Tube furnace ระเบิดจากการฉีกขาดของท่อน้ำมัน MO Memoir : Wednesday 8 October 2568

ในหนังสือ "Myths of the Chemical Industry, or 44 Things a Chemical Engineer Ought NOT to Know" ที่เขียนโดย Prof. T.A. Kletz มีเรื่องหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับ Tube furnace โดยมีรูปและข้อความประกอบว่า "An elephant has a good memory ... But a furnace tube has a better one" (รูปที่ ๑) ถ้าแปลเป็นไทยก็คงออกมาทำนองว่า "ช้างมีความจำที่ดี แต่ท่อของเตาเผามีความจำที่ดีกว่า" เนื้อหาในเรื่องดังกล่าวเกี่ยวกับอายุการใช้งานของท่อโลหะที่ได้รับความร้อนสูงเกินกว่าที่ออกแบบไว้ แม้ว่าจะเป็นช่วงระยะเวลาสั้น ๆ ก็ตาม

รูปที่ ๑ รูปประกอบนี้นำมาจากฉบับพิมพ์ครั้งที่ ๓ ที่มีการเปลี่ยนชื่อหนังสือเป็น "Dispelling chemical engineering myths, Third Edition" เนื่องจากมีการเพิ่มเนื้อหาต่าง ๆ เพิ่มเติมเข้ามา และมีการแก้ไขภาษา โดยฉบับพิมพ์ครั้งแรก (ผมซื้อเก็บไว้แต่หายไปไหนก็ไม่รู้ เข้าใจว่าถูกยืมไปแล้วหายไปเลย) เป็นการใช้ภาษาการเรียกอุปกรณ์ต่าง ๆ แบบ British English แต่ฉบับพิมพ์ครั้งต่อมามีการปรับแก้ไขภาษาการเรียกอุปกรณ์ต่าง ๆ เป็นแบบ Ameirican English

ในหนังสือดังกล่าวได้ยกตัวอย่างว่าถ้าท่อของ tube furnace ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานที่อุณหภูมิ 500ºC เป็นเวลา 100,000 ชั่วโมง (หรือ 11 ปี)

ถ้าถูกใช้งานที่อุณหภูมิ 506ºC อายุการใช้งานจะลดเหลือ 6 ปี

ถ้าถูกใช้งานที่อุณหภูมิ 550ºC อายุการใช้งานจะลดเหลือ 3 เดือน

ถ้าถูกใช้งานที่อุณหภูมิ 635ºC อายุการใช้งานจะลดเหลือ 20 ชั่วโมง

กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือถ้ามีช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งท่อนั้นถูกใช้งานที่อุณหภูมิสูงเกินกว่าที่ออกแบบไว้ แม้ว่าหลังจากนั้นจะมีการกลับมาใช้งานงานที่อุณหภูมิเดิมหรือต่ำกว่าเดิม ความเสียหายที่เกิดขึ้นตอนที่ถูกใช้งานที่อุณหภูมิสูงเกินนั้นไม่ได้หายไปด้วย มันยังคงอยู่ ทำให้อายุการใช้งานของท่อลดลงได้มาก

ตรงนี้ขออธิบายเพิ่มเติมนิดนึง กล่าวคือการออกแบบเผื่อ (ว่าจะมีการทำงานสูงเกินภาวะปรกติ) ในเรื่องของอุณหภูมินั้นแตกต่างไปจากความดัน การเผื่อการใช้งานที่อุณหภูมิสูงเกินนั้นทำได้ด้วยการเพิ่มความหนาของวัสดุที่ใช้ทำ แต่ในเรื่องของอุณหภูมินั้นต้องเปลี่ยนแปลงชนิดวัสดุที่ใช้ทำ

เหตุการณ์ที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากรายงานการสอบสวนเรื่อง "Accident Investigation Report on the Explosion and Fire at the Irving Oil Refinery, Saint John, New Brunswick" รายงานไม่ระบุประเทศแต่ค้นดูแล้วน่าจะเป็นแคนาดา โดยเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อเวลาประมาษ ๙.๓๐ น ของวันอังคารที่ ๙ มิถุนายน ค.ศ ๑๙๙๘ (พ.ศ. ๒๕๔๑) ซึ่งเป็นเรื่องที่เกี่ยวข้องกับท่อ (tube) ของเตาเผา (Furnace) โดยท่อดังกล่าวได้รับความร้อนสูงเกินเนื่องจากเปลวไฟนั้นพุ่งไปกระทบกับผิวท่อโดยตรง ทำให้ท่อเกิดการฉีกขาด น้ำมันความดันสูงที่อยู่ในท่อก็เลยพุ่งออกมาทำให้เกิดการระเบิดตามมา

เตาเผาดังกล่าวเป็นของหน่วย Hydrotreater - Hydrocraker โดยทำหน้าที่ให้ความร้อนแก่น้ำมันดิบก่อนเข้ากระบวนการ Hydrocracker (กำจัดสิ่งปนเปื้อนด้วยการใช้แก๊สไฮโดรเจนดึงสารเหล่านั้นออกมาในรูปสารประกอบไฮโดรเจน) และ Hydrocraker (ทำให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ที่มีความไม่อิ่มตัวสูง (มีพันธะ C=C อยู่มาก) กลายเป็นโมเลกุลที่มีความอิ่มตัวเพิ่มขึ้นด้วยการเติมไฮโดรเจน (เปลี่ยนพันธะ C=C เป็น C-C) และแตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง) ปฏิกิริยานี้เกิดที่อุณหภูมิและความดันสูง น้ำมันดิบที่มีความดันสูงจะถูกแยกเป็นสองสายเท่า ๆ กันไหลผ่านเตาเผา ๒ เตา (เตาด้านทิศตะวันออกและเตามด้านทิศตะวันตก) เพื่อรับความร้อนจากเปลวไฟที่อยู่ภายในเตาเผา ก่อนจะไหลออกมารวมกันและต่อไปยังหน่วย Hydrotreater - Hydrocraker เตาเผาที่ใช้เป็นชนิด cabin type โดยท่อในเตาเผานั้นวางในแนวนอน (รูปที่ ๒) ท่อนั้นเป็นท่อขนาด 8 นิ้วทำจากโลหะสแตนเลสสตีล 347

รูปที่ ๒ การวัดวางท่อในตัว furnace โดยท่อนั้นวางในแนวนอน (แถวล่างสุดคือแถวที่ ๑ และแถวบนสุดคือแถวที่ ๘) ตัวหัวเตาที่ให้ความร้อนนั้นอยู่ที่ระดับพื้นด้านล่างทั้งทางด้านซ้ายและขวาของท่อ

ท่อที่ใช้ในเตาเผานั้นมีทั้งแบบใช้ท่อตรงและท่อที่เป็นขดเกลียว ถ้าใช้ท่อที่เป็นขดเกลียวรูปทรงเตาก็จะเป็นทรงกระบอก แต่ถ้าใช้ท่อที่เป็นท่อตรงรูปทรงเตาก็มักจะเป็นสี่เหลี่ยม ตรงนี้บางรายจะแยกออกว่า "Cabin type" จะเป็นชนิดที่วางท่อในแนวนอน ถ้าเป็น "Box type" ก็จะเป็นชนิดที่วางท่อในแนวตั้ง แต่บางรายก็จะใช้เรียกรวมกัน แต่ในรายงานฉบับท่นำมาเล่านี้จะแยกระหว่า งcabin type และ box type

ตัวท่อได้รับความร้อนจากหัวเตาที่ขนาบอยู่ทางด้านซ้ายและขวาด้านละ 22 หัวเตา ตำแหน่งติดตั้งหัวเตานั้นอยู่ที่ระดับพื้นด้านล่างของเตา โดยอยู่ในร่องอิฐทนไฟที่บังคับให้เปลวไฟที่พุ่งออกมาจากหัวเตานั้นเปลี่ยนทิศทางพุ่งขึ้นด้านบน การทำเช่นนี้เพื่อป้องกันไม่ให้เปลวไฟพุ่งไปกระทบผิวท่อโดยตรง เพราะจะทำให้บริเวณที่เปลวไฟพุ่งกระทบนั้นร้อนจัดกว่าบริเวณอื่น (โลหะเมื่อร้อน ความแข็งแรงจะลดลง ตรงไหนร้อนมากกว่าบริเวณอื่น จุดนั้นความแข็งแรงก็จะต่ำลงไปอีก)

รูปที่ ๓ มุมมองจากทางด้านบน ตัวบนคือเตาด้านทิศตะวันตก ตัวล่างคือเตาด้านทิศตะวันออก หัวเตาที่มีเปลวไฟให้ความร้อนจะอยู่ขนาบทั้งสองข้างของขดท่อที่วางอยู่ตรงกลาง แก๊สร้อนที่เกิดขึ้นจะลอยออกทางปล่องที่อยู่ทางด้านบน

เวลาประมาณ ๘.๕๐ น ของเช้าวันที่เกิดนั้น โอเปอร์เรเตอร์ของหน่วยข้างเคียงพบเห็นมีกลุ่มควันพวยพุ่งออกมาจากปล่องของเตาเผา จึงได้แจ้งไปยังหน่วยที่รับผิดชอบ และประมาณเวลาใกล้เคียงกัน โอเปอร์เรเตอร์ที่เฝ้าตรวจการทำงานของเตาเผาในห้องควบคุมพบเห็นค่าออกซิเจนส่วนเกินในแก๊สที่ระบายออกทางปล่องของเตาเผานั้นลดต่ำลง จึงได้แจ้งให้โอเปอร์เรเตอร์เข้าไปเพิ่มอัตราการไหลให้กับอากาศ ซึ่งต้องไปทำการปรับที่ตัวเตาเผา

ในทางทฤษฎีนั้น อุณหภูมิแก๊สร้อนสูงสุดที่จะได้จากการเผาเชื้อเพลิงจะเกิดที่อากาศ "พอดี" สำหรับการเผาไหม้เชื้อเพลิงได้สมบูรณ์ หรือที่ทางเคมีเรียกว่า "stoichiometric ratio" ถ้าอากาศน้อยเกินไป เชื้อเพลิงเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ไม่สามารถดึงเอาพลังงานความร้อนของเชื้อเพลิงออกมาได้หมด อุณหภูมิแก๊สที่ได้ก็จะไม่สูงสุด ถ้าอากาศมากเกินไป ความร้อนที่ได้จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง (ขึ้นกับปริมาณเชื้อเพลิง) จะต้องเฉลี่ยไปยังอากาศส่วนเกินเพื่อทำให้อากาศส่วนเกินนั้นมีอุณหภูมิสูงขึ้นไปด้วย ยิ่งอากาศเกินมามาก ความร้อนที่ได้เท่าเดิมก็ต้องเฉลี่ยออกไปมาก อุณหภูมิแก๊สร้อนเฉลี่ยก็จะลดลง โดยในทางปฏิบัตินั้น การเผาไหม้เชื้อเพลิงจะทำได้สมบูรณ์เมื่อมีอากาศมากเกินพอเล็กน้อย (มันมีเรื่องรูปแบบการผสมระหว่างเชื้อเพลิงกับอากาศ และระยะเวลาการเผาไหม้เข้ามายุ่ง) ในอุบัติเหตุครั้งนี้โอเปอร์เรเตอร์เข้าใจว่าที่เห็นปริมาณอากาศส่วนเกินลดต่ำลงเป็นเพราะป้อนอากาศให้ไม่พอ แต่ในความเป็นจริงน่าจะเกิดจากท่อในเตาเผาเริ่มฉีกขาด ทำให้น้ำมันในท่อรั่วออกมาลุกติดไฟ อากาศส่วนเกินก็เลยลดลง และเป็นเปลวไฟสีเหลืองเกิดขึ้นในเตาเผา

เหตุการณ์ในช่วงเวลาก่อนเกิดเหตุนั้นมีโอเปอร์เรเตอร์จากหน่วยอื่นเข้ามาร่วมงาน แต่ในขณะที่โอเปอร์เรเตอร์จากหน่วยอี่นกำลังเดินออกไปโดยมีเพียงโอเปอร์เรเตอร์หลักที่ดูแลเตาเผานั้นอยู่ในบริเวณดังกล่าวเพียงรายเดียว ก็เกิดการระเบิดขึ้น ทำให้โอเปอร์เรเตอร์หลักที่อยู่ตรงเตาเผานั้นเสียชีวิต

การตรวจสอบเตาเผาด้านตะวันออกที่เกิดการระเบิดนั้นพบว่า ท่อแถวที่สอง (นับจากด้านล่าง) หลุดจากตำแหน่งที่ควรอยู่ตรงกึ่งกลางของเตามากระแทกผนังด้านทิศตะวันออก แรงกระแทกรุนแรงถึงขึ้นทำให้ผนังเตาด้านทิศตะวันออกเกิดความเสียหาย ท่อบริเวณดังกล่าวมีรอยฉีกขาดยาว 4 ฟุต 8 นิ้วโดยอยู่ห่างจากปลายด้านทิศใต้ประมาณ 18ฟุต (นั่นแสดงว่ารอยฉีกขาดอยู่ทางทิศตะวันตก น้ำมันภายใต้ความดันสูงที่ฉีดพ่นออกมาจึงดันให้ท่อเคลื่อนตัวไปทางทิศตะวันออก)

การตรวจสอบเนื้อโลหะของท่อพบว่ารอยแตกเกิดจาก "การคืบ (creep)" เนื่องจากเนื้อโลหะของท่อบริเวณดังกล่าว (ตรงกับหัวเตาหมายเลข 58) ถูกเปลวไฟพุ่งกระทบโดยตรง การสอบสวนไม่สามรถระบุสาเหตุที่เป็นต้นตอได้ แต่กล่าวไว้ว่าสามารถเกิดได้จากหลายสาเหตุเช่น เศษอิฐทนไฟเข้าไปติดหรือไปสะสมบริเวณหัวเตา, การเปลี่ยนทิศทางของเปลวไฟหรือเปลวไฟถูกทำให้เบี่ยงทิศทาง, การสะสมของโค้ก (coke คือคราบคาร์บอน) บนรูของหัวเตา หรือการเสื่อมสภาพของอิฐทนไฟที่เป็นที่ติดตั้งหัวเตา (คือเปลวไฟที่พุ่งออกมาจากหัวเตาจะถูกอิฐทนไฟเบียงทิศทางให้พุ่งขึ้นบนแทนที่จะพุ่งเข้าหาท่อโดยตรง)

สัญญาณเตือนอุณหภูมิผิวท่อสูงเกินนั้นเดิมถูกตั้งไว้ที่ 970ºF (ประมาณ 521ºC) แต่ต่อมาได้ถูกปรับขึ้นเป็น 990ºF (ประมาณ 532ºC) จากการตรวจสอบเนื้อโลหะ (สแตนเลสสตีลเบอร์ 347) พบการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่จะเกิดในช่วงอุณหภูมิ 1300-1500ºF (ผิวท่อบริเวณดังกล่าวไม่มีตัวตรวจวัดอุณหภูมิติดตั้งไว้) ผู้เชี่ยวชาญประมาณไว้ว่าที่อุณหภูมิ 1300ºF อายุการใช้งานของท่อจะเหลือเพียง 1000 ชั่วโมง และที่อุณหภูมิ 1500ºF อายุการใช้งานจะเหลือเพียงแค่ 8 ชั่วโมง

"การล้า" หรือ "ความล้า" หรือที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า "creep" นั้นเกิดเมื่อวัสดุนั้นมีแรงกระทำที่ไม่สูงถึงขึ้น yield strength (ความเค้นสูงสุดที่วัสดุรับได้ก่อนเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างถาวร) แต่แรงกระทำนั้นมากพอและกระทำต่อเนื่องเป็นเวลานาน ในที่นี้แรงกระทำคือความดันภายในท่อที่พยายามดันให้ท่อบวมออก ถ้าท่อมีความแข็งแรงเพียงพอท่อก็จะไม่เกิดความเสียหายใด ๆ แต่ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ความแข็งแรงของท่อจะลดลง (ค่า yield strength ลดต่ำลง) ในขณะที่แรงกระทำที่เกิดจากความดันภายในท่อยังคงเท่าเดิม ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปนานพอท่อก็จะเกิดการฉีกขาดได้

รายงานต้นฉบับดาวน์โหลดได้ที่ https://ncsp.tamu.edu/reports/WHSCC/irvingreport.pdf

เพลิงไหม้และการระเบิดที่ BP Oil (Grangemouth) Refinery 2530(1987) Case 2 การระเบิดที่หน่วย Hydrocraker ตอนที่ ๒ MO Memoir : Wednesday 7 November 2561

ในฉบับที่แล้วได้แนะนำให้รู้จักกระบวนการ Hydrotreating และ Hydrocraking ว่าคืออะไร ทีนี้เรามาดูกันต่อว่าเกิดอะไรขึ้นบ้างก่อนเกิดการระเบิด

๑. ในวันศุกร์ที่ ๑๓ มีนาคม (วันเดียวกับที่เกิดเหตุการณ์เพลิงไหม้ที่ระบบ flare และมีผู้เสียชีวิต ๒ ราย - ดู Case 1 ไฟไหม้ที่ระบบ Flare) มีการหยุดการทำงานของหน่วย hydrocracking เพื่อการซ่อมบำรุง และเริ่มเดินเครื่องใหม่ในวันเสาร์ที่ ๒๑ มีนาคม ณ เวลาที่กะดึกเข้ารับงานช่วงเวลา ๒๒.๐๐ น กำลังการผลิตอยู่ที่สภาวะคงตัวที่ 20,000 b/day (บาร์เรลต่อวัน โดย 1 b = 158.987 l)

รูปที่ ๖ ในวงกลมสีเหลืองคือฐานตั้ง V306 Low pressure separator ที่เกิดการระเบิด จะเห็นว่าเหลือแต่ขาตั้งคอนกรีตรูปตัว T เท่านั้น เพราะตัว vessel กระจัดกระจายทั่วไปหมด
 

๒. พอล่วงเข้าวันอาทิตย์ที่ ๒๒ มีนาคม เวลาประมาณ ๑.๓๐ น มีสัญญาณดังขึ้นในห้องควบคุม ตัวหน่วยผลิต (ที่ภาษาอังกฤษใช้คำว่า plant) หยุดการทำงาน (ที่ภาษาอังกฤษใช้คำว่า trip) ปั๊มและคอมเพรสเซอร์หลายตัวหยุดการทำงานโดยอัตโนมัติ (คงเป็นไปตามระบบ interlock ที่ออกแบบไว้) การป้อนสารต่าง ๆ (น้ำมันและไฮโดรเจน) เข้ามายังเครื่องปฏิกรณ์ (reactor) หยุดการทำงาน และระบบเริ่มทำการลดความดันในระบบลง (ระบายแก๊สทิ้ง) จากการตรวจสอบพบว่า temperature cut out หรือ TCO (ที่จะทำงานเมื่อตรวจวัดอุณหภูมิได้สูงเกินกว่า 425ºC) ตัวหนึ่งที่ติดตั้งอยู่ที่ V303 (Hydrocracking reactor) เป็นตัวทำสั่งให้หน่วยผลิตหยุดการทำงาน
 

ปฏิกิริยา hydrocracking ประกอบด้วยปฏิกิริยา hydrogenation หรือการเติมไฮโดรเจนให้กับพันธะที่ไม่อิ่มตัว ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และปฏิกิริยา cracking หรือการแตกออกเป็นโมเลกุลที่เล็กลงที่เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ถ้าสัดส่วนของปฏิกิริยา hydrogenation สูงกว่า ภาพรวมของการทำปฏิกิริยาก็จะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน

รูปที่ ๗ แผนผังของหน่วย Hydrocracker ที่เกิดการระเบิด (1) คือตำแหน่ง V306 Low pressure separator ที่เกิดการระเบิด (2) คือตำแหน่งที่พบผู้เสียชีวิต และ (4) คือตำแหน่งห้องควบคุมและพักรับประทานอาหาร
 

๓. การตรวจสอบไม่พบความผิดปรกติที่ตัว hydrocracker จึงเชื่อว่า TCO ทำงานผิดพลาด และด้วยการที่ตรวจไม่พบอุณหภูมิสูงเกิน จึงได้ทำการผ่านข้าม (override) สัญญาณเตือนและเริ่มทำการไหลเวียนแก๊สไฮโดรเจนใหม่อีกครั้ง และเวลาประมาณ ๒.๐๐ น โอเปอร์เรเตอร์กะดึกก็เริ่มเพิ่มความดันให้กับระบบให้เข้าสู่ working pressure ใหม่ เพื่อรักษาอุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์ให้มีเสถียรภาพเพื่อเป็นการเตรียมพร้อมสำหรับการเดินเครื่อง
 

จากเวลานี้จนกระทั่งถึงเวลาที่เกิดเหตุ ตัวโรงงานเองอยู่ในสภาพ standby หรือเตรียมความพร้อม โดยไม่มีการป้อนน้ำมันเข้ามา และไม่มีการพบเห็นอะไรพิเศษ นอกจากพบการสั่นที่ผิดปรกติที่ตัว C301 (Recycle hydrogen gas compressor ที่ดึงเอาแก๊สไฮโดรเจนจาก V305 High pressure separator วนกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์ hydrotreating และ hydrocracker)
 

ในรายงานไม่ได้บอกว่าตัว TCO นั้นมีจำนวนเท่าใดและติดตั้งไว้ที่ตำแหน่งใดบ้าง แต่กรณีที่ไม่ต้องการให้การทำงานเกิดปัญหาอันเป็นผลจากการที่อุปกรณ์วัดคุมทำงานผิดพลาดนั้น อาจใช้การติดตั้งอุปกรณ์วัดคุมหลายตัวทำหน้าที่เดียวกัน เช่นติดตั้ง ๓ ตัว โดยจะพิจารณาว่าสัญญาณเตือนที่เกิดขึ้นนั้นเป็นสัญญาณเตือนที่ถูกต้องเมื่ออุปกรณ์วัดคุมอย่างน้อย ๒ ตัวส่งสัญญาณเตือนออกมา วิธีการเช่นนี้พอจะช่วยลดการหยุดการทำงานอันเป็นผลจากการทำงานผิดพลาดของอุปกรณ์วัดคุมเพียงตัวเดียวได้

รูปที่ ๘ แผนผังของโรงกลั่นน้ำมันทั้งหมด (1) คือตำแหน่ง V306 Low pressure separator ที่เกิดการระเบิด (2) คือตำแหน่งที่พบผู้เสียชีวิต และ (3) คือตำแหน่งของท่อ flare ที่เกิดเพลิงไหม้ที่ทำให้มีผู้เสียชีวิต ๒ รายเมื่อสัปดาห์ก่อนหน้า
 

๔. ด้วยการปฏิบัติตามคำแนะนำที่มีอยู่ โอเปอร์เรเตอร์จึงยังไม่ป้อนน้ำมันเข้าหน่วยผลิตจนกว่า hydrocracker supervisor จะมาถึงโรงงาน (คงรอระดับหัวหน้างานที่สูงขึ้นไปมาสั่งการ) จนกระทั่งเวลา ๖.๐๐ น ก็มีการเปลี่ยนกะเป็นกะกลางวัน กะกลางวันได้รับแจ้งว่าตัวโรงงานมีการหยุดการเดินเครื่องเนื่องจากการทำงานของ TCO ที่ยังไม่มีคำอธิบาย และขณะนั้นตัวคอมเพรสเซอร์ C301 มีการสั่นที่มากเกินปรกติ ทำให้ตัวโรงงานยังอยู่ในสภาพเตรียมความร้อน (standby) และอยู่ระหว่างรอให้ supervisor เดินทางมาถึง
 

ระหว่างช่วงเวลา ๖.๔๕ และ ๖.๕๕ น โอเปอร์เรเตอร์ส่วนใหญ่เข้าไปพักรับประทานอาหารเช้าในห้องพักรับประทานอาหาร (mess room) ที่อยู่ในอาคารเดียวกันกับห้องควบคุม (control room)

รูปที่ ๙ ในการอ่านรายงานการสอบสวนอุบัติเหตุนั้นบางครั้งก็จำเป็นบ้างเหมือนกันที่ต้องทราบว่าศัพท์ที่ใช้นั้นเป็นศัพท์อังกฤษของทางฝั่งประเทศอังกฤษ (หรือสหราชอาณาจักร) หรือประเทศสหรัฐอเมริกา เพราะมีหลายอุปกรณ์ที่เป็นอุปกรณ์ตัวเดียวกันแต่ใช้ชื่อเรียกต่างกัน หรือศัพท์คำเดียวกันแต่มีความหมายที่แตกต่างกัน (ซึ่งอาจเป็นตัวอุปกรณ์หรือตำแหน่งหน้าที่การงาน) ตารางที่นำมาแสดงนั้นนำมาจากหนังสือ "What went wrong? Case histories of process plant disasters." ที่เขียนโดย Prof. T.A. Kletz เป็นตารางเปรียบเทียบศัพท์ที่ใช้ในเรียกชื่อตำแหน่งหน้าที่และความรับผิดชอบ จะเห็นว่าหน้าที่ความรับผิดชอบของตำแหน่ง "Supervisor" และ "Plant manager" ของทางอังกฤษนั้นแตกต่างจากของทางสหรัฐอเมริกา โดยทางฝั่งอังกฤษจะมีหน้าที่ความรับผิดชอบในระดับที่ต่ำกว่า
 

๕. เวลาประมาณ ๗.๐๐ น เกิดการระเบิดที่รุนแรงตามด้วยไฟไหม้รุนแรง เสียงจากการระเบิดนั้นรับรู้ได้ไปถึงระยะ ๓๐ กิโลเมตร แรงระเบิดทำให้ผู้รับเหมารายหนึ่งที่เพิ่งจะเสร็จสิ้นการรับประทานอาหารและเพิ่งเดินออกจากห้องพักรับประทานอาหารเสียชีวิต (ดูตำแหน่งที่พบร่างในรูปที่ ๗) การระเบิดมีศูนย์กลางอยู่ที่ V306 Low pressure separator ที่สร้างขึ้นจากเหล็กกล้าหนา ๑๘ มิลลิเมตรและหนัก ๒๐ ตัน บริเวณที่ตั้ง V306 เหลือเพียงฐานคอนกรีตรูปตัว T (รูปที่ ๖) ตัว V306 แตกเป็นชิ้นส่วนย่อยที่กระจายไปทั่วบริเวณ มีการพบเศษชิ้นส่วนหนึ่งที่หนักเกือบ ๓ ตันห่างออกไป ๑ กิโลเมตร เศษชิ้นส่วนหนึ่งปลิวข้ามถนนไปตกในอีกโรงงานหนึ่งและทำให้ท่อไอน้ำได้รับความเสียหาย และยังมีอีกเศษชิ้นส่วนหนึ่งที่ปลิวข้ามห้องควบคุมก่อนตกลงในบริเวณใกล้เคียง (รูปที่ ๑๐ และ ๑๑)
 

ตำแหน่งของเศษชิ้นส่วนที่พบแสดงไว้ในรูปที่ ๘ ที่เป็นจุดกลมสีเทา จะเห็นว่าเศษชิ้นส่วนส่วนใหญ่จะปลิวไปทางทิศตะวันตก โดยมีส่วนน้อยที่กระจายไปในทิศทางเหนือใต้ ส่วนทางด้านทิศตะวันออกที่ไม่มีชิ้นส่วนปลิวไปคงเป็นเพราะ V306 ตั้งอยู่ติดโครงสร้างที่มีความสูงกว่าทางด้านทิศตะวันออก (รูปที่ ๖ ที่เป็นภาพมองจากทางทิศตะวันตกไปทิศตะวันออก)

รูปที่ ๑๐ เศษชิ้นส่วนของ V306 Low pressure separator ที่ปลิวไปไกลถึง ๓๔๐ เมตร พึงสังเกตความเสียหายที่ขอบบนของถังที่มีหลายเลข 91 ในรูป แสดงว่าเศษชิ้นส่วนคงจะปลิวมาตกกระแทกขอบบนของถังก่อนที่จะกระดอนลงพื้น
 

๖. ในระหว่างที่เกิดการระเบิดนั้น มีโอเปอร์เรเตอร์อยู่ ๙ คนในบริเวณหน่วย hydrocracker ๒ คนอยู่ในห้องควบคุม (คงเป็น board man) อีก ๖ คนอยู่ในห้องพักรับประทานอาหารที่อยู่ติดกัน และคนที่ ๙ อยู่ในบริเวณตัวโรงงาน ห้องควบคุมที่สร้างจากอิฐได้รับความเสียหายพอสมควร แต่ไม่ถึงขั้นพังลงมา ผู้ที่อยู่ภายในไม่ได้รับบาดเจ็บใด ๆ และสามารถหนีออกได้ทางประตูหลัง ส่วนผู้ที่อยู่ในบริเวณตัวโรงงานนั้นอยู่ห่างออกไปและไม่ได้รับอันตรายจากแรงระเบิด ผู้เสียชีวิตเพียงรายเดียวคือผู้รับเหมาที่บังเอิญไปอยู่ใกล้กับจุดระเบิด ณ เวลานั้น

รูปที่ ๑๑ เศษชิ้นส่วนของ V306 Low pressure separator อีกชิ้นส่วนหนึ่งที่ปลิวไปไกล ๗๕ เมตรลอยข้ามห้องควบคุมไป

๗. ความพยายามที่จะดับเพลิงมีปัญหาเนื่องจากวัสดุข้นเหนียวที่รั่วไหลออกมาจากท่อที่พังนั้น ไปอุดตันระบบระบายน้ำ ทำให้เกิดการสะสมของน้ำดับเพลิง ผลที่ตามมาคือน้ำมันที่รั่วออกมานั้นลอยแผ่ไปบนผิวหน้าน้ำ และภายใน ๕ ชั่วโมงหลังจากเกิดการระเบิด น้ำมันเหล่านี้ก็ลุกติดไฟ ทำให้หน่วยผลิตอื่น ๆ ที่อยู่ในกลุ่มของหน่วย hydrocracker ถูกล้อมรอบด้วยเปลวไฟตามไปด้วย โชคดีที่หน่วยดับเพลิงสามารถกลับมาควบคุมสถานการณ์เอาไว้ได้ และภายในเย็นวันเดียวกันก็สามารถดับไฟลงได้
 

น้ำมันไม่ละลายน้ำ แถมยังมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ดังนั้นเมื่อน้ำมันหยดลงบนผิวน้ำ น้ำมันก็จะแผ่กระจายออกไปบนผิวหน้าน้ำได้อย่างรวดเร็ว
 

น้ำมัน ๑ หยดถ้าหยดลงบนพื้นของแข็ง ก็จะแผ่กระจายออกไปได้ไม่กว้าง แต่ถ้าหยดลงบนผิวหน้าน้ำ จะแผ่กระจายออกไปได้กว้างมาก (ตรงนี้ลองเอาน้ำมันพืชหยดลงพื้น เปรียบเทียบกับหยดลงบนผิวหน้าน้ำดูก็ได้) สิ่งที่ตามมาก็คือพื้นผิวหน้าที่น้ำมันระเหยได้จะเพิ่มมากขึ้น ทำให้น้ำมันที่ปรกติจุดติดไฟยาก (เพราะมีอุณหภูมิจุดวาบไฟหรือ flash point สูง) จะติดไฟได้ง่ายขึ้น
 

ในกรณีที่น้ำมันรั่วไหลลงระบบท่อระบายน้ำนั้น ถ้าหากระบบท่อระบายน้ำไม่มีการออกแบบให้ดักน้ำมันเอาไว้ ระบบท่อระบายน้ำนั้นก็จะเป็นเสมือนซุปเปอร์ไฮเวย์ชั้นดีให้กับน้ำมันที่จะไหลไปยังส่วนต่าง ๆ ของโรงงาน และยังช่วยรักษาความเข้มข้นของไอน้ำมันเอาไว้ไม่ให้ฟุ้งกระจายออกไปได้ง่ายด้วย (พูดง่าย ๆ คือทำให้ความเข้มข้นสูงถึงขั้น lower explosive limit ได้ง่ายขึ้น)
 

ในกรณีของบ้านเรานั้น เท่าที่ทราบมีกรณีที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรคาร์บอนรั่วไหลลงระบบท่อระบายน้ำและตามมาด้วยการระเบิดถึง ๒ เหตุการณ์ด้วยกัน ซึ่งต่างก็มีผู้เสียชีวิตในเหตุการณ์ทั้งสอง ตรงนี้สามารถอ่านได้ใน Memoir ต่อไปนี้
 

ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๖๐๐ วันอาทิตย์ที่ ๒ กันยายน ๒๕๖๑ เรื่อง "UVCE case 2 TOC 2539(1996)" และ

ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๖๐๑ วันพุธที่ ๕ กันยายน ๒๕๖๑ เรื่อง "UVCE case 3 Thai Oil 2542(1999)"
 

สำหรับเรื่องการป้องกันไม่ให้น้ำมันที่รั่วไหลลงระบบท่อระบายน้ำนั้นแพร่กระจายออกไปก็ได้เคยเขียนไว้ใน Memoir ปีที่ ๖ ฉบับที่ ๘๑๔ วันพฤหัสบดีที่ ๑๒ มิถุนายน ๒๕๕๗ เรื่อง "Flooded drain"

๘. เหตุการณ์นี้โชคดีที่เกิดในช่วงเช้าวันอาทิตย์ที่เป็นวันหยุดและมีผู้มาทำงานไม่มาก การระเบิดเกิดจาก V306 ฉีกขาดทางด้านล่างบริเวณใกล้กับฐานตั้ง ทำให้แรงดันส่วนใหญ่นั้นพุ่งลงพื้นและส่งชิ้นส่วน V306 ลอยขึ้นฟ้า ตรงนี้ในรายงานบอกว่าถ้าเป็นกรณีที่ตรงข้ามกัน คือเกิดการฉีกขาดทางด้านบน ซึ่งจะทำให้แรงดันนั้นกดให้ชิ้นส่วน V306 พุ่งลงกระแทกพื้น จะทำให้ความเสียหายมากขึ้น และอาจทำให้ตัวห้องควบคุมได้รับความเสียหายรุนแรงมากขึ้นด้วย (เดาว่าคงเป็นเพราะแทนที่เศษชิ้นส่วนจะลอยข้ามห้องควบคุมไป จะเป็นการกระเด็นเข้าไปกระแทกห้องควบคุมแทน)

ตอนนี้เราก็ได้สถานที่เกิดเหตุแล้ว ตอนต่อไปจะมาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นบ้างก่อนเกิดการระเบิด

เพลิงไหม้และการระเบิดที่ BP Oil (Grangemouth) Refinery 2530(1987) Case 2 การระเบิดที่หน่วย Hydrocracker ตอนที่ ๑ MO Memoir : Sunday 4 November 2561

เพิ่งจะกู้ร่างผู้เสียชีวิตรายที่ ๒ จากเหตุการณ์ไฟไหม้ที่ระบบ Flare ได้เพียงแค่สัปดาห์เดียว ศพที่ ๓ ก็ตามมา แถมสถานที่เกิดเหตุก็อยู่ติด ๆ กันซะด้วย
 

การนำน้ำมันหนักมาแปรสภาพเป็นน้ำมันเบา (ระดับเบนซินไปจนถึงดีเซล) เป็นวิธีการหนึ่งในการเพิ่มมูลค่าให้กับผลิตภัณฑ์ และยังช่วยตอบสนองความต้องการน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะที่มีจำนวนเพิ่มขึ้น การทำให้น้ำมันหนักที่มีโมเลกุลใหญ่นั้นกลายเป็นน้ำมันเบาต้องหาทางทำให้โมเลกุลของน้ำมันหนักนั้นแตกออกเป็นชิ้นเล็กลง และปัจจัยหนึ่งที่สำคัญสำหรับกระบวนการดังกล่าวก็คือความร้อน
 

ความอิ่มตัวของน้ำมันนั้นดูได้จากสัดส่วนระหว่างอะตอม H ต่ออะตอม C ถ้าสัดส่วนอะตอม H ต่ออะตอม C มีค่าสูงก็แสดงว่าเป็นน้ำมันที่มีความอิ่มตัวสูง แต่ถ้าสัดส่วนอะตอม H ต่ออะตอม C มีค่าต่ำก็แสดงว่าเป็นน้ำมันที่มีความไม่อิ่มตัวสูง เช่นอาจประกอบด้วยโครงสร้างที่เป็นวงแหวนอะโรมาติก (aromatic) อยู่เป็นจำนวนมาก

รูปที่ ๑ สถานที่เกิดเหตุหลังเหตุการณ์สงบ ในกรอบสีเหลี่ยมสีเหลืองคือตำแหน่งที่ตั้งของ Low pressure separator V306 ที่เกิดการระเบิดที่เหลือแต่ขาคอนกรีตที่ใช้วาง vessel
 

คำว่า "น้ำมันเบา" และ "น้ำมันหนัก" นั้นมาจากกระบวนการกลั่นน้ำมันในหอกลั่น โดยน้ำมันที่มีจุดเดือดต่ำจะกลายเป็นไอลอยขึ้นบนออกไปทางยอดหอกลั่น ในขณะที่น้ำมันที่มีจุดเดือดสูงจะเป็นของเหลวไหลออกทางด้านล่างของหอกลั่น เขาจึงเรียกน้ำมันที่มีจุดเดือดต่ำว่าน้ำมันเบา (เพราะมันลอยขึ้น) และที่มีจุดเดือดสูงว่าน้ำมันหนัก (เพราะมันไหลลงล่าง)
 

สำหรับน้ำมันหนักที่มีความอิ่มตัวสูง ที่องค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นพวกพาราฟิน (paraffin C_nH_2n+2) หรือแนฟทีน (naphthene C_nH_2n) การทำให้โมเลกุลเหล่านี้แตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงทำได้ทั้งการใช้ความร้อนเพียงอย่างเดียวด้วยกระบวนการที่เรียกว่า thermal cracking หรือใช้ความร้อนร่วมกับการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เรียกว่ากระบวนการ catalytic cracking (ที่เป็นที่รู้จักและใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันคือรูปแบบ fluidised-bed catalytic cracking หรือที่เรียกย่อ ๆ ว่า FCC) ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขื้นจากกระบวนการเหล่านี้จะมีส่วนที่เป็นองค์ประกอบที่ไม่อิ่มตัว (พวกที่มีพันธะ C=C) เกิดขึ้นรวมอยู่ด้วยเสมอ และถ้าโมเลกุลที่เกิดจากการแตกตัวครั้งแรกมีการแตกตัวย่อยลงไปอีก สัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่มีความไม่อิ่มตัวนี้ก็จะเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ
 

สำหรับน้ำมันหนักที่มีความไม่อิ่มตัวสูงเช่นพวกที่มีองค์ประกอบเป็น polyaromatic ring (วงแหวนเบนซีนหลายวงต่อเข้าด้วยกัน) การใช้ความร้อนเพียงอย่างเดียวจะยากที่จะทำให้โมเลกุลเหล่านี้แตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลง (ก็มันไม่มีทางที่จะแตกออกเป็นโมเลกุลที่เล็กลงที่มีไม่อิ่มตัวสูงขึ้นไปอีก) การที่จะทำให้โมเลกุลพวก polyaromatic ring นี้แตกออกเป็นโมเลกุลเล็กลงจำเป็นต้องมีการเติมไฮโดรเจนให้กับโมเลกุลเหล่านี้ก่อน (เรียกว่าปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนหรือ hydrogenation) เพื่อให้มันกลายเป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีความอิ่มตัวสูงขึ้นก่อน จากนั้นจึงค่อยทำให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนที่มีความอิ่มตัวสูงขึ้นนี้แตกออกเป็นโมเลกุลที่เล็กลง โดยใช้ความร้อนร่วมกับการเติมไฮโดรเจน (ที่ป้อนเข้าไปในรูปของแก๊สไฮโดรเจน) และใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย ปฏิกิริยานี้เรียกว่า hydrocracking
 

แต่น้ำมันหนักมักจะมีสารประกอบอินทรีย์ของกำมะถัน (S) และไนโตรเจน (N) ปะปนมาเสมอ (โดยกำมะถันมักจะเป็นตัวที่มีมากที่สุดและพบเป็นประจำ) และบางทีก็อาจมีสารประกอบอินทรีย์ของออกซิเจน (O) และของโลหะบางชนิดเช่นวาเนเดียม (V) ปะปนมาด้วย ปริมาณของสารอินทรีย์เหล่านี้ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของน้ำมัน ยิ่งเป็นน้ำมันที่หนักมาก (คือพวกที่มีจุดเดือดสูงมาก) ก็มักจะมีความเข้มข้นของสารอินทรีย์เหล่านี้มากขึ้นตามไปด้วย สารเหล่านี้อาจอยู่ในรูปโมเลกุลที่เป็นเส้น เช่น mercaptan (R-S-R') หรือ dimercaptan (R-S-S-R') หรือในโครงสร้างที่เป็นวงก็ได้ ดังตัวอย่างในรูปที่ ๒ ข้างล่าง

รูปที่ ๒ ตัวอย่างของสารประกอบกำมะถัน ไนโตรเจน และออกซิเจน ที่พบได้ในน้ำมันหนัก
 

น้ำมันที่มีสารประกอบอินทรีย์ของกำมะถันและไนโตรเจน ถ้านำไปเผาไหม้จะก่อให้เกิดแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) และไนโตรเจนออกไซด์ (NO_x) แต่อีกเรื่องหนึ่งที่สำคัญคือสารเหล่านี้มีฤทธิ์เป็นเบสที่เป็นพิษต่อตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในกระบวนการปรับสภาพและ/หรือเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุลของน้ำมันในกระบวนการผลิตขั้นตอนถัดไป ทำให้มีความจำเป็นที่ต้องกำจัดสารเหล่านี้ออก วิธีการกำจัดสารเหล่านี้กระทำได้โดยการให้สารเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับแก๊สไฮโดรเจนภายใต้ความดันสูงและอุณหภูมิสูงโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย กระบวนการนี้เรียกว่า hydrotreating โดยกำมะถันจะถูกดึงออกไปในรูปของแก๊ส H₂S (ด้วยปฏิกิริยา hydrodesulphurisation หรือย่อว่า HDS) และไนโตรเจนจะถูกดึงออกไปในรูปของแก๊ส NH₃ (ด้วยปฏิกิริยา hydrodenitrogenation หรือ HDN)

ความเป็นเบสของสารประกอบอินทรีย์เหล่านี้คือความเป็นเบสแบบลิวอิส (Lewis base) คืออะตอม S N และ O มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (lone pair electron) ที่สามารถสะเทินความเป็นกรดของตัวเร่งปฏิกิริยา (ที่อาจอยู่ในรูปของ H⁺ หรือไอออนบวกของโลหะเช่น Al³⁺) ตัวอย่างของหน่วยที่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดได้แก่ catalytic cracking

รูปที่ ๓ เป็นแผนผังของหน่วย hydrocracker ของโรงกลั่นน้ำมัน BP Oil Refinery ที่เมือง Grangemouth ที่เกิดการระเบิด หน่วยนี้ประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์ชนิดเบดนิ่ง (fixed-bed reactor) จำนวน ๔ ตัว ที่แต่ละตัววางตั้งในแนวดิ่ง ทำงานภายใต้บรรยากาศของแก๊สไฮโดรเจนที่ความดัน 155 bar อุณหภูมิ 350ºC น้ำมันจะถูกป้อนมาเก็บไว้ยัง feed surge drum V308 ด้วยอัตราการไหลประมาณ 3500 l/min ก่อนจะป้อนเข้าสู่เครื่องปฏิกรณ์

"surge drum" เป็นถังพักที่ช่วยดูดซับความแปรปรวนของหน่วยหนึ่งไม่ให้ส่งผลกระทบต่อการทำงานของหน่วยที่อยู่ในขั้นตอนติดกัน เช่นหน่วย A อาจมีการทำงานที่ไม่คงที่ แต่หน่วย B ที่อยู่ถัดไปต้องการการทำงานคงที่ หรือในทางกลับกันคือหน่วย A มีการทำงานที่คงที่ แต่หน่วย ฺB ที่อยู่ถัดไปมีการทำงานที่ไม่คงที่ ตัวอย่างเช่นสมมุติว่ากระบวนการ B นั้นต้องการให้เดินเครื่องที่สภาวะคงตัวที่อัตรา 3500 l/min แต่กระบวนการ A ที่อยู่ต้นทางนั้นที่ป้อนวัตถุดิบให้นั้นมีการเดินเครื่องที่เปลี่ยนแปลงในช่วง 2000-5000 l/min ในกรณีเช่นนี้การติดตั้ง surge drum ที่มีความจุที่เหมาะสมที่ทำหน้าที่รองรับวัตถุดิบที่มาจากกระบวนการ A จะช่วยป้องกันไม่ให้อัตราการไหลที่ไม่คงที่ของหน่วย A ส่งผล กระทบต่อการทำงานของหน่วย B ได้ (อย่างน้อยก็เป็นช่วงระยะเวลาหนึ่ง) กล่าวคือถ้าหน่วย A ป้อนสารมาด้วยอัตราที่ต่ำกว่าที่หน่วย B ต้องการ หน่วย B ก็จะดึงสารที่อยู่ใน surge drum มาใช้ และในทางกลับกันถ้าสารที่มาจากหน่วย A สูงเกินกว่าความสามารถของหน่วย B ดึงไปใช้ได้ สารนั้นก็จะถูกสะสมไว้ใน surge drum
 

"fixed-bed reactor" ในที่นี้หมายถึงเครื่องปฏิกรณ์ที่บรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาของแข็งเอาไว้ข้างใน โดยตัวเร่งปฏิกิริยานั้นอยู่กับที่ ไม่มีการเคลื่อนไหวใด ๆ แบบเดียวกับเครื่องกรองน้ำที่มีการบรรจุเรซินหรือสารดูดซับเอาไว้ข้างใน แต่การทำงานของระบบ hydrocracker นี้เป็นการทำงานในระบบ ๓ เฟสด้วยกัน คือตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็ง น้ำมันที่เป็นของเหลว และไฮโดรเจนที่เป็นแก๊ส รูปแบบการทำงานแบบ ๓ เฟสนี้มีชื่อเรียกเฉพาะว่า "trickle bed reactor" ที่จะมีการป้อนของเหลวจากบนลงล่างให้ไหลผ่านชั้นตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนแก๊สนั้นอาจจะไหลจากบนลงล่างหรือล่างขึ้นบนก็ขึ้นอยู่กับการออกแบบ ระบบนี้แตกต่างจาก fixed-bed reactor ทั่วไปที่ใน fixed-bed reactor นั้นเฟสที่ไหลผ่านชั้นของแข็งนั้นจะเป็นเฟสแก๊สหรือของเหลวเพียงเฟสเดียว

อุณหภูมิของเครื่องปฏิกรณ์จะถูกควบคุมเอาไว้ไม่ให้สูงเกินกว่า 425ºC (ในรายงานเรียกว่าอุณหภูมิ tempetature cut out หรือ TOC) และเมื่ออุณหภูมิสูงถึงระดับนี้ระบบจะหยุดการทำงานด้วยการหยุดการป้อนสารตั้งต้นและระบายความดันออกสูงระบบ flare แต่ยังคงทำการหมุนเวียนแก๊สไฮโดรเจนเพื่อช่วยระบายความร้อนออกจากาเบดตัวเร่งปฏิกิริยา

รูปที่ ๓ ผังการทำงานของหน่วยHydrocracker ที่เกิดการระเบิด ในรายงานไม่ได้กล่าวเอาไว้ว่า hydrotreating ทั้งสองหน่วย (V301 และ V302) ทำหน้าที่อะไร แต่เดาว่าตัวหนึ่งน่าจะเป็นหน่วยกำจัดสารประกอบกำมะถัน และอีกตัวหนึ่งเป็นหน่วยกำจัดสารประกอบไนโตรเจน

น้ำมันที่ออกจากกระบวนการ hydrocracking จะไหลผ่านระบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อนำกลับพลังงานความร้อนไปใช้ประโยชน์ ก่อนที่จะไหลเข้าสู่ถังแยกน้ำมัน-ไฮโดรเจนความดันสูงที่เป็นถังวางตั้งในแนวดิ่ง (V305) ที่อุณหภูมิประมาณ 50ºC ณ ถังแยกนี้แก๊สไฮโดรเจนจะลอยตัวขึ้นบนก่อนถูกคอมเพรสเซอร์ (C301) ดูดเพื่อนำกลับไปใช้ทำปฏิกิริยาใหม่พร้อมกับไฮโดรเจนที่ป้อนเข้ามาเพิ่มเติม ตัวคอมเพรสเซอร์ C301 นี้จะเกิดการสั่นอย่างรุนแรงถ้าหากผลต่างความดันระหว่างด้านขาเข้าและด้านขาออกนั้นมากเกินไป ดังนั้นถ้าพบว่าคอมเพรสเซอร์มีการสั่นมากเกินไปก็จะต้องหยุดการทำงานของคอมเพรสเซอร์เพื่อป้องกันความเสียทาย

centrifugal compressor ใช้การเพิ่มพลังงานจลน์ให้กับแก๊สที่ถูกเหวี่ยงออกไปจากใบพัด แล้วให้พลังงานจลน์ที่แก๊สได้รับไปนั้นเปลี่ยนเป็นความดันอีกทีหนึ่ง (แบบเดียวกันกับปั๊มหอยโข่ง) เนื่องจากความเร็วรอบการหมุนของใบพัดที่หมุนเหวี่ยงแก๊สออกไปนั้นคงที่ (ถ้าใช้ induction motor เป็นตัวขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ ซึ่งส่วนใหญ่ก็ใช้กัน) ดังนั้นพลังงานจลน์ของแก๊สที่ถูกเหวี่ยงออกไปนั้นจึงขึ้นกับความหนาแน่นของแก๊ส ที่อุณหภูมิและความดันค่าหนึ่งความหนาแน่นของแก๊สจะเพิ่มตามน้ำหนักโมเลกุล แก๊สที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงจะมีพลังงานจลน์ที่สูงกว่าแก๊สที่มีน้ำหนักโมเลกุลที่ต่ำกว่า ดังนั้นถ้าหากออกแบบ centrifugal compressor ให้ทำงานกับแก๊สที่มีน้ำหนักโมเลกุลค่าหนึ่ง ถ้าหากแก๊สที่ไหลเข้ามานั้นมีน้ำหนักโมเลกุลที่ลดต่ำกว่าค่าที่ออกแบบไว้มากเกินไป ก็จะเกิดปัญหาในการทำงานของคอมเพรสเซอร์ตัวนั้นได้เพราะความดันของแก๊สที่ถูกเหวี่ยงออกไปที่ขอบใบพัดนั้นต่ำกว่าความดันด้านขาออก ปรากฏการณ์นี้จะทำให้แก๊สด้านขาออกมีการไหลย้อนเข้ามาในตัวใบพัด ในขณะที่ใบพัดพยายามที่จะเหวี่ยงแก๊สที่ดูดเข้ามานั้นออกไป ผลก็คือจะเกิดการสั่นอย่างรุนแรงขึ้นได้ที่เรียกว่าเกิด surging (ดูรูปที่ ๔ ข้างล่างประกอบ)

รูปที่ ๔ แก๊สไหลเข้า impeller ที่ตำแหน่ง 1 ซึ่งเป็นตำแหน่งที่แก๊สมีพลังงานจลน์ต่ำสุด และในขณะที่แก๊สไหลมาตามตัว impeller (ตำแหน่ง 2) แก๊สจะมีพลังงานจลน์เพิ่มมากขึ้นอันเป็นผลเนื่องจากการหมุนของ impeller และเมื่อไหลมาถึงตำแหน่ง 3 ที่เป็นทางออก แก๊สจะมีพลังงานจลน์มากที่สุด ถ้าหากพลังงานจลน์ของแก๊สที่ตำแหน่ง 3 นี้เมื่อเปลี่ยนเป็นความดันแล้วมีค่าสูงกว่าความดันต้านทานด้านขาออก แก๊สก็จะไหลออกจาก impeller ไปได้ แต่ถ้าพลังงานจลน์ของแก๊สที่ตำแหน่ง 3 นี้เมื่อเปลี่ยนเป็นความดันแล้วมีค่าต่ำกว่าความดันต้านทานด้านขาออก แก๊สด้านขาออกก็จะไหลย้อนเข้ามาในตัว impeller ได้ และเมื่อแก๊สด้านขาออกขยายตัวด้วยการไหลย้อนเข้ามาในตัว impeller ความดันต้านทานด้านขาออกก็จะลดต่ำลง แก๊สใน impeller ก็จะไหลออกไปยังด้านขาออกได้ใหม่ แก๊สด้านขาออกก็จะถูกอัดตัวอีกครั้งทำให้มีความดันสูงขึ้น และถ้าพลังงานจลน์ของแก๊สที่ตำแหน่ง 3 ไม่สามารถเอาชนะความดันด้านขาออกได้ ก็จะเกิดการไหลย้อนเข้ามาในตัว impeller ใหม่อีกครั้ง ถ้าปรากฏการณ์ไหลออก-ไหลย้อนนี้เกิดสลับไปมาเรื่อย ๆ ก็จะทำให้ตัว impeller เกิดการสั่นขึ้น (วาดขึ้นใหม่โดยอิงจาก https://www.enggcyclopedia.com/2012/01/centrifugal-compressor-surge/)

 

ในระหว่างขั้นตอน hydrotreating และ hydrocracking จะมีผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊สเกิดขึ้นด้วย (ได้แก่ H₂S และไฮโดรคาร์บอนเบา) โดยแก๊สส่วนหนึ่งจะยังคงละลายอยู่ในส่วนที่เป็นของเหลว น้ำมันที่ผ่านการแยกเอาแก๊สออกที่ V305 จะไหลลงสู่ถังแยกน้ำมัน-ไฮโดรเจนความดันต่ำที่เป็นถังวางในแนวนอน (V306) ทำงานที่ความดันประมาณ 9 bar ที่ถังนี้จะมีแก๊สไฮโดรเจนและไฮโดรคาร์บอนเบาระเหยออกมาจากน้ำมันเพิ่มอีกอันเป็นผลจากความดันที่ลดต่ำลง ของเหลวที่ออกจากถังแยก V306 นี้จะถูกส่งเข้าระบบเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนก่อนป้อนเข้าสู่หน่วยกลั่นแยกเพื่อแยกเอาผลิตภัณฑ์ที่ได้ออก และนำกลับน้ำมันส่วนที่ยังไม่ทำปฏิกิริยามาทำปฏิกิริยาใหม่ ส่วนแก๊สที่ออกจากถังแยก V306 จะถูกส่งต่อไปยังหน่วยกำจัดกำมะถันต่อไป (กำมะถันควรอยู่ในรูปแก๊ส H₂S และใช้สารละลาย amine ที่เป็นเบสดักจับ)

รูปที่ ๕ รายละเอียดของถังแยกแก๊ส-ของเหลว V305 (ถังความดันสูง) และ V306 (ถังความดันต่ำ)

มาถึงจุดนี้ก็หวังว่าคงจะพอมองเห็นภาพการทำงานของหน่วย hydrocracker ของโรงงานนี้กันบ้างแล้ว ตอนต่อไปจะมาดูกันว่าก่อนเกิดการระเบิดนั้นมีเหตุการณ์อะไรเกิดขึ้นบ้าง