ความปลอดภัยในการทำงานและการออกแบบ ตอน ทำไมเมื่อวานจึงไม่เกิดเรื่อง MO Memoir : Tuesday 29 January 2562

วันก่อนก็ทำแบบนี้ (หรือมากกว่านี้) ก็ไม่เห็นมีอะไร แล้วทำไมวันนี้จึงมีเรื่อง
 

อุบัติเหตุหลายกรณีก็เป็นแบบนี้ อย่างเช่นเหตุการณ์ที่เกิดที่โรงงานเอทานอลแห่งหนึ่งเมื่อเดือนกันยายน ๒๕๕๙ (ภาพข่าวในรูปที่ ๑ ข้างล่าง ที่คัดมาเพียงบางส่วน) ที่คนงานเข้าไปทำงานเชื่อมฝาถังบำบัดน้ำเสียจนเสร็จ และก็รับเงินค่าจ้างไปแล้ว แต่พอวันรุ่งขึ้นเมื่อกลับมาเก็บเครื่องมือ ปรากฏว่าเกิดการระเบิดเกิดขึ้น ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๓ ราย
 

คำถามหนึ่งที่เราน่าจะถามก็คือ ทำไมวันก่อนหน้า (ทั้ง ๆ ที่ควรเป็นวันที่มีการทำงานเชื่อมกันขนานใหญ่) จึงไม่เกิดการระเบิด แล้วทำไมพอวันมาเก็บเครื่องมือ ซึ่งตามข่าวบอกว่าสงสัยว่าคงมีการเชื่อมเกิดขึ้น แล้วบังเอิญมีแก๊สที่ติดไฟได้อยู่ในบริเวณนั้น จึงเกิดการระเบิด แล้ววันก่อนหน้านี้ทำไมจึงไม่มีแก๊สติดไฟได้ปรากฏในพื้นที่ทำงาน

รูปที่ ๑ ภาพข่าวจากหน้าเว็บหนังสือพิมพ์ไทยรัฐ ข่าวคนงานซ่อมฝาถังบำบัดน้ำเสียแล้วเกิดการระเบิดจนมีผู้เสียชีวิต ๓ ราย (เนื้อหาข่าวนำมาเพียงบางส่วนเพื่อใช้ประกอบการสอน)
 

การย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะที่ไม่มีอากาศนั้นจะทำให้เกิดแก๊สมีเทน (methane CH₄) ที่เบากว่าอากาศ ในกรณีที่โรงงานมีของเสียที่เป็นสารอินทรีย์ที่ย่อยสลายได้เป็นจำนวนมาก ก็จะทำให้คุ้มค่าที่จะทำการผลิตแก๊สมีเทนจากของเสียเหล่านี้เพื่อเอาไปใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงงาน การย่อยสลายสารอินทรีย์แบบนี้จำเป็นต้องกระทำในภาชนะปิดที่ไม่มีอากาศ (anaerobic) ไม่เช่นนั้นแบคทีเรียที่เปลี่ยนสารอินทรีย์ไปเป็นมีเทนจะตาย และเกิดการย่อยสลายด้วยแบคทีเรียที่ใช้อากาศ (aerobic) ซึ่งจะได้คาร์บอนไดออกไซด์แทน แต่ทั้งนี้ก็ใช่ว่าถ้าทำการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจนในถังแล้วจะไม่มีการเกิดมีเทนขึ้น ถ้าหากออกซิเจนกระจายไม่ทั่วถึงและมีมุมอับที่ออกซิเจนเข้าไปถึง เชื้อที่ไม่ต้องการออกซิเจนมันก็รอดชีวิตอยู่แถวนั้นได้ และเปลี่ยนสารอินทรีย์เป็นมีเทนได้เช่นกัน
 

ที่เคยเห็นในกลุ่มโรงกลั่นน้ำมันและปิโตรเคมี (ที่ทั้งโรงงานเต็มไปด้วยสารไวไฟ) ในการเข้าไปทำงาน process area จำเป็นต้องได้รับอนุญาตว่าให้ทำอะไรเพียงแค่ไหนและในช่วงเวลาไหนตามใบอนุญาต (ที่เขาเรียกว่า work permit) ที่เขาออกให้ เช่นถ้าเขาอนุญาตให้เพียงแค่เข้าไปถอดอุปกรณ์ ก็ทำได้เพียงแค่ถอดอุปกรณ์ จะเข้าไปทำงานเชื่อมโลหะ (ที่เป็นงานที่ในกลุ่มที่เขาเรียกว่า hot work) ไม่ได้ และถ้าเขาอนุญาตให้ทำได้ไปถึงแค่เวลาไหน มันก็จบเพียงแค่นั้น ถ้าวันหลังต้องการมาทำงานเพิ่มเติมต่อ ก็ต้องมีการขออนุญาตใหม่
 

แต่ที่สำคัญก็คือทางโรงงาน (ซึ่งก็ควรเป็นฝ่ายผลิต) ควรต้องเป็นผู้จัดเตรียมบริเวณและตัวอุปกรณ์ ให้มีความปลอดภัยที่จะให้บุคคลอื่นเข้ามาทำงาน (เช่น การระบายความดันและสิ่งที่ค้างอยู่ในระบบออกให้มากที่สุดก่อน การตรวจสอบพื้นที่ว่ามีแก๊สไวไฟปรากฏหรือไม่ เป็นต้น) และควรต้องมีคนคอยดูแลการทำงานของผู้ที่เข้ามาว่าไม่ได้ทำเกินเลยสิ่งที่อนุญาตให้ทำ และยังต้องคอยตรวจสอบสภาพแวดล้อมบริเวณรอบข้างพื้นที่ทำงานตลอดเวลาด้วย ว่ายังปลอดภัยสำหรับการทำงานอยู่ (เช่นไม่มีการปรากฏของแก๊สที่เป็นพิษหรือลุกติดไฟได้)
 

ในข่าวเหตุการณ์ที่เกิดนั้น (เท่าที่ค้นดู) ไม่มีการให้รายละเอียดเกี่ยวกับถังว่าเป็นแบบไหน แต่คิดว่าเป็นแบบ tank ที่ตั้งอยู่บนพื้น เพราะผู้เสียชีวิตมีทั้งที่ตกลงมาและค้างอยู่บนหลังคา แบคทีเรียย่อยสลายนั้นมันทำงานแบบไม่มีเวลาหยุดพัก ดังนั้นตรงนี้จึงทำให้เกิดคำถามขึ้นมาอีกข้อหนึ่งคือ ในวันก่อนหน้าที่ไม่เกิดเหตุการณ์นั้น ในถังยังมีการย่อยสลายที่ทำให้เกิดมีเทนหรือไม่ ถ้าหากยังมีอยู่ แล้วทำไมการทำงานในวันแรกจึงไม่เกิดเรื่อง แต่ถ้าถังนั้นเป็นถังเปล่าที่ข้างในนั้นสะอาด (คือไม่มีการผลิตมีเทน) แล้วแก๊สที่ทำให้เกิดการระเบิดในวันรุ่งขึ้นนั้นมาจากไหน
 

ตามเนื้อข่าวนั้นถังที่เกิดเรื่องเป็นถังเก็บน้ำเสีย "ที่ยังสามารถนำไปผลิตเป็นไบโอแก๊สได้" ถ้าเป็นเช่นนี้เราก็อาจตั้งสมมุติฐานว่าถังนี้น่าจะเป็นถังแบบ cone roof ที่มีท่อ vent อยู่ข้างบน (รูปที่ ๒) ท่อ vent นี้มีไว้เพื่อให้อากาศในถังไหลออกเวลาที่มีของเหลวไหลเข้าถัง (ป้องกันถังได้รับความเสียหายจากความดันภายในสูงเกิน) และให้อากาศข้างนอกไหลเข้าเวลาที่สูบของเหลวออกจากถัง (ป้องกันถังได้รับความเสียหายจากการเกิดสุญญากาศภายใน)

รูปที่ ๒ ตัวอย่างฝาถังแบบ cone roof และ floating roof รูปนี้นำมาจาก Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๓ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)"
 

ถ้าสงสัยว่าแก๊สข้างในถังมีองค์ประกอบของแก๊สเชื้อเพลิง การเข้าไปทำงานเชื่อมโลหะบนฝาถัง โดยเฉพาะกับตัวฝาถังเอง ก็คงจะไม่เหมาะสม แต่ถ้าหากเป็นองค์ประกอบอื่นที่ไม่ยุ่งเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของถังหรือโครงสร้างที่ไม่ใช่ส่วนที่ทำหน้าที่กักเก็บของเหลวและแก๊สภายในถัง เช่นซ่อมแซมราวยึดจับสำหรับการเดิน ก็อาจเข้าไปทำงานเชื่อมได้ แต่ทั้งนี้ต้องทำการเบี่ยงท่อทางออกของ vent ไปยังตำแหน่งอื่นที่ปลอดภัย (เช่นต่อสายยางให้มันระบายออกไปที่อื่นที่ไกลออกไป) เพื่อไม่ให้แก๊สที่ไหลออกมาทาง vent นั้นมีโอกาสสัมผัสกับประกายไฟที่เกิดจากการเชื่อม
 

อีกเรื่องหนึ่งที่ไม่มีข้อมูลก็คือ ถ้าสมมุติว่าถังดังกล่าวมีท่อ vent (หรือวาล์วหายใจ Breather valve) แล้วท่อ vent นั้นมีการติดตั้ง Flame arrester หรือไม่ Flame arrester นี้จะติดตั้งกับกรณีของถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศที่รู้แน่ชัดว่าไอระเหยของของเหลวที่เก็บไว้ในถังนั้นสามารถติดไฟได้ แต่ถ้าไม่คิดว่าไอที่ออกมาจากถังนั้นสามารถติดไฟได้ ก็จะไม่มีการติดตั้ง Flame arrester 
  

การติดตั้ง Flame arrester จะติดตั้งเข้ากับท่อ vent หรือใต้ Breather valve ตัว Flame arrester นี้มีไว้เพื่อป้องกันไม่ให้เปลวไปที่เกิดภายนอกถัง (เช่นไฟที่เกิดจากไอที่ระเหยออกมาจากภายในถังถูกจุดระเบิด) เข้าไปทำให้ไอที่ลอยอยู่เหนือของเหลวภายในถังเกิดการระเบิดตาม รายละเอียดของ Breather valve และ Flame arrester สามารถอ่านได้จาก Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๒ วันพุธที่ ๓๑ ธันวาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "Breather valve กับ Flame arrester"
 

ข้อมูลจากข่าวเท่าที่หาได้นั้นไม่มีการระบุว่าการระเบิดเกิดขึ้นเฉพาะข้างนอกถังหรือเกิดขึ้นในถังด้วย เพราะถ้าเกิดขึ้นเฉพาะข้างนอกถังจากแก๊ส "ไบโอแก๊ส (ซึ่งมีมีเทนเป็นหลัก)" ก็จะทำให้เกิดคำถามตามมาอีก เพราะมีเทนเป็นแก๊สที่เบากว่าอากาศ ดังนั้นถ้ามันไหลออกมาทาง vent มันก็จะฟุ้งกระจายลอยขึ้นไปได้ง่าย ยากที่จะสะสมบนหลังคา tank (ซึ่งดูเหมือนว่าจะตั้งอยู่กลางแจ้ง) แต่ถ้ามีการระเบิดภายในด้วย (ซึ่งอาจเกิดจากการที่มีการไปเชื่อมเหล็กในบริเวณใกล้กับทางออกของ vent ทำให้แก๊สที่รั่วออกมาลุกติดไฟ และไฟนั้นเดินทางย้อนกลับเข้าไปในถัง) ก็คงไม่แปลกถ้าการระเบิดนั้นจะรุนแรงมากพอจนทำให้ผู้เข้าไปทำงานบนฝาถังทั้ง ๓ คนเสียชีวิต
 

ในการจ้างผู้รับเหมาที่เป็นคนภายนอกนั้น เราก็คงจะจ้างคนที่มีความรู้ความสามารถในงานที่เราต้องการให้เขาทำ เช่นถ้าเราต้องการจ้างคนมาทำงานเชื่อมโลหะ เราก็คงต้องหาช่างที่มีฝีมือทางด้านนี้ แต่ก็ไม่ควรจะไปคาดหวังว่าเขามีความรู้ดีเกี่ยวกับความปลอดภัยในการทำงานของสถานที่ที่เขาเข้าไปทำงาน ชึ่งตรงนี้เห็นว่าควรมีการสื่อสารกันให้ชัดเจนว่าเมื่อได้รับอนุญาตให้ทำงานอะไร ทำได้ในบริเวณไหน ในช่วงเวลาใด ก็จำเป็นต้องทำตามนั้น ห้ามทำนอกเหนือจากที่ได้รับอนุญาต และในขณะที่กำลังทำงานอยู่นั้นต้องมีการควบคุมตรวจสอบอะไรบ้าง เช่นถ้าได้รับอนุญาตให้ทำเพียงแค่เข้าไปเก็บเครื่องมือ ก็ทำได้เพียงแค่เก็บเครื่องมือเท่านั้น ถ้าในระหว่างที่เข้าไปเก็บเครื่องมือพบเห็นว่างานที่ทำเอาไว้ยังไม่เรียบร้อยดี อยากจะปรับแต่งให้ดีขึ้นด้วยการเชื่อมเพิ่มเติม ก็ห้ามกระทำ เว้นแต่จะได้รับการเตรียมพื้นที่และได้รับอนุญาตจากทางโรงงานก่อน

ที่เล่ามาทั้งหมดข้างต้นเป็นเพียงแค่การนำข่าวมาเป็นตัวอย่างให้นิสิตใช้ฝึกตั้งสมมุติฐานจากข้อมูลที่มีปรากฏในข่าว (ซึ่งถือว่าเป็นข้อมูลพื้นฐานเบื้องต้นของเหตุการณ์) และความรู้พื้นฐานที่นิสิตเรียนกันมา (ซึ่งตรงนี้ก็ไม่แน่ใจเหมือนกันว่าจะได้เรียนกัน เพราะอาจารย์มหาวิทยาลัยช่วงหลัง ๆ นี้เห็นคุยได้แค่เพียงงานที่ตัวเองทำวิจัย) ที่ผมนำมาใช้สอนนิสิตนะครับ ส่วนเหตุการณ์จริงเป็นอย่างไรนั้นผมก็ไม่ทราบเหมือนกัน

อีกกรณีหนึ่งที่ผมยกมาสอน ที่เป็นเหตุการณ์ที่ช่างเชื่อมโลหะเสียชีวิตเมื่อกลับมาทำงานที่เดิมในวันรุ่งขึ้นเช่นกัน (ทั้ง ๆ ที่การทำงานวันก่อนหน้าไม่มีปัญหาอะไร) เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในต่างประเทศ และมีผู้เล่าเหตุการณ์ไว้ในวารสาร Loss Prevention Bulletin ฉบับที่ ๙๗ ปีค.ศ. ๑๙๙๑ เหตุการณ์เกิดเมื่อมีการเข้าไปเชื่อมชิ้นส่วนสแตนเลสในถังอะลูมิเนียมที่กำลังสร้างอยู่ (รูปที่ ๓) โดยเป็นการเสียชีวิตเนื่องจากการ "ขาดอากาศ" เรื่องที่นำมาเป็นเรื่องที่เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๘ ฉบับที่ ๑๑๖๒ วันพุธที่ ๒๐ เมษายน ๒๕๕๙ เรื่อง "อันตรายจากแก๊สเฉื่อย (ตอนที่ ๒)"

รูปที่ ๓ ช่างเชื่อมเสียชีวิตจากการขาดอากาศเนื่องจากเข้าไปเชื่อมโลหะในพื้นที่จำกัด (confined space)

พอยกตัวอย่างนี้มาสอนก็เป็นดังที่คาดก็คือ แทบจะไม่มีนิสิตคนใดเข้าใจ เพราะตอนนี้แม้แต่ผู้ที่จบทางสายวิศวกรรมศาสตร์ก็ตาม ถ้าไม่ได้เรียนสาขาทางด้านที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการผลิตชิ้นส่วนต่าง ๆ แล้ว จะไม่รู้จักว่างานเชื่อมโลหะนั้นทำกันอย่างไร คนที่พอจะเข้าใจอยู่บ้างก็คือคนที่ได้สัมผัสกับงานก่อสร้าง หรือที่เรียนในหลักสูตรเก่ามา ซึ่งยังได้สัมผัสกับงานแบบนี้อยู่
 

อะลูมิเนียมและเหล็กกล้าไร้สนิม (ก็คือเหล็กสแตนเลสนั่นแหละ) เชื่อมยากกว่าเหล็กกล้าธรรมดา ต้องใช้ช่างเชื่อมมีฝีมือกว่า การเชื่อมโลหะกลุ่มนี้จะใช้การเชื่อม TIG (ย่อมาจาก Tungsten Inert Gas welding) หรือบ้านเราเรียกว่า "เชื่อมอาร์กอน" เพราะใช้แก๊สอาร์กอนเป็นตัวไล่อากาศออกจากบริเวณที่ทำการเชื่อมในขณะที่ทำการเชื่อม
 

ในการเชื่อมแบบธรรมดาหรือเชื่อมอาร์กอนนั้น มันจะมีการปลดปล่อยแก๊สเฉื่อยออกมา ซึ่งก็แน่นอนว่าสิ่งนี้เป็นสิ่งที่เล็งเห็นกันในขณะที่กำลังทำงานอยู่ ดังนั้นจึงต้องจัดให้มีระบบระบายอากาศ "ในขณะที่กำลังทำงานอยู่" เพื่อให้มั่นใจว่าผู้ทำงานจะไม่ได้รับอันตรายจากแก๊สที่ปลดปล่อยออกมาที่สะสมอยู่ในบริเวณที่ทำงาน แต่เมื่อหยุดทำงานตอนเย็น ระบบระบายอากาศก็คงจะถูกปิด (เพราะคิดว่าเมื่อไม่มีการเชื่อมก็ไม่มีการปลดปล่อยแก๊สใด ๆ ออกมา) แต่สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือสายแก๊สอาร์กอนที่จ่ายแก๊สไปยังขั้วทังสเตนนั้นไม่ได้ถูกปิด ทำให้แก๊สอาร์กอนที่หนักกว่าอากาศนั้นไหลเข้าไปแทนที่อากาศทางด้านล่างของถัง และมีระดับที่สูงมากพอที่จะทำให้คนที่ลงไปในถังนั้นจมอยู่ในแก๊สอาร์กอน ผลที่ตามมาก็คือเมื่อมีคนงานลงเข้าไปทำงานในถัง ก็เลยขาดอากาศจนเสียชีวิต

(หมายเหตุ : บทความชุด "ความปลอดภัยในการทำงานและการออกแบบ" นี้จัดทำขึ้นเพื่อขยายความสไลด์ประกอบการสอนวิชา "2105689 การออกแบบและดำเนินการกระบวนการอย่างปลอดภัย (Safe Process Operation and Desing)" ที่เปิดสอนให้กับนิสิตระดับปริญญาโท ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นครั้งแรกในภาคการศึกษาปลาย ปีการศึกษา ๒๕๖๑)

ถัง (Tank) บรรจุเบนซีนได้รับความเสียหายจากความดันที่สูงเกิน MO Memoir : Saturday 23 December 2560

คำภาษาอังกฤษที่แปลเป็นไทยว่า "ถัง" นั้นมีอยู่ด้วยกันหลายคำ แต่คำว่า "ถัง" ที่จะใช้ต่อไปในบทความนี้จะตรงกับคำภาษาอังกฤษว่า "Tank" ที่เป็นภาชนะเก็บของเหลวขนาดใหญ่ตั้งอยู่บนพื้นดิน เก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ การสร้าง Tank นี้ก็ต้องเริ่มจากการสร้างฐานรากเพื่อรองรับน้ำหนัก (ทั้งของตัว Tank เองและของเหลวที่บรรจุ) จากนั้นจึงนำเอาแผ่นเหล็กมาเชื่อมติดกันเป็นทั้ง พื้น ลำตัว (ผนังด้านข้าง) และหลังคา
 

สำหรับของเหลวที่มีความดันไอต่ำก็สามารถใช้หลังคารูปกรวยหรือที่เรียกว่า cone roof ได้ แต่ถ้าเป็นของเหลวที่มีความดันไอสูง การใช้ tank ที่มีหลังคาแบบลอยอยู่บนพื้นผิวของเหลวหรือที่เรียกว่า floating roof นั้นจะช่วยลดการระเหยของของเหลวได้ดีกว่า 
  

Tank ทั่วไปนั้นจะทนต่อความดันภายในที่สูงกว่าความดันบรรยากาศหรือต่ำกว่าบรรยากาศภายนอกได้เพียงเล็กน้อย (เทียบเท่าความสูงของน้ำไม่กี่เซนติเมตร) ในกรณีของ floating roof tank นั้นมันไม่มีปัญหาเรื่องการรักษาความดันภายในถังเพราะมันไม่มีที่ว่างให้ของเหลวระเหย และหลังคายังเลื่อนขึ้นลงตามปริมาณของเหลวที่มีอยู่ในถัง แต่ในกรณีของ cone roof tank นั้น เวลาที่เราสูบของเหลวเข้าถัง ระดับของเหลวในถังจะเพิ่มสูงขึ้น ทำให้ความดันอากาศที่อยู่เหนือผิวของเหลวเพิ่มขึ้น ดังนั้นจำเป็นต้องมีวิธีการระบายความดันนี้ออกไปเพื่อไม่ให้ความดันเพิ่มสูงเกิน และในทางกลับกันถ้าเราสูบของเหลวออกจากถัง เมื่อระดับของเหลวในถังลดลง ความดันอากาศที่อยู่เหนือผิวของเหลวจะลดต่ำลง ก็ต้องมีวิธีการดึงเอาอากาศภายนอกเข้ามาชดเชยปริมาตรภายในของส่วนที่เป็นแก๊สที่เพิ่มขึ้น ไม่เช่นนั้นถ้าความดันภายในถังต่ำเกินไป ความดันอากาศข้างนอกก็จะบีบอัดให้ถังสูญเสียรูปร่างได้

รูปที่ ๑ ตัวอย่างระบบรักษาความดันภายในถัง (Tank) ที่ป้องกันไม่ให้ความดันในถังสูงหรือต่ำกว่าความดันบรรยากาศมากเกินไป ปรกติรอยเชื่อมตรงตำแหน่งระหว่างฝาถังกับลำตัวจะออกแบบให้มีความแข็งแรงต่ำกว่ารอยเชื่อมส่วนอื่น เพื่อที่ว่าถ้าหากเกิดการระเบิดขึ้นในถัง ฝาถังจะเปิดออกเพื่อระบายความดันให้ลดต่ำลงก่อนที่โครงสร้างลำตัวจะฉีกขาดและทำให้ของเหลวที่บรรจุภายในถังรั่วไหลออกมาในปริมาณมากได้
 

ในกรณีของของเหลวที่ไม่อันตราย (เช่นไม่ไวไฟ ไม่มีความเป็นพิษเฉียบพลัน) และมีความดันไอต่ำ (เช่นน้ำ น้ำมันดีเซล) การใช้ท่อ vent ที่เป็นท่องอคว่ำลงเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนไหลเข้าไปในถัง (รูปที่ ๑) ก็จัดว่าเพียงพอ เพียงแค่คำนวณขนาดของท่อ vent ให้ใหญ่พอสำหรับการระบายอากาศเข้า-ออกเท่านั้น (ตรงนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของปั๊มที่ป้อนหรือสูบของเหลวออกจากถัง และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในแต่ละวัน เช่นช่วงแดดจัด และฝนตกหนักกระทันหัน) ข้อดีของ vent แบบนี้ก็คือมันไม่มีอะไรให้ต้องดูแล (ระวังนกเข้าไปทำรังก็แล้วกัน) แต่ในกรณีที่เป็นสารเคมีที่มีความดันไอสูงขึ้นมาหน่อย (เช่น เบนซีน เอทานอล ที่มีจุดเดือดราว ๆ 80 องศาเซลเซียสและเป็นสารไวไฟ) อาจเกิดปัญหาเรื่องการรั่วไหลของสารเหล่านี้ออกมามากเกินไป หรือมีอากาศเข้าไปผสมกับไอระเหยของสารในถังนั้นมากเกินไป อันเป็นผลจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิหรือสภาพอากาศในแต่ละช่วงเวลาของวัน ในกรณีเช่นนี้ก็จะมีการติดตั้ง Breather valve หรือวาล์วหายใจเข้ากับช่องระบายอากาศ
 

Breather valve นั้นจะเปิดให้ไอระเหยข้างในระบายออกมาข้างนอกถ้าหากความดันในถังสูงเกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ และจะเปิดให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปในถังถ้าหากความดันในถังต่ำกว่าค่าที่กำหนดไว้ ทำให้ลดการสูญเสียของเหลวในถังเนื่องจากการระเหยออกและการปนเปื้อนของเหลวในถังเนื่องจากอากาศที่รั่วไหลเข้าไป และในกรณีของถังที่บรรจุของเหลวที่ไวไฟนั้น (เช่นเอทานอล) ก็อาจมีการติดตั้ง Flame arrester ไว้ข้างใต้ตัว Breather valve เพื่อป้องกันการระเบิดภายในถังอันเกิดจากไฟที่ลุกไหม้อยู่ภายนอกนั้น ทำให้ไอระเหยที่ระบายออกจากถังทาง Breather valve นั้นลุกติดไฟและเปลวไฟวิ่งย้อนกลับเข้าไปในถังได้ (ดูตัวอย่างได้ในรูปที่ ๒) รายละเอียดเกี่ยวกับ Breather valve เคยเล่าไว้ใน Memoir ปีที่ ๗ ฉบับที่ ๙๑๒ วันอาทิตย์ที่ ๓๑ ธันวาคม ๒๕๕๗ เรื่อง "Breather valve และ Flame arrester"
 

เรื่องที่นำมาเล่าสู่กันฟังในวันนี้นำมาจากวารสาร Loss Prevention Bulletin vol. 69 ปีค.ศ. 1986 (พ.ศ. ๒๕๒๙) ที่เป็นเหตุการณ์ถัง (Tank) เก็บเบนซีนเกิดความเสียหายเนื่องจากความดันในถังสูงเกิน บทความนี้บรรยายเนื้อหาเหตุการณ์ไว้เพียงครึ่งหน้า และส่วนความเห็นของบรรณาธิการอีกครึ่งหน้า (รูปที่ ๓)

รูปที่ ๒ Flame arrester และ Breather valve ที่ติดตั้งบน pressure vessel ที่ใช้เก็บเอทานอล
 

ถังเก็บเบนซีนขนาดความจุ 4850 m³ ได้รับการเติมเบนซีน 900 m³ ที่อุณหภูมิ 20ºC ต่อมาในวันที่ ๑๖ มกราคม ปีค.ศ. ๑๙๘๕ (พ.ศ. ๒๕๒๘) มีการถ่ายเบนซีนจากเรือขนส่งเข้าไปในถังอีก 900 m³ ด้วยอัตรา 130 m³/hr โดยที่อุณหภูมิภายในถังคือ 24ºC ส่วนอุณหภูมิบรรยากาศภายนอกอยู่ที่ -10ºC บนหลังคาถังมีการติดตั้ง Breather valve (ในบทความใช้คำว่า PV valve หรือ pressure venting valve) ที่มี Flame arrester ติดตั้งอยู่ข้างใต้ จำนวน ๔ ชุดด้วยกัน
 

เมื่อพนักงานปฏิบัติงานเข้าไปเก็บตัวอย่างที่ถัง ก็พบการรั่วไหลออกมา จากการตรวจสอบพบว่าตัวถังได้รับความเสียหายที่หลายตำแหน่ง ไม่ว่าจะเป็นส่วนหลังคาที่ตัวหลังคาปูดบวมขึ้นมาและมีการฉีกขาดที่รอยเชื่อมต่อระหว่างฝาหลังคากับส่วนลำตัว ผนังลำตัวบางส่วนมีรอยฉีกและก้นถังปูดบวมขึ้นมา ทำให้ตัวถังนั้นยกเอียงจากฐานที่ตั้ง
 

สาเหตุเป็นเพราะไอระเหยของเบนซีนเกิดการแข็งตัวที่ Flame arrester ทั้ง ๔ ตัว ทำให้เมื่อสูบของเหลวเข้าไปในถัง ความดันเหนือผิวของเหลวจึงเพิ่มสูงขึ้นเนื่องจากปริมาตรของส่วนที่เป็นไอนั้นน้อยลง แต่ไอไม่สามารถระบายออกไปนอกตัวถังได้

รูปที่ ๓ ส่วนความเห็นของบรรณาธิการจากเหตุการณ์

บทความในวารสารนี้หลายบทความจะมีส่วนความเห็นของบรรณาธิการเพิ่มเติมเข้ามา ตัวอย่างเช่นในกรณีของเหตุการณ์ครั้งนี้ ส่วนความเห็นของบรรณาธิการแสดงให้เห็นถึงมาตรฐานความปลอดภัยที่แตกต่างกันไปตามประเทศต่าง ๆ เช่นการติดตั้ง Flame arrester ไว้ใต้ Breather valve ที่ถือว่าเป็นเรื่องปรกติของประเทศอื่นในยุโรป ยกเว้นแต่สหราชอาณาจักร (เวลาคนอังกฤษพูดถึงยุโรป เขามักจะไม่รวมอังกฤษเอาไว้) และมาตรฐาน API 2000 ก็ถือว่าไม่จำเป็น แต่ในมาตรฐาน NFPA 30-1981 นั้นกล่าวไว้แตกต่างกันออกไป (ทั้ง ๆ ที่ API และ NFPA ต่างอยู่ในอเมริกาทั้งคู่ โดย API ย่อมาจาก American Petroleum Institute และ NFPA ย่อมาจาก National Fire Protection Association) โดย NFPA มีการใช้คำว่า "may be omitted" นั่นแสดงว่า "ปรกติควรต้องติดตั้ง เว้นแต่ว่า ....." คือเมื่อพิจารณาแล้วว่าความเสี่ยงที่ Flame arrester จะเกิดการอุดตันและทำให้ถังบรรจุเกิดความเสียหายนั้นสูงกว่าความเสี่ยงที่จะเกิดเพลิงไหม้ 
  

ประเด็นนี้ชี้ให้เห็นว่าบางครั้งการที่จะตัดสินว่าการทำงานนั้นมีความปลอดภัยเพียงพอหรือไม่ คงต้องไปดูด้วยว่าใช้มาตรฐานของใครในการปฏิบัติงานอยู่
 

อีกเรื่องที่เห็นว่าน่าสนใจและขอนำมากล่าวในที่นี้คือ บทบาทรูปร่างของโมเลกุลที่มีต่ออุณหภูมิจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ตรงนี้ขอให้ดูตัวอย่างในรูปที่ ๔ ก่อน

รูปที่ ๔ อุณหภูมิจุดหลอมเหลวและจุดเดือด (ºC) ของไฮโดรคาร์บอน C6 และ C7 บางตัว

ข้อมูลจาก https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound

แถวบนในรูปที่ ๔ นั้นเป็นกรณีของสารประกอบ C6 จำนวน ๓ สารด้วยกันคือ Hexane, Cyclohexane และ Benzene ส่วนแถวล่างนั้นเป็นกรณีของสารประกอบ C7 จำนวน ๓ สารด้วยกันคือ Heptane, Methylcyclohexane และ Toluene โดยเป็นการเปรียบเทียบระหว่างโครงสร้างชนิด Aliphatic (Hexane และ Heptane) Cycloaliphatic (Cyclohexane และ Methylcyclohexane) และ Aromatic (Benzene และ Toluene) 
  

เนื่องจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นโมเลกุลไม่มีขั้ว แรงวาลเดอร์วาลส์จึงเป็นแรงยึดเหนี่ยวหลักระหว่างโมเลกุล ในกรณีของสารประกอบ C7 จะเห็นว่าไม่ว่าจะเป็นโครสร้างแบบไหน อุณหภูมิจุดหลอมเหลวและจุดเดือดไม่ได้แตกต่างกันมาก แต่พอเป็นกรณีของสารประกอบ C6 จะเห็นว่าแม้ว่าอุณหภูมิจุดเดือดนั้นจะไม่แตกต่างกันมาก แต่อุณหภูมิจุดหลอมเหลวของพวกโครงสร้างที่เป็นวงคือ Cyclohexane และ Benzene นั้นสูงกว่าของ Hexane (ที่มีจำนวนอะตอม C เท่ากัน) และสูงกว่าของ Methyclohexane และ Toluene (ที่มีจุดเดือดสูงกว่า และมีโครงสร้างลักษณะทำนองเดียวกัน) ประมาณ 100ºC 
  

การที่ Cyclohexane และ Benzene มีจุดหลอมเหลวสูงกว่าสารอื่นก็เพราะการที่สองสารนี้มีรูปร่างโมเลกุลที่ค่อนข้างแบนและสมมาตร ทำให้โมเลกุลที่อยู่เคียงข้างกันสามารถเข้ามาแนบชิดกันได้มาก แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลจึงสูง (ผลจากระยะทางที่ใกล้กัน) ทำให้จุดหลอมเหลวของสารสองตัวนี้สูงกว่าตัวอื่นมาก

ท้ายสุดนี้ขอฝากภาพงานก่อสร้างหลังคาคลุมทับหลังคาเดิมของอาคารข้าง ๆ เอาไว้หน่อย เพราะมันมีเรื่องที่แปลกอยู่เหมือนกันว่า ทำไมต้องทำเรื่องง่ายให้เป็นเรื่องยาก แล้ววันหลังจะมาเล่าให้ฟัง

Breather valve กับ Flame arrester MO Memoir : Wednesday 31 December 2557

เรื่องการควบคุมความดันภายในถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศด้วยการใช้ Vent, Breather valve และ Flame arrester นั้นเคยเล่าเอาไว้ใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันเสาร์ที่ ๑๔ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ(Atmospherictank)" ครั้งนึงแล้ว ครั้งนี้เป็นการเอาตัวอย่างของจริงมาให้ชมกัน
  

 

รูปที่ ๑ ถังเก็บของเหลวไวไฟ (จุดเดือด 78-80ºC) ที่ความดันบรรยากาศใบนี้มีการติดตั้ง Breather valve และ Flame arrester (บางทีก็จะกด Flame arrestor) เพื่อควบคุมความดันในถัง และมี pressure gauge วัดความดันภายในถัง
  

Breather valve หรือวาล์วหายใจ จะเปิดให้แก๊สที่อยู่ในถังเก็บระบายออกสู่ภายนอก เมื่อความดันในถังเก็บสูงกว่าความดันบรรยากาศถึงระดับหนึ่ง (ปรกติก็ไม่มากเท่าใด บางทีก็แค่ระดับที่ต้องใช้หน่วยวัดความดันเป็น "นิ้วน้ำ" คือเทียบเท่ากับความดันของน้ำที่สูง xx นิ้ว) และจะเปิดให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปภายในถังได้ถ้าหากความดันในถังลดต่ำกว่าความดันบรรยากาศถึงระดับหนึ่ง ตรงนี้เป็นจุดที่แตกต่างจากท่อ vent เพราะท่อ vent นั้นไม่มีวาล์วปิดกั้น ดังนั้นเมื่อความดันในถังเกิดการเปลี่ยนแปลง (ไม่ว่าจะเป็นผลของการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศหรือการเปลี่ยนแปลงระดับของเหลวในถัง) อากาศเหนือผิวของเหลวในถังก็จะสามารถไหลเข้าออกได้ทันที
  

ด้วยเหตุนี้ในการเก็บของเหลวที่มีความดันไอค่อนข้างสูง (เช่นเอทานอล) การติดตั้ง Breather valve จึงช่วยลดการสูญเสียเอทานอลจากการระเหย แต่สำหรับของเหลวที่มีความดันไอต่ำหรือเป็นของเหลวที่ติดไฟได้แต่มีอุณหภูมิจุดวาบไฟ (flash point) สูงกว่าอุณหภูมิห้องค่อนข้างมาก (เช่นน้ำมันดีเซลที่มีจุดวาบไฟสูงกว่า 60ºC) จึงสามารถใช้ท่อ vent ในการควบคุมความดันในถังเก็บได้
  

การใช้ Breather valve ควบคุมความดันในถังเก็บของเหลวที่เป็นเฃื้อเพลิงที่มีความดันไอค่อนข้างสูง ทำให้บรรยากาศเหนือผิวของเหลวในถังเก็บนั้นมีโอกาสที่จะมีอากาศผสมอยู่ ถ้าหากว่าความดันไอของของเหลวในถังที่อุณหภูมิห้องนั้นสูงมากพอ โอกาสที่ความดันในถังจะลดลงจนอากาศจากภายนอกไหลเข้าไปในถังได้นั้นคงยากที่จะเกิด (แต่อาจเกิดได้ในช่วงที่อุณหภูมิเปลี่ยนกระทันหัน เช่นจากตากแดดร้อนมาเจอฝนตกหนัก) แต่ถึงกระนั้นก็ตามก็ยังต้องมีการป้องกันไม่ให้ไอระเหยเหนือผิวของเหลวในถังเกิดการระเบิด ซึ่งอาจเกิดได้ถ้า (ก) ความเข้มข้นของอากาศและไอสารเคมีในถังนั้นอยู่ในสัดส่วนที่พอเหมาะ และ (ข) มีการจุดระเบิดจากภายนอกที่ทำให้เกิดเปลวไฟวิ่งย้อนเข้าทางช่องทางระบายไอระเหยออกของ Breather valve ด้วยเหตุนี้ในกรณีนี้จึงจำเป็นต้องมีการติดตั้ง Flame arrester ควบคู่ไปด้วย โดยจะติดไว้ระหว่างตัวถังเก็บของเหลวกับ Breather valve ดังแสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง

  

รูปที่ ๒ รูปนี้ซูมถ่ายตัว Breather valve และ Flame arrester สองตัวนี้วางติดตั้งซ้อนกันอยู่ โดยมี Flame arrester อยู่ทางด้านล่าง (ต่อเข้ากับตัวถังเก็บของเหลว) และมี Breather valve วางซ้อนไปบน Flame arrester อีกที
  

Breather valve นั้นมีชิ้นส่วนที่มีการเคลื่อนที่โดยอาศัยความแตกต่างของความดันในทำนองเดียวกันกับวาล์วกันการไหลย้อนกลับ (check valve หรือ non return valve ที่บางทีเขาย่อว่า NRV) ดังนั้นจึงควรต้องมีการตรวจสอบการทำงานของ Breather valve เป็นระยะ ส่วนโครงสร้างภายในของ Flame arrester นั้นเป็นเพียงแค่ช่องทางการเล็ก ๆ สำหรับให้แก๊สไหลผ่าน ดังนั้นจึงมีโอกาสที่จะเกิดการอุดตันได้ จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบเป็นระยะเช่นเดียวกัน ในกรณีของหน่วยงานที่ไปเยี่ยมชมมานั้น มีการติดตั้ง pressure gauge วัดความดันในถังให้ด้วย ซึ่งควรมีการบันทึกช่วงความดันที่มีการเปลี่ยนแปลงในขณะที่ทั้ง Breather valve และ Flame arrester อยู่ในสภาพสมบูรณ์ เพราะสามารถใช้เป็นจุดสังเกตว่าตัว Breather valve และ Flame arrester นั้นมีปัญหาหรือไม่ถ้าหากความดันภายในถังอยู่นอกช่วงดังกล่าว

รูปที่ ๓ รูปนี้ซูมถ่าย Breather valve จากทางด้านล่างขึ้นไป ช่องทางให้อากาศไหลเข้าจะอยู่ทางด้านล่างขวา ส่วนช่องทางให้แก๊สในถังระบายออกจะอยู่ทางด้านบน

Memoir ฉบับนี้เป็นฉบับส่งท้ายปีเก่า ก็ขออวยพรให้ผู้อ่านทุกท่านมีสุขภาพที่แข็งแรงและมีแต่ความสุขตลอดไป

การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank) MO Memoir : Friday 13 May 2554

เมื่อวันอังคารที่ ๑๐ ที่ผ่านมา มีอีเมล์มาถามเรื่องอุปกรณ์ที่ใช้ในการรักษาความดันในถังเก็บของเหลวที่ความดันบรรยากาศ (Atmospheric tank) ดังนั้น Memoir ฉบับนี้ก็เลยขอถือโอกาสเล่าเรื่องนี้ให้ฟัง

ถังความดันบรรยากาศชื่อก็บอกแล้วว่าทำงานที่ความดันบรรยากาศ ถังชนิดนี้มักใช้เก็บของเหลวที่มีความดันไอไม่สูงมากที่อุณหภูมิบรรยากาศรอบด้าน เช่น น้ำ ไฮโดรคาร์บอนที่มีจุดเดือดสูง เช่นพวกตั้งแต่น้ำมันก๊าดขึ้นไป ตัวทำละลายต่าง ๆ ที่มีความดันไอต่ำ ฯลฯ นอกจากนี้ก็ยังใช้เก็บของแก๊สที่ถูกทำให้เย็นตัวจนเป็นของเหลว เช่น พวกไฮโดรคาร์บอน C1-C4 ถังพวกนี้มักจะเรียกว่า cryogenic tank

พวก C3-C4 สามารถทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้โดยการใช้ความดัน และเก็บในถังที่เป็นภาชนะรับแรงดัน (pressure vessel) แต่วิธีการดังกล่าวจะเหมาะกับการเก็บในปริมาณไม่มาก ถ้าต้องการเก็บในปริมาณมาก การเก็บในถัง cryogenic จะดีกว่า

น้ำมันเบนซิน (หรือของเหลวใด ๆ ที่มีความดันไอสูงที่อุณหภูมิห้อง) ก็เก็บในถังเช่นนี้ได้ แต่ถ้าใช้ถังแบบมีหลังคาที่เรียกกว่า cone roof ก็จะมีการสูญเสียจากการระเหยเยอะหน่อย ถ้าเก็บในถังที่มีหลังคาแบบ floating roof ก็จะดีกว่า ส่วนหลังคาแบบ cone roof และหลังคาแบบ floating roof เป็นอย่างไรก็ดูรูปที่ ๑ ข้างล่างก็แล้วกัน

รูปที่ ๑ หลังคาถังความดันบรรยากาศแบบต่าง ๆ

ถังความดันบรรยากาศที่มีหลังคาแบบที่เรียกว่า cone roof ก็คือถังที่มีหลังคาลาดเอียงนั่นแหละ เหตุผลที่ต้องทำให้มันลาดเอียงก็เพื่อการระบายน้ำฝนเวลาฝนตก ถังแบบนี้ใช้เก็บสารที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องที่มีความดันไอไม่สูงได้ดี แต่ถ้าของเหลวนั้นมีความดันไอสูงมากจะทำให้สูญเสียของเหลวจากการระเหยไปได้มาก ดังนั้นเพื่อที่จะลดการระเหยจึงต้องทำการปิดคลุมผิวหน้าของเหลวเอาไว้ไม่ให้มีที่ว่าง ถังแบบนี้เรียกว่า floating roof หรือฝาลอย โดยฝาถังจะลอยอยู่บนผิวหน้าของเหลวเลื่อนขึ้นลงได้ตามระดับของเหลวในถัง ถังแบบ floating roof นี้อาจมีแต่ฝาที่เป็น floating roof เท่านั้น ซึ่งมักจะเห็นกับถังขนาดใหญ่ (เช่นถังเก็บน้ำมันดิบ ถังน้ำมันเบนซินขนาดใหญ่) ซึ่งคงไม่สามารถสร้าง cone roof ครอบเอาไว้ได้ ดังนั้นต้องมีการออกแบบการระบายน้ำฝนออกจาก floating roof ด้วยเวลาที่ฝนตก แต่ถ้าเป็นถังขนาดเล็กก็อาจใช้วิธีสร้าง cone roof ครอบเอาไว้อีกชั้นก็ได้ (แต่ต้องมีช่องทางสำหรับเข้าไปซ่อมบำรุงจากทางด้านบนของ floating roof ด้วยนะ)

จะว่าไปแล้วถังที่มีช่องว่างระหว่างพื้นผิวบนสุดของของเหลวกับฝาถังด้านบน ก็จัดอยู่ในกลุ่มเดียวกับถังแบบ cone roof (ไม่จำเป็นว่าหลังคาต้องมีรูปกรวยเหมือนกันนะ)

ที่นี้เรามาลองดูว่าเกิดอะไรขึ้นในถังที่มีหลังคาปิด (ไม่ว่าจะมีรูปร่างแบบ cone roof หรือไม่ก็ตาม เพียงขอให้มี ช่องว่างระหว่างพื้นผิวบนสุดของของเหลวกับฝาถังด้านบน ซึ่งถังน้ำมันรถก็จัดอยู่ในประเภทนี้) เมื่อเราสูบของเหลวเข้าหรือออกจากถัง ในที่นี้สมมุติว่าเป็นการสูบน้ำก่อนก็แล้วกัน

รูปที่ ๒ (ซ้าย) เมื่อสูบน้ำเข้าถัง อากาศในถังจะถูกอัดตัวจากระดับน้ำที่สูงขึ้น ทำให้ความดันในถังสูงขึ้น (ขวา) แต่เมื่อสูบน้ำออก อากาศในถังจะขยายตัวจากการที่ระดับน้ำลดลง ความดันในถังจะลดต่ำลง

เมื่อเราสูบน้ำเข้าถัง ระดับน้ำในถังจะเพิ่มสูงขึ้น ทำให้ที่ว่างของอากาศเหนือผิวน้ำลดลง ถ้าหากเราไม่มีการระบายออกกาศเหนือผิวน้ำออกไป ความดันเหนือผิวของเหลวในถังก็จะสูงขึ้น และทำให้ถังระเบิดได้ ในทางกลับกันเมื่อเราสูบน้ำออกจากถัง ระดับน้ำในถังจะลดลง ที่ว่างของอากาศเหนือผิวของเหลวจะเพิ่มมากขึ้น ถ้าเราไม่มีการระบายอากาศเข้าในถัง ความดันในถังจะลดลง ถังจะถูกอัดตัวจากความดันบรรยากาศด้านนอกถัง ทำให้ถังยุบตัวเกิดความเสียหายได้

ดังนั้นเพื่อป้องกันความเสียหายที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความดัน จึงต้องทำการติดตั้งท่อระบายอากาศ (หรือที่เรียกว่า vent) ในกรณีของน้ำนั้นท่อระบายอากาศนี้อาจเป็นเพียงท่อโค้งคว่ำลง (เพื่อไม่ให้น้ำฝนหรือสิ่งสกปรกตกลงไปในถังดังแสดงในรูปที่ ๑ และ ๒) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ vent นี้ขึ้นอยู่กับ อัตราการสูบของเหลวเข้า-ออก ขนาดปริมาตรถัง และความดันไอของของเหลวที่บรรจุในถัง ถ้าอัตราการสูบของเหลวเข้า-ออกมีค่าสูง ขนาดของ vent ก็ต้องใหญ่ตามไปด้วย เพื่อให้สามารถระบายอากาศเข้า-ออกได้ทันเวลา

ตัว vent นี้อาจเป็นเพียงแค่ท่อโล่ง ๆ เชื่อมต่อระหว่างอากาศในถังกับอากาศข้างนอกถัง แต่ถ้ากลัวจะมีนกเข้าไปทำรังหรือตัวอะไรเข้าไปในถัง ก็ควรหาตะแกรงมาปิดปลายด้านที่เปิดหน่อยก็ดี

สำหรับของเหลวที่มีความดันไอสูงนั้น เวลาที่ระดับของเหลวในถังลดลง ความดันในถังจะไม่ลดลงมากเท่ากับของเหลวที่มีความดันไอต่ำกว่า เพราะของเหลวที่มีความดันไอสูงนั้นจะสามารถระเหยได้เร็ว ในภาวะที่ไม่มีการสูบของเหลวเข้า-ออกถังนั้น ความดันไอเหนือผิวของเหลวจะสมดุลกับอุณหภูมิของเหลว แต่เมื่อมีการสูบของเหลวออกจากถังซึ่งทำให้ระดับของเหลวลดลง ความดันเหนือผิวของเหลวจะลดลง ของเหลวก็จะระเหยกลายเป็นไอออกมาชดเชย ซึ่งถ้าของเหลวดังกล่าวระเหยได้เร็วพอ ความดันในถังก็อาจจะไม่ตกลงเลยก็ได้ในขณะที่มีการสูบของเหลวออกจากถังและไม่มีการไหลของอากาศเข้าไปในถังด้วย

การเปลี่ยนความดันของอากาศ/ไอในถังไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นเมื่อมีการสูบของเหลวเข้าออกจากถัง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิก็สามารถทำให้เกิดได้เช่นเดียวกัน เช่นเวลาที่ถังตากแดดร้อนในเวลากลางวัน ความดันก็จะสูงขึ้น เวลาที่ถังเย็นตัวลงในเวลากลางคืน ความดันก็จะลดลง นอกจากนี้ยังต้องเผื่อเวลาที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงกระทันหันด้วย เช่นก่อนฝนตกอากาศอาจจะร้อนมาก ทำให้ความดันในถังสูง แต่เมื่อฝนตกลงมา น้ำฝนจะไประบายความร้อนออกจากถัง ทำให้ถังเย็นตัวลง การออกแบบก็ต้องคำนึงเผื่อตรงนี้เอาไว้ด้วย

นอกจากนี้การเปลี่ยนความดันยังขึ้นกับขนาดของถังด้วย ที่อัตราการสูบของเหลวเข้า-ออกเท่า ๆ กัน ถังขนาดใหญ่จะมีอัตราการเปลี่ยนแปลงความดันที่ช้ากว่าถังขนาดเล็ก

ในกรณีที่ใช้ถังประเภทนี้บรรจุของเหลวที่ติดไฟได้นั้น (พวกเชื้อเพลิงต่าง ๆ) การใช้ระบบ vent แบบท่อโล่ง ๆ นี้ทำให้อากาศไหลเข้าไปผสมกับไอเชิ้อเพลิงในถังได้ในเวลาที่สูบของเหลวออกจากถัง และยังทำให้ไอเชื้อเพลิง (ซึ่งมักเป็นเชื้อเพลิงผสมกับอากาศที่เกิดจากการสูบของเหลวเข้า-ออกก่อนหน้า) ไหลออกมานอกถังเมื่อสูบของเหลวเข้าถัง ดังนั้นถ้าหากมีเพลิงไหม้อยู่ภายนอกถัง เปลวไฟภายนอกอาจจุดติดไอระเหยของเชื้อเพลิง + อากาศที่ไหลออกมาทาง vent เปลวไฟนี้จะลุกไหม้วิ่งย้อนกลับเข้าไปในถัง และทำให้ถังระเบิดจากภายในได้

เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาดังกล่าวจึงจำเป็นต้องติดตั้งอุปกรณ์สำหรับ "ดับ" เปลวไฟไม่ให้วิ่งตามไอระเหยของเชื้อเพลิงเข้าไปในถังได้ อุปกรณ์ดังกล่าวมีชื่อเรียกว่า "Flame arrester" (ดูตัวอย่างในรูปที่ ๓ ข้างล่าง)

รูปที่ ๓ ตัวอย่างโครงสร้างและรูปร่างของ Inline flame arrester

(รูปจาก http://www.elmactechnologies.com/products/inline_arresters_sgeib.html)

วิธีการป้องกันไม่ให้เปลวไฟวิ่งย้อนกลับเข้าไปในระบบท่อนั้นมีหลายวิธี การใช้ Flame arrester เป็นเพียงวิธีการหนึ่งเท่านั้น หลักการทำงานของ Flame arrester ก็ไม่มีอะไรมาก อาศัยความจริงที่ว่าเมื่อเปลวไฟสัมผัสกับโลหะที่นำความร้อนได้ดี เปลวไฟก็จะสูญเสียความร้อนและเย็นตัวลง ทำให้ไม่สามารถลุกไหม้เชื้อเพลิงต่อไปได้ เปลวไฟก็จะดับ ชิ้นส่วนโลหะที่ทำหน้าที่ดึงความร้อนก็เป็นเพียงแค่ตะแกรงโลหะซ้อนกันหลายชั้น

แต่การติดตั้ง Flame arrester ก็ต้องมีการซ่อมบำรุง เพราะการที่มีตะแกรงโลหะที่ละเอียดขวางทางการไหลของอากาศในถังนั้น ถ้าตะแกรงดังกล่าวเกิดการอุดตันจากสิ่งสกปรกเมื่อใด ความสามารถในการปรับความดันภายในถังของระบบ vent ก็จะสูญเสียไป ดังนั้นจึงควรต้องมีการถอดส่วนที่เป็นตะแกรงนี้มาทำความสะอาดเป็นระยะด้วย

ระบบท่อปรับความดันที่เป็นท่อเปล่า ๆ นี้มีข้อดีตรงที่โครงสร้างไม่มีความซับซ้อนอะไร แค่เลือกขนาดที่ให้เหมาะสมกับอัตราการสูบของเหลวก็พอ แต่ระบบนี้ก็มีข้อเสียคือ ทันทีที่ความดันในถังลดลง อากาศก็จะไหลเข้าถังได้ทันที และทันที่ที่ความดันในถังสูงขึ้น ไอของเหลวในถังก็จะรั่วออกนอกถังได้ทันที่ ซึ่งถ้าหากเป็นถังบรรจุน้ำหรือของเหลวที่ความดันไอต่ำ เรื่องดังกล่าวก็คงไม่ก่อปัญหาใด ๆ แต่ถ้าเป็นพวกของเหลวที่มีความดันไอสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเชื้อเพลิงด้วยแล้ว การที่มีอากาศรั่วเข้าไปในถังก็เท่ากับเป็นการเพิ่มโอกาสที่จะเกิดการระเบิดของไอในถังได้ถ้ามีเปลวไฟ และการที่ไอเชื้อเพลิงในถังรั่วออกมาก็อาจทำให้เกิดการลุกติดไฟข้างนอกได้ถ้าหากด้านนอกถังมีแหล่งพลังงานที่สามารถจุดระเบิดเชื้อเพลิงได้ (ไม่จำเป็นต้องเป็นเปลวไฟ อาจเป็นประกายไฟหรือพื้นผิวที่ร้อนก็ได้)

อย่างที่กล่าวมาก่อนหน้านี้ว่าของเหลวที่มีความดันไอสูงนั้น เมื่อระดับของเหลวในถังลดลง ของเหลวอาจจะระเหยขึ้นมาชดเชยได้ทันเวลา ทำให้ความดันในถังตกลงไม่เร็วเหมือนกับของเหลวที่มีความดันไอต่ำกว่า ดังนั้นถ้ามีระบบที่ทำให้อากาศไม่ไหลเข้าถังทันทีที่ระดับของเหลวลดลง และไม่ให้ไอของเหลวไหลออกทันทีที่ความดันในถังเพิ่มขึ้นสูง (เช่นตอนแดดออก) เราก็จะสามารถลดการรั่วไหลสู่ภายนอกของไอระเหยจากของเหลวในถัง และลดโอกาสที่จะเกิดอันตรายจากการที่มีอากาศเข้าไปผสมกับไอระเหยในถังได้ อุปกรณ์ดังกล่าวมีชื่อว่า "Breather valve" หรือจะเรียกว่า "วาล์วหายใจ" ก็ไม่ขัดข้อง ตัวอย่างโครงสร้างและการทำงานของวาล์วชนิดนี้แสดงในรูปที่ ๔ ข้างล่าง

รูปที่ ๔ ตัวอย่างโครงสร้าง Breather valve

เมื่อความดันไอของของเหลวในถังสูงขึ้น (เช่นจากการการที่ถังต้องตากแดดในเวลากลางวัน) วาล์วสีแดงจะยังไม่ยกตัวขึ้นจนกว่าแรงดันไอของของเหลวจะมากพอที่จะดันให้วาล์วสีแดงเปิดออก (ยกตัวสูงขึ้น) เพื่อระบายความดันออกสู่บรรยากาศข้างนอก (โดยกดวาล์วสีเขียวให้ปิด) แต่เมื่อความดันในถังต่ำกว่าความดันบรรยากาศที่อยู่นอกถัง (เช่นจากการที่ถังตากแดดอยู่แล้วฝนตกหรือในช่วงเวลากลางคืน) วาล์วสีเขียวจะยังไม่ยอมให้อากาศไหลเข้าไปในถังทันที ต้องรอจนกว่าแรงดันภายในถังลดต่ำลงจนต้านแรงดันบรรยากาศนอกถังไม่ได้ แรงดันบรรยากาศนอกถังก็จะดันให้วาล์วสีเขียวเปิดออก (ด้วยการยกตัวสูงขึ้นเช่นเดียวกัน) เพื่อระบายอากาศเข้าสู่ภายในถัง (โดยจะกดวาล์วสีแดงให้ปิด)

ตัว Breather valve นี้อาจจะต่อตรงเข้ากับช่องว่างเหนือผิวของเหลวในถัง หรือในกรณีที่เป็นถังบรรจุของเหลวไวไฟก็อาจมี flame arrester คั่นกลางระหว่าง Breather valve กับช่องว่างเหนือผิวของเหลวในถัง

เช้านี้ไปตรวจเยี่ยมนิสิตฝึกงานที่บริษัท ก็พึ่งจะได้ยินเรื่องนี้เป็นครั้งแรก คือมีนิสิตฝึกงาน (ไม่ใช่คนของเราแต่เป็นของสถาบันไหนไม่ขอบอก) แอบเข้าไปนอนหลับในห้องส้วมแล้วโดนแม่บ้านจับได้ สาเหตุเป็นเพราะห้องส้วมที่บริษัทนั้นเป็นแบบชักโครกที่มีถังพักน้ำอยู่ด้านหลัง คนที่เข้าไปแอบงีบก็เลยใช้วิธีนั่งหันหลังและฟุบกับถังพักน้ำ ทีนี้พอแม่บ้านมาทำความสะอาดพบห้องส้วมปิดอยู่ และเห็นลอดช่องประตูว่าคนที่อยู่ข้างในห้องนั่งหันเท้าเข้าข้างใน (หรือหันหลังให้ประตูนั่นเอง เพราะปรกติห้องส้วมทั่วไปจะนั่งหันหน้าออกเข้าหาประตูใช่ไหม ดังนั้นเท้าก็ต้องชี้ออกมาข้างนอก) ซึ่งมันเป็นเรื่องผิดปรกติ ก็เลยต้องมีการตรวจสอบ เรื่องก็เลยแดงว่าแอบเข้าไปหลับในห้องส้วมตั้ง ๒ ชั่วโมง

แต่จะว่าไปก็น่าสงสารคนทำงานบริษัทสมัยนี้ เข้างานแต่เช้า ใช้งานทั้งวันยันดึก เวลาพักผ่อนก็ไม่เพียงพอ แถมตอนนี้บริษัทนี้ยังให้แม่บ้านมาเฝ้าหน้าห้องน้ำตลอดเวลาทำงานซะด้วย คงกลัวว่าจะมีแต่คนเดินเข้าแล้วเงียบหายไปโดยไม่เดินออกมามั้ง