ก๊าซออกซิเจน (บางทีเรียกออกซิเย่น) บ้านเราเรียกทับศัพท์มาจากภาษาอังกฤษคือ OXYGEN เป็นก๊าซไม่มีกลิ่น
ในปี พ.ศ. 2347 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อ Joseph Priestley ได้ค้นพบก๊าซออกซิเจนโดยการเผาปรอททองแดง (Mercuric Oxide) ต่อมาในปี พ.ศ. 2427 ได้มีผู้ค้นพบการวิธีการทำออกซิเจนเหลว คุณสมบัติของก๊าซออกซิเจนมี 3 สถานะคือ ของแข็ง (Solid) ของเหลว (Liquid) และก๊าซ (Gas)
.
ตามประกาศกรมการขนส่งทางบก เรื่องกำหนดประเภทหรือชนิดของวัตถุอันตรายซึ่งประกาศใช้เมื่อวันที่ 29 มีนาคม 2543 ได้จัดให้ออกซิเจนเป็นวัตถุอันตรายประเภทที่ 2 ในกลุ่มของก๊าซ (Gases) และอยู่ในประเภทย่อย 2.2 คือก๊าซไม่ไวไฟ (non -Flammable Gas) เป็นก๊าซภายใต้ความอัดดัน และยังจัดอยู่ในวัตถุอันตรายประเภทที่ 5 ประเภทย่อยที่ 5.1 เป็นสารออกซิไดซ์ (Oxidizing Substance) หมายเลขประจำวัตถุอันตรายตามระบบขององค์การ3 สหประชาชาติ (United Nations) UN.1072 ก๊าซออกซิเจนมีสูตรทางเคมีคือO2
.
ออกซิเจนส่วนใหญ่ ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมเหล็ก อุตสาหกรรมแก้ว อุตสาหกรรมหลอมโลหะต่างๆ เพื่อลดปริมาณก๊าซเชื้อเพลิง เพิ่มอุณหภูมิและเพิ่มอัตราการหลอมเหลวให้เร็วขึ้น อุตสาหกรรมเคมี เช่น การผลิตเอทีลีนออกไซด์จากเอทีลีน เมทานอลจากไฮโดรคาร์บอน ผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เป็นต้น ใช้ในการซ่อมบำรุง ออกซิเจนเมื่อใช้ควบกับอเซทีลีน หรือปิโตรเลียมก๊าซจะให้ความร้อนที่สูงมากเมื่อใช้กับหัวตัดที่เหมาะสม สามารถตัดเหล็กหนามากกว่า 1เมตรได้ ออกซิเจน+ อเซทีลีนใช้ในการเชื่อมโลหะ พอกผิวแข็ง ทำความสะอาดผิวโลหะและให้ความร้อนกับโลหะในวัตถุประสงค์ต่างๆออกซิเจนเหลวใช้เป็นเชื้อเพลิงสำคัญร่วมกับไฮโดรเจนในการขับดันกระสวยอวกาศเข้าสู่วงโคจร ในทางการแพทย์ออกซิเจนใช้สำหรับพยาบาลผู้ป่วยหนัก ออกซิเจนช่วยหายใจในการดำน้ำและในที่สูงเช่น เครื่องบินไอพ่น ยานอวกาศ แต่การนำออกซิเจนมาใช้ในการช่วยหายใจกรณีที่กล่าวข้างต้นจะไม่ใช้ออกซิเจนบริสุทธิ์ 100% ต้องมีส่วนผสมกับไนโตรเจนในปริมาณที่เหมาะสมตามสภาพการใช้งาน เนื่องจากออกซิเจนบริสุทธิ์ 100% เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ การประปาในหลายประเทศใช้ออกซิเจนเพิ่มคุณภาพของน้ำเสียก่อนเข้าโรงกรอง โดยกำจัดและควบคุมพวกเกลือซัลไฟด์ต่าง ๆ ออกซิเจนใช้ฉีดลงไปในแหล่งน้ำเสียเพื่ออนุรักษ์ชีวิตสัตว์น้ำ
อันตรายที่เกิดจาก ก๊าซออกซิเจน และออกซิเจนเหลว
อันตรายจากความเย็น
เนื่องจากออกซิเจนเหลวมีจุดเดือดต่ำถึง-183๐CฉCCที่ความดันบรรยากาศ สภาพของร่างกายหรืออวัยวะส่วนที่สัมผัสกับความเย็นขนาดนี้ มีลักษณะคล้ายกับถูกไฟ หรือน้ำร้อน
ลวกที่เรียกกันว่า Cold Burn การบาดเจ็บมากหรือน้อยขึ้นอยู่ที่อุณหภูมิต่ำขนาดไหนและระยะเวลาสัมผัสอยู่นานเท่าใด
อันตรายอีกอย่างหนึ่งเมื่ออวัยวะหรือผิวหนังส่วนหนึ่งส่วนใดของร่างกายสัมผัสกับภาชนะหรือท่อสำหรับบรรจุ หรือส่งก๊าซเหลวที่เย็นจัด ผิวหนังส่วนนั้นจะติดแน่นกับภาชนะหรือท่อนั้นเนื่องจากการแข็งตัวของความชื้นหรือน้ำที่บริเวณผิวหนังเหมือนกับเราเอามือล้วงเข้าไปในช่องแช่แข็งของตู้เย็นมือเราจะติดกับผนังช่องแช่แข็ง แต่การสัมผัสภาชนะบรรจุออกซิเจนที่เย็นจัดถ้าดึงออกเนื้อและหนังส่วนที่แข็งตัวจะขาดออกทันที ความเย็นจากออกซิเจนเหลวจะทำให้คุณสมบัติของโลหะเปลี่ยนไป จะหดตัวและเปาะแตกได้โดยง่ายเมื่อถูกกระแทก เป็นอันตรายต่อโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรง
.
อันตรายจากการลุกไหม้หรือระเบิด
ออกซิเจนโดยตัวของมันเองไม่เป็นสารติดไฟ แต่เป็นตัวเร่งให้เกิดการลุกไหม้ขึ้นในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าที่ควรจะเป็น อัตราการเกิดการลุกไหม้เร็วหรือช้าขึ้นกับปริมาณของออกซิเจน อุณหภูมิ และความดัน
การที่จะเกิดการลุกไหม้ขึ้นนั้น จะมีองค์ประกอบอยู่ 3 ประการคือ
– ต้นกำเนิดไฟ หรือความร้อน (The igniter)
-วัสดุติดไฟหรือเชื้อเพลิง ( The Material for Combustion)
-สารช่วยการสันดาปหรือออกซิเจน (The Oxidant)
อันตรายจากความดันในการผลิตจนถึงการใช้งาน
ออกซิเจนเหลว จะมีความหนาแน่นสูงกว่าก๊าซ(Expansion Ratio, Liquid to Gas)ประมาณ 850 เท่าที่ 15.๐C (860 เท่าที่ 20.๐C ) จากคุณสมบัติข้อนี้ทำให้ออกซิเจนเหลวได้เปรียบกว่าในแง่ของการใช้เนื้อที่น้อยลงในการเก็บรักษาและการขนส่งสามารถบรรจุส่งไปหาผู้ใช้ได้ครั้งละมากๆและจากคุณสมบัติข้อเดียวกันนี้ ก็จะทำให้เกิดอันตรายอันเนื่องมาจากความดันได้ ถ้าอุปกรณ์ ภาชนะ หรือถังบรรจุไม่อยู่ในสภาพที่ทำงานได้ดี
.
ออกซิเจนแบบบรรจุท่อ(Cylinder)หรือขวด
เหมาะสำหรับการใช้งานในปริมาณที่ไม่มากนัก หรือการทำงานสนาม ที่ต้องเคลื่อนย้ายบ่อย เนื่องจากมีความคล่องตัว และสะดวกกว่า ขนาดความจุท่ออออกซิเจน ที่นิยมใช้ทั่วไปมี 3ขนาดคือ 244, 122 และ 80 ลูกบาศก์ฟุต(Cu.ft.) ขนาดความจุ 244 ลูกบาศก์ฟุตเป็นขนาดที่นิยมใช้กันมากลักษณะของท่อบรรจุออกซิเจนเป็นท่อเหล็กกล้ารูปทรงกระบอก แบบไม่มีตะเข็บหรือรอยเชื่อม มีความหนา 3/8 นิ้ว ตามมาตรฐานของ ICC(Interstate Commerce Commission)ทนแรงดันสูง สามารถบรรจุออกซิเจนที่มีแรงดันสูงได้ถึง 2,200 psig ที่ 35๐C และแรงดันจะเพิ่มขึ้นเป็น 2,310 psig หรือประมาณ 10% เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นเป็น 45๐ C ทำจากโลหะหลายชนิด เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าแมงกานีส เหล็กกล้าเจือต่ำ เหล็กกล้าสเตนเลส อะลูมิเนียม เป็นต้น จะต้องเป็นภาชนะที่ถูกสร้างขึ้นอย่างไม่มีตะเข็บ ทนความดันได้สูง ผ่านการทดสอบความดันไฮดรอลิค(ความดันน้ำ) ที่ 1.66 เท่าของความดันบรรจุ (3,300 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว)และชักตัวอย่างมาทดสอบผ่านการทดสอบการแตกระเบิดที่ 3 ถึง 8 เท่าของความดันบรรจุขึ้นอยู่กับชนิดของโลหะที่สร้างปกติท่อออกซิเจนทางการแพทย์จะทาสีเขียว ท่อออกซิเจนที่ใช้งานทั่วไปจะทาด้วยสีดำคอถังทาด้วยสีขาวและเกลียวต่างๆเป็นเกลียวขวาทั้งหมดเครื่องหมายบนคอท่อบรรจุก๊าซ แสดงข้อความให้เห็นชัดเจน และถาวร ดังนี้
– ชื่อผู้ทำ หรือเครื่องหมายการค้า
– ชื่อก๊าซที่บรรจุ
– หมายเลขลำดับท่อ
– ความจุเป็นลูกบาศก์เมตรหรือลิตร (ปริมาตรแท้จริง ใช้สัญลักษณ์ v)
– น้ำหนักของท่อเป็นกิโลกรัม (โดยปราศจากวาล์วและฝาครอบวาล์ว ใช้สัญลักษณ์ w)
– เดือน ปี ที่ทดสอบ โดยใช้ความดันไฮดรอลิค (ใช้สัญลักษณ์เป็นตัวเลข)
– ความดันที่ใช้ทดสอบเป็น Kg/cm 2 (ใช้สัญลักษณ์ TP หรือ Test Pressure)
– ความดันสูงสุดของก๊าซที่ใช้บรรจุเป็น Kg/cm2 (ใช้สัญลักษณ์FPหรือ Filling Pressure)
เครื่องหมายที่ต้องสนใจเป็นพิเศษคือ เดือน ปี ที่ทำการทดสอบ ซึ่งจะสามารถคำนวณหาอายุของท่อได้โดยประมาณคือ นำเดือน ปี เก่าที่สุด ลบออกจาก เดือน ปี ที่ใหม่ล่าสุด ก็จะได้อายุของท่อ และจาก เดือน ปี ใหม่ล่าสุด ก็จะทราบว่าท่อนี้ผ่านการตรวจสอบมาแล้วกี่ปี ปลอดภัยหรือไม่ ลิ้นท่อบรรจุก๊าซ (Valve) ทำมาจากโลหะประเภทบรอนซ์หรือทองเหลือง โดยวิธีอัดขึ้นรูป มีประเก็นรองรับด้านหลังของลิ้น (Back seating seal) ทำหน้าที่ป้องกันก๊าซที่อาจรั่วรอบๆ ก้านลิ้นขณะเปิดก๊าซไปใช้งาน ดังนั้นทุกครั้งที่เปิดลิ้นท่อบรรจุ ต้องหมุนมือหมุนให้ลิ้นเลื่อนขึ้นจนสุด เพื่อป้องกันก๊าซรั่วที่รอบๆก้านลิ้น
.
ส่วนประกอบที่สำคัญอีกส่วนหนึ่งของลิ้นท่อบรรจุ คือ ลิ้นนิรภัย หรือ Safety valve เป็นอุปกรณ์ป้องกันอันตรายไม่ให้เกิดการแตกระเบิดของท่อเมื่อก๊าซภายในมีแรงดันสูงกว่าปกติ ติดอยู่ที่วาล์วท่อออกซิเจน มีลักษณะเป็นสกรูหัวหกเหลี่ยม มีรูเล็ก ๆอยู่ตรงกลาง ประกอบด้วยแผ่นจานนิรภัย (Safety disc) ทำมาจากโลหะอ่อน เช่น บรอนซ์ ทองแดง หรือทองเหลืองบางๆ จะแตกตัวที่ความดัน 2,700 psig หรือ 75 % ของความดันทดสอบ (TP) เพื่อระบายความดันของก๊าซในท่อบรรจุออกสู่บรรยากาศภายนอก
ตัวอย่างความดันท่อก๊าซออกซิเจน
Filling Pressure 2,000 Psig
Cylinder Design 2,200 Psig
Rupture Disc On Valve 2,600 Psig
Hydrostatic Test Pressure 3,600 Psig
Cylinder Burst Pressure (Min) 6,600 Psig
.
สาเหตุที่ต้องอัดก๊าซเข้าไปที่ความดันสูงนี้เพื่อเพิ่มปริมาณก๊าซให้มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ปริมาณก๊าซที่อยู่ ในท่อสามารถคำนวณได้จากสูตร
V = W . C x P /Z
V = ปริมาณก๊าซ (ต้องเป็น Permanent Gas)
W.C. = ขนาดความจุของท่อ
P = ความดันบรรยากาศสมบูรณ์
Z = Compressibility Factor of Gas at Given Pressure and Temperature
สำหรับท่อที่ใช้งานอย่างถูกต้องมีการตรวจสอบสภาพ และทดสอบความดันไฮดรอลิคสม่ำเสมอ (ทุก ๆ 3 ปี) จะเป็นท่อที่ปลอดภัยมากไม่มีโอกาสที่จะแตกระเบิด เนื่องจากความดันเลยหากไม่ได้รับการกระทบกระเทือนอย่างรุนแรงหรือได้รับความร้อน
.
ออกซิเจนแบบบรรจุถัง (Container)
เหมาะสำหรับการใช้งาน หรือการขนส่งในปริมาณที่มากนิยมใช้บรรจุออกซิเจนเหลว
การเก็บออกซิเจนเหลว ต้องเก็บไว้ในถังพิเศษ (Cryogenic liquefied gas storage tanks) ถังนี้จะประกอบด้วยถังโลหะ 2 ชั้น ช่องว่างระหว่างชั้นนอกและชั้นในเป็นสุญญากาศและผงฉนวนเพื่อไม่ให้ความร้อนจากภายนอกเข้าไปในถังชั้นในออกซิเจนเหลวจะถูกปั้มจากถังบนรถขนส่งเข้าสู่ถังวาล์วเติมและจะมีสภาพเป็นของเหลวอิ่มตัวที่ความดันในถัง เช่น ถ้าความดันเท่ากับ 1 บรรยากาศสมบูรณ์จะเป็นของเหลวที่-183๐Cแต่ก็ไม่สามารถป้องกันได้ทั้งหมดทำให้มีการระเหยของออกซิเจนเหลวในถัง
โดยทั่วไปถังจะมีคุณสมบัติป้องกันการถ่ายเทความร้อนจากภายนอกได้ดีแต่ก็มิได้หมายความว่าจะป้องกันได้ทั้งหมดอัตราการถ่ายเทความร้อนของถังในสภาพที่ดีจากผู้ผลิตมีค่าเทียบเท่ากับปริมาณความร้อนที่ทำให้ออกซิเจนเหลวในถังเปลี่ยนสภาพเป็นไอได้ประมาณ 0.1 -1.0 % ต่อวัน จากจำนวนเพียงเล็กน้อยของออกซิเจนเหลวที่ระเหยกลายเป็นไอในถัง ทำให้ปริมาณของก๊าซเพิ่มขึ้นอีกหลายร้อยเท่า สิ่งที่ตามมาก็คือ ความดันในถังจะเพิ่มขึ้น ตลอดเวลา ถ้าก๊าซที่ระเหยนี้ถูกนำไปใช้อย่างต่อเนื่อง ความดันภายในถังออกซิเจนเหลวจะคงที่ประมาณ 120 psig แต่ถ้าไม่มีการใช้ก๊าซหรือใช้น้อย ความดันภายในถังจะสูงขึ้นเรื่อยๆเมื่อสูงเกิน 260 psig อุปกรณ์ Safety relief valve จะเปิดระบายก๊าซออกซิเจนส่วนเกินทิ้ง ในกรณีที่หยุดใช้งานเป็นเวลานาน หรือสภาพสุญญากาศของถังเสีย ความดันจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงจุดๆหนึ่ง คือ จุดความดันวิกฤติ (Critical Pressure) สำหรับออกซิเจน คือ 737 ปอนด์ต่อตารางนิ้วสมบูรณ์ออกซิเจนเหลวที่มีอยู่ทั้งหมดในถังจะแปรสภาพเป็นไอทันที ความดันมหาศาลจะทำให้ถังระเบิดได้
.
อุปกรณ์นิรภัยป้องกันการระเบิดของออกซิเจน
ในทางปฏิบัติ ถังจะประกอบด้วย อุปกรณ์นิรภัยหลายชุดเพื่อป้องกันอันตรายจากถังระเบิดโดยจะระบายก๊าซลดความดันออกเมื่อถึงกำหนดที่ปรับไว้ อุปกรณ์นิรภัยโดยทั่วไปสำหรับถังจะมี 2 ชนิด คือ
1.วาล์วนิรภัยแบบทำงานด้วยสปริง จะเปิดระบายก๊าซ ลดความดันเมื่อถึงจุดที่ตั้งไว้ เปิดปิดโดยสปริงและความดัน
2. ฝาครอบปะทุ (Burst Disc) อาจทำจากแผ่นโลหะหรืออโลหะที่ทดสอบความดัน การแตกที่แน่นอนแล้ว ฝาครอบประทุนี้จะแตกออกทันทีเมื่อความดันถึงกำหนดระบายก๊าซทั้งหมดออกจากถัง จะเลือกใช้ฝาครอบปะทุที่มีความดันระหว่างความดันวาล์วนิรภัย และความดันที่ออกแบบถัง
ตัวอย่างความดันของถังออกซิเจน
Normal Working Pressure 120 Psig
Max. Working Pressure 200 Psig
Design pressure 260 Psig
Relief Valve (Tank) 260 Psig
Burst Disc 350 Psig
Hydrostatic Test Pressure 420 Psig
Critical Pressure 737 Psig
ในบทความหน้า จะมาต่อกันที่เรื่องของการเก็บ การเคลื่อนย้าย การบำรุงรักษาภาชนะบรรจุออกซิเจนกันค่ะ อย่าลืมติดตามนะคะ
ขอขอบคุณข้อมูลจาก : กรณีศึกษา : ท่อบรรจุออกซิเจนระเบิดฯ โดย คุณสนอง คำชมภู วิทยาลัยป้องกันและบรรเทาสาธารณภัย วิทยาเขตขอนแก่นกรมป้องกันและบรรเทาสาธารณภัยกระทรวงมหาดไทย
.
อ่านบทความอื่นๆ เพิ่มเติมได้ที่
www.pakoengineering.com/blog
www.pakoengineering.com
www.pako.co.th
ช่องทางใหม่ล่าสุด
ให้คุณได้รับข่าวสารสินค้าใหม่และโปรโมชั่นพิเศษก่อนใคร
แอดมาเลย ที่ @pakoeng (อย่าลืมใส่ @ ข้างหน้าด้วยนะ)