雷雨、化学企業が警戒すべき夏の殺人者！

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雷害防止の安全対策は、石油化学企業の安全対策において特に重要な構成要素です。石油化学企業は生産過程で大量の可燃物質を保管・使用し、可燃性ガスや粉塵が発生して爆発性のガスや粉塵環境が形成される。もし雷に打たれて火災が発生すれば、これらの爆発性物質が引火し、軽度の場合は生産が停止したり設備が破損して経済的損失を被るが、重度の場合は人命が失われ、深刻な社会的影響をもたらす。 化学工場で発生した雷災　2005年4月21日の夜22時25分頃、重慶市綦江県古南鎮二社の境界付近にある重慶市東渓化工有限公司の乳化**製薬工場で、雷による大規模な爆発事故が発生しました。この事故により12人が死亡、7人が行方不明となり、12人が負傷しました。 　　2013年3月22日23時04分、ダーフー鎮のジウドウ花火材料工場（単基粉加工）で、珍しい雷撃により工場内の乾燥炉が爆発しました。人的被害はありませんでしたが、周辺の500世帯以上の家屋のドアや窓に、さまざまな程度の損傷が生じました。 　　あるガス製造有限会社が雷に打たれ、ガス流量センサーが破壊され、直接的な経済的損失は約2万円に上り、緊急停止を余儀なくされ、間接的な損失は8万円でした。 　　ある化学工業会社が雷に打たれ、酸素計1台、容量型液面変換器1台、水素分析計1台、磁気式フロート式液面計1台、スマートアラーム装置2台、ボイラー用電気集塵装置のDAVCコントローラーの回路基板、変電所の35KV降圧前の366番スイッチなどが破壊されました。直接的な経済的損失は約9万円で、会社の生産は2日間停止し、間接的な損失は20万円に上りました。 化学工場ではなぜ夏に雷災が起きやすいのでしょうか？ 石油化学企業の設備装置の構成　タンクエリアおよびポンプエリア。これは石油化学企業の通常の構成要素です。タンクエリアは各種生産原料や製品を保管するための場所で、タンク同士、およびタンクとポンプエリアは配管で接続されている。ポンプエリアは通常、タンクエリアと組み合わせて使用され、タンク内の物質を機械式ポンプで生産現場へ送り出したり、タンクから抜き出して輸送したりするために用いられます。 　　生産装置エリア。これは石油化学企業の中核的な構成要素です。生産装置の構成は比較的複雑で、異なる工程によって必要とされる装置は千差万別です。生産装置内では様々な化学反応や物理反応が起こっており、この過程で各種可燃物質が関与し、生産工程で各種可燃性ガスが発生したり、可燃性の廃ガスを排出する必要があったりします。 　　煙突とトーチ。これは化学企業の顕著な特徴です。煙突は加熱設備の排煙通路として機能し、トーチは様々な可燃性ガスの燃焼ガスを排出するために使用される。圧縮機タンクなどの設備により、トーチ内の気圧を常に外部の空気圧よりも高く保つ。 　　管架。管架は、配管の輸送や屋外ケーブル橋架の設置場所として使用されます。パイプラインは製造エリアと保管エリア間の物質輸送に使用され、ケーブルトレイは配電設備と電気機器間の電力輸送に使用されます。 　　生産制御室。制御室は生産プロセスを制御するためのもので、内部には多数のマイクロエレクトロニクス機器があり、各装置の起動・停止、作業状態の監視、危険状態の警報、さらにはタンクエリア内の各タンクの液面や温度の監視などを行います。 　　汚水処理場。石油化学企業は生産過程で通常、大量の工業廃水が発生し、これらの廃水は処理して基準を満たした上でのみ排出することができる。 　　消防ポンプ室。内部には消火ポンプなどの消防設備がある。 　　変電所。高出力機器の電力需要に応えるため、石油化学企業は一般的に自家の変電所を設置し、公共の変電所から少なくとも2本の高圧線を引いて変電所内に導入している。変電所で変圧された後、各区域の配電室に送られ、そこから各電気機器へと配線される。 　　荷役設備。荷役プラットフォーム、タンク、パイプライン、計量などの設備で構成される。 雷電が石油化学企業に与える被害 1 直撃雷　直撃雷とは、雷が建築物やその他の物体、地面、または外部の避雷装置に直接当たり、電気的効果、熱的効果、機械的力を生じさせるものを指す。直撃雷は建物の被害や人命の損失を引き起こすだけでなく、設備の破損により生産停止を招くこともあります。直撃雷が発生すると、雷道の高温によって周囲の可燃物が燃え上がり、爆発などの事故を引き起こす可能性があります。直撃雷から守るための原則として、一つ目は避雷器を利用して雷の着弾点を制御し、保護すべき物体や空間から雷を遠ざけること、二つ目は雷電流を安全に大地に散逸させることである。この過程で、周囲の金属物やシステムに逆流の危険が及ばないようにしなければならず、そのためには低い接地抵抗が求められる。また、導線は短くて直線的でなければならず、インダクタンス値も小さい方が良く、これによって導線や接地装置上の電圧を低下させる。 　　直撃雷は石油化学企業内のあらゆる建築物や構造物に被害を与え、主にそれらを破壊したり損傷させたりする形で現れます。特にタンクエリア、屋外の生産設備エリア、積み降ろしステーションの施設などの危険な地域では、雷の進路による高温がこれらの地域内の危険物質を直接引火させたり爆発させたりするため、こうした地域では必ず雷撃点を制御し、安全な範囲内に抑える必要がある。金属製の容器や装置自体を避雷器として使用する場合は、関連する雷保護規格の要件を満たさなければならず、要件を満たせない場合には避雷器による保護を設置しなければならない。 2 雷電誘導　静電誘導。雷雨雲の底部には正味の電荷があるため、雷雨雲がある地域上空にあると、静電場の作用により、その地域の金属導体には雷雨雲の底部の電荷の性質と反対の電荷が誘導される。雷雲が主に放電すると、雷雨雲の底部にある電荷が中和され、金属導体上の誘導電荷は束縛を失い、自由に移動できる電荷となる。これがすぐに近くの地面に放出されない場合、非常に高い電位が生じ、近くの金属物との間の空気層を破壊し、火花放電が起こる。これらの空間に可燃性物質が充満している場合、火花がそれを引火させたり爆発を引き起こしたりして、深刻な結果を招く可能性があります。 　　電磁誘導。サンダーストライクはミリ秒やマイクロ秒単位の持続時間を持つパルス波であり、極めて短い時間のうちに雷電流はゼロから数十乃至数百キロアンペアまで上昇し、また同じく極めて短い時間のうちに数十乃至数百キロアンペアからゼロまで低下するため、雷電流のジッターは非常に大きい。近傍の環状回路における誘導電圧は、雷電流のジッターと正比例する。この誘導電圧によって導体が過熱したり、回路がスムーズでないためにスパーク放電が起きたり、また近くの他の金属物との間で逆方向の放電が生じてスパーク放電が発生したりする可能性があります。これらの空間に可燃性物質が充満している場合、そのスパークによって火災が発生したり爆発が起きたりし、深刻な結果を招くことがあります。 　　雷撃による石油化学企業への被害は、主に危険な場所への被害として現れる。例えば、配管が静電気誘導によって大量の電荷を帯びた場合、配管が接地されていないか、接地抵抗が大きすぎる、または配管の接続部の抵抗が大きすぎて静電気が地面に放出されにくいと、近くの物体に放電が起こる可能性があります。このとき、可燃性のガスや液体があれば、それらが燃え上がる可能性があります。また、隣接する配管間のループ面積が大きすぎる場合、電磁誘導によって配管間に過大な電圧が誘起される可能性があります。この電圧により配管が破損する恐れがあり、配管内に可燃性ガスや液体がある場合は非常に危険です。したがって、平行に敷設される配管の間隔が100mm未満の場合は、誘導ループ面積を小さくし、それによって誘導電圧を低減するため、30mを超えない間隔で接続する必要がある。 3 雷電波の侵入　雷電波は本質的に高電圧のパルス波であり、雷が配管ラインに直接当たることによって発生することもあれば、雷による誘導作用で配管ラインに発生することもある。雷電波が配管を通って室内に侵入すると、高電圧が配管沿いの機器や人に逆流する可能性があります。 　　石油化学企業の特性上、工場内には配管やケーブルトレイなどが多数存在し、そのほとんどが架空で敷設されている。これらの配管や回路の多くは室内にも通じており、もし雷がこれらの配管や回路に直接当たったり、雷電によってこれらの配管上で過電圧が発生したりすると、その過電圧がこれらの配管を通じて建物内に侵入し、配管に接続されている機器が損傷したり、人がこれらの配管に触れて接触電圧により負傷したり死亡したりすることになる。配管が建物内に入る前にアースを取ることで（帯電した導体がSPDを介して間接的にアースされる）、室内に侵入するパルス電圧を大幅に低減し、それによって危険性を軽減できる。 4 雷撃による電磁パルス　雷撃による電磁パルスとは、雷の電流が抵抗やインダクタンス、キャパシタンスを介して結合することで生じる電磁効果のことであり、雷サージや放射される電磁場を含みます。雷撃による電磁パルスが石油化学企業に与える影響は、主に企業内の生産制御システム、DCS監視システム、火災警報システムなどのマイクロエレクトロニクスシステムや電気系統への影響です。雷撃による電磁パルスが引き起こす過電圧や過電流により、これらのシステムが誤動作したり永久的に損傷したりする可能性があり、その結果生産が妨げられ、重大な経済的損失を招くことになります。適切なシールド、アースバンディング、SPDの設置といった内部の雷保護対策を講じることで、雷による電磁パルスがマイクロエレクトロニクスシステムに与える影響を大幅に低減することができる。