ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับก๊าซปิโตรเลียมเหลว

ผมไปพบบทความนี้จากเอกสารประกอบการอบรมของบริษัท สยามแก๊ส และยูนิคแก๊ส แอนด์ ปิโตรเคมีคัลส์ (มหาชน) เราเห็นว่าบทความนี้น่าสนใจ และให้ประโยชน์จึงขออนุญาตินำมาเผยแพร่เ พื่อเป็นประโยชน์ต่อสาธารณะและขอขอบคุณมาณ.โอกาสนี้

แหล่งที่มาของข้อมูล :
เอกสารประกอบการอบรม
บริษัท สยามแก๊ส แอนด์ ปิโตรเคมีคัลส์ จำกัด ( มหาชน )
บริษัท ยูนิคแก๊ส แอนด์ ปิโตรเคมิคัลส์ จำกัด ( มหาชน )

 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับก๊าซปิโตรเลียมเหลว

องค์ประกอบของก๊าซปิโตรเลียม          

            ก๊าซปิโตรเลียมเหลว (Liquefied Petroleum Gas- LPG) ตามมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม มอก. 450-2525 ได้กำหนดไว้ว่า ก๊าซไฮโดรคาร์บอน 2 อย่างคือ โปรเพน (Propane) บิวเทน (Butane) อย่างใดอย่างหนึ่งหรือหลายอย่างผสมกันได้ อย่างไรก็ตามก๊าซปิโตรเลียมเหลวที่ใช้กันทั่วไปนั้น มีโปรเพนกับบิวเทนเพียงสองอย่างเท่านั้น  ที่เป็นส่วนประกอบส่วนใหญ่ โดยอาจมีอัตราส่วนระหว่างโปรเพนกับบิวเทน ตั้งแต่ 30 ต่อ 70 ไปจนถึง 70 ต่อ 30

             ก๊าซโปรเพน และบิวเทนนี้ในสภาพปกติ กล่าวคือที่อุณหภูมิและความกดดันของบรรยากาศจะอยู่ในภาวะเป็นก๊าซ เมื่ออัดก๊าซดังกล่าวด้วยความดันสูง หรือ ลดอุณหภูมิให้ต่ำลงเพียงพอ ก๊าซทั้งสองก็จะเปลี่ยนภาวะจากก๊าซเป็นของเหลว ดังเช่น ก๊าซปิโตรเลียมเหลวที่เก็บอยู่ในภาชนะบรรจุ แต่ความดันลดลง หรือ อุณหภูมิสูงขึ้น ก๊าซปิโตรเลียวเหลวก็จะเปลี่ยนภาวะกลับเป็นก๊าซตามเดิม

 ที่มาของก๊าซปิโตรเลียมเหลว

            ก๊าซปิโตรเลียมเหลว มีที่มา 2 แหล่ง คือ

1.  จากน้ำมันดิบ (Crude Oil)

เมื่อนำน้ำมันดิบมากลั่นในโรงกลั่นน้ำมัน ก๊าซชนิดต่างๆ ซึ่งเป็นส่วนผสมที่มีจุดเดือดต่ำของน้ำมันดิบ จะเดือดเป็นไอแยกออกมาก่อน ก๊าซที่ได้เอามาแยกก๊าซชนิดไม่ต้องการออก ก็จะเหลือโปรเพน กับ บิวเทน สำหรับทำก๊าซปิโตรเลียมเหลวต่อไป

         2.  จากก๊าซธรรมชาติ (Natural Gas)

ก๊าซธรรมชาติที่ขุดเจาะขึ้นมาได้จากใต้ดิน มีองค์ประกอบส่วนใหญ่ เป็นก๊าซไฮโดรคาร์บอน หลายชนิดได้แก่ มีเทน (Methane) อีเทน (Ethane) โปรเพน บิวเทน และ เพนเทน(Pentane) เมื่อผ่านกรรมวิธีการในโรงแยกก๊าซ องค์ประกอบแต่ละชนิด จะถูกแยกออกจากกัน เพื่อนำไปใช้ประโยชน์ต่างๆ มีเทนใช้เป็นเชื้อเพลิง อีเทน เป็นวัตถุดิบ สำหรับทำพลาสติก ส่วน โปรเพนกับบิวเทน เอามาทำก๊าซปิโตรเลียมเหลว

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของก๊าซปิโตรเลียมเหลว

                                                                        โปรเพน                         บิวเทน

            สูตรทางเคมี                                            C₃H₈                              C₄H₁₀    

            น้ำหนักโมเลกุล                                           44.00                           58.12

            จุดเดือด                                                 - 42.10                           - 0.50

            ความหนืด ที่ 20 ซ.เซนติพอยท์                        0.10                             0.16             

            อัตราส่วนระหว่างปริมาตรก๊าซเหลวกับก๊าซ

            ที่ตวามดันบรรยากาศ                                 1/275                            1/235

            พิกัดการระเบิด % ก๊าซในอากาศ                  2.0 – 10.0                      1.5 – 9.0

            สี                                                          ไม่มี                              ไม่มี

            กลิ่น                                                      ไม่มี                              ไม่มี

การสันดาปหรือการเผาไหม้ของ แอล พี จี

            เมื่อเกิดเผาไหม้ขึ้นขณะเกิดก๊าซคาร์บอนไดร์ออกไซด์ กับน้ำ และได้รับความร้อนออกมาด้วย

C₃H₈ + 50₂                                              3CO₂ + 4H₂O + heat

โปรเพน   อากาศ                          ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์   ไอน้ำ  ความร้อน 

C₄H₁₀ + 13O₂                              8CO₂ + 10H₂O + heat

บิวเพน   อากาศ                           ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์    ไอน้ำ   ความร้อน             

ข้อควรระวังเกี่ยวกับคุณสมบัติบางอย่างของก๊าซปิโตรเลียมเหลว

1.      จุดเดือด

จุดเดือดของโปรเพน เท่ากับ – 42.1 ^·C และของบิวเทน – 0.5 ^·C  ซึ่งต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ ดังนั้นก๊าซปิโตรเลียมที่อยู่ในภาวะเป็นของเหลว จะมีความเย็นจัดในตัวของมันเอง

2.      ความร้อนแฝงของการระเหย

ความร้อนแฝงของการระเหย หมายถึง ความร้อนที่ต้องใช้เมื่อเปลี่ยนภาวะจากก๊าซเหลวเป็นก๊าซ เมื่อก๊าซเหลวออกมาอยู่นอกภาชนะมันจะเดือดหรือระเหยเป็นก๊าซทันที ก๊าซเหลวที่กำลังระเหยจะดูดความร้อนแฝงนี้จากตัวเองและจากสิ่งที่อยู่รอบๆ ทำให้อุณหภูมิลดลงโดยรวดเร็วจนกระทั่งก๊าซเหลวระเหยหมด หรือ จนกระทั่งอุณหภูมิของตัวมันเองลดลงไปถึงจุดเดือด

3.      ความหนาแน่นของไอก๊าซ

ก๊าซโปรเพนและบิวเทน จะมีน้ำหนักมากกว่าอากาศประมาณ 1.5 และ 2 เท่า ดังนั้น เมื่อเกิดการรั่วไหลก๊าซเหล่านี้ก็จะสมสมตกค้างอยู่ในบริเวณที่ต่ำ เช่น หลุม บ่อ ท่อ หรือไหลเคลื่อนที่ไปตามระดับพื้นดินไปสู่ที่ต่ำกว่าแทนที่จะลอยขึ้นไปบนอากาศ

4.      ความหนาแน่นของก๊าซเหลว

ก๊าซโปรเพนและบิวเทน เบากว่าน้ำเพราะมีความหน้าแน่นเพียง 0.51 และ 0.57 ในเมื่อน้ำมีความหนาแน่นเท่ากับ 1 ด้วยเหตุนี้ก๊าซปิโตรเลียมเหลว ที่รั่วลงน้ำก็จะลอยอยู่บนผิวน้ำและไหลไปตามน้ำด้วย

5.      อัตราส่วนระหว่างปริมาตรของก๊าซเหลวกับก๊าซ

บิวเทนเหลว 1 หน่วยปริมาตรจะเปลี่ยนภาวะเป็นก๊าซที่ความดันบรรยากาศได้ 235 หน่วยปริมาตรในขณะที่โปรเพนเหลวจำนวนเท่ากันจะระเหยเป็นก๊าซได้ถึง 275 หน่วยปริมาตร ดังนั้นก๊าซเหลวที่รั่วออกมาจำนวนเพียงเล็กน้อยก็ทำให้ก๊าซในปริมาณมากมายได้ Gas LPG กลายเป็นไอ 250 เท่า

6.      พิกัดการระเบิด

% ของก๊าซในอากาศ

                                    บิวเทน               1.5 – 9.0

                                    โปรเพน              2.0 – 10.0

                    พิกัดการระเบิด

พิกัดการระเบิด  หมายถึง อัตราส่วนระหว่างก๊าซกับอากาศ เมื่อผสมกันอยู่ในช่วงที่อาจติดไฟหรือเกิดการเผาไหม้ได้ จะเห็นได้ว่าส่วนผสมที่มีก๊าซ 1% กับอากาศ 99%  และก๊าซ 11% กับอากาศ 89% จะไม่ติดไฟ

เนื่องจากพิกัดการระเบิด ของก๊าซปิโตรเลียมเหลวค่อนข้างต่ำ และมีช่องแคบ เมื่อมีก๊าซรั่วไหล แม้เพียงเล็กน้อย อัตราส่วนผสมจะอยู่ในพิกัดการระเบิดโดยรวดเร็ว จึงมีอันตรายจากการติดไฟได้มาก      

7.      สัมประสิทธิ์ของการขยายตัวของก๊าซเหลว

บิวเทน                           0.00200 ต่อ 1 ^·C

โปรเพน                         0.00300 ต่อ 1 ^·C

น้ำ                                0.00015 ต่อ 1 ^·C

            ก๊าซปิโตรเลียมเหลวขยายตัวได้มากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ดังนั้นในภาชนะบรรจุก๊าซปิโตรเลียมเหลว จะต้องมีที่ว่างเหลือไว้ให้เพียงพอกับการขยายตัวด้วย

8.      ความหนืด

บิวเทน                           0.16 เซ็นติพอยท์ ที่ 20 ^·C

โปรเพน                         0.10 เซ็นติพอยท์ ที่ 20 ^·C

น้ำ                                1.00 เซ็นติพอยท์ ที่ 20 ^·C

            ก๊าซปิโตรเลียมมีความหนืดต่ำกว่าหรือใสกว่าน้ำมาก ฉะนั้นในภาชนะหรือท่อที่น้ำไม่รั่ว ก๊าซปิโตรเลียมเหลวอาจรั่วก็ได้

9.      ความดันไอ

ความดันไอ หมายถึง ความดันของก๊าซเหลว ณ อุณหภูมิที่กำหนดในขณะที่ก๊าซเหลวกับก๊าซอยู่ในภาวะสมดุลกัน ความดันไอของโปรเพน และ บิวเทน วัดที่อุณหภูมิ 37.8 C เท่ากับ 16 และ 6 ก0ก0/ซม² มาตร ตามลำดับ เมื่ออุณหภูมิของก๊าซเหลวสูงขึ้น ความดันไอก็จะเพิ่มขึ้นในอัตราสูง ดังนั้นภาชนะที่บรรจุก๊าซปิโตรเลียมเหลวจะต้องทำให้แข็งแรงทนต่อความกดดันสูงได้

10.   กลิ่น

บิวเทนและโปรเพน เป็นก๊าซที่ไม่มีกลิ่น ถ้ามีการรั่วไหลออกมาจากภาชนะบรรจุก๊าซก็ไม่อาจรู้ได้ ดังนั้นจึงต้องเพิ่มสารให้กลิ่นประเภทสารเอธิลเมอร์แคปเทน ลงไปในก๊าซปิโตรเลียมเหลวที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการหุงต้นในรถยนต์ และในงานอุตสาหกรรม เพื่อเตือนให้รู้เมื่อมีก๊าซรั่ว

อันตรายที่เกิดจากก๊าซปิโตรเลียมเหลว

            อันตรายที่เกิดจากก๊าซปิโตรเลียมเหลว อาจเกิดได้ 3 ประการ คือ

1.       ไฟไหม้ หรือ ระเบิด

ก๊าซปิโตรเลียมเหลว สามารถติดไฟได้ง่าย เมื่อมีอากาศผสมในอัตราส่วนที่อยู่ในพิกัดของการระเบิด และมีประกายไฟในบางกรณี อาจมีการระเบิดเกิดขึ้นด้วย อย่างไรก็ตาม ถ้าขาดอากาศ หรือไม่มีประกายไฟอย่างใดอย่างหนึ่ง ก๊าซปิโตรเลียมเหลวก็จะลุกไหม้ไม่ได้

2.       ขาดอากาศหายใจ

ก๊าซปิโตรเลียมเหลว ไม่เป็นพิษ แต่เนื่องจากก๊าซหนักกว่าอากาศ เมื่อเกิดการรั่วไหล ก๊าซก็จะเข้าไปแทนที่อากาศ ทำให้ขาดอากาศหายใจ จนอาจถึงแก่ความตายได้

3.       ผิวหนังไหม้ เพราะความเย็นจัด

ก๊าซปิโตรเลียมเหลวจะอยู่ในภาวะที่เป็นของเหลวได้ก็ต่อเมื่อ มีความกดดันสูง หรืออุณหภูมิต่อกว่าจุดเดือด เมื่อใดที่ความกดดันลดลง ก๊าซก็ระเหย และเปลี่ยนภาวะเป็นก๊าซทันที ในขณะเดียวกันก็จะดูดความร้อนจากสิ่งที่อยู่ใกล้ทำให้เย็นลงโดยฉับพลัน เมื่อก๊าซเหลวรั่วจากภาชนะบรรจุ จะมีน้ำแข็งเกาะอยู่รอบๆ บริเวณที่รั่ว ทั้งนี้เนื่องจากความชื้นในอากาศถูกความเย็นจัดเป็นน้ำแข็ง ดังนั้นก๊าซเหลวหยด หรือกระเด็นมาถูกผิวหนัง ความเย็นที่เกิดจากการระเหยของก๊าซเหลวโดยฉับพลัน อาจทำให้ผิดหนังไหม้ได้ทันที

ประโยชน์และการใช้งาน

            ก๊าซเป็นเชื้อเพลิงที่ให้ความร้อนสูง จากตารางเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงอื่นๆ ดังต่อไปนี้ค่าความร้อน

            การนำก๊าซมาใช้งานและได้ประโยชน์ตามประเภทของงาน ดังนี้

1.      การใช้ก๊าซในครัวเรือน

v      ใช้ในการหุงต้ม เช่น หม้อทำน้ำร้อน

v      ใช้ในด้านให้แสงสว่าง เช่น ตะเกียงเจ้าพายุ ( ตะเกียงก๊าซ )

2.      การใช้ก๊าซด้านอุตสาหกรรม

v      อุตสาหกรรมแก้ว

v      อุตสาหกรรมอาหาร

v      อุตสาหกรรมการย้อมสีและอบผ้า

v      อุตสาหกรรมอบสี

v      อุตสาหกรรมหลอมโลหะ ตัด และเชื่อมโลหะ

v      อุตสาหกรรมผลิตสเปรย์

3.      การใช้ก๊าซในด้านเกษตรกรรม

v      ฟาร์มเลี้ยงสัตว์ เช่น หมู เป็ด ไก่

v      อบเมล็ดพืช และ ข้าว

v      บ่มยาใบสูบ

4.      การใช้กับเครื่องยนต์

v      เครื่องยนต์รถยนต์

v      เครื่องยนต์เรือยนต์

v      เครื่องยนต์รถยก

v      เครื่องยนต์รถบรรทุก

คุณสมบัติบางประการของก๊าซปิโตรเลียมเหลว

            ก๊าซ มีคุณสมบัติที่สำคัญและเกี่ยวข้องถึงความปลอดภัยจากการนำไปใช้งาน มีดังนี้ คือ

1.      ก๊าซจะไม่มีสี เราไม่สามารถมองเห็นก๊าซที่รั่วซึมออกมาได้ นอกจากก๊าซรั่วออกมามาก จึงสามารถมองเห็นละอองขาว ตามความจริงแล้ว ละอองขาวนั้น คือ ไอน้ำที่อยู่ในอากาศทำการกลั่นตัวเป็นละออง เนื่องจากได้รับความเย็นจัดการระเหยของก๊าซ

2.      ก๊าซไม่มีกลิ่น จึงมีความจำเป็นต้องใส่สารที่มีกลิ่นฉุนลงไป เพื่อเป็นการเตือน เมื่อเกิดก๊าซรั่ว สารที่เติมนั้นส่วนใหญ่จะใช้ เอธิลเมอร์แคปเทน ( C₂H₁₀SH )

3.      ก๊าซไม่มีพิษ ส่วนมากผู้ที่ใช้ก๊าซมักจะหายใจ หรือสูดดมเข้าไปมากๆ โดยไม่รู้ตัวอยู่เป็นประจำ เนื่องมาจากก๊าซรั่ว หรือการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ส่วนมากจะพบจากรถแท็กซี่ที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง รถที่ใช้เป็นรถเก่ามีเครื่องยนต์และตัวถังที่ไม่สมประกอบ จึงทำให้ก๊าซจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์มีกลิ่นเข้ามาในห้องคนขับและห้องผู้โดยสาร เป็นเหตุหนึ่งที่ทำให้ผู้ทีอยู่ในรถดังกล่าว มีอาการวิงเวียน คลื่นเหียน และเป็นลมได้ ทั้งนี้เป็นเพราะร่างกายได้รับออกซิเจนไม่เพียงพอ

4.      ก๊าซเบากว่าน้ำเมื่อก๊าซมีสภาพเป็นของเหลว ก๊าซจะมีน้ำหนักประมาณครึ่งหนึ่งของน้ำ ดังนั้นก๊าซเหลวจะลอยอยู่เหนือน้ำ ถ้าก๊าซรั่วลงในคูน้ำ ลำน้ำ หรือแม่น้ำลำคลอง อาจจะลอยไปติดไฟ ณ จุดที่ห่างออกไปแล้วลุกลามมายังจุดที่ก๊าซรั่วได้อย่างรวดเร็ว

5.      ก๊าซหนักกว่าอากาศเมื่อมีสภาพเป็นไอ ไอก๊าซจะหนักประมาณเกือบ 2 เท่าของอากาศ ดังนั้นเมื่อก๊าซรั่วก็จะเคลื่อนตัวไหลไปรวมตัวในที่ต่ำ ดังนั้นที่ตั้งก๊าซควรเป็นพื้นที่มีระดับพื้นทั่วๆ ไป ถึงก๊าซไปควรเก็บหรือตั้งไว้ในห้องใต้ดิน และใกล้ท่อระบายน้ำหรือบ่อน้ำ

6.      ก๊าซมีจุดเดือดต่ำ ก๊าซมีจุดเดือดประมาณ 0 องศาเซลเซียส อุหภูมิเฉลี่ยของประเทศไทยไม่ต่ำกว่า 20 องศา ดังนั้นเมื่อก๊าซถูกปล่อยออกมาจากภาชนะบรรจุ ก็เดือดเปลี่ยนสภาพจากของเหลวกลายเป็นไอทันที โดยดึงดูดความร้อนจากบริเวณใกล้เคียงมาช่วยในการระเหยและจำทำให้บริเวณนั้น หรือปลายท่อที่ปล่อยไอก๊าซออกจะเย็นจนมีน้ำแข็งเกาะจนกระทั่งอุดตันได้

7.      ก๊าซมีความข้นใสต่ำ จึงทำให้ก๊าซรั่วง่าย ดังนั้นอุปกรณ์ที่ใช้กับก๊าซจึงต้องออกแบบให้แข็งแรงแน่นหนา ทนต่อความดันสูง การใช้ภาชนะและอุปกรณ์ เช่น ถังก๊าซที่ไม่ได้มาตรฐานมาบรรจุก๊าซเพื่อใช้งาน อาจจะทำให้ก๊าซรั่วจนเกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้

8.      ก๊าซมีอัตราการขยายตัวสูง ดังนั้นการเติมแก๊สใส่ลงในภาชนะจึงไม่ควรเติมเต็มต้องมีช่องว่างสำหรับการขยายตัวของก๊าซเมื่อได้รับความร้อน

9.      อัตราการขยายตัวจากสภาพก๊าซเหลวกลายเป็นไอ ก๊าซเหลว 1 หน่วยปริมาตรจะเปลี่ยนเป็นไอก๊าซ ได้ประมาณ 250 หน่วยปริมาตร

10.  ส่วนผสมของก๊าซกับอากาศที่ทำให้ติดไฟ อัตราส่วนของก๊าซในอากาศที่ทำให้ติดไฟคือประมาณ 1.5 – 10 ส่วนใน 100 ส่วนของส่วนผสมก๊าซและอากาศ จะเห็นได้ว่า ถ้ามีอากาศน้อยหรือมากกว่าสัดส่วนดังกล่าว ก๊าซจะไม่ติดไฟ

 แหล่งที่มาของข้อมูล :
เอกสารประกอบการอบรม
บริษัท สยามแก๊ส แอนด์ ปิโตรเคมีคัลส์ จำกัด ( มหาชน )
บริษัท ยูนิคแก๊ส แอนด์ ปิโตรเคมิคัลส์ จำกัด ( มหาชน )