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ガス検知器を、天井に付けるべきか。床に近い高さに付けるべきか。
答えは、扱っている物質で決まります。そして間違えると、その検知器は一生鳴りません。
この記事では、漏れたガスがどう動くのかと、検知器をどこに置くべきかを整理します。
この記事の要点
- ほとんどの溶剤蒸気は空気より重い。地面を這い、低所に溜まる
- 軽いガスでも、低温で放出されれば重く振る舞う
- 無風・弱風のほうが危ない。拡散せずに濃度を保ったまま流れる
- 検知器は比重で高さを、滞留場所で位置を決める
- ボパールで被害が拡大したのは、重いガス・深夜・就寝中が重なったから
1. 漏れたガスは、上へ行くか下へ行くか
まず基本です。ガスの動きは空気に対する比重で決まります。
| 物質 | 蒸気比重 （空気＝1） | 挙動 |
| 水素 | 約 0.07 | 上昇する 天井・屋根の下に溜まる |
| メタン（都市ガス） | 約 0.55 | |
| アンモニア | 約 0.6 | |
| プロパン | 約 1.5 | 沈降する 地面を這い、低所に溜まる |
| ブタン | 約 2.0 | |
| アセトン | 約 2.0 | |
| 塩素 | 約 2.5 | |
| トルエン | 約 3.1 |
表を見て気づくことがあります。化学プラントで扱う可燃性物質の多くは、空気より重いということです。
「ガスは上に行く」という直感は、家庭用の都市ガス（メタン）の話です。プロパンボンベの警報器が床近くに付いているのは、プロパンが重いから。プラントの溶剤蒸気は、ほぼすべて後者です。
温度でひっくり返る
もうひとつ、重要な例外があります。
低温で放出されたガスは、分子量が小さくても重く振る舞います。冷たい気体は密度が高いからです。
- 液化天然ガス（LNG）の蒸発ガスは、本来ならメタンで軽い。しかし放出直後は極低温なので、地面を這う
- 加圧液化ガスがフラッシュすると、気化熱で周囲が冷える。ミストを含んだ低温の雲になる
- 周囲の空気と混ざって温まると、そこで初めて浮き上がる
つまり、「軽いガスだから上へ行く」と決めつけられないということです。放出の条件まで見る必要があります。
2. 重いガスは、薄まらずに遠くへ行く
比重の差は、単に「上か下か」だけの問題ではありません。薄まり方が違います。
| 軽いガス | 重いガス | |
| 動き | 上昇する | 地表を這う |
| 混ざり方 | 上昇しながら周囲の空気と混ざる | 層になって流れ、混ざりにくい |
| 到達距離 | 比較的短い | 長い。数百m先まで届き得る |
| 溜まる場所 | 屋内の天井、屋根の下 | ピット、窪地、堤の内側、建屋の床 |
| 人への影響 | 屋内では危険。屋外では薄まりやすい | 屋外でも人の高さに留まる |
重いガスが遠くまで届くのは、上下に混ざらないからです。薄い層になって地表を流れていく。これを重ガス挙動と呼びます。
だから、可燃性の重いガスは蒸気雲爆発になりやすい。
薄まらずに広がるということは、爆発範囲の濃度を保ったまま雲が育つということです。そして地表には、機器や構造物という障害物があります。
3. 拡散を決める条件
同じ量が漏れても、条件によって影響範囲は大きく変わります。
風は、強いほうが安全
直感に反するかもしれませんが、風が強いほど、ガスは早く薄まります。
危ないのは無風・弱風です。ガスは薄まらず、濃いまま、ゆっくり広がっていきます。
夜は、拡散しにくい
大気の「安定度」という概念があります。
- 晴れた日中――地面が温まり、上昇気流が起きる。よく混ざる（不安定）
- 晴れた夜間――地面が冷え、上に暖かい空気の層ができる。混ざらない（安定）
安定な大気では、ガスは上へ逃げられません。地表付近に留まったまま、遠くへ流れます。
「晴れて風のない夜」が、最悪の条件です。そして、そういう夜は静かで、当直の人数も少ない。影響評価では、この気象条件を想定ケースに含めます。
地形と建屋が滞留を作る
重いガスが集まる場所は、決まっています。
- ピット、地下ピット、マンホール
- 防液堤の内側（堤が滞留を作る）
- 建屋の床、階段の下、機器の裏
- 風の当たらない場所（建屋の風下、壁際）
ここで、被害局限化との緊張関係が出ます。防液堤は液を留めるためのものですが、同時にガスの滞留も作ります。
4. ボパールで起きていたこと
1984年のボパールは、この記事の内容がすべて重なった事例です。
| 条件 | 効いた向き |
| MICの蒸気は空気より重い | 上へ逃げず、地表を這って広がった |
| 深夜だった | 大気が安定し、拡散しにくかった |
| 住民が就寝中だった | 寝ている人の高さは、ガスが溜まる高さ |
| 工場の隣が住宅地だった | 希釈される距離がなかった |
| 何が漏れたか知らされていなかった | どちらへ逃げるべきか判断できなかった |
ガスの物性、時間帯、人の姿勢、立地、情報。そのすべてが悪い方向に揃いました。
ここから、緊急時対応の原則がひとつ出てきます。重いガスの漏えいでは、「風上へ逃げる」だけでなく「高いところへ逃げる」ことが有効です。逆に、低い場所へ避難するのは危険です。
5. 検知器を、どこに置くか
ここまでを踏まえて、実務の話に入ります。
高さは、比重で決める
| 対象ガス | 設置高さ |
| 空気より重い（多くの溶剤、LPG、塩素） | 床面に近い低い位置 |
| 空気より軽い（水素、メタン、アンモニア） | 天井付近 |
| 低温で放出される | 低い位置（放出直後は重く振る舞う） |
| 複数種類を扱う | 高さを変えて複数設置 |
位置は、3つの観点で決める
- 漏えい源の近く――フランジ、シール部、サンプリング点、ポンプのメカニカルシール
- 滞留する場所――ピット、堤の内側、建屋の低所、風の当たらない隅
- 人がいる場所の手前――そこへ到達する前に鳴る位置
3番目が、目的から言えば最も重要です。検知器は「漏れたことを知る」ためだけでなく、「人が巻き込まれる前に知らせる」ために置きます。
加えて、忘れられがちな設置場所があります。
- 建屋の換気の吸込み口――外のガスを建屋内へ引き込んでしまう経路
- 制御室・詰所の給気口――人が守られているはずの場所を汚染する経路
検知器は「数」ではなく「配置」で決まります。10台を均等に並べるより、滞留する3か所と人がいる場所の手前に置くほうが効きます。風向は変わるので、風下側だけに置く設計は成立しません。
入槽作業でも同じ
容器の中で測るときも、原理は変わりません。上・中・下の3点で測るのは、比重による偏りがあるからです。
6. 換気で薄める
屋内では、換気が主要な対策になります。ここでも比重が効きます。
- 重いガス――低い位置から排気する。天井の換気扇では床の層が抜けない
- 軽いガス――高い位置から排気する
- 給気と排気の位置関係で、建屋内に流れを作る。ショートサーキットさせない
そして確認すべきことがひとつ。停電したら、換気は止まります。換気を防護層として数えるなら、その動力が非常用電源に入っているかを見る必要があります。
7. 自分の職場で確かめる7つのこと
- 扱っている物質の蒸気比重を、言えますか。重いですか、軽いですか
- 検知器の高さは、その比重に合っていますか。
- ピットや窪地に、検知器はありますか。そこは人が入る場所ですか
- 制御室・詰所の給気口の近くに、検知器はありますか。
- 換気の排気口は、比重に合った高さにありますか。
- 停電したとき、換気は動きますか。
- 避難の際、「高いところへ」という指示は手順にありますか。重いガスを扱うなら
1番目は、その場で試せます。SDSの第9項（物理的及び化学的性質）に、蒸気密度が書いてあります。
まとめ
- プラントで扱う可燃性物質の多くは、空気より重い。地面を這い、低所に溜まる
- 軽いガスでも、低温で放出されれば重く振る舞う
- 重いガスは薄まらずに遠くへ行く。だから蒸気雲爆発にもなりやすい
- 晴れて風のない夜が最も拡散しにくい
- 検知器は比重で高さを、滞留場所と人の手前で位置を決める
ガス検知器は、付いているだけでは防護層になりません。ガスが来る場所に、ガスが来る高さで付いていて、初めて意味を持ちます。
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火災・爆発の型を全体として見分ける地図は、こちらにまとめています。
参考文献
- 安全工学会 監修、新井充・佐藤吉信・高木伸夫・野口和彦・若倉正英 編『実践・安全工学シリーズ1「物質安全の基礎」』化学工業日報社、2012年
Amazonで見る - 安全工学会 監修『実践・安全工学シリーズ2「プロセス安全の基礎」』化学工業日報社、2012年、第4章「安全性解析手法」
Amazonで見る - 各物質の蒸気密度・比重は、SDSの第9項および信頼できる物性データベースで確認してください
※本記事の蒸気比重は代表的な概数です。実際の値は温度・圧力によって変わり、混合物では組成にも依存します。検知器の設置位置・数量の決定には、対象物質のSDSと、該当する法令・指針を確認してください。
