Dust Explosion Study

คุณเคยคิดหรือไม่ว่า ‘ฝุ่น’ ที่ดูเหมือนไม่มีอันตรายในโรงงานของคุณ อาจกลายเป็นระเบิดที่มีพลังทำลายล้างสูงได้? นี่ไม่ใช่คำถามเชิงสมมติ แต่เป็นความจริงที่อันตรายมาก ที่เรียกว่า “Dust Explosion” หรือการระเบิดจากฝุ่น ซึ่งเป็นภัยคุกคามร้ายแรงที่ซ่อนอยู่ในหลากหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่การผลิตอาหารแปรรูป, ยา, เคมีภัณฑ์, พลาสติก ไปจนถึงงานไม้และโลหะ

โดยอันตรายจาก Dust Explosion เช่นนี้ จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีองค์ประกอบสำคัญ 5 ประการมาบรรจบกันอย่างพอดิบพอดี หรือเราเรียกว่า Dust Explosion Pentagon

1. ฝุ่นที่ติดไฟได้ (Combustible Dust): คือฝุ่นของสสารที่สามารถลุกไหม้ได้ ซึ่งรวมถึงวัสดุอินทรีย์ส่วนใหญ่ (เช่น แป้ง น้ำตาล) และโลหะบางชนิด เช่น ผงถ่าน ผงโลหะ (Al, Mg)
2. ออกซิเจน (Sufficient Oxygen): โดยทั่วไปคือออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศปกติ ซึ่งเพียงพอต่อการสันดาป
3. แหล่งจุดติดไฟ (Ignition Source): เพราะต้องมีพลังงานความร้อนเพียงพอที่จะจุดระเบิดกลุุ่มเมฆฝุ่นได้ เช่น ประกายไฟจากไฟฟ้าสถิต, พื้นผิวที่ร้อนจัด, หรือประกายไฟจากการเสียดสีของเครื่องจักร เช่น ประกายไฟ พื้นผิวร้อน ไฟฟ้าสถิต
4. การฟุ้งกระจาย (Suspension/ Dispersion): คือ ฝุ่นจะต้องลอยฟุ้งกระจายอยู่ในอากาศในปริมาณที่หนาแน่นจนมีลักษณะคล้าย “เมฆฝุ่น” (Dust Cloud)
5. พื้นที่ปิดหรือกึ่งปิด (Confinement) เช่น เครื่องจักร ท่อ ไซโล ห้องปิด ทีาทำให้เกิดความเข้มข้นที่เหมาะสม (Sufficient Concentration) โดยความหนาแน่นของเมฆฝุ่นต้องอยู่ในช่วงที่สามารถระเบิดได้ คือ มากกว่าค่าความเข้มข้นต่ำสุดของฝุ่นที่สามารถเกิดการระเบิดขึ้นได้ MEC (Minimum Explosive Concentration)

Dust Characteristic คุณลักษณะของฝุ่น

ในการศึกษา Dust Explosion Study เพื่อหาแรงดันสูงสุด Peak Side-on Pressure นั้นจำเป็นต้องใช้ข้อมูลพารามิเตอร์ต่างๆ ที่ได้จากการทดสอบในห้องปฏิบัติการ เช่น

• Kst (Explosion Severity Index): คือ ดัชนีความรุนแรงของการระเบิด ซึ่งบ่งบอกว่าความดันเพิ่มขึ้นรวดเร็วเพียงใด ค่านี้ใช้ในการจำแนกประเภทของฝุ่นออกเป็นระดับต่างๆ (St 1, St 2, St 3) ยิ่งค่าสูงยิ่งอันตราย
•  MIE (Minimum Ignition Energy): คือ พลังงานจุดติดไฟต่ำสุด ที่จำเป็นในการจุดระเบิดเมฆฝุ่นให้เกิดการระเบิดได้ มีหน่วยเป็นจูล (Joule) ค่า MIE ที่ต่ำถือเป็นคำเตือนที่สำคัญอย่างยิ่ง เพราะมันหมายความว่าแม้แต่การเกิดไฟฟ้าสถิตเล็กๆ น้อยๆ ที่ดูเหมือนไม่มีอันตราย—ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างการทำงานปกติ—ก็มีพลังงานมากพอที่จะก่อให้เกิดการระเบิดได้
• ปัจจัยด้านสภาพการกระจายตัว (Degree of Dispersion) ปัจจัยนี้จะเกี่ยวพันกับสองเรื่อง คือ เรื่องความเข้มข้นของฝุ่นในอากาศ กับโอกาศที่ฝุ่นจะเคลื่อนตัวจากที่หนึ่งไปเกิดการระเบิดอีกที่หนึ่ง (Secondary explosion) เพราะทำให้ความเข้มข้นที่ใหม่สูงขึ้นและอาจจะมีการเกิดไฟฟ้าสถิตย์เนื่องจากการเคลื่อนตัวด้วย
  • โดยการระเบิดของเมฆฝุ่น จะเกิดได้ก็ต่อเมื่อความเข้มข้นของฝุ่นในอากาศ มีค่ามากกว่า MEC (Minimum Explosive Concentration)
  • การเคลื่อนที่ของอากาศ เพราะฝุ่นที่เกาะนิ่ง ไม่ระเบิด แต่ก็สามารถเป็นแหล่งของ secondary explosion
• ขนาดอนุภาค (Particle Size/shape) โดยที่ขนาดของฝุ่นเป็นตัวแปรที่มีความสำคัญมากๆ กล่าวโดยสรุป
  • อนุภาคยิ่งเล็ก → พื้นที่ผิวมาก → เผาไหม้เร็ว
  • ฝุ่น < 100 µm มีความเสี่ยงสูง
  • รูปร่างแหลม / porous → เผาไหม้เร็วกว่า
  • ส่งผลโดยตรงต่อ Kst, Pmax, MEC

การประเมินความดันจากการระเบิด (Assessing Explosion Pressure)

การประเมินความดันจากการระเบิดมีประโยชน์อย่างมาก เพื่อช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัยใช้ในการออกแบบระบบป้องกันที่สามารถรับมือกับเหตุการณ์รุนแรงได้จริง ข้อมูลนี้ช่วยให้เราสามารถออกแบบอุปกรณ์หรืออาคารให้ทนทานต่อแรงอัดมหาศาล หรือติดตั้งระบบระบายแรงดันได้อย่างเหมาะสม

• ออกแบบโครงสร้างที่ทนทานต่อการระเบิด (Explosion-resistant construction): หรือที่มักเรียกว่า “Containment” (การจำกัดขอบเขต) เป้าหมายคือ การสร้างโครงสร้างให้แข็งแกร่งมากพอที่จะสามารถทนต่อแรงดันระเบิดสูงสุด (Pmax) ได้อย่างสมบูรณ์โดยไม่แตกหัก ซึ่งเป็นการจำกัดความเสียหายให้อยู่ภายในพื้นทีี่ที่จำกัด ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• ออกแบบระบบป้องกันอื่นๆ: ข้อมูลความดันและอัตราการเพิ่มขึ้นของความดัน (Kst) เป็นสิ่งจำเป็นในการคำนวณและออกแบบระบบความปลอดภัยอื่นๆ เช่น ระบบระบายแรงดัน (Explosion Venting) เช่น Explosion panel ซึ่งเป็นการติดตั้งฝาเปิดที่จะทำงานเมื่อเกิดแรงดันเกินกำหนดเพื่อระบายแรงอัดออกสู่พื้นที่ปลอดภัย ซึ่งนับว่าเป็น ระบบยับยั้งการระเบิด (Explosion Suppression)