การป้องกันการจุดระเบิดจากไฟฟ้าสถิตย์ บทที่ 5

บทที่ 5 การป้องกันการจุดระเบิดจากไฟฟ้าสถิตย์

ไฟฟ้าสถิตย์ (Static Electricity) หรือการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตย์ (Static Charge) เป็นปัญหาที่สำคัญเรื่องหนึ่งสำหรับพื้นที่ที่มีการใช้หรือถ่ายเทสารไวไฟ จากข้อมูลในอดีตสาเหตุของอุบัติเหตุการเกิดเพลิงไหม้ส่วนหนึ่งเกิดจากการสปาร์กของประจุไฟฟ้าสถิตย์ ดังนั้นนอกจากการออกแบบติดตั้งระบบไฟฟ้าเพื่อป้องกันการระเบิด(ExplosionProtection) แล้ววิศวกรผู้ออกแบบยังจำเป็นต้องพิจารณาปัญหาและวิธีการแก้ไขปัญหาการสปาร์กที่รุนแรงจากประจุไฟฟ้าสถิตย์ อีกด้วย

5.1 ปัจจัยที่ก่อให้เกิดการจุดติดระเบิดเนื่องจากไฟฟ้าสถิตย์

สาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์เกิดขึ้นได้จากปัจจัยหลายประการ เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นจะต้องเข้าใจโครงสร้างของสสาร (Matter) ที่ปรากฏอยู่รอบตัวเราไม่ว่าจะปรากฏอยู่ในรูปใดเช่น ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซ แม้จะมีสถานะเป็นสารประกอบ (Compound) หรือธาตุ(Element) ก็ตาม สสารจะประกอบประกอบด้วย อนุภาคที่เล็กที่สุดคือโมเลกุล (Molecule) ซึ่งโมเลกุลประกอบด้วย ธาตุต่างๆ ที่มารวมตัวกันแล้วมีคุณสมบัติแตกต่างไปจากธาตุเดิม ธาตุ

ประกอบด้วย อะตอม (Atom) ซึ่งเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุดของธาตุแต่ยังคงมีคุณสมบัติของธาตุนั้นๆ อยู่ อะตอมประกอบด้วยนิวตรอน (Neutron) ซึ่งมีคุณสมบัติเป็นกลางทางไฟฟ้าโปรตรอน(Proton) และอิเลคตรอน (Electron) โดยนิวตรอนและโปรตรอนจะรวมตัวกันอยู่ตรงกลางของอะตอม โดยมีอิเลคตรอนวิ่งอยู่รอบนอกอิเลคตรอน ที่อยู่วงนอกสุด (Valence Shell) เราเรียกว่าวาเลนซ์อิเลคตรอน (Valence Electron) อะตอมจะกลายเป็นประจุลบ (NegativeCharge) เมื่อรับอิเลคตรอนเพิ่มเข้ามา และจะกลายเป็นประจุบวก (Positive Charge) เมื่อสูญเสียอิเลคตรอนไป ไฟฟ้าสถิตย์เป็นสิ่งที่มองไม่เห็นแต่เกิดขึ้นรอบตัวเราตลอดเวลา ซึ่งจะแสดงผลออกมาให้เรารับรู้ได้ เช่น การใช้ไม่บรรทัดพลาสติกมาเสียดสีกับเส้นผมบนหัวจะเกิดไฟฟ้าสถิตย์ขึ้นบนไม้บรรทัดนั้นจนสามารถดึงดูดกระดาษชิ้นเล็กๆได้, การเกิดการติดขัดของกระดาษในเครื่องถ่ายเอกสาร, การถ่ายเทประจุไฟฟ้าจากมือคนไปยังแผงวงจรอิเลคทรอนิกส์จนเกิดความเสียหาย และที่เห็นได้ชัดคือปรากฏการณ์ฟ้าผ่า เป็นต้นปัญหาของไฟฟ้าสถิตย์มีหลากหลายและที่สำคัญเป็นองค์ประกอบที่ทำให้เกิดอันตรายจากเพลิงไหม้และการระเบิด ซึ่งการป้องกันไม่ให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์เป็นเรื่องยากเนื่องจากแหล่งกำเนิดของไฟฟ้าสถิตย์นั้นมีมากมาย การเหนี่ยวนำจากสนามไฟฟ้า(ElectromagneticField) และการเสียดสีของวัตถุจนเกิดการถ่ายเทประจุไฟฟ้าระหว่างกัน(Triboelectric) เป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตย์ขึ้นได้ เช่น การถ่ายเทสารไวไฟผ่านท่อ การปั่นผสมสาร การกวนสาร การผสมสารเคมี การขัดถูทำความสะอาด การเสียดสีของสายพานลำเลียง การฉีดพ่นสารด้วยแรงดันสูง เป็นต้น ดังนั้นการปฏิบัติงานในลักษณะดังกล่าวจึงอาจทำให้เกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิตย์ และเมื่อประจุไฟฟ้าที่สะสมมีมากพอ จะเกิดความเสี่ยงที่จะเกิดการสปาร์กของประจุไฟฟ้าไปยังตัวนำไฟฟ้าอื่นได้ ซึ่งหากพลังงานของการสปาร์กสูงพอก็อาจส่งผลให้เกิดการจุดติดสารไวไฟและเป็นเหตุให้เกิดอัคคีภัยขึ้นได้วัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้า (Conductive Material) จะมีอิเลคตรอนเคลื่อนไปมาได้อย่างอิสระ ในขณะที่วัสดุที่เป็นฉนวน (Insulating Material) อิเลคตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างสะดวก เนื่องจากแรงพันธะระหว่างนิวเคลียสกับอิเลคตรอนมีค่ามาก ในกรณีที่วัสดุฉนวนเป็นของเหลว อะตอมซึ่งกลายเป็นประจุจะถูกแรงผลักให้ออกมาอยู่บริเวณผิวหน้าของของเหลวนั้นซึ่งเรียกว่า ประจุบนผิวหน้า (Surface Charge) และเมื่อประจุชนิดเดียวกันมารวมกันอยู่มากขึ้น ก็จะเกิดการเหนี่ยวนำให้ประจุไฟฟ้าตรงข้ามเข้ามาอยู่ใกล้ เช่น เมื่อมีการไหลของน้ำมันที่มีประจุบวกผ่านท่อ ประจุไฟฟ้าบวกบนผิวนอกของลำน้ำมัน จะเหนี่ยวนำให้ประจุลบบนผนังท่อเข้ามาอยู่ใกล้ ประจุไฟฟ้าลบบนท่อสามารถเคลื่อนที่อย่างอิสระ ประจุไฟฟ้าจึงสามารถสปาร์กข้ามไปยังวัสดุตัวนำอื่นที่อยู่ใกล้ได้ พลังงานจากการสปาร์กอาจมากพอให้เกิดการจุดติดไฟไอน้ำมันที่ปนอยู่ในอากาศได้

5.2 องค์ประกอบที่ทำให้เกิดสภาพการณ์ที่เป็นอันตราย

การเกิดเพลิงไหม้จะต้องมีองค์ประกอบหลัก 3 อย่าง คือ เชื้อเพลิง ประกายไฟ/ความร้อน และออกซิเจน การป้องกันการระเบิดในสถานที่ที่มีไอระเหยของสารไวไฟรั่วไหลอยู่เสมอเราจะต้องหลีกเลี่ยงการเกิดประกายไฟหรือความร้อนสูง และประกายไฟจากการสปาร์กของประจุไฟฟ้าสถิตย์ก็เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดเพลิงไหม้ขึ้นได้ เพื่อให้เข้าใจสถานการณ์ที่จะทำให้เกิดประกายไฟอันตรายจากไฟฟ้าสถิตย์ เราจะต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆที่สำคัญ ดังนี้

5.2.1 การสะสมของประจุ (Accumulation of Charge)

ความสามารถในการนำไฟฟ้าของน้ำมันเชื้อเพลิง พิจารณาจากค่าความนำ(Conductivity) ซึ่งมีหน่วยเป็น Pico Siemens/meter (PS/m) ตัวอย่างเช่นน้ำมันดีเซลมีค่าความนำประมาณ 25 PS/m จะสามารถสะสมประจุไฟฟ้าได้มาก ดังนั้นการถ่ายเทน้ำมันผ่านท่อ จึงจำเป็นต้องใช้อัตราการไหลต่ำเพื่อป้องกันการเหนี่ยวนำประจุไฟฟ้าให้เกิดประจุไฟฟ้าตรงข้ามขึ้นบนท่อจะอาจทำให้เกิดความเสี่ยงในการเกิดสปาร์กไปยังโครงสร้างที่เป็นตัวนำไฟฟ้าอื่นที่เข้ามาใกล้เราสามารถแบ่งตามคุณสมบัติการสะสมประจุไฟฟ้าของน้ำมันเชื้อเพลิงชนิดต่างๆ ตามคุณสมบัติการนำไฟฟ้าได้ โดยพิจารณาว่าน้ำมันที่มีค่าความนำมากกว่า 50 ps/mจัดเป็นน้ำมันที่ไม่สะสมประจุไฟฟ้า (Non-accumulator Oils) และน้ำมันที่มีค่าความนำน้อยกว่า50 PS/m จัดเป็นน้ำมันที่ไม่สะสมประจุไฟฟ้า (Accumulator Oils) ได้ดังนี้

ตัวอย่างของน้ำมันที่ไม่สะสมประจุไฟฟ้า (Non-accumulator Oils) ได้แก่

- น้ำมันดิบ (Crude oils)

- น้ำมันดีเซลดำ (Black diesel oils)

- น้ำมันเตา (Residual fuel oils)

- แอสฟัลต์ (Asphalts)

ตัวอย่างของน้ำมันที่สะสมประจุไฟฟ้า (Accumulator Oils) ได้แก่

- น้ำมันแบนซิน (Natural gasolines)

- น้ำมันเจท (Jet fuels)

- น้ำมันก๊าด (Kerosene’s)

- น้ำมันร้อน (Heating oils)

- ไวท์สปิริต (White spirits)

- น้ำมันดีเซล (Clean diesel oils)

- น้ำมันมอเตอร์และเครื่องบิน (Motor and aviation gasolines)

- น้ำมันหล่อลื่น (Lubricating oils)

ถังบรรจุเชื้อเพลิงเหลว หรือท่อที่ใช้ทำการถ่ายเทสารไวไฟควรทำจากวัสดุที่นำ

ไฟฟ้าได้เพื่อป้องกันปัญหาการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตย์บนพื้นผิวจุดใดที่หนึ่ง และถ้าเกิดประจุ

ไฟฟ้าขึ้นบนวัสดุ ประจุนั้นก็สามารถถ่ายเทไปยังบริเวณอื่นๆได้อย่างรวดเร็ว

*อ่านเพิ่มเติม บทที่ 5 การป้องกันการจุดระเบิดจากไฟฟ้าสถิตย์

 ขอขอบพระคุณแหล่งที่มาของข้อมูล คู่มือการตรวจสอบ ติดตั้งระบบ และอุปกรณ์ไฟฟ้าในพื้นที่มีไอระเหยของสารไวไฟ โดยสำนักเทคโนโลยีความปลอดภัย กรมโรงงานฯ กระทรวงอุตสาหกรรม ทางทีมงานได้คัดลอก ตัดตอนเนื้อหาของหนังสือมาเผยแพร่กระจายความรู้ ความเข้าใจ ให้กว้างขวางยิ่งขึ้น เพื่อช่วยป้องกันอุบัติเหตุ ลดความสูญเสีย ที่อาจจะเกิดขึ้นกับหน่วยงานและบุคคลรอบข้าง (ที่มา http://php.diw.go.th/safety/wp-content/uploads/2015/01/25.pdf)