เมื่อลูกลอยก่อปัญหา MO Memoir : Wednesday 24 June 2563

ลูกลอยเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจวัดระดับของเหลวที่อาศัยการลอยอยู่บนผิวของเหลว ที่ใช้กันในบ้านเรือนทั่วไปก็คือลูกลอยที่อยู่ในถังพักน้ำของโถส้วมชักโครกและถังเก็บน้ำตามบ้าน (ที่รับน้ำประปาเข้ามาเก็บก่อนทำการสูบจ่ายด้วยปั๊มน้ำอีกที) โดยลูกลอยเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการปิดเปิดน้ำ เมื่อระดับน้ำลดลงลูกลอยจะตก วาล์วเปิดให้น้ำไหลเข้าถังก็จะเปิด และเมื่อลูกลอยลอยสูงขึ้น วาล์วก็จะปิด แต่ถ้าหากลูกลอยมีปัญหา เช่นค้างอยู่ที่ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่ง หรือหลุดออกจากก้านที่ยึดมันไว้ ก็จะก่อปัญหาน้ำไม่ไหลเข้าถังเก็บหรือไหลเข้าไม่หยุดได้

  

ในอุตสาหกรรมก็มีการใช้ลูกลอยทั้งในการ วัดระดับของเหลว วัดระดับรอยต่อของของเหลวสองชนิดที่ไม่ละลายเข้าด้วยกัน (เช่นน้ำกับน้ำมัน) ใช้เป็นสวิตช์ควบคุมการเปิดปิดการจ่ายของเหลว ฯลฯ ในอดีตก็เคยมีเหตุการณ์การระเบิดที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งอุปกรณ์วัดระดับที่ใช้ลูกลอยเป็นตัววัดและการแปลผลการอ่านผิดอันได้แก่กรณีการระเบิดที่หน่วย Hydrocracker ที่โรงกลั่นน้ำมัน BP Oil Refinery (Grangemouth) เมื่อปีพ.ศ. ๒๕๓๐ (ดูเรื่อง "เพลิงไหม้และการระเบิดที่ BP Oil (Grangemouth) Refinery 2530(1987) Case 2 การระเบิดที่หน่วย Hydrocraker ตอนที่ ๓" ใน Memoir ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๑๑ พฤศจิกายน ๒๕๖๑) และในบ้านเราก็เคยมีเหตุการณ์การระเบิดที่เกี่ยวข้องกับการอ่านค่าผิดพลาดของระดับลูกลอยที่ใช้วัดระดับรอยต่อระหว่างน้ำกับน้ำมัน (ดูเรื่อง "UVCE case 2 TOC 2539(1996)" ใน Memoir ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๒ กันยายน ๒๕๖๑)

  

สำหรับวันนี้ก็จะเป็นการนำเอาสองเหตุการณ์ที่มีการบันทึกไว้ใน ICI Safety Newsletter ที่เกี่ยวข้องกับการที่ลูกลอยหลุดออกจากตัวอุปกรณ์วัดระดับ และลอยไปอุดท่อของระบบ แต่โชคดีที่ทั้งสองเหตุการณ์นั้นตรวจพบก่อนจะเกิดเหตุร้ายแรงตามมา

เรื่องที่ ๑ ลูกลอยไปอุดท่อระบายไปยัง relief valve

การเลือกถังสำหรับเก็บแก๊สที่สามารถทำให้เป็นของเหลวได้ด้วยการเพิ่มความดันที่อุณหภูมิห้องขึ้นอยู่กับปริมาตรที่ทำการเก็บ ถ้าเป็นการเก็บในปริมาตรไม่มากก็มักจะเก็บในถังทรงกระบอก (ที่เรียกว่า bullet หรือ cylindrical type) วางนอน ถ้าเก็บในปริมาตรที่มากขึ้นก็จะใช้ถังเก็บแบบลูกโลก (ที่เรียกว่า spherical type) แต่ถ้าเก็บในปริมาณที่มากขึ้นไปอีกก็จะเปลี่ยนไปใช้การลดอุณหภูมิเพื่อให้กลายเป็นของเหลวที่ความดันบรรยากาศแทน (ใช้ระบบ cryogenic เข้าช่วย)

รูปที่ ๑ เหตุการณ์ลูกลอยหลุดและลอยไปอุดท่อระบายความดันของถังเก็บแก๊ส LPG

  

ในกรณีของการเก็บในรูปแบบทำให้เป็นของเหลวด้วยการใช้ความดันนั้น ตราบเท่าที่ในถังนั้นยังมีที่ว่างเหนือผิวของเหลวอยู่ ความดันในถังจะคงที่ ไม่ขึ้นกับระดับของเหลวในถัง (ณ อุณหภูมิหนึ่ง ของเหลวจะมีความดันไอคงที่ที่ค่าหนึ่งเท่านั้น) เพราะถ้าระดับของเหลวในถังลดต่ำลง ของเหลวจะระเหยกลายเป็นไอขึ้นมามากขึ้น แต่ถ้าระดับของเหลวในถังเพิ่มสูงขึ้น ส่วนที่เป็นไอบางส่วนจะควบแน่นกลายเป็นของเหลว ดังนั้นความดันในถังจะเพิ่มสูงขึ้นได้ก็ต่อเมื่อในถังนั้นมีของเหลวบรรจุอยู่เต็มจนไม่มีที่ว่างสำหรับให้เกิดไอ

  

เรื่องแรกนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๑๔ เดือนพฤศจิกายน ค.ศ. ๑๙๖๙ (พ.ศ. ๑๕๑๒) เป็นเหตุที่เกิดขึ้นกับถังเก็บแก๊สโพรเพน เมื่อลูกลอยที่ติดตั้งอยู่ภายในถังนั้นหลุดออกมา และไปอุด relief pipe หรือท่อระบายความดัน (ซึ่งน่าจะเป็นท่อที่ต่อไปยัง relief valve) รายงานไม่ได้ระบุว่าเป็นถังที่เกิดเหตุเป็นถังเก็บชนิดไหน แต่ดูจากขนาดของถังที่พองขึ้นถึง ๖ นิ้ว (โดยที่ยังไม่เกิดความเสียหาย) และการมีขั้นบันได้สำหรับปีนขึ้นไป ก็เดาว่าถังนั้นน่าจะเป็นถังแบบลูกโลก

  

ย่อหน้าสุดท้ายของเรื่องดังกล่าวยังกล่าวไว้ว่า เหตุการณ์นี้อาจเป็นเหตุการณ์ประเภทที่มีโอกาสเกิด ๑ ในล้าน แต่กระนั้นก็ได้ขอให้ช่วยกันตรวจสอบดูแลว่ามันจะไม่เกิดขึ้น

 

แต่เอาเข้าจริงไม่ต้องรอถึงหนึ่งล้านปี เพราะแค่สิบปีต่อมาก็มีเรื่องทำนองเดียวกันอีก

เรื่องที่ ๒ เมื่อลูกลอยไปอุดท่อ vapour return line

คำว่า "still" เราอาจชินกับความหมายว่า "ยังคง ... อยู่" (เช่น still busy ที่แปลว่ายังคงยุ่งอยู่) หรือ "อยู่นิ่ง" (เช่นในคำว่า stand still ที่แปลว่ายืนนิ่ง ๆ) แต่คำนี้ก็ยังมีอีกความหมายหนึ่งก็คือ "หม้อต้ม" ที่เป็นศัพท์ที่ใช้กันในวงการต้มเหล้า ที่ต้องมีการกลั่นแยกน้ำและแอลกอฮอล์ออกจากกันเพื่อให้ได้ความเข้มข้นแอลกอฮอล์สูงขึ้น ทำให้คำนี้ลากเข้ามาเกี่ยวข้องกับกระบวนการกลั่นที่ต้องมีการต้มของเหลวบางส่วนให้กลายเป็นไอและป้อนกลับเข้าไปในหอใหม่ โดยเรียกอุปกรณ์ตัวนี้ว่า "still" หรือ "reboiler" ที่มีคนแปลเป็นไทยว่า "หม้อต้มซ้ำ"

  

ในหอกลั่นนั้นจะมีการสัมผัสกับระหว่างของเหลวที่ไหลลงล่างและไอที่ลอยขึ้นบน การเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างของเหลวและไอทำได้ด้วยการติดตั้งสิ่งที่เรียกว่า "plate" หรือ "tray" หรือวัสดุที่เรียกว่า "packing" ตัว packing นั้นอาจเป็นวัสดุชิ้นใหญ่ (เช่นแบบที่เราจะเห็นได้ในหอทำน้ำเย็นของเครื่องปรับอากาศที่ใช้กับเครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่) หรือเป็นวัสดุชิ้นเล็ก (ที่อาจมีขนาดเพียงไม่กี่เซนติเมตรไปจนถึงหลายเซนติเมตร) ในกรณีของ packing ที่เป็นชิ้นเล็กนั้น การติดตั้งต้องระวังไม่ให้มันหลุดตกลงมาข้างล่างได้ เพราะมันอาจอุดตันท่อที่อยู่ข้างล่างหอกลั่นนั้นได้

  

การกลั่นสุญญากาศ (vacuum distillation) ไม่ได้หมายความว่าในหอกลั่นไม่มีความดันเลยนะครับ แต่หมายถึงการกลั่นที่ความดันในหอกลั่นนั้นต่ำกว่าความดันบรรยากาศ การกลั่นที่ความดันต่ำกว่าบรรยากาศนี้ทำเพื่อลดอุณหภูมิจุดเดือดของของเหลว ทำให้กลั่นแยกของเหลวได้ที่อุณหภูมิที่ต่ำลง และยังป้องกันการสลายตัวของสารเนื่องจากอุณหภูมิสูงได้ (สารหลายชนิดนั้นมันไม่มีจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ คือถ้าให้ความร้อนแก่มัน มันจะสลายตัวก่อนที่จะระเหยกลายเป็นไอ) ตัวอย่างการใช้การกลั่นสุญญากาศได้แก่การกลั่นน้ำมันดิบ โดยปรกติจะนำเอาน้ำมันดิบมากลั่นที่ความดันบรรยากาศก่อนเพื่อแยกเอาองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำออกไปก่อน (เช่นพวกน้ำมันก๊าดและพวกที่มีจุดเดือดต่ำกว่า) จากนั้นจึงนำน้ำมันส่วนที่เหลือมากลั่นแยกในหอกลั่นสุญญากาศอีกที เพื่อแยกพวกที่มีจุดเดือดสูงออกจากกัน (เช่นดีเซล น้ำมันเตา น้ำมันที่ใช้เป็นน้ำมันพื้นฐานสำหรับผลิตน้ำมันหล่อลื่น ยางมะตอย) การทำสุญญากาศในหอกลั่นจะกระทำที่ยอดหอ ในกรณีของการทำสุญญากาศต่ำไม่มากกับระบบที่มีขนาดใหญ่มาก (เช่นหอกลั่นน้ำมัน) จะนิยมใช้ steam ejector เป็นตัวทำสุญญากาศ ที่อาจติดตั้งเพียงตัวเดียวหรือหลายตัวต่ออนุกรมกัน

 

ของเหลวที่ออกทางด้านล่างของหอกลั่นนั้นจะไหลเข้าสู่หม้อต้ม (still หรือ reboiler) หม้อต้มนี้จะต้มของเหลวเพื่อระเหยองค์ประกอบที่มีจุดเดือดต่ำให้ระเหยกลายเป็นไอกลับเข้าไปในหอใหม่

  

เรื่องที่สองนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๑๒๒ ประจำเดือนเมษายน ค.ศ. ๑๙๗๙ (พ.ศ. ๒๕๒๒) เนื้อหาเหตุการณ์มีเพียงแค่ ๓ บรรทัดเศษ ไม่ได้บรรยายด้วยไวยากรณ์ที่ซับซ้อนหรือศัพท์ที่คนปรกติเขาไม่ใช้กัน แต่สำหรับคนที่เพิ่งจะเรียนวิศวกรรมเคมีหรือไม่เคยเห็นของจริง อาจอ่านไม่รู้เรื่องเลยก็ได้ว่าคำต่าง ๆ ที่ปรากฏนั้นมันคืออะไร เพราะถ้าค้นความหมายดูก็มักจะเจอกับความหมายที่ใช้กันในชีวิตประจำวันทั่วไป แต่ความหมายทางเทคนิคนั้นแตกต่างออกไป ก็เลยต้องขอปูพื้นฐานซะยาวเหยียด

  

รูปที่ ๒ เหตุการณ์ลูกลอยหลุดเข้าไปอุด vapour return line ของหม้อต้ม

เหตุการณ์ก็ไม่มีอะไรมาก ลูกลอยหลุดและไปอุดท่อ vapour line พอไอที่เกิดขึ้นนั้นไหลกลับเข้าหอกลั่นไม่ได้ ความดันในหม้อต้มก็สูงขึ้น ทำให้อุณหภูมิในหม้อต้มสูงตามไปด้วย ตอนแรกนั้นพนักคิดว่าการอุดตันนั้นเกิดจาก packing แต่เมื่อถอดออกดูกลับพบว่าเป็นลูกลอยที่ใช้วัดระดับของเหลวสูงเกิน ในกรณีเช่นนี้ของเหลวไม่จำเป็นต้องท่วมหม้อต้ม การเดือดของของเหลวในหม้อต้มและความเร็วของไอที่ไหลออกไปทางท่อ vapour line นั้นสามารถพัดพาลูกลอยเข้าไปในท่อ vapour line ได้

สิบปีก่อนหน้านั้นเขายังคิดว่ามันเป็นเหตุการณ์ที่มีโอกาสเพียงแค่หนึ่งในล้าน เอาเข้าจริง ๆ มันก็เกิดได้ในเวลาเพียงแค่สิบปี นั่นก็แสดงให้เห็นความสำคัญของการที่เราควรต้องเรียนรู้เหตุการณ์ที่เคยเกิดขึ้นในอดีต เพื่อป้องกันไม่ให้มันเกิดซ้ำได้อีกในอนาคต

ความดันในถังแก๊สหุงต้ม MO Memoir : Friday 24 August 2562

ไม่กี่วันก่อนหน้านี้ได้เห็นคำถามเกี่ยวกับความดันในถังแก๊สหุงต้มบนหน้าเว็บบอร์ดแห่งหนึ่ง (รูปที่ ๑ ข้างล่าง) ส่วนที่ว่าคำถามดังกล่าวมีคนตอบไว้อย่างไรบ้างในเว็บบอร์ดนั้น ก็ขอให้ลองค้นเอาเองก็แล้วกัน และอันที่จริงเรื่องนี้ก็เคยอธิบายไว้เมื่อหลายปีที่แล้ว

รูปที่ ๑ คำถามที่มีผู้ถามเกี่ยวกับความดันในถังแก๊สหุงต้ม

อย่างแรกที่ต้องทำความเข้าใจก่อนก็คือ เราสามารถใช้การเพิ่มความดันในการทำให้แก๊สเป็นของเหลวได้ แต่มีข้อแม้ก็คืออุณหภูมิที่เราทำการเพิ่มความดันนั้นต้อง "ต่ำกว่า critical temperature" ของแก๊สนั้น และแก๊สหุงต้ม (โพรเพน และบิวเทน) ที่เราใช้กันนั้นมี critical temperature สูงกว่าอุณหภูมิห้อง

ส่วนที่ว่าความดันในถังแก๊สหุงต้มจะเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเราดึงแก๊สออกมาใช้งาน และจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราอัดแก๊สหุงต้มลงถัง เรื่องนี้เคยอธิบายไว้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๖๖๒ วันศุกร์ที่ ๖ กันยายน ๒๕๕๖ เรื่อง "PV diagram กับการอัดแก๊ส" ซึ่งรูปที่ ๒ และ ๓ ก็นำมาจาก Memoir ฉบับดังกล่าว

รูปที่ ๒ สมมุติว่าในช่วงแรกความดันแก๊สหุงต้มในถังคือ P1 เมื่อเราดึงแก๊สหุงต้มออกมาใช้งาน (เราดึงตรงส่วนที่เป็นไอที่อยู่เหนือผิวของเหลว) ความดันเหนือผิวของเหลวจะลดลง แต่ของเหลวจะระเหยขึ้นมาชดเชยส่วนที่เป็นไอที่หายไป ดังนั้นความดันแก๊สในถัง (P2) จะยังคงเท่าเดิม (P2 = P1) แต่ปริมาตรส่วนที่เป็นไอจะเพิ่มมากขึ้น ในขณะที่ปริมาตรส่วนที่เป็นของเหลวจะลดลง แต่ถ้าเมื่อใดก็ตามที่ไม่มีของเหลวเหลืออยู่ในถัง ความดันในถังก็จะลดลง (P3 < P1, P2)

รูปที่ ๓ การอัดแก๊สหุงต้มลงถัง สมมุติว่าเริ่มแรกเรามีแก๊สความดัน P4 อยู่ในถัง พอเราอัดแก๊สให้มีความดันสูงขึ้น ตราบเท่าที่ยังไม่มีการควบแน่น ความดัน P4 ในถังก็จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ แต่พอความดันสูงถึงระดับหนึ่ง (P5) แก๊สบางส่วนจะเกิดการควบแน่นเป็นของเหลว จากจุดนี้แม้ว่าจะพยายามอัดความดันให้กับถังอีก ความดันในถัง (P6) ก็จะไม่เพิ่มสูงขึ้น เพราะส่วนที่เป็นไอจะกลายเป็นของเหลว ทำให้ปริมาตรเฟสของเหลวเพิ่มมากขึ้น ส่วนปริมาตรเฟสที่เป็นไอลดน้อยลง

รูปที่ ๔ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างความดัน (bar.g) กับอุณหภูมิ (C) ของ LPG ที่สัดส่วนผสม โพรเพน:บิวเทน ต่าง ๆ โดยน้ำหนัก (สัดส่วน 100:0 คือโพรเพนบริสุทธิ์ สัดส่วน 0:100 คือบิวเทนบริสุทธิ์) รูปนี้นำมาจาก Memoir ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๔๙๘ วันพฤหัสบดีที่ ๑๑ มกราคม ๒๕๖๑ เรื่อง "ถัง LPG ระเบิดจากการได้รับความร้อนสูงเกิน"

ข้อมูลจาก https://www.engineeringtoolbox.com/propane-butane-mix-d_1043.html

แก๊สที่ไม่สามารถอัดให้เป็นของเหลวได้ ณ อุณหภูมิที่ทำการเพิ่มความดันนั้น เราสามารถใช้ความดันในถังเป็นตัวบ่งบอกปริมาณแก๊สในถังได้ และโดยปรกติก็ทำกันอย่างนั้น เพราะพอถังต้องรับความดันสูง ถังก็จะมีน้ำหนักมากกว่าน้ำหนักแก๊สในถังมาก จึงยากที่จะใช้การชั่งน้ำหนักเป็นตัวบอกปริมาณแก๊สในถัง แต่สำหรับแก๊สที่ควบแน่นเป็นของเหลว ณ อุณหภูมิที่ทำการเพิ่มความดันได้นั้น (เช่นแก๊สหุงต้ม ณ อุณหภูมิห้อง) มันแตกต่างออกไป
  

เมื่อเราเริ่มเติมแก๊สหุงต้มลงถังเปล่านั้น เริ่มแรกความดันในถังจะเพิ่มขึ้น จนถึงระดับหนึ่งแก๊สจะควบแน่นเป็นของเหลว ต่อจากนั้นแม้ว่าเราจะเติมแก๊สหุงต้มลงไปในถังอีก แก๊สที่เติมเข้าไปก็จะควบแน่นเป็นของเหลว ความดันในถังก็จะไม่เพิ่มขึ้นทั้ง ๆ ที่ปริมาณแก๊ส (หรือน้ำหนักแก๊ส) ในถังเพิ่มขึ้น ด้วยเหตุนี้การบรรจุแก๊สหุงต้มจึงต้องใช้การชั่งน้ำหนักแทนการใช้การวัดความดันในการบอกปริมาณแก๊สที่มีอยู่ในถัง
  

ส่วนที่ว่าความดันในถังแก๊สควรเป็นเท่าใดนั้นขึ้นอยู่กับว่าแก๊สหุงต้มที่ใช้นั้นประกอบด้วยโพรเพน (propane C₃H₈) กับบิวเทน (butane C₄H₁₀) ในสัดส่วนเท่าใด คือมันเปิดโอกาสให้เป็นไปได้ตั้งแต่โพรเพนบริสุทธิ์ไปจนถึงบิวเทนบริสุทธิ์ แต่ในการออกแบบถังนั้นเพื่อให้มันสามารถครอบคลุมการใช้งานได้ทุกช่วงองค์ประกอบของแก๊ส ก็จะออกแบบโดยอิงจากความดันของโพรเพนบริสุทธิ์เพราะมันเป็นตัวที่มีความดันไอสูงสุด กล่าวคือถ้าถังนั้นสามารถบรรจุโพรเพนบริสุทธิ์ได้อย่างปลอดภัย มันก็สามารถบรรจุแก๊สผสมระหว่างโพรเพนกับบิวเทนได้อย่างปลอดภัย
  

ในท้องที่ที่อากาศหนาวที่มีอุณหภูมิต่ำ (เช่นต่ำกว่า 0ºC) แก๊สหุงต้มก็จะมีสัดส่วนโพรเพนที่สูงหรืออาจเป็นโพรเพน บริสุทธิ์ก็ได้ ทั้งนี้เพื่อให้มันสามารถระเหยกลายเป็นไอออกมาได้ (จุดเดือดของบิวเทนสูงกว่า 0ºC เล็กน้อย) แต่สำหรับท้องที่ที่อากาศร้อนหรือค่อนข้างร้อน ก็สามารถใช้แก๊สที่มีสัดส่วนบิวเทนสูงขึ้นได้ เพื่อไม่ให้ความดันในถังนั้นสูงเกินไป อย่างเช่นแก๊สหุงต้มในบ้านเรา เท่าที่ทราบก็เคยมีการบรรจุแก๊สที่มีสัดส่วนโพรเพนต่อบิวเทนอยู่ในช่วงตั้งแต่ 70:30 (โพรเพน 70 ส่วนต่อบิวเทน 30 ส่วน) ไปถึงประมาณ 50:50 (โพรเพน 50 ส่วนต่อบิวเทน 50 ส่วน) ดังนั้นความดันในถังจึงขึ้นอยู่กับสัดส่วนโพรเพนต่อบิวเทนของแก๊สที่ทำการบรรจุและอุณหภูมิสถานที่ตั้งถังแก๊ส (รูปที่ ๔)

ถัง LPG ระเบิดจากการได้รับความร้อนสูงเกิน MO Memoir : Thursday 11 January 2561

แก๊สปิโตรเลียมเหลวที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า Liquified Petroleum Gas หรือย่อว่า LPG นั้น เป็นแก๊สเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยโพรเพน (propane C₃H₈) และบิวเทน (butane C₄H₁₀) ที่สัดส่วนต่าง ๆ ส่วนที่ว่าจะมีโพรเพนและบิวเทนในสัดส่วนเท่าใดนั้นก็ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศที่จะนำแก๊สนั้นไปใช้ ในสถานที่ที่มีอากาศหนาวจนถึงช่วงอุณหภูมิติดลบ ต้องใช้แก๊สที่มีสัดส่วนโพรเพนที่สูงหรือเป็นโพรเพนบริสุทธิ์ (จุดเดือดของบิวเทนอยู่ที่ประมาณ -1ºC) แต่สำหรับภูมิอากาศร้อนก็ต้องลดสัดส่วนของโพรเพนลง (เพื่อไม่ให้ความดันในถังนั้นสูงเกินไป) โดยไปเพิ่มสัดส่วนบิวเทนให้สูงขึ้นทดแทน
 

ในกรณีของประเทศไทยนั้น ประกาศกรมธุรกิจพลังงานเรื่อง "กำหนดคุณลักษณะและคุณภาพของก๊าซปิโตรเลียมเหลว พ.ศ. ๒๕๕๙" กำหนดความดันไอ ณ อุณหภูมิ 37.8ºC ไว้ที่ไม่สูงกว่า 1380 kPa หรือ 13.8 bar ซึ่งถ้าดูค่าความดันไอในรูปที่ ๑ ข้างล่าง ก็จะเห็นว่าแก๊ส LPG ที่ขายในบ้านเรานั้นสามารถที่จะเป็นโพรเพนบริสุทธิ์ได้

รูปที่ ๑ กราฟความสัมพันธ์ระหว่างความดัน (bar.g) กับอุณหภูมิ (C) ของ LPG ที่สัดส่วนผสม โพรเพน:บิวเทน ต่าง ๆ โดยน้ำหนัก (สัดส่วน 100:0 คือโพรเพนบริสุทธิ์ สัดส่วน 0:100 คือบิวเทนบริสุทธิ์)

ข้อมูลจาก  https://www.engineeringtoolbox.com/propane-butane-mix-d_1043.html
 

ในสถานที่ที่มีผู้ใช้แก๊สหลายรายนั้น แทนที่จะใช้การตั้งถังแก๊สให้กับผู้ใช้แต่ละราย ก็จะใช้วิธีการติดตั้งถังแก๊สเอาไว้ในบริเวณที่จัดไว้เฉพาะที่มักอยู่ภายนอกอาคาร (ดังตัวอย่างในรูปที่ ๒) จากนั้นจึงเดินท่อจากถังแก๊สที่ตั้งอยู่ภายนอกไปยังจุดใช้แก๊สแต่ละตำแหน่ง ความดันแก๊สจ่ายออกจากถังจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิโดยรอบถัง สำหรับในบ้านเราที่อุณหภูมิค่อนข้างจะสูงนั้น ไม่ค่อยจะมีปัญหาเรื่องความดันไม่สูงพอ แต่สำหรับประเทศที่มีอากาศหนาวต่อเนื่องเป็นเวลานานหลายวันนั้น จะเกิดปัญหาความดันในถังลดต่ำลงจนไม่สามารถจ่ายแก๊สให้พอกับความต้องการได้
 

ตรงนี้ขอทบทวนความเข้าใจนิดนึง แก๊สหุงต้มที่อยู่ในถังนั้นมันเป็น "ของเหลว" ภายใต้ความดัน การบรรจุแก๊สลงถังก็จะบรรจุโดยที่ระดับของเหลวนั้นไม่เต็มถัง (อาจอยู่ราว ๆ ประมาณ 85%) เวลาใช้งานก็จะดึงเอาส่วนที่เป็นไอที่อยู่ทางด้านบนเหนือผิวของเหลวมาใช้ (ด้วยเหตุนี้เวลาที่ใช้แก๊สหุงต้มเขาถึงบอกว่าให้วางถังในแนวตั้ง) และเนื่องจากแก๊สในถังเป็นของเหลวภายใต้ความดัน ดังนั้นตราบเท่าที่ภายในถังยังมีของเหลวอยู่ ความดันแก๊สในถังจึงขึ้นกับ "อุณหภูมิ" เท่านั้น ่ไม่ขึ้นกับปริมาณของเหลวที่มีอยู่ในถัง

รูปที่ ๒ ถังแก๊สหุงต้มต่อขนานกันเพื่อจ่ายแก๊สให้กับผู้ค้าในโรงอาหาร ในกรณีนี้จะเป็นการวางไว้นอกอาคาร และใช้ความดันแก๊สภายในถังเป็นตัวส่งแก๊สไปยังผู้ใช้รายต่าง ๆ

ในท้องถิ่นที่อุณหภูมิอากาศในช่วงหน้าหนาวนั้นต่ำกว่า 0ºC ต่อเนื่องกันเป็นเวลานาน อาจจำเป็นต้องปรับส่วนผสมแก๊สหุงต้มให้เปลี่ยนไปตามฤดูกาล คือถ้าเป็นหน้าหนาวก็ให้มีโพรเพนในสัดส่วนที่สูงขึ้น แต่พอเป็นหน้าร้อนก็ลดสัดส่วนโพรเพนลง (แต่ถ้าเป็นประเทศที่แก๊สหุงต้มประกอบด้วยโพรเพนอย่างเดียว ก็ไม่จำเป็นต้องปรับแต่องค์ประกอบอะไร เพียงแค่ออกแบบถังให้แข็งแรงพอที่จะรับความดันจากโพรเพนในหน้าร้อนได้อย่างปลอดภัยก็พอ) 
  

แต่ก็อาจมีบางครั้งเหมือนกันที่อุณหภูมิอากาศลดต่ำลงอย่างรวดเร็ว และ/หรือแก๊สที่ซื้อมาตั้งแต่ตอนอากาศร้อนนั้นยังใช้ไม่หมด ทำให้พออากาศเย็นลง ความดันในถังแก๊สก็เลยลดต่ำลง จนไม่สามารถจ่ายแก๊สได้ทันต่อความต้องการ แต่ปัญหานี้ก็พอแก้ไขได้ด้วยการให้ความร้อนแก่ถังแก๊ส เพื่อให้แก๊สในถังมีอุณหภูมิสูงขึ้น ความดันแก๊สในถังจะได้เพิ่มขึ้น
 

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้เป็นเรื่องเกี่ยวกับถังแก๊สหุงต้ม ที่นำมาจาก Loss Prevention Bulletin ฉบับที่ ๒๐ ประจำเดือนเมษายน ปีค.ศ. ๑๙๗๘ (พ.ศ. ๒๕๒๑) ในหัวข้อเรื่อง "Hazard of gas cylinder" (รูปที่ ๓)
 

รูปที่ ๓ ถัง LPG ได้รับความร้อนจากฮีทเตอร์ไฟฟ้า แต่วาล์วขาออกถูกปิดเอาไว้ ทำให้ความดันในถังเพิ่มขึ้นจนถังระเบิด

อุบัติเหตุเกิดขึ้นเมื่อมีการให้ความร้อนแก่ถังแก๊สด้วยฮีทเตอร์ไฟฟ้า แต่ด้วยความผิดพลาดทำให้ถังแก๊สนั้นปิดอยู่ ทำให้ความดันแก๊สในถังเพิ่มสูงขึ้นจนถังระเบิดและทำให้มีผู้เสียชีวิต ๑ ราย (ถ้าถังนั้นเปิดอยู่ แก๊สที่ระเหยออกมาก็จะถูกดึงออกไปใช้งาน แก๊สจะไม่สะสมในถัง ทำให้ความดันในถังไม่เพิ่มขึ้นมาก)
 

การให้ความร้อนแก่พื้นผิวโลหะใด ๆ ด้วยการใช้ขดลวดไฟฟ้านั้นแตกต่างไปจากการใช้สารตัวกลาง (เช่น น้ำ น้ำมัน ไอน้ำ หรืออากาศ) ให้ความร้อน เมื่อเราใช้สารตัวกลางที่มีอุณภูมิสูงในการถ่ายเทความร้อนให้กับพื้นผิวโลหะ พื้นผิวโลหะนั้นจะมีอุณหภูมิไม่สูงเกินอุณหภูมิของสารตัวกลางที่เป็นตัวจ่ายความร้อน (ลองนึกภาพง่าย ๆ ถ้าคุณใช้น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 100ºC ในการทำให้เหล็กร้อน เหล็กชิ้นนั้นจะไม่มีทางที่จะมีอุณหภูมิสูงเกินกว่า 100ºC) แต่การใช้ขดลวดไฟฟ้าให้ความร้อนนั้นแตกต่างกัน เพราะถ้าหากผิวโลหะนั้นไม่มีตัวกลางที่จะดึงเอาความร้อนออกจากผิวโลหะ ผิวโลหะนั้นก็จะมีอุณหภูมิสูงขึ้นได้เรื่อย ๆ จนกระทั่งไม่สามารถทนต่อความดันภายในได้
 

กรณีของเหตุการณ์ที่ยกมานี้ ความร้อนจากฮีทเตอร์ไฟฟ้านั้นจ่ายให้กับถังโดยตรง (คงมีการสัมผัสกับโดยตรงระหว่างฮีทเตอร์กับถังแก๊ส) การระเบิดของถังคงเป็นผลที่เกิดจากความดันภายในถังที่เพิ่มสูงขึ้นประกอบกับความแข็งแรงของถังนั้นลดต่ำลงอันเป็นผลจากอุณหภูมิเนื้อโลหะที่สูงขึ้น
 

ในกรณีนี้วิธีการที่ปลอดภัยกว่าคือการให้ความร้อนแก่อากาศก่อน จากนั้นจึงค่อยให้อากาศร้อนนั้นถ่ายเทความร้อนให้กับถังอีกทีหนึ่ง แต่ถังนี้ต้องทำการคำนวณยืนยันก่อนด้วยว่า ถ้าหากเกิดกรณีที่ถังแก๊สปิดอยู่แต่ยังปล่อยให้อากาศร้อนนั้นไหลผ่านถัง ความดันในถังต้องไม่สูงเกินความดันที่ปลอดภัยในการทำงานด้วย 
  

ในบทความบอกว่าไม่ควรใช้น้ำร้อนหรือไอน้ำหรือของเหลวถ่ายเทความร้อน เพื่อให้ความร้อนแก่ถังโดยที่มีการสัมผัสโดยตรงเพราะจะทำให้ถังขึ้นสนิมได้ แต่ไม่ได้กล่าวถึงกรณีที่ถ้าหากตัวกลางเหล่านั้นไหลวนอยู่ในท่อที่พันรอบถังอยู่ จะทำได้หรือไม่ แต่ถ้าจะให้ปลอดภัยก็น่าจะเป็นการให้ความร้อนแก่อากาศก่อน จากนั้นจึงค่อยให้อากาศร้อนนั้นถ่ายเทความร้อนให้แก่ถังอีกที

วาล์วลดความดันหัวถังแก๊สหุงต้ม (LPG Regurator) MO Memoir : Sunday 9 April 2560

ไหน ๆ มันก็เสียแล้ว ก็เลยถือโอกาสเอามารื้อเล่นดูข้างในเลยว่ามันมีอะไรอยู่บ้าง
 

วาล์วลดความดันหัวถังแก๊สหุงต้ม (LPG Regulator) เห็นมีขายอยู่สองแบบ แบบแรกเป็นชนิดที่ใช้กันทั่วไปในบ้านเรือน เป็นชนิดความดันต่ำ (หมายถึงความดันด้านขาออก) เหมาะสำหรับการใช้กับเตาแก๊สหุงต้ม ชนิดนี้หาซื้อได้ตามร้านขายแก๊ส อีกชนิดหนึ่งเป็นชนิดความดันสูง ที่สามารถปรับความดันด้านขาออกได้ว่าจะให้เป็นเท่าใด (แต่ต้องต่ำกว่าความดันในถัง) เหมาะสำหรับการใช้กับพวกหัวเชื่อมแก๊สหรือหัวตัดแก๊ส ชนิดนี้หาซื้อได้ตามร้านขายอุปกรณ์ช่าง
 

ปลายเดือนที่แล้วพบว่ามีแก๊สรั่วออกมาทีละน้อยในครัว ตอนแรกก็นึกว่าเป็นที่วาล์วหัวเตาแก๊ส (เพราะเห็นมันเริ่มผุแล้ว จากการเจอน้ำท่วมปี ๒๕๕๔) แต่ขนาดเปลี่ยนเตาแก๊สแล้วก็ยังมีกลิ่นรั่วอยู่ เลยต้องต้องทำการตรวจสอบใหม่ละเอียดอีกครั้ง คราวนี้พบว่าปัญหาอยู่ที่ตัว regulator เอง ไม่ได้อยู่ตรงจุดเชื่อมต่อใด ๆ เป็นที่ตัวปุ่มกดเปิด (เลข (2) ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง) คือตอนเปิดใช้แก๊สมันไม่มีปัญหา เพราะแก๊สจะไหลออกไปทางหัวเตาแก๊ส แต่พอปิดหัวเตาแก๊ส จะทำให้มีความดันสะสมในตัว regulator และท่อสายยางทื่เชื่อมต่อกับเตาแก๊ส ทำให้มีแก๊สรั่วผ่านออกมาทีละน้อย ๆ แต่มากพอได้กลิ่นถ้าทิ้งไว้สักพัก พอเปลี่ยนตัวใหม่ปัญหาก็หมดไป ก็เลยเอาตัวเก่ามารื้อเล่นดู วันนี้ถือว่าเล่าเรื่องด้วยรูปก็แล้วกัน

รูปที่ ๑ วาล์วลดความดันหัวถังแก๊สหุงต้ม หรือ LPG Regulator (1) คือด้านต่อเข้ากับหัวถังแก๊ส (2) ตรงนี้เป็นปุ่มสำหรับกดเปิดวาล์วให้แก๊สไหลผ่าน เป็นจุดที่พบปัญหาการรั่วไหล (3) คือด้านขาออก (4) ฝาปิดช่องสำหรับปรับตั้งความดันขาออก วาล์วตัวนี้เป็นชนิดที่มีระบบป้องกันเวลาแก๊สพุ่งออกจากหัวถังกระทันหัน (เช่นตอนเปิดถังแก๊ส หรือสายยางหลุด) คือถ้าเกิดเหตุการณ์ดังกล่าววาล์วจะปิด ต้องกดปุ่ม (2) เพื่อให้วาล์วมันเปิด ตรงนี้คนขายเล่าให้ฟังว่าบางคนไม่รู้ว่ามันต้องทำอย่างนี้ เช่นตอนให้แก๊สมาส่งก็ให้คนส่งแก๊สเปลี่ยนถังแก๊สให้ด้วยเลย พอถึงเวลาต้องมาเปลี่ยนถังแก๊สเอง พอเปลี่ยนเรียบร้อยแล้วเปิดแก๊สพบว่าไม่มีแก๊สไหลผ่าน ก็โทษว่าตัว regulator เสีย
  

รูปที่ ๒ เกลียวด้านที่ต่อเข้ากับหัวถังแก๊สเป็นเกลียว "เวียนซ้าย" นะ เหมือนกันทุกยี่ห้อ (แบบเดียวกับนอตที่ยึดใบพัดพัดลมเข้ากับแกนมอเตอร์) อันที่จริงเพียงแค่ขันตึงด้วยมือก็ไม่มีการรั่วซึมแล้ว ไม่ต้องถึงขั้นเอาประแจขันอัด (จะว่าไปมันก็ไม่มีที่ให้ประแจจับซะด้วย)

รูปที่ ๓ ถอดฝาครอบด้านบน (เป็นฝาเกลียว) ออกมา ก็พบร่องสำหรับขันปรับแรงกดสปริง จะว่าไปส่วนนี้เป็นส่วนที่ผู้ใช้ไม่ต้องไปยุ่งอะไร ผู้ผลิตเขาปรับตั้งความด้านด้านขาออกมาให้เรียบร้อยแล้ว เราทำเพียงแค่ต่อมันเข้ากับถังแก๊สเท่านั้น

รูปที่ ๔ ถอดฝาครอบเปิดมาจะเห็นแผ่นยางไดอะแฟรมที่มีแผ่นโลหะบาง ๆ วางอยู่ข้างบน แผ่นโลหะนี้ทำหน้าที่รองรับแรงกดของสปริงและทำให้แผ่นยางรองรับความดันแก๊สที่กระทำอีกทางด้านหนึ่งได้ โดยที่ตัวแผ่นยางไม่เสียรูปทรง

รูปที่ ๕ ด้านใต้แผ่นยางจะมีเดือยที่มีรูตรงกลางยื่นลงไป เดือยนี้จะมีคานกระดกสอดอยู่ อีกด้านหนึ่ง (ตรงลูกศรยาวสีเหลืองชี้) อีกด้านจะมีจุกยางกดปิดรูแก๊สไหลมาจากหัวถังแก๊ส

รูปที่ ๖ ถอดนอตสองตัวที่ยึดเดือยบานพับของคานกระดกออก ก็จะเห็นรูแก๊สเข้าอยู่ข้างใต้

รูปที่ ๗ ที่นี้มาถอดตัวปุ่มกดดูบ้าง ทำเพียงแค่ขันมันออกมา (ควรต้องเปิดฝาครอบตัวแผ่นไดอะแฟรมออกก่อน ไม่เช่นนั้นมันไม่มีที่ว่างให้ประแจจับ พบว่าข้างในมันไม่มีอะไร มีแต่ลูกบอลกลม ๆ การทำงานคงอาศัยหลักการที่ว่าแก๊สที่พุ่งมากระทันหันจะไปดันให้ลูกบอลไปอัดปิดรูด้านตรงข้าม ทำให้แก๊สไหลออกไม่ได้ ต้องกดปุ่มให้ลูกบอบขยับตัว แก๊สจึงไหลออกได้

รูปที่ ๘ ชิ้นส่วนทั้งหมดที่รื้อออกมา มีโอริงสีดำเล็ก ๆ หลุดออกมาด้วยตัวนึง ไม่ทันสังเกตว่าหลุดออกมาจากไหน คิดว่าน่าจะมาจากในหัวต่อทองเหลือง โดยทำหน้าที่กันการรั่วเวลาที่ลูกบอลถูกแรงดันแก๊สกดอัด อันที่จริงหัวต่อทองเหลืองยังถอดแยกชิ้นส่วนได้อีก แต่ไม่รู้ว่าจะถอดยังไง เห็นข้างในมีตะแกรงกรองแก๊สอยู่ด้วย

รูปสุดท้ายไม่เกี่ยวอะไรกับเรื่องที่เล่ามา เพียงแต่ว่าเห็นหน้ากระดาษมันว่าง ก็เลยเอาภาพแม่น้ำเจ้าพระยากที่ถ่ายจากห้องประชุมกรมการค้าต่างประเทศ สนามบินน้ำ เมื่อต้นเดือนมีนาคมที่ผ่านมา เอามาลงไว้เป็นที่ระลึกซะหน่อย

ถังเก็บ LPG และ LNG (คิดสักนิดก่อนกดแชร์ เรื่องที่ ๙) MO Memoir : Tuesday 15 November 2559

รูปข้างล่างเห็นมีคนเขากดแชร์บนหน้า facebook ตอนดูหัวข้อแล้วก็รู้สึกแปลก ๆ พอได้อ่านคำอธิบายของเขาก็ยิ่งรู้สึกแปลกไปใหญ่ ยังไงลองอ่านเอาเองดูก่อนไหมครับ ว่าคุณจะรู้สึกอย่างผมหรือไม่
  

รูปที่ ๑

LPG ย่อมาจาก Liquefied Petroleum Gas โดยทั่วไปจะหมายถึงไฮโดรคาร์บอน C3 (ได้แก่โพรเพน) และ C4 (ได้แก่บิวเทน) ที่อยู่ในรูปของเหลว โดยอาจเป็นสารบริสุทธิ์หรือสารผสมระหว่าง C3 กับ C4 ในสัดส่วนต่าง ๆ ก็ได้
 

LNG ย่อมาจาก Liquefied Natural Gas โดยทั่วไปจะหมายถึงไฮโดรคาร์บอน C1 (ได้แก่มีเทน) ที่อยู่ในรูปของเหลว
 

การทำให้แก๊สกลายเป็นของเหลวได้นั้น จำเป็นที่ต้องทำให้แก๊สนั้นมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิวิกฤต (T_c หรือ critical temperature) ในกรณีของแก๊สที่มีค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้อง (ไม่ว่าจะในฤดูกาลใดก็ตาม) เรามักจะทำให้แก๊สนั้นควบแน่นเป็นของเหลวด้วยการใช้ความดันเพียงอย่างเดียว คืออัดแก๊สให้มีความดันสูงขึ้น มันก็จะกลายเป็นของเหลวได้เอง แก๊สหุงต้มหรือ LPG ที่ใช้กันตามบ้านเรือนหรือในรถยนต์ทั่วไปก็เก็บในรูปแบบนี้ การเก็บแก๊สในรูปที่เป็นของเหลวมีข้อดีตรงที่ขนาดภาชนะบรรจุนั้นมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับปริมาณแก๊สที่เก็บไว้ได้ (เมื่อคิดจากปริมาตรไอที่ระเหยออกมา)
 

แก๊สที่มีค่าอุณหภูมิวิกฤตสูงกว่าอุณหภูมิห้อง ไม่ว่าเราจะอัดมันด้วยความดันเท่าใด มันจะไม่กลายเป็นของเหลว (liquid) แต่จะกลายเป็นของไหล (fluid) แก๊สมีเทนที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนั้นก็จัดอยู่ในพวกนี้ ถ้าต้องการเก็บแก๊สปริมาณมากในภาชนะบรรจุขนาดเล็ก ก็จำเป็นต้องใช้ถังเก็บความดันที่สูง พอเป็นถังความดันสูง วัสดุทำผนังถังมันก็เลยต้องหนาขึ้นเพื่อให้รับความดันได้ ทำให้ภาชนะบรรจุมีน้ำหนักมาก ถังเหล็กที่ใช้เก็บแก๊สมีเทนที่นำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ในรูปของ CNG หรือ Compressed Natural Gas ก็มีปัญหาเช่นนี้ ทำให้มีการค้นหาถังแบบใหม่ที่สามารถรับความดันได้โดยที่มีน้ำหนักลดลง เพื่อที่จะไปลดน้ำหนักรวมของรถยนต์ให้ต่ำลง ส่งผลต่อการประหยัดเชื้อเพลิง
 

ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะพบว่าถังแก๊ส LPG ที่ใช้กันตามบ้าน หรือที่ติดตั้งในรถยนต์นั้นจะทำจากถังเหล็ก เพราะความดันในถังนั้นไม่ได้สูง ทำให้ถังไม่ได้มีความหนาสักเท่าใดนัก และเหล็กก็เป็นโลหะที่มีราคาถูก น้ำหนักของถังจะต่ำกว่าน้ำหนักของเชื้อเพลิงที่เก็บได้ แต่ในกรณีของถังเก็บ CNG นั้นจะแตกต่างกัน เนื่องจากใช้ความดันในการเก็บที่สูง (ประมาณ 200 เท่าของความดันบรรยากาศ) ถ้าใช้เหล็กทำถังจะทำให้ถังมีน้ำหนักมาก (ระดับ 80-100 กิโลกรัม) แต่เก็บแก๊สได้ไม่มาก (ประมาณ 10-20 กิโลกรัม) ดังนั้นจึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่ว่าทำไมในช่วงแรกที่มีการนำรถไปติดตั้งถัง CNG ไว้ในกระโปรงท้ายรถ หลายคันต้องมีการเปลี่ยนโช้คหลังให้แข็งขึ้นด้วยเพราะไม่ต้องการให้หน้ารถเชิด
 

แต่ในปัจจุบันก็เห็นมีการนำถังเก็บ CNG ที่ทำจากวัสดุคอมพอสิตมาใช้กันอย่างแพร่หลาย คือแกนกลางยังคงเป็นถังโลหะอยู่แต่มีผนังบางลง แต่ใช้เส้นใยวัสดุคอมพอสิตรัดเอาไว้เพื่อช่วยในการรับความดัน ทำให้ลดน้ำหนักถังบรรจุลงไปได้
 

ในระดับโรงงานนั้น ในกรณีของแก๊ส LPG ถ้าเป็นโรงงานทั่วไปที่รับแก๊ส LPG มาทางรถบรรทุกจากผู้ขาย จะนิยมเก็บในถังชนิด Bullet type ที่มีรูปร่างเป็นถังทรงกระบอกวางนอน หัวท้ายมีฝาปิดที่โค้งเป็นรูปครึ่งวงรี ขนาดและจำนวนของถังเก็บจะขึ้นอยู่กับความต้องการในการใช้งาน แต่ถ้าเป็นโรงงานผู้ผลิต (เช่นโรงแยกแก๊ส) หรือนำเข้ามาเพื่อจำหน่ายต่อ ที่มีการเก็บในปริมาณมาก จะนิยมใช้ถังทรงกลมขนาดใหญ่ที่เรามักเรียนกันว่าถังลูกโลก (Spherical type)
 

แล้วถังทรงกลมมันดีกว่าถังทรงกระบอกอย่างไรเหรอ ตรงนี้คงต้องใช้ความรู้ทางด้านวิชากลศาสตร์วัสดุ (Mechanics of materials) มาอธิบาย เพราะที่ความดันในถังเท่ากัน ค่าความเค้นสูงสุดที่กระทำต่อผนังโลหะของถังทรงกลมจะมีค่าเพียงครึ่งเดียวของถังทรงกระบอก ทำให้สามารถใช้โลหะที่บางกว่ามาทำถัง ประหยัดในเรื่องของค่าวัสดุและน้ำหนัก อันนี้ไม่คิดค่าขึ้นรูปนะ เพราะการเอาเหล็กแผ่นหลายแผ่นมาประกอบเป็นทรงกลมมันยากกว่าเอามาม้วนเป็นทรงกระบอก
 

(ในถังทรงกระบอกนั้นมีความเค้นในทิศทางแนวยาวที่เรียกว่า longitudinal stress และในแนวเส้นรอบวงที่เรียกว่า hoop stress ที่ค่าความดันหนึ่งนั้นค่า longitudinal stress ของถังทรงกระบอกจะมีค่าเพียงครึ่งเดียวของ hoop stress ด้วยเหตุนี้เวลาที่ท่อแตก จึงฉีกขาดตามแนวยาว ไม่ได้ฉีกขาดตามแนวหน้าตัดเป็นสองท่อนแยกจากกัน แต่ในกรณีของถังทรงกลมนั้นค่าความเค้นในทุกทิศทางจะเท่ากันหมด และที่ความดันเดียวกันกับถังทรงกระบอก ค่าความเค้นที่กระทำต่อผนังถังทรงกลมจะเท่ากับค่า longitudinal stress ของถังทรงกระบอก)
 

ในระดับโรงงาน การเก็บแก๊สที่ไม่สามารถอัดให้เป็นของเหลวได้ที่อุณหภูมิห้องในปริมาณมากนั้น อาจใช้การลดอุณหภูมิแก๊สนั้นให้ต่ำลงจนถึงระดับใช้ความดันอัดให้เป็นของเหลวได้ (ถังเก็บอุณหภูมิต่ำ ความดันต่ำ) หรือไม่ก็ลดอุณหภูมิให้ต่ำลงจนกลายเป็นของเหลวที่ความดันบรรยากาศได้ (ถังเก็บอุณหภูมิต่ำ ความดันบรรยากาศ) การเก็บแก๊ส LPG ปริมาณมากก็ใช้วิธีการเช่นนี้ได้
 

การเก็บแก๊สด้วยการทำให้แก๊สเย็นลงจนเป็นของเหลวนั้นต้องใช้ระบบทำความเย็นเข้ามาช่วย จึงใช้กันเฉพาะในระดับโรงงานที่มีการเก็บเป็นปริมาณมาก (ไม่ใช้กับถังแก๊สติดรถยนต์หรือรถบรรทุก) วิธีนี้มีข้อเสียตรงที่ต้องมีระบบทำความเย็นที่ต้องเดินเครื่องตลอดเวลา และต้องไปใช้โลหะที่ทนต่ออุณหภูมิต่ำได้ในการสร้างถังเก็บ เหล็กกล้าส่วนใหญ่ที่ใช้งานกันทั่วไปนั้นเมื่อมีอุณหภูมิเย็นจัดจะสูญเสียความเหนียว แต่จะเปราะแทน (คือทุบแตกได้) งานอุณหภูมิต่ำจึงต้องเปลี่ยนไปใช้เหล็กกล้าโลหะผสมหรือโลหะชนิดอื่นที่สามารถทนต่ออุณหภูมิต่ำได้แทน (แน่นอนว่าราคาก็เพิ่มขึ้นไปด้วย)

ปูพื้นฐานมาให้หน้าเศษแล้ว คราวนี้เราลองกลับไปดูประโยคคำถามในรูปที่ ๑ ดูนะครับ (ขอแปลเป็นไทย) ที่ว่า

(ก) "ทำไม LPG/LNG จึงถูกเก็บในภาชนะอลูมิเนียมทรงกลม"

ตอนแรกที่คุณเห็นคำถามดังกล่าว คุณรู้สึกอย่างไร 
 

ทีนี้ลองดูคำถามผมเขียนคำถามขึ้นใหม่ดังนี้นะครับ

(ข) "ทำไมจึงใช้อะลูมิเนียมมาทำเป็นภาชนะเก็บ LPG/LNG ทรงกลม" และ
 

(ค) "ทำไมจึงมีการใช้อะลูมิเนียมมาทำเป็นภาชนะเก็บ LPG/LNG ทรงกลม"

ประเด็นที่อยากให้ลองพิจารณากันเล่น ๆ ก็คือ ในกรณีที่ผู้ที่มาอ่านพบเข้านั้นไม่มีความรู้เกี่ยวกับวิธีการเก็บแก๊สในปริมาณมากมาก่อน พอไปเจอประโยคคำถามในข้อ (ก) เข้า จะทำให้เขาคิดเช่นนี้ได้ไหมว่า

๑. ถังเก็บ LPG/LNG "ต้อง" เป็นถังทรงกลม (เป็นทรงอื่นไม่ได้ ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงไม่ใช่เช่นนั้น)
 

๒. ถังเก็บ LPG/LNG "ต้อง" ทำจากอะลูมิเนียม (เป็นโลหะอื่นไม่ได้ ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงไม่ใช่เช่นนั้น)

ทีนี้ถ้าเป็นคำถามที่มีผมเขียนขึ้นมาใหม่ในข้อ (ข) และ (ค) ข้อ (ค) แตกต่างจากข้อ (ข) ตรงที่มีการแทรกคำ "มีการ" เพิ่มเติมเข้ามา ในความรู้สึกของคุณเองนั้นคุณคิดว่ามันเป็นไปได้ไหมว่า

๓. คำถามข้อ (ข) นั้นชวนให้คิดว่าถ้าเป็นถังเก็บ LPG/LNG ทรงกลม ต้องทำจากอะลูมิเนียม (แต่ถ้าเป็นทรงอื่นที่ไม่ใช่ทรงกลมก็ไม่เป็นไร)
 

๔. คำถามข้อ (ค) นั้นชวนให้คิดว่าอะลูมิเนียมเป็นเพียงแค่วัสดุชนิดหนึ่งที่สามารถนำมาใช้สร้างถังเก็บ LPG/LNG ทรงกลมได้ (คือยังมีวัสดุชนิดอื่นอีกนอกเหนือจากอะลูมิเนียม ที่สามารถนำมาใช้สร้างถังเก็บ LPG/LNG ทรงกลมได้)

สิ่งที่เราน่าเก็บไปคิดพิจารณาคือ ด้วยประโยคเดียวกัน แต่มีคนอ่านหลายคน แต่ละคนนั้นมีความเข้าใจข้อความนั้นเหมือนกันทุกคนหรือไม่ จะเกิดอะไรขึ้นถ้าผู้ที่เข้าใจคลาดเคลื่อนนั้นนำเอาความเข้าใจคลาดเคลื่อนที่เกิดจากการที่เขาตีความหรือขยายความขึ้นมาเองนั้นไปใช้งาน ยิ่งเป็นในบ้านเราที่มักจะใช้การจำข้อมูลที่เห็นนั้นไปใช้โดยไม่มีการตรวจสอบความน่าเชื่อถือของข้อมูล (อันที่จริงแม้แต่จะอ่านก็อาจจะยังไม่อ่าน ขอให้ได้กดไลค์กดแชร์ก็พอ) ประเด็นตรงนี้ก็คงต้องขอฝากให้คิดกันเล่น ๆ เอาเองก็แล้วกันครับ เพราะผมเองก็ไม่มีคำตอบให้ซะด้วย

ถัดไปเราลองมาดูคำตอบ ๔ ข้อของเขาว่ามันสัมพันธ์กับคำถามที่เขาตั้งขึ้นหรือไม่ อย่างไร
  

เริ่มจากข้อแรกก่อนที่เขาบอกว่า "โลหะอะลูมิเนียมนั้นจะเกิดชั้นออกไซด์บนพื้นผิว ซึ่งป้องกันโลหะจากการกัดกร่อนลึกลงอีก"
 

เหล็กนั้นเวลาที่สัมผัสกับออกซิเจนในอากาศจะทำปฏิกิริยากลายเป็นสารประกอบออกไซด์ที่เราเรียกว่าสนิมเหล็ก แต่สนิมเหล็กที่เกิดขึ้นไม่ได้มีลักษณะเป็นแผ่นฟิล์มเคลือบปิดคลุมผิวโลหะเหล็กที่อยู่ลึกลงไปเอาไว้ ออกซิเจนในอากาศยังคงสามารถซึมลงไปทำปฏิกิริยากับเหล็กที่อยู่ใต้สนิมเหล็ก ทำให้เหล็กผุกร่อนไปเรื่อย ๆ นอกจากนี้เวลาที่เหล็กได้รับความร้อนจนขยายตัว สนิมเหล็กจะหลุดร่อนออกมาจากผิวเหล็ก (เพราะมันขยายตัวไม่เท่ากัน) วิธีการนี้ก็เป็นวิธีการหนึ่งในการกำจัดสนิมออกจากภายในท่อเหล็ก ด้วยการผ่านไอน้ำเข้าไปในท่อเพื่อในสนิมที่เกาะอยู่ตามผิวด้านในของท่อร่อนออก (แล้วค่อยล้างเอาสนิมที่หลุดร่อนนั้นออกอีกที) แต่ในกรณีของโลหะอะลูมิเนียมนั้น ออกไซด์ที่เกิดขึ้นจะกลายเป็นชั้นฟิล์มเคลือบป้องกันโลหะอะลูมิเนียมที่อยู่ข้างใต้ และยังไม่ร่อนหลุดเมื่อร้อนด้วย ดูหม้อหุงข้าวไฟฟ้าตามบ้านเป็นตัวอย่างได้ 
  

แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าชั้นฟิล์มออกไซด์ของอะลูมิเนียมมันทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีที่เป็น "กรด" หรือ "เบส" นะครับ อะลูมิเนียมออกไซด์ละลายได้ทั้งในกรดและในเบส
 

ไฮโดรคาร์บอนไม่ใช่สารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อนโลหะ จะว่าไปเราใช้น้ำมันเคลือบผิวเหล็กกันสนิมซะด้วย ดังนั้นผนังด้านในของถังเก็บที่ทำจากเหล็กนั้นไม่มีปัญหาเรื่องการกัดกร่อนแน่ แล้วในส่วนผนังด้านนอกล่ะ ในกรณีของถังลูกโลกที่เก็บแก๊ส LPG ภายใต้ความดันที่อุณหภูมิห้องที่ทำจากเหล็กนั้นก็สามารถใช้การทาสีป้องกันสนิมได้ (เป็นเรื่องปรกติที่ทำกันทั่วไป) ถังแก๊ส LPG ติดรถยนต์ก็ใช้วิธีการทาสีนี้เช่นกัน

ที่น่าสนใจก็คือถ้าเป็นถัง cryogenic ที่เก็บแก๊สที่ความดันบรรยากาศแต่ใช้อุณหภูมิต่ำจนแก๊สเป็นของเหลวนั้น "จำเป็น" ต้องใช้อะลูมิเนียมทำไหม ตรงนี้ขอเก็บเอาไว้ก่อน

ข้อสองที่กล่าวว่า "อะลูมิเนียมให้อัตราส่วนน้ำหนักต่อปริมาตรที่ดี" ตรงนี้ไม่เถียงเพราะว่าอะลูมิเนียมมีความหนาแน่นต่ำกว่าเหล็ก ที่ความแข็งแรงเท่ากัน ภาชนะทำจากอะลูมิเนียมจึงเบากว่าเหล็กได้ ด้วยความเบานี้เองจึงทำให้มีการนำเอาอะลูมิเนียมไปใช้สายไฟฟ้าแรงสูงที่ต้องพาดผ่านเสาที่ตั้งอยู่ห่างกันเป็นระยะทางไกล เพราะแม้ว่ามันจะมีความต้านทานสูงกว่าทองแดง แต่ถ้าขยายหน้าตัดให้มันมีความต้านทานลดลงในระดับเดียวกัน มันก็ยังเบากว่าสายทองแดง
 

และจะว่าไปแล้วในกรณีของถัง LPG ขนาดเล็กก็มีการนำเอาอะลูมิเนียมไปใช้ทำถังบรรจุ แต่คิดว่าราคาคงจะสูงกว่าถังเหล็กอยู่มากเหมือนกัน ถังแก๊ส LPG ที่ใช้ในครัวเรือนในบ้านเราจึงยังเป็นถังเหล็กอยู่ทั้งหมด เพราะปรกติเราก็ไม่ได้ยกถังแก๊สหุงต้มเล่นทุกวัน จะยกทีก็ตอนเปลี่ยนถังแก๊ส (เชื่อว่าหลายบ้านใช้คนส่งแก๊สจัดการให้ด้วยซ้ำ ทั้งการเอาถังเก่าออกและเอาถังใหม่มาติดตั้ง) ดังนั้นน้ำหนักถังจึงไม่ใช่เรื่องสำคัญ แต่ถ้าเป็นประเภทการนำถังแก๊สไปติดตั้งบนยานพาหนะ (เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงเครื่องยนต์) หรือนำไปใช้นอกสถานที่ (เพื่อใช้ให้ความร้อน) ก็ว่าไปอย่าง เพราะการลดน้ำหนักบรรทุกลงได้นั้นจะเข้ามามีบทบาทสำคัญในการตัดสินใจเลือกชนิดถังบรรจุ

ข้อสามที่ว่า "เป็นโลหะที่เหนียวและไม่เปราะในการใช้งานอุณหภูมิต่ำมาก (ที่เรียกว่า cryogenic operation)" คุณสมบัติข้อนี้ของโลหะอะลูมิเนียมไม่ขอเถียง แต่โลหะที่ทนต่อความเย็นจัดได้ก็ไม่ได้มีแต่อะลูมิเนียมเท่านั้น เหล็กกล้าผสมสูงบางชนิดก็ทนได้เช่นกัน 
  

ในกรณีของการเก็บแก๊สมีเทนในปริมาณมากนั้นจะใช้การทำให้แก๊สมีอุณหภูมิต่ำจนกลายเป็นของเหลวที่เรียกว่า LNG แต่มันมีประเด็นอยู่ตรงที่ว่า

(ง) ในกรณีของ LPG นั้นจำเป็นต้องเก็บโดยใช้อุณหภูมิที่ต่ำมากเช่นนี้หรือไม่
 

(จ) ถังเก็บที่อุณหภูมิต่ำมากไม่ว่าจะเป็นถัง LPG หรือ LNG ก็ตาม จำเป็นต้องเป็นถัง "ทรงกลม" หรือไม่

ประเด็นข้อ (ง) นั้นได้กล่าวไปแล้วก่อนหน้านี้ ส่วนประเด็นข้อ (จ) มันอยู่ตรงที่ว่าการใช้ถังรูปทรง "ทรงกลม" นั้นมันมีเรื่องการรับความดันเข้ามาเกี่ยวข้อง เดี๋ยวค่อยมาว่ากัน ลองไปดูเหตุผลข้อที่สี่ของเขาดูก่อน

เหตุผลข้อที่สี่ที่เขาให้มาที่เขาบอกว่า "รูปทรงกลมนั้นกระจายความดันไปยังผนังทุกด้านเท่าเทียมกัน แทนที่จะกดลงไปที่ฐาน" ผมอ่านแล้วก็งง ๆ ว่าเขาต้องการสื่อถึงอะไร โดยเฉพาะตรงคำว่า "ฐาน"
  

การเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศนั้นผนังถังรับเฉพาะแรงกระทำจากน้ำหนักของเหลวเท่านั้น ไม่มีความดันเข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้ถังเก็บรูปทรง "ทรงกลม" และจะว่าไปถังเก็บ cryogenic นี้ที่เห็นกันทั่วไปก็จะเป็นทรงกระบอกพื้นเรียบที่มีฝาบนที่โค้งมนกันทั้งนั้น โครงสร้างของถัง LNG รูปทรงกระบอกได้ในไฟล์ pdf ที่แนบมาก็ใช้คอนกรีตเป็นวัสดุก่อสร้างเสียด้วยซ้ำ (ดาวน์โหลดไฟล์แนบที่ลิงค์นี้)
 

แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าไม่มีการสร้างถังเก็บ LNG ในที่มีรูปร่างเป็น "ทรงกลม" นะ จากการค้นข้อมูลดูก็พบว่ามีการใช้ถังรูป "ทรงกลม" เป็นถังเก็บ LNG เช่นกัน แต่เป็นถังเก็บที่ติดตั้งกับเรือเดินสมุทรที่ใช้ในการลำเลียง LNG จากแหล่งหนึ่งไปส่งยังอีกแหล่งหนึ่ง ไม่ได้นำมาใช้กับถังเก็บที่ตั้งอยู่บนพื้นดิน (จะว่าไปแล้วมีคนทำหรือเปล่าผมก็ไม่รู้เหมือนกัน) ส่วนที่ว่าทำไปถังเก็บที่ใช้กับเรือเดินสมุทรจึงใช้รูปทรงนี้ อันนี้ผมก็ไม่รู้เหตุผล ถ้าให้เดาก็คงเป็นเพราะรูปร่างของเรือ หรือไม่ก็เพราะสภาพการณ์ที่เรือบรรทุกอาจต้องเผชิญในระหว่างการเดินทาง

สิ่งที่คนจำนวนไม่น้อยเรียกว่าเป็นการนำเสนอ "ที่ดี" นั้นมักจะเน้นไปที่การทำให้ผู้รับข้อมูลนั้น "ไม่ทันคิดเป็นอย่างอื่น" นอกจากเห็นด้วยกับข้อมูลที่ปรากฏในสิ่งที่เขานำเสนอเท่านั้น แต่นี่ก็ไม่ได้หมายว่าการนำเสนอที่ดีนั้นต้องมาคู่กับ "วิธีการปฏิบัติที่ดี" เพราะที่ผ่านมานั้นมักจะเห็นว่ามักจะไม่ค่อยมาด้วยกัน กรณีของการโฆษณาที่ให้ข้อมูลที่ถูกต้อง (นำมาเพียงบางข้อ) เพื่อให้ผู้รับข้อมูลนั้นตีความไปอย่างผิด ๆ ก็เคยเกิด (สิ่งที่นำมาโฆษณานั้นไม่ผิดหลักวิชาการ ในแง่กฎหมายจึงไม่ผิด แต่การตีความของผู้รับนั้นผิด แต่มันทำให้ผู้นำเสนอข้อความนั้นได้รับประโยชน์จากการตีความที่ผิดนั้น) 
  

พักหลัง ๆ นี้มักจะเห็นการกระทำเช่นนี้บ่อยครั้งจากเว็บที่คงต้องการหารายได้จากจำนวนยอดผู้เข้ามาชมหรือกดไลค์กดแชร์ แต่นั่นก็ไม่ได้หมายความว่าเขาจะให้ข้อมูลที่ผิดเสมอไป ส่วนที่ว่าเราควรจะนำมันมาใช้หรือแบ่งปันต่อนั้นมันขึ้นอยู่กับว่าเรานั้นมีความรู้พื้นฐานทางด้านนั้นมากน้อยแค่ไหน และได้ทำการตรวจสอบข้อมูลนั้นกับแหล่งอื่นด้วยหรือเปล่าว่าข้อมูลที่เห็นนั้นมีความน่าเชื่อถือมากน้อยเพียงใด