プロジェクト研究全体の概要―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――

トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究
Study on prediction and prevention of explosions and fire with trouble correspondence

八島正明*1，板垣晴彦*2，大塚輝人*1，佐藤嘉彦*1，水谷高彰*1，西脇洋佑*1，斎藤寛泰*3,
熊崎美枝子*4，

化学安全研究グループ*1 化学物質情報管理研究センター*2 芝浦工業大学*3
横浜国立大学*4―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――■YASHIMA Masaaki, ITAGAKI Haruhiko, OTSUKA Teruhito, SATO Yoshihiko, MIZUTANI Takaaki,
NISHIWAKI Yosuke, SAITO Hiroyasu, and KUMASAKI Mieko
本研究においては，非定常作業のうち移行作業とトラブル対処作業におけるリスク低減の具体的な措置，安全方策を講じるためのデータを収集し，リスクアセスメントに資する情報を提供することを目的とする．そのため，a)化学物質の熱特性を的確に測定するための技術の開発，b)センサーによる異常発生の検出方法の開発，c)くん焼・燃え拡がり特性，
さらに遷移した爆発特性の測定，d)災害事例の分析，爆風や飛しょう物による被害予測・トラブル対処の方法の提示，などに関する項目を調べた．
―――――――――――――――――――――――――
1 研究の背景―――――――――――――――――――――――――
可燃性物質を扱う貯蔵施設において，自然発火などをるように，非定常作業における安全衛生対策を積極的に原因とする火災がたびたび発生している．近年では，三故発生防止」，「被害の局限化」がある．

推進していくことは極めて重要である．リスク低減措置
としては，「異常発生防止」，「異常検知手段」，「事重県ごみ固形燃料発電所での爆発・火災（2003年）1)のほ

化学設備の爆発・火災の防止においては，発火を予防

か，民間や公的な廃棄物リサイクル施設での爆発・火災，することが第一であり，化学物質の詳細な発熱特性を把

大豆サイロでの爆発（2013年），石炭貯蔵施設での火災・握することが必要である．また，何らかの原因で発火し爆発（2013年）などが発生している．火災が発生した後，た場合に，火災の進展を予測し，拡大防止の措置を講じ消火と拡大防止のため作業員がかき出し作業中に小規模ることも必要である．この際，火災などの異常発生を検爆発や急に火炎が形成して被災する事例もある．

知し，事象を把握し，予測するため，温度計やガス検知

近年，化学工業を中心として，非定常作業に該当する器などの適切なセンサーの設置が不可欠である．さらに，スタートアップやシャットダウンなどの移行作業やトラ異常発生時には現場作業員が緊急排出や消火等のトラブ

ブル対処の際に爆発や火災が連続して発生している．そル対処作業を行うことがあるが，事象の進展を把握し，れらの事故の原因・背景に係る共通点として，化学プロ

退避することを常に考えておく必要がある．

セスの運転の原理原則となる化学反応等に対する理解不足が指摘されている2)．

災害が進展している途中でのモニタリング手法については原子力災害対策指針（原子力規制庁，東日本大震災

中央労働災害防止協会では，「関係省庁連絡会議報告を踏まえた指針）など既往の情報があるが，爆発・火災

書」も踏まえ，見直しの重点項目として，爆発・火災等を想定した実用的かつ総括的な研究例は見当たらない．

の重大災害の防止対策の観点からも非定常作業における以上，本プロジェクト研究では，単に各サブテーマを

安全衛生対策を見直し，報告書にまとめた3)．取りまとめまとめるだけでなく，災害事例と関連づけて考察し，研には，「労働安全衛生マネジメントシステムに関する指究所刊行の安全ガイド（SG）として事業場で活用できる

針及び危険性又は有害性の調査に関する指針」と，同指具体的な防止対策を提案する．

針に示されているリスクアセスメントの手順が参考とされている．同指針とリスクアセスメントの手順に示され―――――――――――――――――――――――――
2 研究のサブテーマ―――――――――――――――――――――――――
本研究においては，非定常作業のうち移行作業とトラ―――――――――――――――――――――――――*1 労働安全衛生総合研究所 化学安全研究グループ*2 労働安全衛生総合研究所化学物質情報管理研究センター*3 芝浦工業大学*4 横浜国立大学

ブル対処作業におけるリスク低減の具体的な措置，安全方策を講じるためのデータを収集し，リスクアセスメン

連絡先：〒204-0024 東京都清瀬市梅園 1-4-6
労働安全衛生総合研究所 化学安全研究グループ 八島正明
E-mail: yashima@s.jniosh.johas.go.jp

トに資する情報を提供することを目的とする．そのため，
a)化学物質の熱特性を的確に測定するための技術の開—37—労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)
労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)

発，b)センサーによる異常発生の検出方法の開発，c)くん

なかった．試料径が小さくなると，流体抵抗（圧力損失）

焼・燃え拡がり特性，さらに遷移した爆発特性の測定，
発，b)センサーによる異常発生の検出方法の開発，c)くん

が大きくなり，新鮮な空気が堆積層内を拡散流入できななかった．試料径が小さくなると，流体抵抗（圧力損失）d)災害事例の分析，爆風や飛しょう物による被害予測・焼・燃え拡がり特性，さらに遷移した爆発特性の測定，くなるためと考えられる．小径の木材ペレットや木質ペが大きくなり，新鮮な空気が堆積層内を拡散流入できな

トラブル対処の方法の提示，などに関する項目を調べる．
d)災害事例の分析，爆風や飛しょう物による被害予測・

レット（直径約 6 mm）の実験結果より，粉粒体の直径くなるためと考えられる．小径の木材ペレットや木質ペ

上述 a)～d)の項目をサブテーマ
1～3 とし，以下のようトラブル対処の方法の提示，などに関する項目を調べる．

5 mm 程度が堆積層内の燃え拡がり限界であると推測さ
レット（直径約6 mm）の実験結果より，粉粒体の直径に実施した．
上述a)～d)の項目をサブテーマ 1～3 とし，以下のようれた．
5mm 程度が堆積層内の燃え拡がり限界であると推測さ（サブテーマ 1）「粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性」に実施した．

PMMA ペレットの燃え拡がりでは，溶融の影響が大きれた．

試料の大きさ（5~50mm 程度までの粉～粒体） から（サブテーマ1）「粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性」

いことがわかった．堆積層内に均一の溶融膜（液相）をPMMA ペレットの燃え拡がりでは，溶融の影響が大き

実現象を検証できる最小堆積量を検討し，実験室で燃え試料の大きさ（5~50 mm 程度までの粉～粒体） から形成し，新鮮な空気の流れを遮断することで燃え拡がり
いことがわかった．堆積層内に均一の溶融膜（液相）を拡がり実験を行う．また，燃え拡がり速度は危険性評価
実現象を検証できる最小堆積量を検討し，実験室で燃えの挙動が変化する．これらのことから，堆積物の燃焼性形成し，新鮮な空気の流れを遮断することで燃え拡がり

上重要な指標となる．堆積層の熱伝達は燃え拡がり速度
拡がり実験を行う．また，燃え拡がり速度は危険性評価

状によって，仮に発火しても消えやすいものと逆に消えの挙動が変化する．これらのことから，堆積物の燃焼性に密接な関係があるため，実験と理論解析により，熱伝上重要な指標となる．堆積層の熱伝達は燃え拡がり速度ずに終え拡がりが長時間進行するものがあることがわ状によって，仮に発火しても消えやすいものと逆に消え達率などを求め，燃え拡がり速度を見積もる．
に密接な関係があるため，実験と理論解析により，熱伝かった．
ずに終え拡がりが長時間進行するものがあることがわ（サブテーマ 2） 「化学設備等の移行・トラブル対処
達率などを求め，燃え拡がり速度を見積もる．

かった．

作業における異常検出，モニタリング手法に関する研究（サブテーマ2） 「化学設備等の移行・トラブル対処開発」
作業における異常検出，モニタリング手法に関する研究
実際に発生した災害事例を参考として爆発・火災初期
開発」に発生するガス種・濃度などを調査する．併せてガス検実際に発生した災害事例を参考として爆発・火災初期
知器を中心として化学設備等で多用されているセンサーに発生するガス種・濃度などを調査する．併せてガス検を設置し，災害の進展（異常反応の開始，拡大）に伴う知器を中心として化学設備等で多用されているセンサー
センサーの挙動を確認する．これらの知見は，労働災害を設置し，災害の進展（異常反応の開始，拡大）に伴うの予測・防止に有効なセンサーの機種選択・設置位置のセンサーの挙動を確認する．これらの知見は，労働災害
安全ガイド作成に活用する．また 2 m3 程度のタンクをの予測・防止に有効なセンサーの機種選択・設置位置の使った実験を行い，有用性を検証する．
安全ガイド作成に活用する．また 2 m3 程度のタンクを（サブテーマ 3） 「化学設備等における爆発・火災等使った実験を行い，有用性を検証する．
の拡大防止策の提示」（サブテーマ3） 「化学設備等における爆発・火災等
発熱・発火防止策，発火した場合の対処方法，避難のの拡大防止策の提示」
ための時間と安全な距離，爆風や飛しょう物による被害
発熱・発火防止策，発火した場合の対処方法，避難の予測・対策などの検討，災害事例調査と本研究で得られための時間と安全な距離，爆風や飛しょう物による被害た知見をもとに総合的に考察し，拡大防止策としてまと予測・対策などの検討，災害事例調査と本研究で得られめる．リスクアセスメントに資する情報の提供，文献調た知見をもとに総合的に考察し，拡大防止策としてまと
査や現地調査を行い，解説記事を執筆し，研究所刊行物
める．リスクアセスメントに資する情報の提供，文献調（技術資料）にまとめる．また，災害情報を提示するツー
査や現地調査を行い，解説記事を執筆し，研究所刊行物
ルを提供する．さらに，SDS等で安全に運転するのに十（技術資料）にまとめる．また，
災害情報を提示するツー
分なデータを得ることが難しい化学物質について，発熱ルを提供する．さらに，SDS等で安全に運転するのに十性に関するデータを的確に測定する手法を開発する．
分なデータを得ることが難しい化学物質について，発熱性に関するデータを的確に測定する手法を開発する．
―――――――――――――――――――――――――
3 本研究の成果――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
3 本研究の成果（1）粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性―――――――――――――――――――――――――

図1

大豆堆積層の下方燃え拡がり実験の様子

図1

大豆堆積層の下方燃え拡がり実験の様子

2）堆積層の熱伝達率等の測定

堆積層（充てん層）における基本的な特性データの収2）堆積層の熱伝達率等の測定集を目的に，空隙率に対する有効熱伝導率（みかけの熱堆積層（充てん層）における基本的な特性データの収伝導率），比熱，通気性に影響する圧力損失を測定した．
集を目的に，空隙率に対する有効熱伝導率（みかけの熱
有効熱伝導率の測定は JIS A 1412，ISO 8301 などの規伝導率），比熱，通気性に影響する圧力損失を測定した．
格に準拠する定常法により行った．ペレット試料の寸法
有効熱伝導率の測定は JIS A 1412，ISO 8301 などの規を相当直径で整理した．測定の結果，有効熱伝導率は試格に準拠する定常法により行った．ペレット試料の寸法
料寸法とともに増加すること，みかけの比熱の試料寸法
を相当直径で整理した．測定の結果，有効熱伝導率は試への依存性は小さいことなどがわかった．
料寸法とともに増加すること，みかけの比熱の試料寸法への依存性は小さいことなどがわかった．
（2）化学設備等の移行・トラブル対処作業における異常検出，モニタリング手法に関する研究開発（2）
化学設備等の移行・トラブル対処作業における異常
1）貯槽等の化学設備における過去の事故事例の調査と検出，モニタリング手法に関する研究開発

1）
堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影響（1）粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性
堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影
1）
堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影響
響に関して，石こう固化による手法をRDF（ごみ固形化
堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影
燃料）に類似した燃焼性状を示す RPF（紙・プラスチッ
響に関して，石こう固化による手法をRDF（ごみ固形化

ク固化燃料）と，炭化物が生じにくく，くん焼しにくい燃料）に類似した燃焼性状を示す RPF（紙・プラスチッ
燃焼性状を有する PMMA（ポリメタクリル樹脂）ペレッ
ク固化燃料）と，炭化物が生じにくく，くん焼しにくい
トに適用し，下方燃え拡がりにおける燃焼帯の構造を調
燃焼性状を有する PMMA（ポリメタクリル樹脂）ペレッ
べた．
トに適用し，下方燃え拡がりにおける燃焼帯の構造を調大豆（約 6 mm）を使った燃え拡がり実験を行った結べた．
果，下方燃え拡がりでは有炎から無炎燃焼になり，くん
大豆（約 6 mm）を使った燃え拡がり実験を行った結焼の様式で燃え拡がるが途中で消えた（図 1）．上方燃
果，下方燃え拡がりでは有炎から無炎燃焼になり，くん
え拡がりでは底部の加熱部付近が昇温するが燃え拡がら焼の様式で燃え拡がるが途中で消えた（図 1）．上方燃
え拡がりでは底部の加熱部付近が昇温するが燃え拡がら

—38—

解析
1）貯槽等の化学設備における過去の事故事例の調査とWeb 調査によって入手した事故調査報告書，および当
解析研究所がWeb 公開している事故調査報告書について，
Web 調査によって入手した事故調査報告書，
および当モニタリング手法（貯槽等の温度等の計測および計測研究所がWeb 公開している事故調査報告書について，データの利用）について問題が認められる事例を収集し，モニタリング手法（貯槽等の温度等の計測および計測
事故の兆候について計測されたデータおよび，その後のデータの利用）について問題が認められる事例を収集し，トラブル対処作業について分類した．
事故の兆候について計測されたデータおよび，その後の
2）模擬検知試験装置での検知装置の調査・検討
トラブル対処作業について分類した．
サイロなどの貯蔵物のモデル物質として，燃焼特性が
2）模擬検知試験装置での検知装置の調査・検討
よく知られている天然素材である木材（ベイツガ）と合サイロなどの貯蔵物のモデル物質として，燃焼特性が成素材であるプラスチック（PMMA）を選び，くん焼ガよく知られている天然素材である木材（ベイツガ）と合スの分析を行った．有機材料から発生する有毒ガスの有成素材であるプラスチック（PMMA）を選び，くん焼ガスの分析を行った．有機材料から発生する有毒ガスの有トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究
トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究

無に関する既往の研究例を参考に，発生ガスの経時変化の内圧上昇による容器破裂で発生する爆風圧及び飛散物を分析し，以下の結果を得た．a)ベイツガ，PMMA 共に無に関する既往の研究例を参考に，発生ガスの経時変化の影響範囲である．可燃性ガスが放出する可能性があるの内圧上昇による容器破裂で発生する爆風圧及び飛散物

TG-DTA 分析結果である分解開始温度（約 280℃）を超を分析し，以下の結果を得た．a)ベイツガ，PMMA
共に容器周辺でトラブル対処を行う際，大きな開口部が生じの影響範囲である．可燃性ガスが放出する可能性がある

えた 300℃付近からガスの発生が認められた．b)二酸化
TG-DTA
分析結果である分解開始温度（約 280℃）を超る可能性がある場合は，被災防止のためにその容器から容器周辺でトラブル対処を行う際，大きな開口部が生じ

炭素，
一酸化炭素の他にベイツガではメタン，PMMA でえた
300℃付近からガスの発生が認められた．b)二酸化

ある程度離れることが望ましく，一酸化炭素が容器内でる可能性がある場合は，被災防止のためにその容器からはモノマー（MMA）の発生が確認された．c)加熱設定温炭素，
一酸化炭素の他にベイツガではメタン，PMMA で発生している可能性があり，開口部が想定される場合は，ある程度離れることが望ましく，一酸化炭素が容器内で度の上昇と共に，ガスの発生量が増えた．d)雰囲気ガス
はモノマー（MMA）の発生が確認された．c)加熱設定温

その開口部が小さくても，容器から相当の距離を確保す
発生している可能性があり，開口部が想定される場合は，を窒素に換えた実験結果との比較で，発生したガスが空度の上昇と共に，ガスの発生量が増えた．d)雰囲気ガス

るか，呼吸用保護具を着用すべきであると考えられた．
その開口部が小さくても，容器から相当の距離を確保す

気により酸化されていることが確認された．
を窒素に換えた実験結果との比較で，発生したガスが空開口部から噴き出す火炎による被災を防止するためにるか，呼吸用保護具を着用すべきであると考えられた．

3）ガスセンサーによる応答性・測定
気により酸化されていることが確認された．

は，開口部が生じる可能性がある箇所から一定の距離を
開口部から噴き出す火炎による被災を防止するために

FTIR による熱分解ガス評価実験結果に基づき，市販
3）ガスセンサーによる応答性・測定確保するか，耐火・耐熱性を有した作業服を着用するこは，開口部が生じる可能性がある箇所から一定の距離をのFTIR
8 種類のガスセンサーを用い，応答特性と出力についによる熱分解ガス評価実験結果に基づき，市販とが望ましいと考えられた．貯槽等の破裂等で発生する確保するか，耐火・耐熱性を有した作業服を着用するこて実験を行った．空気の汚れセンサー，水素センサー，の
8 種類のガスセンサーを用い，応答特性と出力につい一次破片は人体に対して危険となる十分大きい運動エネとが望ましいと考えられた．貯槽等の破裂等で発生する一酸化炭素センサー，メタンセンサー，有機溶剤センサーて実験を行った．空気の汚れセンサー，水素センサー，

ルギーを有しており，貯槽等の内圧が上昇している恐れ
一次破片は人体に対して危険となる十分大きい運動エネ

では試料の分解開始温度から明確な反応を示すが，分解一酸化炭素センサー，
メタンセンサー，有機溶剤センサーがある際には，みだりにその周辺に近寄ってはならない
ルギーを有しており，貯槽等の内圧が上昇している恐れ

開始温度より 30〜50℃程度低い温度でもわずかに反応
では試料の分解開始温度から明確な反応を示すが，分解と考えられた．計算結果の例として，図 3 に物質が連続がある際には，みだりにその周辺に近寄ってはならないを示すことが分かった．
開始温度より30〜50℃程度低い温度でもわずかに反応と考えられた．計算結果の例として，図 3 に物質が連続

このほか，熱面に置いた試料（26 種類）から発生するを示すことが分かった．

103

ガスの検知の有無を調べた．そして，いくつかの試料に
このほか，熱面に置いた試料（26 種類）から発生する

103

距離(m)
距離(m)

のガスセンサーの検知性能を確認した．規模が大きくなついて，一定高さで堆積させた，くん焼で燃え拡がる際
ると，試料の貯蔵中に実際に自然発火の危険性が高まるのガスセンサーの検知性能を確認した．規模が大きくなため，不燃性の試料として大粒の玉砂利を使い，模擬的ると，試料の貯蔵中に実際に自然発火の危険性が高まるにくん焼で生じるガスを流し，ガス検知性を調べた．図ため，不燃性の試料として大粒の玉砂利を使い，模擬的

水素LEL
水素 1/2LEL
LEL
1/2LEL

ついて，一定高さで堆積させた，くん焼で燃え拡がる際
ガスの検知の有無を調べた．そして，いくつかの試料に

102
102

2 に実験に用いた小型タンクの外観を示す．
にくん焼で生じるガスを流し，ガス検知性を調べた．図2 に実験に用いた小型タンクの外観を示す．

10-3
10-3

10-2

10-1

100

101

10-2

漏洩速度(kg/s)
-1

100

101

10-1
100
漏洩速度(kg/s)
10-2
10-1
100
漏洩速度(kg/s)

101

10

漏洩速度(kg/s)
103

距離(m)
距離(m)

103

メタン
LEL
メタン1/2LEL
LEL
1/2LEL

102
102

10-3
10-3

10-2

101

103
103

距離(m)
距離(m)

図2 実験に用いた小型タンクの外観（高さ3.2m，円筒部長さ2.5m×直径1.0m）
図2 実験に用いた小型タンクの外観（高さ3.2m，円筒部長さ2.5m×直径1.0m）（3）化学設備等における爆発・火災等の拡大防止策の提示
1）トラブル対処作業時に発生する爆発・火災等による（3）化学設備等における爆発・火災等の拡大防止策の提示

プロパン
LEL
プロパン
1/2LELLEL
1/2LEL

102
102

被災防止のための影響範囲の検討
1）トラブル対処作業時に発生する爆発・火災等による貯槽等の化学設備で発生した爆発・火災災害に着目し，被災防止のための影響範囲の検討

10-3

災害事例を参考にしたシナリオでの爆発・火災等の影響
貯槽等の化学設備で発生した爆発・火災災害に着目し，

10-3

10-2

10-1

100

101

10-2

漏洩速度(kg/s)
-1

100

101

10

範囲を評価した．評価した項目は可燃性物質及び毒性物
災害事例を参考にしたシナリオでの爆発・火災等の影響

図3

漏洩速度(kg/s)
物質の放出速度（連続放出を仮定したとき）とLEL,

質の拡散範囲，開口部からの火炎の到達距離，貯槽等で範囲を評価した．評価した項目は可燃性物質及び毒性物

図31/2LELに達する距離との関係物質の放出速度（連続放出を仮定したとき）とLEL,

質の拡散範囲，開口部からの火炎の到達距離，貯槽等で—39—

1/2LELに達する距離との関係

労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)
労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)

放出したと仮定した際の放出速度と LEL（爆発下限界）
及び1/2LEL の濃度に達する距離との関係を示す．
発，b)センサーによる異常発生の検出方法の開発，
c)くんなかった．試料径が小さくなると，流体抵抗（圧力損失）

2）
貯槽等で発生した爆発・火災における原因物質の物性
焼・燃え拡がり特性，さらに遷移した爆発特性の測定，が大きくなり，新鮮な空気が堆積層内を拡散流入できな等と被害・周辺影響についての検討d)災害事例の分析，爆風や飛しょう物による被害予測・くなるためと考えられる．小径の木材ペレットや木質ペ

災害の原因物質の物性及び生じた現象と被害状況を文
トラブル対処の方法の提示，などに関する項目を調べる．

レット（直径約 6 mm）の実験結果より，粉粒体の直径

献により調査し，関係の有無を検討した．また，粉じん
上述 a)～d)の項目をサブテーマ 1～3 とし，以下のよう

5 mm 程度が堆積層内の燃え拡がり限界であると推測さ爆発については，
爆発の激しさ KSt と爆発等級 St クラスに実施した．

れた．

に対する爆発の影響について，爆発火災データベースや（サブテーマ 1）「粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性」

PMMA ペレットの燃え拡がりでは，溶融の影響が大き

過去の災害調査をもとに調査し，爆発拡大の要因を検討
試料の大きさ（5~50 mm 程度までの粉～粒体） からいことがわかった．堆積層内に均一の溶融膜（液相）をした．その結果，物質の引火点や融点が低いほど事例件
実現象を検証できる最小堆積量を検討し，実験室で燃え形成し，新鮮な空気の流れを遮断することで燃え拡がり

数及び死傷者数が多くなる傾向を示した．また，暴走反拡がり実験を行う．また，燃え拡がり速度は危険性評価の挙動が変化する．これらのことから，堆積物の燃焼性

応等の意図しない反応による爆発で死傷者数が最も多上重要な指標となる．堆積層の熱伝達は燃え拡がり速度状によって，仮に発火しても消えやすいものと逆に消えかった一方，可燃物が原因となる爆発では被害範囲が装に密接な関係があるため，実験と理論解析により，熱伝ずに終え拡がりが長時間進行するものがあることがわ

置内・周辺にとどまっても死傷者数が多くなる事例が見達率などを求め，燃え拡がり速度を見積もる．

かった．

られた．
粉じん爆発については，
粉体の St クラスが大き（サブテーマ2） 「化学設備等の移行・トラブル対処

図4 バッチ操作の事象の進展

いと，事例1 件当たりの死傷者数，死亡者数が大きかっ作業における異常検出，モニタリング手法に関する研究
た一方，危険等級が小さい粉体による爆発でも，死傷者
開発」
数が多い事例が見られた．
実際に発生した災害事例を参考として爆発・火災初期
3）発熱性に関するデータ（比熱・熱流束）を的確に測定に発生するガス種・濃度などを調査する．併せてガス検するための装置等の試作
知器を中心として化学設備等で多用されているセンサー
多段伝熱を想定した伝熱遅れ補正に対応可能な式と時を設置し，災害の進展（異常反応の開始，拡大）に伴う定数の最適値の推定が可能な計算式を用いた伝熱遅れ補センサーの挙動を確認する．これらの知見は，労働災害正法を提案し,実際に高度な伝熱遅れ補正が実施できるの予測・防止に有効なセンサーの機種選択・設置位置のことを確認した．水酸化ナトリウムの溶解熱の発熱速度
安全ガイド作成に活用する．また 2 m3 程度のタンクをについて,実際に伝熱遅れ補正法を適用したところ, 多使った実験を行い，有用性を検証する．
段伝熱を考慮しない伝熱遅れ補正後の最大発熱速度は,（サブテーマ 3） 「化学設備等における爆発・火災等
多段伝熱遅れ補正後の最大発熱速度に対して小さく,多の拡大防止策の提示」
段伝熱を考慮しない場合危険性を過小評価する恐れがあ
発熱・発火防止策，発火した場合の対処方法，避難のると分かった．本研究で提案した手法によって,労働現ための時間と安全な距離，爆風や飛しょう物による被害場において,より精度が高く危険性の過小評価の恐れが予測・対策などの検討，災害事例調査と本研究で得られ小さい発熱反応の危険性の調査が可能になると考えられた知見をもとに総合的に考察し，拡大防止策としてまとる.
また, 伝熱遅れ補正式とそのために時定数算出法にめる．リスクアセスメントに資する情報の提供，文献調
ついて情報を整理し,また広く普及している計算ソフト
査や現地調査を行い，解説記事を執筆し，研究所刊行物
ウェアで実行可能な最小値計算プログラムによる機械的（技術資料）にまとめる．また，災害情報を提示するツーな算出法を提供することで,ルを提供する．さらに，SDS 反応熱量計による危険性の等で安全に運転するのに十調査の新規導入の障壁が軽減されることが期待される．
分なデータを得ることが難しい化学物質について，発熱4）
各種試験装置による発火温度の測定，発火温度の的確性に関するデータを的確に測定する手法を開発する．
な評価手法の検討―――――――――――――――――――――――――
貯槽等の貯蔵施設での蓄熱発火に関する危険性評価手
3 本研究の成果
法の中から，断熱型の自然発火試験装置（SIT
特型，以―――――――――――――――――――――――――
下「SIT」とする）による発火温度測定，グレーバ炉を使っ（1）粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性
た昇温過程での発火測定を行った．
1）堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影響
SITによる測定では，石松子においては初期温度が 89
堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影～98℃の間，ベイツガについては 175～185℃の間，
大豆
響に関して，石こう固化による手法をRDF（ごみ固形化
粉については60～70℃の間，小麦フスマについては
120
燃料）に類似した燃焼性状を示す
RPF（紙・プラスチッ～130℃の間，RPF
破砕物については 130～140℃の間
ク固化燃料）と，炭化物が生じにくく，くん焼しにくいで発火した．この中で，大豆粉については，低い初期温
燃焼性状を有する PMMA（ポリメタクリル樹脂）ペレッ
度でも短い誘導時間で発火に至る場合，逆に高い初期温トに適用し，下方燃え拡がりにおける燃焼帯の構造を調度であっても長い誘導時間で発火に至る場合が見られ
べた．
た．グレーバ炉による発火温度はベイツガ<75μmにつ大豆（約 6 mm）を使った燃え拡がり実験を行った結
いては278℃程度で発熱して発火し，SIT のそれに比べ果，下方燃え拡がりでは有炎から無炎燃焼になり，くんて発火温度が熱気流の影響を受けることがわかった．
焼の様式で燃え拡がるが途中で消えた（図 1）．上方燃
え拡がりでは底部の加熱部付近が昇温するが燃え拡がら

—40—

図1

大豆堆積層の下方燃え拡がり実験の様子

2）堆積層の熱伝達率等の測定

図 5 緊急操作の事象の進展
堆積層（充てん層）における基本的な特性データの収集を目的に，空隙率に対する有効熱伝導率（みかけの熱
5）基本情報データベースの構築とデータ分析伝導率），比熱，通気性に影響する圧力損失を測定した．
安衛研の爆発火災データベースを用い，どのような工
有効熱伝導率の測定は JIS A 1412，ISO 8301 などの規程の時に事故が発生しているか，さらにその際の事故の格に準拠する定常法により行った．ペレット試料の寸法事象の進展がどのようあるかの分析を行った．図 4 と 5を相当直径で整理した．測定の結果，有効熱伝導率は試に分析結果を示す．バッチ操作では反応が引き金で，多料寸法とともに増加すること，みかけの比熱の試料寸法
段の進展がみられる．緊急操作では，主事象の件数につへの依存性は小さいことなどがわかった．
いて見ると，「ガス爆発」「反応爆発」がやや多いが，「火災」「爆発」「破裂」も起きており多様である．主（2）化学設備等の移行・トラブル対処作業における異常事象に至る要因は，「反応」のうち 4 件が「破裂」に進
検出，モニタリング手法に関する研究開発
展した．さらにガス爆発 2 件，爆発 1 件，水蒸気爆発 11）貯槽等の化学設備における過去の事故事例の調査と件に進展し，大きな事故になっている．主事象の進展に解析
ついては，ガス爆発と爆発からそれぞれ 9 件が火災に進Web 調査によって入手した事故調査報告書，および当展した．また火災 11 件のうちの 4 件が 2 次火災や粉じ研究所が Web 公開している事故調査報告書について，
ん爆発やガス爆発に進展した．さらに 2 次のガス爆発 4
モニタリング手法（貯槽等の温度等の計測および計測件のうち 3 件で火災に進展しており，連続運転やバッチ
データの利用）について問題が認められる事例を収集し，操作よりも，事象が多重に連鎖する確率が高い結果と事故の兆候について計測されたデータおよび，その後のなっている．
トラブル対処作業について分類した．
2）模擬検知試験装置での検知装置の調査・検討―――――――――――――――――――――――――
サイロなどの貯蔵物のモデル物質として，燃焼特性が4 今後の展開―――――――――――――――――――――――――
よく知られている天然素材である木材（ベイツガ）と合
本報告書は，各研究サブテーマにおいて実施した成果
成素材であるプラスチック（PMMA）を選び，くん焼ガを取りまとめたものである．その研究成果を参考に，トスの分析を行った．有機材料から発生する有毒ガスの有トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究
トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究

ラブル対処時に進展する事象を整理し，装着する保護具
無に関する既往の研究例を参考に，発生ガスの経時変化など活用しやすい安全ガイド（SG）を作成し，今年度中の内圧上昇による容器破裂で発生する爆風圧及び飛散物を分析し，以下の結果を得た．a)ベイツガ，PMMA 共にに公表する予定である．
TG-DTA 分析結果である分解開始温度（約 280℃）を超の影響範囲である．可燃性ガスが放出する可能性がある

えた 300℃付近からガスの発生が認められた．b)二酸化
参 考 文 献炭素，
一酸化炭素の他にベイツガではメタン，PMMA で
1）
産業安全研究所．ごみ固形化燃料(RDF)の爆発・火災の危る可能性がある場合は，被災防止のためにその容器から険性と安全な取扱いについて．
安全ガイド NIIS-SG-No.3．
はモノマー（MMA）の発生が確認された．c)加熱設定温発生している可能性があり，開口部が想定される場合は，2004．
度の上昇と共に，ガスの発生量が増えた．d)雰囲気ガス
2）
内閣官房，総務省消防庁，厚生労働省，経済産業省．石油を窒素に換えた実験結果との比較で，発生したガスが空

その開口部が小さくても，容器から相当の距離を確保すコンビナート等における災害防止対策検討関係省庁連絡
気により酸化されていることが確認された．

開口部から噴き出す火炎による被災を防止するために会議報告書．2014．
3）ガスセンサーによる応答性・測定

は，開口部が生じる可能性がある箇所から一定の距離を3）
中央労働災害防止協会編．
化学設備等における非定常作業
FTIR
による熱分解ガス評価実験結果に基づき，市販の安全 -「化学設備の非定常作業における安全衛生対策のの 8 種類のガスセンサーを用い，応答特性と出力についためのガイドライン」の見直しに関する調査研究報告書 -．
て実験を行った．空気の汚れセンサー，水素センサー，2015．

容器周辺でトラブル対処を行う際，大きな開口部が生じある程度離れることが望ましく，一酸化炭素が容器内でるか，呼吸用保護具を着用すべきであると考えられた．

確保するか，耐火・耐熱性を有した作業服を着用することが望ましいと考えられた．貯槽等の破裂等で発生する一次破片は人体に対して危険となる十分大きい運動エネ

一酸化炭素センサー，メタンセンサー，有機溶剤センサー

ルギーを有しており，貯槽等の内圧が上昇している恐れ

では試料の分解開始温度から明確な反応を示すが，分解がある際には，みだりにその周辺に近寄ってはならない

開始温度より 30〜50℃程度低い温度でもわずかに反応と考えられた．計算結果の例として，図 3 に物質が連続を示すことが分かった．
このほか，熱面に置いた試料（26 種類）から発生する

103

ガスの検知の有無を調べた．そして，いくつかの試料に水素
LEL
1/2LEL

ついて，一定高さで堆積させた，くん焼で燃え拡がる際距離(m)のガスセンサーの検知性能を確認した．規模が大きくなると，試料の貯蔵中に実際に自然発火の危険性が高まる
ため，不燃性の試料として大粒の玉砂利を使い，模擬的

102にくん焼で生じるガスを流し，ガス検知性を調べた．図2 に実験に用いた小型タンクの外観を示す．
10-3

10-2

10-1

100

101

10-1
100
漏洩速度(kg/s)

101

漏洩速度(kg/s)

103

距離(m)

メタン
LEL
1/2LEL

102

10-3

10-2

103

プロパン
LEL
1/2LEL
距離(m)

図2 実験に用いた小型タンクの外観（高さ3.2m，円筒部長さ2.5m×直径1.0m）

102（3）化学設備等における爆発・火災等の拡大防止策の提示
1）トラブル対処作業時に発生する爆発・火災等による被災防止のための影響範囲の検討
貯槽等の化学設備で発生した爆発・火災災害に着目し，10-3質の拡散範囲，開口部からの火炎の到達距離，貯槽等で

—41—

10-1

100

101

漏洩速度(kg/s)

災害事例を参考にしたシナリオでの爆発・火災等の影響範囲を評価した．評価した項目は可燃性物質及び毒性物

10-2

図3

物質の放出速度（連続放出を仮定したとき）とLEL,
1/2LELに達する距離との関係

労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)
労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)

研究業績リスト発，b)センサーによる異常発生の検出方法の開発，c)くん

なかった．試料径が小さくなると，流体抵抗（圧力損失）が大きくなり，新鮮な空気が堆積層内を拡散流入できな
焼・燃え拡がり特性，さらに遷移した爆発特性の測定，
課題名：トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究
d)災害事例の分析，爆風や飛しょう物による被害予測・
平成30年度（2018年）

くなるためと考えられる．小径の木材ペレットや木質ペレット（直径約 6 mm）の実験結果より，粉粒体の直径
トラブル対処の方法の提示，などに関する項目を調べる．
八島正明(2018)
日本火災学会編 火災便覧（第4版）（分担執筆）.共立出版，pp.230-233，
著書・単行本1
5 mm 程度が堆積層内の燃え拡がり限界であると推測さ
上述 a)～d)の項目をサブテーマ
1～3 とし，以下のよう
pp.441-446，pp.1261-1262，pp.1403-1450，pp.1466-1539.
れた． 粉じんの怖さ：安全編 粉じんによる爆発･火災に実施した．
八島正明（2018）【特集】知ってますか?!
総説ほか
2
PMMA ペレットの燃え拡がりでは，溶融の影響が大き（サブテーマ 1）「粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性」の防止.安全衛生のひろば，中央労働災害防止協会，59(10)pp. 19-21.

いことがわかった．堆積層内に均一の溶融膜（液相）を
試料の大きさ（5~50 mm程度までの粉～粒体）
から
八島正明(2018)
RPF，PMMAペレット堆積層内の燃え拡がり―石こう固化による層内部の
国内学術集会
3
形成し，新鮮な空気の流れを遮断することで燃え拡がり
実現象を検証できる最小堆積量を検討し，実験室で燃え観察－，第51回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.129-130.
の挙動が変化する．これらのことから，堆積物の燃焼性
拡がり実験を行う．また，燃え拡がり速度は危険性評価
その他の専門水谷高彰(2018) 測定士のための学び舎(31)シリーズ12 化学物質の爆発火災リスクアセスメ
4状によって，仮に発火しても消えやすいものと逆に消え
上重要な指標となる．堆積層の熱伝達は燃え拡がり速度
家向け出版物ントの基礎(1). 作業環境, Vol. 39, No. 2, pp. 60 - 63.（公社）日本作業環境測定協会.
ずに終え拡がりが長時間進行するものがあることがわに密接な関係があるため，実験と理論解析により，熱伝その他の専門水谷高彰(2018) 測定士のための学び舎(32)
シリーズ13 化学物質の爆発火災リスクアセスメ
5かった．
達率などを求め，燃え拡がり速度を見積もる．
家向け出版物ントの基礎(2). 作業環境, Vol. 39, No. 3, pp. 39 - 44.（公社）日本作業環境測定協会.
（サブテーマ2） 「化学設備等の移行・トラブル対処
その他の専門水谷高彰(2018) 測定士のための学び舎(33) シリーズ14 化学物質の爆発火災リスクアセスメ
6
作業における異常検出，モニタリング手法に関する研究
ントの基礎(3). 作業環境, Vol. 39, No. 4, pp. 47 - 52.（公社）日本作業環境測定協会.
家向け出版物開発」
水谷高彰，斎藤寛泰(2018) バイオマスから発生するシンガスの爆発燃焼特性．第51回安全工国内学術集会7
実際に発生した災害事例を参考として爆発・火災初期学研究発表会講演予稿集, pp.169-170.
に発生するガス種・濃度などを調査する．併せてガス検
八島正明，佐藤嘉彦(2018) 貯槽等のトラブル対処中に爆発や火災に進展した事例．安全工学
国内学術集会
8
知器を中心として化学設備等で多用されているセンサー
シンポジウム2018講演予稿集，pp.440-443.
を設置し，災害の進展（異常反応の開始，拡大）に伴う八島正明(2018) 国内外の爆発圧力放散ベントの規格・ガイドラインの比較検討．安全工学シ
国内学術集会9
センサーの挙動を確認する．これらの知見は，労働災害
ンポジウム2018講演予稿集，pp.320-323.
の予測・防止に有効なセンサーの機種選択・設置位置の
佐藤嘉彦(2018) 官能基の種類による有機物-硝酸反応の挙動変化. 火薬学会2018年度春季研国内学術集会10
安全ガイド作成に活用する．また
2 m3 程度のタンクを究発表会講演要旨集,
pp. 149-150.
使った実験を行い，有用性を検証する．
岡田賢，佐藤嘉彦，伊賀祐人，奥田晃彦，秋吉美也子，松永猛裕(2018) 金属薄膜－硝酸反応（サブテーマ 3） 「化学設備等における爆発・火災等
国内学術集会の爆発危険性評価（１）類似事故の調査とグラムスケール加熱試験．第51回安全工学研究発表
11
図1 大豆堆積層の下方燃え拡がり実験の様子の拡大防止策の提示」 会講演予稿集，pp.211-212.
発熱・発火防止策，発火した場合の対処方法，避難の佐藤嘉彦，岡田賢，秋吉美也子，松永猛裕，伊賀祐人，奥田晃彦(2018)
金属薄膜－硝酸反応
2）堆積層の熱伝達率等の測定ための時間と安全な距離，爆風や飛しょう物による被害
国内学術集会の爆発危険性評価（２）熱分析およびSEM分析．第51回安全工学研究発表会講演予稿集，
12
堆積層（充てん層）における基本的な特性データの収予測・対策などの検討，災害事例調査と本研究で得られpp.213-214.
集を目的に，空隙率に対する有効熱伝導率（みかけの熱た知見をもとに総合的に考察し，拡大防止策としてまと
八島正明(2018) 貯槽等における爆発・火災の予測と防止—トラブル対処作業に関連して—．
伝導率），比熱，通気性に影響する圧力損失を測定した．
その他
13
める．リスクアセスメントに資する情報の提供，文献調
平成30年度安全衛生技術講演会（東京・9月25日，大阪・10月2日）
有効熱伝導率の測定は JIS A 1412，ISO 8301 などの規査や現地調査を行い，解説記事を執筆し，研究所刊行物
令和元年度（2019年）
格に準拠する定常法により行った．ペレット試料の寸法（技術資料）にまとめる．また，災害情報を提示するツー
八島正明(2019) (一社)日本粉体工業技術協会
粉じん爆発委員会編粉じん爆発･粉体火災のを相当直径で整理した．測定の結果，有効熱伝導率は試
著書・単行本1
ルを提供する．さらに，SDS等で安全に運転するのに十安全対策（分担執筆）.オーム社，pp.3-25，49-57，174-183，196-199，292-296，324-333.
料寸法とともに増加すること，みかけの比熱の試料寸法
分なデータを得ることが難しい化学物質について，発熱への依存性は小さいことなどがわかった．
総説ほか
八島正明(2019) 粉じん爆発・火災とその防止策.エアロゾル研究，34(3)，pp.
159-166.
2
性に関するデータを的確に測定する手法を開発する．
八島正明(2019) 産業現場における爆発・火災に関する一連の研究.火災，Vol.69，No.4，pp.3総説ほか
3（2）化学設備等の移行・トラブル対処作業における異常6.
―――――――――――――――――――――――――
検出，モニタリング手法に関する研究開発
3 本研究の成果
八島正明(2019) マグネシウム小片の燃焼性に及ぼす着火源の影響.第136回春期大会講演概国内学術集会
4―――――――――――――――――――――――――
1）貯槽等の化学設備における過去の事故事例の調査と要集，軽金属学会，pp.415-416.
（1）粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性
解析
八島正明(2019) 水酸化マグネシウムを添加したマグネシウム粉体層に沿った燃え拡がり.火1）5堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影響
国内学術集会
Web 調査によって入手した事故調査報告書，および当薬学会 2019年度春季研究発表会講演要旨集，pp.102-105.
堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影研究所がWeb 公開している事故調査報告書について，
西川慎太郎，熊崎美枝子，大塚輝人，白川真一，出雲充生(2019)，機械学習を用いたホットス
響に関して，石こう固化による手法をRDF（ごみ固形化
国内学術集会6
モニタリング手法（貯槽等の温度等の計測および計測
ポット予測手法の検討.安全工学シンポジウム2019講演予稿集，pp.332-333.
燃料）に類似した燃焼性状を示す RPF（紙・プラスチッ
データの利用）について問題が認められる事例を収集し，八島正明(2019) 粉じん雲中を対向伝ぱする火炎の挙動.第57回燃焼シンポジウム講演論文集
ク固化燃料）と，炭化物が生じにくく，くん焼しにくい
国内学術集会7
事故の兆候について計測されたデータおよび，その後の，pp.P214-1 - P214-2.
燃焼性状を有する PMMA（ポリメタクリル樹脂）ペレッ
トラブル対処作業について分類した．
八島正明，大塚輝人(2019) 水素化マグネシウム粉じんの爆発・火災特性について.第52回安全トに適用し，下方燃え拡がりにおける燃焼帯の構造を調
国内学術集会82）模擬検知試験装置での検知装置の調査・検討
工学研究発表会講演予稿集，pp.163-166.
べた．
サイロなどの貯蔵物のモデル物質として，燃焼特性が八島正明（2019）粉体層の燃え拡がり時に発生するガス蒸気の着火性.第52回安全工学研究発
大豆（約6 mm）を使った燃え拡がり実験を行った結
国内学術集会9
よく知られている天然素材である木材（ベイツガ）と合
表会講演予稿集，pp.203-206.
果，下方燃え拡がりでは有炎から無炎燃焼になり，くん
成素材であるプラスチック（PMMA）を選び，くん焼ガ
焼の様式で燃え拡がるが途中で消えた（図 1）．上方燃スの分析を行った．有機材料から発生する有毒ガスの有え拡がりでは底部の加熱部付近が昇温するが燃え拡がら—42—

トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究
トラブル対処作業における爆発・火災の予測と防止に関する研究

西川慎太郎,熊崎美枝子,白川真一,三角隆太,今井俊之介,大塚輝人(2019)，CFDデータを利用し国内学術集会10の内圧上昇による容器破裂で発生する爆風圧及び飛散物
無に関する既往の研究例を参考に，発生ガスの経時変化た機械学習による早期異常検知手法の検討.第52回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.59-60.
の影響範囲である．可燃性ガスが放出する可能性があるを分析し，以下の結果を得た．a)ベイツガ，PMMA
共に
八島正明(2019) 先端産業における粉じん爆発危険性と安全対策，粉体工業展大阪2019，粉じその他
11
容器周辺でトラブル対処を行う際，大きな開口部が生じ
TG-DTA 分析結果である分解開始温度（約280℃）を超ん爆発情報セミナー（10月16日，大阪）

距離(m)

る可能性がある場合は，被災防止のためにその容器からえた 300℃付近からガスの発生が認められた．b)二酸化
水谷高彰，八島正明(2019) 産業現場での爆発・火災におけるモニタリング方法の問題点につ
国内学術集会12
ある程度離れることが望ましく，一酸化炭素が容器内で炭素，一酸化炭素の他にベイツガではメタン，
PMMA でいて．安全工学シンポジウム2019講演予稿集,
pp.334-335.
開口部が想定される場合は，はモノマー（MMA）の発生が確認された．c)加熱設定温
水谷高彰，斎藤寛泰，八島正明(2019)発生している可能性があり，木材等有機物の爆発・火災初期におけるからガス発生
国内学術集会13
その開口部が小さくても，容器から相当の距離を確保す
度の上昇と共に，ガスの発生量が増えた．d)雰囲気ガス
特性．第52回安全工学研究発表会講演予稿集, pp.199-202.
るか，呼吸用保護具を着用すべきであると考えられた．
を窒素に換えた実験結果との比較で，発生したガスが空
八島正明(2019) 粉体を扱う貯槽等での火災の検知.産業・化学機械と安全部門
研究発表講演
国内学術集会14
開口部から噴き出す火炎による被災を防止するために気により酸化されていることが確認された．
会2019冬－安全・安心な産業・化学機械システムの構築－.日本機械学会，pp.10-14.
は，開口部が生じる可能性がある箇所から一定の距離を
3）ガスセンサーによる応答性・測定
八島正明(2019) 貯槽等における爆発・火災の予測と防止－トラブル対処作業に関連して－．
総説ほか
15確保するか，耐火・耐熱性を有した作業服を着用するこFTIR による熱分解ガス評価実験結果に基づき，市販
労働安全衛生研究，12(1)，pp. 67-71．
とが望ましいと考えられた．貯槽等の破裂等で発生するの 8 種類のガスセンサーを用い，応答特性と出力につい板垣晴彦(2019) 爆発火災事例についての重篤度と発生率の分析.
第52回安全工学研究発表会
国内学術集会16
一次破片は人体に対して危険となる十分大きい運動エネて実験を行った．空気の汚れセンサー，水素センサー，
講演予稿集, pp.159-162.
ルギーを有しており，貯槽等の内圧が上昇している恐れ
一酸化炭素センサー，メタンセンサー，有機溶剤センサー
八島正明(2019) 粉じん爆発における被害・周辺影響について.第52回安全工学研究発表会講国内学術集会17がある際には，みだりにその周辺に近寄ってはならない
では試料の分解開始温度から明確な反応を示すが，分解演予稿集，pp.187-190.
と考えられた．計算結果の例として，図 3 に物質が連続
開始温度より 30〜50℃程度低い温度でもわずかに反応
佐藤嘉彦(2019) 貯槽等で発生した爆発・火災における原因物質・現象と被害状況との関係の国内学術集会18を示すことが分かった．
調査.第52回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.3-4.
103
このほか，熱面に置いた試料（26 種類）から発生する
佐藤嘉彦(2019) 事故事例からの復帰不能時間（TNR）の試算.安全工学シンポジウム2019講
国内学術集会19
ガスの検知の有無を調べた．そして，いくつかの試料に水素
演予稿集，pp.328-329.
LEL
ついて，一定高さで堆積させた，くん焼で燃え拡がる際
1/2LEL大塚輝人，佐藤嘉彦(2019) 熱流束測定時の伝熱遅れの補正法.安全工学シンポジウム2019講
国内学術集会20のガスセンサーの検知性能を確認した．規模が大きくな
演予稿集，pp. 336-337.
ると，試料の貯蔵中に実際に自然発火の危険性が高まる
令和2年度（2020年）
102
ため，不燃性の試料として大粒の玉砂利を使い，模擬的
八島正明(2020) 水素化マグネシウム粉じんの着火危険性.火薬学会 2020年度秋季研究発表
国内学術集会にくん焼で生じるガスを流し，ガス検知性を調べた．図1
会講演要旨集，pp.65-68.
2 に実験に用いた小型タンクの外観を示す．
八島正明(2020) 木球堆積層内の燃え拡がり.第53回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.37国内学術集会
2
38.
10-3
10-2
10-1
100
101
3

国内学術集会漏洩速度(kg/s)
西川慎太郎,熊崎美枝子,白川真一,三角隆太，大塚輝人(2020) CFDデータを利用した機械学習

による早期異常検知手法の検討. 第53回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.65-66.
103

4

国内学術集会水谷高彰，斎藤寛泰(2020) 木材等有機物の爆発・火災初期における発生ガスのガスセンサ応
メタン
答特性．第53回安全工学研究発表会講演予稿集, pp.141-144.

LEL

1/2LEL
八島正明(2020) 粉体貯蔵設備での火災の検知-昇温・発火の際に発生するガスの検知-．第535

国内学術集会6

その他の専門八島正明（2020） 産業現場の粉じんの爆発と火災について，セイフティエンジニアリング（
2

家向け出版物SE），No.201，pp.15-20.

7

国内学術集会

8

国内学術集会

9

国内学術集会

10

国内学術集会距離(m)回安全工学研究発表会講演予稿集, pp.149-152.
10

佐藤嘉彦(2020) 貯槽等で発生した爆発・火災における原因物質の物性等と被害状況との関係.第53回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.139-140.
八島正明，佐藤嘉彦(2020) 自然発火試験装置等による可燃性粉体の発火温度測定.
第53回安
10-3
10-2
10-1
100
101
漏洩速度(kg/s)

全工学研究発表会講演予稿集，pp.47-50.

板垣晴彦(2020) 化学プロセス産業で発生した爆発火災事例の工程に着目した分析. 第53回安
全工学研究発表会講演予稿集, pp.115-116.

103

プロパン
板垣晴彦(2020) 化学プロセス産業における爆発火災の発生状況の分析.
安全工学シンポジウ
LEL

ム2020講演予稿集, pp. 166-167.

1/2LEL
距離(m)

図2 実験に用いた小型タンクの外観
令和3年度（2021年）（高さ3.2m，円筒部長さ2.5m×直径1.0m）

八島正明（2021）可燃性粒体・ペレット充てん層の有効熱伝導率測定.第54回安全工学研究発
102
国内学術集会
1
表会講演予稿集，pp.113-114.
（3）化学設備等における爆発・火災等の拡大防止策の提示
八島正明（2021）ケイ素粉の爆発・火災の危険性.第54回安全工学研究発表会講演予稿集，
1）トラブル対処作業時に発生する爆発・火災等による国内学術集会2
pp.135-136.
被災防止のための影響範囲の検討
一條大介，金澤孝希，大塚輝人，斎藤寛(2021)
光学センサーを用いた細孔金網による爆轟波
貯槽等の化学設備で発生した爆発・火災災害に着目し，
10-3
10-2
10-1
100
101
国内学術集会3
漏洩速度(kg/s)
減衰の観測.第59回燃焼シンポジウム講演論文集，pp.ROMBUNNO.P120
災害事例を参考にしたシナリオでの爆発・火災等の影響範囲を評価した．評価した項目は可燃性物質及び毒性物
質の拡散範囲，開口部からの火炎の到達距離，貯槽等で

—43—

図3

物質の放出速度（連続放出を仮定したとき）とLEL,
1/2LELに達する距離との関係

労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)
労働安全衛生総合研究所特別研究報告 JNIOSH-SRR-No.52 (2022)

八島正明(2021) ペレット堆積層内の発火・くん焼で発生するガスの検知.安全工学シンポジ
国内学術集会4なかった．試料径が小さくなると，流体抵抗（圧力損失）
発，b)センサーによる異常発生の検出方法の開発，c)くん
ウム2021講演予稿集，pp.282-283.
が大きくなり，新鮮な空気が堆積層内を拡散流入できな
焼・燃え拡がり特性，さらに遷移した爆発特性の測定，
加藤雅也,斎藤寛泰,水谷高彰(2021) FDSによる粉体貯蔵設備での爆発・火災初期における発生
国内学術集会5くなるためと考えられる．小径の木材ペレットや木質ペd)災害事例の分析，爆風や飛しょう物による被害予測・
ガス拡散状況の検討．第54回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.75-78.
レット（直径約 6 mm）の実験結果より，粉粒体の直径
トラブル対処の方法の提示，などに関する項目を調べる．
水谷高彰,斎藤寛泰(2021)
貯蔵設備内の火災検知における種々の可燃物から発生する分解ガ
国内学術集会6 a)～d)の項目をサブテーマ
5 mm 程度が堆積層内の燃え拡がり限界であると推測さ上述
1～3とし，以下のよう
スのガスセンサ応答．第54回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.239-242.
れた．
に実施した．
山下真央，西脇洋佑，大塚輝人，佐藤嘉彦，熊崎美枝子（2021）反応熱量計におけるヒートパ
PMMA ペレットの燃え拡がりでは，溶融の影響が大き（サブテーマ1）「粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性」
国内学術集会7
ルスを用いた高次の伝熱遅れ補正.第57回熱測定討論会講演要旨集，p.Ia 0900.
いことがわかった．堆積層内に均一の溶融膜（液相）を
試料の大きさ（5~50 mm 程度までの粉～粒体） から
Kyohei Amano, Yosuke Nishiwaki, YoshihikoSato, Kunihiko Suzuki and Mieko Kumasaki
形成し，新鮮な空気の流れを遮断することで燃え拡がり
実現象を検証できる最小堆積量を検討し，実験室で燃え(2021) Effects of Ozone on the Thermal
Decomposition Behavior of Guanidine Nitrate,の挙動が変化する．これらのことから，堆積物の燃焼性
拡がり実験を行う．また，燃え拡がり速度は危険性評価
国際学術集会8
Proceedings of the 7th International
Symposium on Energetic Materials and their状によって，仮に発火しても消えやすいものと逆に消え
上重要な指標となる．堆積層の熱伝達は燃え拡がり速度

Applications (ISEM2021)，p.71.
ずに終え拡がりが長時間進行するものがあることがわに密接な関係があるため，実験と理論解析により，熱伝八島正明（2021）自然発火試験装置（SIT)とグレーバ炉による可燃性粉体の発火温度測定.第かった．
達率などを求め，燃え拡がり速度を見積もる．
国内学術集会
9
54回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.181-184.
（サブテーマ 2） 「化学設備等の移行・トラブル対処
佐藤嘉彦（2021）トラブル対処作業時に発生する爆発・火災等による被災防止のための影響作業における異常検出，モニタリング手法に関する研究
国内学術集会
10
範囲の検討，第54回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.219-220.
開発」
山下真央，西脇洋佑，大塚輝人，佐藤嘉彦，熊崎美枝子（2021）熱量測定における新規時定数
実際に発生した災害事例を参考として爆発・火災初期
国内学術集会11
補正法の化学反応への適用可能性検討，第54回安全工学研究発表会講演予稿集，pp.201-202.
に発生するガス種・濃度などを調査する．併せてガス検板垣晴彦(2021)化学プロセス産業での爆発・火災における事象の進展について．第54回安全工
知器を中心として化学設備等で多用されているセンサー
国内学術集会
12
学研究発表会講演予稿集，pp.237-238.
を設置し，災害の進展（異常反応の開始，拡大）に伴う
山下真央，西脇洋佑，大塚輝人，佐藤嘉彦，熊崎美枝子（2021）反応熱量計におけるヒートパ
センサーの挙動を確認する．これらの知見は，労働災害
国内学術集会13
ルスを用いた高次の伝熱遅れ補正.第57回熱測定討論会講演要旨集，Ia0900.
の予測・防止に有効なセンサーの機種選択・設置位置の安全ガイド作成に活用する．また
2 m3 程度のタンクを
板垣晴彦(2021)
化学プロセス産業での異常事象から爆発火災への進展について. 安全工学
国内学術集会
14
シンポジウム2021講演予稿集, pp.292-293.
使った実験を行い，有用性を検証する．
（サブテーマ 3） 「化学設備等における爆発・火災等
八島正明（2021）グレーバ炉による可燃性粉体の発火温度測定.2021年度春季研究発表会講演
国内学術集会15
図1 大豆堆積層の下方燃え拡がり実験の様子の拡大防止策の提示」 要旨集，火薬学会，pp.141-143.
発熱・発火防止策，発火した場合の対処方法，避難の2）堆積層の熱伝達率等の測定ための時間と安全な距離，爆風や飛しょう物による被害
堆積層（充てん層）における基本的な特性データの収予測・対策などの検討，災害事例調査と本研究で得られ集を目的に，空隙率に対する有効熱伝導率（みかけの熱た知見をもとに総合的に考察し，拡大防止策としてまと伝導率），比熱，通気性に影響する圧力損失を測定した．
める．リスクアセスメントに資する情報の提供，文献調
有効熱伝導率の測定は JIS A 1412，ISO 8301 などの規査や現地調査を行い，解説記事を執筆し，研究所刊行物
格に準拠する定常法により行った．ペレット試料の寸法（技術資料）にまとめる．また，災害情報を提示するツーを相当直径で整理した．測定の結果，有効熱伝導率は試ルを提供する．さらに，SDS 等で安全に運転するのに十料寸法とともに増加すること，みかけの比熱の試料寸法
分なデータを得ることが難しい化学物質について，発熱への依存性は小さいことなどがわかった．
性に関するデータを的確に測定する手法を開発する．
（2）化学設備等の移行・トラブル対処作業における異常―――――――――――――――――――――――――
3 本研究の成果―――――――――――――――――――――――――（1）粉粒体堆積層の火災・爆発の危険性

検出，モニタリング手法に関する研究開発
1）貯槽等の化学設備における過去の事故事例の調査と

1）堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影響
堆積層の燃え拡がりに及ぼす粉粒体の寸法・形状の影響に関して，石こう固化による手法を RDF（ごみ固形化
燃料）に類似した燃焼性状を示す RPF（紙・プラスチッ
ク固化燃料）と，炭化物が生じにくく，くん焼しにくい
燃焼性状を有する PMMA（ポリメタクリル樹脂）ペレッ
トに適用し，下方燃え拡がりにおける燃焼帯の構造を調べた．
大豆（約 6 mm）を使った燃え拡がり実験を行った結果，下方燃え拡がりでは有炎から無炎燃焼になり，くん焼の様式で燃え拡がるが途中で消えた（図 1）．上方燃
え拡がりでは底部の加熱部付近が昇温するが燃え拡がら

—44—

解析
Web 調査によって入手した事故調査報告書，および当研究所が Web 公開している事故調査報告書について，
モニタリング手法（貯槽等の温度等の計測および計測データの利用）について問題が認められる事例を収集し，事故の兆候について計測されたデータおよび，その後のトラブル対処作業について分類した．
2）模擬検知試験装置での検知装置の調査・検討
サイロなどの貯蔵物のモデル物質として，燃焼特性がよく知られている天然素材である木材（ベイツガ）と合成素材であるプラスチック（PMMA）を選び，くん焼ガスの分析を行った．有機材料から発生する有毒ガスの有