貯蔵タンクの事故は世界的に見ると少なくなく、かなりの頻度で起こっています。タンク火災、2006年英国バンスフィールド火災事故などはタンク構造や消防活動を見直すきっかけになりました。ここでは、貯蔵タンクの事故や関連情報を紹介し、これからの危機管理の参考になることを期待して開設しました。Fires」の資料について紹介します。)の資料について要約したものである。おいて起こった大きな爆発・火災発事故の危険性は多くの注目を集めている。規制機関や科学界のいずれも、このような大災害を回避するため、適切な安全対策について大きな関心が寄せられている。この論文は、最近に起こった英国バンスフィールド火災(2005年)、プエルトリコ火災(2009年)、インドのシータプル火災(2009年)の石油貯蔵タンク火災事故において生じた危険性についてまとめたものである。これらの事故が起こった背景にある潜在的な類似性について検討したものである。国際的な基準によって爆発および火災の安全距離を推測するため、各種方法(モデル)の適用性とコンピュータ・シミュレーションについて確認した。爆発と火災の危険性を評価するために、蒸気雲爆発(VCE)および火災の放射フラックスによって生じる過圧力(オーバープレッシャ)について検討した。米国防火協会(NFPA)とヨーロッパ標準(EN)によって定められた基準について焦点を置いた。工業界における安全は進歩しているにもかかわらず、世界規模で見ると、なおも爆発や火災事故がたびたび起こっている。事故は、設備の誤作動によるものから、人の判断ミスなど、いろいろな要因によって起こり得る。このような失敗によって、例えば貯蔵タンク周辺に、突然、石油が流れ出し、蒸気雲が形成される。燃焼性があって点火源があれば、蒸気雲は大きな爆発、いわゆるプロセス安全分野において言われる蒸気雲爆発を生じる可能性がある。最近10年間でも、貯蔵タンク施設では多くの重大事故が報告されている。ここでは、3件の重大事故について取り上げる。1番目の事故は2005年のバンスフィールド火災(英国)、2番目は2009年のプエルトリコ火災(USA)、3番目が同じく2009年のシータプル火災(インド)である。本論文の議論は、前記3件の事故のみを対象にしている。これらの事故には類似性が多く見られ、特に重要なことは、蒸気雲爆発のあと、引き続いて火災が起こっていることである。バンスフィールド火災については調査報告書が公表されており、過圧力を導き出すパラメータが得られた。他の2件の火災については新聞や雑誌の記事から得た情報をもとに同様に仮定して導いた。蒸気雲の結果として形成される過圧力は、21~50kPaの範囲にあると推測されている。このような超過圧力は、いろいろ発表されている既存モデルによって推測することができる。バンスフィールド火災後に推算された過圧力のピーク値が200kPaを超えているということは、これまでの蒸気雲爆発に関する常識から考えられないことだった。このような過圧力が形成するということは、パラメータについて考え直す必要がある。多くの要素の中から、ある主要なパラメータがDDT(爆燃-爆轟遷移)に重要な働きをする。結果としてDDTが出現すれば、爆発による災害はより甚大なものとなる。従って、過圧力の形成に寄与する条件を注意深く追及し、安全対策を見直していく必要がある。前記に挙げた事故に関していえば、いくつかの疑問点が出てくる。このように答えられていない疑問点がいくつかある。この論文では、この点について言及し、数値流体力学(CFD)によるシミュレーションの導入を含め、これまでと別なモデルを適用して分析することを試みた。本論文の第2章では、爆発後に、たまに起こることのある大規模なプール火災に対する安全距離の推測について論じる。爆発の大きさ、タンクの基数および周辺条件によって、プール火災は1箇所または複数箇所になる。時には、1回目の爆発および/または続いて起こる爆発によって周囲のタンクを巻き込み、猛烈な火災へ至ることがある。このような火災が起こったときには、次々と悪い方向へ向かう。影響の及ぶ範囲は、災害の大きさによって異なり、数mの単位から数kmの規模になることもある。安全距離の基準は、火災が人の生命や施設へ及ぼす損傷特性に基づいて作られた分類によっているのが通常である。このような大きなプール火災からの安全距離(本論文で報告)は、あとで示すような既存と異なったモデルによって推測できる。数値流体力学を使って安全距離を推測することについて述べる。この章では、この10年間に起こった重大火災事故の概要について紹介する。多くの大事故が起こっているが、ここでは、A.バンスフィールド火災(2005年)、B.プエルトリコ火災(2009年)、C.シータプル(2009年)だけを取り上げる。表1には、これらの事故の主要な事項について記載している。2005年12月11日の早朝、バンスフィールド貯蔵施設の912番タンクに無鉛ガソリンを過剰(タンク容量より多く)に受入れ、タンクをオーバーフローして、防油堤内に油が溜まった。912番タンクに設置されていた自動安全警報設備が故障していたため、常用運転時の2倍以上の割合で受け入れてしまった。V2の関係があり、タンクは、常用運転条件における圧力の2.2倍の液体の過圧力で、オーバーフローしていたことが明らかである。この液体の過圧力が、無風に近い条件のもとで蒸気雲の形成に寄与し、さらに爆発の(ガス)過圧力に寄与したことは確かである。蒸気雲爆発の過圧力に関する既存の考え方では、バンスフィールドで生じた実際の過圧力の大きさに対してむしろ過小に評価してしまう。>200kPaと大きな差がある。蒸気雲の直径は391mと推定されており、(最初の)点火源はポンプ室の高速回転機械だと見られている。過圧力の影響は爆発点から2km離れたところでも感じられた。幸いなことに死亡者は出なかったが、重軽傷者の発生は避けることができなかった。2009年10月23日、米国自治領プエルトリコのバヤモンにあるカリビアン石油においてバンスフィールド火災と同様の経緯で事故が起こった。この事故でも、石油製品、特にガソリンの受入れ流量をコントロールできない状況があり、蒸気雲が形成され、最終的に大きな爆発の過圧力(リヒター・スケール2.8)を引き起こしてしまった。事故の状況を図2に示す。(CSB)によって現在も継続中であり、事故の詳細は公表されていない。インターネットおよび新聞から得られた情報の一部は、表1に記載している。目撃者の証言や被災の状況を考え合わせてみても、当該事故はバンスフィールド火災と類似性のあることがわかる。2009年10月29日、インドのシータプル工業地区(ジャイプールの近く)にあるインディアン石油のガソリン貯蔵所において爆発のあと火災が起こり、延焼して火災は1週間以上続いた。インド石油産業安全局によって事故調査が行われた。この火災事故もバンスフィールド火災と類似性が見られた。シータプル事故の背景には、オペレータの知識不足・思い違いによる要因があった。科学的観点から見れば、当該事故も前述2件の事故と類似性がある。タンクからのオーバーフロー、静かな大気中(弱い風速)での蒸気雲の形成、ポンプ・発電所による点火源、そして最終的に他のタンクへの延焼である。一般に、可燃性液体を貯蔵する施設は、規制機関によって制定された標準的な基準に基づいて設計される。工業分野によっては自分たちのハザード軽減基準をもっているところもある。いずれにしても、爆発や火災によって生じる被害についてはっきりさせなければならない。重要なことは、爆発の過圧力や火災の熱輻射によって人や近隣施設が受ける被害について、建設や操業の前に、定量化させておく必要がある。この章では、蒸気雲爆発と大規模なプール火災に至るようなガス爆発・火災について科学的に言及する。蒸気雲爆発の形成は、多くの要因の組み合わせとみることができる。蒸気雲爆発(ここで論じている事故に関して)によって生成する過圧力は、主につぎのパラメーターに基づいている。これまでに考えられてきた実験的なモデルは、ほとんどが上記の4つのパラメーターに基づいている。要因の一つが欠ける状況では、発生の可能性や範囲は大きく変わってくる。ある場所で蒸気雲が形成しても点火源が無ければ、有害性はないかもしれない。風速が高い状況であれば、蒸気が拡散し、滞留する危険性は小さくなる。リスク・アセスメント分析では、このような危険性の存在程度や要因に関する組み合わせなどの検討を行う。以前から多くの研究が行われてきているが、最近では、バンスフィールド火災の蒸気雲爆発による過圧力について解き明かす研究が行われている。これまでは、蒸気雲爆発に関する常識として、異常な過圧力が形成することはないというレポートが多かったが、最近になって高い過圧力が形成するという論文が多数出されている。このような方向性にあるけれども、我々は、今回、利用可能なモデルの適合性について検証してみた。関連文献の中から、蒸気雲爆発の過圧力を推測できるとする6つの異なった方法を選んだ。それぞれについて簡略に説明するとつぎのとおりである。この方法は、蒸気雲爆発によって形成する過圧力を評価するには最も簡単な方法である。燃焼性(炭化水素)物質WHCの体積または重量が与えられれば、TNT火薬の等価重量WTNTがわかる。TNT等価重量によって引き起こされる破壊状況は同じだと仮定したものである。軍時目的によってTNT火薬の爆発特性に関するデータは数多く蓄積されており、TNT火薬のデータから対象物質の特性を推定するというのは簡単である。次式(1)と(2)は同じことを示している。式(1)の得率ηは現場の過密度によって変わる。R(m)は爆心からの距離である。同式に関して経験に基づく標準的な値は3~5%である。化学量論的な割合にある場合や極めて過密度の高い場所の場合、20%の値になる例が報告されている。図4から換算距離Z*(m・kg-1/3)から現場における圧力を表す線を介して過圧力は縦軸の値によって求めることができる。初期評価のためには、この方法が利用できる。この方法をバンスフィールト火災に適用してみる。得率を20%と置き、爆発源から距離2kmの場所では、過圧力は~9kPaとなる。得率をもっと小さく3%と置いた場合にも、TNT等価法では、過圧力は約4kPaとかなり高目の値となり、このときバンスフィールド火災で爆発源と見られているポンプ室から2kmの場所でも余り下がらない(0.7~1kPa)。このように過大に評価する傾向にあり、バンスフィールド火災のような事故では、この方法はあまり使用されない。この方法の最大の欠点は、TNT火薬で生じる現場の圧力は>100kPaとかなり高くなるが、可燃性ガス爆発では爆発波が遠くまで伝播するという違いがあるためである。従って、広い空間のある場所では、過圧力を正しく推測できないといえる。この方法をプエルトリコ火災とシータプル火災に適用し、爆発に寄与した可燃性燃料の重量に従って過圧力を推測すると、それぞれ24kPaと13kPaとなる。Agency)によって考えられたもので、爆発の過圧力を推定するものである。決定には、点火源の強さ、封じ込め度/過密度に関連するデータが必要である。バンスフィールド事故のように強い点火源(緊急ポンプ室)で、封じ込みがなく、過密度が低いレベル(<30%)の場合、過圧力は10~50kPaの範囲になる。他の2件の事故について適用し、入力データに従って出してみると、過圧力は同様に10~50kPaの範囲になる。この方法は、ケイツとパトックによって考えられたもので、デジション・トリー(決定木)によって推定するものである。この方法では、対象条件のもとで必要な仕様は、点火源の強さ、封じ込め度、過密度、燃料の種類である。ある程度の封じ込め度の中で、激しい点火があった場合、CAM:過密度評価法によると、過圧力は100~800kPaの範囲になる。プエルトリコ火災とシータプル火災に同様な条件を仮定して適用すると、過圧力は約70kPaとなる。じ込め度に基づいている。式(3)、(4)、(5)は最大過圧力を求める式である。全有効エネルギー(J)、過密度が高レベルの場合、過圧力は50kPaとなる。無次元の圧力PSは、図5の換算距離Rを介して求める。プエルトリコ火災とシータプル火災の2件の事故に関してマッハ数を0.55と仮定(炭化水素に関して一般的に有効な値)すれば、過圧力は同じ値となる。この方法はヨーロッパで最も広く用いられている。この方法の良いところは、爆発源の強さを求めることができることである。過圧力を求める式(6)はつぎのとおりである。VBR:容積閉塞率(%)、Lf:火炎経路距離(m)、D:障害物平均直径(m)、SL:可燃性混合物の層流燃焼速度(m/s)式(5)の距離と式(4)の無次元の過圧力の関係は図6に示す。kPaを超える値となる。シータプル火災と同じと思われるので、過圧力も同じと推測される。最近の20年間にコンピュータによる計算能力はすごい勢いで進歩している。蒸気雲爆発のプロセスを解明するため、例えば乱流域、燃焼およびそれらの相互作用によるガス爆発現象を表すモデル化が行われてきた。従来、乱流域や燃焼はそれぞれ別なモデルとして考えられてきた。反応性のナビエ-ストークス方程式を解くことによって、流体分野の詳細について、例えば圧力場や速度場で解明することができるようになった。今日、市販の数値流体力学(CFD)パッケージがいろいろ出ている。Ansys、CFX、Fluentは汎用のパッケージであり、EXSIMやFLACSは爆発のシミュレーション用として特に開発されたものである。バンスフィールド火災の蒸気雲爆発について、CFDによるシミュレーションの方法で分析してみる。蒸気雲は直径400m、高さ3mのパンケーキ形とおく。プロパンと空気の混合気が中央で爆発し、爆轟波が障害物無しで通り抜ける場合と領域内に障害物がある場合について分析してみる。