化学物質の火災および爆発の危険性

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近年、我が国の化学工業分野で発生した各種事故の中で、火災や爆発による死者数が最も多く、それによる直接的な経済的損失もかなり大きい。1997年に北京の東方化学工場の石油タンクエリアで発生した大規模な火災・爆発事故のように、短時間のうちにエリア全体が炎に包まれ、9人が死亡し37人が負傷し、直接的な経済的損失は億元以上に上った。1993年、深センの清水河にある化学危険物倉庫で大規模な火災・爆発事故が発生し、15人が死亡、200人以上が負傷し、そのうち25人は重傷を負った。直接的な経済的被害は2億5000万元以上に上った。これらの事故はすべて、化学物質自体が持つ火災や爆発の危険性によって引き起こされたものです。したがって、化学物質の火災や爆発の危険性を理解し、適切に危険性評価を行い、タイムリーに予防措置を講じることは、安全な生産を実現し、事故の発生を防ぐ上で非常に重要である。 1、化学物質の燃焼および爆発の危険性　化学物質の燃焼および爆発の危険性は、その状態によって異なる評価方法がある。1.1 可燃性ガス、可燃性液体の蒸気、可燃性粉塵の燃焼・爆発の危険性 (1) 爆発限界　可燃性ガス、可燃性液体の蒸気、または可燃性粉塵と空気からなる混合物は、どんな混合比率でも爆発するわけではなく、一定の濃度範囲内でのみ爆発する。また、異なる可燃物にはそれぞれ異なる一定濃度範囲がある。この一定の範囲は、通常その物質の爆発範囲または爆発限界と呼ばれ、可燃性ガス、可燃性液体の蒸気、可燃性粉塵が空気中に占める体積パーセンテージで表されます。爆発を引き起こすことができる最低濃度を爆発下限、最高濃度を爆発上限と呼ぶ。例えば、エタノールの爆発範囲は4.3％～19.0％です。4.3％は爆発下限と呼ばれ、19.0％は爆発上限と呼ばれます。ガソリンの爆発限界は1.0%～6.0%です；天然ガスの爆発限界は4.8%～13.46%です；水素の爆発限界は4.0%～75%です；一酸化炭素の限界は12.5%～74.2%；アンモニアの爆発限界は15.5％～27％などです。爆発限界の数値が広いほど、爆発下限は低くなり、爆発の危険性は高まる。　　爆発限界は、常温・常圧といった標準的な条件で測定されるもので、この範囲は温度や圧力の変化によって変わります。 (2)最小点火エネルギー　最小点火エネルギーとは、爆発性混合物の燃焼爆発を引き起こすのに必要な最小のエネルギーのことです。水素の最小点火エネルギーは0.019mJ、メタンは0.25mJ、エタンも0.25mJ、エポキシエチレンは0.065mJ、エチレンは0.096mJである。最小着火エネルギーの値が小さいほど、その物質はより容易に燃え上がることを意味します。 (3)爆発圧力　可燃性ガス、可燃性液体の蒸気、または可燃性粉塵と空気の混合物が密閉容器内で燃焼・爆発した際に生じる圧力を爆発圧力という。爆発圧力の最大値を最大爆発圧力という。爆発圧力は通常測定によって求められるが、燃焼反応式や気体の内部エネルギーから計算することもできる。物質が異なれば爆発圧力も異なり、同じ物質であっても周囲の環境や初期圧力、温度などが異なると、その爆発圧力も変わってくる。　　最大爆発圧力が高く、その持続時間が短く、上昇速度が速いほど、爆発の威力が大きく、その混合物や化学物質はより危険であることを意味する。 1.2 可燃性または易燃性液体の燃焼・爆発の危険性 (1) ひらめき火と引火点　液体が燃焼する際、点火源の影響でまず液体が蒸気に変わり、その後その蒸気が酸化分解して燃焼する。どの液体の表面にも、一定量の蒸気が存在している。液体の温度が上昇するにつれて、蒸気の濃度も高くなる。蒸気の濃度がその爆発限界以下を超えると、火源に触れることで燃焼が起こる。一定の温度において、可燃性液体の飽和蒸気と空気の混合気が炎に触れると火花を発し、瞬間的に燃焼する現象を閃燃と呼ぶ。発火する温度を引火点と呼びます。可燃性液体の温度がその引火点を上回ると、いつ火炎によって燃え上がる危険がある。引火点が低いほど、その化学物質は燃焼や爆発を起こしやすくなる。 (2)燃点　　可燃物質が十分な空気の中で、ある一定の温度に達し火炎に触れるとすぐに発火し（炎や灼熱した光が現れ）、火炎を取り除いても引き続き燃焼し続ける最低温度を、その物質の燃点または着火点という。 (3) 自燃点　　可燃物質が炎や電気スパークなどの火源がなくても、空気または酸素中で加熱されることによって燃焼を起こす最低温度を自燃点（または着火温度）という。　　自然発火には2つの状況がある：加熱による自然発火：可燃性物質が外部の熱源の影響で温度が上昇し、自然発火点に達して自ら燃焼する。　　自己発熱・自己着火：可燃物が外部の熱源の影響を受けずに、その内部で物理的、化学的、または生化学的な過程によって熱が生じ、長時間にわたって蓄積されてその物質の自己着火点に達し、自ら燃焼する現象。　　物質が自然に発熱する原因には、分解熱（例：セルロイド）、酸化熱（例：不飽和脂肪酸）、吸着熱（例：活性炭）、重合熱（例：液体シアン化水素）、発酵熱（例：乾草）などがある。自己発熱・自己燃焼は、化学製品の保管・輸送においてよく見られる現象で、極めて危険性が高い。