ถังใส่กรดกำมะถัน (H2SO4) ก็ระเบิดได้ (๓) MO Memoir : Tuesday 14 March 2566

การระเบิดที่ Flixborough ที่ประเทศอังกฤษเมื่อปีค.ศ. ๑๙๗๔ (พ.ศ. ๒๕๑๗) ผลการสอบสวนพบว่าต้นตอเริ่มต้นมาจากสารเคมีที่ใช้ในน้ำหล่อเย็น (cooling water) เหตุการณ์การระเบิดของถังใส่กรดกำมะถันที่นำมาเล่าในวันนี้ ผลการสอบสวนก็พบว่าต้นตอมาจากสารเคมีในน้ำหล่อเย็นเช่นกัน แต่คราวนี้เป็นสารฆ่าเชื้อ (Biocide)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Explosion in a sulphuric acid tank. 26th November 2005, Piérre-Benite [Rhone], France" ที่เป็นการระเบิดของถังเก็บกรดกำมะถันเข้มข้นที่ประเทศฝรั่งเศสเมื่อปีพ.ศ. ๒๕๔๘ (ดาวน์โหลดได้ที่ https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/fiche_detaillee/31082_en/?lang=en) อ่านแล้วเอกสารฉบับภาษาอังกฤษน่าจะถูกแปลมาจากต้นฉบับที่เป็นภาษาฝรั่งเศส เพราะเห็นหลายศัพท์เทคนิคที่ใช้จะไม่เห็นใช้กันในกรณีของเอกสารที่ออกมาจากทางอังกฤษหรืออเมริกา

รูปที่ ๑ แผนผังกระบวนการผลิตกรดกำมะถันเข้มข้น

หน่วยผลิตที่เกิดเหตุเป็นหน่วยผลิตกรดกำมะถันเข้มข้น 99.2% โดยใช้การดูดซึมแก๊ส SO₃ (รูปที่ ๑) ด้วยสารละลายกรดกำมะถันเข้มข้น (การผลิตแก๊ส SO₃ เริ่มจากการเผากำมะถันกับออกซิเจนเพื่อให้ได้ SO₂ ก่อน จากนั้นจึงทำการออกซิไดซ์แก๊ส SO₂ ที่ได้กับออกซิเจนโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย ก็จะได้ SO₃ ออกมา) ทางด้านล่างของหอดูดซึม (Absorption tower) จะมีการเติม process water เข้าไปเพื่อปรับความเข้มข้นของกรดกำมะถันเข้มข้นหลังดูดซึมแก๊ส SO₂ เข้าไป

ความสามารถในการละลายของแก๊ส SO₃ เข้าไปในกรดกำมะถันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยทั่วไปคือแก๊สจะละลายได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น แต่เมื่อแก๊สละลายเข้าไปในของเหลวจะมีการคายความร้อนออกมา นอกจากนี้ยังมีความร้อนที่เกิดจากการเติม process water เข้าไปเพื่อปรับความเข้นข้นกรดกำมะถันเข้มข้นที่ได้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการดึงความร้อนออกจากสารละลายกรดกำมะถันที่มีการดูดซึมแก๊ส SO₃ เข้าไป โดยในโรงงานนี้ได้มีการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนชนิด spiral type จำนวน 3 ตัวที่ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม โดยใช้น้ำหล่อเย็นเป็นตัวรับความร้อน

สารละลายกรดกำมะถันที่ผ่านการลดอุณหภูมิแล้ว ส่วนหนึ่งจะถูกส่งออกไปยังถังเก็บผลิตภัณฑ์และส่วนที่เหลือจะถูกป้อนวนกลับมายังหอดูดซึมใหม่เพื่อทำการดูดซับแก๊ส SO₃

ตรงนี้นอกเรื่องนิดนึง คือกระบวนการในรูปที่ ๑ นั้น ปั๊มที่ทำหน้าที่ไหลเวียนกรดกำมะถันจะดูดกรดที่อยู่ที่ก้นหอดูดซึมให้ไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนก่อนที่จะเข้าปั๊ม ตรงนี้มีประเด็นที่น่านำมาพิจารณาในการออกแบบก็คือ จริงอยู่ที่การออกแบบเช่นนี้ทำให้ปั๊มไม่ต้องทำงานกับของเหลวที่ร้อน แต่การที่ของเหลวด้านขาเข้านั้นต้องไหลผ่านเส้นทางที่มีสิ่งกีดขวางมาก็มีโอกาสที่จะเกิดปัญหาเรื่อง Net Positive Suction Head (NPSH) ได้

รูปที่ ๒ รูปซ้ายเป็นความเสียหายที่ฝาถังมีการเปิดออกบางส่วน ส่วนรูปขวาเป็นทางเดินที่ได้รับความเสียหาย

ทีนี้เราลองมาดูกันว่าลำดับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเป็นอย่างไร

๒๒ พฤศจิกายน : ระหว่างเริ่มเดินเครื่องการผลิต ตรวจพบการเพิ่มอุณหภูมิที่ขดท่อน้ำระบายความร้อนและด้านขาออกของกรดของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเครื่องหนึ่งที่ใช้กับหอดูดซึมหอที่ 1 การเพิ่มอุณหภูมินี้บ่งบอกถึงการรั่วของน้ำเข้าไปในกรดกำมะถัน จึงต้องทำการเปลี่ยนเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และงานมาเสร็จสิ้นในวันที่ ๒๔ พฤศจิกายน

ช่วงเช้าของวันที่ ๒๕ พฤศจิกายน : ตรวจพบว่าความเข้มของกรดกำมะถันทางด้านล่างของหอดูดซึมหอที่ 1 มีค่าต่ำผิดปรกติ (มีค่าเพียง 84.3%) จากการที่เชื่อว่าสิ่งนี้เป็นผลจากการรั่วของน้ำหล่อเย็นเข้าไปในระบบก่อนหน้า ทางโอเปอร์เรเตอร์จึงแก้ไขด้วยการเติม Oleum (กรดกำมะถันเข้มข้นที่มีแก๊ส SO₃ ละลายอยู่) เข้าไปในระบบ โดยแบ่งกรดส่วนหนึ่งไปยังถังเก็บเพื่อที่จะรักษาระดับความเหลวในหอดูดซึมเอาไว้ (การเติม Oleum เป็นการเพิ่มปริมาตรของเหลวในระบบ จึงต้องแก้ไขด้วยการดึงเอากรดที่ไหลเวียนอยู่ในระบบออกไปยังถังเก็บ) ผลการทำเช่นนี้ทำให้ความเข้มข้นกรดเพิ่มเป็น 91.3%

หลังเที่ยงคืน (เข้าสู่วันที่ ๒๖ พฤศจิกายน) ตรวจพบว่าความเข้มของกรดกำมะถันที่ขดท่อของหอดูดซึมหอที่ 1 มีค่าเหลือเพียง 55% และยังมีสีเขียว บ่งบอกถึงเกิดการกัดกร่อนอุปกรณ์ (ไอออนบวกของโลหะทรานซิชันจะมีสี)

เวลาประมาณ ๑.๐๐ น ของคืนวันที่ ๒๕ ได้ทำการปิดวาล์วน้ำหล่อเย็นเข้าระบบ และวาล์วกรดไหลเวียนไปที่หอดูดซึม เพื่อให้กรดในระบบไหลไปยังถังเก็บ

เวลาประมาณ ๒.๐๐ น พบการรั่วที่หน้าแปลนของปั๊มไหลเวียนกรด

เวลา ๔.๓๐ น การรั่วไหลเริ่มมากขึ้น ผลการทดสอบด้วยกระดาษลิตมัสพบว่าของเหลวที่รั่วมีฤทธิ์เป็นกลาง (ทั้ง ๆ ที่มันควรจะเป็นกรด) จึงหยุดเดินเครื่องปั๊มเพื่อหยุดการป้อนของเหลวไปยังถังเก็บ

เวลา ๕.๓๐ น หลังจากที่ระดับของเหลวที่หอดูดซับตัวที่ 1 เพิ่มสูงขึ้น จึงระบายของเหลวนี้ทิ้งไปยังบ่อบำบัด และเมื่อหยุดเดินเครื่องปั๊มน้ำหล่อเย็น การเพิ่มระดับก็หยุด (แสดงว่าในขณะที่ปั๊มน้ำหล่อเย็นเดินเครื่องอยู่ มีน้ำหล่อเย็นไหลเข้าไปในหอดูดซึมหอที่ 1)

เวลา ๑๐.๓๐ น ทำการปั่นกวนของเหลวในถังเก็บ เพื่อจะทำการวัดความเข้มข้นของกรด ก่อนที่จะกำหนดมาตรการการทำงานถัดไป

เวลาประมาณ ๑๑.๐๐ น วัดความเข้มข้นของกรดที่ก้นถังได้ 89% ที่อุณหภูมิ 27ºC

เวลา ๑๑.๓๐ น วัดความเข้มข้นของกรดที่ก้นถังได้ 88% ที่อุณหภูมิ 27ºC

เวลา ๑๑.๔๓ น เกิดการระเบิดในถังเก็บกรด ฝาถังมีการฉีกขาดแยกจากลำตัวบางส่วนและเปิดอ้าขึ้น (รูปที่ ๒)

ตัวการที่ทำให้เกิดการระเบิดเชื่อว่าเกิดจากแก๊สไฮโดรเจนที่เกิดจากการกัดกร่อนผิวโลหะของถังเมื่อความเข้นข้นกรดลดต่ำลงอันเป็นผลจากน้ำหล่อเย็นรั่วไหลเข้าไปในระบบ โดยการจุดระเบิดคาดว่าน่าจะเกิดจากไฟฟ้าสถิตย์ การรั่วนั้นพบว่าเกิดจากการกัดกร่อนแบบ "Pitting" ของขอท่อน้ำระบายความร้อนที่ทำจากเหล็กกล้าไร้สนิม 316L (เหล็กกล้าไรสนิม 316 คาร์บอนต่ำ) แต่ประเด็นที่เป็นคำถามก็คือ หน่วยนี้ใช้งานมานาน ๒๕ ปีไม่เคยเกิดปัญหานี้ แล้วทำไมจึงเพิ่งจะเกิด

"Pitting" เป็นการกัดกร่อนผิวโลหะที่จุดใดจุดหนึ่ง (ไม่ใช่กระจายไปทั่วพื้นผิวที่สัมผัสของเหลว) โดยจะเกิดเป็นรูลึกเข้าไปในเนื้อโลหะจนทะลุไปยังอีกฝั่งหนึ่งได้ ไม่เหมือนกับการกัดกร่อนแบบกระจายไปทั่วพื้นผิวที่ทำให้ความหนาลดลง

จากการตรวจสอบการทำงานพบว่า มีการเปลี่ยนสารฆ่าเชื้อจุลชีพ (Biocide) ในน้ำหล่อเย็นมาเป็นโซเดียมไฮโปคลอไรต์ (NaOCl - Sodium hypochlorite) ที่เป็นตัวเพิ่ม Cl^- ในน้ำหล่อเย็น ประกอบกับมีการลดอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็น ทำให้อุณหภูมิในระบบเพิ่มขึ้น สิ่งเหล่านี้ต่างเป็นปัจจัยช่วยให้อัตราการเกิด pitting เพิ่มสูงขึ้น โดยเฉพาะบริเวณเนื้อโลหะที่มีความเครียดสูง เช่นตำแหน่งรอยเชื่อม

เหล็กกล้าไร้สนิมไม่ถูกกับคลอไรด์ (Cl^-) และถ้ามีอนุภาคของแข็งตกค้างอยู่บนพื้นผิวโลหะ บริเวณใต้อนุภาคของแข็งนั้นจะเกิดการกัดกร่อนแบบ pitting ได้ง่าย การลดอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นเพิ่มโอกาสให้อนุภาคของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในน้ำตกค้างบนผิวโลหะแทนที่จะถูกน้ำพัดพาไป โดยเฉพาะบริเวณที่เป็นมุมอับ (ถ้ามันถูกพัดพาออกไปจะไม่เกิดปัญหา)

อุณหภูมิของกรดส่งผลที่ตรงข้ามกันต่อความสามารถในการดูดซึมแก๊ส SO₃ ที่หอดูดซึม อุณหภูมิที่สูงขึ้นทำให้แก๊สละลายในของเหลวได้น้อยลง แต่ทำให้ความหนืดของของเหลวลดลง ส่งผลให้เกิดการกระจายตัวได้ดีและมีพื้นที่ผิวสัมผัสที่จะทำการดูดซึมแก๊สเพิ่มขึ้น

หอทำน้ำหล่อเย็น (Cooling tower) เป็นจุดที่น้ำหล่อเย็นมีการสัมผัสกับอากาศภายนอก เป็นจุดที่ฝุ่นละอองขนาดเล็กและเชื้อชุลชีพต่าง ๆ (เช่นพวกเชื้อรา ตะไคร่) เขามาปะปนในระบบ จึงจำเป็นต้องมีการเติมสารเคมีเพื่อป้องกันการตกตะกอนของของแข็งที่แขวนลอย และกำจัดเชื้อจุลชีพเพื่อไม่ให้เกิดคราบหรือเมือกต่าง ๆ ในระบบน้ำหล่อเย็น

ถังใส่กรดกำมะถัน (H2SO4) ก็ระเบิดได้ (๒) MO Memoir : Saturday 11 March 2566

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสาร Investigtion Report เรื่อง "An explosion accident during tank repair at a chemical plant" จัดทำโดย National Institute of Occupational Safety and Health, Japan (JNIOSH) เอกสารที่ดาวน์โหลดมาไม่มีการระบุว่าเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อใด ที่ไหน (แต่น่าจะเป็นในประเทศญี่ปุ่น) โดยโรงงานที่เกิดเหตุเป็นส่วนผลิตสารเคมีพื้นฐานทั่วไป (กรดกำมะถันก็เป็นหนึ่งในนั้น) ดูแล้วน่าจะเป็นส่วนหนึ่งของโรงงานผลิตถ่าน Coke ที่ใช้ในการถลุงเหล็ก

Coke เป็นสารประกอบคาร์บอนมีรูพรุนที่มีสัดส่วนคาร์บอนสูง อุตสาหกรรมถลุงเหล็กจะใช้ถ่าน Coke เผาร่วมกับสินแร่เหล็ก (สารประกอบเหล็กออกไซด์ FeO) ในสภาพอากาศจำกัด ถ่าน Coke จะถูกเผาไหม้เป็นแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งแก๊สนี้เป็นตัวรีดิวซ์ จะเข้าไปดึงอะตอมออกซิเจนออกจากสินแร่เหล็กในรูปแก๊สคารบอนไดออกไซด์ (CO₂) ทำให้เหล็กออกไซด์กลายเป็นโลหะเหล็ก

ถ่าน Coke เตรียมได้จากการเผาถ่านหินในที่ที่ไม่มีอากาศ (หรืออากาศจำกัด) จะทำให้บรรดาสารประกอบโมเลกุลเล็ก ๆ ในถ่านหินสลายตัวออกกลายเป็นแก๊สออกมา เมื่อนำแก๊สนี้ไปลดอุณหภูมิ บางส่วนจะกลายเป็นของเหลว โดยส่วนที่เหลือยังคงเป็นแก๊สที่เรียกว่า coke oven gas ที่สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ (เพราะมีทั้ง CO, H₂, CH₄ เป็นองค์ประกอบ) และถ้าถ่านหินมีสารประกอบกำมะถันอยู่ ก็จะมีแก๊สที่เป็นสารประกอบกำมะถันติดมาด้วย

โรงงานนี้นำเอา Coke oven gas เข้ากระบวนการกำจัดกำมะถัน สารประกอบกำมะถันที่อยู่ในแก๊สจะออกมาในผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวที่เรียกว่า Desulfurization liquid เมื่อนำของเหลวนี้ไปเผา สารประกอบกำมะถันจะกลายเป็นแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) อยู่ร่วมกับแก๊สอื่นและไอน้ำ ขั้นต่อไปคือการกำจัดความชื้นออกจากแก๊สนี้ด้วยการผ่านเข้า Drying tower ที่ใช้กรดกำมะถันเข้มข้นเป็นตัวจับน้ำ (รูปที่ ๑ - โดยธรรมชาติของกรดกำมะถันเข้มข้นมันจะจับน้ำได้ดีอยู่แล้ว)

รูปที่ ๑ แผนผังกระบวนการผลิตกรดกำมะถันของโรงงานที่เกิดเหตุ

แก๊สที่ผ่านการกำจัดน้ำแล้วจะเข้าสู่ Converter ที่ทำการเปลี่ยน SO₂ ให้กลายเป็นซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO₃) ที่เมื่อนำแก๊สนี้ไปสัมผัสกับกรดกำมะถันเข้มข้นในหอดูดซึม (Absorption tower) SO₃ จะทำปฏิกิริยากับน้ำ (ที่มีอยู่ในกรดกำมะถันเข้มข้นนั้น) กลายเป็นกรดกำมะถัน ทำให้สารละลายกรดกำมะถันที่ป้อนเข้ามามีความเข้มข้นสูงขึ้นไปอีก

นอกจากนี้หน่วยนี้ยังสามารถทำหน้าที่เป็นหน่วยกำจัดกลิ่นออกจากแก๊สก่อนปล่อยทิ้งได้ด้วย

สี่วันก่อนเกิดอุบัติเหตุมีการพบการรั่วซึมที่ผนังของถัง (Tank 044) ที่ระดับความสูงประมาณ 5 เมตร และเมื่อตรวจสอบแล้วพบว่าระดับที่เกิดการรั่วซึมนั้นอยู่ที่ประมาณระดับผิวของเหลวที่อยู่ในถัง ทางโรงงานจึงได้ทำการลดระดับชองเหลวในถังให้ต่ำลงเพื่อหยุดการรั่วซึม (เพราะระดับของเหลวอยู่ต่ำกว่ารูรั่ว) จากนั้นจึงเตรียมการซ่อมบำรุง ก่อนการซ่อมบำรุงประมาณ ๕ นาทีได้ทำการตรวจวัดความเข้มข้นแก๊สบริเวณที่จะทำงาน โดยตรวจไม่พบแก๊สที่ติดไฟได้และ CO จึงได้เริ่มทำการขัดผิวโลหะ แต่เมื่อขัดผิวไปได้ไม่ถึง ๕ นาที ก็เกิดการระเบิดขึ้นภายในถัง แรงระเบิดทำให้ฝาถังปลิวหลุดออก และคนงานที่ปฏิบัติงานซ่อมบำรุงนั้นได้รับบาดเจ็บ ๔ ราย

รูปที่ ๒ การรั่วซึมของ Tank 044 ที่เกิดการระเบิด ภาพนี้ถ่ายไว้ก่อนการซ่อมบำรุง

รูปที่ ๓ เป็นโครงสร้าง Tank 044 ที่เกิดการระเบิด เดิมถังใบนี้ใช้เป็นหอกำจัดสารประกอบกำมะถัน (มีการติดตั้งตัวเร่งปฏิกิริยาภายใน) แต่มาถูกปรับเปลี่ยนเป็นถังเก็บกรดกำมะถันเข้มข้น โครงสร้างของถังมีทั้งส่วนที่เป็นเหล็กสแตนเลสและเหล็กกล้าคาร์บอน

จากการพิจารณาตำแหน่งที่เกิดการรั่วซึมที่อยู่บริเวณผิวของเหลว และการทำงานก่อนหน้านั้น (ที่ไม่มีโอกาสที่จะมีแก๊สเชื้อเพลิงอื่นหลุดรอดมาถึงถังใบนี้ได้) ทางคณะสอบสวนจึงเห็นว่าตัวการที่ทำให้เกิดการระเบิดน่าจะเป็นแก๊สไฮโดรเจนที่เกิดจากการที่กรดกำมะถันบริเวณผิวบนมีความเข้มข้นลดต่ำลงเนื่องจากมีน้ำเข้ามาเจือจาง แต่คำถามก็คือน้ำที่เข้ามาเจือจางนั้นมาจากไหน

รูปที่ ๓ โครงสร้างของ Tank 044 ที่เกิดการระเบิด เดิมนั้นใช้เป็นหอกำจัดสารประกอบกำมะถัน แต่ต่อมาถูกปรับเปลี่ยนมาใช้เป็นถังเก็บกรดกำมะถันเข้มข้น

ประเด็นแรกที่มีการมองกันคือฝาถังมีรอยรั่ว เลยทำให้น้ำฝนสามารถรั่วซึมเข้ามาในถังได้ และด้วยการที่กรดเจือจางนั้นมีความหนาแน่นต่ำกว่ากรดเข้มข้นจีงทำให้สารละลายกรดเจือจางลอยอยู่ที่ผิวบน การกัดกร่อนจึงเกิดที่บริเวณระดับผิวของเหลว แต่ด้วยการที่ฝาถังได้รับความเสียหายจากการระเบิดและการตกกระแทกพื้น ทำให้ไม่สามารถยืนยันได้ว่ามีการรั่วไหลเกิดขึ้นจริง (แต่รายงานก็ไม่ได้ตัดความเป็นไปได้นี้ออกเช่นกัน)

ประเด็นที่สองที่มีการพิจารณาคืออากาศที่มีความชื้นสูงนั้นไหลเข้าไปข้างในทางช่อง Vent pipe ที่มีอยู่บนฝาถัง และด้วยการที่กรดกำมะถันเข้มข้นมีความชอบในการดูดซึมน้ำเอาไว้อยู่แล้ว จึงทำให้ความเข้มข้นกรดบริเวณผิวของเหลวลดต่ำลง แต่เมื่อพิจารณาจากขนาดท่อที่ค่อนข้างเล็กเมื่อเทียบกับขนาดถัง ทางผู้สอบสวนจึงไม่คิดว่าเส้นทางนี้จะเป็นเส้นทางหลักที่ทำให้น้ำเข้าไปในถังได้ (และจะว่าไปถ้ามันเกิดด้วยสาเหตุนี้ได้ มันก็ควรจะเกิดมานานแล้ว)

สาเหตุหลักที่ทางผู้สอบสวนเห็นว่ามีความเป็นไปได้มากที่สุดคือการใช้หน่วยผลิตกรดกำมะถันทำหน้าที่กำจัดกลิ่นออกจากแก๊สก่อนปล่อยทิ้ง กล่าวคือหน่วยผลิตกรดกำมะถันนอกจากจะใช้ผลิตกรดกำมะถันแล้ว ยังสามารถทำหน้าที่แทนหน่วยเผาแก๊สเพื่อกำจัดกลิ่นก่อนปล่อยออกสู่อากาศได้ด้วย (รูปที่ ๓)

การสอบสวนพบว่าในช่วงหนึ่งสัปดาห์ก่อนเกิดอุบัติเหตุ หน่วยกำจัดกลิ่นออกจากแก๊สด้วยการเผาอยู่ระหว่างการตรวจสอบประจำปี (คือไม่มีการเดินเครื่อง) ในช่วงเวลาดังกล่าวจึงต้องให้แก๊สที่ต้องการกำจัดกลิ่นนั้นไหลเข้าหน่วยผลิตกรดกำมะถันแทน ประกอบกับช่วงเวลาดังกล่าวไม่ได้มีการผลิตกรดกำมะถันด้วย ส่งผลให้ความเข้มข้นของกรดกำมะถันที่ส่งไปที่ถังเก็บนั้นเจือจางลง

ตรงนี้รายงานการสอบสวนไม่ได้ให้รายละเอียดอะไรไว้ แต่คาดว่าสารที่ทำให้เกิดกลิ่นนั้นน่ามีสารประกอบกำมะถันร่วมอยู่ แต่ไม่ได้มีอยู่ในปริมาณมากเหมือน Desulfurization liquid เมื่อนำแก๊สนี้ไปเผาก็ทำให้เกิด SO₂ ร่วมด้วย แต่ในปริมาณที่ต่ำกว่าเมื่อทำการเผา แก๊สที่เกิดจากการเผาจะผ่านเข้าสู่ Drying tower ด้วยการสัมผัสกับกรดกำมะถันเข้มข้น ผลการสัมผัสนี้ทำให้ความเข้มข้นของกรดกำมะถันลดลง (เพราะมีน้ำละลายเพิ่มเข้ามา และอาจเป็นไปได้ว่ามีมากกว่าเมื่อเทียบกับการเผา Desulfurization liquid)

รูปที่ ๔ กราฟการละลายของแก๊ส SO₂ ในกรดกำมะถันที่มีความเข้มข้นต่าง ๆ (“The Solubility of Sulphur Dioxide in Sulphuric Acid”, F.D. Miles and J. Fenton, J. Chem. Soc., Trans., 1920,117, 59-61)

ในระหว่างที่กำจัดน้ำนั้น แก๊ส SO₂ ก็จะลายเข้ามาในกรดกำมะถันด้วย โดยปริมาณที่ละลายได้จะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น และยังเปลี่ยนแปลงตามความเข้มข้นกรดกำมะถันที่ใช้ (รูปที่ ๔) แต่เมื่อนำสารละลายนี้ไปดูดซึมแก๊ส SO₃ ที่ Absorption tower ความเข้มข้นก็จะเพิ่มสูงขึ้นใหม่ ด้วยการที่ความเข้มข้นแก๊ส SO₃ ที่ออกมาจาก Converter มีค่าลดลง ความเข้มข้นของกรดกำมะถันที่ได้จึงลดต่ำลงกว่าที่ควรเป็น เมื่อนำกรดนี้ส่งไปยัง Tank 044 จึงทำให้ความเข้มข้นกรดกำมะถันในถังลดต่ำลง

รายงานการสอบสวนกล่าวว่าความเข้มข้นกรดที่เหลืออยู่ในถังวัดได้เพียงแค่ 20% ซึ่งต่ำเพียงพอที่จะกัดกร่อนเหล็ก

ตัวรายงานไม่ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการเติมกรดกำมะถันเข้าถังเก็บ ว่าเติมเข้าไปตรงตำแหน่งใดของถังจึงทำให้เฉพาะตรงส่วนบนที่ความเข้นข้นของกรดต่ำมากพอที่จะกัดกร่อนเหล็ก เพราะถ้าความเข้มข้นของสารละลายกรดในถังนั้นลดต่ำลงแบบสม่ำเสมอ การกัดกร่อนก็จะเกิดได้ทุกบริเวณที่อยู่ใต้ผิวของเหลว หรือถ้าเป็นการเติมเข้าทางก้นถัง สารละลายกรดที่อยู่ใต้ผิวของเหลวก็ควรมีความเข้มข้นลดต่ำลงด้วย การกัดกร่อนที่เกิดเฉพาะบริเวณตำแหน่งผิวของเหลวแสดงว่าเฉพาะสารละลายบริเวณนี้ที่มีความเข้มข้นที่ลดต่ำลง ส่วนที่อยู่ลึกลงไปยังมีความเข้มข้นสูงมากพอที่จะไม่ทำอันตรายให้กับเนื้อเหล็ก

การระเบิดเกิดจากการขัดผิวโลหะที่ทำให้ผิวโลหะบางลง และไปทำให้รูรั่วมีขนาดใหญ่ขึ้น เมื่อในถังมีแก๊สผสมระหว่างไฮโดรเจนกับอากาศรออยู่แล้ว เมื่อแก๊สในถังรั่วออกมาพบกับประกายไฟที่เกิดจากการขัดผิวโลหะ จึงเกิดการลุกไหม้ย้อนกลับเข้าไปในถังจนทำให้เกิดการระเบิดขึ้นภายใน

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๐ (ตอนที่ ๑) MO Memoir : Wednesday 16 May 2561

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog
 

เนื้อหาในเอกสารฉบับนี้เกี่ยวกับงานที่จะต้องเตรียมการสำหรับการส่งบทความเข้าร่วมประชุมวิชาการ

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) หรือซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) MO Memoir 2559 Nov 22 Tue

งานนี้จะเลือกเอาทางไหนดีล่ะ จะเสี่ยง "หนีเสือ ปะจระเข้" หรือจะทำ "ใจดีสู้เสือ" ดีล่ะ
  

เมื่อวานเห็นมีคนแชร์ข่าวทางหน้า facebook เกี่ยวกับภูเขาแก๊สไข่เน่าที่เกิดจากการสะสมของแก๊สที่เกิดจากบ่อบำบัดน้ำเสียของโรงงานแห่งหนึ่งจนทำให้ผืนพลาสติกขนาดใหญ่ที่ปิดคลุมบ่อบำบัดนั้นโป่งสูงขึ้นมา จนทำให้ทางโรงงานตัดสินใจ "เผา" แก๊สดังกล่าวทิ้ง แต่โดนทางชาวบ้านและอุตสาหกรรมจังหวัดห้ามมิให้ทำการเผาโดยตรง (รูปที่ ๑ ข้างล่าง) เพราะเชื่อว่าการเผาเป็นการทำให้เกิดกลิ่นเหม็นรบกวน

รูปที่ ๑ ภาพข่าวภูเขาแก๊สไข่เน่า (จาก https://www.pptvthailand.com/news/ประเด็นร้อน/39819)

แก๊สไข่เน่าหรือชื่อทางเคมีว่า "ไฮโดรเจนซัลไฟด์ Hydrogen sulphide หรือ Hydrogen sulfide - H₂S) เป็นแก๊สที่มีกลิ่นเหม็นรุนแรงเหมือนไข่เน่า แก๊สตัวนี้เป็นทั้ง แก๊สกรด แก๊สพิษ และติดไฟได้ เมื่อเผาไฟจะกลายเป็นน้ำและซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (Sulphur dioxide หรือ Sulfur dioxide - SO₂) ที่มีกลิ่นฉุน ซึ่งเป็น แก๊สกรด และแก๊สพิษ (แก๊สกรดคือแก๊สที่ละลายน้ำแล้วได้สารละลายที่เป็นกรด)
  

วิธีการพื้นฐาน ๒ วิธีสำหรับใช้ในการกำจัดแก๊สที่เป็นอันตรายในปริมาณมากนั้นได้แก่การส่งไปเผาที่ระบบ flare และการผ่านเข้าชะล้างที่ระบบ scrubber ซึ่งอาจใช้เพียงแค่วิธีการใดวิธีการหนึ่งหรือสองวิธีการร่วมกันก็ได้ ในกรณีที่แก๊สที่เป็นอันตรายนั้นสามารถเผาทำลายได้ และผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผานั้นเป็นสารที่ไม่มีอันตรายหรือมีอันตรายต่ำกว่า การเผาก็มักเป็นทางเลือกที่ดี แต่ถ้าแก๊สนั้นเป็นแก๊สที่ไม่ลุกติดไฟหรือเกรงว่าผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการเผาทำลายที่ไม่สมบูรณ์จะก่อให้เกิดปัญหามากกว่า การให้แก๊สนั้นสัมผัสกับของเหลวที่เหมาะสมในหอชะล้าง (ที่เรียกว่า scrubber) ก็จะเป็นทางเลือกที่เหมาะสมกว่า แต่ทั้งนี้ก็ต้องพิจารณาต่อด้วยว่าแก๊สอันตรายที่ละลายเข้ามาอยู่ในเฟสของเหลวนั้นมันทำปฏิกิริยากับเฟสของเหลวจนกลายเป็นสารที่ไม่มีพิษ หรือเป็นเพียงแค่เปลี่ยนที่อยู่จากแก๊สมาอยู่ในของเหลว ซึ่งต้องหาทางกำจัดมันต่ออีก
  

การใช้การดูดซับด้วยเบดของแข็งนั้นจะเหมาะสมกว่าในกรณีที่แก๊สมีปริมาณไม่มากหรือแก๊สพิษมีความเข้มข้นต่ำ
  

คำว่า "อันตราย" ในที่นี้ไม่ได้หมายความถึงความเป็นพิษเพียงอย่างเดียว สารไฮโดรคาร์บอนหรือสารเชื้อเพลิงต่าง ๆ ที่แม้ว่าจะมีความเป็นพิษต่ำ แต่สามารถเกิดการระเบิดได้ถ้ามีการสะสมในอากาศในความเข้มข้นที่สูงพอ ก็ถือว่าเป็นสารอันตรายได้เช่นกัน (อันตรายจากการระเบิด)
  

ไฮโดรเจนซัลไฟล์เป็นแก๊สที่หนักกว่าอากาศเล็กน้อย มีกลิ่นเหม็น จมูกคนเรารับกลิ่นแก๊สนี้ได้ไวมากแม้ว่าจะมีความเข้มข้นที่ต่ำมากในอากาศก็ตาม (คือต่ำกว่า 1 ppm) และจะว่าไปแล้วสารประกอบกำมะถันอินทรีย์หลายตัวก็มีกลิ่นเหม็นที่แรงมากจนเราเอามาใช้ประโยชน์ด้วยการผสมกับแก๊สที่ไม่มีกลิ่น (เช่นแก๊สหุงต้ม) เพื่อเป็นตัวบ่งบอกว่ามีแก๊สรั่วหรือเปล่า แต่ถ้าเราสูดดมแก๊สนี้ต่อเนื่องเป็นเวลานานเกินไป เราจะไม่ได้กลิ่นเหม็น เพราะแก๊สนี้มันทำให้ประสาทรับกลิ่นไม่ทำงาน
  

นอกจากนี้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ยังเป็นแก๊สที่ลุกติดไฟได้ถ้ามีความเข้มข้นสูงมากพอ ข้อมูลความเป็นพิษของไฮโดรเจนซัลไฟล์ที่ทำให้คนเสียชีวิตได้ในเวลาอันสั้นที่มีรายงานก็คือ 800 ppm นาน 5 นาที (รูปที่ ๒) ส่วนช่วงความเข้มข้นที่สามารถเกิดการระเบิดได้คือ 4.3-46% (ข้อมูลจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_sulfide) จะเห็นว่าความเข้มข้นต่ำสุดที่ทำให้เกิดการระเบิดได้นั้นคือ 4.3% หรือ 43000 ppm นั้นมีค่าสูงกว่าความเข้มข้นที่ทำให้คนเสียชีวิตจากความเป็นพิษได้ และเนื่องจากแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟล์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติหรือบ่อบำบัดต่าง ๆ นั้นมักมีความเข้มข้นต่ำ เราจึงมักเห็นข่าวผู้เสียชีวิตเนื่องจากความเป็นพิษมากกว่าจากการระเบิด
  

ในภาษาอังกฤษนั้นคำว่า "กลิ่นเหม็น" ใช้คำว่า "foul odor" ส่วนคำว่า "กลิ่นฉุน" ใช้คำว่า "pungent odour" กลิ่นฉุนไม่เหมือนกับกลิ่นเหม็น กลิ่นฉุนมักจะเกี่ยวข้องกับการระคายเคือง ทำให้ไอ จาม (เช่นไอระเหยของกรด ควันที่เกิดจากการคั่วพริก) ในขณะที่กลิ่นเหม็นจะทำให้เกิดความรำคาญ

รูปที่ ๒ ความเป็นพิษของไฮโดรเจนซัลไฟล์ LC_Lo ความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้ อย่างเช่นในกรอบสีแดงคือบรรยากาศที่มีแก๊สนี้เข้มข้น 800 ppm นาน 5 นาที (ข้อมูลจาก http://www.cdc.gov/niosh/idlh/7783064.html) ค่าการละลายในน้ำ 4 g/l ที่ 20ºC (ข้อมูลจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_sulfide)
  

แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นแก๊สที่เกิดจากการเผาไหม้กำมะถัน แก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือสารอินทรีย์ที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบ แก๊สนี้ไม่ติดไฟ ไม่เป็นตัวออกซิไดซ์ ที่มีกลิ่นฉุน ละลายน้ำได้ดีกว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์มาก ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจและดวงตา (เพราะละลายน้ำแล้วกลายเป็นกรดซัลฟิวรัส H₂SO₃) ค่าความเข้มข้นต่ำสุดที่ทำให้คนเสียชีวิตได้เมื่ออยู่ในบรรยากาศที่มีแก๊สนี้นาน 5 นาทีคือ 3000 ppm (รูปที่ ๓ ข้างล่าง)

รูปที่ ๓ ความเป็นพิษของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ LC_Lo ความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถทำให้คนเสียชีวิตได้ อย่างเช่นในกรอบสีแดงคือบรรยากาศที่มีแก๊สนี้เข้มข้น 3000 ppm นาน 5 นาที (ข้อมูลจาก http://www.cdc.gov/niosh/idlh/7446095.html) ค่าการละลายในน้ำ 94 g/l (ข้อมูลจาก https://en.wikipedia.org/wiki/Sulfur_dioxide)

ที่นี้เราลองมาพิจารณากรณีของภูเขาแก๊สตามข่าวกันดูดีไหมครับว่า โดยสมมุติถ้าเราเป็นคนที่ต้องจัดการกับมัน (คือเป็นวิศวกรของโรงงานนั้นหรือเจ้าหน้าที่อุตสาหกรรมจังหวัด) เราจะตัดสินใจอย่างไรดี

แก๊สที่เกิดจากการบำบัดของเสียอินทรีย์ในบ่อน้ำเสียนั้นประกอบด้วยแก๊สหลากหลายชนิดปนกัน เช่น มีเทน (CH₄) ที่เป็นแก๊สที่ติดไฟได้ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) ที่เป็นแก๊สที่ติดไฟได้และมีกลิ่นเหม็นรุนแรง แอมโมเนีย (NH₃) ที่เกิดจากการย่อยสลายสารประกอบโปรตีน คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ที่เกิดจากการย่อยสลายสารประกอบอินทรีย์ เป็นต้น สัดส่วนของแก๊สเหล่านี้ที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับของเสียที่นำมาบำบัดและวิธีการ บางโรงงานนั้นก็เลือกที่จะบำบัดด้วยการทำให้เกิดแก๊สมีเทนเยอะ ๆ ก่อนเพื่อที่นำเอาแก๊สที่เกิดขึ้นนั้นไปใช้เป็นเชื้อเพลิงต่อในโรงงาน แล้วจึงค่อยย่อยสลายส่วนที่เหลือให้กลายเป็น CO₂ และน้ำ (พวกที่นำมูลสัตว์มาผลิตเป็นแก๊สชีวภาพก็ทำแบบนี้) ในขณะที่บางโรงงานนั้นอาจจะเลือกที่จะย่อยสลายให้กลายเป็น CO₂ และน้ำโดยตรง

ในการพิจารณาอันตรายเนื่องจากการรั่วไหลของแก๊สนั้น ในกรณีนี้จะขอพิจารณา ๓ ประเด็นด้วยกันคือ

๑. ความหนาแน่นของแก๊สเมื่อเทียบกับอากาศ

๒. ความเข้มข้น และ

๓. ค่าการละลายในน้ำ

แก๊สที่มีความหนาแน่นต่ำกว่าอากาศนั้น (เช่นมีเทนและแอมโมเนีย) จะถูกมองว่ามีโอกาสที่จะก่ออันตรายต่ำเมื่อเกิดการรั่วไหลออกมา เนื่องจากแก๊สนี้จะลอยขึ้นสูงและฟุ้งกระจายออกไปได้ง่าย พวกที่ถูกมองว่ามีโอกาสเกิดอันตรายสูงกว่าถ้าเกิดการรั่วไหลคือพวกที่มีความหนาแน่นสูงและความเข้มข้นสูง (เช่นแก๊สหุงต้มตามบ้านหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์)
  

ค่าความสามารถในการละลายน้ำเป็นตัวบ่งบอกว่าเราสามารถใช้การฉีดพ่นน้ำให้เป็นละอองฝอยจะสามารถจัดการกับแก๊สที่รั่วไหลออกมานั้นได้ดีเพียงใด แก๊สที่ละลายน้ำได้ดี ถ้ารั่วไหลออกมาจะสามารถจัดการด้วยใช้การฉีดพ่นน้ำให้เป็นละอองฝอยจัดการได้ดีกว่าแก๊สที่ละลายน้ำได้น้อยกว่า

ในกรณีของโรงงานที่เป็นข่าวนั้นผมเห็นว่ามีประเด็นที่สำคัญ ๒ ประเด็นที่ควรต้องนำมาพิจารณา เพื่อประกอบการตัดสินใจว่าควรที่จะเร่งทำการเผาทิ้งแก๊สที่สะสมอยู่หรือปล่อยให้มันสะสมไปเพื่อรอให้ระบบกำจัดปรกติทำงานได้ทันเวลา คือ
  

๑. แก๊สที่สะสมอยู่นั้นประกอบด้วยแก๊สอะไรบ้าง ในสัดส่วนเท่าใด และ

๒. ผืนพลาสติกที่ปิดคลุมอยู่นั้นจะทนต่อไปอีกได้นานเท่าใด

องค์ประกอบและความเข้มข้นของแก๊สนั้นทางโรงงานน่าจะมีข้อมูลที่ได้จากการตรวจวัด (หรือถ้าไม่มีก็สามารถตรวจวัดได้ไม่ยาก) ที่น่าจะเป็นปัญหามากกว่าก็คือผืนพลาสติกที่ปิดคลุมนั้นจะทนอยู่ได้อีกนานเท่าใด เพราะแม้ว่าจะมีข้อมูลว่าพลาสติกที่ใช้นั้นสามารถรับแรงดึงได้สูงสุดเท่าใด แต่ก็มีปัญหาคือในขณะนี้พลาสติกนั้นรับแรงดึงสูงเท่าใดแล้ว (มันไม่จำเป็นต้องเท่ากันทุกตำแหน่ง) ทำให้ผมคิดว่าคำถามในข้อ ๒. นี้ยากที่จะตอบ
  

สิ่งที่เห็นว่าควรนำมาพิจารณาคือถ้าสมมุติว่าพลาสติกดังกล่าวฉีกขาดออก ทำให้แก๊สที่กักเก็บเอาไว้ทั้งหมดนั้นรั่วไหลออกมาทันที จะก่อให้เกิดอันตรายใดขึ้นได้ (พิจารณาเฉพาะอันตรายจากพิษของแก๊ส ไม่นับเอาแรงระเบิดนะ) ตรงนี้ก็ต้องกลับไปดูองค์ประกอบแก๊สส่วนที่เป็นพิษที่หนักกว่าอากาศว่ามีความเข้มข้นเท่าใด ถ้าความเข้มข้นที่กักเก็บอยู่นั้นไม่สูงพอจะทำอันตรายจนเสียชีวิตได้ เมื่อมันรั่วออกมาแล้วก็จะเจือจางลงไปอีกจากการผสมกับอากาศ ดังนั้นโอกาสที่จะทำให้ผู้ที่อยู่โดยรอบที่ห่างออกมาเกิดการเสียชีวิตก็น่าจะต่ำ (เว้นแต่เด็กกับผู้ที่มีร่างกายไม่แข็งแรง) ในกรณีนี้ทางเลือกที่จะเสี่ยงไม่ทำการเผา แต่ขอรอเวลาให้ระบบกำจัดปรกตินั้นเร่งทำงานจนสามารถกำจัดได้หมดก็จะยังคงอยู่ (จะเรียกว่าทำใจดีสู้เสือก็น่าจะได้)
  

แต่ถ้าพบว่าความเข้มข้นของแก๊สที่เป็นพิษนั้นสูงมาก ซึ่งถ้าเกิดการรั่วออกมาอย่างทันทีทันใดจะเกิดพื้นที่โดยรอบกว้างขนาดหนึ่งที่มีแก๊สดังกล่าวเข้มข้นสูงมากจนทำให้ผู้คนที่อยู่ในบริเวณนั้นเสียชีวิตได้ในเวลาอันสั้น ในกรณีนี้ผมเห็นว่าการเลือกที่จะเผาแก๊สนั้นทิ้งจะเป็นทางเลือกที่มีความเสี่ยงต่ำกว่า เพราะแม้ว่าซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่เกิดจากการเผาไฮโดรเจนซัลไฟด์นั้นจะยังคงมีความเป็นพิษอยู่ก็ตาม แต่ก็ต่ำกว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์ (3000 ppm สำหรับ SO₂ ต่อ 800 ppm สำหรับ H₂S) นอกจากนี้ซัลเฟอร์ไดออกไซด์นั้นยังละลายน้ำได้ดีกว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์มาก (94 g/l สำหรับ SO₂ ต่อ 4 g/l สำหรับ H₂S) การผ่านแก๊สที่เกิดจากการเผาเข้าสู่หอชะล้าง (scrubber) ก็จะช่วยลดปัญหาการปลดปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออกสู่บรรยากาศได้ หรือถ้ามีการหลุดรอดออกมา ก็จะเป็นการหลุดรอดในปริมาณต่ำ ๆ อย่างต่อเนื่องที่สามารถฟุ้งกระจายออกไปได้โดยเร็ว นอกจากนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงที่พลาสติกปิดคลุมจะฉีกขาดกระทันหันด้วย (แบบว่าหนีเสือปะจระเข้ไง)

ความเห็นตามหลักวิชาการของผมก็ขอยุติลงตรงนี้ ส่วนที่ว่าทางเลือกไหนน่าจะเหมาะสมกว่านั้นคงขึ้นอยู่กับข้อมูลที่แท้จริงที่ได้กล่าวมาข้างต้น และกลิ่นที่ตามข่าวบอกว่าเป็น "กลิ่นเหม็น" นั้น อันที่จริงเป็นกลิ่นของอะไร เพราะถ้าเป็นกลิ่นของไฮโดรเจนซัลไฟด์จริง มันไม่น่าจะมาจากการเผา