(57)【要約】【課題】  ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度を測定する方法および装置を提供すること。【解決手段】  略密閉された燃焼筒内を、所定の支燃性ガス濃度に設定するとともに、被検可燃性液体をミスト状態で噴霧した後に、点火による爆発の有無を確認することによって、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度を測定する方法。【選択図】        図１
2006208397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略密閉された燃焼筒内を、所定の支燃性ガス濃度に設定するとともに、被検可燃性液体をミスト状態で噴霧した後に、点火による爆発の有無を確認することによって、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度を測定する方法。
【請求項２】
可燃性液体のミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置であって、略密閉された燃焼筒を有し、当該燃焼筒内には、支燃性ガス導入管、支燃性ガス濃度計、被検可燃性液体のミスト発生装置およびミスト爆発させるための着火装置を有する、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置。
【請求項３】
ミスト発生装置が、気液混合物を噴霧させる仕組みからなるものである請求項２記載のミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置。
【請求項４】
燃焼筒の開口部を、薄膜で覆った請求項２または３記載のミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置。
【請求項５】
燃焼筒の開口部を、薄膜でシールされた網状物で覆った請求項４記載のミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度の測定方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、可燃性液体を安全に取り扱う基準の一つとして、可燃性液体の引火点と導電率が採用されている。
【０００３】
引火点とは、可燃性液体が支燃性ガス雰囲気中でその液体表面の近くに引火するのに十分な濃度の蒸気を生じる最低温度であり、引火点を測定する手段としては、ＡＳＴＭ，ＩＳＯやＪＩＳによって承認された多数の装置や測定法が知られている。しかし、可燃性液体は気相において、常時、蒸気で存在しているものではなく、ミスト状態で存在する場合がある。かかる可燃性液体のミストの燃焼は、引火点との関連性が低く、引火点以下においても、静電気放電等の着火源の存在によって燃焼を生じるミスト爆発が起きる。したがって、可燃性液体を取り扱う場合には、引火点のみを考慮していては不十分であり、ミスト爆発が起こらない条件を設定する必要がある。
【０００４】
また、導電率とは物質の静電気の帯易さや電荷の逃げ易さを示す指標となる値であり、導電率が１０-8Ｓ／ｍ以上の物質は一般に非帯電性に分類され、着火爆発を防止する為の静電気対策が不要とされる。しかし、帯電したミストの電荷の減衰は、ミストが存在する媒体である気体の導電率によって左右される。空気等の気体は一般に導電率が小さく、絶縁性であるため、導電率が１０-8Ｓ／ｍ以上の可燃性液体がミストとして存在する場合には、当該可燃性液体の導電率が１０-8Ｓ／ｍ以上であっても、ミスト爆発が起こらない条件を設定する必要がある。
【０００５】
ミスト爆発の指標としては、ミスト爆発を起こさないミストの下限界濃度を測定することが知られており、当該下限界濃度を測定する装置としては、たとえば、第２８回安全工学研究発表会講演予稿集第３５〜第３８頁に記載のものが知られている。当該予稿集に記載の装置は、所定容積の燃焼筒内に、被検可燃性液体をミスト状態で噴霧した後に燃焼筒内のミスト重量を測定することによりミスト濃度を割り出すとともに、当該ミスト濃度における点火によるミスト爆発の有無を確認することにより、ミスト爆発におけるミストの下限界濃度を測定している。しかし、当該予稿集に記載の装置では、燃焼筒内のミスト重量の測定にあたって、ミスト状態を呈しなくなって燃焼筒内壁を付着・流下する被検可燃性液体の重量もミスト重量として加えられているため、ミストの下限界濃度が実際よりも高く認識され、ミストの下限界濃度が正確に測定されているとはいえなかった。このように誤って高く認識された、ミストの下限界濃度では、当該下限界濃度以下でもミスト爆発が起こりうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ミスト爆発には支燃性ガスの存在が条件となっていることから、ミスト爆発を起こさない限界支燃性ガス濃度を測定することが有効と考えられるが、当該限界支燃性ガス濃度を測定する方法、装置は知られていない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度を測定する方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示す方法、装置により前記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明は、略密閉された燃焼筒内を、所定の支燃性ガス濃度に設定するとともに、被検可燃性液体をミスト状態で噴霧した後に、点火による爆発の有無を確認することによって、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度を測定する方法に関する。上記方法にしたがって、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度が測定され、被検可燃性液体に固有の限界支燃性ガス濃度を把握できる。
【００１０】
上記ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度を測定する方法に用いる、可燃性液体のミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置としては、たとえば、可燃性液体のミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置であって、略密閉された燃焼筒を有し、当該燃焼筒内には、支燃性ガス導入管、支燃性ガス濃度計、被検可燃性液体のミスト発生装置およびミスト爆発させるための着火装置を有するものが用いられる。かかる限界支燃性ガス濃度測定装置により、所定支燃性ガス濃度における各種条件下のミスト爆発を繰り返すことにより、限界支燃性ガス濃度が容易に求められる。
【００１１】
また、限界支燃性ガス濃度測定装置において、前記ミスト発生装置は、気液混合物を噴霧させる仕組みからなるものが好ましい。ミスト発生装置は、ミストを発生させうるものであれば特に制限されるものではないが、ミスト爆発はミストの平均粒径が５０μｍよりも小さな粒径で起きやすい傾向があることから、５０μｍ以下の平均粒径を形成させることが可能な、気液混合物を噴霧させる仕組みからなるノズルの適用が好ましい。
【００１２】
前記燃焼筒は、燃焼筒の開口部を薄膜で覆うことにより略密閉とするのが好ましい。薄膜は、外部からの空気が混入するのを防止でき、一方、燃焼筒内からはある程度通気可能なため、燃焼筒内の支燃性ガス濃度を均一に安定化できる。薄膜はミスト爆発における爆風によって吹き飛ばされることにより、燃焼筒そのものが破損することを防ぐことができ安全性が向上する。また、前記開口部は、薄膜でシールされた網状物で覆うのがより好ましい。網状物が、フレームアレスタの役割をして、ミスト爆発により生じる火炎が燃焼筒外にまで及ぶことを防ぐ。
【００１３】
可燃性液体を、当該可燃性液体の引火点未満の温度で取り扱う際に、当該可燃性液体を、当該可燃性液体に係わる、ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度以下に調整することによって、可燃性液体のミスト爆発を制御することができる。
【００１４】
可燃性液体の取り扱いにおいて、限界支燃性ガス濃度による管理、制御を行うことにより、引火点のみでは予期できなかった、ミスト爆発の制御が可能になる。さらには、前記ミスト爆発を制御する方法は、可燃性液体の導電率が１０-8Ｓ／ｍ以上の場合において有用である。導電率が１０-8Ｓ／ｍ以上の可燃性液体は、通常、静電気爆発を生起し難いが、ミスト状態で空気等の媒体中に存在する場合には、帯電して爆発に通じる場合があり、このような導電率を有する可燃性液体についても、限界支燃性ガス濃度による管理、制御を行うことにより、引火点のみでは予期出来なかった、ミスト爆発の制御が可能になる。
【００１５】
なお、ミスト爆発は、通常、引火点未満の温度で起きるため、限界支燃性ガス濃度の管理により、引火点を考慮することなく、可燃性液体の取り扱いを安全に行うことができる。
【００１６】
ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度の測定は、前記方法、装置により求めたものを用いることにより、ミスト爆発の制御を、より正確になしえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、ミスト爆発におけるミストの限界支燃性ガス濃度測定装置に関するものであり、ミスト爆発させるための燃焼筒２１の材質は、耐熱性のものであれば特に制限されないが、運搬等の取り扱いの容易なプラスチック製のものが好ましく、特にポリ塩化ビニール、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート等の透明樹脂が好ましい。燃焼筒２１は、略密閉となりうるものを用いる。略密閉とは、燃焼筒２１内の支燃性ガス濃度調整が可能な程度に気密性を保持した状態をいう。
【００１９】
図１は、燃焼筒２１の開口部を、網状物２２ａおよび２３で覆い、その外側から薄膜２２ｂおよび２４で覆って、燃焼筒２１内部を略密閉状態とすることにより、燃焼筒２１内の支燃性ガス濃度の制御を可能にしている。なお、燃焼筒２１の上部開口部２２は、薄膜２２ｂでシールされた網状物２２ａを用いている。支燃性ガスを含む気体をパージすることにより、燃焼筒２１が加圧状態になると薄膜の間隙から外部へ通気し、燃焼筒２１内の支燃性ガス濃度を一定に維持する。薄膜の材質としては、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン、アルミ箔等が用いられる。薄膜２２ｂ、２４は、爆発により容易に破壊され、燃焼筒２１が破損するのを防ぎ、網状物２２ａ、２３は、火炎の伝播を遮断する。また、網状物２２ａ、２３としては、フレームアレスタに有効な金属素材、たとえば金網が好ましい。
【００２０】
また、薄膜２４は、落下したミストが溜まりうるようにある程度余裕を持たせて底面部を覆うのが好ましい。なお、薄膜２４に落下したミストの量が多くなると、薄膜２４の剥脱が生じうるので、網状物２３を設ける場合には、底面部にミスト回収槽を設けるのが好ましい。回収槽は、燃焼筒２１の底部の壁面に沿って設けられる。被検可燃性液体は、燃焼筒２１内にミスト状態で噴霧されるが、ミストの一部は、燃焼筒２１の内壁に付着・流下して、回収槽に回収される。回収槽には、排出管を設けることにより、連続的に回収槽から排出することもできる。
【００２１】
燃焼筒２１は、通常、高さ３００〜３０００ｍｍ程度、また断面形状は特に制限ないが、通常、円筒形のものが用いられ、直径１００〜１０００ｍｍ程度である。
【００２２】
燃焼筒２１には、支燃性ガス導入管２５、不燃性ガス導入管２６が備えられている。燃焼筒２１は、支燃性ガス導入管２５から送られる支燃性ガスと、不燃性ガス導入管２６から送られる不燃性ガスによって、所定支燃性ガス濃度に置換される。なお、支燃性ガス導入管２５から送られる支燃性ガスは、酸素、塩素、酸化窒素等が用いられる。通常は、空気等が用いられる。不燃性ガス導入管２６から送られる不燃性ガスは、窒素、二酸化炭素、スチ−ム等が用いられる。通常は窒素等が用いられる。支燃性ガスと不燃性ガスを予め混合しておけばすれば不燃性ガス導入管２６は不要である。燃焼筒２１内の支燃性ガス濃度は支燃性ガス濃度計２７により常時測定する。
【００２３】
ミスト発生装置２８の設置位置は特に制限されないが、図１に示すように、上向きにミストを噴霧する場合は燃焼筒２１の下部中央に設けるのが、燃焼筒２１内のミスト状態がよく好ましいが、上部中央部にミスト発生装置２８を設けて下向きにミストを噴霧することもできる。ミスト発生装置２８としては、たとえば、たとえば、霧のいけうち社製の２流体ノズルＢＩＭ Ｋ６００７５やＢＩＭＫ６０１５等が用いられる。ミスト発生装置２８には、被検可燃性液体を導入するための液体導入管２９と支燃性ガス導入管３０が接続されている。液体導入管２９の液圧と支燃性ガス導入管３０の気圧を適宜に調整することにより、噴霧されるミスト濃度が調整される。
【００２４】
支燃性ガス導入管３０には通常、燃焼筒２１内の支燃性ガス濃度に調整されたガスが用いられる。なお、ミストを噴霧する前に支燃性ガス導入管３０を用いて所定濃度の支燃性ガスを送り込むことにより、燃焼筒２１中の支燃性ガス濃度を所定濃度に設定することもできる。この場合には、支燃性ガス導入管２５、不燃性ガス導入管２６は不要である。
【００２５】
ミスト爆発させるための着火装置３１の位置は特に制限されないが、図１に示すように、燃焼筒２１の高さの下から１／４〜３／４程度の位置とするのが好ましい。着火装置３１としては、たとえば、放電電極、ニクロム線溶断や白金線溶断等が用いられる。
【００２６】
上記図１に示す限界支燃性ガス濃度測定装置を実際に操作するにあたっては、ます燃焼筒２１内を、支燃性ガス濃度計２７により測定しながら、たとえば、支燃性ガス導入管２5 から送られる空気と不燃性ガス導入管２６から送られる不燃性ガスによって、所定濃度に置換する。
【００２７】
次いで、液体導入管２９の液圧と支燃性ガス導入管３０の気圧を適宜に調整して、ミスト発生装置２８から被検可燃性液体を噴霧し、ミスト状態で燃焼筒２１内に噴霧させる。噴霧時間は、通常、１０〜６０秒程度が適当である。
【００２８】
次いで、着火装置３１により点火して、ミスト爆発の有無を確認する。爆発の有無の確認は、通常、目視で行うが、燃焼筒２１の内部に熱電対等を挿入して燃焼筒１内の温度上昇の有無により判断することもできる。なお、図１の装置では、燃焼筒２１の上面部および底面部に網状物網２２ａ、２３を用いているので、ミスト爆発により火炎が燃焼筒２１外に殆ど出ない。しかも、爆風によって網状物２２にシールされている薄膜２２ｂ、２４が破壊されるのみで燃焼筒２１は損傷しない。
【００２９】
この操作を、所定の支燃性ガス濃度において、種々の条件でミスト爆発の有無の確認をする。ミスト爆発は、ミスト径が５０μｍ以下、通常は１０〜４０μｍ程度の場合に起こり易いため、少なくとも前記範囲内のミストの径のものを確認するのが好ましい。また支燃性ガス濃度を変更して繰り返し行うことにより、ミスト爆発する支燃性ガス濃度とミスト爆発しない支燃性ガス濃度を探って、最終的にミスト爆発の限界支燃性ガス濃度を見出す。ミストの限界支燃性ガス濃度は、測定条件の中で燃焼が伝播しない最高の支燃性ガス濃度とすることができる。
【００３０】
このようにして可燃性液体のミスト爆発におけるミストの限界支燃性ガス濃度が正確に測定可能であり、可燃性液体を当該可燃性液体の引火点未満の温度で取り扱う際に、当該可燃性液体ミストの限界支燃性ガス濃度以下に調整することにより、可燃性液体のミスト爆発を制御でき、安全な操業が可能になる。ミストの限界支燃性ガス濃度の測定は、本発明の方法、装置、特に前記図１の装置によれば、正確な値を把握できる。
【００３１】
可燃性液体の存在する系内における支燃性ガス濃度をミスト爆発が起きないように調整する手段は、たとえば、窒素、二酸化炭素、スチーム等の不燃焼性ガスにより支燃性ガス濃度を希釈化する方法等により可燃性液体の存在する系内の支燃性ガス濃度を下げる方法等があげられる。
【００３２】
こうしたミスト爆発の制御にあたって、限界支燃性ガス濃度の調整は容易に行うことができる。
【００３３】
実際の操業にあたっては、限界支燃性ガス濃度の前記限界値よりも、低いところで操業することにより、ミスト爆発を制御する。支燃性ガス濃度に関しては限界支燃性ガス濃度よりも６０％程度低い条件下で操業するのが好ましい。
【００３４】
なお、可燃性液体としては、ミスト爆発のおそれがあるであれば特に限定されず、たとえば、２−エチルヘキサノール、Ｎ−メチルピロリドン、エタノール等や、エタノール等を水等で希釈したもの等を例示できる。ミスト爆発のおそれがあるような操業としては、たとえば、前記可燃性液体を用いたベンチュリースクラバー、スプレー塔、スプレー洗浄設備等の取り扱い現場や製造現場等があげられる。
【実施例】
【００３５】
実施例１
ミストの限界支燃性ガス濃度測定の具体例として、図１のような装置を用いて、可燃性液体（２−エチルヘキサノール、引火点７３℃）の限界支燃性ガス濃度を測定した例を示す。燃焼筒２１の高さ２ｍ、直径０．６ｍ、平面形状の網状物２２ａ、２３、薄膜２２ｂ、２４を用い、表１に示すように支燃性ガス導入管２５から送られる空気、不燃性ガス導入管２６から送られる不燃性ガスによって、燃焼筒２１内を所定濃度に置換した。また、表１に示すように液体導入管２９の液圧と支燃性ガス導入管３０の気圧（所定支燃性ガス濃度）を変化させてミスト濃度を調整した。表１に酸素濃度、ミスト爆発の判定を示す。なお、ミスト爆発の有無の判定の項は、○：点火により火炎が目視で観測され燃焼筒２１内全体に燃焼が伝播、△：点火しても火炎は目視では観測できないが燃焼筒２１内に設置した熱電対等の温度上昇によって検知可能な弱い燃焼伝播、×：点火しても燃焼非伝播、を示す。その他、気温１８〜２１℃、湿度７２〜８１％、噴霧気体温度１６〜２２℃、噴霧液温度１６〜２０℃、噴霧時間４０秒の条件である。
【００３６】
点火は同一噴霧圧力条件で最大６回実施し、１回でも燃焼が伝播すれば爆発すると判定し、１回も燃焼が伝播しない場合を爆発しないと判定した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１から、２−エチルヘキサノールに関して、ミスト爆発の限界酸素は約１１％であることが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】ミスト爆発における限界支燃性ガス濃度測定装置である。
【符号の説明】
【００４０】
２１：燃焼筒
２５：支燃性ガス導入管
２７：支燃性ガス濃度計
２８：ミスト発生装置
３１：着火装置
【図１】
2006208397.tif 000004