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1982年、ダイセル堺工場。最初の爆発は、それほど大きなものではありませんでした。
問題はそのあとです。爆風で、建屋に積もっていた粉じんが一斉に舞い上がりました。そして、それが燃えた。死者6名。
粉じん爆発の恐ろしさは、ここにあります。本当の被害を出すのは、一次爆発ではなく二次爆発です。
この記事の要点
- 粉じん爆発には5つの条件が要る。気体より2つ多い
- 被害を決めるのは二次爆発。積もった粉が舞い上がって燃える
- だから清掃（ハウスキーピング）が、最大の対策になる
- 粉の危険性はKst値と爆発等級（St1〜St3）で表す
- 粒径が細かいほど危険。同じ物質でも工程で危険性が変わる
1. 粉じん爆発には、5つの条件が要る
気体の燃焼には、3つの条件が要ります。可燃物・酸素・着火源。いわゆる燃焼の三角形です。
粉じん爆発では、これに2つ加わります。
| 条件 | 意味 |
| ① 可燃性の粉じん | 金属、樹脂、食品、医薬、木材など |
| ② 酸素（空気） | — |
| ③ 着火源 | 静電気、摩擦、機械的火花、高温面 |
| ④ 分散（粉じん雲） | 空気中に舞い上がっていること |
| ⑤ 閉塞 | 容器や建屋の中で、圧力が逃げられないこと |
④が、粉じん爆発の性格を決めています。床に積もった粉は、そのままでは燃え広がりません。表面しか空気に触れていないからです。舞い上がって初めて、粒の全表面が酸素と接し、一気に燃えます。
逆に言えば、「積もっている粉」は爆発の燃料が待機している状態です。着火源より先に、舞い上がるきっかけが要る。
2. 二次爆発が、本体である
ここが、この記事で最も伝えたいことです。
粉じん爆発の典型的な進み方は、こうなります。
| 段階 | 起きること | 規模 |
| 一次爆発 | 装置内（集じん機、乾燥機、サイロなど）で粉じん雲に着火 | 比較的小さい |
| ↓ | その爆風が、建屋に積もっていた粉を舞い上げる | — |
| 二次爆発 | 建屋全体が粉じん雲になり、そこへ火炎が到達 | 桁違いに大きい |
装置の中の粉じんの量より、建屋に積もっている粉じんの量のほうが、はるかに多い。
梁の上、配管の上、機器の裏、天井裏。普段は誰も見ない場所に、何年分もの粉が積もっています。それがすべて燃料です。
1982年のダイセル堺では、まさにこの連鎖が起きました。初期爆発の風圧で堆積粉じんが舞い上がり、二次爆発へ発展。死者6名という被害になっています。
だから、粉じん爆発の対策で最も費用対効果が高いのは清掃です。地味ですが、これに勝るものはありません。
「粉が積もる高さは、目線より上」という点に注意してください。床は掃除されていても、梁や配管の上は見られていないことがあります。脚立に乗って、上から見てください。
そして清掃の方法も重要です。圧縮空気で吹き飛ばすのは、粉じん雲を作る行為です。掃除機（防爆仕様）や湿式清掃を使います。
3. 粉の危険性は、どう測るか
粉じんの爆発危険性は、試験で測ります。設計に使う主な指標です。
| 指標 | 意味 | 何に使うか |
| Pmax | 密閉容器内での最大爆発圧力 | 耐圧設計、放爆設計 |
| Kst （爆発指数） | 圧力上昇の速さを表す指標 ［bar·m/s］ | 放爆口の面積計算 |
| 最小着火エネルギー（MIE） | 着火に必要な最小のエネルギー | 静電気対策の要否 |
| 最小爆発濃度（MEC） | 爆発する下限の濃度 | 換気設計、濃度管理 |
| 限界酸素濃度（LOC） | これ以下なら爆発しない酸素濃度 | 不活性化の目標値 |
| 発火温度 | 雲の状態／堆積状態それぞれで測る | 高温面の管理 |
Kst値と爆発等級
Kst値は、粉じんの「爆発の激しさ」を表します。この値で爆発等級が決まります。
| 等級 | Kst値［bar·m/s］ | 代表例（目安） |
| St 1 | 0 を超え 200 以下 | 多くの有機粉体、食品、木粉 |
| St 2 | 200 を超え 300 以下 | 一部の樹脂粉、有機顔料など |
| St 3 | 300 を超える | アルミニウム、マグネシウムなどの金属粉 |
St3の金属粉は、放爆や抑制といった一般的な防護手段が成立しにくいほど激しく、扱いには特別な配慮が要ります。
これらの値は、物質名だけでは決まりません。同じ材料でも、粒径・水分・組成が違えば値が変わります。だから、実際に使う粉のサンプルで試験するのが原則です。「文献値がある」と「自社の粉の値を知っている」は別のことです。
粒径が効く
粉じん爆発の危険性は、粒径が細かいほど高くなります。理由は単純で、同じ質量なら細かいほど表面積が大きく、速く燃えるからです。
ここに、実務上の落とし穴があります。
- 製品としては粗い粉でも、工程のどこかで微粉が発生する
- 搬送・粉砕・乾燥のなかで、粒が壊れて細かくなる
- 集じん機には、その微粉が集まる
だから集じん機は、粉じん爆発が最も起きやすい設備のひとつです。工程で最も細かい粉が、最も高い濃度で、密閉空間に集まっているからです。
4. 着火源は、火気だけではない
| 着火源 | どこで起きるか |
| 静電気 | 粉体の搬送・充填。粉は流れるだけで帯電する |
| 機械的火花 | 異物の噛み込み、金属同士の衝突 |
| 摩擦・過熱 | ベアリングの焼き付き、ベルトのスリップ |
| 高温面 | 乾燥機、加熱器。堆積した粉は低い温度でも発火する |
| 自然発熱 | 堆積した粉の内部で酸化熱がこもる |
| 火気作業 | 溶接・切断。粉じんのある場所での火気は要注意 |
最上段の静電気が、実務では最も厄介です。粉体は搬送されるだけで帯電します。そして粉じんのMIEは気体より高いとはいえ、人体や機器に溜まった静電気で着火し得る水準です。
そして「高温面」の行に書いた点は重要です。堆積した粉は、雲の状態より低い温度で発火します。乾燥機の壁や配管の保温内で粉が堆積すると、そこが発火点になり得ます。
5. 対策は4層で考える
粉じん爆発の対策は、起こさない → 大きくしない → 広げないの順に考えます。
| 層 | 対策 |
| ① 粉じん雲を作らない | 設備の密閉、局所排気、搬送速度の抑制、清掃 |
| ② 着火源をなくす | 接地・ボンディング、防爆機器、異物除去（磁選機・篩）、軸受の温度監視 |
| ③ 燃えない雰囲気にする | 不活性化（酸素濃度をLOC以下に） |
| ④ 起きても被害を抑える | 放爆（ベント）／抑制（サプレッション）／隔離（アイソレーション） |
④の3つを区別する
- 放爆（ベント）――圧力を安全な方向へ逃がす。放出先に人や設備がないことが前提
- 抑制（サプレッション）――爆発を検知し、消火剤を瞬時に噴射して消す
- 隔離（アイソレーション）――高速の遮断弁などで、他の設備へ火炎を伝えない
③の隔離が、二次爆発を止める要です。粉体設備は、搬送配管でつながっています。集じん機で起きた爆発が、そのまま乾燥機やサイロへ伝わる。配管でつながっている限り、1つの装置で起きた爆発は系全体の問題です。
この構図は、配管内の爆燃・爆轟と同じです。
放爆口の向きに注意
放爆口は、圧力と火炎を外へ出します。その先に何があるかを確認してください。
- 人が通る通路に向いていないか
- 他の設備に向いていないか
- 屋内に設置された装置なら、ダクトで屋外へ導いているか
この「放出先の設計」という論点は、安全弁や破裂板とまったく同じです。
6. 自分の職場で確かめる8つのこと
- 扱っている粉のKst値とMIEを、知っていますか。文献値ではなく、自社の粉の値を
- 梁や配管の上に、粉は積もっていませんか。脚立に乗って上から見ましたか
- 清掃に圧縮空気を使っていませんか。それは粉じん雲を作る行為です
- 集じん機の防護はどうなっていますか。最も細かい粉が集まる設備です
- 粉体設備は、搬送配管でどこまでつながっていますか。隔離はできますか
- 放爆口の向きの先に、人や設備はありませんか。
- 接地は効いていますか。塗装やサビで導通が切れていませんか
- 粉じんのある場所で、火気作業をしていませんか。その周囲を清掃しましたか
2番目が、いますぐできる最も効く点検です。床がきれいでも、上に積もっていることがあります。
まとめ
- 粉じん爆発には可燃物・酸素・着火源＋分散＋閉塞の5条件が要る
- 被害を決めるのは二次爆発。建屋に積もった粉が舞い上がって燃える
- だから清掃が最大の対策。ただし圧縮空気での吹き飛ばしは逆効果
- 危険性はKst値と爆発等級（St1〜3）。値は粒径・水分で変わるので自社の粉で測る
- 装置間の隔離が、系全体への波及を止める
粉じん爆発は、「掃除」という最も原始的な作業が、最も効く対策であるという珍しい分野です。設備投資より先に、脚立を持って上を見るところから始まります。
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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、可燃性粉じんの火災爆発危険性
Amazonで見る - 労働安全衛生総合研究所「静電気安全指針2007」（技術指針 JNIOSH-TR-No.42、PDF） ※粉体の帯電と対策
- Kst・Pmax・MIE等の試験方法は、対応するISO／JIS等の規格を確認してください
※爆発等級の区分値は広く用いられている分類ですが、試験条件や規格の版によって扱いが異なる場合があります。また代表例として挙げた物質は目安であり、実際の値は粒径・水分・組成によって変わります。設計にあたっては、実際に取り扱う粉体のサンプルで試験を行ってください。
