกล่าวสามารถรองรับความดันที่ใช้ในการเดินเครื่องนั้นได้ กระบวนการผลิตก็เลยมีการเดินเครื่องต่อมาได้อีกราว ๆ ๒ เดือน
 

ในช่วงบ่ายของวันเสาร์ที่ ๑ มิถุนายน พ.ศ. ๒๕๑๗ เกิดการรั่วไหลของไซโคลเฮกเซนปริมาณมากออกจากระบบก่อนเกิดการระเบิดขนาดใหญ่ติดตามมา อุบัติเหตุนี้ถูกบรรจุเอาไว้ในวิชา Safety ของผู้ที่เรียนทางด้านวิศวกรรมเคมี (เป็นตัวอย่างการระเบิดแบบที่เรียกว่า Unconfined Vapour Colud Explosion โดยมีแรงระเบิดประมาณไว้ระหว่าง 2 - 40 ตัน TNT ขึ้นอยู่กับว่าใช้แบบจำลองไหน ในบ้านเราก็เคยมีการระเบิดแบบนี้เกิดขึ้น ๔ ครั้งแล้ว ครั้งแรกเป็นการรั่วไหลที่โรงงานผลิตพอลิเอทิลีนของ TPI ในปลายปีพ.ศ. ๒๕๓๑ และครั้งที่ ๔ คือกรณีของบริษัท BST เมื่อเดือนพฤษภาคม พ.ศ. ๒๕๕๕)

รูปที่ ๓ แผนผังแสดงการกระทำของแรงที่มีต่อท่อ dog leg และแผนภาพโมเมนต์ดัด

รูปที่ ๑ - ๓ นำมาจากรายงานการสอบสวน "The Flixborough disaster : Report of the Court of Inquiry" ที่ตีพิมพ์เผยแพร่ในปีพ.ศ. ๒๕๑๘ (หาดาวน์โหลดไฟล์ pdf ได้ทางอินเทอร์เน็ต) ในการวิเคราะห์หาสาเหตุการรั่วไหลนั้นมีการมุ่งไปที่สองตำแหน่งด้วยกัน คือท่อ dog leg ที่สร้างขึ้นมาชั่วคราวเพื่อเชื่อมต่อการไหลระหว่างถังปฏิกรณ์ใบที่ 4 และ 6 เข้าด้วยกัน และท่อขนาด 8 นิ้วที่อยู่ใกล้เคียงกัน แต่ผลสรุปสุดท้ายให้น้ำหนักไปที่ท่อ dog leg ว่าเป็นสาเหตุของการรั่วไหล
 

ท่อตรงที่ร้อนจะขยายตัว แต่ถ้าขยายตัวไม่ได้ก็จะเกิดความเค้นกดในแนวความยาว ถ้าท่อรับแรงกดนี้ไม่ได้ ในกรณีที่เป็นท่อสั้น ท่อก็จะโป่งออกทางด้านข้าง ในกรณีที่เป็นท่อยาว ท่อก็จะเกิดการโก่งหรือโค้งออกทางด้านข้าง แต่ในกรณีของท่อที่มีลักษณะเป็น dog leg ที่แนวแกนที่ปลายทั้งสองข้างนั้นไม่ตรงกัน มันจะมีโมเมนต์ดัดและแรงเฉือนเกิดขึ้นด้วย (ดูแผนผังในรูปที่ ๓) และที่สำคัญก็คือตัวข้อต่ออ่อนหรือ bellow นั้น ไม่สามารถรับโมเมนต์ดัดหรือแรงเฉือนได้ (กล่าวคือ bellow มันเหมาะสำหรับการยืดหดในทิศทางความยาวเท่านั้น การใช้ bellow เชื่อมต่อระหว่างทางออกของถังปฏิกรณ์ถังหนึ่งกับทางเข้าของถังปฏิกรณ์อีกถังหนึ่งที่ระดับทางออกและทางเข้านี้อยู่ที่ระดับเดียวกัน ไม่ทำให้เกิดปัญหาใด ๆ) เมื่อ bellow ไม่สามารถรับแรงได้ มันก็เลยฉีกขาดออก ทำให้เกิดไซโคลเฮกเซนหลายสิบตันที่เป็นของเหลวภายใต้ความดัน เมื่อรั่วไหลออกมาที่ความดันบรรยากาศจึงกลายเป็นไอระเหยผสมเข้ากับอากาศได้ดี (ทำนองเดียวกันกับแก๊สหุงต้มตามบ้านเรือน)
 

การสอบสวนยังพบว่าท่อ dog leg ที่ทำขึ้นใช้ชั่วคราวนี้ไม่มีการยึดกับนั่งร้านเพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวทางด้านข้าง ผู้ติดตั้งทำเพียงแค่วางมันไว้บนนั่งร้านเฉย ๆ เท่านั้น (รูปที่ ๒) ซึ่งเป็นความผิดพลาดสำคัญอีกข้อหนึ่ง และผลการสอบสวนยังพบอีกด้วยว่า
 

- ช่างประกอบท่อก็เป็นเพียงแค่ช่าง ที่มีฝีมือในการประกอบท่อ ไม่ได้มีความรู้ว่าท่อที่ประกอบขึ้นนั้นจำเป็นต้องได้รับการคำนวณโดย "ผู้เชี่ยวชาญ" ว่าสามารถรับแรงได้หรือไม่ รู้แต่เพียงว่าทำตามงานที่ได้รับมอบหมายให้เสร็จก็พอ
 

- ในโรงงานเองก็ไม่มีใครรู้ว่า ท่อรูปร่าง dog leg ดังกล่าวควรได้รับการพิจารณาเป็นพิเศษเรื่องการรับแรง โดยเฉพาะแรงกดที่ปลายทั้งสองข้างของท่อที่ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกันและทำให้เกิดโมเมนต์ดัดเกิดขึ้น
 

- เมื่อไม่มีใครคิดว่าจะมีแรงเฉือนเกิดขึ้น ก็เลยไม่มีใครเฉลียวใจว่า bellow ไม่เหมาะกับการรับแรงเฉือน
 

- วิศวกรเครื่องกลที่มีความรู้เรื่องดังกล่าวเพิ่งจะออกจากงานไป ยังไม่มีคนใหม่เข้ามาทำหน้าที่แทน ส่วนคนที่อยู่ก็ไม่รู้ว่างานลักษณะนี้ควรต้องให้ผู้มีความรู้เป็นผู้ออกแบบ
 

- ในส่วนของผู้ที่เหลืออยู่ เพื่อให้มั่นใจว่าท่อสามารถใช้งานได้ จึงทำการทดสอบความสามารถในการรับความดัน แต่การทดสอบความสามารถในการรับความดันทำสูงสุดเพียงแค่ "Operating pressure" หรือความดันในระหว่างการใช้งาน เท่านั้น ซึ่งก็พบว่า "ผ่าน" การทดสอบ
 

- แต่การจำลองท่อดังกล่าวขึ้นมาใหม่และทำการทดสอบภายหลังพบว่า ท่อดังกล่าวจะได้รับความเสียหายถ้าหากเพิ่มความดันให้สูงกว่า Operating pressure เพียงเล็กน้อย (แต่ยังต่ำกว่าความดันที่กำหนดให้วาล์วระบายความดันหรือ safety valve เปิด) ประเด็นนี้จึงมีการตั้งข้อสังเกตไว้ว่า ถ้าหากมีใครสักคนรู้ว่าการทดสอบควรทำที่ความดันที่กำหนดให้ safety valve เปิด ก็คงจะพบว่าท่อดังกล่าวรับความดันไม่ได้ อุบัติเหตุก็ไม่น่าจะเกิด
 

Prof. Trevor A. Kletz เขียนไว้ในหน้า ๖๙ ของหนังสือ "Learning from accidents in industry" ในหัวข้อเรื่อง "Flixborough" เอาไว้ว่า
 

"At the time the pipe was constructed and installed there was no professionally qualified mechanical engineer on site, though there were many chemical engineers."
 

ถึงแม้ว่าตามข้อกำหนดนั้นจะไม่ได้กำหนดให้เป็นหน้าที่ของวิศวกรเคมีโดยตรง แต่คนที่ทำงานอยู่นั้นควรต้องรู้ว่างานประเภทไหนควรต้องให้ใครมาเป็นคนตรวจสอบรับรอง และในย่อหน้าก่อนข้อความข้างบนก็ได้กล่าวประโยคว่า "They did not know what they did not know." เอาไว้

หมายเหตุ : อ่านเรื่องเพิ่มเติมเกี่ยวกับเหตุการณ์นี้และการขยายตัวของท่อร้อนได้ใน Memoir ต่อไปนี้

ปีที่ ๒ ฉบับที่ ๑๑๓ วันศุกร์ที่ ๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๓ เรื่อง "Flixborough explosion" และ

ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๕๒๐ วันอาทิตย์ที่ ๒๕ กุมภาพันธ์ ๒๕๕๑ เรื่อง "การเผื่อการขยายตัวของท่อร้อน"

๒. แรงปฏิกิริยาเท่ากับแรงกิริยา (Reaction = Action)

ในขณะที่ของไหลที่ไหลไปในทิศทางหนึ่ง จะมีแรงกระในทิศทางที่ตรงข้ามกัน (ตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัม) ในกรณีของการไหลในท่อตรงนั้น แรงที่กระทำต่อตัวท่อจะไม่ปรากฎชัดเท่าใดนักเพราะมันอยู่ในแนวแกนท่อ แต่ในกรณีที่มีการเปลี่ยนทิศทางการไหล โดยเฉพาะการเลี้ยวเป็นมุมฉาก แรงกระทำดังกล่าวจะตั้งฉากกับแนวแกนท่อ ทำให้เกิดโมเมนต์ดัด (bending moment) มากที่สุด ในกรณีของท่อที่มีการเชื่อมต่อปลายสองข้างของท่อนั้นเข้ากับอุปกรณ์อื่น (เช่นจากปั๊มเข้าสู่ถังเก็บ) ผลของโมเมนต์ดัดนี้มักจะมองไม่เห็น (เพราะมันมีจุดยึดท่อที่ปลายด้านขาออกนั้นช่วยดึงเอาไว้) แต่ถ้าเป็นกรณีของท่อที่ระบายออกสู่บรรยากาศ (เช่นวาล์วระบายความดัน) ผลที่เกิดจากการที่ท่อไม่สามารถรับโมเมนต์ดัดดังกล่าวได้อาจนำมาซึ่งความสูญเสียที่อาจคาดไม่ถึง
 

รูปที่ ๔ นำมาจาก Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๓๒ วันเสาร์ที่ ๑๕ สิงหาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "พังเพราะข้องอเพียงตัวเดียว" ที่เล่าถึงความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการติดตั้งข้องอเพื่อเบี่ยงทิศทางการไหลของแก๊สที่พุ่งออกมาถ้าหากวาล์วระบายความดันเปิดออก และได้นำภาพตัวอย่างสิ่งที่ได้ไปพบเห็นจากการไปเดินเล่นที่โรงงานแห่งหนึ่งที่อยู่ระหว่างการเริ่มทดสอบอุปกรณ์ (ควบคุมการก่อสร้างโดยวิศวกรจากเกาหลีใต้) ส่วนรูปที่ ๕ นำมาจากหนังสือ "What Went Wrong? Case Histories of Process Plant Disasters" ฉบับพิมพ์ครั้งที่ ๒ บทที่ ๑๐ หน้า ๑๔๓ ที่เขียนโดย Prof. Trevor A. Kletz เป็นภาพความเสียหายจากโมเมนต์ดัดของท่อระบาย (tail pipe) ของวาล์วระบายความดันเมื่อวาล์วระบายความดันเปิด

รูปที่ ๔ ปลายด้านขาออกของวาล์วระบายความดัน เมื่อไม่มีการติดตั้งข้องอ (ซ้าย) และมีการติดตั้งข้องอ (ขวา) จะมีโมเมนต์ดัดกระทำต่อท่อด้วยขนาดที่แตกต่างกัน ต้องคำนึงถึงความสามารถของท่อในการรับโมเมนต์ดัดดังกล่าวด้วย

รูปที่ ๖ เห็นเหตุการณ์อุบัติเหตุในปีค.ศ. ๑๙๔๘ (พ.ศ. ๒๔๙๑ หรือเมื่อ ๗๐ ปีที่แล้ว) ที่มีผู้เสียชีวิตที่ Prof. Trevor A. Kletz เล่าไว้ในบทที่ ๒ ของหนังสือเรื่อง "Lessons from disaster : How organisations have no memory and accidents recur"
 

พันธะคู่ C=C ในน้ำมันพืชที่ได้จากธรรมชาติเป็นโครงสร้างแบบ cis เสมอ ความไม่อิ่มตัวของน้ำมันพืชแม้ว่าจะมีข้อดีในแง่ของสุขภาพแต่ก็มีข้อเสียคือทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศได้ง่ายเมื่อร้อน เกิดเป็นสารมีกลิ่นหรือเป็นพิษได้เมื่อนำไปประกอบอาหารที่ใช้อุณหภูมิสูง (กล่าวคือไม่เหมาะกับการทอด แต่ใช้ผัดอาหารได้ ว่าแต่บอกได้หรือเปล่าครับว่าทอดกับผัดต่างกันอย่างไร) ในกรณีของน้ำมันพืชที่มีความไม่อิ่มตัวสูงนั้นเพื่อที่จะลดปัญหาดังกล่าวก็จะทำการเติมไฮโดรเจน (ปฏิกิริยานี้มีชื่อว่า hydrogenation) เข้าไปที่พันธะคู่ C=C เพื่อลดความไม่อิ่มตัว กล่าวคือเปลี่ยนพันธะ C=C เป็น C-C แต่ก็อาจมีบางส่วนเปลี่ยนจากโครงสร้างแบบ cis ไปเป็นโครงสร้างแบบ trans ได้ (ที่เรียกว่าไขมันทรานส์หรือ trans fat ที่ว่ากันว่ามีอันตรายต่อสุขภาพมากกว่าไขมันอิ่มตัวอีก)
 

โครงสร้างแบบ cis นี้ทำให้โมเลกุลมีรูปร่างที่หักงอ การสัมผัสระหว่างโมเลกุลเกิดได้ไม่ดี แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลจึงต่ำ ทำให้น้ำมันพืชพวกนี้มีจุดหลอมเหลวต่ำ ยิ่งน้ำมันพืชมีความไม่อิ่มตัวสูงมากขึ้น จุดหลอมเหลวก็ยิ่งลดต่ำลง แต่พอเปลี่ยนเป็นพันธะอิ่มตัว C-C โครงสร้างโมเลกุลจะตรงขึ้น การสัมผัสระหว่างโมเลกุลจะมากขึ้น ทำให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเพิ่มมากขึ้น จุดหลอมเหลวของน้ำมันพืชจะสูงขึ้น (เช่นอาจเปลี่ยนจากของเหลวที่อุณหภูมิห้องมาเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้องได้) ปฏิกิริยานี้จึงมีการนำมาใช้ในการสังเคราะห์เนยเทียม (มาการีน Margarine) จากน้ำมันพืชที่มีความไม่อิ่มตัวสูง (ราคาถูกกว่าเนยที่ได้จากผลิตภัณฑ์นม) ด้วยการเติมไฮโดรเจนเข้าไป จากนั้นจึงทำการแต่งสีและกลิ่น แต่ถ้าใช้น้ำมันพืชที่มีความอิ่มตัวสูง ก็ไม่ต้องใช้ปฏิกิริยานี้ช่วย

รูปที่ ๕ ท่อระบายแก๊ส (tail pipe) ของวาล์ระบายความดันที่พับงอเมื่อวาล์วระบายความดันเปิดออก

รูปที่ ๖ คนงานเสียชีวิตจากการถูกท่อที่พลิกมาฟาดที่ศีรษะ ที่เกิดจากการที่ฉีดพุ่งอย่างรวดเร็วของแก๊สที่ระบายออกทางท่อระบาย
 

โรงงานดังกล่าวทำการเติมไฮโดรเจน (hydrogenation) ให้กับน้ำมันพืช โดยปฏิกิริยาเกิดที่อุณหภูมิ 270ºC ความดัน 270 bar เพื่อความปลอดภัยในการเก็บตัวอย่างจะไม่ทำการเก็บตัวอย่างจากถังปฏิกรณ์โดยตรง แต่จะเปิดให้ของเหลวในถังปฺฏิกรณ์ส่วนหนึ่งไหลผ่านท่อขนาดเล็ก (ท่อ 3/16 นิ้วในรูป) เข้าถูกถังเก็บตัวอย่างใบเล็กที่ติดตั้งอยู่เคียงข้าง (sample pot) 
  

ท่อที่ต่อเข้าถังเก็บตัวอย่างนี้จะมีวาล์วป้องกันอยู่สองตัว ตัวแรก (นับจากถังปฏิกรณ์) จะเป็นวาล์วปิด-เปิด (isolation valve) ที่สามารถปิดเปิดได้รวดเร็ว) ส่วนวาล์วตัวที่สองจะเป็นวาล์วที่ค่อย ๆ เปิด (fine adjustment valve) ในการเก็บตัวอย่างนั้นจะเปิด isolation valve ก่อน จากนั้นจึงค่อยเปิด fine adjustment valve เพื่อให้ของเหลวไหลเข้าสู่ sample pot อย่างช้า ๆ เมื่อของเหลวไหลเข้าถังเก็บแล้วก็จะปิดท่อที่มาจากเครื่องปฏิกรณ์และเก็บตัวอย่างทางท่อ drain ที่อยู่ทางด้านล่างของถังเก็บตัวอย่าง ส่วนท่อ vent นั้นมีไว้เพื่อให้แก๊สที่ละลายปนอยู่ในน้ำมันพืชนั้นระเหยออกไป ทั้งถังเก็บตัวอย่างและท่อ vent ไม่มีการยึดตรึงเอาไว้ ตัวถังเก็บตัวอย่างนั้นต่อเข้ากับท่อไหลเข้าด้วยหน้าแปลนชนิด "เกลียว"
 

สองสัปดาห์หลังติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าว พนักงานที่มาเก็บตัวอย่างพบว่าไม่สามารถเก็บตัวอย่างได้ จึงสงสัยว่าท่อคงจะเกิดการอุดตัน (จุดหลอมเหลวของผลิตภัณฑ์อยู่ที่ 20ºC) จึงตัดสินใจที่จะใช้ความดันจากถังปฏิกรณ์ดันให้ของแข็งที่อุดตันท่อนั้นหลุดออก วิธีการก็คือเปิด isolation valve แล้วค่อย ๆ เปิด fine adjustment valve แต่ในขณะที่กำลังปฏิบัติงานอยู่นั้น ท่อ vent มีการพลิกตัวฟาดลงบนศีรษะของพนักงานที่กำลังเปิดวาล์อยู่ (ผลจากการมีแก๊สฉีดพุ่งออกไปอย่างรวดเร็ว เกิดแรงในทิศทางที่ทำให้ตัวถังเก็บตัวอย่างนั้นหมุน "คลายตัว" จากตัวหน้าแปลนท่อทางเข้าได้ งานมีแม้ว่าในการออกแบบนั้นจะมีการออกแบบให้มีการยึดตรึงทั้งท่อ vent และตัวถังเก็บตัวอย่างแต่ในการติดตั้งสุดท้ายกลับถูกมองข้ามไป และท่อ vent นั้นไม่มีการให้ความร้อน ทำให้เกิดการอุดตันจากไอน้ำมันร้อนที่ระเหยและไปควบแน่นยังท่อดังกล่าวได้
 

วิชา Statics สอนให้เรารู้ว่าจะมีแรงกระทำขนาดเท่าใดที่ชิ้นส่วนแต่ละชิ้น

วิชา Mechanics of Materials สอนให้เรารู้ว่าด้วยแรงกระทำขนาดดังกล่าว ชิ้นส่วนแต่ละชิ้นนั้นสามารถรองรับแรงนั้นได้โดยไม่เกิดความเสียหายหรือไม่

และท้ายสุดวิชา Dynamics สอนให้เรารู้ว่าเมื่อชิ้นส่วนมันรับแรงไม่ได้ มันจะเกิดอะไรขึ้นตามมาได้

๓. ผู้แข็งแกร่งกว่าคือผู้ชนะ

การติดตั้งนั้นต้องคำนึงถึงการเข้าถึงเพื่อการใช้งานหรือซ่อมบำรุงด้วย ในกรณีของท่อที่เดินบน pipe rack นั้น ถ้าจำเป็นต้องมีการติดตั้งวาล์วที่มีการใช้งานเป็นประจำ ก็จะทำการลดระดับท่อมายังระดับพื้นเพื่อติดตั้งวาล์วเพื่อให้สะดวกในการทำงาน ก่อนที่จะยกระดับท่อกลับขึ้นไปบน pipe rack ใหม่ เช่นตัวอย่างที่แสดงในรูปที่ ๗ ข้างล่าง

รูปที่ ๗ การติดตั้งวาล์วควบคุมที่มีการยึดตรึง pipe support ไว้กับพื้นที่ปลายทั้งสองข้าง
 

รูปที่ ๗ และ ๘ นำมาจากหนังสือเรื่อง "Learning from accidents in industry" เขียนโดย Prof. Trevor A. Kletz ในบทที่ ๑๖ เรื่อง "Some pipe failures" ตัวอย่างในรูปที่ ๗ นั้นเป็นกรณีการติดตั้ง control valve ที่ต้องมี block valve ทางด้านหน้าและด้านหลัง control valve และมี valve สำหรับ bypass การไหล ซึ่งเรียกได้ว่าน้ำหนักวาล์วจำนวน 4 ตัวก็ไม่ใช่เล่นเหมือนกัน ดังนั้นต้องมี pipe support ช่วยในการรับน้ำหนัก แทนที่จะให้ท่อเป็นตัวรับน้ำหนักทั้งหมด
 

ในการติดตั้งนั้นตัว pipe support ถูกเชื่อมติดกับตัวท่อ และขาด้านล่างถูกยึดตรึงกับพื้นเอาไว้ทั้งสองขา ทีนี้ขอให้ลองนึกภาพเมื่อท่อร้อนขึ้นและเกิดการขยายตัวว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับ ตัวท่อ รอยเชื่อมระหว่างท่อกับ pipe support หรือขาของ pipe support ที่ถูกยึดตรึงเอาไว้กับพื้น ถ้าชิ้นส่วนทุกชิ้นสามารถรับแรงที่เกิดจากการขยายตัวดังกล่าวได้ก็คงไม่มีอะไรเกิดขึ้น แต่ถ้าหากแรงจากการขยายตัวดังกล่าวมีค่ามาก จุดที่แข็งแรงน้อยที่สุดก็จะเกิดความเสียหายก่อน
 

ปัญหานี้ป้องกันได้ด้วยการยึดตรึง pipe support ไว้กับพื้นเพียงข้างเดียว (หรือไม่ก็ไม่ยึดตรึงทั้งสองข้าง) ส่วนอีกข้างหนึ่งแค่วางแตะพื้นไว้เฉย ๆ เพื่อที่มันจะเคลื่อนตัวไปทางด้านข้างได้เมื่อท่อเกิดการขยายตัว
 

รูปที่ ๘ ข้างล่างเป็นตัวอย่างกรณีของท่อที่ว่างอยู่บน pipe rack และมีท่อแยกลงมาทางด้านล่าง โดยตำแหน่งท่อที่แยกนั้นอยู่ใกล้กับตำแหน่งของคาน คำถามก็คือเมื่อท่อร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อแยกนั้นจะเคลื่อนไปทางซ้ายหรือทางขวา ถ้าเคลื่อนตัวไปทางซ้ายก็คงไม่มีปัญหาอะไร แต่ถ้าเคลื่อนตัวมาทางขวาและชนเข้ากับคาน ที่น่าคิดก็คือจะเกิดอะไรขึ้น

รูปที่ ๘ เมื่อท่อร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อจะเคลื่อนตัวไปทางซ้ายหรือทางขวา

ว่าแต่ว่าเราจะรู้ได้อย่างไรว่าท่อจะเคลื่อนตัวไปทางด้านไหน ผมว่าเรามาลองพิจารณากรณีสมมุติเล่น ๆ กันหน่อยดีกว่า ในรูปที่ ๙ ข้างล่างนั้นสมมุติว่าท่อสีแดงถูกตรึงไว้ที่ตำแหน่ง A และ B เมื่อท่อสีแดงร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อสีเขียวที่แยกลงมาทางด้านจะเคลื่อนตัวไปทางซ้ายหรือทางขวา ลองพิจารณาดูนะครับว่าส่วนของท่อด้านไหนมีความยืดหยุ่นมากกว่ากัน ด้านไหนที่ยืดหยุ่นมากกว่ามันก็เคลื่อนที่ไปทางด้านนั้น

รูปที่ ๙ สมมุติว่าท่อถูกตรึงไว้ที่ตำแหน่ง A และ B เมื่อท่อร้อนและเกิดการขยายตัว ท่อสีเขียวที่แยกลงมาทางด้านล่างจะเคลื่อนตัวไปทางซ้ายหรือทางขวา
 

๔. ร้อนปะทะเย็น

ในสภาพที่เย็นจัดนั้น โลหะที่ใช้งานได้ดีในช่วงอุณหภูมิสูงอาจเปลี่ยนสภาพจากเดิมที่มีความเหนียว (คือรับแรงดึงได้ดี โดนแรงกระแทกก็ไม่มีปัญหาอะไร) มาเป็นแข็งและเปราะเหมือนแก้วได้ (คือถ้าโดนแรงกระแทกหรือมีความเค้นไม่ว่าจะเป็นการดึงหรือการกดมากระทำ ก็จะเกิดการแตกหักเหมือนแก้วได้) ดังนั้นการออกแบบอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่มีการเชื่อมต่อระหว่างด้านอุณหภูมิสูงและอุณหภูมิต่ำของกระบวนการ จึงต้องหาทางป้องกันไม่ให้ process fluid ที่เย็นจัดนั้นไหลมายังด้านฝั่งอุณหภูมิสูงที่ใช้วัสดุที่ไม่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่เย็นจัดนั้นได้
 

ในช่วงหลังเที่ยงเล็กน้อยของวันศุกร์ที่ ๒๕ กันยายน พ.ศ. ๒๕๔๑ เกิดการรั่วไหลของแก๊สไฮโดรคาร์บอนที่โรงแยกแก๊สของบริษัท Esso ที่เมือง Longford ในออสเตรเลีย ตามด้วยการระเบิดอย่างรุนแรง ส่งผลให้มีผู้เสียชีวิต ๒ รายและบาดเจ็บอีกเป็นจำนวนมาก รายละเอียดการสอบสวนเหตุการณ์ดังกล่าวอยู่ในรายงานเรื่อง "The Esso Longford Gas Plant Accident" ที่พอจะหาไฟล์ pdf ได้ทางอินเทอร์เน็ต (เนื้อหาในที่นี้ผมก็เอามาจากรายงานนี้) ต้นตอของการรั่วไหลพบว่าเกิดจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (heat exchanger) ชนิด shell and tube เครื่องหนึ่งที่รูปแบบการไหลเป็นแบบ one pass ทั้งด้าน tube และด้าน shell ที่เชื่อมส่วน end cover ด้าน front end และ rear end เข้ากับตัว shell โดยตรง (รูปที่ ๑๐ และ ๑๑) โดยพบว่า end cover ด้านหนึ่งมีการแตกหลุดออกมาเป็นชิ้น (ไม่ได้ฉีกขาดเหมือนดังเช่นกรณีของโลหะที่มีความเหนียว) เหมือนกับความเสียหายที่เกิดขึ้นกับวัสดุที่เปราะเช่นแก้ว
 

ตรงนี้ถ้าใครยังไม่รู้จักว่า shell and tube heat exchanger คืออะไร สามารถอ่านได้ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๐๑๕ วันพุธที่ ๑๕ กรกฎาคม ๒๕๕๘ เรื่อง "ทำความรู้จัก Shell and Tube Heat Exchanger" 
  

จากการสอบสวนพบว่าช่วงเช้าของวันดังกล่าว โรงงานเกิดปัญหาในการเดินเครื่อง ทำให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ปรกติทำงานในช่วงอุณหภูมิ 60 - 230ºC นั้นมีอุณหภูมิลงต่ำลงเหลือ -48ºC ตั้งแต่ช่วงเช้า ทำให้เนื้อโลหะเปลี่ยนสภาพจากมีความเหนียวเป็นแข็งและเปราะ แต่จากการสอบสวนพบว่าแม้ว่าเนื้อโลหะจะมีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ แต่ก็ยังสามารถรับแรงอยู่ได้เนื่องจากในช่วงเวลาดังกล่าวไปจนถึงช่วงเกิดการรั่วไหลนั้นไม่ได้มีแรงกระทำใด ๆ ที่จะทำให้โครงสร้างไม่ว่าจะเป็นส่วน end cover หรือตัว shell นั้นแตกหัก คำถามที่เกิดขึ้นก็คือ แรงกระทำให้เกิดการแตกหักมาจากไหน

รูปที่ ๑๐ โครงสร้างของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่เป็นต้นตอของอุบัติเหตุ

รูปที่ ๑๑ โลหะตรงรอยเชื่อมที่เย็นจัดจะเปราะและแตกง่าย พอมีความเค้นที่เกิดจากการขยายตัวของส่วน shell ที่ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็ว เลยทำให้โลหะตรงรอยเชื่อม (ที่ปรกติก็เป็นจุดอ่อนอยู่แล้ว และยังเป็นจุดสัมผัสด้วย) นั้นแตกร้าวและลามต่อไปยังตัว head ส่งผลให้ตัว end cover นั้นแตกออกเป็นชิ้น ๆ ทำให้มีแก๊สรั่วไหลออกมา

ผลการสอบสวนพบว่าในระหว่างการแก้ปัญหาการเดินเครื่องนั้น เกิดความผิดพลาดที่ทำให้มีของเหลวร้อนไหลเข้าส่วน shell โดยเร็ว ทำให้เนื้อโลหะส่วน shell ร้อนและขยายตัวอย่างรวดเร็วในขณะที่ส่วน end cover นั้น (โดยเฉพาะตรงรอยเชื่อม) ยังคงเย็นจัดอยู่ จากการคำนวณด้วยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์พบว่า ความเค้นที่เกิดขึ้นนั้นสูงเพียงพอที่จะทำให้เนื้อโลหะตรงบริเวณรอยเชื่อมและส่วน end cover ที่ยังคงเย็นจัดอยู่นั้นแตกหัก ตรงนี้ถ้านึกภาพไม่ออก ลองนึกภาพแก้วเย็น ๆ แล้วเติมน้ำเดือดลงไปโดยเร็ว บางทีเราจะเห็นแก้วนั้นแตกร้าว แต่ในกรณีของอุบัติเหตุนี้เนื่องจากในระบบมีความดันอยู่ด้วย เมื่อเกิดการแตกร้าว ชิ้นส่วนที่แตกหักนั้นก็เลยปลิวหลุดออกมา

รูปที่ ๑๒ รูปบนคือหน้าตาของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหลังจากที่เพลิงสงบ เป็นภาพที่มองจากมุมด้านทิศตะวันออกเฉียงเหนือเข้ามา ส่วนรูปล่างคือแนวรอยแตกที่เกิดขึ้นกับส่วน end cover ทางด้าน east end ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ดูรูปที่ ๑๐) เมื่อมองจากด้านข้างทางด้านทิศเหนือและทิศใต้
 

ในขณะที่ระบบการศึกษานั้นมีการกล่าวถึงการพัฒนาไปทางด้านการเรียนรู้ข้ามศาสตร์ต่าง ๆ กันมากขึ้นเพื่อให้สอดคล้องกับสภาพการทำงานจริง แต่ในหลายกรณีกลับพบว่าทั้งผู้เรียนและผู้สอนมีความพยายามที่จะ (ตรงขอยืมคำพูดอาจารย์ท่านหนึ่งที่ได้ยินมาจากการทำประชาพิจารณ์เมื่อวันพฤหัสบดีที่ผ่านมานะครับ) "ขีดเส้นแบ่งสีดำหนา ๆ" ขอบเขตการเรียนรู้หรือเปล่า
 

ผมเองก็ไม่รู้ว่าตัวอย่างที่ยกมาในที่นี้พอจะทำให้เห็นความสำคัญของวิชา Mechanics of Materials สำหรับอาจารย์ที่สอนในภาควิชาวิศวกรรมเคมีและนิสิตเรียนทางด้านวิศวกรรมเคมีได้หรือไม่ (โดยเฉพาะกับตัวอาจารย์เองที่เป็นคนกำหนดเนื้อหาหลักสูตรการเรียน) แต่ส่วนตัวผมเองนั้นยังเห็นว่าสำคัญอยู่ โดยเฉพาะผู้ที่ต้องไปทำงานด้านที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบตัวอุปกรณ์และระบบท่อโดยตรง ส่วนผู้ที่ทำงานด้านการเดินเครื่องนั้น แม้ว่าจะไม่ได้เกี่ยวข้องกับการคำนวณโดยตรง แต่จำเป็นต้องรู้ขีดจำกัดและข้อควรระวังของอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ใช้อยู่ (เพราะเวลาเกิดอุบัติเหตุ คนที่ตายคือคนเดินเครื่อง ไม่ใช่คนออกแบบ)