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第9章 圧力容器の安全な運用 1. 圧力容器の運用特性 圧力容器とは、特殊な条件下で運用される特殊な機器であり、いわゆる特殊な条件とは、主に圧力や温度といった媒体の物理的特性、および媒体の化学的特性を指す。（1）媒体の物理的特性：とは、媒体が圧力や温度と関連して持つ物理的特性のことで、熱膨張や冷縮、3つの物理状態（気体、液体、固体）などがこれにあたる。（2）媒体の化学的特性：主に可燃性・爆発性、毒性、腐食性などを指す。可燃性・爆発性の特性は、可燃性、易燃性、不活性、助燃性の4種類に分けられ、毒性物質は、極度に危険なもの、高度に危険なもの、中程度に危険なもの、軽度に危険なものに分けられる。 2. 圧力容器の基本的な要求事項には、強度、剛性、安定性、耐久性、密封性などがある。 3.圧力容器の故障（1）.故障の定義 壁力容器の故障には、爆発、破裂、漏れなどのほか、容器の過度な変形、膨張、局部的な膨らみ、重度の腐食、大きな亀裂の発生、亀裂の疲労進展または腐食進展、高温下での過度なクリープ変形、幾何学的形状の圧力による不均衡な変形、金属材料の長期使用による変形などが含まれる。したがって、安全性の問題により容器が本来の機能を発揮できなくなる現象はすべて故障とみなされる。 （2）圧力容器の破壊形態は、一般的に延性破壊、脆性破壊、疲労破壊、腐食破壊、クリープ破壊、複合型破壊に分類される。 （3）容器の破壊・爆発とその危険性に関する知識の概要①.爆発の定義 爆発とは、広義には、極めて速い速度で物理的または化学的なエネルギーが放出される過程を指す。この過程において、系の内部ポテンシャルエネルギーは機械的エネルギーや光・熱の放射などに変換される。圧力容器が破壊されると、容器内の高圧ガスは外殻の拘束から解放され、急速に膨張し、非常に高い速度で内部エネルギーを放出する。これが通常言われる物理的な爆発現象です。②・容器の破裂爆発の危険性 容器が破裂すると、気体の膨張によって放出されるエネルギーが、一方では容器をさらに破壊し、また容器やその破片が高い速度で周囲に飛散して、人命の損害や周囲の機器の破壊などを引き起こします。一方で、その大部分は周囲の空気に仕事を行い衝撃波を発生させ、この衝撃波は人を直接傷つけるだけでなく、工場などの建物を破壊し、より大きな被害をもたらす。もし容器の作動媒体が有毒なガスである場合、容器が破損すると大量の有毒ガスが周囲に拡散し、大気汚染を引き起こし、広範囲にわたる中毒地域を生じさせる可能性があります。さらに深刻なのは、容器の中に入っているのが可燃性の液化ガスであり、容器が破損するとすぐに蒸発して周囲の空気と混ざり合い、爆発性のある混合気体を形成する。そして、容器の破片が機器に衝突して生じる火花や、高速の気流によって生じる静電気によって、すぐに化学反応による爆発が起こり、これがいわゆる容器の二次爆発である。それが生み出す高温の燃焼ガスが周囲に拡散し、周囲の可燃物を燃焼させるため、広範囲にわたる火災地域が発生します。③.ガス爆発時の衝撃波圧力容器が破壊される際、ガス爆発によるエネルギーは、容器がさらに引き裂かれたり、容器やその破片が飛散したりするのに消費されるごくわずかな部分を除き、大部分が衝撃波として生じる。爆発の中心付近では、空気の衝撃波の波面における過圧△Pは1メガパスカルを超えることがある。このような高い圧力の下では、建物は破壊され、機器や配管なども深刻な損傷を受けるでしょう。0.1MPaの衝撃波であっても大きな破壊力を持ち、0.005MPaの過圧でさえドアや窓のガラスを割ることができる。④. 容器の破壊や爆発によって引き起こされるその他の被害 A、破片による破壊作用 圧力容器が破壊されると、高速で噴出するガスの反動力によって、容器全体が破壊点とは反対方向に押し出される。また、容器は大小さまざまな破片に割れたり、それらの破片が四方に飛び散ったりすることもある。これらの高速度または大質量を持つ破片は、飛び出す過程で大きな運動エネルギーを持ち、大きな被害をもたらすこともある。B、有毒液化ガス容器が破損した際の有害区域の媒体は液化ガスであり、圧力容器であるため、破損すると激しい蒸気爆発が起こる。これについては既に説明した。圧力容器に貯蔵されている液化ガスの中には、液アンモニア、液塩素、二酸化硫黄、二酸化窒素、シアン化水素など、多くの有毒物質が含まれている。これらの有毒な液化ガスを収容している容器が破損すると、大量の液体が気化し、空気中に拡散して広範囲にわたる中毒地域を生じるが、これは国内外で珍しいことではない。例えば1951年1月、日本の大阪府にあるある製氷工場で使用されていた小型冷凍機用のアンモニア受け容器は、直径がわずか560mmで、容積は0.6m3だった。ヘッドの溶接部にひび割れが生じ、蒸気爆発が起こり、その結果、直径80mの範囲内が非常に高濃度のアンモニアガスで満たされました。その容器が道路脇に置かれていたため、通りかかった歩行者のほとんどが中毒し、6人が死亡、11人が軽傷から重傷を負った。 C、可燃性液化ガス容器が破損した際の燃焼域には、特に大型タンクを含むこれらの圧力容器があり、そこには液化石油ガスなどの可燃性液化ガスが貯蔵されている。これらの容器が破損すると、内部の液化ガスが大量に蒸発し、周囲の空気と混ざり合います。適切な条件が整うと、容器の外部で燃焼爆発が起こり、重大な火災事故を引き起こします。可燃性液化ガスタンクの破裂によって引き起こされるこの種の火災は、その被害の甚大さや損失の大きさが驚異的であり、しかも頻繁に発生している。民間用液化石油ガスボンベ（15kg）が破裂すると、その燃焼範囲は少なくとも20mに達する。10Tの液化プロパンガスタンクが破裂して爆発し、燃焼範囲は少なくとも170mに及ぶ。