เพลิงไหม้ถังเก็บน้ำมันเบนซินที่เกิดจากน้ำมันล้นถัง MO Memoir : Wednesday 26 June 2567

เหตุการณ์นี้นับว่าใกล้เคียงกับเหตุการณ์ที่เกิดที่มาบตาพุดเมื่อเดือนพฤษภาคมที่ผ่านมามาก ไม่ว่าจะเป็นชนิดและปริมาณของน้ำมัน ระดับความสูงของน้ำมันในถังเก็บ และรูปแบบการฉีกขาดของหลังคาถังกับส่วนลำตัว แต่ด้วยการที่หลังคาถังไม่ยุบตัวลงไปใต้ผิวน้ำมัน (เพราะมีหลังคาลอยอยู่ข้างใต้อีกชั้นหนึ่ง) ทำให้การดับเพลิงเป็นไปด้วยความยากลำบาก ต้องใช้เวลาถึง ๕ วันจึงถือได้ว่าดับเพลิงได้สมบูรณ์

รูปที่ ๑ ภาพขณะเพลิงกำลังลุกไหม้ จะเห็นน้ำมันที่ไหลล้นออกมาทาง "Overflow vent" และ "Eyebron vent" ลุกติดไฟเป็นทางลงมาข้างล่าง (แหล่งที่มาของรูปไม่ได้ให้คำอธิบายใด ๆ สาเหตุที่เป็นไปได้คาดว่าน่าจะเกิดจากการฉีดอัดโฟมเข้าทางด้านล่าง (Subsurface injection) โดยหวังให้โฟมลอยไปปิดคลุมผิวน้ำมันด้านบน เพราะมีการกล่าวถึงในบทความ รูปที่ ๑ และ ๘ นำมาจาก https://www.flickr.com/photos/jaxfiremuseum/albums/72157645849543064/

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้เป็นเหตุการณ์เพลิงไหม้ถังเก็บน้ำมันเบนซิน (gasoline) ที่ Steuart Petroleum ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ ๒ มกราคม ค.ศ. ๑๙๙๓ (พ.ศ. ๒๕๓๖) หรือก่อนเหตุการณ์ที่มาบตาพุด ๓๑ ปีเศษ รายละเอียดของเหตุการณ์ได้มาจากบทความฉบับภาษาอังกฤษเรื่อง "Tank Fires : Review of fire incidents 1951-2003" จัดทำโดย Henry Persson และ Anders Lönnermark เอกสารต้นฉบับน่าจะไม่ใช่ภาษาอังกฤษเพราะใช้ comma (,) แทนจุดทศนิยม

ถังที่เกิดเหตุนั้นเป็นชนิด Internal floating roof ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 30.5 เมตร (รูปที่ ๒) ตัวบทความไม่มีความสูงของส่วนลำตัวทรงกระบอก แต่จากปริมาตรน้ำมันที่บรรจุจนล้นส่วนลำตัวทรงกระบอก (8700 m³) ทำให้คำนวณความสูงของส่วนลำตัวทรงกระบอกได้ประมาณ 11.9 เมตร

รูปที่ ๒ ลักษณะถังน้ำมันที่เกิดเหตุ (ตารางบน) และการดับเพลิง (ตารางล่าง) ข้อมูลในตารางล่างนั้นเป็นการดับเพลิงครั้งสุดท้ายหลังจากที่ไหม้มาแล้ว 4.5 วัน ใช้เวลาในการควบคุมเพลิง 55 นาทีและในการดับ 1.57ชั่วโมง (แต่ดับเสร็จสิ้นสมบูรณ์แบบไม่มีไฟประทุก็ข้ามไปอีกวัน)

ในเหตุการณ์ที่มาบตาพุดนั้น ข้อมูลบางแหล่งบอกว่าถังกว้าง 26 เมตร สูง 19 เมตร มีน้ำมันประมาณ 8000 m³ ซึ่งจะคำนวณระดับความสูงน้ำมันในถังได้ 15 เมตร ซึ่งถ้าเป็นตามนี้ตัวเลขนี้ก็จะเป็นส่วนสูงของส่วนลำตัวทรงกระบอก

ก่อนจะเข้าสู่เหตุการณ์ ลองมาทำความรู้จักกับ internal floating roof tank กันหน่อย (รูปที่ ๓) เพราะในคำบรรยายเหตุการณ์นั้นมีการกล่าวถึงส่วนประกอบต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับ internal floating roof tank

ในการเก็บรักษาเชื้อเพลิงที่มีองค์ประกอบที่ระเหยได้ง่าย (เช่นมันมันเบนซิน, น้ำมันดิบ) เพื่อลดการระเหยขององค์ประกอบที่ระเหยได้ง่ายนี้ก็จะเก็บในถังแบบ floating roof ที่หลังคาถังลอยขึ้นลงตามระดับความสูงของน้ำมัน หลังคาแบบนี้ทำให้ไม่มีที่ว่างเหนือผิวของเหลว องค์ประกอบที่ระเหยได้ง่ายจึงไม่สามารถระเหยออกไปได้ แต่หลังคาแบบนี้ต้องออกแบบระบบระบายน้ำฝนที่ตกใส่หลังคา เพราะถ้ามันมีมากเกินไป น้ำหนักของน้ำฝนที่สะสมก็จะทำให้หลังคาจมได้ หรือไม่ก็ทำ fixed roof ครอบปิดทับ floating roof เอาไว้เลย ซึ่งทำให้กันได้ทั้งน้ำฝนและหิมะ

ที่ว่างเหนือ floating roof และใต้ fixed-roof ควรมีแต่อากาศ (เพราะ floating roof ป้องกันไม่ให้น้ำมันระเหยออกมา) ดังนั้นช่องระบายให้อากาศไหลเข้า-ออกเวลาที่หลังคาลดระดับต่ำลงหรือลอยสูงขึ้นก็ไม่จำเป็นต้องมีการติดตั้งอุปกรณ์ลดปริมาณไอน้ำมันระเหยออก/อากาศไหลเข้าเช่น breather valve หรือเปลวไฟไหลย้อนเข้าไปในถัง (เช่น flame arrester) ในรูปที่ ๓ นั้นจะมีช่องระบายอากาศที่เรียกว่า eyebrow vent อยู่รอบขอบล่างของ fixed roof การที่จะดูว่าถัง fixed-roof ที่เห็นนั้นมี internal floating roof อยู่ภายในหรือไม่ก็ดูได้จากการมี eyebrow vent นี้หรือไม่ เพราะถ้าเป็นถัง fixed-roof ที่ไม่มี internal floating roof อยู่ภายใน มันจะไม่มี eyebrow vent

ตัวของ floating roof นั้นจะลอยขึ้นไปได้สูงระดับหนึ่งก่อนที่จะถูกหยุด ดังนั้นถ้าหาก floating roof ลอยจนถึงตำแหน่งสูงสุดแล้วแต่ยังไม่หยุดจ่ายน้ำมันเข้าถัง ความดันในถังก็อาจสูงจนทำให้เกิดความเสียหายต่อถังเก็บได้ จึงจำเป็นต้องมีช่องระบายของเหลวส่วนเกินออกที่เรียกว่า overflow vent อยู่ทางด้านข้างของถัง (คือถ้าเป็นถังแบบ fixed roof ธรรมดามันไม่จำเป็นต้องมี เพราะระดับน้ำมันที่สูงเกินกว่าความสูงของส่วนลำตัวทรงกระบอกจะไปไหลล้นออกทางช่องระบายอากาศแทน

 

รูปที่ ๓ ตัวอย่างโครงสร้างของ internal floating roof tank เลข 1 มุมขวาบนคือ eyebrow vent ที่ไว้สำหรับระบายอากาศ ส่วนเลข 2 ที่มุมซ้ายบนคือ overflow vent สำหรับให้น้ำมันที่ล้นถังไหลออกมา ส่วน centre vent ที่อยู่ที่ตำแหน่งสูงสุดนั้นมีไว้เพื่อระบายแก๊สที่เบากว่าอากาศ

รูปที่ ๔ คำบรรยายเหตุการณ์ในช่วงแรกที่เกิด

การระเบิดเกิดขึ้นเมื่อเวลา 3.15 น ของวันที่ ๒ มกราคม (รูปที่ ๔) โดยเกิดจากน้ำมันเบนซินที่ไหลล้นออกมา ทำให้โอเปอร์เรเตอร์ที่เข้าไปตรวจสอบสถานที่เสียชีวิต ๑ ราย (ดูแล้วระบบน่าจะมีปัญหา ก็เลยส่งโอเปอร์เรเตอร์เข้าไปตรวจสอบ) ไม่สามารถระบุแหล่งจุดระเบิดได้ว่าเกิดจากอะไร แต่มึความเป็นไปได้ทั้งจากรถยนต์ที่โอเปอร์เรเตอร์ขับเข้าไป (คงเข้าไปในกลุ่มไอน้ำมันที่ระเหยออกมา), การเบียดอัดกันของ internal floating roof กับ fixed cone roof, และจากการไหลล้นของน้ำมัน (คงหมายถึงไฟฟ้าสถิต เพราะช่วงเวลาดังกล่าวของปีเป็นหน้าหนาวที่อากาศแห้ง) ไฟที่อยู่บนพื้นด้านล่างครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 1 เอเคอร์ (2 ไร่ครึ่ง) แต่ก็สามารถควบคุมได้ในเวลาไม่นาน แต่ในเวลานั้นก็ยังมีน้ำมันไหลล้นออกทาง "overfill tank's eyebrow vent" ทำให้การดับเพลิงที่ระดับพื้นทำได้ลำบาก

แรงระเบิดทำให้ fixed roof ด้านบนยุบตัวลงมาบางส่วนมาทับอยู่บน internal floating roof ทำให้เกิดเป็นที่ว่างระหว่างด้านบนของ internal floating roof กับใต้ fixed roof และยังเกิดแนวฉีกขาดแบบ "fishmouth" ทางด้านข้างด้านหนึ่งของถัง (เกิดจากแนวรอยเชื่อมยึดระหว่าง fixed roof กับส่วนลำตัวถังฉีกขาดเป็นบางส่วน)

คือถ้าตัว fixed roof หลุดลงมาอยู่ต่ำกว่าความสูงของส่วนลำตัวทรงกระบอก ก็จะสามารถฉีดโฟมเข้าไปปิดคลุมด้านบนถังได้ เพราะมันมีขอบผนังของถังป้องกันไม่ให้โฟมไหลลงออกมานอกถัง จะทำให้การดับเพลิงทำได้ง่ายขึ้น อย่างเช่นในกรณีของเหตุการณ์ที่มาบตาพุดจะเห็นว่า ในช่วงแรกนั้นเพลิงยังไม่รุนแรง แต่ไม่สามารถดับได้ แต่พอหลังคายุบตัวจมลงไปในถัง สามารถดับได้อย่างรวดเร็ว

รูปที่ ๕ ตัวอย่าง "Foam wand" ที่ใช้ในการฉีดโฟมเข้าทางด้านบนของถัง (ตัวสีแดงด้านซ้าย) รูปขวาเป็นรูปแบบการใช้งาน ภาพต้นฉบับมีขนาดเล็ก พอขยายขึ้นมาเพื่อให้พอจะเดาตัวหนังสือได้ ภาพก็เลยไม่ค่อยคมชัด

ก่อนจะเข้าสู่เหตุการณ์การผจญเพลิง ลองมาทำความรู้จัก "Foam wand" ที่เป็นอุปกรณ์ตัวหนึ่งที่มีการกล่าวถึงในบทความกันก่อน (รูปที่ ๕) ตัวอย่างหนึ่งของอุปกรณ์นี้มีลักษณะเป็นท่อดังแสดงในรูปที่ ๕ ในการใช้งานก็เอาท่อนี้พาดเข้ากับขอบด้านบนของถัง ส่วนปลายด้านล่างต่อเข้ากับเครื่องกำเนิดโฟม แต่จากในรูปที่แสดงนั้นระดับผิวของเหลวในถังนั้นต้องอยู่ต่ำกว่าปลายล่างสุดของปลายท่อด้านบน แต่ในเหตุการณ์นี้แตกต่างออกไป เพราะน้ำมันมันล้นถังออกมา ทำให้ปลายท่อด้านบนนั้นจมอยู่ใต้พื้นผิวน้ำมัน ก่อให้เกิดปัญหา "กาลักน้ำ" ที่จะกล่าวถึงต่อไป

รูปที่ ๖ การพยายามระงับเหตุในข่วงแรก

การใช้โฟมดับเพลิงที่ไหม้ถังอยู่เริ่มหลังจากเกิดเหตุเพียงชั่วโมงเศษ (รูปที่ ๖) มีทั้งการฉีดเข้าทางด้านบน (over the top), ฉีดเข้าทาง eyebrow vent, การฉีดเข้าทางด้านล่างของถัง (subsurface injection ที่ให้โฟมลอยขึ้นด้านบน) แต่ความพยายามแต่ละครั้งทำให้น้ำมันไหลล้นออกมาจนทำให้เกิดเพลิงไหม้ที่ระดับพื้นดินอีก (ตรงนี้น่าจะเป็นผลของการฉีดเข้าทางด้านล่างดังที่ได้เกริ่นไปในบทความเมื่อวันอาทิตย์ที่ ๒๓ มิถุนาที่ผ่านมา) จนกระทั่งวันที่ ๔ (ไหม้มาแล้วสองวัน) ก็มีการใช้ foam wand ที่ขึ้นรูปเป็นพิเศษเพื่อฉีดโฟมเข้าทางด้านบน แต่ก็เกิดปัญหาตามมาเมื่อการฉีดโฟมหยุดชะงัก เพราะน้ำมันในถังนั้นไหลย้อนเข้ามาทางท่อฉีดโฟม (ปรากฏการณ์กาลักน้ำ) เพราะปลายท่อด้านบนของ foam wand นั้นอยู่ใต้ผิวน้ำมัน

รูปที่ ๗ การพยายามดับเพลิงครั้งสุดท้ายที่ประสบความสำเร็จ

การดับเพลิงที่ประสบความสำเร็จเริ่มในวันที่ ๖ มกราคมเมื่อเวลาสามทุ่มเศษ (ไฟไหม้มาแล้ว ๔ วัน - รูปที่ ๗) ตอนที่ดับเพลิงได้นั้นมีน้ำมันเหลืออยู่ในถังประมาณ 7500 m³ ก็เรียกว่าไหม้ไป 1000 m³ ซึ่งเมื่อนำตัวเลขน้ำมันที่หายไปนี้ไปหักออกจากความสูงเริ่มต้นของระดับน้ำมัน ก็จะได้ว่าระดับน้ำมันในถังลดต่ำลงประมาณ 1.5 เมตร ทำให้มีขอบผนังถังที่จะรักษาให้โฟมลอยอยู่บผิวบนของถังได้ และน้ำมันไม่ไหลล้นออกมา

การควบคุมเพลิงเกือบทั้งหมดทำได้เมื่อเวลาประมาณห้าทุ่มเศษของคืนวันที่ ๖ มกราคม (เกือบสองชั่วโมงหลังเริ่มปฏิบัติการ) แต่ในวันที่ ๗ ก็ยังมีไฟกลับมาลุกติดใหม่และยังต้องเฝ้าระวังอีก ๓๒ ชั่วโมง (คือข้ามไปถึงวันที่ ๙ มกราคม)

ณ เวลาที่เกิดเหตุนั้น เหตุการณ์นี้ถือว่าเป็นเหตุเพลิงไหม้ internal floating roof tank ที่ใหญ่ที่สุด ที่สามารถทำการดับเพลิงได้เป็นผลสำเร็จ

รูปที่ ๘ ในรูปนี้ยังมีการฉีดโฟมอยุ่ จะเห็นว่ายังมีไฟลุกอยู่บางตำแหน่ง โดยมีการฉีดโฟมลงไปทางด้านบน และเล็งไปที่ช่อง overflow vent

แล้วในระหว่างที่ไฟไหม้อยู่นั้น ผู้ผจญเพลิงจะรู้ได้อย่างไรว่าระดับน้ำมันในถังอยู่ตรงไหน ตรงนี้สังเกตได้จากการเปลี่ยนแปลงผิวโลหะของถัง เพราะเนื้อโลหะส่วนที่ร้อนจัดจะมีการเปลี่ยนแปลงสภาพ รูปที่ ๙ นำมาจากบทความเรื่อง "Fire during receiving gasoline at an inner floating tank" (https://www.shippai.org/fkd/en/cfen/CC1300007.html) เป็นเหตุการณ์เพลิงไหม้ถังเก็บน้ำมันเบนซินขนาดความจุ 2000 m³ เมื่อวันที่ ๒๓ พฤศจิกายน ค.ศ. ๒๐๐๒ (พ.ศ. ๒๕๔๕) ในเหตุการณ์นี้ตัว fixed roof นั้นปลิวหลุดออกไป พึงสังเกตว่าลำตัวถังส่วนที่อยู่ใต้ระดับผิวน้ำมันในถังจะไม่ได้รับผลกระทบจากเปลวไฟ ในขณะที่เนื้อโลหะส่วนที่อยู่เหนือระดับของเหลวนั้นได้รับความร้อนจากเปลวไฟจนสีที่ทาไว้ไหม้ไปหมด และเหล็กกลายเป็นเหล็กออกไซด์ ในเหตุการณ์นี้เพลิงไหม้เกิดขึ้นเฉพาะในถังเก็บ ไม่มีการลุกลามออกมาไหม้ข้างนอก และหลังคาถังปลิวหลุดออกไป

ในเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่มาบตาพุดนั้น หลังเพลิงสงบภาพถ่ายถังต้นเพลิงแสดงให้เห็นว่ามีน้ำมันอยู่เต็ม ส่วนถังอีกใบที่อยู่ข้าง ๆ กันนั้นแม้จะโดนเปลวไฟครอกจากทางด้านนอก แต่สภาพลำตัวนั้นยังดีอยู่ (มีแต่คราบเขม่าดำ) นั่นแสดงว่าถังใบนั้นก็ควรมีน้ำมันบรรจุอยู่เต็มเหมือนกัน และเมื่อตัว fixed roof ยุบตัวลงไปในถัง ทำให้น้ำมันในถังกระฉอกออกมาภายนอกกลายเป็น pool fire ในเขต tank bund และ full surface fire ในถัง แต่การกระฉอกออกมาข้างนอกทำให้ระดับน้ำมันในถังลดต่ำลงกว่าขอบถัง จึงมีผนังกั้นสำหรับโฟมที่ฉีดลงไปบนผิวน้ำมัน การดับเพลิงจึงทำได้ง่ายขึ้น

รูปที่ ๙ จะเห็นว่าโลหะที่อยู่เหนือผิวของเหลวได้รับความร้อนจากเปลวไฟจนสูญเสียรูปร่างและกลายเป็นสนิม ในขณะที่ส่วนที่อยู่ต่ำกว่าระดับของเหลวยังอยู่ในสภาพดี สีที่ทาไว้ไม่มีรอยไหม้ 

 

หมายเหตุ : บทความที่เกี่ยวข้องก่อนหน้านี้
"การระเบิดของถังเก็บPyrolysis gasolineที่มาบตาพุด" MO Memoir : Saturday 11 May 2567
"การดับเพลิงไหม้Fixed roof tankเมื่อมีน้ำมันอยู่เต็มถัง" MO Memoir : Sunday 23 June 2567

 

บางปัญหาเกี่ยวกับท่อที่ต่อเข้าด้านบนของ Fixed-roof tank MO Memoir : Wednesday 27 May 2563

สิ่งที่ทำงานได้ดี ที่ผ่านมาก็ไม่เคยมีปัญหาอะไร แต่เมื่ออะไรต่อมิอะไรมันมาประจวบเหมาะในเวลาที่เหมาะสม มันก็เกิดเรื่องได้เช่นกัน ดังเช่นกรณีตัวอย่างที่นำมาจาก ICI Safety Newsletter สองกรณีนี้

เรื่องที่ ๑ น้ำมันควบแน่นในท่อไนโตรเจน

เรื่องนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๒๑ เรื่องที่ ๔ เดือนสิงหาคม ๑๙๗๐ (พ.ศ. ๒๕๑๓)

 

ถัง (Tank) ชนิด fixed roof tank นั้นจะต้องมีรูระบายอากาศอยู่ที่ฝาถังด้านบน เพื่อให้อากาศเหนือผิวของเหลวนั้นไหลออกได้เวลาที่เติมของเหลวเข้าถังหรือเมื่ออากาศร้อน และให้อากาศภายนอกไหลเข้าไปในถังได้เวลาที่สูบของเหลวออกจากถังหรือเมื่ออากาศเย็น ทั้งนี้เพื่อรักษาความดันภายในถังไม่ให้สูงหรือต่ำเกินไป

 

แต่ถ้าของเหลวที่เก็บในถังนั้นเป็นของสารไวไฟที่มีจุดวาบไฟต่ำกว่าอุณหภูมิห้อง การให้อากาศไหลเข้า-ออกก็อาจทำให้ส่วนที่เป็นไอเหนือผิวของเหลวภายในถัง มีความเข้มข้นอยู่ในช่วง explosive mixture ได้ ดังนั้นถ้าไอที่มีความเข้มข้นในช่วง explosive mixture นี้ระบายออกมาจากรูระบายและพบกับแหล่งพลังงาน (เช่นความร้อน เปลวไฟ ประกายไฟ) ก็จะเกิดไฟลุกไหม้ย้อนกลับเข้าไปในถังและทำให้เกิดการระเบิดขึ้นในถังได้ การป้องกันการเกิดเหตุเช่นนี้ทำได้ด้วยการติดตั้ง flame arrestor เพิ่มเข้าไปที่ช่องระบายไอ (ที่อาจเป็นเพียงแค่ vent หรือ breather valve) แต่การติดตั้ง flame arrestor นี้ไม่สามารถป้องกันการระเบิดภายในถังที่เกิดจากการจุดระเบิดภายในถังได้ (เช่นจากไฟฟ้าสถิตย์) ในกรณีเช่นนี้การใช้แก๊สเฉื่อย (ปรกติก็ไนโตรเจน) ช่วยในการรักษาความดันภายในถังแทนการปล่อยให้อากาศไหลเข้าออกก็สามารถช่วยได้

 

อีกวิธีหนึ่งก็คือการไปใช้ถังเก็บแบบ floating roof tank ที่ฝาบนนั้นลอยอยู่บนผิวของเหลว ในกรณีนี้ถ้าเป็นบ้านเรามันก็ไม่มีปัญหา เพราะมันมีแค่ฝนตก แต่สำหรับประเทศอากาศหนาวที่มีหิมะตก แม้แต่ถัง floating roof ก็ยังต้องมี fixed roof ครอบทับอีกที เพื่อป้องกันไม่ให้หิมะสะสมบน floating roof จนมีน้ำหนักมากเกินกว่าตัว roof จะลอยได้ ทำให้มีที่ว่างระหว่างตัว floating roof และ fixed roof ที่ไอเชื้อเพลิงที่ระเหยรอดออกมาตรงรอยต่อต่าง ๆ สามารถสะสมได้

  

รูปที่ ๑ ไอน้ำมันควบแน่นทางท่อด้านขาออกของท่อไนโตรเจน ทำให้ไนโตรเจนไม่สามารถไหลเข้าถังได้

รูปที่ ๑ เป็นกรณีของการใช้แก๊สไนโตรเจนเข้าไปแทนที่อากาศ กล่าวคือเวลาที่ความดันภายในถังลดลง แก๊สไนโตรเจนก็จะไหลเข้าไป ป้องกันไม่ให้อากาศไหลเข้า และเวลาที่ความดันในถังสูงขึ้น ไอผสมของเชื้อเพลิงกับไนโตรเจนก็จะไหลออกผ่านทางช่องระบาย

  

แก๊สไนโตรเจนความดันสูงจะต้องผ่านวาล์วลดความดันก่อนจะไหลเข้าถัง ตำแหน่งที่ติดตั้งวาล์ว (ไม่ว่าแบบไหนก็ตาม) ก็เป็นประเด็นหนึ่งที่น่าพิจารณา คือต้องพิจารณาถึงเรื่อง ความถี่ในการใช้ การซ่อมบำรุง และการป้องกันไม่ให้ใครไปยุ่งเกี่ยวโดยไม่ได้รับอนุญาต กล่าวคือถ้าวาล์วตัวไหนต้องใช้งานบ่อยก็ควรให้เข้าถึงได้ง่าย (เช่นอยู่ระดับพื้นดินหรือมีทางเดินถาวรเข้าถึง) หรือถ้าจำเป็นก็อาจต้องใช้ระบบรอกโซ่ช่วยดึงในการหมุนเปิด-ปิด ตัวไหนที่นาน ๆ ต้องเข้าไปยุ่งทีก็อาจใช้การก่อนั่งร้านแทนเมื่อต้องเข้าไปยุ่ง และตัวไหนที่ไม่อยากให้ใครเข้าไปยุ่งปรับเปลี่ยนเล่น ก็อาจต้องติดตั้งในตำแหน่งที่เข้าถึงได้ยาก (เช่นต้องสร้างนั่งร้านถึงจะเข้าถึงได้) หรือติดตั้งระบบล็อกเอาไว้ไม่ให้ปรับเปลี่ยนได้ง่าย

ในเหตุการณ์นี้วาล์วลดความดันอยู่ที่ระดับต่ำ โดยท่อด้านขาออกถูกยกสูงขึ้นไปและต่อเข้า tank ณ ตำแหน่งที่สูงกว่าระดับสูงสุดของของเหลวใน tank

  

สิ่งที่เกิดขึ้นคือ เมื่ออากาศร้อน ความดันไอของน้ำมันจะสูงขึ้น ไนโตรเจนจะหยุดไหล ไอน้ำมันบางส่วนจะไหลย้อนเข้ามาในท่อไนโตรเจนได้ และเมื่อกาศเย็นลง ไอน้ำมันที่แพร่เข้ามาในท่อไนโตรเจนจะควบแน่นกลายเป็นของเหลวลงมาสะสมอยู่ทางด้านขาออกของวาล์วลดความดัน และถ้าปริมาณของเหลวที่สะสมนั้นมากพอ ความดันที่เกิดจากความสูงของของเหลวด้านขาออกของวาล์วลดความดันก็จะปิดกั้นไม่ให้ไนโตรเจนไหลเข้าถังได้ ดังนั้นเพื่อแก้ไขปัญหานี้ วาล์วลดความดันจึงควรติดตั้งที่ตำแหน่งระดับความสูงของหลังคาถัง และไม่ควรเปิดโอกาสให้มีของเหลวสะสมในท่อด้านขาออกได้ (เช่นด้วยการวางท่อลาดเอียงลงไปในถัง)

เรื่องที่ ๒ ไฮโดนเจนจากถังเก็บกรด

 

เรื่องนี้นำมาจาก ICI Safety Newsletter ฉบับที่ ๕๙ เรื่องที่ ๖ เดือนธันวาคม ๑๙๗๓ (พ.ศ. ๒๕๑๖)

  

โปรตอน (H⁺) ที่เกิดจากการแตกตัวของกรด สามารถดึงอิเล็กตรอนจากอะตอมเหล็กได้ โดยตัวมันเองจะเปลี่ยนเป็นแก๊สไฮโดรเจน (H₂) ในขณะที่อะตอมเหล็กจะกลายเป็นไอออน (Fe²⁺) เข้ามาอยู่ในสารละลายกรดแทนโปรตอน แต่การแตกตัวของกรดให้โปรตอนได้นี้ จำเป็นต้องมีสารอื่นมารับโปรตอนจากโมเลกุลกรดก่อน เช่นน้ำ (H₂O) ที่เมื่อรับโปรตอนแล้วก็จะกลายเป็นไฮโดรเนียมไอออน (H₃O⁺) แล้วเจ้าตัวไฮโดรเนียมไอออนนี้จึงไปดึงอิเล็กตรอนจากเหล็กอีกที

  

แต่สำหรับกรดที่เข้มข้นมาก ๆ มันจะไม่มีการแตกตัว (หรือมีการแตกตัวน้อยมาก) เพราะไม่มีตัวรับโปรตอน ดังนั้นกรดที่เข้มข้นมาก ๆ จึงสามารถเก็บในถังเหล็กได้ แต่ตรงนี้ใช่ว่าเหล็กจะไม่สึกกร่อนนะ เอาเป็นว่าเรียกว่าอัตราการสึกกร่อนนั้นต่ำมากจนอยู่ในระดับที่ยอมรับได้ (กล่าวคือไม่กระทบต่อความแข็งแรงของถังเก็บแม้ว่าจะใช้งานผ่านไปหลายปี)

  

ด้วยเหตุนี้เมื่อใช้ถังเหล็กเก็บสารละลายกรดเข้มข้น ก็ยังควรต้องคำนึงถึงการระบายแก๊สไฮโดรเจนที่อาจเกิดขึ้นจากการที่กรดนั้นไปกัดถังเหล็กเอาไว้ด้วย

รูปที่ ๒ (ซ้าย) เมื่อท่อ vent อยู่ต่ำกว่าระดับความสูงสูงสุดของ tank แก๊สไฮโดรเจนจะสามารถสะสมใช้ roof ได้ (ขวา) แต่ถ้าติดตั้ง vent ที่ตำแหน่งสูงสุดของ roof แก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจะระบายออกและฟุ้งกระจายออกไปได้ง่าย

  

เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นกับถังเหล็กที่ใช้เก็บกรดฟอสฟอริก (H₃PO₄) ของโรงงานผลิตปุ๋ยแห่งหนึ่ง (กรดนี้เป็นตัวให้ธาตฟอสฟอรัส) ท่อระบายแก๊สไฮโดรเจนที่ฝาถังนั้นไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งสูงสุดของฝาถัง แต่อยู่ต่ำลงมาและยื่นออกมาทางด้านข้าง และเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนไหลเข้าไปในท่อได้ จึงออกแบบปลายท่อให้หันลงล่าง (รูปที่ ๒)

  

วันหนึ่ง มีคนงานไปทำงานเชื่อมโลหะในบริเวณดังกล่าว เปลวไฟจากการเชื่อมโลหะไปจุดระเบิดแก๊สไฮโดรเจนที่ไหลออกมาทางปลายท่อระบายแก๊สไฮโดรเจน เปลวไฟเดินทางย้อนเข้าไปในท่อและไปจุดระเบิดแก๊สไฮโดรเจนที่สะสมอยู่ใต้หลังคา ทำให้ฝาถังปลิวออกมา (จดหมายข่าวไม่ได้บอกว่าการเชื่อมเกิดขึ้นที่ไหน อาจจะเกิดจากบริเวณที่สูงกว่าแล้วมีสะเก็ดไฟที่กระเด็นตกลงล่างก็ได้ หรือเกิดจากบริเวณข้างเคียงที่อยู่ใกล้กับท่อระบายแก๊สไฮโดรเจนก็ได้) 

  

วิธีการที่ดีกว่าคือการย้ายท่อระบายแก๊สมาอยู่ ณ ตำแหน่งสูงสุดของฝาถัง และถ้ากลัวน้ำฝนเข้าไปก็อาจใช้การติดตั้งข้องอที่ปลายท่อให้โค้งเป็นตัว U ลงมาข้างล่าง หรือไม่ก็ติดตั้งข้อต่อรูปตัว T ให้แก๊สระบายออกทางซ้ายและขวา

  

ตรงนี้ก็อาจมีคนมองว่า ถ้าเขาติด flame arrestor ตั้งแต่แรก เหตุการณ์นี้ก็คงไม่เกิด แต่ถ้าเรามองย้อนกลับไปตอนที่เขาออกแบบถังเก็บ ว่าไว้สำหรับเก็บกรดฟอสฟอริก ซึ่งไม่ติดไฟ คนออกแบบก็คงจะมองไม่เห็นความจำเป็นที่ต้องติดตั้ง flame arrestor ไว้ที่ท่อระบายแก๊ส (กรดอนินทรีย์มันไม่ติดไฟ แต่หลายตัวเป็นตัวจ่ายออกซิเจน (เช่นกรดไนตริก HNO₃) ทำให้สารอินทรีย์เกิดปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ได้ดีขึ้น แต่พวกกรดอินทรีย์มันติดไฟได้นะ โดยเฉพาะพวกกรดไขมัน)

  

และที่ต้องคำนึงก็คือ คนออกแบบมักจะเป็นผู้เชี่ยวชาญงานทางด้านการก่อสร้างไม่ก็เครื่องกล การออกแบบของเขาก็จะเน้นไปที่ความสามารถในการรับแรงเป็นหลัก ข้อกำหนดเพิ่มเติมที่ต้องมีเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างการใช้งานนั้น จำเป็นที่นักเคมี (หรือผู้ที่มีความรู้ทางด้านเคมี) แจ้งให้ผู้ออกแบบทราบก่อนเริ่มการออกแบบ เพื่อที่เขาจะได้รู้เงื่อนไขเฉพาะที่สำคัญบางข้อก่อนเริ่มงาน

การลดการระเหยของของเหลว MO Memoir : Tuesday 12 June 2555

เหตุเกิดตอนทำแลปเมื่อบ่ายวันวาน เห็นนิสิตเอาฟลาสค์แกว่งไปมาในน้ำร้อนของ water bath อยู่

ผม : ไม่เมื่อยมือเหรอ

นิสิต : เมื่อยครับ

ผม : ไม่ร้อนมือเหรอ

นิสิต : ร้อนครับ

ผม : แล้วไม่เอาไอ้ที่วางไว้ให้เอามาใช้ล่ะ (ชี้ให้ดูโต๊ะข้าง ๆ)

นิสิต : อ้าว ผมนึกว่าเอามาวางไว้ให้ฝึกออกกำลังกาย

ในเมื่อการสอบเข้ามหาวิทยาลัยนั้นไม่ได้สอบภาคปฏิบัติ ดังนั้นปัจจุบันจึงไม่ใช่เรื่องแปลกที่จะพบว่านิสิตที่เข้ามาเรียนปี ๑ นั้นอาจจะไม่มีประสบการณ์ทำแลปเคมีกันเลย และเมื่อผ่านปี ๑ แล้วก็ยังอาจถือได้ว่ามีประสบการณ์น้อยมาก บรรดาอุปกรณ์ต่าง ๆ อาจจะเรียกชื่อไม่ถูก หรือไม่ก็ไม่รู้ว่ามีอุปกรณ์อะไรให้ใช้งานบ้าง

Memoir ฉบับนี้ก็เลยขอแนะนำให้รู้จักกับของใช้พื้นฐานบางอย่างในห้องแลป

รูปที่ ๑ อ่าง water bath น้ำร้อน ลูกบอลพลาสติกที่ลอยอยู่จะไปลดพื้นผิวหน้าของน้ำ ทำให้การระเหยของน้ำลดลงไปมาก ถ้าไม่มีลูกบอลลอยอยู่น้ำจะระเหยหมดเร็ว ต้องคอยเติมน้ำอยู่เรื่อย ๆ ส่วนห่วงแดง ๆ ที่คล้องคอขวดฟลาส์คอยู่เป็นห่วงโลหะเอาไว้ถ่วงน้ำหนัก ไม่ให้ขวดฟลาส์คลอย

ในห้องปฏิบัติการเคมีนั้นจะมี water bath สำหรับอุ่นให้ความร้อน เมื่อเราอุ่นน้ำให้ร้อนขึ้นน้ำจะระเหยเร็วมากขึ้น การลดการระเหยของน้ำทำได้โดยการลดพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศให้น้อยลง วิธีการที่ทำกันทั่วไปในห้องปฏิบัติการเคมีคือใช้ลูกบอลพลาสติกที่ทนความร้อนและลอยน้ำได้ มาลอยอยู่บนผิวหน้าน้ำ (ดังแสดงในรูปที่ ๑)

เครื่องแก้วชิ้นหนึ่งที่เรามักจะเอาไปแช่น้ำใน water bath เป็นประจำก็คือขวดฟลาสค์ แต่เนื่องจากขวดฟลาสค์มีน้ำหนักเบาและลอยน้ำได้ ก็เลยต้องหาวิธีถ่วงน้ำหนักไม่ให้มันลอย อุปกรณ์ที่ใช้ก็คือห่วงโลหะ (ที่มีอยู่ก็มีทั้งทำจากเหล็กและตะกั่ว) สำหรับสวมครอบลงไปบนคอขวดฟลาสค์ (ห่วงแดง ๆ ในรูปที่ ๑)

การลดการระเหยของของเหลวยังมีการนำมาใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการเก็บของเหลวที่ระเหยได้ง่าย อุตสาหกรรมหนึ่งที่ใช้กันมากคือโรงกลั่นน้ำมัน น้ำมันดิบจะมีส่วนที่เป็นน้ำมันเบาที่ระเหยได้ง่าย ดังนั้นต้องหาทางป้องกันไม่ให้ระเหย (หรือลดการระเหยให้เหลือน้อยที่สุด) ก่อนที่จะนำไปกลั่น น้ำมันเบนซิน (หรือแก๊สโซลีน) ก็เป็นน้ำมันที่ระเหยได้ง่ายเช่นเดียวกัน ดังนั้นเมื่อผลิตเสร็จแล้วก็ต้องเก็บเอาไว้อย่างดีไม่ให้ระเหย ซึ่งไอระเหยไม่เพียงแต่จะเป็นการสูญเสียผลิตภัณฑ์ที่จะขายได้ แต่ยังทำให้เกิดปัญหามลพิษทางอากาศด้วย

วิธีการแก้ปัญหาคือการเก็บน้ำมันในถัง (tank) ที่มีหลังคาแบบที่เรียกว่า Floating roof

Floating roof tank เป็นถังเก็บที่ฝาถังจะลอยอยู่บนผิวบนของของเหลว เมื่อของเหลวในถังมีปริมาณมากขึ้น ฝาถังก็จะลอยสูงขึ้น และเมื่อระดับของเหลวในถังลดต่ำลง ฝาถังก็จะลดต่ำลง การที่ฝาถังลอยอยู่บนผิวหน้าของเหลวทำให้ไม่มีช่องว่างที่จะให้ของเหลวระเหยได้ จึงเป็นการลดการสูญเสียเนื่องจากการระเหย

รูปที่ ๒ แผนผังโครงสร้างของ Floating roof tank

องค์ประกอบหลักของ Floating roof tank ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๒ บริเวณขอบฝาถังตรงใกลักับผนังของถังจะมีระบบประเก็นที่ยอมให้ฝาถังลอยขึ้น-ลงได้อย่างอิสระ แต่ยังสามารถป้องกันไม่ให้ไอน้ำมันระเหยผ่านออกมาได้ และยังต้องมีระบบสำหรับระบายน้ำฝน เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนสะสมอยู่บนฝาถัง ซึ่งจะทำให้ฝาถังรับน้ำหนักมากและอาจจมลงได้

เพื่อป้องกันการสะสมของน้ำฝนหรือหิมะบนฝาถังแบบ Floating roof ก็อาจใช้วิธีสร้าง Cone roof ครอบเอาไว้อีกชั้นก็ได้

เรื่อง Cone roof tank นี้เคยกล่าวเอาไว้แล้วใน Memoir ปีที่ ๓ ฉบับที่ ๓๐๑ วันศุกร์ที่ ๑๓ พฤษภาคม ๒๕๕๔ เรื่อง "การควบคุมความดันในถังบรรยากาศ (Atmospheric tank)" ลองไปหาอ่านเอาเองก็แล้วกัน

รูปที่ ๓ ภาพถ่ายดาวเทียมของ Tank farm ของคลังเก็บน้ำมันแห่งหนึ่ง จะเห็นถังเก็บแบบ Floating roof tank อยู่เต็มไปหมด ในรูปนี้แสงอาทิตย์ส่องเป็นมุมมาจากทางด้านล่างขวาของภาพขึ้นไปทางมุมซ้ายบน สำหรับ Floating roof tank จึงเห็นเป็นเงาของผนังถังปรากฏบนฝาถังที่อยู่ต่ำลงไปในตัวถัง โดยมีถังเก็บแบบ Spherical tank อยู่ที่มุมล่างซ้ายของภาพ

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