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

石油タンクのスロッシングによる溢流量の簡易な算定式の構築を目指して、直径4mの模型タンクを用いた振動実験を行った。非線形性を考慮した最大波高と側板高さの差（$\partial h$）と溢流量（減水レベル）の関係は、浮き屋根の有無に殆ど依存せず、$\partial h$の2次式でほぼ表されることが分かった。このことは、スロッシングに関する現行基準のベースとなっている速度応答スペクトル法に基づいた溢流量算定の可能性を示唆するものである。ただし、これは今回設定した条件下でのものであり、実タンクへの適用性についてはなお検討すべきことは多く、今後、更なる実験を行うこととしている。

## 謝辞

本実験において、愛知工業大学および中央大学の学生諸氏に大変御世話になった。また出光興産(株)からは溢流量に関する未発表データを提供して頂いた。ここに記して謝意を表する。

## 参考文献

1）消防研究所：平成15年（2003年）十勝沖地震に際して発生した出光興産(北海道製油所原油タンク火災に係る火災原因調査報告書、2004

2）重力中央研究所：新潟地震被害現地調査報告書、1964

3）例えば、島旧潔：仕切り板を用いた浮屋根式石油タンクのスロッシング防止システム、大型タンクのスロッシングに関する耐震・制振・免震等技術のミニシンポ講演概要集、pp.41-44,2005

4）例えば、矢部孝、内海隆行、尾形陽一：CIP法、森北出版、2003

5）坂井藤一：円筒形液体タンクの耐震設計法に関する2、3の提案、圧力技術、18, pp.16-23, 1980

6）座間信作、西晴樹、廣川幹浩、山田實、畑山健：石油タンクのスロッシングの減衰定数、消防研究所報告98, pp.66-73, 2004

7）吉原浩、座間信作：円簡貯槽のスロッシングに関する研究－速度応答スペクトルの適用範囲についての検討－、円簡貯槽のスロッシングに関する研究報告書、pp.1-12,1986

8）鳩田三郎、山田善一、家村浩和、野田茂：円筒タンクの非線形スロッシング解析に基づく長周期応答スペクトルの推定、土木学会論文集、368/I5、pp.383-392.1986

9）例えば、三浦正博：十勝沖地震によるタンク損傷と対策、石油学会第35回装置討論会、pp.10-18,2004

10) 太田外氣晴、引田智樹：64年新潟地震と03年十勝沖地震における石油タンクの溢流とやや長周期地震動、地震工学研究レポート、90, pp.55-66, 2004
# Estimation of Amount of Overflowed Oil due to Liquid Sloshing of Oil Storage Tank

(Abstract)

Shinsaku Zama, Minoru Yamada, Haruki Nishi, Yoshihiro Hirokawa, *Hirokazu Hirano, and **Moriaki Suzuki

(Accepted July 31, 2006)

In the 1964 Niigata earthquake and the 2003 Tokachi earthquake, large amount of oil overflowed due to liquid sloshing of oil storage tanks excited by long-period strong ground motions. Although such situation has a high potential of fire breakout, we do not know the way to estimate amount of overflowed oil. Then, we conducted the shaking experiments of model tank 4 meters in diameter to find out the possibility of estimation.

Based on the velocity response spectral method considering non-linearity of liquid sloshing, we obtained the relation between height ( $ \delta h $ ) above the top angle and amount of overflow stream, which hardly depends on with or without floating roof and is given by a quadratic expression of $ \delta h $ , approximately.

Applying the relation to actual cases in the above-mentioned earthquakes, the estimations gave a good agreement for the case of the Niigata earthquake, but overestimated for the case of the 2003 Tokachi earthquake. Thus, it is needed to carry out further research on estimation of amount of overflowed oil from an oil storage tank.
技術報告

# 平成17年いわき市で発生した 化学工場火災の概要

岩田 雄策

(平成18年8月7日受理)

### 1. はじめに

平成17年5月、福島県いわき市内のファインケミカル製品等を製造する化学工場において、爆発火災が発生した。火災発生時の工程は、テトラヒドロフラン（THF）中で金属マグネシウム（Mg）粉と塩化ビニルモノマーを反応させ、グリニャール（Grignard）試薬の一種である塩化ビニルマグネシウム（VGR）の合成工程であった。この合成工程後の最終生成物はポリマー樹脂の原料であった。グリニャール試薬は有機合成の分野で重要な試薬として使用されている。この工場火災の概要および火災調査を行った結果から推定された火災原因について報告する。

### 2. 火災概要

発災当日の18時頃、グリニャール反応を行う工場建物において、稼働中の反応器の温度・圧力が異常上昇したため、強制冷却等の操作を行ったが、温度・圧力の上昇が止まらなかった。そのため伝険と判断し、当該工場から従業員等が避難した。その後に、当該工場処物内において爆発が発生し、当該工場を含む4棟が延焼したものである。

### 2.1 出火日時等

(1) 出火日時

平成17年5月11日（水）18時10分頃

## (2) 覚知日時

平成17年5月11日（水）18時15分

## (3) 镇火日時

平成17年5月11日（水）21時54分

※いわき市消防本部からの報告による $ ^{[1]} $ 。

### 2.2 被害の概要

## (1) 人的被害

重傷：1名、中等傷：2名。

## (2) 物的被害

4 棟全焼、焼損延 $ ^{^\circ} $ 面積：4.021.74 $ m^{2} $ 。

### 2.3 出火した工場の概要

発災時に、出火元となった工場で、ポリマー樹脂の原料の製造工程を行っていた。この製造工程は、平成15年から実施しており、平成17年は10バッチを終了し、発災時は11バッチ目を実施中であった。平成15年からの累積では、100バッチ以上が実施されていた。発災時に稼働中でグリニャール試薬の合成反応が行われていた反応器において、発災直前に温度・圧力の急上昇が見られた。火災後の反応器の状況を図1に示す。反応容器は容器内面にSUS316Lを使用した容量8,000の容器である。火災後、反応器の保温カバーは一部を残すので周囲に散乱していた。反応器に大きな損傷は無かった。

合成反応で使用される各試薬の特徴は次のとおりである。

マグネシウム（Mg）粉：粒径2mm以上のものを使用。非危険物。あらかじめ全量（412.5kg）が反応器に投入される。

図１ グリニャール反応を行っていた反応器の火災後の状況
テトラヒドロフラン（THF）：常温・常圧で液体。引火点は-17.2℃。溶媒として使用されていた。反応開始時における塩化ビニルモノマーの濃度調製と安全のため、3回に分けて合計4,380ℓが投入される。

塩化ビニル（塩化ビニルモノマー）：常温・常压で気体（沸点-13.9℃）。爆発限界3.6-33.0%の引火性を有する気体。本反応工程でコンピュータ管理により自動投入される。THFに徐々に溶け、Mgと反応する。発災時には全量1,071kgのうち約1,030kgが投入されていた。

塩化ビニルマグネシウム（VGR）：$\mathrm{CH_{2}=CH-MgCl}$。グリニャール試薬の一種：類似物質である良化ビニルマグネシウムの生成熱が264.6kJ/molであることから[2]、VGRの生成熱も同程度と考えられる。そのため、暴走反応時に発生する反応熱が大きいことが予想される。グリニャール試薬は水により容易に分解する。水との反応熱は一般的に84-167kJ/molである[2]。式(1)の様にVGRは水と反応するとエチレンとマグネシウム塩に分解する。グリニャール試薬の危険性評価について文献3がある[3]。$\mathrm{CH_{2}=CH-MgCl+H_{2}O\rightarrow C_{2}H_{4}+MgCl(OH)}$ 式(1)

### 2.4 グリニャール試薬合成の反応工程

グリニャール試薬合成の反応式は次の式(2)のとおりである。塩化ビニルモノマーを導入する前にTHF/Mg粉溶液を約40℃に加熱しておく。塩化ビニルモノマーをTHF/Mg粉溶液中に導入する前に反応促進剤として、前のVGR製造工程で生成されたVGRをTHF中に仕込んでおく。これを種VGRと以下いう。種VGRは前回の工程で生成されたVGRで、約200ℓを回収・保存タンクに保存し、

表1 反応器内で検出された気体のガスクロマトグラフィー質量分析の結果

保持時間(分)	成分名	保持時間(分)	成分名
3.4	Acetylene	19.4	Butane
3.6	Ethylene	19.5	1-Butene $ ^{1)} $
4.1	H $ _{2} $ O	23.6	1-Pentene
4.3	Ethane	23.8	2-Pentene $ ^{2)} $
10.7	1-Propane	24.0	2-Pentene $ ^{2)} $
11.8	Propane	24.1	Pentane
15.1	Vinylchloride	25.5	Tetrahydrofuran
18.2	2-Methylpropane	26.5	2-Methyl-2-pentene
18.4	1-Butene $ ^{1)} $	26.7	3-Methylcyclopentene
18.5	1-Butene $ ^{1)} $	27.2	1-Methylcyclopentene
19.1	1-Butene $ ^{1)} $	27.3	Methylcyclopentene

1）1-Buteneのマススペクトルは2-Buteneおよび2-Methyl-1-penteneと類似しているため、確定不能。

2）2-Penteneのマススペクトルは2-Methyl-2-Buteneおよび1,1-Dimethylcyclopropaneと類似しているため、確定不能。

次の工程で投入していた。数ヶ月以上保存する場合には回収した種VGRはドラム缶に窒素を封入して保存していた。

$$ CH_{2}CHCl+Mg\quad\underset{THF}{\overset{CH_{2}CHMgCl}{\rightarrow}}CH_{2}CHMgCl $$

### 3. 分析結果

火災原因を推定するために火災後の反応器内部ガスおよび反応器内部残渣物について、定性・定量分析を実施した。

### 3.1 反応器内部ガス

反応器内部より採取したガスについてガスクロマトグラフ質量分析により定性分析を実施した。表1にガスクロマトグラフ質量分析の結果を示す。エチレン、ブタンだけでなく、10種類以上のガスが検出された。仮に水が混入し、VGRが分解したのならば、水とVGRの反応式は式(1)のとおりで、それによると反応後のガス中の主成分はエチレンで、副成分について、エチレンが重合したブタン等が生成すると考えられる。分析結果の様に多種類のガスはほとんど生成しないと考えられる。

### 3.2 反応器内部残渣物

反応器内部およびマンホール蓋の裏より採取した残渣物についてエネルギー分散型X線分析装置により定性分析を実施した。定性分析の結果、Mg、炭素、酸素、塩素が検出され、合成反応で使用しない元素は検出されなかった。定性分析の結果を考慮して、反応器内部の残渣を試料として炭素、水素、窒素、塩素の定量分析を実施した。表2に定量分析の結果を示す。酸素については、上記以外の元素を酸素として計算した。

次いで、水に可溶なマグネシウム化合物と不溶性のマグネシウム化合物とマグネシウムについて、定量分析を実施した。VGRが水によって分解することで生成したMgCl(OH)にさらに水を添加した場合、式(3)に示す反応が起こると考えられる。

$$ 2\mathrm{MgCl(OH)+H_{2}O\rightarrow MgCl_{2}+Mg(OH)_{2}} $$

以上のことを考慮すると、タンク内の残渣（グリニャール試薬、MgCl(OH)および未反応のMg粉等）中に水を十分に添加した場合、可溶成分はVGR由来のMgCl₂、不溶成分はVGR由来のMg(OH)₂と未反応のMgとなる。

表3に水溶性および不溶性のマグネシウムの定量分析結果を示す。各試料のMgの重量パーセント（wt.%）を100g中のモル数に置き換え、未反応であったと考えられるMg量（100g中のモル数）を計算した値を示す。表3において5箇所サンプルを採取したうち4箇所では、未反応Mgが検出されている。この結果は、原料Mgの多くが未反応のままであった可能性が高いことを示している。この考察において注意しなければならないことは、今回の定量は、タンク内の数箇所から残渣の一部をサンプリ
ングしたものを分析した結果であることから、この結果が全ての残済を代表するものではないということである。しかし、タンク内から回収された残済を観察すると、未反応のMgを容易に見つけることができた。グリニャール試薬合成反応が正常に進行していれば、発炎時刻には、Mgはほとんど残っていないことになる。しかし、マグネシウムの定量分析結果および目視観察により、残済中に多くのMgが残っていたことが判った。VGRの合成反応が計画通りに進行せず、染走反応前に未反応のMgと塩化ビニルモノマーが大量にTHF中に存在していた可能性がある。

### 4. 火災原因の推定

本火災の原因を推定する上で以下のことを重視した。

(1)本火災が発生した時点で、所定の塩化ビニルモノマーの96％が導入されていた。反応初期の暴走反応ではない。

(2)反応タンクに担傷が無かったことから、外部からの水の混入は無かったと考えられる。まして、反応終期の全てのVGRが反応するためには約244kgの水が必要となるが、これだけの水が混入することは考えられない。

(3)異物の混入の可能性についてTHFは蒸留されていて、火災時にもTHFに異常は無かった。また、操作中に異物の混入はなかった。

(4)工程中、攪拌は正常であった。

(5)通常の作業（正常な運転時）と異なっていたことは、種VGRをVGRの回収・保存タンクで通常より長く、2週間程度保存したことであった。

マグネシウムの分析結果から、上記の(1)と矛盾する結果が得られた。火災時に塩化ビニルグリニャール試薬合成反応が正常に進行していれば、発災時間には、Mgはほとんど残っていないことになる。しかし、マグネシウムの定量分析結果は、残渣中にMgが多く残っていたことから、事故時に生成していたVGRは正常な場合より少なかったことを示している。暴走反応時にVGRが大量に生成した可能性を考えあわせると、暴走反応前には、さらに多くの原料Mgが未反応であったと考えられる。

グリニャール試薬合成反応の開始は溶液温度（40℃）が1℃以上上昇することで確認していたが、事故当時の温度上昇が事故当時鈍かった可能性もある $ ^{[1]} $ 。また、反応

表 2 タンク内残渣の定量分析結果

試料名	C	H	N	Mg	Cl	O₂
①タンク内底部(黑色)	5.6	0.95	0.14	28.73	52.05	12.53
②タンク内中間部(黑色)	35.8	4.88	0.09	23.80	20.50	14.93
③タンク内中間部(白色)	34.2	4.48	0.23	29.17	20.43	11.49
④タンク内上部(黑色)	43.1	6.04	0.17	17.39	15.68	17.62
⑤タンク内上部(白色)	27.0	4.04	0.05	43.72	18.11	7.08

数字は重量%を表す。

02は計算によって求めた値。

表 3 水溶性および不溶性のマグネシウム量

試料名	Mg(不溶)
[Mg.Mg(OH2)]	Mg(水溶)
[MgCl2]	未反応Mg
a(mol)	b(mol)	c=a-b(mol)	c(g)
①タンク内底部(黑色)	0.42	0.84	-0.42	-10.3
②タンク内中間部(黑色)	0.57	0.47	0.11	2.6
③タンク内中間部(白色)	0.76	0.42	0.34	8.2
④タンク内上部(黑色)	0.39	0.31	0.09	2.1
⑤タンク内上部(白色)	1.12	0.42	0.70	17.0

数字は試料100g中の値。
の進行は塩化ビニルモノマーの圧力降下で捕捉していたが、Mgと反応しなくとも、塩化ビニルモノマーの多くがTHFに溶け込めば、反応しなくても圧力は降下する。

塩化ビニルモノマーのTHFに対する溶解性について考察した。THF100gに対して塩化ビニルモノマーの溶解量は、39.0g (20℃)、23.5g (30℃)であり、THFが4,380lであったことから、916kg (30℃)の塩化ビニルモノマーが溶ける可能性がある $ ^{[4]} $ 。塩化ビニルモノマー量は14.7kmolで、それに対してMgの仕込み量は17.0kmolである。今回の合成反応時の温度条件である40℃付近では溶解度のデータが無いため、溶解度を30℃における値の1/2と見積もると、塩化ビニルモノマーはMgと反応しなくとも、圧力が降下するのに十分な程度、未反応のままTHFに溶け込む可能性があることがわかった。よって、暴走反応開始時（反応終期と考えられていた時点）に、未反応の塩化ビニルモノマーが滞留していた可能性が高い。

グリニャール試薬合成反応の反応速度が通常より遅く、反応が停滞した原因について考察する。VGRの合成で重要なのはMg表面の活性化である。ここで活性化とはMg表面の酸化物や水酸化物の皮膜を除去することである。活性の高いMg表面を得るために、種々のグリニャール試薬合成法があり、種VGRを用いる方法はそれらの合成法の一つである。水、二酸化炭素および酸素によってVGRの反応性が低下することが報告されている $ ^{[5]} $ 。和VGRをVGR回収タンクで長期間保存している間に、水分、酸素等が混入し、種VGRの活性が低下していた可能性が考えられる。

### 5. 爆発に至る経過

(1) 停滞していた反応が開始し、暴走反応となる。爆発前には、反応タンクから内容物であるTHFおよび塩化ビニルモノマーが大量に反応器外に漏洩した。反応タンクには淺つかの漏えい箇所が考えられている。今回の爆発では、反応器の内部ガスの漏えいから爆発までに、若干の時間（数分程度）を要している。このことから、反応器外に噴出したTHFおよび塩化ビニルモノマーが、ある程度工場内に充満した後、爆発したと考えられる。

(2) 反応タンク外に漏えいした可燃性蒸気の発火源は、暴走反応によって発生したグリニャール試薬合成反応における反応熱の可能性が高い。なお、反応器内では酸素が無いため発火しない。

(3) 発火は反応タンクの漏洩箇所付近の温度が反応熱によってTHF/塩化ビニルモノマー混合気体の発火点を超えたことで着火したと考えられる。反応器外では、酸素が十分あるため火炎が形成され、爆発に至った。

(4) 今回の爆発の程度を被害の程度と爆風圧の関係から推定した結果、TNT火薬に換算すると、数kg程度（最大でも10kg程度）であった。補遺で計算方法を示した。

### 6. まとめ

平成17年5月、福島県いわき市内の化学工場において、塩化ビニルマグネシウムの合成工程で爆発火災が発生した。火災時の操作状況、反応の様子および火災後の分析結果から火災原因として以下のことが推定された。

(1) 塩化ビニルマグネシウムの合成反応が停滞していたのにもかかわらず、塩化ビニルモノマーを導入し続けたため、蓄積した塩化ビニルモノマーとマグネシウム粉が、ある時点で反応を開始し、暴走反応に至った。

(2) 塩化ビニルマグネシウムの合成反応が停滞した原因としては、反応促進剤として反応初期に投入してあった塩化ビニルマグネシウムが劣化し、活性が低下していた可能性がある。

## 補遺

爆発の程度について、爆風圧の関係から推定した。被害の程度は周囲建物のガラスが破損したり、外壁が一部破損した程度であった。文献6から、窓ガラスが破損する爆風圧∆Pを約0.01kgf/cm²とした。次式からTNT換算距離λを求めた[6]。

$ \lambda=2.7944\Delta P^{-0.71448}=2.7944(0.01)^{-0.71448}=75.032\div75 $ となり、約75m/kg $ ^{1/3} $ となる。

TNT換算距離λは、以下に示すリューデンベルグの式によって与えられる[7]。

$$ \lambda=\mathbf{R}/\mathbf{W}^{1/3}、\mathbf{W}=(\mathbf{R}/\lambda)^{3} $$

ここで、R：実スケールの距離(m)、W：薬量(kgf)である。

このリューデンベルグの式に、最遠の窓ガラス破損箇所である、爆心から北東方向にあるボイラー室棟の距離約76mを代入すると、薬量Wは、

$$ \mathrm{W}=(76/75)^{3}=1.0405\doteq1\left(\mathrm{kgf}\right) $$

となる。

また、爆心から、約70mの距離にある立体倉庫棟（鉄骨造）の外壁が一部破損していることから、軽微な家屋の担傷として考えた場合、爆風圧ΔPは約0.03kgf/cm²となる $ ^{[6]} $ 。同様な計算をするとTNT換算距離λが約34m/kg $ ^{1/3} $ 、薬量Wが約9(kgf)と計算される。したがって、今回の爆発の程度は、TNT火薬に換算すると、数kg程度(最大でも10kg程度)であったといえる。

## 参考文献

[1] いわき市消防本部、化学工場爆発火災の概要、月刊消防、28(5)、No.321、pp.71-77 (2006)

[2] Herman, G. Richey, Jr., “Grignard Reagents - New Developments-”, John Wiley & Sons Ltd (2000)

[3] Ming-Huei Yue, et al., “Relief Vent Sizing for Grignard Reaction”, J. Loss Prev. Process Ind., 7, pp. 413-418 (1994).
[4] R. Emerson Lynn, Jr, Kenneth A. Kobe, "Pilot Plant Vinyl Chloride from Dilute Acetylene Gases", Industrial and Engineering Chemistry, 46, pp.633-643(1954)

[5] Gray S. Silverman, Philip E. Rakita, “Handbook of Grignard Reagents”, Marcel Dekker(1996)

[6] 難波桂芳 監修、“爆発防止実用便覧”、サイエンスフォーラム(1983)

[7] 安全工学協会編、“新安全工学便覧”、コロナ社(1999)

## 謝辞

現場での調査、試料の手配その他でいわき市消防組合消防本部には大変お世話になりました。同本部の皆様に深く感謝致します。
# Explosion in the Reactor of Grignard Reagent Production Unit

(Abstract)

Yusaku Iwata

(Accepted August 7, 2005)

The explosion accident happened in a chemical plant in Iwaki city in May 2005. Vinylchloride monomer was introduced to tetrahydrofuran (THF) solution containing magnesium particles in the reactor. Vinylmagnesium chloride, which was one of the Grignard reagents, was synthesized in this process. A portion of vinylmagnesium chloride produced in the last reaction process was used as the reaction promotion agent in the initial reaction. The cause of the accident is presumed as follows:

(1) Though the production of vinylmagnesium chloride stagnated, vinylchloride monomer continued to be added to THF solution containing magnesium particles. As a result, an accumulated vinylchloride monomer suddenly began to react with magnesium particles, then a runaway reaction occurred.

(2) The decrease of the reaction activity of vinylmagnesium chloride used as the reaction promotion agent was suggested as the possible reason of the stagnation of the progress of reaction.
研究紹介

# ハンガリーでの大規模タンクの火災・消火実験

廣川 幹浩、古積 博、竹元 昭夫、岩田 雄策

(平成18年7月26日受理)

### 1. はじめに

最近、石油タンクの火災事例が続いている $ ^{1,2} $ 。特に2003年十勝沖地震においては、苦小牧地区の製油所のナフサタンクが全面火災に至り、鎮火まで約44時間も要する大火災となったほか $ ^{3} $ 、2005年12月にはイギリス・ロンドン郊外でも大規模なタンク火災が起きた $ ^{4} $ 。石油タンクやプラントの大規模火災の消防対策を講じるためには、発災物質の燃焼性状を理解することが重要である $ ^{5,6} $ 。そのため、タンク火災の燃焼性状の解明のための実験を行い、大規模タンク火災の基礎的な情報を提供することが

## 重要である。しかしながら、

場所の確保、予算面から国内では大規模な火災実験を行うことは難しい。他方、国外では石油会社が主体となって大規模な火災実験が毎年のように行われており、今回、ハンガリーで行われた実験に消防研究所が参加する機会を得たので、実験の概要を紹介する。

### 2. 実タンクを使った大規模火災実験

大規模火災実験は、ハンガリーのサーズハロムバッタ(Szazhalombatta)にあるハンガリー国営石油（MOL）社Szazhalombatta製油所内のNo.2008タンク（内径41.5m、高さ16.0m）を用いて行われた。燃焼タンク及び測定機器の配置図を図1に示す。燃焼タンクは、No.2009タンクとNo.2007タンクで挟まれてお

り、それぞれのタンク間の距離は40mである。

### 2.1 実験中の天候状況

実験時の天候は曇り、点火時には小雨が降っており、気温は18℃であった。また、風向きは北西（概ねNo.2009タンクからNo.2007タンクの方向、図1参照）、風速は2～5m/sであった。

### 2.2 燃料

燃料は、軽油が用いられた。表1にその主な物性値を示し、図2に蒸留曲線を示す。実験に用いられた軽油は、国内で使われている自動車、船舶などの燃料用軽油（JIS K2204 軽油特1号、1号、2号）に比べて、蒸留曲線の

図１ 燃焼タンク及び測定機器等の配置図
終点が低い。軽油の総容量は42kL（=層厚さ34mm）であり、タンクの内溶液で大部分を占める水の上に浮かんでいた。また、容易に着火できるよう、2kLのガソリンが点火直前に添加された。燃料の初期液面は、タンク側板の上端から約0.5mの位置であった。点火は、点火玉を使用した。

### 2.3 放射熱量の測定

放射熱量の測定は、日本から持参した表2に示す温度補償型放射計（RE-Ⅲ型、東京精工(株）を用いて行った。放射計は、測定前に黒体の熱源を用いてキャリプレーションを行った。放射計の設置位置は、図1に示すように、風上側のNo.2009タンク及び風下側のNo.2007タンクの上部の歩廊（高さ：16m）と下部の犬走り（高さ：1m）の計4箇所とした。実験データのサンプリング間隔は5秒とし、コンピュータに保存した。

### 2.4 火炎の熱画像

火炎の熱画像は、日本から持参した表3に示す赤外線カメラ（IWS-100、日本アビオニクス(株)）を用いて撮影した。ここで、熱画像中の温度は、見かけの温度を示す $ ^{5} $ 。赤外線カメラの設置位置は、図1に示すように、燃焼タンクから水平距離約170mの位置とし、撮影の時間間隔は10～15秒毎とした。

### 2.5 消火

燃焼から約3分後、流量20,000L/minの大容量泡放水砲（ノンアスピレート型、Silvani（Kidde Italia製））1基を用いて消火が行われた。消火薬剤は、1％の水成膜泡（AFFF, Aqueous Film-Forming Foam）を使用した。火災は、2～3分間の投入で容易に消火できた。

### 3. 結果と考察

消火開始直前の燃焼タンクの画像の一例を図3に示す。また、消火時の様子を図4に示す。火炎の大部分は黒煙で覆われ、また、横風に煙られて火炎が傾斜している様子が見て取れる。

### 3.1 火炎形状

図3、4に示すように、火炎は始ど黒煙に覆われており、横風により傾斜している。多数の熱画像とビデオカメラの画像の解析の結果、垂直軸に対する火炎の傾斜角

表1 軽油の物性値

Density	807.3kg/m³
Czetan index	60.4
Flash point (Tag closed cup method)	70.0℃
Beginning of boiling	172.2℃
End of boiling	294.7℃

表 2 放射計の仕様

Detector	Thermopile coated with Platinum black
Solid angle	120°
Heating surface area	100mm²
Time constant	0.30 second
Filter	KRS-6

表 3 赤外線カメラの主な仕様

Detector	In-Sb
Detector cooling system	Electro-cooling
Time constant	<0.1 second
Spectral range	3-5.4 $ \mu $ m
Field of view	15°×20°
Display resolution	120×160
Range of temperature	-30 to 920 $ ^{\circ} $ C
Minimum detectable temperature	0.2 $ ^{\circ} $ C

図２ 使用した軽油の蒸留曲線
θは30°（±5.2°）であった。湯本 $ ^{8)} $ は、Froude数Frを用いて、横風を受けるガソリンの火炎の傾斜角を式(1)で提案した。

$$ \mathrm{t a n}\theta=\mathrm{\boldmath~\left(F r\right)^{0.38}=\mathrm{\boldmath~\left(U^{2}/D\right)^{0.38}} $$

ここで、Uは風速（m/s）を示し、Dはタンクの内径（m）

図3 燃焼実験の様子

図4 消火時の様子

(a) 風上側 No.2009 タンク

を示す。風速を2～5m/sとすると、火炎の傾斜角は、22.3°＜θ＜39.5°の範囲となり、火炎の実測値はこの範囲に入る。また、火炎長は、黒煙のため正確には決定できないが概ね1.5D程度であった。

### 3.3 放射热量

図5(a)、(b)に、隣接タンクで計測した放射熱量を示す。ここで、図中の実線は、タンク上部の歩廊での放射量を示し、波線は犬走りでの放射量を示す。点火は、計測開始から約30秒後に行われ、点火から120秒後に最高温度に達した後、消火が行われた。風上側の放射量の立ち上がり時間が早いのは、点火が風上側で行われためと思われる。図5(a)、(b)より、風下の放射量は、風上の2倍以上あり、タンク上部の放射量は、タンク下部の2～3倍を示している。これは火炎の傾きθを30°とすると火炎と受熱面の間の形態係数が3倍程度異なることから説明ができる。風下側の歩廊では、放射計の仕様を超える受熱があった。

### 3.4 熟画像

図6に点火開始から約1分30秒後の火炎の熱画像を示す。火炎が十分に大きいことから火炎の放射率を1.0と仮定する $ ^{5)} $ 。火炎中部にFire ball状の火炎が形成されている。火炎基部及びFire ball状の火炎が観測された位置が高い温度を示し、これらの部分からの放射熱が大きい。

図6 火炎の熱画像の例

(b) 風下側 No.2007 タンク

図５ 火炎からの放射熱の変化
本実験で得られた火炎の最高温度は、火炎基部付近で約840℃で、これは、Stefan-Boltzmannの法則で計算すると約55kW/m²の放射発散度に相当する。著者らの過去の実験結果 $ ^{[5]} $ に比べて低いが、これは、実験時、小雨のため、火炎からの放射熱が途中で吸収されたことも原因の一つと考えられる。

### 4. まとめ

実タンク（内径41.5m、高さ16.0m）での軽油の燃焼実験により、以下の結論を得た。

1）火炎の高さは、タンク直径の約1.5倍、また、風による火炎の傾斜角は、湯本の提案するFrude数を基にした式を用いて計算したものと大略適合した。

2）風下およびタンク上部の放射量は、風上およびタンク下部の数倍程度であった。

## 参考文献

1) Henry Persson, Anders Lonnermark, Tank fires (2004)

2）全国危険物安全協会、危険物施設等の災害事例集（2005）

3）消防研究所、平成15年十勝沖地震記録（2004.9）

4) HSL, The Buncefield Investigation, Progress report (2006.2)

5) Hiroshi Koseki and Yusaku Iwata, Effects of pan size on radiation characteristics of large scale crude oil fires, Proceedings of the INTERFLAM 2001, pp.647-658, Edinburgh, UK (2001)

6) Hiroshi Koseki, Yusaku Iwata, Yasutada Natsume, Toru Takahashi and Toshisuke Hirano, Tomakomai large scale crude oil fire experiments, Fire Technology. 36 (1) pp. 24-38 (2000)

7）日本アビオニクス(株)HP,http://www.avio.co.jp/

8）湯本太郎、液面燃焼における燃焼速度と放射熱、学位論文（東京理科大学）(1977)

## 謝辞

測定に当たっては、ハンガリー・MOLの協力を得た。関係者に感謝します。
# Burning Characteristic of Large-Scale Tank Fires and Fire Fighting

(Abstract)

Yoshihiro Hirokawa, Hiroshi Koseki, Akio Takemoto and Yusaku Iwata

(Accepted July 26, 2006)

This paper introduces petroleum fire experiments which were conducted using diesel oil in 42 m diameter actual tank and fire-fighter training facilities at the MOL refinery in Hungary. We participated in the tests and measured radiation from the fires using radiometers and IR-cameras.

Radiation to leeward was very high, but it is easy to extinguish the fires using a large fire fighting gun. Flame height was 1.5 times as much as the tank diameter, and its tilt angle was similar to the calculated value using Froude number.
## おことわり

# 所外発表論文

目次

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Study on reactivity of ammonium nitrate contaminated by sodium dichloroisocyanurate

X.R. Li and H. Koseki ..... 35

Investigation on spontaneous ignition of two kinds of organic material with water

Z.M. Fu, H. Koseki and Y. Iwata ..... 40

Evaluation of danger from fermentation-induced spontaneous ignition of wood chips

X.R. Li, H. Koseki, and M. Momota ..... 47

Effect of Oxygen Concentration on the Carbon Monoxide Yields from Methane and Methanol Flames

Y. SASO, H. GOTODA and Y. OGAWA ..... 53

Effects of sample orientation on nonpiloted ignition of thin poly(methyl methacrylate) sheets by a laser 2. Experimental results

H. Gotoda, S. L. Manzello, Y. Saso and T. Kashiwagi ..... 63
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## Articles of Staff of NRIFD Published by Outside Organizations

## Contents

Study on reactivity of ammonium nitrate contaminated by sodium dichloroisocyanurate

X.R. Li and H. Koseki ..... 35

Investigation on spontaneous ignition of two kinds of organic material with water

Z.M. Fu, H. Koseki and Y. Iwata ..... 40

Evaluation of danger from fermentation-induced spontaneous ignition of wood chips

X.R. Li, H. Koseki, and M. Momota ..... 47

Effect of Oxygen Concentration on the Carbon Monoxide Yields from Methane and Methanol Flames

Y. SASO, H. GOTODA and Y. OGAWA ..... 53

Effects of sample orientation on nonpiloted ignition of thin poly(methyl methacrylate) sheets by a laser 2. Experimental results

H. Gotoda, S. L. Manzello, Y. Saso and T. Kashiwagi ..... 63
# 消防研究所报告

通 卷 101 号

平成18年9月30日発行

禁無断転載

総務省消防庁 消防大学校 消防研究センター

〒182-8508 東京都調布市深大寺東町4-35-3

電話（0422）44·8331（代表）

http://www.fri.go.jp

Email:toiawase2006@fri.go.jp

印刷 ___ 州社

105-0012 東京都港区芝大門1丁目1番21号

100 本報告書は古紙100%を使用しています。
総務省消防庁 消防大学校 消防研究センター

N R I F D

182-8508 東京都調布市深大寺東町4-35-3

http://www.fri.go.jp

National Research Institute of Fire and Disaster

35-3, Jindaiji Higashimachi 4-chome,

Chofu Tokyo 182-8508 Japan
要求番号	事項	前年度算額	29年度概算要求額	对前年度比較增△減	備考
6	11-95 金融市場整備推進必要な経費	1,188,052	1,015,341	△ 172,711	23年度	24年度	25年度	26年度	27年度
予算額	(1,593,014)(1,609,092	2,394,161)(2,427,915	2,048,619)(2,163,192	1,180,092)(1,180,289	3,282,835)1,103,187
決算額	-	-	1,887,480	1,041,697	945,730
不 用 額	-	-	161,139	138,395	154,294
001 市場の公正確保必要な経費	221,628	275,134	53,506
001 証券取引等監視委員会必要な経費	218,817	272,284	53,467
01 証券取引等監視委員会一般事務費	21,097	37,246	16,149	(說 明)証券取引等監視委員会所掌の一般事務を処理するために必要な経費
95016-2129-06-0110 諸 謝 金	21	21	0	·証券取引等監視委員会
95016-2122-08-2010 職 員 旅 费	20,783	34,447	13,664	·中間監督者会議等講師謝金	@9,700円	2時間	1回	1.08	21(21)
·証券取引等監視委員会
·外国旅費(海外調查等旅費)	34,447(29,299(16,938)
(1)FCA等海外長期調查に係る経費	5,148(3,845)
95016-2123-09-2102 金融政策業務庁費	293	2,778	2,485	·証券取引等監視委員会	2,778(293)
(1)FCA等海外長期調查に係る経費	147(293)
·消耗品費	@14,000円	4人	56(112)
·通信運搬費	@8,125円	4人	33(65)
·無徴徴費	@29,000	58(116)
·無徴徴費	@14,500円	4人	2,631(0)
·無徴徴費	@2)金融商品取引法に基づく照会業務にかかる経費	2,508(0)
·通信運搬費	(1)郵送料(返信)	648(0)
(@92円 4,000件) + (@140円 2,000件)	1,860(0)
·無徴徴費	@310円 6,000件	33(0)
·消耗品費	(1)返信用封筒(長3)	@3.5円 4,000件	1.08	15(0)
·無徴徴費	(1)返信用封筒(角2)	@8.5円 2,000件	1.08	18(0)
·無徴徴費	·受取人払手数料	@15円 6,000件	90(0)
77 内 (金)

要求番号	事項	前年度額	2.9年度概算要求額	对前年度比較增△減	備考
06 檢 查 等 一般 事 務 費	26,938	25,316	△ 1,622	(說 明)金融商品取引法第194条の7第2項等の規定に基づき行う、金融商品取引業者等に対する検査その他事務を行うために必要な経費
95016-2122-08-2221 金融機関等検査旅費	25,654	24,169	△ 1,485	·証券取引等監視委員会(1)内国旅費(証券取引検査旅費)1.証券会社等検査に係る経費□.金商法192条第1項に基づく裁判所申立て等に係る経費(2)外国旅費(海外検査等外国旅費)·本邦証券会社現地法人の検査等に係る経費	24,169(25,654)17,699)8,726)8,973)7,955)1,284)536(530)754)355)21(32)30(45)5(7)181(271)300)237)63)99)13)86)86)182(48,189)39,750)11 証券取引等監視経費(犯則調査経費)	1,147(15)10件1.08(15)10枚3者(15)10枚3回(二)予納郵券@6,020円10件3者(1)自動車料@14,658円15件1.08(15)@3,905円10件1.08(1)照会手数料@1,455円6件1.08(1)執行官費用@1,800円2通4件2回3者(説 明)金融商品取引法第210条及び第211条等の規定に基づき行う、犯則調査その他事務を行うために必要な経費41,182(1)内国旅費(証券取引検査等旅費)·証券取引検査等旅費(犯則事件の調査に係る旅費)(2)外国旅費(海外検査等外国旅費)
要求
番号	事項	前
年
算
稅	2.9年度
概算要求額	对前年度
比較增△減	備
考
95016-2123-09-2102
金融政策業務庁
費	0	633	633	·海外檢查等外国旅費(犯則事件の調査に係る旅費)	7,437(8,439)
·証券取引等監視委員會
·ICカード乗車券経費
·通信運搬費	633(0)
95016-2123-09-6110
搜
查
費	10,707	10,182	525	·証券取引等監視委員會
·搜查費	10,182(10,707)
(說 明)
金融商品取引法第194条の7第2項第8号及び同条第3項等の規定に基づき行う、有価証券報告書等の檢
查及び課徵金に係る事件について必要な調査その他の事務を行うために必要な経費
16 証券取引等監視経費(課
徵金調査等経費)	38,527	44,228	5,701
·証券取引等監視委員會
·クロスポーダー取引事案に係る意見書執筆謝金
(341,000)
@321,000円 2回	642(682)
95016-2123-08-2221
金融機関等檢查
旅費	34,475	38,730	4,255	·証券取引等監視委員會
(1)内国旅費(証券取引檢查等旅費)	38,730(34,475)
·取引調査に係る経費	29,488(24,781)
·開示檢査に係る経費	21,876(17,776)
·(2)外国旅費(海外檢査等外国旅費)	7,612(7,005)
·クロスポーダー取引事案の調査等に係る経費	9,242(9,694)
95016-2123-09-2102
金融政策業務庁
費	1,394	2,504	1,110	·証券取引等監視委員會
(1)ICカード乗車券経費
·通信運搬費	2,504(1,394)
·証券取引等監視委員會
(1)ICカード乗車券経費	1,888(944)
·(1)取引調査に係る経費	936(335)
·(2)有価証券報告書等檢査に係る経費	952(609)
·(1,971)(5)
·通信運搬費	9(11)
·(1,200円 7件 1.08	516(376)
·(1)自動車料	(12,741)(26)
@12,814円 36件 1.08
·(1)会議室借料	498(358)
·(1,164)(50)
·証券取引等監視委員會	18(18)
·搜查費	2,352(1,976)
95016-2123-09-6110
搜
查
費	1,976	2,352	376	·証券取引等監視委員會
·搜查費	91(63)
21 証券取引等監視経費(証
券取引審查経費)	1,169	1,654	485	·(說 明)
金融商品取引法第194条の7第2項等の規定に基づき行う、報告又は資料の聴取その他の情報の収集並
びに取引の内容の審査に関する事務を行うために必要な経費	91(63)
79 内 (金)

要求番号	事項	前年度算額	2.9年度概算要求額	对前年度比較增△減	備考
95016-2122-08-2221金融機関等検査旅費	1,013	1,498	485	·証券取引等監視委員会·內国旅費(証券取引検査等旅費)·証券取引審査旅費	1,498(1,013)
95016-2123-09-2102金融政策業務庁費	156	156	0	·証券取引等監視委員会·証券取引等監視委員会·通信運搬費·ICカード乗車券経費	156(156)
26 デジタルフォレンジック関連システム経費	45,243	80,175	34,932	·証券取引等監視委員会·証券取引等監視委員会·
内(金) 80

要求番号	事項	前年度算額	29年度概算要求額	对前年度比較增△減	備考
イ. ナビダイヤル導入経費(イ)月額使用料a. 基本サービス費用b. オブシヨンサービス(ロ)通話料	@15,000円 12月 1.08@3,000円 12月 1.08@45円 2,500件	346(233)194(39)113(0)2,731(405(0)1,928(0)1,080(2)216(108)864(864)864(864)86
81 内 (金)

要求番号	事項	前年度額	2.9年度概算要求額	对前年度比較增△減	備考
001 課徵金制度関係経費	1,538	1,469	△ 69	(說 明) 課徵金制度(公認会計士法)の適正な執行のために必要な経費
95016-2129-06-0110 諸 謝 金	972	972	0	·審判手続室	972(	972)
(1) 通訳謝金	@50,000円 1人 2件 1.08	108(
(2) 鑑定謝金
95016-2122-08-2010 職員旅費	315	315	0	·審判手続室
·外国旅費(海外調査等旅費)
·外国在住事件関係人営業所等調査旅費(審判官)
95016-2122-08-2221 金融機関等検査旅費	132	63	△ 69	·一般職審判官(上海)	@314,813円 1人 1回	315(
·審判手続室
·內国旅費(証券取引検査等旅費)
·事件関係人営業所等調査旅費(審判官)	63(	132)
·1. 一般職審判官	@62,903円 1人 1回	63(
·口. 前年度限りの経費(指定職審判官)	0(	69)
95016-2122-08-7011 参考人等旅費	119	119	0	·審判手続室
·內国旅費
(59,733)
011 店頭デリバティブ取引情報の蓄積·分析システム経費	40,349	28,674	△ 11,675	·参考人等旅費	@59,723円 2回	119(
001 店頭デリバティブ取引情報の蓄積·分析システム経費	40,349	28,674	△ 11,675	店頭デリバティブ取引情報の蓄積·分析にかかる経費
01 運 用 経 費	26,892	28,674	1,782	·市場課
95016-2123-09-1040 情報処理業務庁費	26,892	28,674	1,782	·雑役務費	28,674(	26,892)
·運用·保守費用(ハード)【29年度国庫債務負担行為】
@3,550,000円 1.08	3,834(	0)
·システム保守·運用費用(ソフトウェア)
@23,000,000円 1.08	24,840(	24,840)
·前年度限りの経費(運用·保守費用(ハード)【25年度国庫債務負担行為】)	0(	2,052)
06 開 発 経 費	13,457	0	△ 13,457	·市場課
95016-2123-09-1040 情報処理業務庁費	13,457	0	△ 13,457	·前年度限りの経費(雑役務費)