高圧ガス事故概要報告
整理番号
事故の呼称
2017-138
熱交換器のフランジより可燃性ガス漏えい、火災発生日時
事故発生場所
事故発生事象事故発生原因2017 年 5 月 5 日(金) 三重県四日市市
1 次）漏えい②主）締結管理不良
0 時 40 分2 次）火災副）
施設名称
機器
材質
概略の寸法
連続再生式
熱交換器 本体フランジ：SFVC2A
本体フランジ
接触改質装置ボルト：SNB7
径 3020 mm
ガスケット：メタルジャケットガスケット
厚さ 54 mm
ガスの種類および名称
高圧ガス製造能力
常用圧力
常用温度
液化石油ガス
203,448,215 ㎥/日（事業所） 1.23MPa
256℃（原料：重質ナフサ）
10,613,822 ㎥/日（施設）被害状況（人身被害、物的被害）
人身被害：なし、物的被害：なし
事故の概要
連続再生式接触改質装置の計画的なシャットダウンに向けて、運転調整（ロードダウン）中に、液体窒素カードル車の運転手（協力会社）が熱交換器の本体フランジ付近から炎が上がっているのを発見し、製油所従業員へ連絡をした。（図１）
その後、連続再生式接触改質装置の緊急シャットダウンを実施した。緊急シャットダ
ウンの過程で炎は消失したが、熱交換器フランジ付近が一部炎に曝された。
以下、事故の概要を時系列で記す。
4 月末 連続再生式接触改質装置の運転調整（ロードダウン）を開始。
5 月 5 日 00：40 液体窒素カードル車の運転手（協力会社）が熱交換器の本体フランジ付近から炎が上がっているのを発見。
00：43 連続再生式接触改質装置を緊急シャットダウン開始。
00：53 熱交換器の炎の消失を確認。
事故発生原因の詳細
次の①～②の要因が重なり合うことで、熱交換器フランジガスケット下部の面圧が低下し、ナフサの漏れが発生した。漏れたナフサはフランジ下部の保温材内にてベーパーライズし、ナフサが保温カバー内に充満し、ある一定のガス濃度(ガソリンの燃焼範囲 1.4～7.6 vol%)になった後、熱交換器高温部（約 400℃の熱面）に接触してフランジ上部より発火、保温カバーの開口部及びシール劣化部から火炎が噴出したと推察された。（ナフサの発火点 238℃(実測値)）① 同一フランジ上部と下部で著しい温度勾配が発生。
１） 計画的なシャットダウンに向けて、運転調整（ロードダウン）により 4.0MPa スチームコンデンセートの流量が低下した。
２） 運転調整（ロードダウン）に伴い、スチームコンデンセート出口ラインの調節弁の開度を小さくしたため、液の排出量が減り、チューブ内の下部にスチームコンデンセートが滞留した。そのため、シェル側流体の熱交換が進み、最終的にスチームコンデンセートの温度はシェル側入口流体であるスタビライザー塔底液温度の 190℃に近い温度まで下がった。
３） その結果、フランジの上部と下部で著しい温度勾配（上部約 400℃､下部約 190℃）が発生し、ボルト軸力が低下した。（図４参照）② 熱交換器フランジのボルトの締付状態が不均一で、かつ、必要最小面圧以下であった。（図５参照）

図１ 連続再生式接触改質装置フロー図及び火災発生個所流体：
温度：
圧⼒：
材質：
使⽤期間：

シェル側
HC（ナフサ）215→229℃
1.12MPa
SM400B
21 年

チューブ側
4MPa 蒸気410→249℃
3.9MPaSCMV48 年（2009 年更新）

図２ 熱交換器概略及び漏れ発生部位

①約 400℃で入ってきたスチームは熱交換により温度が下がり、250℃（飽和温度）になると液（コンデンセート）が出始める。
※スチームコンデンセート出口ラインに付いている調節弁により、液（コンデンセート）は常に排出されるように制御される。

③すべて液化された後、液は速やかに（チューブ内に長時間滞留することなく）チャンネル側出口ノズルより排出されるため、温度はほぼ飽和温度である 250℃のままとなる。

②更に熱交換が進むと、スチームはどんどん液化されていき、その結果、液の割合が増えていく。スチームがすべて液化されるまでは温度は 250℃（飽和温度）のままとなる。

図３ 通常運転時①約 400℃で入ってきたスチームは熱交換により温度が下がり、250℃（飽和温度）になると液（コンデンセート）が出始める。

※スチームコンデンセート出
口ラインに付いている調節弁により、液（コンデンセート）は留まっている状態となるよう制御される。

チューブ内に滞留する要因
・運転停⽌作業（運転調整）
・ﾌﾟﾛｾｽ側負荷軽減
・HE 下流 ｺﾝﾃﾞﾝｾｰﾄ FCV 開度⼩（運転停⽌作業時のみ）③ すべて液化された後も液（コンデンセート）はチューブ内に長く滞留するため、さらにシェル側流体と熱交換が進み、温度は飽和温度である 250℃から下がっていく。
チューブ内滞留時間が長くなると液（コンデンセート）とシェル側流体の熱交換が進むことになり、最終的に液（コンデンセート）温度はシェル側入口流体であるスタビライザー塔底液温度の 190℃に近い温度まで下がると推定される。

②更に熱交換が進むと、最終的にスチームはすべて液化する。すべて液化された時点では温度は 250℃（飽和温度）のままとなる。

その結果、フランジ上部温度 400℃(スチーム⼊⼝温度とほぼ同じと推定)、フランジ下部温度 190℃(図中③参照)となり、温度差ΔT：210℃（400-190）となる著しい温度勾配変化が⽣じ、ボルト軸⼒が低下した。

図４ シャットダウン時（運転調整（ロードダウン））

ボルト No.

最⼩⾯圧(SD 操作時)
1.17MPa

本体フランジ必要最⼩⾯圧：
4.2MPa・必要最⼩⾯圧（4.2MPa） ＞
・⾯圧ﾊﾞﾗﾂｷ

実際の⾯圧（1.17MPa）

図５ ボルトの締付状態（残軸力実測値）
事業所側で講じた対策（再発防止対策）
 熱交換器本体フランジのボルトの締結管理
フランジ強度、ガスケットの推奨締付面圧およびボルト強度を加味した締付管理値を採用し、超音波ボルト軸力管理にてボルト締結を行う。
締結管理を実施した場合には、フランジ必要最小面圧（４．２MPa）を下回らないことをシミュレーションで確認。（図６ 参照）
 熱交換器本体フランジの保温撤去
熱によるボルト軸力低下を軽減するために、本体フランジに施工されていた保温材および保温カバーを撤去する。

ボルティング時
加圧時
運転時
運転停止時

軸⼒管理実施ケース実測された残軸⼒からの想定（⼿締め）

図６ フランジのボルトの軸力変化（シミュレーション）教訓（事故調査解析委員会作成）① 運転停止等の移行操作時には、熱交換器の内部流体により著しい温度勾配が生じるおそれがあるから、フランジのボルト締結には十分留意する必要がある。
② 運転開始後、温度変化が生じるフランジについては必要に応じて、ホットボルティングなど、フランジのボルト締結管理を行うことが重要である。
③ 保温材および保温カバーの必要性を見直す必要がある。
事業所の事故調査委員会
・5 月 8 日（月）：第 1 回原因調査検討会
・5 月 17 日（水）：第 2 回原因調査検討会
・5 月 25 日（木）：第 3 回原因調査検討会
・6 月 1 日（木）：第 4 回原因調査検討会
・6 月 8 日（木）：第 5 回原因調査検討会
・6 月 30 日（金）：第 6 回原因調査検討会（最終回）
備考
なし
キーワード
接触改質装置、熱交換器、運転停止時の温度変化、ボルト締結管理
関係図面（特記事項以外は事業所提供）