Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
### 4. おわりに

気体分離膜を用いた防火システムを検討するため、窒素富化空気供給システムを試作し、約7m³の区画を用いてガス注入実験を行い、以下の知見を得た。

気体分離膜を利用することにより十分低い酸素濃度の窒素富化空気を供給し、密閉された無人区画内において、酸素濃度を防護対象物の着火限界または消火限界以下に保つことができる。

区画に注入する窒素富化空気の必要流量は、注入ガスの酸素濃度を考慮した自由流出の式で見積もることができる。

窒素富化空気の注入効率を上げるには、注入口と排出口を区画の反対側に設けることが望ましい。

また、本実験条件において、区画から排出される濃度未到達の窒素富化空気を再び窒素分離膜に戻し循環利用すれば、非循環方式に比べガスの注入時間を約10%短縮できる。

この防火システムは、現在ガス系固定消火設備で防護されている通信施設、文化財等の収蔵庫、データ保管庫、および危険物倉庫などに適用することが検討されている。

## 参考文献

1）中垣正幸（監修）、「気体分離膜、モジュール」、普及版膜処理技術、(株)フジ・テクノシステム、pp639-674(1999)

2）鶴田俊：“危険物施設とガス系消火設備”、KHKだより、No.67、pp.11-15 (1999)
# Examination of the Fire Prevention System using a Gas-Separation Membrane -Preliminary Experiments on the Pouring Method -

(Abstract)

Chihong Liao, Yoshio Ogawa, Takashi Tsuruda and Yuko Saso

(Accepted July 28, 2003)

In order to examine the fire prevention system used in sealed unmanned space, a supplier generator of nitrogen enriching air using the nitrogen separation membrane was produced experimentally. Generated nitrogen enriching air was poured into the room with the volume of about $ 7m^{3} $ , and the flow rate and the oxygen concentration of the pouring gas and the pouring time until it achieve the design oxygen concentration were measured. As the result, it is found that the pouring efficiency of the gas can be improved by the cyclic use of the gas discharged from the room in order to reduce the running costs.
研究紹介

# 火災時の室内酸素濃度と一酸化炭素生成量の関係について

後藤田 浩、佐宗祐子

(平成15年8月4日受理)

### 1. はじめに

一酸化炭素（CO）は、建物火災における死者発生の要因として極めて重要な燃焼生成物であることが知られている $ ^{1} $ 。火源で生成したCOは、対流と拡散により建物内の空気中に輸送される。COの生成量が多くなると、CO濃度が致死濃度を越える領域が建物内に拡がるため、死者発生の危険度が増大する。建物火災時のCOの生成量については、これまでに多くの研究がなされてきた $ ^{2} $ 。これらの研究の多くは、COの生成量が燃料と空気の供給速度に強く依存することに注目し、図1に示すような、煙の充満した上部層と新鮮な空気が供給される下部層からなる二層環境下におけるCOの生成量を、燃料と空気の供給比（すなわち当量比）の関数として表すことを目的としてきた。

一方、燃焼現象は可燃性物質と酸化剤の間で起こる化学反应であり、当量比とともに、反応帯における可燃性物質と酸化剤の濃度が、発熱速度、火炎温度、燃焼生成

図1 室内火災性状を単純化した二層モデル

物の生成挙動等に大きな影響を及ぼす。空気の主成分である窒素は、燃焼反応に直接関与しない不活性ガスであるが、図2に示すように、反応帯において反応物質を希釈することにより燃焼反応の速度を低下させ、また自身が火炎温度まで熱せられる過程で燃焼熱を吸収し火炎温度を低下させている。従って、通常の空気とは異なる酸素濃度の環境下では、火炎によるCO生成量を検討する際に、流入空気量或いは当量比だけでなく、酸素濃度（および窒素濃度）の影響も考慮する必要がある。

最近、集中力の向上や疲労回復に効果的であるとして酸素を吸引する「酸素浴」が注目を集めている。酸素濃度約30％の酸素富化空気を生成し室内に供給する家庭用のエアコンや、酸素濃縮器が販売されている。他方、国立スポーツ科学センターの低酸素トレーニング室や低酸素宿泊室では、高度2000m～3000mに相当する低酸素濃度環境（16.8%～14.4%）が提供されている $ ^{3)} $ 。これらの酸素濃度が通常と異なる室内での火災危険度については、

図２ 火炎に及ぼす不活性成分の効果
未だ十分な検討がなされていない。

消防研究所では、気体分離膜を用いて生成した窒素富化空気を、重要保管庫や出火頻度の高い施設の防火および消火に利用する技術について検討するため、2003年3月に「窒素富化空気を用いた防火技術研究会」を設立した $ ^{4} $ 。窒素富化空気とは、空気中の酸素を一部除去して窒素濃度を高めた空気のことであり、これを利用して低酸素濃度環境を作り防火・消火に資することが検討されている。低酸素濃度環境を作ることにより区画火災を消火する設備としては、ボンベからガスを放出する不活性ガス消火設備が既に普及しているが、建物の高気密化や水損防止の要求等を背景に、低酸素濃度環境を利用した新しい防火・消火技術の開発が一層期待されている。しかしながら、窒素富化空気による防火・消火技術を安全なものとして確立するためには、低酸素濃度環境における火災挙動を明らかにする必要がある。

本稿では、酸素濃度を変化させた環境における火災時のCO生成挙動を明らかにするための端緒として、通常酸素濃度下における区画火災時のCO生成量に関するこれまでの知見を解説するとともに、酸素濃度を変化させた際

図3 火炎後流温度を制御したTolockaらの実験装置 $ ^{10} $

のCO生成量に関する数少ない研究例を紹介する。

## 2 ．通常酸素濃度環境下でのCO生成量

通常酸素濃度環境下の室内火災によるCOの生成量を検討する際、一般に図1に示すような、高温生成物からなる上部層と周囲大気からなる下部層の二層に単純化した環境を仮定することが多い $ ^{5} $ 。Beylerは、燃料供給量と火炎の持続に必要な巻き込み空気量の比に着目したGE R (Global Equivalence Ratio、包括的当量比)を提案し $ ^{5} $ 、その後GERに基づいたCO生成量の予測モデルやその適用範囲が検討されてきた $ ^{6,7} $ 。

しかしながら、GERによる予測モデルは、COの生成量予測について完全とは言い難い。例えば、COの生成量が火炎後流の温度に依存するという実験事実を、GERモデルは予測できない。GER>1の換気不十分な条件下で、上部層の温度が500 Kから900 Kまで増加するとCOの質量分率が増加すること $ ^{5)} $ や、上部層の温度を900 Kから1500 Kまで変化させた際に、COの平衡濃度が2倍に増加したこと $ ^{7)} $ 等が報告されているが、これらの実験事実は、上部層の温度がCOの生成量に大きな影響を与えていることを示している。しかしながら、火炎後流の温度と火炎後流の燃焼生成物濃度との関係は十分に理解されていない。特に、中間温度（700 K-900 K）もしくは火炎が多量のすすを生成する場合について、火炎後流の温度と火炎後流の燃焼生成物濃度との関係は、十分に解明されていない。1995年には、気相化学反応過程解析のための汎用プログラムであるCHEMKINを用いた数值計算によって、上部層のCO濃度が上部層温度と滞留時間の両方に強く依存することが示された $ ^{8)} $ 。GER<1の条件下では上部層温度が900 Kより低い場合、COの酸化に必要な酸素が十分存在するのにも拘らず、反応の凍結が生じ、上部層温度の低下とともにCO濃度が増加する。一方、上部層温度が900 Kより低い場合、COの酸化に必要な酸素が十分存在するのにも拘らず、反応の凍結が生じ、上部層温度の低下とともにCO濃度が増加する。

図4 GERと一酸化炭素濃度の関係に及ぼす火炎後流温度の影響 $ ^{10)} $
K 以上の場合、CO濃度は温度上昇とともに急激に増加し、滞留時間の増加とともに急激に減少する。他方、GER > 1 の場合には、不完全燃焼が支配的となることによって高濃度のCOが生成されるが、GER < 1 と比較して上部層温度や滞留時間への依存度は低いことが示されている。

室内環境火災におけるCO生成量に対する上層部温度の影響をより基礎的な立場から明らかにするために、1999年に、層流噴流拡散火災を対象とした研究が報告されている $ ^{9} $ 。火災後流の温度を制御するための伝熱管がBurke & Schumannバーナー上部に設置され（図3）、火災後流の温度を、常温からPittsの実験 $ ^{11} $ における上部層温度（1270K）まで変化させることを可能としている。火災後流の温度を変化させて測定したCO濃度とGERの関係を図4に示す。図4の結果から、全ての温度範囲において、CO濃度はGERが増加するにつれて増大することがわかる。この傾向は、換気十分な条件から換気不十分な条件への遷移過程において観察された過去の結果 $ ^{11,12} $ と同様の傾向である。また、GER＞1の条件では、温度が約870Kを超えるとCO濃度に対する温度依存性が顕著に現れており、Pittsによる計算結果とも一致している $ ^{13} $ 。しかし

図5 ボール紙を無炎燃焼させた時の酸素濃度と一酸化炭素生成量の関係 $ ^{16)} $

(d：試料の直径、 $ X_{0} $ ：酸素－窒素混合気中の酸素のモル分率)

ながら、GER < 1 の条件では、CHEMKIN を用いた数値計算 $ ^{8)} $ で予測された反応凍結の影響が、図 4 の結果には見られない矛盾点も含まれている。

### 3. 通常と異なる酸素濃度環境下でのCO生成量

酸素濃度を変化させた際のCO生成量に関する研究はごく少数であり、非常に限られた場を対象として行われてきた。HobbとPatten $ ^{14)} $ は、低酸素濃度環境下（11.7%）でポリ塩化ビニルを燃焼させた際のCO生成量が、通常酸素濃度環境下と比較して約38%まで減少することを報告している。土屋 $ ^{15)} $ は、メタン、n-ヘキサン、PMMA、木質系材料を燃料として実験を行い、酸素濃度を通常濃度から約15%まで低下させたとき、どの燃料についてもCO及びCO $ _{2} $ の生成速度は低下するが、CO/CO $ _{2} $ 比はほぼ一定であることを見い出した。しかしながら、酸素濃度をさらに低下させた消炎限界近傍では、COの著しい増加が観察され、木質系材料の場合CO/CO $ _{2} $ 比は50倍まで増加することが報告されている。木質系材料の消炎限界近傍においてCO生成量が著しく増加することは、遊佐 $ ^{2)} $ によっても指摘されている。

無炎燃焼中のボール紙及びろ紙について、通常酸素濃度から高酸素濃度まで変化させた際のCO生成量が、瀬賀・佐藤により報告されている $ ^{16} $ 。図5に、酸素濃度とCO生成量の関係の一例を紹介する。酸素濃度を増加させることにより、試料表面付近のCO濃度が単調に増加していることがわかる。

これらの研究成果から、空気中の酸素濃度の変化がCO生成量に大きな影響を与えていることが示唆されるが、未だ明確な知見が得られていないのが現状である。既存の研究成果のみで低酸素濃度環境下における区画火災でのCO生成量を議論することは難しく、より詳細な実験的研究が今後望まれる。

### 4. まとめ

通常酸素濃度環境における区画火災について、GERに基づくCO生成量予測手法と、その限界について述べた。CO生成量を支配するパラメータとしては、燃料／空気供給比の他に、上部高温層の温度と滞留時間の重要性が指摘されてきたが、これら2つのパラメータ一の効果はまだ充分に解明されておらず、さらなる研究が必要である。

酸素濃度が通常と異なる場合のCO生成量については、ごく少数の研究が報告されているのみであるが、既存の研究は、酸素濃度の増大によりCO生成量が増大することを示唆している。酸素濃度の影響をGERに基づいて予測することには妥当性がなく、不活性成分の寄与を考慮したCO生成量予測手法の開発が望まれる。
## 謝辞

本報の執筆に当たり、消防研究所特殊火災研究グループの鈴木健氏ならびに株式会社フジタの山田茂氏から資料提供のご協力を頂いた。ここに記して謝意を表する。

## 参考文献

1) Pitts, W. M.: “The Global Equivalence Ratio Concept and the Formation Mechanisms of Carbon Monoxide in Enclosure Fires”, Progress in Energy and Combustion Science, 21, 197 - 237 (1995).

2）日本火災学会編：“火災便覧 第3版”、pp.186-222、共立出版(1997).

3) http://www.jiss.ntgk.go.jp/shisetsu/teisanso.html

4 ) http://www.fri.go.jp/suppression/nea/

5) Beyler, C. L.: “Major species production by diffusion flames in a two-layer compartment fire environment”. Fire Safety Journal, 10, 47 - 56 (1986)

6) Zukoski, E. E., Morehart, J. H., Kubota, T., Toner, S. J.: "Species production and heat release rates in 2-layered natural - gas fires", Combustion and Flame, 83, 324 - 332 (1991)

7) Tanaka, T., Yamada, S.: “An empirical model of the yield of carbon monoxide in fires”, Fire Science and Technology, 14, 19 - 29 (1994)

8) Morehart, J. H., Zukoski, E. E., Kubota, T.: “Chemical - species produced in fires near the limit of flammability”, Fire Safety Journal, 19, 177 - 188 (1992)

9) Gottuk, D. T., Roby, R. J., Beyler, C. L.: “The role of

temperature on carbon monoxide production in compartment fires". Fire Safety Journal, 24, 315 - 331 (1995)

10) Tolocka, M. P., Richardson, P. B., Miller, J. H.: “The effect of global equivalence ratio and postflame temperature on the composition of emissions from laminar ethylene/air diffusion flames”, Combustion and Flame, 118, 521 - 536 (1999)

11) Pitts, W. M.: “The global equivalence ratio concept and the formation mechanisms of carbon-monoxide in enclosure fires”, Proceedings of the Combustion Institute, 26, 1737 - 1746 (1992)

12) Leonard, S., Mulholland, G. W., Puri, R., Santoro, R. J.: "Generation of CO and smoke during underventilated combustion", Combustion and Flame, 98, 20 - 34 (1994)

13) Skaggs, R. R., Tolocka, M. P., Miller, J. H.: “An evaluation of emissions from laminar, underventilated hydrocarbon diffusion flames”, Combustion Science and Technology, 116 - 117, 399 - 426 (1996)

14) Hobb, A. P., Patten, G. A.: “Products of Plastics and other Common Solid”, Dow Chemical (1966)

15) 土屋 能男：“酸素濃度及び燃料/酸素等量比の関数としてのCO/CO2”，日本火災学会講演発表, 242 - 245, pp. 399 - 426 (1996)

16）瀬賀節子、佐藤研二：“固体の無炎燃焼から有炎燃焼への遷移に関する研究(2)—赤熱部付近のガス濃度分布と遷移の関係—”，日本火災学会論文集，35(1)，9－15(1985)
# Formation of Carbon Monoxide from Fires under Oxygen-Enriched or Reduced Condition

(Abstract)

Hiroshi Gotoda and Yuko Saso

(Accepted August 4, 2003)

Carbon monoxide (CO) is well known as a major cause of fatalities in building fires. The CO production yield has been investigated extensively but simply in view of the equivalence ratio, that is, the normalized ratio of the fuel supply rate to the air supply rate. Combustion phenomena are, however, chemical reactions involving fuel and oxidizer species, where the concentrations of reactants in the reaction zone are determinant parameters of the heat release rate, the flame temperature, and the production rates of combustion emissions. Nitrogen, the major component of the air, dilutes the reactants and cools the flames, although it is an inert gas that is not involved directly in the combustion reactions under normal fire conditions. To explore the behavior of CO formation from compartment fires under oxygen-enriched and reduced conditions, the literature on CO formation is reviewed for both the normal oxygen concentration and the oxygen-enriched and reduced conditions.
研究紹介

# 廃棄物処理施設等における火災に関する文献紹介

尾川 義雄

### 1. はじめに

廃棄物処理施設は出火危険度が高く、その防火対策が問題となっている。廃棄物施設では分別、焼却、減容の処理が行われているが、処理中の災害を防ぐためそれぞれの段階で適切な対策が取られなければならない。また、ひとたび火災が発生すると多大な被害をもたらすとともに、種々の物質が複雑な混合物として集積されている場合は消火作業が困難になり鎮火まで長時間を要してしまうことがある。

廃棄物に関連する火災について理解を深めるためいくつかの文献を、廃棄物処理施設における問題点と対応について言及したもの、廃棄物火災における消防隊の活動内容に着目したものに簡単に分けて紹介する。前者については日本火災学会発行「火災」で「特集：廃棄物と火災・爆発」に掲載されたものを中心に、また後者については消防関係雑誌等からの記事からまとめた。

### 2. 廃棄物処理施設における問題点と対応について

廃棄物処理施設では搬入される廃棄物の組成、処理工程および防火安全対策が、施設の位置づけ、規模、地域事情などによって個別に異なっている。適切な防火対策を講じるには各々の施設における特性を十分に把握することが重要である。

(平成15年8月4日受理)

以下、廃棄物処理施設火災について各々の文献で述べられている

ポイントを記載した。表1にはいくつかの火災事例を載せた。

### 2.1 集められる廃棄物の危険性 $ ^{1} $

一般廃棄物では引火性可燃物、スプレー缶等の爆発性物質の混入による火災・爆発、産業廃棄物では廃油、廃酸、廃アルカリ等の混合化学反应による爆発・火災の危険がある。

処理にあたっては、廃棄物の特性に応じて、収集や中間処理、最終処分の各段階において適切な方法や容器、機材を使うこと、また取り扱いに留意することによって、

表 1 廃棄物処理施設に関連する火災

日時	項目	概要	人的/物的被害	問題点	文献
1975/5月	不燃物破鉾中の爆発	プロパンガスボンベが混入し破鉾機内部で爆発。	負傷3名	可燃性ガスボンベの混入。	6
1984/1/12	不燃物破鉾中の爆発	破鉾機が爆発し、飛んできた投入ロカバーが作業員を直撃。	死亡1名、負傷1名	破鉾機内の換気不良。卓上ガスボンベかスプレー缶混入の可能性。	6
1987/8月	粗大ゴミ処理施設の爆発	粗大ゴミ処理施設の破鉾機で爆発。	不明	バイク燃料タンク内の残留ガソリンが原因。	6
1992/7/3	ゴミ収集車内での火災・爆発	積み込み作業中にゴミ収集車の荷箱内で爆発。	火傷2名	スプレー缶、可燃性液体の混入。	2,7
1995/3/7	こみ処理施設での粉じん爆発火災	コンペアタクト内、破鉾ゴミ供給室内などで爆発が起き火災発生。	施設および建物の破壊	大量の紙の粉が持ち込まれ処理中に爆発。	8
1995/7/6	一般廃棄物焼却施設での爆発	灰押し出し機の動作不良。焼却炉の厭落とレシュート部に詰まった灰の除去作業中に爆発。	死亡1名、負傷2名/施設の変形、破損	焼却灰中のアルミニウムが水分と反応し水素が発生。	9
1996年	粗大ゴミ破鉾施設の火災	不燃ビットから火災。深夜から早朝まで燃焼糧続。	6億円。停止5ヶ月	火災早期検知システム不備。消防隊が活動しにくい構造。	4
1997年	粗大ゴミ破鉾施設の爆発	回転式破鉾装置内部の爆発	6300万円	可燃性ガスボンベの混入。	4
1997年	粗大ゴミ破鉾施設での粉体火災	焼却炉の下部シュートの燃えかす除去作業中、タクト開口部隙間より火災が吹き上がった。	火傷	不明	4
1998年	粗大ゴミ破鉾施設の爆発火災	回転式破鉾装置内部の爆発。	3300万円	不明	4
1998年	粗大ゴミ破鉾施設の爆発と異臭発生	破鉾時の火花によって爆発。異臭を伴う黑燻発生。	不明	異臭発生や消火水による土壤汚染などの二次被害	4
1998年	粗大ゴミ破鉾施設のコンペア上での火災	エプロンコンペア上のゴミ発火。	不明	ゴミ爆送用ベルトコンペアでの火災例が多い	4
1999年	粗大ゴミ破鉾施設の爆発火災	2kgLPGボンベが混入し破鉾機内部で爆発。	3000万円以上	可燃性ガスボンベの混入。	4
1999年	ポリスチレン滅容機での火災	滅落炉内より出火。	不明	ポリエチレンの混入	4
爆発や火災を未然に防ぐことが重要である。

### 2.2 廃棄物処理プロセスでの火災・爆発 $ ^{2)} $

一般廃棄物処理の火災は貯蔵時や収集運搬時に多く、爆発事故は破碎工程に多い。ゴミ収集車内での火災・爆発は、スプレー缶のガスや揮発性液体（エタノール等）に起因している。また産業廃棄物の火災では貯蔵時が多いが、爆発事故は各工程で均等に発生している。産業廃棄物の回収作業では化学物質の混合（混触）による爆発火災が起こる。

今後、廃棄物処理工程では物性のはっきりしない物質を含む混合廃棄物の焼却や化学処理が増加する。予期せぬ火災や爆発に対する事前の危険性評価や安全の担保が、ますます必要となってゆくと思われる。

### 2.3 廃棄物処理破碎設備での火災・爆発 $ ^{3} $

事故の原因物質として、爆発は小型LPガスボンベ、カセットボンベ、エアゾール缶、塗料、金属粉、有機物紛、火災は小型LPガスボンベ、カセットボンベ、エアゾール缶、油類、塗料が挙げられる。

予防対策としては、原因物質を破碎機に投入しない事、選別除去する事が重要であるが、破碎機内に多量の空気を吹き込み可燃性ガス濃度を下げること、水蒸気等の不活性物質を吹き込んで破碎機内の雰囲気を爆発しない組成にすることも方策として示されている。その他、適切な検知器や監視カメラの設置も有効である。

被害軽減対策は、圧力逃がし口の設置、そして早期発見と迅速な消火活動である。

図1に破碎工程を伴う廃棄物処理施設における主な火災発生場所 $ ^{4} $ を示した。火災事例97件の発生場所別割合は、受入貯留ピット・ヤードで28%、破碎機で19%、搬出コンベアで25%であった。

### 2.4 廃棄物処理における事故事例分析 $ ^{5} $

廃棄物処理施設における爆発事故は、粗大ゴミ施設で85%、焼却施設で9％が起こっている。原因は、ヘアスプレー缶やガスボンベであるが、すべての除去は困難である。被害額は4年間で15億円にのぼっており、爆発危険性が高い箇所に蒸気噴霧設備などの対策が必要である。

図1 破碎を伴う廃棄物処理施設における火災発生場所(×印は主な火災発生場所)

事故対策の有効性については十分な評価が必要であり、設備の設計・製造者、管理者、安全技術の専門家が連携して、より安全なシステムを構築することが必要である。廃棄物処理施設における火災事故は、焼却施設50%、粗大ゴミ施設36%、最終処分場10%の割合で発生している。原因は、ゴミ移送ベルトコンベア上での蓄熱発火や破砕時の摩擦熱や有機物の酸化熱の蓄熱であり、プラスチックや油を含んだ繊維、シュレッダーダストなどが燃焼する。適切な火災検知器、消火設備の設置が望まれるが、内部構造が複雑で消火活動が困難な場合、被害が大きくなってしまう。火災発生時に消防職員が施設の状況や危険個所を現場で把握できるような資料が必要である。事前に情報交換することも有効である。

### 3. 廃棄物火災における消防隊の活動内容

表 2 には廃棄物火災における消防隊活動の視点からの報文を一覧にした $ ^{2,10-26} $ 。

発災の状況や燃焼物は様々であるが共通する問題点として、廃棄物を大量に高く堆積すること（高さ約10m）、タイヤやプラスチックの消火困難性、大量の黒煙および悪臭の発生、消火活動が環境に及ぼす影響、および十分な消防水利確保の困難という点が挙げられていた。

堆積廃棄物火災への対応では、消火作業とともに重機で堆積物を掘り出し可燃物を除去することが重要であることが述べられていた。

これら報文からの教訓は、廃棄物を大量に堆積しない事、小分けして集積させる事、そして離隔距離を設ける事という三点である。

### 4. おわりに

廃棄物処理施設等における火災に関していくつかの文献から紹介を行った。廃棄物に関連する火災について理解の助けになれば幸いである。

## 参考文献

1）田中勝：“廃棄物処理の実際と災害”、火災225号、pp.1-7 (1996)

2）若倉正英、岡泰資：“廃棄物処理プロセスでの火災・爆発”、火災225号、pp.8-12 (1996)

3）板垣晴彦：“廃棄物破碎設備での火災・爆発の現状と防止対策”、火災225号、pp.13-17 (1996)

4）破碎処理施設の火災事故防止対策に関する調査研究委員会：“破碎処理施設の火災事故防止対策に関する調査研究委員会報告書”、p. 8-9、財団法人日本都市センター(1998)

5）若倉正英：“一般廃棄物処理における最近の事故事例分析”、安全工学、Vol.41、No.5、pp.335-340 (2002)

6）駒宮功額：“産業廃棄物処理における火災・爆発事例”、
表 2 消防隊活動から見た廃棄物関連火災

日時	場所	項目	概要	物的被害	人的被害	延べ出場率	延べ出場人員	出火から火まで	使用水利	対応	問題点	文献
記載なし	横浜市	中古タイヤ火災(タイヤ火災危険性報告)	タイヤ商会タイヤ僕場で中古タイヤや千本が消失	数地内ブレハブ住宅51.5m²、事務所38m³、鉄筋コンクリート造9階建のうち1-4階	記載なし	記載なし	4時間	記載なし	記載なし	記載なし	出火原因は不明。タイヤの着火は難しいが、発熱量は石炭、コーキスを上回るため一度着火すると消火は困難。	10
1989/4/21	鹿児島市	鹿児島市2000台災上	高さ10mに野積みされた鹿車が災上。	記載なし	記載なし	記載なし	19時間	海水	大量放水、延焼防止。火駆頼圧後、重機投入。	圧砲60-70m四方、高さ10mに鹿車を乱線に野積み。空気の流通が良く、大火が早く起こる。	圧砲60-70m四方、高さ10mに鹿車を乱線に野積み。空気の流通が良く、大火が早く起こる。	11
1991/1/30	大分県別府市	スラララ車両火災	解体業者が数地内に野積みした鹿車が災上。100台消失	なし	消防回復1負傷	19	91	2時間	記載なし	記載なし	記載なし、延焼防止。重機で重機を撤去しつつ消火活動	圧砲300m²部分に鹿車を高さ10mに積み上げ。鹿車からの湯洗燃料に引火。
1991/7/1	千葉県佐原市	鹿業業物中間処理場火災	野積み原油ドラム伝等が火災	工場459m²全焼、旧鉄含部分焼、废油ドラム伝1188本	なし	56	456	7時間	記載なし	記載なし	記載なし、記載なし	消火作業中ドラム伝が爆発、飛散。内容物は消防法危険物に該当。
1991/12/3	大分県下毛部三光村	集積場におけるタイヤ火災	古タイヤ・チップ集積場で野積みされた古タイヤ10万本が燃えた	記載なし	記載なし	571	1681	100日	巻業用水池2面所、排水集積ビツトを設け水を再利用	放水10時間後一応火災に配備して完全燒火に至る。	高さ15mにタイヤ・タイヤチップを野積み。出火原因は不明。タイヤやカリルが流出。	2,14
1994/6/7	山口県新南陽市	多輩のブラスチック類火災	合成蝕脂再生加工作業所での火災。ブラスチック類457トン焼損	作業所1、金庫2。1億996万3千円	なし	16	149	26時間	消火栓、河川	記載なし、延焼防止。重機で単屈建物を撤去しつつ放水燒焼	記載なし
安全工学、Vol.29、No.6、pp.476-480 (1990)

7）札幌市消防局：“ごみ収集車荷箱内爆発事故”、月刊消防、1、pp.81-87 (1993)

8）古積博、長谷川和俊、駒宮功額：“ごみ処理施設での粉じん爆発火災”、安全工学、Vol.36、No.2、pp.115-121 (1997)

9）安田憲二、竹生田秀夫、宮川隆、清水保夫：“神奈川県の一般廃棄物焼却施設における水素ガス爆発事故”、安全工学、Vol.36、No.3、pp.183-187 (1997)

10) 横浜市消防訓練センター研究開発課：“野積みされた用済タイヤの火災危険性”、月刊消防、5、pp. 48-56 (1986)

11）鹿児島市消防本部：“火災　廃車二,○○○台強風下に

炎上”、ほのお、6、pp.18-19(1990)

12) 別府市消防本部：“火災 てこずったスクラップ車両 火災”、ほのお、9、pp.14-15 (1991)

13) 佐原市外五町 (組) 消防本部: “火災 七時間燃え続けた産業廃棄物中間処理場火災”、ほのお、12、pp. 16-17 (1993)

14）中津下毛地域広域組合消防本部：“一〇〇日間燃え続けた古タイヤー大分県三光村からの報告ー”、近代消防、6、通巻364、pp.69-71(1992)

15）新南陽市消防本部：“火災多量のプラスチック類火災”、ほのお、1、pp.11-12(1996)

16) 旭川市消防本部：“火災 産業廃棄物作業所火災につ

いて”、ほのお、8、pp.11-12(1995)

17）上市町消防本部：“火災プレス済み廃車置場火災”、ほのお、8、pp.11-12(1998)

18）中濃消防組合消防本部：“火災産業廃棄物不法放置火災”、ほのお、12、pp.11-12(1999)

19) 平田市消防本部：“火災産業廃棄物中間処理場火災”、ほのお、5、pp.11-12 (1999)

20）福岡市消防局：“火災産業廃棄物処理施設火災”、ほのお、8、pp.11-13(1999)

21）佐野地区広域消防組合消防本部：“火災 野積み廃タイヤ火災”、ほのお、7、pp.11-12(1999)

22）佐野地区広域消防組合消防本部：“野積みタイヤ火災”、月刊消防、21、12、pp.11-14(1999)

23) 近代消防編集局：“廃タイヤ20万本が炎上した 長期火災との闘い！一栃木県・佐野市消防団の火災防御活動を聞くー”、近代消防、4、通巻466、pp.48-56(2000)

24）日置地区消防組合消防本部：“火災　廃車及び古タイヤ集積場における火災”、ほのお、5、pp.11-12(2000)

25）桜井市消防本部：“火災 野積みされた中古電化製品等の火災事例”、ほのお、10、pp.11-12(2001)

26）高松市消防局高松市西消防署：“船舶解体現場における特異火災”、月刊消防、24、5、pp.90-93(2002)
# Literature Search concerned with Fires of Solid Waste and their Treatment Facilities

(Abstract)

Yoshio Ogawa

(Accepted August 4, 2003)

A literature searching was conducted about fires of solid waste and their treatment facilities. The main points described in each literature on fires of waste disposal and treatment facility were mentioned. To prevent fires of solid waste in the outdoors, three lessons were provided which are stopping accumulation in large quantities, subdivision of waste, and keeping enough distance between each pile of waste.
解說

# 屋外タンク貯蔵所の火災に係る調査の概要について

西晴樹、山田實

(平成15年7月16日受理)

### 1. はじめに

平成14年11月、神奈川県横浜市の大東通商（株）横浜油槽所で屋外タンク貯蔵所の受入れ作業時に、当該タンクの爆発火災事故が発生した。総務省消防庁によると、このような受入れ作業時のタンクの火災は、平成4年から平成13年までの10年間では発生していない $ ^{1)} $ 。所轄の横浜市消防局では、この火災に対して、精力的に火災原因調査を行い、火災に至るまでの想定シナリオを早期に策定した。そのシナリオにおいてポイントとなる着火可能性などの具体的項目の検証について、横浜市消防局より消防研究所に調査協力の依頼があった。これを受けて、消防研究所においては、これまでの当該火災現場における調査および横浜市消防局が行った調査結果を踏まえ、本件の屋外タンク貯蔵所の火災事故について調査検討を行った。

本報告では、本火災事故の概要をはじめ、当該火災事故について消防研究所が行った調査検討結果の概要を述べることとする。

### 2. 火災事故の概要

横浜市消防局によると、当該火災事故の概要は以下のとおりである。

(1) 発生日時 平成14年11月23日（土）11時06分

(2) 覚知日時 平成14年11月23日（土）11時09分（119番通報）

(3) 鎮火日時 平成14年11月23日（土）16時10分

(4) 気象状況 天候：曇り、風向：北、風速：5.5m/s、気温：7.7℃、湿度：59%

(5) 発生場所 大東通商（株）横浜油槽所

(6) 許可関係

製造所等の別：屋外タンク貯蔵所

タンク形状：円筒縦置き型内部浮き屋根付

き固定屋根タンク（屋根形状：コーンルーフ型、側

板高さ：12m、タンク内径：15m、材質：鋼製）

内部浮き屋根の材質：アルミニウム

危険物の品名：第4類第1石油類 ガソリン

許可容量：2000kl （指定数量の10,000倍）

設置年月：昭和39年3月

### 3. 火災発生当時の状況

火災発生当時の様子を図1に示す。タンク側板の左側の上部から炎が上がっているのが分かる。この部分は、火災初期の爆発でタンクの放爆機構が作動し、タンク側板とタンク屋根板との溶接接合部が破断した部分であると考えられる。

また、図1の右側にある桟橋は、1号桟橋である。図1では黒煙に隠れて見えないが、この桟橋の上側に、事故当日に、当該タンクに受け入れるガソリンを積載したタンカーが着桟した2号桟橋がある。2号桟橋から当該タンクまでの間の送油配管長さは約200mである。

図１ 火災当時のNo.21タンクの様子

(写真提供 横浜市消防局)
### 4. 被害の状況

被害としては、当該屋外貯蔵タンク1基が焼損したほか、貯蔵されていたガソリンが約25kl焼失したとのことである。図2に示すように、タンクの側板上部の塗装は焼け焦げており、側板は座屈し、タンク内側へ大きく倒れ込んでいる。

発災タンク周辺の調査の結果、温度計がタンクの周辺に飛散しており、その釣り下げ用のロープの一部が直線状に焦げていた。その他の飛散物としては、発災タンクの換気用のルーフベントがある。ルーフベントは合計5個設置されていたが、その内の1個は大半が焼け焦げ、焼失していた。

当該タンクの内部浮き屋根については、図3に示すように、タンクの屋根を支えるラフターの落下によると見られる「やぶれ」が散見される。また、図3左側の部分における、内部浮き屋根のリムプレート、フロートチューブ、デッキスキンは融けるように、焼けていた。

### 5. 事故当時の施設の状況

事故の前日には、No.21タンクへのガソリン受入れが行われているが、それから事故発生までの約11時間は当該タンクにおけるガソリンの受入れ・払出しは行われていない。

事故当日は、タンカーから当該タンクにガソリンを荷揚げする予定で作業を開始した。当日の作業手順および送油圧力などは、通常の作業手順に則ったものであるとのことである。

### 6. 火災の発生原因の推定

### 6.1 出火場所の推定

出火場所は、内部浮き屋根の焼きの状況、周辺への飛散物の飛散状況およびその焼損状況から、No.21タンクの内部浮き屋根の焼損の程度が著しい付近の、タンク側板と内部浮き屋根との間であると考えられる。

### 6.2 火災の拡大要因の推定

図4に火災拡大を頂上現象として、本件火災のフォールトツリーを示す。図4中には、本件の火災に関係が深いと思われる事象のみを示した。なお、図4中の各事象の側に数字の記入があるものは、当該事象に関する記述が本文中の各節にあることを意味している。

横浜市消防局によれば、関係者の証言、内部浮き屋根の焼損状況、タンクの変形状況およびラフターの落下・焼損状況より、火災の拡大要因については、以下のように推定されている $ ^{2)} $ 。

No.21タンクの内部で発生した火災により、内部浮き屋根の焼損が進み、ガソリン液面の露出部分の面積が拡大

図2 上部の塗装が焼け焦げたNo.21タンクの側板の座屈の状況

図３ 内部浮き屋根の破損状況

した。これにより火炎も拡大し、タンク内の内部浮き屋根上部の空間の空気が熱膨張を起こした。この熱膨張により、タンク内の圧力が高まり、タンクが変形したが、放爆構造が働き、タンクの屋根板と側板との溶接接合部の一部が破断し、開口した。このタンクの変形により、屋根のラフターが落下し、デッキスキンを破ったことから、さらに、ガソリン液面の露出面積が拡大し、火災がタンク内部全面に広がったものと考えられている。

出火場所および火災の拡大要因については、ここまでで述べたように比較的容易に推定が可能であったが、その一方で、図4の「着火源」の推定については、さらに、フォールトツリー中の各関連事象に対する検討が必要であった。

### 6.3 可燃性蒸気の濃度に関する検討

No.21タンクと同型のNo.23タンクから採取した内部浮き屋根のシール材と未使用のシール材とを用いて、たわみ状況を比較した。

未使用のシール材は、ほとんどたわまず、ほぼ水平になるのに対して、No.23タンクのシール材は、大きくたわみ、内部浮き屋根とタンク側板との隙間をシールするのに必要な水平投影長さを満足しておらず、劣化が認められた。

使用期間から、発災したNo.21タンクについても、シール材の劣化により、側板とシール材との間に隙間が生じ、
可燃性蒸気が内部浮き屋根上部の気相部に漏洩拡散していたと考えられる。

内部浮き屋根上部の気相部の2次元モデルを考え、当該部分の有限要素モデルを作成し、有限要素法解析により、内部浮き屋根上部の気相部に漏洩拡散するガソリン蒸気の過渡的な濃度分布を計算した。

解析の結果、このときの内部浮き屋根上部の気相部における可燃性蒸気の濃度は、デッキスキンから約1 mの高さまで爆発下限界（1.5vol% $ ^{3)} $ ）以上の濃度となった。

### 6.4 側板と内部浮き屋根の取付けボルトの接触について

図5は、No.21タンク側板内面に残された擦過痕である。上下2枚の側板の溶接線の上方には、赤茶色に錆びた擦過痕が見られる。また、当該溶接線下方には、火災時に発生したと思われる煤が付着した擦過痕が散見される。この擦過痕と火災時のガソリン液面との鉛直方向の間隔は、およそ1m程度であったと推定される。

図6は、内部浮き屋根のリムプレートに取り付けられた鉄製のボルトを示したものであるが、ボルトのねじ部が側板内面に向かう方向に取り付けられている。このようなボルトは他にも多数存在したことが確認されている。

No.21タンクの内部浮き屋根やそれを貫通する管などの寸法から算出した内部浮き屋根のリムプレートが側板と接触する幾何学的な最大位置は、デッキスキンの水平面を基準として約1m上方となり、上記擦過痕の位置と一致する。

### 6.5 内部浮き屋根の変位に関する検討

No.21タンクへのガソリンの受入れの際、受入れ配管から出る、空気とガソリン蒸気との混合気の気泡により押し退けられるガソリンの運動量により、内部浮き屋根が水平方向に変位して側板に押しつけられるものと考えられる。

また、図7に示すような内部浮き屋根の下部気相部に、混合気が流入した場合、内部浮き屋根は、浮力による浮き上がりと混合気の噴出による下降を繰り返すと考えられる。

### 6.6 内部浮き屋根と側板との衝突のエネルギーに関する検討

文献4によれば、気泡がタンク側板から流入して液面に達するまでの時間が、タンクのスロッシング固有周期の1/4程度であれば、気泡は液面に達するまでの間に液体の運動を助長するとされている。

JIS B 8501により計算したタンクのスロッシングの固有周期は、タンクの液高が4.5mのとき、4.57秒であり、その1/4の時間は1.14秒となる。また、気泡が液面に浮上す

図4 No.21タンク火災のフォールトツリー(Fault Tree)
図 5 No.21タンク側板内面の擦過痕

図6 ねじ部が側板に向かう方向に取り付けられた取付けボルト

図 7 No.21タンクの模式図

るまでの時間は、約1.2秒となる。両者は、ほぼ似たような値となり、ガソリン液面は流入する気泡により励振されることが分かる。

したがって、内部浮き屋根は、継続的にリムプレートの鉄製の取付けボルトを鉄製のタンク側板に押しつけながら、タンク側板を上下方向に擦る動きをすることが分かる。この場合の内部浮き屋根の運動エネルギーは、内部浮き屋根の全質量が側板の押しつけに寄与するとして、966.6N・mとなる。

### 6.7 着火確率に関する検討のまとめ

文献5～10によれば、鉄と鉄とが衝突し、その衝撃火花により可燃性蒸気と空気との混合気に着火する場合の運動エネルギーの条件として、627.2N·mでは着火確率は0%であるが、1176N·mの運動エネルギーでは着火確率が100%になるとの報告がなされている。

上述のように側板と内部浮き屋根との衝突による運動エネルギーは966.6N·mで、着火確率は100%ではないが、高い確率で可燃性蒸気への着火が起こると考えられる。

6.8 ラフターの落下および静電気などの想定される他の着火源について

#### 6.8.1 ラフターの落下について

文献5～10によると、ラフターが落下し、デッキスキンと衝突する場合の火花の発生確率および可燃性蒸気への着火確率は、衝突側がアルミニウム製で、衝突される側が鉄製である場合のそれと比較して著しく低い。また、ラフターと側板との衝突の場合の衝突回数は高々1回と想定され、また、側板には衝突した痕跡は確認されていない。

したがって、衝突の回数から判断すると、ラフターと側板の衝突による着火よりは、側板と内部浮き屋根との接触による着火の方が起こる可能性が高いといえる。

#### 6.8.2 静電気について

静電気が着火源となった可能性については、事故前および事故後に測定された浮き屋根の接地抵抗が正常範囲に入っていたこと、前日の受け入れ後11時間程度静置されていたこと、および目視による接地導線の点検により不具合は認められなかったことから無視できるものと考えられる。

### 6.9 着火源の推定

以上の検討の結果、着火源としては「静電気による火花」の可能性は低く、また、「屋根のラフターが落下し、内部浮き屋根またはタンク側板と接触したときの火花」よりは「内部浮き屋根とタンク側板との接触による火花」の方が有力と考えられる。

### 7. 今後の対策について

今回の屋外タンク貯蔵所の火災事故およびその原因調査結果を踏まえた、火災の再発防止対策は以下のように
取られている $ ^{2)} $ 。

作業手順における改善策：

①受入配管内の残存加圧混合気の減少、

②タンク内への急激な混合気噴出の抑制、

内部浮き屋根の構造的な改善策：

①回転防止装置の強化、

②ボルトの取付方法の改善

さらに、今後の定期点検や内部開放点検においては、①内部浮き屋根のシールの状況の確認、②内部浮き屋根上部への危険物の露出状況の確認、③回転防止ケーブルの状況の確認、④内部浮き屋根とタンク側板との間隔の確認、⑤リムプレートの状況の確認、⑧屋根のラフターの固定ボルトの状況の確認、などの事項に留意が必要である。

## 謝辞

今回の調査にあたっては、現地調査、データの収集その他で横浜市消防局に多大なるご協力を頂いた、ここに記して謝意を表する次第である。

## 参考文献

1）総務省消防庁：“平成13年中の危険物に係る事故の概要”など

2）横浜市消防局：“大東通商（株）横浜油槽所No.21タンク火災の概要と安全対策について”、危険物施設安全推進講演会テキスト、pp.39-50(2003)

3）日本火災学会：“火災便覧（新版）”、共立出版、p.11(1984)

4）斎藤孝基：“流体・熱に関連した振動問題(4)”、機械の研究、第26巻、第5号、pp.703-706(1974)

5）高岡三郎：“衝撃火花の着火危険性”、安全工学、Vol.4、No.3、pp.255-261(1965)

6）内田早月他：“自由落下による衝撃摩擦火花のメタンガスへの着火性”、採鉱と保安、Vol.31、No.7、pp.15-22(1985)

7）佐藤治海他：“高速衝撃摩擦火花のメタン着火性について”、採鉱と保安、Vol.25、No.11、pp.20-25(1979)

8）内田早月他：“軽合金の衝撃摩擦火花によるメタンガス着火特性”、安全工学、Vol.31、No.2、pp.86-93(1992)

9）内田早月他：“高速衝撃摩擦火花のメタン着火性(第2報)”、採鉱と保安、Vol.30、No.4、pp.1-9(1984)

10）内田早月他：“アルミ合金の摩擦火花によるメタンガス着火性－表面処理による着火抑制効果－”、資源·素材学会誌、Vol.108、No.9、pp.650-652(1992)
# Report on the Investigation of the Fire in the Aboveground Oil Storage Tank

(Abstract)

Haruki Nishi, Minoru Yamada

(Accepted July 16, 2003)

In November 2002, there was a fire with explosion at an aboveground oil storage tank facility in Yokohama City. The tank contained a half amount of gasoline and the surface of gasoline was covered with an inner float cover. The Yokohama City Fire Bureau (YCFB) had actively investigated the cause of the fire and assumed several scenarios for the fire. The YCFB requested the National Research Institute of Fire and Disaster (NRIFD) to investigate the items, such as probability of ignition and etc., which were key factors of the scenarios. The NRIFD investigated the fire on the basis of the field survey conducted by the NRIFD and investigation conducted by the YCFB so far.

Based on the investigation, it is assumed that the seal, which was located between the inner float cover and the shell plate of the tank, was deteriorated and a mixture of air and vapor of gasoline within a flammability range was produced above the inner float cover in the tank. There was a less possibility that the ignition source was an electrostatic spark. It is also assumed that the ignition source was a spark made by impact of the bolt of the inner float cover against the shell plate of the tank rather than a spark made by collision of the falling rafter of the tank's roof with the inner float cover or the shell plate of the tank.