反応釜や蒸留釜の安全事故を振り返ると、見過ごせない教訓が多い

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反応釜と蒸留釜（精留釜を含む）は、化学工業で最もよく使用される装置の一つであり、同時に危険性が高く、漏れや火災・爆発事故が起きやすい装置でもある。 　　近年、反応釜や蒸留釜の漏れ、火災、爆発事故が頻繁に発生している。釜の中にはしばしば有毒で有害な**化学物質**が入っているため、事故の結果は通常の爆発事故よりもさらに深刻となる。ここでは、反応釜や蒸留釜の事故を引き起こす危険因子について解説し、関連する事故事例を挙げ、それに対する安全対策を提案します。 固有危険性　反応釜や蒸留釜の固有危険性には、主に以下のようなものがあります：　1、材料　反応釜や蒸留釜内にある材料のほとんどは**化学物質**です。もしその物質が自燃点や引火点が低いものであれば、漏洩した場合に空気と混ざって爆発性の混合物を形成し、火源（明火、火花、静電気など）に触れると火災や爆発を引き起こす可能性があります。また、もしその物質が有毒なものであれば、漏洩した場合に人々が中毒や窒息を起こす恐れがあります。 　　1994年3月27日、紹興市のある添加剤製造工場の抗静電剤製造ラインで反応釜が爆発し、4人が死亡、8人が重傷を負いました。反応釜内には主に、爆発限界が3％～100％のエポキシエチレンが存在している。事故の主な原因は、釜内の空気が窒素によって完全に置き換えられず、エポキシエチレンとの混合濃度が爆発限界に達したことである。この工場は設立されたばかりの地方企業で、使用している圧力容器は一度も検査を受けておらず、作業員の教育水準や技術力も低く、専門的な訓練を受けていないため、生産工程の危険度やトラブル対処法について全く理解していない。このプロジェクトは稼働前に「三同時」審査を受けておらず、完全な安全作業手順や技術的対策もなかった。反応釜内の空気が完全に置換されているかどうかも計器で確認することができず、分析検査の手順も定められていなかったため、作業員は経験や感覚に頼って作業を行っていた。 　　2. 装置の製造上の問題　反応釜や蒸留釜の設計が不適切であったり、装置の構造や形状に不連続があったり、溶接部の配置が適切でない場合などは、応力集中を引き起こす可能性があります。また、使用する材料の選定が不適切であったり、容器の製造時の溶接品質が基準を満たしていなかったり、熱処理が不十分だったりすると、材料の靭性が低下することがあります。さらに、容器の外殻が腐食性のある物質によって侵食されたり、強度が低下したり、安全装置が欠けていたりすると、使用中に容器が爆発する危険性があります。 　　2007年12月1日、河北省保定市のある建材有限会社のフライアッシュ気泡コンクリートブロック製造工場で、圧力容器（蒸気オートクレーブ）が爆発し、5人が死亡、1人が軽傷を負った。調査によると、同企業の管理職員が勝手に工程パラメーターを変更し、蒸気オキシジェン釜の釜体と釜蓋を繋ぐボルトの総数を60本から30本未満に減らしたほか、交換も適時に行わなかった。また、蒸気オキシジェン釜の安全弁の検定も適時に実施せず、長期間にわたり過圧・過熱状態で運転した結果、事故が発生した。 　　2000年9月4日、湖南省益陽市のある生化試薬工場で、ジャケット式のエナメル製反応釜が稼働中に突然蓋が飛び飛ばされ、大量のプロパンガスが漏れ出し、空気と混ざって爆発性のガスが発生しました。その結果、大規模な爆発が起こり、2人が死亡し、6人が負傷しました。事故の主な原因は、反応釜のシール面にあるワッシャーが劣化し、運転中に漏れが発生したことです。作業員が圧力のかかった状態で締め付けを行ったため、釜の蓋が外れて爆発に至りました。この反応釜は古い圧力容器であり、使用前に検査が行われておらず、違法に設置されており、操作員も訓練を受けていません。 操作過程における危険性　　反応釜や蒸留釜の生産操作過程において、主に以下のリスクが存在する：1.反応の制御不能による火災・爆発　　酸化、塩化、硝化、重合など、多くの化学反応は強い発熱反応である。もし反応が制御不能になったり、停電や断水が起きた場合、反応熱が蓄積し、反応釜内の温度が急激に上昇して圧力が増大し、耐圧能力を超えることで容器が破損することになる。破損部から物質が噴出し、火災や爆発事故を引き起こす可能性がある。反応槽が破裂すると、物質の蒸気圧の平衡状態が崩れ、不安定な過熱液体が二次爆発（蒸気爆発）を引き起こす。さらに噴出した物質が急速に拡散し、反応槽周辺の空間が可燃性液体の霧滴や蒸気で覆われるため、点火源があれば三次爆発（混合ガス爆発）が発生する。 　　反応が制御不能になる主な原因には、反応熱が適時に除去されないこと、反応物が均一に分散されていないこと、操作ミスなどがある。 　　2007年3月16日、江蘇省東台市のある化学工場で、既存の生産装置を使用して新製品であるエトキシメチレンマロノニトリルを違法に試作している最中に、蒸留塔が突然爆発し、4人が死亡、1人が負傷した。この事故の直接的な原因は、エトキシメチレンプロピルニトリルの粗製品を過度に蒸留したことで、高沸点物質が充填層を塞ぎ、蒸留タンク内の圧力が上昇し、物理的な爆発が起きたことです。その結果、充填塔の下部の部分が吹き飛ばされ、それによって物質が燃焼し、化学的な爆発が引き起こされました。 2反応容器内の高圧物質が低圧システムに侵入し爆発を引き起こす　　反応容器に接続された常圧または低圧の設備に、高圧物質が侵入することで反応容器の耐圧限界を超え、物理的に容器が爆発する。 　　1991年8月22日、河南省平頂山市の樹脂工場で発生した重大な火災事故は、重合工程の反応タンクで圧力が上昇したことが原因でした。当直の作業員が緊急に対処しようとした際、泡捕捉装置（常圧装置）へ通じるバルブを完全に閉じず、それが爆発を引き起こし、その結果、工場全体の可燃性混合ガスが爆発する事態となりました。 3 水蒸気や水が反応容器に漏れ込み、事故が発生する　加熱用の水蒸気、断熱油、または冷却用の水が反応釜や蒸留釜に漏れ込むと、釜内の物質と反応して発熱し、温度や圧力が急激に上昇します。その結果、物質が噴出して火災事故が起こる可能性があります。 4蒸留凝縮システムで冷却水が不足し爆発が発生する　　蒸留過程において、塔頂の凝縮器への冷却水が途絶え、かつ釜内の物質が引き続き蒸留循環している場合、システムは元の常圧または負圧状態から正圧状態に変化し、装置の耐荷重を超えて爆発が起こる。 　　2006年7月28日に江蘇省盐城市射陽県で発生した盐城氟源化工有限公司の爆発事故は、塩素化反応塔の凝縮器に冷却水がなく、塔の頂部から製品が流出していない状態であるにもかかわらず、すぐに停止せずに誤って加熱を続けたため、2,4-***フルオロベンゼンが長時間高温度状態に置かれ、最終的に分解して爆発に至ったものです。 5　容器の加熱による爆発事故　　反応容器が外部の可燃物の火災や高温熱源からの熱放射を受けることで、容器内の温度が急激に上昇し、圧力が増大して内容物の噴出や爆発事故が発生する。 1991年10月8日6時50分、江蘇省淮陰市の有機化学工場の中試室において、高分子ポリエーテルを製造するための100L容量の高圧反応釜が突然爆発した。反応釜の蓋と本体を固定していたボルトが引きちぎられ、重さ約80kgの蓋は元の場所から80メートル以上離れた場所に飛び散った。また、高圧反応釜に取り付けられていた安全弁や圧力計なども破壊された。爆発によって生じた衝撃波で屋根が吹き飛び、約20立方メートルの中試験室は完全に崩壊し、作業員3名がその場で死亡した。 　　この高圧反応釜の爆発は、過剰な温度や圧力が原因で起こりました。エポキシエチレンとエポキシプロピレンを原料として高分子ポリエーテルを製造する際には、作業者が厳格に規定に従って操作する必要があります。投入時には「滴下」方式を用いて投入量をコントロールし、反応が激しくなりすぎて制御不能になり、危険が生じるのを防がなければなりません。しかし、同工場の操作員は操作手順に違反し、「バッチ」加算法を用いたため、一度に投入量が多くなり、反応速度が過速となった。 6　物質の容器への出入れ操作不適切により事故が発生する　　多くの引火点の低い第1類可燃性液体は、液ポンプや真空引きの方法で配管から反応釜や蒸留釜に送り込まれる。これらの物質のほとんどは絶縁体であり、導電性が悪い。もし物質の流れ速度が速すぎると、蓄積した静電気がタイムリーに除去されず、燃焼・爆発事故が起こる可能性がある。 　　1993年3月30日、荊州市の石化総合工場で反応釜の重大な爆発事故が発生し、4人が死亡した。爆発を引き起こした直接的な原因は、エポキシエチレンの供給速度が速すぎたことです。2時間も経たないうちに、タンク内の投入量は500kgに達し、エポキシエチレンがプロピオニルアルコールと反応する間もなくタンク内に蓄積した。その結果、タンク内の圧力が急速に上昇し、高圧のガスが激しく噴出して静電気と反応し、爆発が起きた。給料が速すぎる原因は、反応タンクで給料速度を制御するのがオペレーターによるバルブの手動操作のみで、流量計が設置されていないためです。作業員は、反応釜に入れる主原料が何か、どの基準で投入すべきかわからない。ところが技術供与側は、技術の秘密保持を理由に、石油化学総合工場に原材料の名称や使用量を明かすことを拒んだのである。 　　2002年4月22日、山西省原平市のある化学工場で反応釜の爆発事故が発生し、1人が死亡、1人が重傷を負いました。爆発の衝撃波により、約200平方メートルの作業場のプレキャスト床板製の屋根がほぼすべて吹き飛ばされ、南側の壁の窓ガラスはすべて割れ、破片は最も遠くで約50メートル先まで飛んだ。また、反応釜の上部カバーを固定していた40本のM20ボルトもすべて抜け落ちたか緩んだ。事故の原因は、反応釜からの排料過程において、釜内の二硫化炭素、イソプロパノール、酸素の混合物が0.2MPaのゲージ圧下で排出されたことにある。物質がフランジ部から漏れ出した際、内外に圧力差が生じ、漏れ出た物質が一定の速度で流れ出した結果、この過程で静電気が発生した。反応釜内の液体物質がほぼ排出された時、フランジの縁に静電気が一定量まで蓄積し、放電ギャップが形成されて静電気火花が発生する。これにより二硫化炭素、イソプロパノール、酸素の混合ガスが着火し、瞬時に反応釜内へ逆火して化学爆発を引き起こす。 7 作業員が気を抜いており、事故の兆候を早期に発見できなかった　　反応釜は一般に常圧または開放状態で反応を行い、蒸留釜は一般に常圧または負圧下で操作される。常圧、開放系、または負圧下で運転しても危険性は少ないと考える人もおり、結果として警戒心が薄れ、突発事故の兆候を早期に発見・対処できず、最終的に事故につながることがある。実際、常圧または開放型の反応槽では、槽内が加圧されている反応槽よりも槽壁が受ける圧力が大きく、危険性も高くなります。 　　蒸留タンクにおいて、作業員の操作ミスにより反応が制御不能となり、配管やバルブシステムが詰まってしまうと、通常の大気圧や真空状態が正圧に変わってしまいます。これを迅速に発見して対処できない場合、緊急減圧装置もないため、火災や爆発事故が起こりやすくなります。2007年11月27日に江蘇省塩城市で発生した連化科技有限会社のジアゾ化反応釜の爆発事故は、ジアゾ化反応釜の蒸気バルブが完全に閉められていなかったため、保温段階でも大量の蒸気が反応釜のジャケット内に入り込み、反応釜内の温度が急速に上昇した結果、ジアゾ化塩が激しく分解して爆発に至ったものである。当直の作業員が釜の温度の監視を適切に行わず、釜内の温度異常を早期に発見できなかったため、異常事態に対処する最適なタイミングを逃してしまった。 安全対策措置　　反応釜の最大の役割は、原料の重合などのプロセスを実現することであり、原料の生産工程を満たし、理想的な生産を達成することができる。ただし、正しい手順で操作することが重要です。反応釜を使用する際に手順を間違えると、損傷を引き起こし、生産に支障をきたします。以下で、化学反応釜の使用上の注意点について簡単に説明します。 　　一、制度に従って厳格に操作する　　制度に従って厳格に操作することは、操作における最も基本的な要求である。化学反応釜を操作する前に、装置の規格的な操作手順を理解しておくべきです。機器の取扱説明書に記載されている仕様情報はそれほど詳細ではありませんが、機器の安全な操作を確保するためには、守らなければならない規則がいくつかあります。 　　二、操作前のチェック　化学反応釜を操作する前には、装置に異常がないかをチェックする必要があります。装置が正常に動作している場合、感電事故を防ぐため、絶対に上蓋や触れる部分を開けてはいけません。操作時には、圧力がかかった状態での操作を厳禁します。そうすると設備が損傷するだけでなく、安全上の危険も伴います。窒素による耐圧試験の際は、圧力が過度に上昇しないよう、その変化に注意する必要があります。 　　三、観察に注意する　化学反応釜を操作する際は、注意深く観察し、各操作ステップを見極める必要がある。特に反応釜が一定の温度に安定した時は、やけどを防ぐために絶対に釜体に触れてはいけません。実験が終了したら、まず冷却処理を行い、温度が下がるのを待つ必要があります。これは、過度な高温によって装置が損傷するのを防ぐためです。また、タイミングよく電源も切るべきです。 　　四、メンテナンスに注意　　機器の操作にあたっては、操作過程だけでなく、機器のメンテナンスにも注意を払う必要がある。設備のメンテナンスは簡単なことではありません。適切なメンテナンスを習得することで、設備がその性能を十分に発揮し、使用寿命も延ばすことができます。逆に、適切なメンテナンスを行わないと、設備の操作性が著しく損なわれてしまいます。 注意点：反応槽や蒸留槽での火災・爆発事故を防ぐためには、安全教育の強化や現場管理の徹底、設備のメンテナンス、爆発性混合物の発生防止、設備内のスケールの適切な除去、投入・排出速度の適切な制御、防爆電気機器の使用と適切な接地に加えて、安全操作手順および職務上の安全規則に厳格に従う必要がある。蒸留操作では、温度、圧力、給料量、還流比などのプロセスパラメータを厳格に制御する必要がある。蒸気加熱を行う際は、バルブの開度を適切に調整し、過大かつ急激に開くことで物質が急速に蒸発し、システム内圧が急上昇するのを防がなければならない。常に蒸留システムの設備配管が畅通しているよう注意し、入出配管やバルブの詰まりによって圧力が上昇し危険な状態になるのを防ぐ必要がある。低沸点物質や水が高温蒸留システムに混入するのを防ぐため、同システムを稼働させる前には、タンクや塔、および付属機器内の凝縮水をすべて排出しなければならない。これは、それらが高温の物質と突然接触して瞬時に気化し圧力が上昇し、結果として液体が噴出したり爆発したりするのを防ぐためである。 まとめ：反応釜や蒸留釜には、温度、圧力、流量などを測定するための十分な計器類が必要であり、減圧蒸留用の真空ポンプには、急停止時に空気がシステム内に入るのを防ぐための逆止弁が装備されているべきである。低圧システムと高圧システムの接続部にも、高圧容器内の物質が低圧システムに逆流して爆発を起こすのを防ぐために、一方向止逆弁を設置する必要がある。過圧になる可能性のある反応釜や蒸留釜には、必ず緊急減圧装置を取り付けなければならず、一般的には機器に安全弁が設置される。安全弁の設置が適さない、または危険度が高いプロセスを用いる機器には、破壊板を設置することができる。